【正文】 是科技 Visual C++、 Visual Basic串并口 開發(fā)技術(shù)工程應(yīng)用實(shí)例導(dǎo)航 北京：人民郵電出版社 2020 【 10】康華光 電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第五版）北京：高等教育出版社 2020 【 11】康華光 電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第五版）北京：高等教育出版社 2020 【 12】馬云峰 單片機(jī)與數(shù)字溫度傳感器 DS18B20的接口設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)測量與控制 .(4) 【 13】劉海萍 基于 DS18B20的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 科教可沿 2020年第 11期 29 附錄 附錄 1 系統(tǒng)發(fā)送程序 include include //_nop_() typedef unsigned char uchar。在此，我要對他們表示最誠摯的謝意！ 最后，我要感謝大學(xué)四年來教育我培養(yǎng)我關(guān)心我的老師們。 整個畢業(yè)設(shè)計(jì)期間 趙老師 對我孜孜不倦的教誨和悉心指點(diǎn)，是畢業(yè)設(shè)計(jì)得以完成的重要因素之一， 在此，謹(jǐn)向趙老師致以我深深的敬意。 首先，我要特別感謝我的指導(dǎo)老師 —— 趙波老師，感謝老師給予我的大力支持和幫助。這些都是我寶貴的經(jīng)驗(yàn)和回憶。 這是我在大學(xué)里做的最重要的一個設(shè)計(jì)，多 達(dá) 幾個月的思考、學(xué)習(xí)和制作，導(dǎo)師和同學(xué)的幫助都很大。 本設(shè)計(jì)中， 我不僅學(xué)習(xí)了 DS18B20 單總線器件的使用、遠(yuǎn)程傳輸模塊的編程、上位機(jī)編程，同時設(shè)計(jì)了并實(shí)現(xiàn)了上述功能。在上位機(jī)顯示溫度實(shí)時變化的曲線圖不夠完善，有待改進(jìn)。 最后實(shí)驗(yàn)表明此設(shè)計(jì)能穩(wěn)定、高效、直觀的顯示出溫度數(shù)據(jù)和實(shí)時變化，而且使用起來簡單方便。 實(shí)驗(yàn)后的上位機(jī)顯示數(shù)據(jù)如圖 所示。 VB 應(yīng)用程序界面如圖 。故用 MSComm 控件實(shí)現(xiàn)微機(jī)串口的數(shù)據(jù)通信相當(dāng)簡單 【 8】 。 提供兩種處理通信方式，分別是事件驅(qū)動方式和查詢方式。發(fā)送和接收部分的程序流程圖分別如圖 （ a）和 （ b）所示。系統(tǒng)軟件是在 KEIL 開發(fā)環(huán)境下采用 C51 語言編寫，整個系統(tǒng)軟件由初始化模塊程序、溫度采集、發(fā)送、接收程序、上位機(jī)顯示程序等構(gòu)成。圖 。如圖 所示。在發(fā)送的模塊上增加了一片DS18B20 數(shù)字溫度傳感器。 PTR8000 中 uCLK 引線就是 nRF905 芯片中的引腳 uPCLK 時鐘輸出。在發(fā)送模式下，地址匹配（ AM）和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒（ DR）信號通知單片機(jī)，一個有效地地址和數(shù)據(jù)包已經(jīng)接收完成。在配置模式時，單片機(jī)通過 SPI 接口配置 PTR8000 的工作寄存器；在發(fā)射 /接收模式下，單片機(jī)通過 SPI接口發(fā)送和接收。 SPI接口信號。 模式控制信號。此模塊通過一個 14 引腳的插針為用戶提供一個方便的接口， 各引腳功能如圖 所示。在電路中，電感電容的值是使電路工作在 433MHz 的數(shù)據(jù)。 nRF905 硬件電路 在 nRF905 的使用中，根據(jù)不同要求，其電路圖不盡相同，圖 為 50Ω 單端天線輸出的應(yīng)用原理圖。 nRF905 的 SPI 接口有一 組指令用來對 nRF905 內(nèi)部的各寄存器進(jìn)行配置。只有當(dāng) nRF905 處于掉電或待機(jī)模式時， nRF905 的 SPI 接口才可以進(jìn)入工作狀態(tài)。這些寄存器的配置字都是通過 nRF905 內(nèi)部的 SPI 接口傳送的。 nRF905 在待機(jī)模式下工作電流與外部晶體振蕩器頻率有關(guān)。從待機(jī)模式到發(fā)送模式或接收模式的啟動時間較短。在掉電模式時， nRF905 工作電流最小，為 A。 （ 8） 當(dāng) 接收完 所有的數(shù)據(jù) 時 ， nRF905 把引腳 DR 和地址匹配引腳 AM 置 為 低電平 。 （ 6） MCU 置 TRX_CE 為低電平時 ， nRF905 進(jìn)入待機(jī)模式。 （ 4） 當(dāng) 一個相匹配的地址被 接收到 時 ， 置高 地址匹配引腳 AM。 （ 2） 經(jīng)過 650us 之后 ， 不斷監(jiān)測 nRF905，等待接收數(shù)據(jù)。 （ 5） 當(dāng) TRX_CE 變低時 ， 完成 nRF905 發(fā)送過程，進(jìn)入待機(jī)模式 。 17 （ 3） 在 ShockBurstTM 發(fā)送模式中，射頻配置寄存器自動開啟并完成以下動作： 打包 數(shù)據(jù)、發(fā)送數(shù)據(jù)包和當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完成，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳 DR 被置高。 典型的 nRF905發(fā)送流程是 【 2】 ： （ 1） 當(dāng) MCU 要發(fā)送 數(shù)據(jù)時 ，把 接收機(jī)的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù) 通過 SPI 總線 送傳給 nRF905， 在通信協(xié)議和器件配置時確定 SPI 接口速率。由以上分析可知， nRF905 的 ShockBurstTM收發(fā)模式有利于節(jié)約存儲器和微控制器資源，同時也減小了編寫程序的時間。在ShockBurstTM 接收模式下，當(dāng)一個包含正確地址和數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包被接收到后，地址匹配 (AM)和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好 (DR)兩引腳通知微控制器。 16 表 nRF905工作模式 PWR_UP TRX_CE TX_EN 工作模式 0 X X 掉電和 SPI編程 1 0 X 待機(jī)和 SPI編程 1 1 0 接收 1 1 1 發(fā)射 ShockBurstTM模式 與射頻數(shù)據(jù)包有關(guān)的高速信號處理都在 nRF905 片內(nèi)進(jìn)行，數(shù)據(jù)速率由微控制器配置的 SPI 接口決定，數(shù)據(jù)在微控制器中低速處理，但在 nRF905 中高速發(fā)送，因此中間有很長時間的空閑，這很有利于節(jié)能。兩種工作模式分別是 ShockBurstTM接收模式和 ShockBurstTM 發(fā)送模式 ，兩種節(jié)電模式分別是掉電模式和待機(jī)模式。圖 是 nRF905 的封裝和引腳分布 【 7】 。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示 【 7】 。由于其收發(fā)可靠，使用方便，所以在工業(yè)控制、消費(fèi)電子各領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。 nRF905 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是 頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器和 GFSK 調(diào)制器等組成 。在讀時隙期間，寄生供電的 DS18B20 會拉低總線，外部供電的 DS18B20 會繼續(xù)保持總線高電平。DS18B20 上電時自動進(jìn)行回傳 EEPROM 內(nèi)容的操作，以便器件在通電后使中間結(jié)果暫存器中的數(shù)據(jù)立即有效。跟隨 Recall E2 命令后，主機(jī)可進(jìn)入讀時隙。若采用寄生供電方式，則主機(jī)在發(fā)出該命令之后最長10μ s 內(nèi)必須使總線至少保持 10ms 的高電平。發(fā)送時字節(jié)低位 先發(fā)。如果需要部分?jǐn)?shù)據(jù)，主機(jī)可在讀取過程中的任何時間發(fā)初始化命令，使該命令終止。但寄生供電無此功能。 啟動溫度轉(zhuǎn)換命令（ Convert T），該命令啟動一次溫度轉(zhuǎn)換，隨后轉(zhuǎn)換結(jié)果存入中間結(jié)果暫存器的兩字節(jié)溫度寄存器中，然后 DS18B20 又返回到其休閑狀態(tài)。 圖 DS18B20在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用 DS18B20 的功能命令 【 12】 和所有單 總線器件一樣，訪問 DS18B20 也需要初始化、 ROM 命令和功能命令這三個步驟。 