紅外無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　紅外無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是一種利用紅外線作為傳輸媒介的無線數(shù)據(jù)傳輸方式，它相對于無線電數(shù)據(jù)通信具有功耗低、價格便宜、低電磁干擾、高保密性等優(yōu)點，目前發(fā)展迅猛，尤其是在近距離無線數(shù)據(jù)通信中得到廣泛的運用。</p><p>　　本文主要介紹基于51單片機的紅外無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的原理。在硬件設計原理的介紹中，主要

2、分析了系統(tǒng)中NE555數(shù)據(jù)調(diào)制電路、紅外發(fā)射電路、紅外接收電路、DS18B20溫度傳感器電路、單片機外圍電路以及聲光報警電路。在系統(tǒng)軟件設計的介紹中，我們主要分析單片機串口通信協(xié)議、控制溫度傳感器采集數(shù)據(jù)、對數(shù)據(jù)的編解碼；而液晶顯示部分軟件則是為了具有更好的人機交互界面。</p><p>　　通過調(diào)試后，本系統(tǒng)基本達到預期要求，1、正確實現(xiàn)雙機通信功能，在2400波特率下通信距離達到7米左右；2、具有在超時通信不

3、暢的情況下進行報警提示功能；3、具有自動搜尋一幀數(shù)據(jù)起始位的功能，這樣可以有效防止外界的干擾；4、通過串口可以與PC機實現(xiàn)正確通信,可以作為計算機的紅外無線終端,完成數(shù)據(jù)的上傳和下放。因此本系統(tǒng)具有廣闊的實用價值。</p><p>　　關鍵詞：AT89S52單片機；數(shù)據(jù)采集；紅外通信；調(diào)制解調(diào)；串口通信</p><p><b>　　Abstract</b></p

4、><p>　　Infrared wireless data transmission system is a wireless data transfer method that uses infrared as a transmission medium, Compared with the radio data communication, it has many advantages in power cons

5、umption, Production costs, electromagnetic interference, and the confidentiality. At present, this technology is developing rapidly, In particular, It is widely used in short-range wireless data communications,</p>

6、<p>　　In this paper, we are introduced infrared wireless data transmission system’s theory that based on the single-chip microcomputer 51. In the hardware design principle introduction, We mainly analysis the syst

7、em’s data modulation circuit of NE555, infrared transmitter, IR receiver circuit, DS18B20 temperature sensor circuit, microcontroller peripheral circuits, as well as sound and light alarm circuit. In introducing the syst

8、em software design, We mainly analysis MCU serial communication protocol,</p><p>　　Through debugging, the system achieved the expected goals, 1, the system can correct achieve double-communications functions

9、, in 2400 baud rate, the communication distance can reach about 7 m; 2,It has alarm function in overtime communications impeded circumstances; 3, with an automatic search function of initial data, this can effectively pr

10、event outside interference; 4, the systems and PC can communicate through serial port, it can be used as the computer’s infrared wireless terminals and comp</p><p>　　Key words:AT89S52SCM；Data Acquisition；Inf

11、rared communication；Modem；Serial Communication</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 引言1</b></p><p>　　1.1紅外技術的國內(nèi)外發(fā)展及現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2本課題的主要研究內(nèi)容2&

12、lt;/p><p>　　1.3本課題的研究目的和意義2</p><p>　　2 紅外通信技術介紹4</p><p>　　2.1紅外通信系統(tǒng)基本組成4</p><p>　　2.2紅外通信系統(tǒng)工作原理4</p><p>　　2.3紅外通信系統(tǒng)的分類4</p><p><b>　　2.

13、4通信協(xié)議5</b></p><p>　　3 系統(tǒng)整體設計6</p><p>　　3.1系統(tǒng)框圖設計6</p><p>　　3.2系統(tǒng)性能指標7</p><p>　　4 系統(tǒng)硬件電路設計8</p><p>　　4.1溫度采集電路設計8</p><p>　　4.2單片機外圍

14、電路設計10</p><p>　　4.2.1時鐘電路設計10</p><p>　　4.2.2復位電路設計11</p><p>　　4.2.3報警電路設計11</p><p>　　4.2.4按鍵電路設計12</p><p>　　4.3數(shù)據(jù)調(diào)制和紅外發(fā)射電路設計12</p><p>　　

