【正文】 操作儀器設備。由此可見，網絡化虛擬儀器將具有廣泛的應用前景，把微機控制的測控系統(tǒng)與虛擬儀器技術相結合是未來測控技術的發(fā)展方向之一。本設計的內容為下位機部分，整個下位機部分控制核心為AT89C52單片機，由它控制DS1820采集溫度數字信息，并將測量的結果通過LCD1602液晶顯示器進行輸出顯示，對超出設置范圍的溫度測量結果通過蜂鳴器和發(fā)光二級管進行報警，并實現(xiàn)通過RS232串口與上位機進行通信的功能。第二章 下位機系統(tǒng)原理采用AT89C51作為系統(tǒng)控制核心單元，輔以數字式傳感器DS18BLCD1602液晶顯示器和蜂鳴器等完成以單片機為核心的多點溫度測量的下位機的硬件設計，再輔以恰當的軟件完成整個系統(tǒng)的實現(xiàn)。系統(tǒng)框圖如圖21所示。通過單片機外圍的按鍵電路可以對傳感器內溫度報警的上下限值進行設置，當單片機監(jiān)測到環(huán)境溫度超出設定值時，將會輸出報警信號，使外圍的聲光器件如蜂鳴器、發(fā)光二極管發(fā)出警報。這樣使得上位機與下位機有機的結合在一起，組成了一個易于人機交流的網絡化的測量系統(tǒng)。 DS18B20概述DS18B20是美國DALLAS公司的單總線數字溫度傳感器，具有結構簡單，操作靈活，無須外接電路的優(yōu)點，在使用過程中，可由一根I/O數據線既供電又傳輸數據，并可由用戶設置溫度報警界限，被廣泛應用于精密儀器間、存儲倉庫等需要測量和控制溫度的地方?！?。3）溫度轉換時間：DS18B20的轉換時間與設定的分辨率有關，當設定為9位時，；當設定為10位時，；當設定為11位時，為375ms；當設定為12位，為750ms?！娴那闆r下，電源電壓可為+～+.5）程序設置寄存器：該寄存器用于設置器件是處于測試模式還是工作模式，此外還用于設置溫度分辨率，可設為9位、10位、11位或12位。DS18B20的家族代碼是28H。8）DS18B20內部存儲器分配：DS18B20中含有EEPRPM，其報警上、下限溫度值和設定的分辨率倍數是可記憶的，DS18B20在出廠時被設定為12位分辨率。 DS18B20的內部結構圖在圖23中，便箋寄存器包含2字節(jié)長的溫度寄存器，1字節(jié)長的報警上限觸發(fā)寄存器字節(jié)，1字節(jié)長的報警下限觸發(fā)寄存器字節(jié)，1字節(jié)長的配置寄存器。在這5個寄存器中，報警上下限觸發(fā)寄存器和配置寄存器均為EEPROM型的非易失存儲器，它們在器件掉電后仍然會保留以前的設定值。在使用單總線進行通信過程中，所有數據的讀寫傳輸都約定為最低數據LSB在前。當使用寄生電源時，VDD引腳接地；當使用外接電源時，VDD引腳外接電源。（1）I/O總線無需強上拉，此時可以取消MOSFET三極管。在使用寄生電源時，測溫系統(tǒng)結果簡單，成本低廉，但由于器件在轉換溫度或復制等工作狀態(tài)下消耗電流較大，必須保持總線處于可充電的高電平狀態(tài)。DS18B20的核心是一個直接數字化的溫度傳感器，可將55℃至+125℃之間的溫度值按9位、10位、11位或12位的分辨率進行量化，℃、℃、℃、℃，器件上電后的默認值是12位的分辨率。當符號擴展位S為0時表示正的溫度值，當符號擴展位S為1時表示負的溫度值。 DS18B20溫度數據格式SSSSS26252423222120212223241514131211109876543210在表21中，S是溫度數據的符號擴展位。表22以12位的精度為例，給出了數字溫度輸出值與對應的溫度之間的關系。在DS18B20完成溫度轉換之后，其溫度值將和報警寄存器H、報警溫度寄存器L中存儲的觸發(fā)門限值相比較，由于這兩個閥門寄存器都是8位寄存器，因此在比較過程中測量值相應的幾個低位數據將被忽略，TH和TL中的最高位MSB直接對應16位溫度寄存器中的符號位。一旦報警標志設置后，器件就會響應主設備發(fā)出條件搜索命令，這樣處理能使得并接的多個DS18B20可以同時實現(xiàn)溫度測量。不論是上述的溫度測量還是報警操作，DS18B20的正常工作都依賴于DS18B20內部的存儲器。DS18B20的存儲器包括sram便箋存儲器和非易失性的EEPROM存儲器，EEPROM用于存放觸發(fā)報警上限值寄存器（TH）和觸發(fā)報警下限值寄存器（TL）。DS18B20的存儲器組織結構如表23所示。EEPROM存儲器由3個字節(jié)組成，用于存放溫度報警上下限值及配置寄存器。