DS18B20 在上電后并不工作，而是處于休閑狀態(tài)，主機(jī)只有發(fā)出一個轉(zhuǎn)換 T 命令才能使它進(jìn)入溫度測量和 A/D 轉(zhuǎn)換狀態(tài)，轉(zhuǎn)換完成后就會有兩字節(jié)的溫度測量值存入中間結(jié)果暫存器，同時 DS18B20 又重新返回到休閑狀態(tài)。微處理器通過每個器件的識別碼來識別器件。 DS18B20 使用 DALLAS 公司獨(dú)創(chuàng)的單總線系統(tǒng)，只需一根控制信號線就可通信。 64 位 ROM 存儲 DS18B20 的唯一器件識別碼，中間結(jié)果暫存器中有兩字節(jié)用來暫存溫度傳感器測得的溫度數(shù)據(jù)。 TO92和封裝如圖 所示 【 6】 。每個 DS18B20 都具有一個唯一的 64位 期間識別碼，這樣可使多個 DS18B20 掛在同一條單總線系統(tǒng)上，并由一個微處理器來控制這些分布在一個較大區(qū)域內(nèi)很多 DS18B20。 DS18B20 使用單總線系統(tǒng)，僅需一根數(shù)據(jù)線即可實(shí)現(xiàn)與微處理器之間通信。該數(shù)據(jù)在讀時隙開始后 15μ s 內(nèi)有效，因此主器件必須在此期間采樣總線，讀出數(shù)據(jù)。主器件在發(fā)出讀命令之后，必須立即產(chǎn)生讀時隙。 DS18B20 在主器件 產(chǎn)生 寫時隙后的 15~60μ s 窗口時間段內(nèi)采樣總線。 寫時隙，主器件用“寫 1”時隙給 DS18B20 寫入邏輯 1， 用“寫 0”時隙給DS18B20 寫入邏輯 1μ s開始一個寫時隙。每個時隙只能傳輸一位數(shù)據(jù)，一個時隙持續(xù)至少 60μ s。 讀 /寫時隙，主器件通過“寫時隙”寫數(shù)據(jù)到 DS18B20 中，然后通過“讀時隙”由 DS18B20 讀出數(shù)據(jù)。字節(jié)傳輸可通過多次調(diào)用位操作來實(shí)現(xiàn)。在每個脈沖期間只能讀或?qū)懸晃粩?shù)據(jù)。所有單總線命令序列（初始化命令、 ROM 命令和功能命令）都是 由 這些基本的信號類型組成，并且發(fā)送的所有命令和數(shù)據(jù)字節(jié)都是 低 位在前。 表 ROM命令說明 ROM命令 說明 搜索 ROM（ F0H） 識別單總線上所有單總線器件的 ID碼 讀 ROM（ 33H） （僅適用單節(jié)點(diǎn)） 直接讀單總線器件的 ID代碼 匹配 ROM（ 55H） 尋找與制定 ID代碼 相匹配的單總線器件 跳過 ROM(CCH) 僅適用單節(jié)點(diǎn) 使用該命令可直接訪問總線上從機(jī)設(shè)備 報(bào)警搜索 ROM(ECH)（僅少數(shù)期間支持） 搜索有報(bào)警的從機(jī)設(shè)備 單總線通信協(xié)議 在單總線系統(tǒng)中 ，為確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾蜏?zhǔn)確，單總線通信協(xié)議定義了初始化脈沖、應(yīng)答脈沖、寫 0 脈沖、寫 1 脈沖和讀脈沖五種信號類型。 ROM 命令還可以使主器件判斷當(dāng)前總線上有幾個從器件。當(dāng)主器件檢測到一個應(yīng)答脈沖后，就發(fā)出一個 ROM 命令。從器件 DS18B20 要等待 15~60μ s 才向主器件發(fā) 8 回應(yīng)答脈沖。單總線操作必須從空閑狀態(tài)開始，但單總線上加的低電平超過 480μ s 時，總線上的所有器件都復(fù)位，主器件發(fā)出復(fù)位脈沖，然后釋放總線改為接受狀態(tài)，總線被上拉電路拉到高電平。 初始化命令，單總線上的所有操作都是從 初始化開始。主機(jī)在訪問單總線器件時要經(jīng)過初始化單總線器件、識別單總線器件和交換數(shù)據(jù)這三個步驟才能實(shí)現(xiàn)對從器件控制。 單總線的工作原理 【 2】 單總線系統(tǒng)是一個單主機(jī)的主從系統(tǒng)。但某個器件不用總線傳輸數(shù)據(jù)時，它釋放 總線 后，就可由另一個器件來使用總線傳輸數(shù)據(jù)。 硬件結(jié)構(gòu)和連接 單總線需要一個大約 5 千歐的上拉電阻，這樣，在空閑狀態(tài)時總線為高電平。它采用單根信號線，既可傳輸時鐘，又能傳輸數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的。最小系統(tǒng)電路圖如圖 。 而且還具有 超強(qiáng) 的 抗干擾性能 。其包含Intel 8051 的基本功能模塊：相同或相似的 8 位 CPU， 8K FLASH ROM， 256 字節(jié)RAM 數(shù)據(jù)存儲器， 4 個 8 位并行口， 3 個 16 位定時器 T0、 T T3，一 個異步串行口 UART。目前家用電器幾乎都是單片機(jī)控制的產(chǎn)品，如空調(diào)、洗衣機(jī)、冰箱等。 