15、4.3.1載波電路設計12</p><p>　　4.3.2紅外發(fā)射電路設計15</p><p>　　4.4紅外接收電路設計16</p><p>　　4.5與PC機串口通信電路設計17</p><p>　　4.6 LCD顯示電路設計18</p><p>　　5 系統(tǒng)軟件設計 21</p><

16、;p>　　5.1系統(tǒng)總的程序流程圖設計21</p><p>　　5.2 溫度采集模塊軟件設計23</p><p>　　5.2.1 DS18B20的控制時序24</p><p>　　5.2.2 DS18B20的程序流程圖25</p><p>　　5.3串行通信軟件設計26</p><p>　　5.3.1串

17、行通信的字符格式26</p><p>　　5.3.2串行通信的數(shù)據(jù)通路形式26</p><p>　　5.3.3串行通信的工作方式27</p><p>　　5.3.4串行通信傳輸速率的計算27</p><p>　　5.3.5串行通信軟件設計流程圖28</p><p>　　5.4主從機串口中斷軟件設計29<

18、;/p><p>　　5.5報警部分軟件設計32</p><p>　　5.6液晶顯示模塊軟件設計33</p><p>　　6 系統(tǒng)的制作及組裝35</p><p>　　6.1系統(tǒng)電路的布局和布線35</p><p>　　6.2電路板的制作35</p><p>　　6.3系統(tǒng)組裝36<

19、/p><p>　　7 系統(tǒng)調(diào)試及結果分析37</p><p>　　7.1硬件電路調(diào)試37</p><p>　　7.1.1系統(tǒng)電源測試37</p><p>　　7.1.2 紅外通信電路調(diào)試37</p><p>　　7.1.3 液晶背光調(diào)試40</p><p>　　7.2 軟件調(diào)試40<

20、;/p><p>　　7.3 性能測試41</p><p><b>　　8 結 論43</b></p><p><b>　　致 謝45</b></p><p><b>　　參考文獻46</b></p><p><b>　　附 錄47<

21、;/b></p><p>　　附錄1：紅外無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)主機PCB圖47</p><p>　　附錄2：紅外無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)從機PCB圖47</p><p>　　附錄3：紅外無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)實物圖48</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　1.1紅外技術的國

22、內(nèi)外發(fā)展及現(xiàn)狀</p><p>　　自從1800年英國天文學家F.W.赫歇爾發(fā)現(xiàn)紅外輻射至今，紅外技術的發(fā)展經(jīng)歷了兩個多世紀，從那時開始，紅外線和紅外元件、部件的科學研究逐步發(fā)展，但發(fā)展比較緩慢，直到1940年前后才真正出現(xiàn)現(xiàn)代的紅外技術，在這以前主要的研制成果主要是熱敏型紅外探測器，通過它科學家認識了紅外輻射的特性及其規(guī)律，證明了紅外線與可見光具有相同的物理性質(zhì)。20世紀初開始，通過測量大量的有機物質(zhì)和無機物的

23、吸收和發(fā)射光譜，證明了紅外技術在物質(zhì)分析中的價值。30年代，首次出現(xiàn)紅外光譜代。40年代初，光電型紅外探測器問世，其性能優(yōu)良、結構牢靠。50年代，半導體物理學的迅速發(fā)展，使光電型紅外探測器得到新的推動。60年代初，隨著固體物理、光學、電子學、精密機械的發(fā)展，使紅外技術在軍、民兩用都得到了廣泛的發(fā)展和應用。70年代，紅外成像技術獲得迅速發(fā)展。80年代，紅外技術進入研制鑲嵌焦面陣列系統(tǒng)的新時期。接下來的幾十年里隨著人類科學技術的不斷進步，紅

24、外技術也得到了長足的發(fā)展。特別是紅外遙感技術的發(fā)展極大的開闊了人類的視野，通過衛(wèi)星紅外遙感可以對地球進行勘測，在尋找水源、氣象檢測、監(jiān)視森林火災等方面起了重要的作用。21世紀以來紅</p><p>　　紅外通訊技術也是隨著紅外技術的發(fā)展而發(fā)展，尤其是進入90年代這一通信技術又有了新的發(fā)展，應用范圍更加廣泛。1993年，一個由部件、計算機系統(tǒng)、外圍設備和電信廠商組成的大型集團—紅外無線數(shù)據(jù)協(xié)會（IRDA）就紅外通信

