【正文】 第 29 頁 共 58 頁 } } } } 溫度采集程序設(shè)計這部分主要的功能是：通過數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 數(shù)據(jù)接口（DQ）進行數(shù)據(jù)的讀取。//返回溫度值case CONTRL_LED: P2 = (P2amp。 switch(Recv_data[2]) {case ACTIVE: Send_Bus_Data(READY,0x3333)。 Chck_lp++)Check_Reslut+=Recv_data[Chck_lp]。 if(Recv_count5) { Recv_count=0。//關(guān)中斷 if(RI) { Recv_data[Recv_count]=SBUF。 第 27 頁 共 58 頁圖 從機所控制的主程序流程圖 從機串口通信協(xié)議設(shè)計從機方面的通信協(xié)議是：首先是關(guān)閉中斷（EA=0） ，判斷當(dāng)前狀態(tài)是否為接收狀態(tài)（RI=1）,如果是，則將接收到的數(shù)據(jù)進行緩沖，開始計數(shù)所收到的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)；如果不是，則直接清除接收到的信息（RI=0） ，并且打開中斷（EA=1） 。在主函數(shù)中，先進行初始化相關(guān)的參數(shù)（串口、當(dāng)前狀態(tài)） ，讀取本機地址，然后等待，在等待過程中一直更新并顯示當(dāng)前狀態(tài)。這些數(shù)據(jù)項可以是數(shù)字或在計算檢驗的過程中看作數(shù)字的其它字符串。（2）偶校驗：確保整個被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中“1”的個數(shù)是偶數(shù)個，即載荷數(shù)據(jù)中“1”的個數(shù)是奇數(shù)個時校驗位填“1”，否則填“0”。從機發(fā)送設(shè)備狀態(tài)信息指令幀實際上是真正的數(shù)據(jù)幀，該幀中的數(shù)據(jù)字節(jié)存放的是設(shè)備的狀態(tài)信息。表 51 單片機 RS485 總線的遠程溫度監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)起始字節(jié) 地址字節(jié) 數(shù)據(jù)類型字節(jié) 數(shù)據(jù)字節(jié) 校驗和字節(jié)1 字節(jié) 1 字節(jié) 1 字節(jié) 2 字節(jié) 1 字節(jié) 起始字節(jié)定義為“0Xaa” 。 （4）從機復(fù)位后，將等待主控機發(fā)送指令，并根據(jù)具體的指令內(nèi)容做出應(yīng)答。 （2）主控機在發(fā)送完準備好命令后，進入接收狀態(tài)，同時開啟超時控制。整個系統(tǒng)軟件分為主控機（單片機）端和從機（單片機）端兩部分。對于從機而言，它的工作與主機密切相關(guān)，它是完全被動的，根據(jù)主機的指令執(zhí)行相應(yīng)的操作。所以，波特率固定為振蕩頻率的 1/12，且不受 SMOD 的影響。 波特率設(shè)計在串行通信中，收發(fā)雙方對發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)速率要有一定的約定，通過軟件對MCS51 系列單片機的串行口編程可設(shè)置 4 種工作模式。 在 HMOS 的 MCS51 系列單片機中，PCON 寄存器中只有最高位 SMOD 與串行口的工作有關(guān)，其它位都是虛設(shè)的。在模式 0 中，接收完8 位數(shù)據(jù)后，或其它方式中接收到停止位時由硬件置位。在模式 0 中，串行發(fā)送完 8 位數(shù)據(jù)時，或其它模式串行發(fā)送到停止位的開始時由硬件置位。例如多機通信時，若 RB8=1，說明收到的數(shù)據(jù)為地址幀；RB8=0，收到的數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)幀。它可作為奇偶校驗位(單機通信)，也可在多機通信中作為發(fā)送地址幀或數(shù)據(jù)幀的標志位。表 MCS51 單片機串行口的工作模式SMO SM1 工作模式 功能說明 波特率 第 22 頁 共 58 頁0 0 模式0 同步移位寄存器方 式 fosc/l20 1 模式l 10位異步接收發(fā)送 可變(由定時器控制)1 0 模式2 11位異步接收發(fā)送 fosc/32或fosc/641 l 模式3 11位異步接收發(fā)送 可變(由定時器控制)REN：允許接收控制位。若 SM2=1，則允許多機通信。 內(nèi) 部 總 線 ≥ 1串 行 口 中 斷輸 入 移 位 寄 存 器 98)串行控制寄存器接 收 控 制 器發(fā) 送 控 制 器8接 收9)門發(fā) 送定時器 圖 MCS51 單片機串行口結(jié)構(gòu)框圖 MCS51 單片機串行口的控制 串行口的工作主要受串行口控制寄存器 SCON 的控制，另外也和電源控制寄存器PCON 有關(guān)。使用串行接口以后，串行收、發(fā)的工作主要由串行接口來完成。