【正文】 最后還要感謝我的父母和家人，他們?yōu)槲姨峁┝肆己玫谋Ｕ鲜刮夷茼樌瓿蓪W(xué)業(yè)，他們多年來(lái)默默的支持和殷切的希望，是我不斷前進(jìn)的動(dòng)力。在課題進(jìn)行期間，導(dǎo)師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、敏銳的洞察力、活躍的學(xué)術(shù)思想、積極進(jìn)取的敬業(yè)精神和雷厲風(fēng)行的工作作風(fēng)，一直激勵(lì)著我們開拓進(jìn)取和攻克難關(guān)。這樣可以減少紅外線的散射，增加傳輸距離；（2）紅外傳播具有角度較小的特點(diǎn)，其方向性較強(qiáng)，帶來(lái)相應(yīng)的缺點(diǎn)是接收時(shí)必須使收發(fā)對(duì)管在一定的接收范圍內(nèi)，給實(shí)際操作帶來(lái)一定的困難。（3）正確掌握實(shí)驗(yàn)儀器的使用，對(duì)系統(tǒng)的調(diào)試是非常有幫助的。通過(guò)本次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多以前沒(méi)有接觸過(guò)的知識(shí)和方法，深刻體會(huì)到以下幾點(diǎn)：（1）一定要要把基礎(chǔ)理論知識(shí)弄清楚，因?yàn)楹芏鄰?fù)雜的電路，其本質(zhì)都是由基本的電路構(gòu)成。研究DS18B20溫度傳感器的控制方式，這樣為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸提供了有意義的數(shù)據(jù)來(lái)源。本文中所介紹的應(yīng)用于單片機(jī)的紅外無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，利用單片機(jī)本身具有的串行通信功能，替代紅外通信中的編碼、解碼，從而在軟件上大大減少了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)間。關(guān)于傳輸速率：由測(cè)試知道當(dāng)傳輸數(shù)率為4800bps時(shí)，即使通信距離很近，誤碼率還是會(huì)很高；關(guān)于這個(gè)問(wèn)題主要是由于載波的原因。具體測(cè)試結(jié)果如表71所示。 性能測(cè)試在系統(tǒng)工作正常的情況下，進(jìn)行系統(tǒng)的性能測(cè)試。本次測(cè)試中發(fā)送模式2的應(yīng)答信號(hào)，因此系統(tǒng)工作在主機(jī)發(fā)送，PC接收的狀態(tài)；從上圖中可以看到中間一段數(shù)據(jù)63 00 00 08 0E不斷重復(fù)；其實(shí)這就是接收到的溫度數(shù)據(jù)。圖72 PC機(jī)串口通信調(diào)試 由圖可知，首先主機(jī)向PC機(jī)發(fā)送聯(lián)系信號(hào)“41”，PC機(jī)接收到“41”后向主機(jī)發(fā)送應(yīng)答信號(hào)“42”，主機(jī)接收到“42”后，則顯示“OK”表示接收正常。相對(duì)與上面的兩個(gè)模塊來(lái)說(shuō)液晶調(diào)試比較簡(jiǎn)單，我們只要調(diào)節(jié)背光的分壓變阻器，當(dāng)看到液晶顯示出現(xiàn)灰色點(diǎn)狀陣列就可以了。其實(shí)前面之所以要在發(fā)射端加上一級(jí)非門對(duì)信號(hào)進(jìn)行反相，也就是為了使接收到的信號(hào)與發(fā)射信號(hào)步調(diào)一致。 圖75 發(fā)送信號(hào)與調(diào)制輸出波形圖發(fā)射部分調(diào)試好了以后，接下來(lái)就可以將發(fā)射與接收進(jìn)行聯(lián)調(diào)，下圖76就是系統(tǒng)信號(hào)的調(diào)制發(fā)射與接收號(hào)圖。然后將示波器的探頭放在NE555的OUT（3腳）端，接下來(lái)調(diào)節(jié)電阻R15的阻值，直到調(diào)節(jié)到輸出波頻率為38KHZ，555輸出波形如圖72所示。通過(guò)以上步驟，一個(gè)完整的電路硬件部分就制作完成了，這時(shí)可以再檢查一下是否有元器件漏焊、焊錯(cuò)的情況，以確保電路的正確。本次系統(tǒng)的布局框圖如圖61所示。（5）讀DDRAM命令；RS=1，R/W=1；功能就是從DDRAM當(dāng)前位置中讀出數(shù)據(jù)。設(shè)置字形大小，當(dāng)F=1時(shí)5*10點(diǎn)陣，F(xiàn)=0時(shí)為5*7點(diǎn)陣。功能：將顯示緩沖區(qū)的DDRAM的內(nèi)容全部寫入空格。 } bi=jishu。amp。 }檢測(cè)超時(shí)報(bào)警程序：void time0() interrupt 1{ char bi。P2_3=1。檢測(cè)校驗(yàn)位程序： switch(rec1) { case 39。表55 三種通信模式對(duì)比模式序號(hào)顯示及傳輸方向PC通信1雙機(jī)都顯示本地溫度數(shù)據(jù)；可顯示主機(jī)的溫度數(shù)值2主機(jī)向從機(jī)傳輸溫度數(shù)據(jù)（主機(jī)發(fā)送從機(jī)接收）可顯示主機(jī)溫度和向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)3從機(jī)向主機(jī)傳輸溫度數(shù)據(jù)（主機(jī)接收從機(jī)發(fā)送）接收從機(jī)發(fā)射過(guò)來(lái)的溫度信號(hào)并顯示設(shè)計(jì)中的每一種模式切換都必需進(jìn)行通信測(cè)試，測(cè)試過(guò)程為：主機(jī)向從機(jī)發(fā)送聯(lián)系信號(hào)只有當(dāng)主機(jī)接收到從機(jī)的應(yīng)答信號(hào)時(shí)才開始接下來(lái)的操作，如接收數(shù)據(jù)等；否則主機(jī)將會(huì)一直發(fā)送聯(lián)系信號(hào)直到接收到對(duì)方的應(yīng)答信號(hào)為止。