25、的一套標準達成一致?，F(xiàn)在約有一百多家廠商支持紅外通信標準。主要的PC機開發(fā)商，如微軟、蘋果、東芝等，已推出了在計算機 之間采用這種高速紅外數(shù)據(jù)通信的數(shù)字設備。并且它作為一種最具有成本效益和便于使用的無線通信技術越來越受到人們的關注和重視。</p><p>　　中國的紅外技術研究工作是在新中國成立后才開展的。首先研究的是工作波段在1—3um的硫化鉛紅外探測器，數(shù)年之后又相繼研究鈦酸鉛等熱電探測器，并得到一定應用。改

26、革開放以來，紅外技術得到了迅速的發(fā)展，開展了從單元、線列到紅外膠平面的探測器研究工作。紅外探測器產(chǎn)品已布滿1—3、3—5和8—14um三個大氣窗。上世紀90年代中前期，我國研制出第一臺熱像儀，其技術性能與國外相當，為我國紅外技術的升級換代起了重要的作用。目前我國研制的熱成像儀，可以滿足軍隊武器系統(tǒng)的各種性能需要。在民用領域各種紅外測溫儀、紅外熱像儀、星載紅外遙感儀等，也逐漸發(fā)展成熟。</p><p>　　經(jīng)過40

27、多年大發(fā)展，中國在紅外技術研究方面已經(jīng)取得了重大的進步，建成了專業(yè)研究所，紅外物理實驗室和眾多的研究課題組，一批高等院校中，也設立了紅外專業(yè)或包含紅外專業(yè)的光電技術系，一批民營企業(yè)、股份制企業(yè)相繼誕生，已經(jīng)形成了不同規(guī)模的產(chǎn)品，中國紅外產(chǎn)品與應用市場日趨成熟，正逐漸普及。</p><p>　　1.2本課題的主要研究內(nèi)容</p><p>　　本次課題是基于51單片機的紅外無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設

28、計，其根本任務就是要完成基于紅外線的無線數(shù)據(jù)發(fā)射、接收和數(shù)據(jù)處理等問題，因此在設計過程中主要的任務有以下幾個方面：</p><p>　　掌握紅外無線傳輸系統(tǒng)的基本組成和紅外無線傳輸系統(tǒng)的工作原理；</p><p>　　對整個系統(tǒng)進行分塊理論分析，其中包括數(shù)據(jù)采集、發(fā)射部分、接收部分、調(diào)制部分、串口通信部分、顯示部分和控制部分；</p><p>　　根據(jù)要求進行電路設

29、計和元器件的選型，并要仔細分析每個元件所起的作用，特別是對于51單片機、NE555定時器、TS1620液晶一定要掌握其控制原理；</p><p>　　在進行電路布線時一定要注意信號干擾問題，它將在很大程度上決定你的結果正確與否；</p><p>　　結合硬件電路來設計軟件，我們在編寫軟件的過程中應該編好一部分調(diào)試一部分；不然，當編寫很多時，不易分析問題的所在地；</p>&l

30、t;p>　　結合軟硬件進行電路調(diào)試，在這部分一定要學會分析問題的所在，比如是硬件問題還是軟件問題、發(fā)射部分問題還是接收部分問題等。如果分析得當將會少走許多彎路；</p><p>　　系統(tǒng)的性能測試和電路的優(yōu)化，其主要是測試有效通信的距離及其傳輸波特率。通過這些方法讓整個系統(tǒng)達到最好的效果。</p><p>　　通過以上的過程基本上就能設計出能進行紅外無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)，并且可以通

31、過串口傳輸?shù)诫娔X上實時數(shù)據(jù)監(jiān)控。隨著調(diào)制和編碼技術的飛速發(fā)展，紅外這種無線傳輸技術也將日益得到廣泛的運用。 </p><p>　　1.3本課題的研究目的和意義</p><p>　　在電腦技術發(fā)展的早期，當時數(shù)據(jù)都是通過線纜傳輸?shù)?，線纜傳輸連線比較麻煩，需要特制接口，非常不方便，并且采用有線線纜的成本也很高。于是人們就開始研究無線的數(shù)據(jù)傳輸來取代這種傳統(tǒng)的線纜傳輸，就有了我們現(xiàn)在比較熟悉的紅

