【正文】 在異步數(shù)據(jù)傳輸過程中，數(shù)據(jù)要么是按字節(jié)一個接一個被連續(xù)傳送，要么就是多個字節(jié)構(gòu)成一個數(shù)據(jù)幀，然后數(shù)據(jù)是以幀為單位被傳送的。 發(fā) 送 模 塊接 收 模 塊選擇器P 1 . 0P 1 . 1I n t oT X D+主 單 片 機R X DP 1 . 0T X D4 . 8 K H Z2 . 4 K H Z 圖 38 發(fā)送電路原理圖 發(fā)送部分無需編程，主單片機只要檢測到 EN=0，即可將要發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)寫到串口寄存器 SBUF 中即可。每次發(fā)送數(shù)據(jù)前，主單片機都要檢測 EN， EN=0， 才允許數(shù)據(jù)發(fā)送。 AAA圖 37 兩種方波波形的時序關(guān)系 發(fā) 送電路如圖 38 所示，其工作原理描述如下 :主單片機串口輸出的數(shù)哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 26 據(jù) (TXD)控制對兩種方波信號進行選擇輸出 :TXD=1 時， 方波送給F05A； TXD=0 時， 方波送給 F05A。 89C2051 負責產(chǎn)生兩種方波信號(兩種方波時序要求嚴格同步，見圖 37)，主單片機從串口發(fā)送數(shù)據(jù)對兩種方波進行調(diào)制，調(diào)制后的信號由 F05A發(fā)射出去 。 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 ( b )（ a ）圖 36 發(fā)送 97H 時編碼與不編碼波形的比較 實現(xiàn)電路及程序 這種編碼調(diào)制方式另一個優(yōu)點是實現(xiàn)簡單，不需復雜編程。這樣在傳輸過程中，數(shù)據(jù)隱含在 2 種方波信號中，且方波都在最佳傳輸速率中，因此可以有效抑制噪聲數(shù)據(jù)。有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，先發(fā)送 1 位起始位“ 0” (對應(yīng)的為哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 25 一個周期的 方波 )，然后接下來便是要發(fā)送的數(shù)據(jù)位，最后是停止位。由于系統(tǒng)中是用 的方波信號代表數(shù)字 “ 1”。數(shù)據(jù)的發(fā)送模擬單片機的串行口。采用 1 個周期的 方波代表二進制數(shù)“ 0”， 2 個周期的 方波代表二進制數(shù) “ 1”。 由 F05A 的器件特性可知， F05A 對 ～ 波特的數(shù)據(jù)信號具有較好的發(fā)射效率。這是許多無線數(shù)傳模塊在使用中都存在的現(xiàn)象。如果將頻率適中的方波信號直接調(diào)制發(fā)射模塊 F05A，則接收端收到的方波信號波形特別穩(wěn)定。 哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 24 1 0 0 1 0 1 1 1 （ b ）（ a ）(a)為曼徹斯特編碼波形 (b)為改進的編碼波形 圖 35 兩種編碼波形比較 在系統(tǒng)測試實驗時發(fā)現(xiàn)，如果用單片機串口送出的數(shù)據(jù) 直接調(diào)制F05A，則收到的數(shù)據(jù)誤碼率很高，經(jīng)分析其原因主要是由于數(shù)據(jù)中連續(xù)出現(xiàn)的“ 0”或“ l”使得調(diào)制脈沖的占空比過大而引起發(fā)射過調(diào)制的緣故 。這種編碼方式的優(yōu)點是碼元中含有同步信號，并且不存在直流成分。曼徹斯特碼元波形如圖 35(a)所示，編碼的每一位中間都有一個跳變，位中間的跳變既作為時鐘也表示 數(shù)據(jù)。好的編碼方式將帶來強的抗干擾性。 