【正文】 RS232標(biāo)準(zhǔn)的傳送距離最大約為15m，最高速率為20kb/s，并且RS232是為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（即只用一對(duì)收、發(fā)設(shè)備）通訊而設(shè)計(jì)的，可見(jiàn)RS232只適合于本地通訊使用。PC機(jī)和單片機(jī)之間遠(yuǎn)程通信的RS485原理方案，單片機(jī)采用RS485進(jìn)行串行通信，只需要將TTL電平的串行接口通過(guò)芯片轉(zhuǎn)換為RS485串行接口[14]。對(duì)于PC機(jī)現(xiàn)有的RS232 接口，系統(tǒng)中利用一片MAX485芯片和MAX232芯片組成的轉(zhuǎn)換電路來(lái)實(shí)現(xiàn)RS485電平與RS232之間的轉(zhuǎn)換。這種新的遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)提出了一種利用DS18B20數(shù)字式溫度傳感器作為溫度采集的工具，用單片機(jī)AT89C52對(duì)它進(jìn)行控制，并且通過(guò)RS485總線做遠(yuǎn)程傳送將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)RS232接口送入PC機(jī)測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。本系統(tǒng)的整體硬件電路圖見(jiàn)附錄1。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)。從DS18B20讀出或?qū)懭隓S18B20信息僅需要一根端口線，其讀寫及溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總路線，該總路線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無(wú)需額外電源，從而節(jié)省大量的引線和邏輯電路。它采用8腳SO封裝或3腳PR35封裝，、。： DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20的測(cè)溫原理，主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器、用于存儲(chǔ)用戶設(shè)定的溫度上下限值、觸發(fā)器存儲(chǔ)與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗(yàn)發(fā)生器等7部分。高溫度系數(shù)振蕩器是一個(gè)振蕩頻率對(duì)溫度很敏感的振蕩器，為計(jì)數(shù)器2提供一個(gè)頻率隨溫度變化的計(jì)數(shù)脈沖。初始時(shí)，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值是和55℃相對(duì)應(yīng)的一個(gè)初始值。為了補(bǔ)償振蕩器溫度特性的非線性，斜率累加器提供的預(yù)置值也隨溫度作相應(yīng)的變化。 DS18B20的內(nèi)部框圖DS18B20測(cè)量溫度時(shí)使用特有的溫度測(cè)量技術(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)門打開(kāi)時(shí)，DS18B20進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)門開(kāi)通時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。測(cè)量結(jié)果以16位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存入溫度寄存器中。溫度值格式的低、。 LS字節(jié)2322212021222324 MS字節(jié)SSSSS262524 DS18B20溫度與測(cè)得值對(duì)應(yīng)表溫度/℃二進(jìn)制表示十六進(jìn)制表示+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+0000 0001 1001 00010191H+0000 0000 1010 001000A2H+0000 0000 0000 10000008H00000 0000 0000 00000000H1111 1111 1111 1000FFF8H1111 1111 0101 1110FF5EH1111 1110 0110 1111FE6FH551111 1100 1001 0000FC90H當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí)，表示溫度值為正，可以直接將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)；當(dāng)符號(hào)位S=1時(shí)，表示溫度值為負(fù)，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算其對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換、控制都由這根線完成。主機(jī)和從機(jī)之間的通信通過(guò)三個(gè)步驟完成：初始化1wire器件、識(shí)別1wire器件和交換數(shù)據(jù)[7][8]。如出現(xiàn)混亂，1wire器件不會(huì)響應(yīng)主機(jī)。在這些信號(hào)中除應(yīng)答信號(hào)外，其它的都是由主機(jī)發(fā)出同步信號(hào)，且發(fā)送的所有命令和數(shù)據(jù)都是低字節(jié)在前面。主機(jī)釋放總線時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一由低電平跳變?yōu)楦唠娖降纳仙?；單總線器件檢測(cè)到該上升沿后，延時(shí)15~60s；單總線器件通過(guò)拉低總線60~240s來(lái)產(chǎn)生應(yīng)答脈沖；主機(jī)接收到從機(jī)的應(yīng)答信號(hào)脈沖后，說(shuō)明有單總線器件在線，然后主機(jī)就可以開(kāi)始對(duì)從機(jī)進(jìn)行ROM命令和功能命令操作。