32、外、藍牙等無線數(shù)據(jù)傳輸技術。</p><p>　　紅外無線數(shù)據(jù)傳輸技術相對于別的無線傳輸技術有很多獨特的優(yōu)點：1、紅外線在傳輸過程中不受無線電干擾，而且它的使用不受國家無線管委會的限制，并不需要申請專門的頻點，因此具有很強的保密性和穩(wěn)定性；2、紅外線具有很好的方向性，所以它特別適合方向性很強的無線數(shù)據(jù)傳輸；3、紅外無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)相對于別的無線傳輸系統(tǒng)來說，結構要簡單的多，因此可以降低整個系統(tǒng)的成本；4、其傳輸不

33、受地域的限制既可以在室內(nèi)使用也可以在室外使用。5、紅外無線數(shù)據(jù)傳輸還具有低功耗的特點，在移動設備中這一點尤其重要；6、隨著編碼調(diào)制技術的發(fā)展，其數(shù)據(jù)傳輸速率越來越高，信息容量也變得越來越來大。但是紅外無線傳輸技術也有一些技術難題和缺點，例如紅外射束易受塵埃、雨水等物質(zhì)的吸收，如何在野外環(huán)境下克服這些物質(zhì)的吸收，增強紅外射束信號的強度是急需研究解決的課題。</p><p>　　雖然紅外無線數(shù)據(jù)傳輸還存在一些不足，但

34、是他在近距離數(shù)據(jù)傳輸和控制上相對于別的無線傳輸方式還是具有很大的優(yōu)勢?，F(xiàn)在紅外通信技術得到迅猛的發(fā)展，廣泛運用于移動設備、室內(nèi)辦公設備、各種近距離遙控系統(tǒng)以及電腦外圍設備等?，F(xiàn)在科學家已經(jīng)開始研究把紅外無線通信運用到無線局域網(wǎng)中；隨著各種調(diào)制和編碼技術的發(fā)展，體積小、位數(shù)率高、傳輸距離較遠的紅外無線通信技術日益成熟，紅外通信技術將會在更廣泛的領域得到應用。所以，研究紅外無線數(shù)據(jù)傳輸是一個非常有意義的課題。</p><

35、p>　　2 紅外通信技術介紹</p><p>　　2.1紅外通信系統(tǒng)基本組成</p><p>　　紅外無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)一般由發(fā)射部分、信道部分和接收器三部分組成。發(fā)射部分：主要包括紅外發(fā)射器和編解碼控制器，其主要功能就是將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行編碼后再發(fā)射出去；信道部分：信道是傳輸信息的載體，本系統(tǒng)是以紅外線作為傳輸媒介進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?；接收部分：主要包括紅外接收器和解碼控制器，其主要功能

36、就是完成接收信號的正確解調(diào)和解碼。圖2-1所示的就是一個最基本的紅外無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。</p><p>　　圖2-1 紅外通信系統(tǒng)基本組成</p><p>　　2.2紅外通信系統(tǒng)工作原理</p><p>　　紅外無線數(shù)據(jù)傳輸是利用950nm 近紅外波段的紅外線作為傳輸載體的一種無線通信技術。發(fā)送端將需要傳送的二進制數(shù)字信號調(diào)制到38kHz的載波上，并驅(qū)動紅外發(fā)射管

37、將電信號轉(zhuǎn)換成光脈沖的形式發(fā)送出去；接收端將接收到的光脈沖轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)過放大、濾波等處理后送給解調(diào)電路進行解調(diào)，最后還原為二進制數(shù)字信號后輸出。其實紅外通信的實質(zhì)就是對二進制數(shù)字信號進行調(diào)制與解調(diào)，這樣可以增加信號的抗干擾能力，以便利用紅外信道進行正確的數(shù)據(jù)傳輸。</p><p>　　2.3紅外通信系統(tǒng)的分類</p><p>　　根據(jù)紅外收發(fā)器的位置來分，則有4 種通信方式：(a)

38、窄視方式(NLOS，narrow line2of2sight) 、(b) 寬視方式(WLOS、wide2LOS) 、(c) 散射方式(diffuse) 、(d) 跟蹤方式(tracked)，如圖2-2 所示。以上四種方式中，相同的通信距離下發(fā)射光強排列為:散射方式>寬視方式>窄視方式=跟蹤方式。根據(jù)接收紅外信號方式不同還可以分為直射方式和反射方式，具體如圖2-3所示。</p><p>　　圖2-2 紅