可靠的數(shù)據(jù)編碼 設(shè)計原理 由 于無線數(shù)據(jù)傳輸只能采用串行發(fā)送，數(shù)據(jù)的串行編碼方式會影響到傳輸?shù)目煽啃浴? F05A 工作頻率為 413M，對應(yīng)頻點的的接收模塊為 J04H， F05B 工作頻率為 315M，對應(yīng)頻點的的接收模塊為 J0E4。 J04 內(nèi)含放大整形電路，輸出為數(shù)據(jù)信號可直接至單片機，使用極為方便。 F05 對 2400～ 9600 波特的數(shù)據(jù)信號具有較好的發(fā)射效率 [10] F05 加小拉桿天線在 開闊區(qū)最大發(fā)射距離約 250 米，在障礙區(qū)相對要近。 F05 系列采用聲表諧振器穩(wěn)頻，頻率穩(wěn)定度僅次于晶體?，F(xiàn)在市面上的無線數(shù)傳模塊種類繁多，但基本可以分為 3 類 :第一種是采用鎖相環(huán)技術(shù)，晶振穩(wěn)頻，性能比較優(yōu)良，價格也很昂貴 ； 第二種是采用聲表諧振器，頻率穩(wěn)定度僅次于晶體 ； 另外一種是采用 LC 振蕩器，可靠性不高，價格也相對便 宜 . 大多數(shù)無線收發(fā)模塊芯片都需要進行曼徹斯特編碼后才能傳輸，這大大增加了軟件的工作量和產(chǎn)品開發(fā)的難度。 主單片機與計算機和各分機進行通信的程序流程圖如下 : 哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 22 初 始 化選 擇 與 分 機 通 信發(fā) 出 讀 分 機 命 令最 大 嘗 試 次 數(shù) N = N 1選 擇 與 P C 機 通 信延 時 B返 回 程 序 入 口延 時 。這樣，就不會產(chǎn)生通信屏蔽問題。為了解決這一問題，使對來自計算機的數(shù)據(jù)能被實時響應(yīng)，在實際電路中，通信選擇電路只是對主單片機的發(fā)送端進行選擇，而接收端直接與通信單片機的 TXD 端相連，沒有參與選擇。 SETCLRSRI C I 2 3 28 9 C 2 0 5 1u1x2x1f(x1...xn)無 線 接 收至 計 算 機無 線 發(fā) 射8 9 C 5 1T X D 圖 32 通信選擇電路示意圖 通信發(fā)送選擇電路由三個門電路構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡單，如圖 32 所示。 哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 21 通信選擇電路 在 主控機中，主單片機的串行口既要與通信單片機交換數(shù)據(jù)，還要與計算機進行通信，而 51 單片機只有一個串行口，不能同時滿足需要，因此，這里采用了通信選擇電路來對其進行選擇。因此，主控機實際上是一臺通信處理機。 無線數(shù)據(jù)通信是在主控機與各分機間進行，因此，在介紹無線數(shù)據(jù)通信之前，先來看一看主控機的工作原理。要使數(shù)據(jù)傳輸正確，只能從改進傳輸信號的質(zhì)量下手。由于無線數(shù)據(jù)信號直接暴露于空中，一些在有線傳輸方式下采取的抗干擾措施，如屏蔽等，己不再適用。 哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 20 第 3章 無線數(shù)據(jù)通信 無線數(shù)據(jù)通信對于在那些布線困難、環(huán)境惡劣的工業(yè)控制場所，是一種行之有效的數(shù)據(jù)傳輸方法。在分機的整體設(shè)計中所使用的元器件單總線，溫度傳感器 DS18B20，（特點， 64 位激光 ROM 碼，溫度測量， CRC的產(chǎn)生，溫度傳感器的登記，溫度采集中 P2 口復用問題） 。繼電器由單獨電源供電，控制回路與繼電器回路采用光禍隔離，以避免繼電器工作時產(chǎn)生的干擾竄入到控制電路中。由于 485 電路與無線通信電路是可選擇工作的，因此它們的通信端口是直接并在一起的。 