【正文】 的初始值，其計算過程如下（假使波特率不增倍及smod=0）： 。假如設(shè)定其初值為M，則計數(shù)器溢出周期如公式2所示：T=其中，是晶振頻率。 方式1的波特率是可變的，它是以定時器T1作波特率發(fā)生器，其值由定時器1的計數(shù)溢出率來決定，其計算如公式1所示：波特率=（定時器1溢出率） （1）其中SMOD為電源控制寄存器的最高位，其值為1或0。在本次系統(tǒng)中使用的是串行工作方式1，方式1是10位為一幀的異步通信方式。通信示意圖如圖59所示。數(shù)據(jù)也是雙向傳輸?shù)?，但是任何時刻只能由其中的一方發(fā)送數(shù)據(jù)，另外一方接收數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，且可以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。通信雙方中一方固定為發(fā)送端，另一方則固定為接收端。（1）單工形式。（4）幀。停止位在最后，用以標志一個字符的傳送的結(jié)束，它對應于高電平狀態(tài)。傳送過程中低位在前高位在后。（2）數(shù)據(jù)位。發(fā)送器通過發(fā)送起始位而開始一個字符的傳送。 異步串行通信以字符為單位，即只能一個字符接一個字符的地傳遞，具體的字符格式如圖58所示。串行通信又可以分為異步通信和同步通信兩種方式。因此系統(tǒng)軟件設(shè)計也主要是對單片機串口通信的設(shè)計。其具體程序流程如圖57所示。接下來就是對存儲器的讀寫操作，其中讀寫“1”和“0”與上面的時序操作一樣。光刻ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個的目的。圖56 讀時序 DS18B20的程序流程圖 對DS18B20的操作一般包含下面四個步驟：初始化；ROM操作命令；存儲器操作命令；執(zhí)行/數(shù)據(jù)。在讀時間結(jié)束時，I/O引腳經(jīng)外部的上拉電阻拉回至高電平。之后在t1時刻將總線拉高，產(chǎn)生讀時間時隙，讀時間隙在t1時刻后t2時刻前有效。連續(xù)寫兩位的間隙應大于1us。 圖53 DS18B20初始化時序圖（2）寫時間隙 當主機總線t0時刻從高拉至低電平，就產(chǎn)生寫時間隙，從t0時刻開始15us之內(nèi)應將所需寫的位送到總線上，DS18B20在t0后15—60us間對總線采樣。表51 DS18B20的指令集指令代碼指令代碼讀ROM33H寫暫存存儲器4EH跳過ROM55H讀暫存存儲器BEH搜索ROMCCH溫度變換44HF0H重新調(diào)出B8H告警搜索ECH讀電源B4H DS18B20的控制時序（1）初始化 時序見圖53所示。因此，控制器必須先提供下面5個ROM操作命令之一：①讀ROM；②匹配ROM；③搜索ROM；④跳過ROM；⑤報警搜索。在DS18B20測量溫度程序設(shè)計中，向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號，一旦有某個DS18B20接觸不好或斷線，當程序讀該DS18B20時，則沒有返回信號，程序就會進入死循環(huán)，這一點在進行DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計時都要給與重視。圖51 單片機主機主程序流程圖圖52 單片機從機主程序流程圖 溫度采集模塊軟件設(shè)計在前面的硬件部分已經(jīng)分析了DS18B20的結(jié)構(gòu)及功能，現(xiàn)在我們主要分析其軟件控制指令及其方法。在本系統(tǒng)設(shè)計中選用一體化的溫度傳感器DS18B20來采集環(huán)境溫度；用顯示內(nèi)容比較豐富的TS1620液晶顯示器來進行顯示；所以軟件的設(shè)計主要有以下幾個方面：DS18B20的讀寫操作軟件設(shè)計；通信程序的編寫；TS1620液晶顯示驅(qū)動函數(shù)的編寫；人機交互功能及控制程序的編寫。除此以外，雙機都具有發(fā)送和接收溫度數(shù)據(jù)的功能。