單片機(jī)在家用電器等消費(fèi)電子類領(lǐng)域的應(yīng)用也是相當(dāng)廣泛的。將測量技術(shù)、自動控制技術(shù)以及單片機(jī)技術(shù)結(jié)合，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)處理和實(shí)時控制功能， 使 系統(tǒng)工作于最佳狀態(tài)，提高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 單片機(jī)廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室、交通運(yùn)輸工具、計(jì)量等各種儀器儀表之中，使儀表智能化，提高他們測量精度，加強(qiáng)其功能，簡化儀器儀表的結(jié)構(gòu)，便于使用、維 5 護(hù)和改進(jìn)。此外，專用化也是單片機(jī)的一個發(fā)展方向，相信針對單一用途的單片機(jī)也會越來越多。自微型計(jì)算機(jī)問世以來，因?qū)嶋H應(yīng)用的需求，產(chǎn)生了兩個不同的發(fā)展方向：一個是高速度、大容量、高性能；另一個是穩(wěn)定可靠、微型、廉價。這種應(yīng)用的最大特點(diǎn)是針對性強(qiáng)、數(shù) 量巨大，為此廠家常與芯片制造商合作，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)專用的單片機(jī)芯片。用戶可根據(jù)需要設(shè)計(jì)成各種控制系統(tǒng)，即通用單片機(jī)有二次開發(fā)的過程，通過用戶的進(jìn)一步設(shè)計(jì)，才能組建成一個以通用單片機(jī)為核心、配以其它外圍電路的應(yīng)用控制系統(tǒng)。 根據(jù)應(yīng)用的需要，可將單片機(jī)分為通用型和專用型兩種類型。為了強(qiáng)調(diào)其控制功 能，也有人稱它為微控制器 MCU。它是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)將 CPU、 RAM、 ROM、 I/O 口、 中斷系統(tǒng)、定時器 /計(jì)時器等集成于一體的一個小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，因此 得名單片微型計(jì)算機(jī)，簡稱單片機(jī)。 本系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 。此處 nRF905 工作于 433MHz 的載頻。它具有功耗低、誤碼率低、工作穩(wěn)定、成本低和簡單方便等優(yōu)點(diǎn)，非常適合應(yīng)用推廣。 上述兩種方法，在成本和技術(shù)上都有一些不盡如人意的地方。當(dāng)大棚數(shù)量太多，環(huán)境較為惡劣時，這種傳統(tǒng)的方法就不能起到很好的作用。 第 七 章以及后幾章主要關(guān)于系統(tǒng)硬件總體電路、軟件 設(shè)計(jì)以及關(guān)于這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的總結(jié)。 第 五 章主要介紹 DS18B20 的簡介， 介紹了 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理和 溫度采集 2 終端 的硬件電路，軟件的一些功能命令 。 第三章主要介紹單片機(jī)選型和硬件的一些知識。 設(shè)計(jì)的論文結(jié)構(gòu) 本文在結(jié)構(gòu)上分為 九 章，各章的主要內(nèi)容如下： 第一章主要介紹了本設(shè)計(jì)的目的、研究的主要內(nèi)容和意義 及論文的結(jié)構(gòu)。一般這些射頻芯片采用 GFSK（高斯頻移鍵控）調(diào)制方式，工作于 ISM（工業(yè)、科學(xué)與醫(yī)療）頻段，通信模塊包含簡單透明的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議或簡單的加密協(xié)議，因此只要依據(jù)命令字進(jìn)行操作就可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無線傳輸功能，所以使用起來較為方便。 近幾年來 迅速發(fā)展的 微功率短距離無線通信技術(shù)，無線通信在野外機(jī)動設(shè)備或人們不方便到達(dá)現(xiàn)場的地方得到越來越多的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞： DS18B20 nRF905 溫度采集 無線收發(fā) Wireless temper