485 通信電路及接口作為一種可選方式，使系統(tǒng)的主控機與分機間的通哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 19 信可以采用 RS485 方式，這為在進行一些測試時或必要時直接采用 RS485通信方式取代無線通信方式提供了方便。這里，主單片機與通信單片機共用一片看門狗電路，由主單片機送出看門狗復位信號。地址表示成 1 個字節(jié)，設(shè)置范圍為 0～ 63。主控機發(fā)出的命令幀，各個分機都將收到，命令幀中包含了分機的地址，因此，通信單片機便將收到的地址與本機設(shè)置的地址進行比較，相同的話才會響應(yīng)主控機的命令，若不相同，則等待主控機的下一幀命令。 哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 18 D 2D 3P U S H 1P U S H 2P 1 4P 1 5I N T O 圖 27 鍵盤電路 在糧庫監(jiān)控系統(tǒng)中由于存在多臺分機，主控機在與它們通信時，為了進行區(qū)分，必須為每臺分機設(shè)置一個地址。任何一只鍵被按下都將引起中斷。否則單片機在溫度讀取時將檢測不到此傳感器的存在。每臺分機各設(shè)有兩只鍵和三只數(shù)碼管。在本系統(tǒng)中， DS1SB20 的 64 位激光 ROM 碼在注冊后要求不能丟失，而溫度數(shù)據(jù)的循環(huán)讀取更新，要求存儲器速度要快，因此， DCMO256 正是最佳選擇。 其它部分 本系統(tǒng)在每臺分機上擴展了一片 32K 的非易失性 SRAM DCMO256 作為 數(shù)據(jù)存儲器，用于儲存 DS18B20 的 64 位激光 ROM 碼和采集的多點溫度值。在讀寫周期內(nèi) ， P2 口引腳上將保持地址信息，但從圖 26 所示的 P2 口結(jié)構(gòu)可知，輸出地址時，并不要求 P2 鎖存器鎖存 1，鎖存器的內(nèi)容也不會在送地址的過程中改變，故訪問外部數(shù)據(jù)存儲 器周期結(jié)束后， P2 口鎖存器的內(nèi)容又會重現(xiàn)在引腳上 。這里， P2 口被用作普通 I/O 口來使用。但是由于在溫度傳感器 DS18B20 的操作過程中，單總線必須始終與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入端口保持相連，以維持連續(xù)的串行數(shù)據(jù)傳輸。 溫度采集中 P2 口復用問題 在電路設(shè)計上， DS18B20 被看作一個具有 16 位地址的外設(shè)來對待。 讀得的溫度數(shù)據(jù)按照上述 圖 24 的格式存放在分機的 E2PROM 中，每個點占用 16 個字節(jié)的存儲空間。 CPU 接著發(fā)出讀溫度命令 (BEH)，然后，此測溫點將會把緩存器中溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給 CPU，并存儲到 E2PROM 中相應(yīng)的位置上。這時， CPU 將此 Line 上的第一個點的物理位址 (64 位元激 光 ROM 碼 )發(fā)送到總線上。這時， CPU在掃描測溫時將檢測到這一測溫點的存在，并對其進行測溫操作。在每臺分機上都有一個登記注冊端口 (主單片機的 P16 端口 )， DS18B20 在接入系統(tǒng)前，先接到登記注冊端口，然后用鍵盤給它設(shè)定一個邏輯地址。在這時，如果重新計算得到的CRC 正確，移位寄存器將包含所有 0。在從 ROM 中移 56 位或從暫存寄存器移到字節(jié) 7 時，多項式發(fā)生器將包含重新計算得到的 CRC。 CRC 表達式 (多項式函數(shù) ) CRC=x8+x5+x4+l 應(yīng)用圖 24 中所示的多項式發(fā)生器可以重新計算 CRC，并與 DS18B20中的 CRC 相比較。 ROM 碼 CRC 是從 ROM 碼前 56 位計算得出的并且放在 ROM的最高字節(jié)。 CRC 的產(chǎn)生 CRC 字節(jié)作為 DS18B20 的 64 位 ROM 編碼的一部分。