首先的任務(wù)就是確立要傳輸什么數(shù)據(jù)；這些數(shù)據(jù)怎樣進行傳輸；其次是如何將接收到的數(shù)據(jù)解調(diào)、顯示出來，給人一個直觀的感覺；還有就是要設(shè)置一些控制端，這樣可以更好的實現(xiàn)人機交互功能。DDRAM為數(shù)據(jù)顯示用的RAM，用以存放LCD顯示的數(shù)據(jù)，只要將標準的ASCII碼放入DDRAM，內(nèi)部控制線路就會自動將數(shù)據(jù)傳送到顯示器上，并顯示出該ASCII碼對應的字符；CGROM為字符產(chǎn)生器ROM，它存儲了192個5*7的點陣字型，但只能讀出不能寫入；CGRAM為字型、字符型的RAM，可供使用者存儲特殊造型的造型碼，但它最多只能存8個造型；IR為指令寄存器，負責存儲MCU要寫給LCD的指令碼，當RS及R/W引腳為0且E由1變?yōu)?時，D0～D7引腳上的數(shù)據(jù)會存入到IR寄存器中；DR為數(shù)據(jù)寄存器，它負責存儲微機要寫到CGRAM或DDRAM的數(shù)據(jù)，因此可將DR看成一個數(shù)據(jù)緩沖器；BF為忙碌信號，當BF=1時，不接收微機送來的數(shù)據(jù)或指令；當BF=0時，接收外部數(shù)據(jù)或指令，所以在寫數(shù)據(jù)或指令到LCD之前，必須查看BF是否為0；AC為地址寄存器，負責計數(shù)寫入/讀出CGRAM或DDRAM的數(shù)據(jù)地址，AC依照MCU對LCD的設(shè)置值而自動修改它本身的內(nèi)容。表44 TS1620引腳功能介紹第1腳VSS 電源地第9腳D2雙向數(shù)據(jù)線第2腳VDD +5V電源第10腳D3雙向數(shù)據(jù)線第3腳VEE 液晶顯示偏壓信號第11腳D4雙向數(shù)據(jù)線第4腳RS 數(shù)據(jù)/命令選擇端第12腳D5雙向數(shù)據(jù)線第5腳R/ W 讀/寫 選擇端第13腳D6雙向數(shù)據(jù)線第6腳E 使能端第14腳D7雙向數(shù)據(jù)線第7腳D0 雙向數(shù)據(jù)線第15腳BLA 背光源正極第8腳D1 雙向數(shù)據(jù)線第16腳BLK 背光源負極TS1620的數(shù)據(jù)端和指令端可以直接與單片機的I/O口相連接，其中第3腳為液晶對比度調(diào)節(jié)端口，接地時對比度最強；接電源時對比度最強；因此，可以對地連接一個10K的滑動變阻器來調(diào)節(jié)液晶的對比度；在15腳的背光地接一個小電阻進行限流； TS1620與單片機的連接電路如圖421所示。其外觀如圖420所示。圖419 PC機與MAX232的電路圖 LCD顯示電路設(shè)計 在顯示部分使用的是TS1620液晶顯示器，它是利用液晶經(jīng)處理后能改變光線的傳輸方向的特性實現(xiàn)顯示信息的。并且MAX232外部電路也非常簡單，；典型應用如圖418所示。其實它就是起一個電壓變換作用，將高電平變成低電平，低電平變成高電平，但與普通的圖417 MAX232引腳圖反向器又有所不同的是它還具有升壓的功能。所以，在單片機與PC機通信電路之間應添加轉(zhuǎn)換電路將TTL或CMOS電平與RS—232C電平進行相互轉(zhuǎn)換。RS—232C采用的是負邏輯，及邏輯“1”時為－5V~?15V；邏輯“0”時為+5Ｖ~＋15V。雖然電腦與單片機都有串口，但他們并不能直接相連起來進行通信。 與PC機串口通信電路設(shè)計 51單片機有一個全雙工的串行通訊口，所以單片機和電腦之間可以方便地進行串口通訊。解調(diào)過程如圖416所示。圖415 HS0038B內(nèi)部框圖及典型應用電路圖HS0038B紅外接收二極管主要用于接收頻率為38KHZ的紅外線，當接收到38KHZ的紅外信號時，輸出端1腳為低電平；當接收到的紅外信號頻率不是此頻率或沒有接收到紅外線信號時，則輸出端1腳為高電平。低功耗。如果所有的這些電路都由自己搭建出來，其效果并不理想而且抗干擾能力差，所以我們選擇了一體化的專用紅外接收頭HS0038B，其外觀如圖414所示。 