圖512為主機(jī)串口中斷程序流程圖。只有將一個(gè)完整的溫度數(shù)據(jù)接收完成時(shí)，才將接收到的數(shù)據(jù)送去計(jì)算處理（及顯示出來(lái)）。 （5）即T1工作在方式2的情況下，且賦予TH1=232，TL1=232的初值，則串行通信的波特率為1200b/s。當(dāng)定時(shí)器1作為波特率發(fā)生器使用時(shí)，應(yīng)選用工作方式2，因?yàn)楣ぷ鞣绞?具有8位自動(dòng)重裝載功能，這樣可避免程序反復(fù)裝入初值所引起的誤差，使波特率更加穩(wěn)定。圖59 半雙工形式的串行通信 51單片機(jī)的串口通信共有4種工作方式，具體如表52所示。（3）半雙工形式。其數(shù)據(jù)傳輸是單向的。停止位可能是起始位之后就傳送數(shù)據(jù)。圖58 異步串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖址袷剑?）起始位。 串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩x是：數(shù)據(jù)傳輸按位順序進(jìn)行，最少只需一根數(shù)據(jù)線就能完成通信，成本低但速度慢。 最后就是將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行微機(jī)處理；這樣就完成了一次對(duì)DS18B20的訪問(wèn)過(guò)程。其中的初始化如上面的時(shí)序中講到的一樣；然后就是對(duì)ROM的操作，DS18B20片內(nèi)有光刻64位的ROM，它可以看成是該DS18B20的地址序列碼。t2距t0為15us，也就是說(shuō)，t2時(shí)刻前主機(jī)必需完成讀位。若低電平，寫入的位是0，見圖54；若為高電平，寫入的位是1，見圖55。這些命令對(duì)每一個(gè)器件的激光ROM部分進(jìn)行操作，成功執(zhí)行完一條ROM操作序列后，即可進(jìn)行存儲(chǔ)器和控制器操作，表51列出了DS18B20的指令操作集。因?yàn)镈S18B20是支持“一線總線”接口的溫度傳感器，與單片機(jī)的連接方便、占用口線較少等功能，但是由于單片機(jī)對(duì)DS18B20發(fā)送指令和接收它回傳給單片機(jī)的數(shù)據(jù)都是通過(guò)這單根總線進(jìn)行通信的，所以在程序編寫過(guò)程中必需注意時(shí)序問(wèn)題：DS18B20從測(cè)量結(jié)束到溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量需要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，這個(gè)延時(shí)必需保證的，不然，則會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤的現(xiàn)象，使溫度輸出總是顯示85；較小的硬件開銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳輸，因此對(duì)DS18B20進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必需嚴(yán)格保證讀寫時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)量結(jié)果。根據(jù)上面所設(shè)計(jì)的任務(wù)。5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是紅外無(wú)線數(shù)據(jù)的傳輸，也就是用紅外線作為傳輸媒介進(jìn)行數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。圖420 TS1620液晶顯示器TS1620是一款字符型液晶模塊,使用2行16字的5*7點(diǎn)陣圖形來(lái)顯示字符,它采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，各引腳情況如表44所示。圖418 MAX232典型應(yīng)用原理圖 PC機(jī)和MAX232接口的連接非常簡(jiǎn)單，在一般的應(yīng)用中，只需有三條線即可完成通信，分別是串口接頭DB9的第2腳RXD與MAX232的輸出相連，第3腳TXD與MAX232的輸入相連，然后在共地，最后，通過(guò)串口線連接到電腦的串口上就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)的串行通信了，不過(guò)在通信的過(guò)程中一定要特別注意雙方的波特率一定要相同，否則，通信是不可能成功的，具體的電路如圖419所示。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選用的是MAXIM公司的MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片，MAX232C屬于MAXIM公司的通用串行接收/發(fā)送驅(qū)動(dòng)芯片，芯片引腳如圖417所示。因?yàn)殡娔X的串口是RS—232C接口，是符合EIA（美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)）RS—232C規(guī)范的外部總線標(biāo)準(zhǔn)接口。