在寫時(shí)序中，主機(jī)將在拉低總線15s之內(nèi)釋放總線，并向單總線器件寫1；若主機(jī)拉低總線后能保持至少60s的低電平，則向單總線寫0。 溫度數(shù)據(jù)采集的硬件電路圖DS18B20有兩種供電方式：直接由VDD供電、利用DQ線采用寄生電源供電。本系統(tǒng)是以DS18B20采用直接VDD供電的方式，電源電壓和單片機(jī)電源相同，采用5V供電即可。 數(shù)碼管顯示模塊的設(shè)計(jì)數(shù)碼管顯示模塊的設(shè)計(jì)主要包括兩部分，一部分為L(zhǎng)ED數(shù)碼管部分，一部分為AT89C52單片機(jī)的控制部分。(a)為L(zhǎng)ED數(shù)碼管的外形和引腳圖，其中7只發(fā)光二極管分別對(duì)應(yīng)a~g筆段，構(gòu)成“8”字形，另一只發(fā)光二極管dp作為小數(shù)點(diǎn)，因此這種LED顯示器稱為八段數(shù)碼管。(b)顯示。本設(shè)計(jì)選用的是共陽(yáng)極LED數(shù)碼管。按顯示顏色也有多種，主要有紅色和綠色；按亮度強(qiáng)弱可分為超亮、高亮和普亮。LED數(shù)碼管的使用與發(fā)光二極管相同，根據(jù)其材料不同，~2V,額定電流為10mA，最大電流為40mA。因此設(shè)計(jì)中要接入8個(gè)200Ω的分壓電阻。 AT89C52控制部分介紹此部分是電路的核心部分，系統(tǒng)的控制采用了單片機(jī)AT89C52。單片機(jī)AT89C52內(nèi)部有8KB單元可反復(fù)擦寫的Flash只讀的程序存儲(chǔ)器及256字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。AT89C52是由美國(guó)生產(chǎn)的至今為止世界上最新型的高性能八位單片機(jī)。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。本設(shè)計(jì)中采用PLCC封裝形式。① 兼容MCS51指令系統(tǒng)； ② 8k可反復(fù)擦寫(1000次）Flash ROM； ③ 32個(gè)雙向I/O口； ④ 256x8bit內(nèi)部RAM； ⑤ 3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷； ⑥ 時(shí)鐘頻率0~24MHz； ⑦ 2個(gè)串行中斷，3級(jí)加密位；⑧ 可編程UART串行通道，2個(gè)讀寫中斷口線；⑨ 2個(gè)外部中斷源，低功耗空閑和掉電模式；⑩ 共6個(gè)中斷源 ，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本。功能包括對(duì)會(huì)聚主IC內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化，會(huì)聚調(diào)整控制，會(huì)聚測(cè)試圖控制，紅外遙控信號(hào)IR的接收解碼及與主板CPU通信等。RST/Vpd（9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。P0~P3為可編程通用I/O腳，其功能用途由軟件定義。 AT89C52引腳圖P0口：P0口是一組8 位漏極開(kāi)路型雙向I/O口， 也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。P1口：P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O口， P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL邏輯門電路。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。Flash編程和程序校驗(yàn)期間，P1接收低8位地址。對(duì)端口P2寫“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在有上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVX RI指令）時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。對(duì)P3口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能。RST：復(fù)位輸入。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE 禁止位無(wú)效。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次PSEN信號(hào)。欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H—FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。中斷：AT89C52共有6個(gè)中斷向量：兩個(gè)外中斷（INT0 和INT1），3個(gè)定時(shí)器中斷（定時(shí)器0、2）和串行口中斷。IE也有一個(gè)總禁止位EA，它能控制所有中斷的允許或禁止。單片機(jī)向字段輸出字形碼時(shí)，所有顯示器都接收到相同的字表碼，但究竟是哪個(gè)數(shù)碼管亮，則取決于公共端，可通過(guò)控制公共端來(lái)決定哪一位數(shù)碼管發(fā)亮顯示。動(dòng)態(tài)掃描是采用分時(shí)的方法，輪流控制各位數(shù)碼管的公共端，使各個(gè)數(shù)碼輪流點(diǎn)亮。其中段選線占用一個(gè)8位I/O口，可用單片機(jī)的P1口作為段選線控制，位選線占用4位I/O口，~，74HC245為總線驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。它只規(guī)定了平衡驅(qū)動(dòng)器和接受器的電特性，沒(méi)有規(guī)定接插件、傳輸電纜和通信協(xié)議。由于RS485是從RS422基礎(chǔ)上發(fā)站而來(lái)的，RS485 采用平衡傳輸方式，需要在傳輸線上接匹配電阻。采用四線連接時(shí)，只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的全雙工通信，即只能有一個(gè)主(Master) 設(shè)備，其余為從設(shè)備。