39、外信號按收發(fā)器位置不同的傳輸方式</p><p>　　圖2-3 直射和反射式</p><p>　　紅外無線數(shù)據(jù)傳輸根據(jù)通信速率的不同可分為：低速模式（SIR，Serial Infrared）,其通信速率小于115.2Kbps；中速模式（MIR，Medium Speed Infrared），通信速率為0.567Mbps；高速模式（FIR，F(xiàn)ast Speed Infrared）,通信速率為4

40、Mbps；超高速模式（VFIR，Very Fast Speed Infrared），位速率為16Mbps。</p><p><b>　　2.4通信協(xié)議</b></p><p>　　紅外無線通信作為一種成熟的通信技術，目前已經(jīng)形成了標準的應用協(xié)議。紅外數(shù)據(jù)委員會( IrDA) 作為一個工業(yè)機構間協(xié)作組織于1993 年由HP、COMPAQ、INTEL等發(fā)起成立，旨在建立開

41、放的紅外數(shù)據(jù)通信標準。目前，IrDA 規(guī)定了紅外物理層協(xié)議( IrPHY)、紅外鏈路訪問層協(xié)議( IrLAP)、紅外鏈路管理層協(xié)議( IrLMP)，并且還規(guī)定了一些專門的應用層協(xié)議。協(xié)議結構如圖2-4所示。</p><p>　　圖2-4 紅外通信協(xié)議結構</p><p>　　紅外物理層協(xié)議是規(guī)定了自由空間中點對點電器設備之間采用半雙工通信的紅外鏈接標準，規(guī)定串行紅外(SIR ) 數(shù)據(jù)發(fā)射速

42、率分別至115.2Kpbs、0.576Mbps、1. 152 Mbps、4 Mbps、16 Mbps?！℃溌吩L問層協(xié)議是在物理層協(xié)議的基礎上進一步規(guī)定了通信協(xié)議中堆棧的分配。目前只對LOS 方式作了規(guī)定，包括協(xié)議服務、環(huán)境假設、協(xié)議實現(xiàn)的消息表、對消息的編碼、消息交互規(guī)范，該鏈路協(xié)議適用于點對點或點對多點傳輸。紅外鏈路管理層協(xié)議為多個軟件應用能夠獨立、同時地操作入口提供支持，從而共享一個IrLAP 連接。</p><

43、p><b>　　3 系統(tǒng)整體設計</b></p><p>　　本次系統(tǒng)設計的主要功能是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的紅外無線發(fā)射和接收，因此在設計過程中，主要圍繞采集需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)調(diào)制發(fā)射、數(shù)據(jù)接收等方面來構建系統(tǒng)，下面兩節(jié)將分別介紹系統(tǒng)整體框圖和系統(tǒng)所達到的技術指標。</p><p>　　3.1系統(tǒng)框圖設計</p><p>　　在系統(tǒng)設計

44、時，為了有更好的可操作性，將系統(tǒng)分為主控和受控兩個部分，在數(shù)據(jù)的傳輸過程中實行雙向通信，這樣更好的增加了雙機交互功能，在使用中也有很大的實用性。下圖3-1就是我們本次系統(tǒng)的結構框圖。</p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)整體結構框圖</p><p>　　整個系統(tǒng)分為兩部分：主機部分和從機部分。下面我們分別進行這兩方面的介紹：</p><p>　　一、紅外無線通信主控部

45、分（主機）；它在整個系統(tǒng)中起核心控制地位，首先，通過單片機對溫度傳感器的控制來采集本地環(huán)境溫度；然后，把采集到的數(shù)據(jù)送到單片機中進行分析處理，并通過LCD進行本地溫度顯示；按鍵部分主要是起通信模式切換的作用，本系統(tǒng)共有3種模式可供選擇；模式1：測試兩機的通信部分是否正常；模式2：將主機的溫度數(shù)據(jù)傳送到從機；模式3：將從機的溫度傳到主機。并且每一種模式都是通過主機發(fā)射指令來確保兩機的模式同步。其中不管是哪一種模式我們都可以將數(shù)據(jù)通過串口傳