標志位 S 表示溫度是正是負，為 正則 S=0，為負則 S=1。 4 8 位 序 列 碼 8 位 元 系 列 編 碼 （ 2 8 H ）8 位 C R C MSB LSB MSB LSB MSB LSB 圖 21 64 位激光 ROM 碼 溫度測量 DS1SB20 的核心功能是其數(shù)字溫度傳感器。接下來的 48 位包含了唯一的系列號。 DS18B20 也可以通過外部供電從 VDD獲得電源 [1] 64 位激光 ROM 碼 每一個 DS18B20 都有一個 64 位碼 (見 圖 21)存在 ROM 中。當總線為高時，穩(wěn)定電源的提供是通過單線上的上拉電阻實現(xiàn)的，總線信號“高”也控制內(nèi)部電容 (Cpp)，當 總線為低時由電容為器件供電。數(shù)據(jù)位可編程 9～ 12 位，轉(zhuǎn)換 12 位溫度時間為750ms (最大 ):用戶可自設(shè)定預警上下限溫度 ； 報警搜索命令可識別和尋址那個器件的溫度至超出預定值。測溫范圍 550～ 1250 攝氏度，在 100～ 850 攝氏度范圍內(nèi)誤差為 177。 DS18B20 1 2 3 圖 23DS18B20 引腳圖 引腳說明： 1. GND 地 2. DQ 數(shù)字輸入 /輸出 3. VDD 可選的電源 哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 12 特點描述 采用單總線技術(shù)，與單片機通訊只要一根 I/O 線。 系統(tǒng)的調(diào)試和維護 :由于引線的減少，使得系統(tǒng)接口大為簡化，給系統(tǒng)的調(diào)試帶來方便 ； 同時，由于 DS18B20 是全數(shù)字元器件，故障率很低，抗干擾性強，因此，減少了系統(tǒng)的日常維護工作。一支 DS18B20 的體積與普通三極管相差無幾，價格只有十元人民幣左右。由于單總線器件發(fā)送數(shù)據(jù)后可保持 15μs有效時間，因此，主機在讀時序期間必須釋放總線，且須在 15μs的采樣總線狀態(tài)，以便接收從機發(fā)送的數(shù)據(jù)有了單總線的概念，下面來了解一下數(shù)字溫度傳感器 DS18B20。在主機發(fā)出讀操作之后，單總線器件才開始在總線上發(fā)送 0或 1。單總線器件僅在主機發(fā)出讀時序時才向主機傳輸數(shù)據(jù)。讀、寫操作均始于主機拉低總線。在讀、寫操作時，總線只能傳輸一位數(shù)據(jù)。主機釋放總線時，會產(chǎn)生 一個 由低電平跳變?yōu)楦唠娖降纳仙?，單總線器件檢測到該上升沿后，延時 15～ 60μs，接著單總線器件通過拉低總線 60～240μs 來產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。初始化包括主機發(fā)出的復位脈沖和從機發(fā)出的應(yīng)答脈沖。所有的單總線命令序列 (初始化， ROM 命令，功能命令 )都是由這 些基本的信號類型組成的。 所有的單總線器件都要遵循嚴格的通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。由于它們是主從結(jié)構(gòu)，只有主機呼叫從機時，從機才能應(yīng)答，因此主機訪問 1wier 器件都必須嚴格遵循單總線命令序列，即初始化、 ROM、命令功能命令。其單總線通常要求外接一個約為 的上拉電阻，這樣，當總線閑置時，其狀態(tài)為高電平。 單總線即只有一根數(shù)據(jù)線，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換、控制都由這根線完成。主機可以是微控制器，從機可以是單總線器件，它們之間的數(shù)據(jù)交換只通過一條信號線。該技術(shù)與上述總線不同，它采用單根信號線，既可傳輸時鐘，又能傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，因而這種單總線技術(shù)具有線路簡單