EEPROM存儲器中的數據也可以通過B8H回讀命令讀取到便箋寄存器中，在系統(tǒng)主機發(fā)出回讀EEPROM命令后，可以緊接著產生一個讀時隙來判斷回讀操作是否已經完成。配置寄存器是便箋存儲器中一個十分重要的存儲單元，用于設置DS1820的溫度測量分辨率。 配置存儲器的數據格式MSB LSB0R1R011111可以看出，配置寄存器實際上只使用了bitbit6兩位，這兩位的取值決定了溫度測量的分辨率。 溫度分辨率配置表R1R0分辨率（位）最大轉換時間（ms）009011010113751112750DS18B20在上電復位時默認的分辨率為12位，但轉換速率為最低。溫度測量的分辨率每提高一位，轉換速率則成倍下降，這一點在實際的使用過程中應該注意，必須根據應用系統(tǒng)的設計要求兼顧分辨率與轉換時間。在實際的使用過程中，系統(tǒng)主機不一定知道總線上哪些DS18B20使用寄生電源，哪些使用外接電源，因此DS18B20應該向系統(tǒng)主機報告它使用的是何種電源，主機才能決定總線是否需要強上拉。若DS18B20使用的是寄生電源，就返回0；若使用的是外接電源，就返回1。 DS18B20功能命令命令描述代碼總線的響應溫度轉換啟動溫度轉換44H如果主設備在該命令之后輸出讀時隙，那么DS18B20就會輸出0表示正在轉換，轉換結束后立刻返回1。如果不需要讀取全部9個字節(jié)，主機可以輸出復位信號終止當前的讀操作寫便箋存儲器向便箋存儲器的TH、TL及配置寄存器寫入數據4EH對DS18B20便箋存儲器進行寫操作，寫入的數據是溫度報警上限值、下限值，以及配置寄存器。如果使用寄生電源，主設備必須在輸出該命令后至少10ms內維持強上拉回讀EEPROM將EEPROM中的TH、TL及配置寄存器回讀到便箋存儲器B8H將存儲在EEPROM中的溫度報警觸發(fā)上限值、下限值及配置寄存器的內容回讀到便箋寄存器中，在DS18B20上電時會自動執(zhí)行一次回讀操作，以便保證器件上電后便箋寄存器中的數據都是可用的。每一次訪問DS18B20 時必須遵循這一順序，如果其中的任何一步缺少或打亂它們的順序，DS18B20 將不會響應。當DS18B20 發(fā)出存在脈沖對復位響應時，它指示控制器該DS18B20 已經在總線上并準備好操作。每一總線時序傳送1 位數據?？刂破饔脤憽?”時序寫邏輯“1”到DS18B20，用寫“0”時序寫邏輯“0”到DS18B20。兩種類型的寫時序都從控制器把總線拉低開始。總線釋放后，5K 的上拉電阻將總線電平抬高。DS18B20 在控制器發(fā)出寫時序后的15~60μs 的時間窗口內采樣總線。（4）讀時序當控制器發(fā)出讀時序時，DS18B20 可以發(fā)送數據到控制器。讀時序從控制設備將總線拉低至少1μs 后釋放總線開始。從DS18B20 輸出的數據在啟動讀時序的下降沿后15μs 內有效。通過讀寫時序，控制器可以發(fā)出控制命令，對DS18B20 進行讀寫操作。目前字符型液晶顯示模塊已經是單片機應用設計中最常用到的信息顯示器件。 LCD1602芯片引腳圖LCD1602接口引腳功能如表28所示。RS：寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器；低電平時選擇指令寄存器。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者寫入顯示地址；當RS為高電平R/W為低電平可以寫入數據。LCD1602控制命令：LCD1602有11個控制指令，如表29 所示： LCD1602控制指令表指令功能清屏清DDRAM和AC值歸位AC=0，光標、畫面回HOME位輸入方式設置設置光標、畫面移動方式顯示開關控制設置顯示、光標及閃爍開、關光標、畫面位移光標、畫面移動，不影響DDRAM功能設置工作方式設置(初始化指令)CGRAM地址設置設置CGRAM地址，A5~A0=0~3FHDDRAM地址設置DDRAM地址設置讀BF及AC值讀忙標志BF值和地址計數器AC值寫數據數據寫入DDRAM或CGRAM內讀數據從DDRAM或CGRAM數據讀出（1）清屏RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00000000000（2）顯示開關控制RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00000001DCB功能：設置顯示、光標及閃爍開、關。