發(fā)送緩沖器只能寫入，不能讀出，接收緩沖器只能讀出，不能寫入，故兩者使用同一個符號(SBUF)，占用同一個地址(99H)。波特率與字符的傳送速率之間的關(guān)系為：波特率等于一個字符的二進制編碼位數(shù)乘字符/秒，通信時要求發(fā)送端與接收端的波特率必須一致。在異步通信時，通信雙方必須事先約定以下兩項： （1）字符格式。異步傳送的字符格式如圖 所示。 ，串行通信又分為異步通信和同步通信兩種基本方式，在本設(shè)計中采用的是串行異步通信方式。 串行通信基礎(chǔ)知識串行通信的方式可以按傳輸方式分，還可以按傳輸?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來分，前者反映了通信設(shè)備的硬件通信能力，后者反映了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。如果?PC 和外圍設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信，距離小于 30m 時，可以采用并行數(shù)據(jù)通信；而距離大于 30m 時，則應(yīng)采用串行數(shù)據(jù)通信。而當(dāng) SM2 為 0 時，該從機接收所有發(fā)來的信息。其它的從機則一直在SM2=1下繼續(xù)自己的工作，不會因為主、從機之間的數(shù)據(jù)通訊而被打斷。解決的方法是：當(dāng)主機發(fā)送一幀地址信息時，應(yīng)保持這幀數(shù)據(jù)的第9位為1。利用單片機的串口工作方式方式3可以很好的解決上述問題。本設(shè)計采用的就是主從式多機型，它是一種分散形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有接口簡單和使用靈活等優(yōu)點 [8]、[11] 。（3）支持的燒錄文件格式：INTEL 格式的 HEX 文件、EEP 文件，二進制 BIN 文件。具體的下載接口電路原理圖如圖 所示：1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 16May2022 Sheet of File: C:\Documents and Settings\user\業(yè)業(yè)\業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)\ By:1 23 45 67 89 10JP2HEADER 5X2P15P16P17RESET GNDVCC 第 17 頁 共 58 頁圖 下載接口電路圖并口下載線內(nèi)部使用了 HC244 芯片對信號進行隔離，帶 過壓保護，具有二極管電壓隔離，可防止誤插到 JTAG 座時的目標板電源保護。使用燒錄口，只要在設(shè)計時電路板上預(yù)留一個標準的 ISP 接口，配合并口下載線，就可以不用拔出芯片，在電路板上就可以對芯片進行編程配置。 第 16 頁 共 58 頁 圖 MAX485 引腳圖和典型工作電路表 為 MAX485 接口芯片的收發(fā)器的邏輯真值表，它們便于半雙工的通信接口電路使用。其引腳結(jié)構(gòu)圖見圖 所示。具體的電路連接圖見圖 和圖 所示 。圖 DS18B20 的讀時序圖DS18B20 的寫時序如圖 所示。圖 DS18B20 的復(fù)位時序圖DS18B20 的讀時序如圖 所示。所有時序都是將主機作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。計數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶體振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時，溫度寄存器的值將加 1，計數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，計數(shù)器 1 重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器 2 計數(shù)到 0 時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。DS18B20 測溫原理如圖 28所示。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。DS18B20 的引腳圖見圖 。 圖 DS18B20 硬件連接圖溫度測量采用最新的單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，DS18B20 是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器。這樣可以方便在測試外部溫度調(diào)節(jié)角度。 從機電路設(shè)計 從機采用 STC89C52 作為基本控制器來負責(zé)現(xiàn)場監(jiān)控并采取現(xiàn)場的溫度信號。以此類推，就可以確定 S1S16 中有哪個按鍵被按下了。具體過程說明如下：假設(shè)查詢到 H1 為高電平，HHH4 為低電平。如果采用每個按鍵接一根控制線，那么要 16 根控制線，這樣的設(shè)計就浪費了單片機的很多 I/O 口資源，所以設(shè)計中選擇使用矩陣式鍵盤。