【正文】 然單片機只是一個芯片，但從組成和功能上看，它已具有了微機系統(tǒng)的含義。按內(nèi)部數(shù)據(jù)通道的寬度，單片機可分為4位、8位、16位及32位等。諾伊曼結(jié)構(gòu)；另一種是將程序指令存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開，分別尋址的結(jié)構(gòu)，稱為哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)[2]。綜合看來單片機具有如下明顯的特點[3]:(l)體積小、性價比高。(2)可靠性高，適用的溫度范圍高。(3)控制功能強。(4)指令系統(tǒng)相對簡單，較易掌握。(5)易于產(chǎn)品化。由于單片機具有這些特點，使它在工業(yè)控制、智能儀表、外設(shè)控制、家用電器、機器人、軍事裝置等方面得到了廣泛地應(yīng)用。當前用COMS工藝制成的各種單片機，由于功耗低，使用的溫度范圍大，抗干擾能力強，能滿足一些特殊要求的應(yīng)用場合，更加擴大了單片機的應(yīng)用范圍，也進一步促進了單片機技術(shù)的發(fā)展[4]。同時，GSM系統(tǒng)與各種公用通信網(wǎng)之間也都詳細定義了標準接口規(guī)范，使GSM系統(tǒng)可以與各種公用通信網(wǎng)實現(xiàn)互連互通。（3）GSM系統(tǒng)采用 FDMA/TDMA及跳頻的復(fù)用方式，頻率重復(fù)利用率較高，同時它具有靈活方便的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，可滿足用戶的不同容量需求。（5）GSM系統(tǒng)抗干擾能力較強，系統(tǒng)的通信質(zhì)量較高。 溫度檢測儀的總體設(shè)計與工作原理GSM通信數(shù)據(jù)處理顯示溫度傳感器圖11 溫度檢測儀總體結(jié)構(gòu)本文設(shè)計的溫度監(jiān)測儀主要應(yīng)用于無人值守場所的溫度測量，其總體結(jié)構(gòu)如圖11所示。同時，每隔一定時間利用GSM模塊將溫度值發(fā)送到相關(guān)人員的手機上，以便及時了解溫度的動態(tài)變化，實現(xiàn)了經(jīng)濟、可靠的遠程數(shù)據(jù)傳輸。硬件設(shè)計過程中，器件應(yīng)選擇和篩選，在布線和安排時，要注意制作技術(shù)和裝配技術(shù)，以克服電氣干擾。如圖21所示，系統(tǒng)硬件組成主要有: DS18B20溫度傳感器，8位單片機STC89C52，LCD1602液晶顯示模塊，GSM模塊MZ28等。為確保儀表能長期可靠運行，還須采取相應(yīng)的抗干擾措施，包括去藕濾波、合理的走線與布局以及通道隔離等。當輸入的非電量變化時，傳感器的輸出信號可以表現(xiàn)為變化的電壓、變化的電流或者變化的頻率，其中除頻率可以直接看成數(shù)字信號外，電壓及電流都仍是連續(xù)變化的模擬信號[6]。另外一般監(jiān)控現(xiàn)場的電磁環(huán)境都非常惡劣，各種干擾信號較強，模擬溫度信號容易受到干擾而產(chǎn)生測量誤差，影響測量精度。美國 Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20 型單線智能溫度傳感器，屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器，可廣泛用于工業(yè)、民用、軍事等領(lǐng)域的溫度測量及控制儀器、測控系統(tǒng)中[7]。傳感器 DS18B20 具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、采用一線總線、可組網(wǎng)、抗干擾能力強等優(yōu)點，在實際應(yīng)用中取得了良好的測溫效果?！?； （6）可編程的分辨率為 9～12 位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃、℃、℃和 ℃，可實現(xiàn)高精度測溫 ；（7）在 9 位分辨率時最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12 位分辨率時最多在 750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快； （8）測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以一線總線串行傳送給 CPU，同時可傳送 CRC 校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力；（9）負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。圖22 外形及引腳排列圖及芯片封裝結(jié)構(gòu)DS18B20的外形及管腳排列如下圖22；其管腳接法如圖23DS18B20引腳定義：(1)DQ 為數(shù)字信號輸入/輸出端，與單片機的I/O口相連；(2)GND 為電源地；(3)VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。計數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在－55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。圖25中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預(yù)置值。除上述六個方面外，單片機的外圍電路的配套、器件的來源、軟件的支持等，也是設(shè)計人員必須考慮的因素。在多數(shù)情況下，只要考慮顯示和鍵盤及串行通信口即可。它使得整個系統(tǒng)設(shè)計成本降低，降耗節(jié)能，而且測量精度也大大提高，滿足溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計要求。該器件采用ATMEL高密度非易失性存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。