紅外接收二極管其實就是一種光電二極管，它的內(nèi)阻由射入管內(nèi)的光通量決定，無紅外光照時為幾兆歐，有紅外光照時僅為幾千歐姆，接收到的紅外信號轉(zhuǎn)換成的電信號非常微弱；所以，這個信號必需通過放大器放大后才能用于對電路的控制。在電路圖中三極管工作在開關(guān)狀態(tài)（截止和飽和導通），功率計算如下，Ve為SE303的導通電壓，Vce為三極管發(fā)射極與集電極之間的電壓，則當飽和導通時電流I=（5?Ve?Vce）/R17=(5??)/20=。因此，本系統(tǒng)采用直流脈沖電流驅(qū)動方式，其電路如圖413所示。一般小功率的紅外發(fā)射二極管的正向工作電流為30~50mA，在使用時如果長時間超過電流的工作范圍，容易使紅外發(fā)光二極管損壞；但是，在紅外通信過程中又要求通信距離盡可能的遠，這時就可以采用脈沖電流的方式來發(fā)射紅外信號。圖412信號傳輸波形 平時我們常用的紅外發(fā)射二極管有SE30PH303等，它們是采用砷化鎵（GaAs）和砷鋁化鎵（GaAlAs）等半導體材料制成的，本系統(tǒng)電路發(fā)射部分采用的是日本NEC公司生產(chǎn)的SE303紅外發(fā)射二極管，其外形與普通的發(fā)光二極管相似。本系統(tǒng)中需要傳輸?shù)男盘柺怯蓡纹瑱C串口發(fā)送出來的，為了使接收信號和發(fā)射信號的相位差為0，我們在單片機的發(fā)送端（TXD）加上一個74HC04非門對發(fā)送的信號進行反相，然后再用這個信號去控制NE555定時器的復位端（RST），555定時器的復位端是低電平有效，因此當74HC04輸出到555復位端的信號為高電平時，則555輸出端的信號為38KHZ的方波；為低電平時，則555被復位，其輸出端為低電平。)；低電平的持續(xù)時間為TW2≈*R13*C5；則整個脈沖周期為T=TW1+TW2，其占空比為q=TW1/T；由于接收部分使用的是一體化紅外接收頭，專門接收38KHZ的紅外信號，所以這就要求NE555定時器產(chǎn)生38KHZ的載波信號，載波信號的周期為T=(1/38)ms=,又因為T=TW1+TW2=*R12*C5+*R13*C5=，并且C5=3300PF，R13= ,R12為10K 的滑動變阻器；經(jīng)計算R12≈ ，這個阻值完全能夠通過調(diào)整電位器來達到。系統(tǒng)接通電源后，電源通過R1R13對C5進行充電，輸出端OUT輸出高電平；當C5上的電壓高于2/3Vcc時泄電管就會導通，這時C5通過R13進行放電，這時輸出端輸出為低電平；當C5上電壓低于1/3Vcc時放電管被截止，這時又開始進行充電，輸出高電平；就是這樣不斷的翻轉(zhuǎn)來產(chǎn)生我們所需要的波形；其輸入與輸出信號關(guān)系如圖411所示。具體的電路如圖410所示。多諧振蕩器是一種無穩(wěn)態(tài)電路，接通電源后，無需外加觸發(fā)信號，就能自動地不斷翻轉(zhuǎn)，產(chǎn)生矩形波。NE555定時器的功能如表43所示。在控制電壓端CV（第5腳）懸空時，則Comp1“—”的參考電壓為2/3Vcc，Comp2的“+”端參考電壓為Vcc/3。如果V+V, 圖49 NE555內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)圖比較器輸出電壓為高電平，反之則輸出為低電平。Comp是兩個結(jié)構(gòu)完全相同的高精度電壓比較器。表42 NE555引腳描述引腳號引腳名功能引腳號引腳名功能1GND電源地5CV電壓控制端2Trigger觸發(fā)6Threshold閾值3Output輸出7Discharge放電端4Reset復位端8V+電源正NE555內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖49所示。NE555的引腳排列如圖48所示。 