由于矩陣鍵盤中行、列線是多鍵共用的，各按鍵均影響該鍵所在行和列的電平，所以必須將行列線信號配合起來作適當(dāng)?shù)靥幚?，才能確定閉合鍵所在的位置。矩陣式鍵盤，也即通常所說的行列式鍵盤，由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點上，行、列分別連接到按鍵開關(guān)的兩端，行線通過上拉電阻接到高電平。具體的電路原理圖如下圖 所示： 第 11 頁 共 58 頁圖 報警電路原理圖 鍵盤控制電路設(shè)計鍵盤是一組按鍵的集合，它是最常用的單片機輸入設(shè)備。5 R/W H/L R/W=“H”，E=“H”，數(shù)據(jù)被督導(dǎo)DB7~DB0R/W=“l(fā)”，E=“H→L”,DB7~DB0 的數(shù)據(jù)被寫到 IR 或DR6 E H/L 使能信號7 DB0 H/L 數(shù)據(jù)線8 DB1 H/L 數(shù)據(jù)線9 DB2 H/L 數(shù)據(jù)線10 DB3 H/L 數(shù)據(jù)線11 DB4 H/L 數(shù)據(jù)線12 DB5 H/L 數(shù)據(jù)線13 DB6 H/L 數(shù)據(jù)線14 DB7 H/L 數(shù)據(jù)線15 PSB 串并口選擇16 NC 空腳17 RST 復(fù)位腳（低電平有效）18 VOUT 倍壓輸出腳19 LEDA 背光電源正極（5V）20 LEDK 背光電源負極（0V） 報警電路設(shè)計 該部分主要是對所采集到的溫度指標來做出相應(yīng)的回應(yīng)，主要是通過中斷來完成。 ROM 總共提供8192個漢字（16X16 點陣）。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。市場上銷售的 LCD，其背面含有驅(qū)動和控制電路，有專門的 IC 來完成 LCD 的動作控制，在設(shè)計 LCD 的接口電路中，只要送入適當(dāng)?shù)拿? 第 8 頁 共 58 頁碼和要顯示的數(shù)據(jù)，LCD 便會將其字符顯示出來，在過程控制上非常方便。本系統(tǒng)采用的是HJ12864M1 液晶屏來顯示所采集到的實時溫度信息和按鍵處理時的具體操作的顯示。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，圖 STC89C52 引腳圖 第 7 頁 共 58 頁如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令。 為串口發(fā)送與接收端口， 為地址輸入驅(qū)動的控制端口， 為接收器輸出使能端口， 為驅(qū)動器輸出使能端口。本系統(tǒng)中對其外圍電路的接口的設(shè)計如圖 所示。它即協(xié)調(diào)整機工作，又是數(shù)據(jù)處理器，是軟硬件系統(tǒng)連接的橋梁。 主控機電路設(shè)計該主控機主要是使用單片機進行控制，通過液晶顯示屏對相關(guān)的數(shù)據(jù)進行顯示。 第 5 頁 共 58 頁3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計本系統(tǒng)采用單片機為核心設(shè)計電路，使用軟硬件結(jié)合的方式。方案（二）：采用 RS485 標準，它采用平衡發(fā)送和差分接收方式實現(xiàn)通信：發(fā)送端將串行口的 TTL 電平信號轉(zhuǎn)換成差分信號 A、B 兩路輸出，經(jīng)過線纜傳輸之后在接收端將差分信號還原成 TTL 電平信號。 第 4 頁 共 58 頁方案（一）：采用 RS232 標準，優(yōu)點實現(xiàn)簡單，模塊設(shè)計相當(dāng)成熟，且成本也較低。方案（二）：用 DS18B20 溫度傳感器來采集溫度，DS18B20 作為一種數(shù)字化溫度傳感器，DS18B20 測溫時無需任何外部元件，可直接輸出 9～12 位(含符號位)的被測溫度值，測溫范圍為55～ +125℃；在1O～+85℃ 范圍內(nèi)測量精度為177。 從機部分方案論證從機部分需要完成各種信息的采集以及簡單的對采集回來的信息進行處理，根據(jù)這些要求，設(shè)計了以下幾個方案。方案（二）： 以 PC 機為控制核心，由上位機來統(tǒng)一控制信息的采集，優(yōu)點是可以實現(xiàn)豐富的控制功能。以 52 單片機為核心，溫度傳感器采用 DS18B20。主機部分根據(jù)系統(tǒng)的要求，主機部分需要完成的功能：是讀取并顯示從機采集回來的實時數(shù)據(jù)信息，并且對從機的外設(shè)進行控制。畢業(yè)設(shè)計的目的是了解基本電路設(shè)計的流程，豐富自己的知識和理論，鞏固所學(xué)的知識，提高自己的動手能力和實驗?zāi)芰Γ瑥亩邆湟欢ǖ脑O(shè)計能力。同時，最大傳輸速率和最大傳輸距離也大大提高。MCS51 系列單片機的串行口工作模式 2 和模式 3 可實現(xiàn)多機通信。在測試領(lǐng)域，想要構(gòu)建一個較大規(guī)模的測試系統(tǒng)，都不可避免地采用包括 PC、單片機和其他測試設(shè)備在內(nèi)的多機系統(tǒng)。 第 I 頁 共 Ⅱ 頁基于 RS485 總線的遠程監(jiān)測實時