46、到PC上位機，這樣更加便于我們分析數(shù)據(jù)。最后，就是主機的通信部分，它主要包括發(fā)射和接收兩部分；發(fā)射部分：主要利用單片機串口具有自動編碼功能，在發(fā)射時單片機自動加上幀的起始位和結束位，然后將其調(diào)制到555振蕩器產(chǎn)生的38KHZ載波上，再通過紅外發(fā)射管進行發(fā)射；接收部分：采用一體化的紅外接收頭來對接收到的紅外信號進行放大、濾波、解調(diào)，最后送入單片機進行數(shù)據(jù)處理執(zhí)行相應的功能。主機部分除完成雙機通信外，還設置有通信轉(zhuǎn)換接口，通過電腦的上位機軟

47、件來實現(xiàn)PC機與系統(tǒng)的通信功能。</p><p>　　二、紅外無線通信的受控部分（從機）；它除了沒有與PC機通信的串口接頭和不能發(fā)送控制命令外，其余部分的結構和功能與主機基本相同。從機也能采集本地溫度進行顯示；從機最重要的功能是隨時保持對主機發(fā)送命令的應答，通過接收的不同命令進行不同的響應操作；</p><p><b>　　3.2系統(tǒng)性能指標</b></p>

48、;<p>　　在本系統(tǒng)的設計中，首先要實現(xiàn)的功能就是完成數(shù)據(jù)的正確發(fā)送和接收；如果這一功能沒有實現(xiàn)，那么就根本談不上別的功能。其次，為了增加系統(tǒng)的實用性，可以將PC機與整個系統(tǒng)連接起來；這樣更加符合現(xiàn)代通信要求。最后，顯示部分一定要很直觀的反應系統(tǒng)的工作狀態(tài)、數(shù)據(jù)處理情況等。因此，根據(jù)以上要求設計本系統(tǒng)的性能指標如下：</p><p>　　（1）系統(tǒng)能正確的通過紅外線進行數(shù)據(jù)發(fā)射和接收；</p

49、><p>　?。?）采集的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)精確到小數(shù)點后兩位；</p><p>　?。?）紅外的有效傳輸距離S，在傳輸速率為1200bps時，S>7m；2400bps時，S>6m；</p><p>　?。?）實現(xiàn)雙機雙向通信的功能；</p><p>　?。?）實行主、從機設計，主機單端全程控制整個系統(tǒng)；</p><p&

50、gt;　?。?）顯示部分準確顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)、工作模式、溫度數(shù)據(jù)等；</p><p>　?。?）系統(tǒng)具有超時差錯報警功能，良好的人機交互界面；</p><p>　?。?）具有自動搜索一組數(shù)據(jù)標志位的能力，即使在某一時刻數(shù)據(jù)被打亂，接下來只要通信信道通常，系統(tǒng)就能自動搜索正確數(shù)據(jù)的起始位。</p><p>　?。?）系統(tǒng)通過串口與PC機進行雙向通信功能，這樣更加方便

51、數(shù)據(jù)的分析、保存。</p><p>　　通過上面的介紹，可以大體上了解整個系統(tǒng)的結構和工作原理，接下來將進行具體的電路原理圖設計。</p><p>　　4 系統(tǒng)硬件電路設計</p><p>　　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、串口部分、報警部分、紅外發(fā)射和接收部分為受控模塊，它們共同構建起了整個紅外無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。在主

52、機部分，為了能與PC機實現(xiàn)紅外無線通信，特增加了串口轉(zhuǎn)換接頭和電平轉(zhuǎn)換部分來實現(xiàn)功能的多樣化。</p><p>　　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。接下來就是電路的分塊設計。<

53、/p><p>　　4.1溫度采集電路設計</p><p>　　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±0.5℃，現(xiàn)場溫度直接用“一線總線”的方式傳輸，大大的提高了系統(tǒng)的抗干擾性，

54、適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，它還可以程序設定9~12位的分辨率，因此使用非常方便。</p><p>　　DS18B20內(nèi)部結構主要由四部分組成：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。DS18B20管腳排列如圖4-1，從左到右管腳分別為1、GND；2、I/O；3、VDD。</p><p>　　圖4-1 DS18B20 </p><p

55、>　　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。由于光刻ROM使每一個DS18B20都相互不同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。溫度傳感器可以完成對溫度的測量。內(nèi)部高速暫存器包含8個連續(xù)字節(jié)，前兩個是測得的溫度信息，第一個字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低8位，第二個字節(jié)是溫度的高8位，第3、4個是TH、TL的易失性拷貝，第5個字節(jié)是結構寄存器的易失性拷貝，這3個字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復位