圖416 HS0038B的接收與輸出波形正因?yàn)橐惑w化紅外接收頭有如此多的有點(diǎn)，所以它在紅外通信中得到了越來(lái)越來(lái)廣泛的應(yīng)用。其內(nèi)部原理框圖和典型應(yīng)用電路如圖415所示。而這個(gè)放大器除了應(yīng)有高的放大倍數(shù)外，還應(yīng)該是低噪聲并具有對(duì)信號(hào)波的解調(diào)能力（濾除信號(hào)載波，只留下有用的調(diào)制信號(hào)）。其中R1R20 為限流電阻，以防止流過(guò)SE303的電流過(guò)大而圖413 紅外發(fā)射電路圖損壞管子。紅外發(fā)光二極管的反向擊穿電壓較低，約為5~30V，因此在平時(shí)的使用過(guò)程中其反向電壓不得超過(guò)5V。 下面主要分析信號(hào)是怎樣調(diào)制到載波上去的。圖410 NE555定時(shí)器電路在電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先必須掌握555振蕩頻率的計(jì)算。表43 NE555邏輯功能表輸入輸出正跳變觸發(fā)（6）負(fù)跳變觸發(fā)（2）復(fù)位（4）放電管輸出（3）XX0導(dǎo)通02/3Vcc1/3Vcc1截止12/3Vcc1/3Vcc1導(dǎo)通02/3Vcc1/3Vcc1不變不變 在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，使用NE555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器來(lái)產(chǎn)生38KHZ載波。比較器的參考電壓由電阻分壓器決定。它包含兩個(gè)電壓比較器、一個(gè)基本的RS觸發(fā)器、泄放電管和三個(gè)5K電阻構(gòu)成的分壓器。 NE555定時(shí)器是一種將模擬功能與邏輯功能相結(jié)合的多用途單片集成電路，可以產(chǎn)生時(shí)間遲延和脈沖信號(hào)，由555構(gòu)成的時(shí)基電路具有以下優(yōu)點(diǎn)：定時(shí)精度高，工作速度快；使用電壓范圍寬，為2V～18V；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用靈活；有一定的輸出功率，可以直接驅(qū)動(dòng)小型繼電器、指示燈及微電機(jī)；工作可靠性高，使用范圍廣；只要在外部配上幾個(gè)適當(dāng)?shù)淖枞菰?，就可以?gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器和施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與整形電路，在工業(yè)自動(dòng)化控制、定時(shí)、測(cè)量及家用電器等方面廣泛的應(yīng)用。 在單片機(jī)的按鍵部分采用按鈕型按鍵，按鍵未按下時(shí)其輸出端為高電平，按鍵按下時(shí)輸出端為低電平；為了增加電平的準(zhǔn)確性，可以在按鍵的輸出端加上拉電阻來(lái)確保其高低電平的正確，這樣通過(guò)單片機(jī)來(lái)檢測(cè)I/O口的電平狀況，然后執(zhí)行不同的操作，這樣就實(shí)現(xiàn)了按鍵的控制功能，電路如圖47所示。 RST引腳是單片機(jī)復(fù)位信號(hào)的輸入端，復(fù)位信號(hào)是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)振蕩脈沖周期（即2個(gè)機(jī)器周期）以上，產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)的電路如圖45所示。 在單片機(jī)的內(nèi)部有一個(gè)高增益反向放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為XTAL2，在芯片的外部通過(guò)這兩個(gè)引腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。圖43 AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)AT89S52單片機(jī)為用戶提供了豐富的資源：8K字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。 在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，使用的是Atmel公司生產(chǎn)的AT89S52單片機(jī)，它是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。其典型電路如圖42所示。表41 DS18B20寄存器分布字節(jié)序號(hào)寄存器名稱0溫度最低數(shù)據(jù)位1溫度最高數(shù)據(jù)位2高溫限制3低溫限制4保留5保留6計(jì)數(shù)剩余值7計(jì)數(shù)器/℃8CRC校驗(yàn) DS18B20使用12位的二進(jìn)制數(shù)來(lái)存儲(chǔ)溫度值，最高位為符號(hào)，其中，低8位的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存順序?yàn)椋?高8位的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存順序?yàn)?SSSSSS代表溫度的正負(fù)，S=1，代表接收到的為負(fù)溫度；S=0，代表接收到的為正溫度；結(jié)合上面的順序就可以將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為溫度，例如，0550H為85℃，0191H為+℃，但要注意的是，負(fù)溫度是以二進(jìn)制的補(bǔ)碼形式存在的，因此在轉(zhuǎn)換時(shí)要將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行取反加1后再進(jìn)行操作。