RS485的共模輸出電壓在7~+12V之間，RS485接收器最小輸入阻抗為12kΩ。平衡雙絞線的長(zhǎng)度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能使用規(guī)定最長(zhǎng)的電纜長(zhǎng)度。一般100m長(zhǎng)雙絞線最大傳輸速率僅為1Mb/s。在短距離傳輸時(shí)可不需要匹配電阻，一般情況下在300m以下不需匹配電阻,匹配電阻接在傳輸總線的兩端（一般接120Ω的匹配電阻即可）。兩條傳輸線采用通常使用雙絞線，故具有較強(qiáng)的抗共模干擾能力。RS485總線以雙絞線為物理介質(zhì)，通常工作在半雙工通信狀態(tài)，即在同一時(shí)刻總線上只能有1個(gè)節(jié)點(diǎn)為主節(jié)點(diǎn)且處于發(fā)送狀態(tài)，其它所有節(jié)點(diǎn)必須處于接收狀態(tài)。為了避免總線沖突，RS485總線一般工作在主從模式下。本系統(tǒng)中的主機(jī)，即上位PC機(jī)和從機(jī)，即下位單片機(jī)之間的通信也工作在主從模式下的。 MAX485簡(jiǎn)介為了構(gòu)建滿足本系統(tǒng)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)腞S485總線，本設(shè)計(jì)采用了一款專門的電平轉(zhuǎn)換芯片，即MAX485接口芯片[13]。采用單一電源+5V工作，額定電流為300μA，采用半雙工通訊方式。 MAX485的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖從MAX485的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖中可以看出，MAX485芯片的結(jié)構(gòu)和引腳都非常簡(jiǎn)單,內(nèi)部含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器。在與單片機(jī)連接時(shí)接線非常簡(jiǎn)單。同時(shí)將A和B端之間加匹配電阻，一般可選120Ω的電阻。該器件包含2驅(qū)動(dòng)器、2接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA232F電平。每一個(gè)發(fā)送器將5VTTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA232F電平?！　?nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個(gè)部分：第一部分是電荷泵電路。功能是產(chǎn)生+12v和12v兩個(gè)電源，提供給RS232串口電平的需要。由11114腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。第三部分是供電。 PC機(jī)和單片機(jī)之間遠(yuǎn)程通信的RS485原理方案PC機(jī)的串行接口為RS232或USB總線，然而RS232標(biāo)準(zhǔn)的傳送距離最大約為15m，最高速率為20kb/s，并且RS232是為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（即只用一對(duì)收、發(fā)設(shè)備）通訊而設(shè)計(jì)的，可見(jiàn)RS232只適合于本地通訊使用。為了降低成本和設(shè)計(jì)難度，本系統(tǒng)采用的是將RS232接口轉(zhuǎn)換成RS485接口，再在單片機(jī)和PC機(jī)之間加入RS485總線，采用RS485進(jìn)行長(zhǎng)距離、高速的串行異步通信。 單片機(jī)和上位PC機(jī)間的RS485通信方案單片機(jī)采用RS485進(jìn)行串行通信，只需要將TTL電平的串行接口通過(guò)芯片轉(zhuǎn)換為RS485串行接口[14]。對(duì)于PC機(jī)現(xiàn)有的RS232 接口，系統(tǒng)中利用一片MAX485芯片和MAX232芯片組成的轉(zhuǎn)換電路來(lái)實(shí)現(xiàn)RS485電平與RS232之間的轉(zhuǎn)換。 RS485總線和單片機(jī)接口硬件的設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)通信在硬件上采用3線制，將單片機(jī)和PC機(jī)串口（RS232C）的3個(gè)引腳（TXD、RXD、GND）分別連在一起，即將PC機(jī)和單片機(jī)的發(fā)送數(shù)據(jù)線TXD和接收數(shù)據(jù)線RXD交叉連接，兩者的地線相連，而其它信號(hào)線如握手信號(hào)線均不用，采用軟件握手的方式。匹配電阻的取值應(yīng)該與總線的特性阻抗相當(dāng)。和DE兩個(gè)引腳連在一起，即單片機(jī)的第9個(gè)引腳對(duì)它們進(jìn)行控制，MAX485處于接收狀態(tài)，MAX485處于發(fā)送狀態(tài)。 RS485總線和PC機(jī)接口硬件的設(shè)計(jì)在PC機(jī)端用MAX485和MAX232組成的電平轉(zhuǎn)換電路完成TTL電平到PC機(jī)的RS232串口電平的轉(zhuǎn)換[16][17]。將總線上的差分信號(hào)的正端A+和負(fù)端B之間接一個(gè)10kΩ的電阻；負(fù)端B和地間接一個(gè)10kΩ的電阻，形成一個(gè)電阻網(wǎng)路。MAX485采用的串行通信波特率選為4800bit/s，AT89C52的晶振相選用12MHz），可滿足系統(tǒng)對(duì)波特率誤差的要求。下面將討論這兩方面的內(nèi)容。 主控MCU對(duì)DS18B20的每一次完整的操作都應(yīng)遵循上述的流程進(jìn)行操作。 存在應(yīng)答信號(hào)讓主控MCU知道總線上存在DS18B20器件，并且從器件已準(zhǔn)備好接受主控MCU的操作。ROM操作命令的操作流程請(qǐng)參考前面的圖 ，這些命令的描述如下：Read ROM（讀ROM）[33h] 此命令允許總線的主控MCU讀DS18B20 的8 位產(chǎn)品系列編碼、唯一的48 位序列號(hào)以及8 位的CRC；此命令只能在總線上僅有一個(gè)DS18B20 的情況下可以使用，如果總線上存在多于一個(gè)的從屬器件，那么當(dāng)所有從片企圖同時(shí)發(fā)送時(shí)將發(fā)生數(shù)據(jù)沖突的現(xiàn)象，漏