（3）光標、畫面位移RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0000001S/CR/L**功能：光標、畫面移動，不影響DDRAM其中：S/C=1：畫面平移一個字符位； S/C=0：光標平移一個字符位； R/L=1：右移；R/L=0：左移。其中：DL=1，8位數據接口；DL=0,四位數據接口； N=1,兩行顯示；N=0，一行顯示； F=1,5 10點陣字符；F=0,5 7點陣字符。 //延時一段時間LCD1602_RW=LOW。 //寫入指令，RS為低電平LCD1602_EN=HIGH。 //接收命令字并送到數據總線上LCD1602_EN=LOW。 //延時一段時間LCD1602_RW=LOW。 //寫入數據，RS為高電平LCD1602_EN=HIGH。 //接收數據并送到數據總線上LCD1602_EN=LOW。 LCD1602典型電路連接說明：數據線DB0~DB7連接單片機的P0口；、（可根據具體的硬件電路修改這幾條控制線）；電阻R1用來調節(jié)液晶顯示的對比度，可以接一個5K的電位器來調節(jié)；電阻R2用來設置背光的亮度，通常接一個1K的電阻，當然也可以接入電位器來調節(jié)顯示的亮度。這里的驅動程序主要包括：初始化函數、設置顯示坐標、寫字符函數及寫字符串函數。 //設置數據位數傳送模式 LCD_en_mand(OPEN_SCREEN)。 //設置顯示地址 CLEARSCREEN。if(y==LINE1) //判斷行address=LINE1_HEAD+x。LCD_en_mand(address)。 //首先設置顯示坐標LCD_en_dat(dat)。 //首先設置顯示坐標while(*s) //判斷是否結束{LCDIO=*s。s++。根據CPU與外設之間連線結構和數據發(fā)送方式的不同，將通信分為并行通信和串行通信兩種基本方式。并行通信的優(yōu)點是速度快，多用于同一設備內不同器件或模塊之間的數據傳輸；缺點是需要的傳輸線多，此外還需要收/發(fā)時鐘信號、片選等控制信號，干擾大、可靠性差，線路架設困難，且成本高不適合長距離數據傳輸。串行通信的優(yōu)點是所需傳輸線少，適合遠距離傳輸，缺點是速度慢。而在實際的串行通信中，還需要在數據位前、后分別插入起始位和停止位，以保證數據可靠接收，因此實際傳輸時間大于8T。同步通信是一種數據連續(xù)傳輸的串行通信方式。所以同步通信設備結構復雜，成本較高，多用在高速數字通信系統(tǒng)中。 典型異步通信數據幀格式對于發(fā)送方來說，發(fā)送時，先輸出低電平的起始位，然后按特定的波特率發(fā)送數據包（包括奇偶校驗位），當最后一位數據（往往是奇偶校驗位）發(fā)送完畢后，發(fā)送一個高電平的停止位，這樣就完成了一幀數據的發(fā)送過程。對于接收方來說，要不斷地檢測傳輸線上的電平狀態(tài)。所以在串行異步通信方式中，發(fā)送方通過控制數據線的電平狀態(tài)來完成數據的發(fā)送；接收方通過檢測數據線的電平狀態(tài)確認是否有數據傳入以及接收的數據是0還是1，只要發(fā)送速率和接受檢測速率相同，就能準確接收，發(fā)送、接收設備可以使用各自的時鐘源完成數據的發(fā)送和接收，無需使用同一時鐘信號。本設計中使用RS232串行通信接口協(xié)議。內部結構如圖。SCON各位的含義如圖。當PCON寄存器的b6位為1時。當REN為1時，允許串行口接收數據；當REN為0時，禁止串行口接收數據。TB8 是接受數據的第9位。初始化串行口后，在TI位為0的情況下，將發(fā)送數據寫入“發(fā)送緩存器”，立即啟動串行發(fā)送過程：自動在數據位前插入起始位，在數據位后插入停止位，形成發(fā)送幀；并按設定的波特率依次將起始位、數據位、停止位輸出到發(fā)送引腳TXD上，當發(fā)送完最后一個數據位時自動置1，表明當前數據幀已發(fā)送完畢。如果串行口中斷允許ES為1，則當TI或RI之一有效時，均會產生串行中斷請求。此外TI和RI都不會自動清除，在中斷返回前需要用軟件清除TI、RI中斷標志位。在方式1中，當SM2位為1時，必須收到停止位，接收中斷RI才有效。當SM0、SM1為01時，串行口工作在方式1，是8位的異步串行通信口，其中TXD是發(fā)送端，RXD是接受端。 串行口工作在方式一的信息幀格式方式1的發(fā)送過程如下：在TI為0的情況下（表示串行口發(fā)送控制電路處于空閑狀態(tài)），任何寫串行輸出緩存器SBUF指令都會觸發(fā)串行發(fā)送過程，即單片機串行口自動在8個串行數據的前后分別插入起始位0和停止位1，構成10位數據幀，然后按設定的波特