表21 STC89C52主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系統(tǒng)8K可反復(fù)擦寫Flash ROM32個雙向I/O口256x8bit內(nèi)部RAM3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷時鐘頻率024MHz2個串行中斷可編程UART串行通道2個外部中斷源共6個中斷源2個讀寫中斷口線3級加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能STC89C52引腳介紹a）主電源引腳（2根）VCC（Pin40）：電源輸入，接+5V電源GND（Pin20）：接地線b）外接晶振引腳（2根）XTAL1（Pin19）：片內(nèi)振蕩電路的輸入端XTAL2（Pin18）：片內(nèi)振蕩電路的輸出端c）控制引腳（4根）RST/VPP(Pin9):復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個機器周期的高電平將使單片機復(fù)位。d）可編程輸入/輸出引腳（32根）STC89C52單片機有4組8位的可編程I/O口，分別為P0、PPP3口，每個口有8位（8根引腳），共32根。它是傳統(tǒng)調(diào)制解調(diào)器與GSM無線移動通信系統(tǒng)相結(jié)合的一種數(shù)據(jù)終端設(shè)備。本溫度監(jiān)測儀使用中興通訊推出的GSM無線雙頻調(diào)制解調(diào)器MZ28，它主要為語音傳輸、短消息發(fā)送和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供無線接口。圖27為MZ28的功能框圖，主要的組成部分有:GSM基帶處理器(包括模擬基帶和數(shù)字基帶)、GSM射頻電路、存儲器、SIM卡、電源和功率控制電路、系統(tǒng)連接器。在圖27中，虛線內(nèi)部為MZ28主板的各個組成單元，虛線之外為外部接口。系統(tǒng)連接器是MZ28與應(yīng)用系統(tǒng)的連接接口，主要提供外部電源、RS232串口、外接SIM和音頻接口。MZ28可以作為無線引擎，嵌入到用戶自己的產(chǎn)品當中，用戶可以用單片機或其他CPU的UART口，使用相應(yīng)的AT命令，對模塊進行控制，達到使其產(chǎn)品可以輕松進入GSM網(wǎng)絡(luò)的目的。為保證模塊正常工作，直流電源應(yīng)有2A的峰值電流輸出能力。當用戶在使用模塊的過程中，出現(xiàn)下列現(xiàn)象:呼叫不成功，呼叫時自動關(guān)機，不能讀取SIM卡中的內(nèi)容，無法收到呼叫信號時，通常是由于供電電壓和供電電流偏小造成的，這是可適當提高供電電壓和允許輸出的最大電流，使其達到模塊正常工作所需要的額定值，以避免出現(xiàn)上述現(xiàn)象。下表中定義了接口引線的物理意義。（2）第7，8，9，11引腳提供與外部串口的接口，工作電平為TTL電平。如與PC機的串口相連則可使用電纜附件，經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后與PC機相連。（4）第15，16，17引腳提供外置SIM卡接口，用戶如在使用內(nèi)部SIM卡接口時感覺不方便，則可使用該接口，把SIM卡座放在模塊外的合適位置。（6）第4引腳RESET用于給模塊復(fù)位。開機后，RESET引腳應(yīng)維持高電平。也可以將RESET引腳和VBAT引腳連接在一起，實現(xiàn)上電復(fù)位。（7）第5引腳為模塊工作狀態(tài)指示燈的控制信號。當有來電時，該引腳輸出如下波形：低電平持續(xù)1秒，高電平持續(xù)4秒。圖210是來電或短信息到達時的硬件指示波形圖。本課題研制的溫度監(jiān)測儀利用鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實現(xiàn)某種測量功能，同時，還通過液晶顯示將儀器測量的溫度數(shù)據(jù)及時顯示出來，以方便數(shù)據(jù)的分析、比較，且使儀器的操作更加方便直觀。在智能儀器中，常采用軟件來識別按鍵，所以在鍵盤的設(shè)計中應(yīng)同時從硬件和軟件兩方面加以考慮。鍵盤接口電路是通過STC89C52芯片不斷檢測中斷口是否有脈沖沿進入來確定是否有鍵按下，以及按了哪個鍵的。圖211 鍵盤接口電路鍵盤實質(zhì)上是一組按鍵開關(guān)的集合，都利用了機械觸電的閉合、斷開作用。按鍵在閉合及斷開均伴隨有一連串的抖動，抖動的時間長短由按鍵的機械特性決定，一般為510ms[12]。鍵的閉合與否，反應(yīng)在電壓上就是呈現(xiàn)高電平還是低電平，如果高電平表示按鍵斷開，那低電平則表示閉合，通過電平高低狀態(tài)的檢測，可以確認按鍵按下與否。圖212 按鍵抖動波形示意圖通常有硬件、軟件兩種消除抖動的方法。而用軟件消除抖動法，不需要增加電子元件，只要編寫一段延時程序，就可以達到消除抖動的目的，在軟件消除抖動的方法中，若CPU檢測到有鍵按下時，先執(zhí)行一段延時程序后再檢測此按鍵，若仍為按下狀態(tài)，則CPU認為該鍵確實按下。圖213所示為軟件消除抖動判別程序的流程圖。熒光管顯示器，簡稱VFD（Vacuum Fluorescents Display）。液晶是一種介于液體與固體之間的熱力學(xué)中間穩(wěn)定相。它的分子呈長棒形，長與寬之比比較大，分子不能彎曲，是一個剛性體，中心一般具有一個橋鏈，分子兩頭都具有極性。此外液晶本身不能主動發(fā)光，它是通過環(huán)境光來顯示信息的，這也是LCD功耗低的原因。通用LCD1602液晶顯示模塊的基本特征[14]：（1）顯示特性a) 單5V電源電壓，低功耗、長壽命、高可靠性b) 內(nèi)置192種字符（160個57點陣字符和32個510點陣字符）c) 具有64個字節(jié)的自定義字符RAM，可自定義八個58點陣字符或四個511點陣字符d) 顯示方式：STN、半透、正顯e) 驅(qū)動方式：1/16DUTY,1/5BIASf) 視角方向：6點g) 背光方式：底部LEDh) 通訊方式：4位或8位并口可選i) 標準的接口特性，適配MC51和M6800系列MPU的操作時序。STC89C52最小應(yīng)用系統(tǒng)包括五個電路部分：電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路、片內(nèi)外程序存儲器選擇電路、輸入/輸出接口電路。 電源電路STC89C52芯片引腳Vcc一般接上直流穩(wěn)壓電源+5V，引腳GND接電源+5V的負極，可保證單片機系統(tǒng)能正常工作。除此之外LCD1602液晶顯示模塊工