內(nèi)部高速暫存器包含8個(gè)連續(xù)字節(jié)，前兩個(gè)是測(cè)得的溫度信息，第一個(gè)字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低8位，第二個(gè)字節(jié)是溫度的高8位，第4個(gè)是TH、TL的易失性拷貝，第5個(gè)字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這3個(gè)字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新。DS18B20管腳排列如圖41，從左到右管腳分別為GND；I/O；VDD。接下來(lái)就是電路的分塊設(shè)計(jì)。通過(guò)上面的介紹，可以大體上了解整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，接下來(lái)將進(jìn)行具體的電路原理圖設(shè)計(jì)。其次，為了增加系統(tǒng)的實(shí)用性，可以將PC機(jī)與整個(gè)系統(tǒng)連接起來(lái)；這樣更加符合現(xiàn)代通信要求。最后，就是主機(jī)的通信部分，它主要包括發(fā)射和接收兩部分；發(fā)射部分：主要利用單片機(jī)串口具有自動(dòng)編碼功能，在發(fā)射時(shí)單片機(jī)自動(dòng)加上幀的起始位和結(jié)束位，然后將其調(diào)制到555振蕩器產(chǎn)生的38KHZ載波上，再通過(guò)紅外發(fā)射管進(jìn)行發(fā)射；接收部分：采用一體化的紅外接收頭來(lái)對(duì)接收到的紅外信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、解調(diào)，最后送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理執(zhí)行相應(yīng)的功能。圖31 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖 整個(gè)系統(tǒng)分為兩部分：主機(jī)部分和從機(jī)部分。紅外鏈路管理層協(xié)議為多個(gè)軟件應(yīng)用能夠獨(dú)立、同時(shí)地操作入口提供支持，從而共享一個(gè)IrLAP 連接。協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖24所示。圖22 紅外信號(hào)按收發(fā)器位置不同的傳輸方式圖23 直射和反射式 紅外無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸根據(jù)通信速率的不同可分為：低速模式（SIR，Serial Infrared）,；中速模式（MIR，Medium Speed Infrared），；高速模式（FIR，F(xiàn)ast Speed Infrared）,通信速率為4Mbps；超高速模式（VFIR，Very Fast Speed Infrared），位速率為16Mbps。其實(shí)紅外通信的實(shí)質(zhì)就是對(duì)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制與解調(diào)，這樣可以增加信號(hào)的抗干擾能力，以便利用紅外信道進(jìn)行正確的數(shù)據(jù)傳輸。發(fā)射部分：主要包括紅外發(fā)射器和編解碼控制器，其主要功能就是將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行編碼后再發(fā)射出去；信道部分：信道是傳輸信息的載體，本系統(tǒng)是以紅外線作為傳輸媒介進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?；接收部分：主要包括紅外接收器和解碼控制器，其主要功能就是完成接收信號(hào)的正確解調(diào)和解碼?，F(xiàn)在紅外通信技術(shù)得到迅猛的發(fā)展，廣泛運(yùn)用于移動(dòng)設(shè)備、室內(nèi)辦公設(shè)備、各種近距離遙控系統(tǒng)以及電腦外圍設(shè)備等。紅外無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相對(duì)于別的無(wú)線傳輸技術(shù)有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：紅外線在傳輸過(guò)程中不受無(wú)線電干擾，而且它的使用不受國(guó)家無(wú)線管委會(huì)的限制，并不需要申請(qǐng)專門的頻點(diǎn)，因此具有很強(qiáng)的保密性和穩(wěn)定性；紅外線具有很好的方向性，所以它特別適合方向性很強(qiáng)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸；紅外無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)相對(duì)于別的無(wú)線傳輸系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單的多，因此可以降低整個(gè)系統(tǒng)的成本；其傳輸不受地域的限制既可以在室內(nèi)使用也可以在室外使用。 通過(guò)以上的過(guò)程基本上就能設(shè)計(jì)出能進(jìn)行紅外無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