本系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能為：紅外無線數(shù)據(jù)傳輸，由于所需要傳輸?shù)臏囟葦?shù)據(jù)是由單片機串口發(fā)送，這樣的信號頻率較低，抗干擾的性能較差，因此，為了增加信號的抗干擾能力和信號傳輸?shù)木嚯x，我們將要傳輸?shù)男盘栒{(diào)制到一個比調(diào)制信號頻率高得多的信號上，這就要求設(shè)計一個產(chǎn)生載波的電路，在本系統(tǒng)設(shè)計中，利用NE555定時器來構(gòu)成載波信號發(fā)生器。圖47 按鍵電路數(shù)據(jù)發(fā)射部分是我們本次系統(tǒng)設(shè)計的一個重要部分，它的性能好壞直接關(guān)系到我們所設(shè)計的系統(tǒng)能否正常無線通信和通信的有效距離；在設(shè)計時經(jīng)過大量資料的查詢和進行多個方案的論證，我們發(fā)現(xiàn)這部分需要解決的問題主要有兩個方面：如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)的調(diào)制；對調(diào)制后的數(shù)據(jù)又怎樣進行紅外發(fā)射。圖46 蜂鳴器電路在這個電路中將Bell（蜂鳴器的控制端）與單片機的I/O口相連，用PNP型三極管8550對蜂鳴器進行電路驅(qū)動，用軟件來控制蜂鳴器的響停。圖45 單片機復位電路此復位電路為按鍵電平方式復位，首先具有開機復位的功能，在平時狀態(tài)中由于電容阻斷直流電壓，因此RST復位端口一直為低電平；當按鍵S1按下時經(jīng)過RR7分壓，RST端為高電平則會進行系統(tǒng)復位。因此一個機器周期是振蕩周期的12倍,，因此機器周期為(1/)*12微秒。電路如圖44所示。接下來將分類介紹單片機的外圍電路。另外，AT89S52可降至0HZ靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。AT89S52單片機最小系統(tǒng)如圖43所示。使用高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。這個我們在軟件部分會具體說明。圖42 DS18B20的典型應用電路圖 由于DS18B20是單線通信，單片機通過此線向18B20發(fā)送指令，18B20也通過此線將采集到的溫度傳回來。但無論是那一種方式，其DQ都要接5K左右的上拉電阻來增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性。例如FF92H所代表的溫度為?55℃。暫存器具體分布如表41所示。第8字節(jié)用于內(nèi)部計算。溫度傳感器可以完成對溫度的測量。圖41 DS18B20 光刻64位序列號是出廠前被刻好的，它可以看成是該DS18B20的地址序列號。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TL和TH、高速暫存器。 本系統(tǒng)中，我們主要使用DS18B20溫度傳感器來采集現(xiàn)場環(huán)境溫度，DS18B20是美國DALLAS半導體公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器，它具有體積更小、使用電壓更寬、更經(jīng)濟等優(yōu)點，它的測量溫度范圍為?55~+125℃，在?10~+85℃范圍內(nèi)精度為177。 系統(tǒng)的通信過程與單片機的串口通信很相似，唯一的區(qū)別就是用紅外無線數(shù)據(jù)傳輸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有線數(shù)據(jù)傳輸，本系統(tǒng)采用單片機系統(tǒng)的自動編碼功能可以實現(xiàn)硬件電路簡單、編碼可靠等優(yōu)點，并且，通過軟件對通信協(xié)議的規(guī)定可以實現(xiàn)精確的數(shù)據(jù)傳輸和接收，具有抗干擾強、超時出錯報警等功能特點。4 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 本系統(tǒng)主要以AT89S52單片機為主控制器，以溫度傳感器、液晶顯示、鍵盤部分、串口