56、時被刷新。第6、7、8字節(jié)用于內(nèi)部計算。第9個字節(jié)是冗余字節(jié)。暫存器具體分布如表4-1所示。</p><p>　　表4-1 DS18B20寄存器分布</p><p>　　DS18B20使用12位的二進制數(shù)來存儲溫度值，最高位為符號，其中，低8位的數(shù)據(jù)儲存順序為：</p><p>　　高8位的數(shù)據(jù)儲存順序為:</p><p>　　S代表溫度的正

57、負，S=1，代表接收到的為負溫度；S=0，代表接收到的為正溫度；結合上面的順序就可以將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為溫度，例如，0550H為85℃，0191H為+25.0625℃，但要注意的是，負溫度是以二進制的補碼形式存在的，因此在轉(zhuǎn)換時要將接收到的數(shù)據(jù)進行取反加1后再進行操作。例如FF92H所代表的溫度為?55℃。</p><p>　　DS18B20與單片機相連主要有兩種方法，一種是VCC接外部電源，GND接地，DQ與單

58、片機的I/O口相連；另外一種是用寄生電源供電，此時，VCC和GND都接地，DQ口與單片機的I/O相連。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。其典型電路如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 DS18B20的典型應用電路圖</p><p>　　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

59、。因此，在溫度采集的軟件編寫過程中一定要注意好時序邏輯的控制，否則將采集不到正確的數(shù)據(jù)。這個我們在軟件部分會具體說明。</p><p>　　4.2單片機外圍電路設計</p><p>　　在本系統(tǒng)設計中，使用的是Atmel公司生產(chǎn)的AT89S52單片機，它是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指

60、令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)編程，在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52單片機為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。AT89S52單片機最小系統(tǒng)如圖4-3所示。</p><p>　　圖4-3 AT89S52單片機最小系統(tǒng)</p><p>　　AT89S52單片機為用戶提供了豐富的資源：8K字節(jié)Flash，256字節(jié)

61、RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。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?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計時器、串口、中斷繼續(xù)工作，掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。接下來將分類介紹單片機的外圍電路。</p>

62、<p>　　4.2.1時鐘電路設計</p><p>　　在單片機的內(nèi)部有一個高增益反向放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為XTAL2，在芯片的外部通過這兩個引腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，就構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。電路如圖4-4所示。</p><p>　　圖4-4 AT89S52外部時鐘源電路圖</p><p>　　電路中的電容

63、一般取22PF左右，而晶體振蕩器的頻率范圍通常是1.2MHZ～12MHZ，在本系統(tǒng)中使用的11.0592MHZ，但我們必須注意的是振蕩脈沖經(jīng)過二分頻才作為系統(tǒng)的時鐘信號，在二分頻的基礎上再三分頻產(chǎn)生ALE信號，在二分頻的基礎上再進行六分頻就得到機器周期信號。因此一個機器周期是振蕩周期的12倍,我們使用的是11.0592MHZ晶振，因此機器周期為(1/11.0592)*12微秒。</p><p>　　4.2.2復位

64、電路設計</p><p>　　RST引腳是單片機復位信號的輸入端，復位信號是高電平有效，其有效時間應持續(xù)24個振蕩脈沖周期（即2個機器周期）以上，產(chǎn)生復位信號的電路如圖4-5所示。</p><p>　　圖4-5 單片機復位電路</p><p>　　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；

65、當按鍵S1按下時經(jīng)過R6、R7分壓，RST端為高電平則會進行系統(tǒng)復位。</p><p>　　4.2.3報警電路設計</p><p>　　在這個系統(tǒng)中報警部分主要采用蜂鳴器報警，當系統(tǒng)在傳輸數(shù)據(jù)的過程中其信號被阻擋超過一定的時間時，蜂鳴器就會報警來提示信號傳輸不正常，蜂鳴器電路如圖4-6所示。</p><p>　　圖4-6 蜂鳴器電路</p><p

66、>　　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。</p><p>　　4.2.4按鍵電路設計</p><p>　　在單片機的按鍵部分采用按鈕型按鍵，按鍵未按下時其輸出端為高電平，按鍵按下時輸出端為低電平；為了增加電平的準確性，可以在按鍵的輸出端加上拉電阻來確保其高低電平的正確，這樣通過單片機

67、來檢測I/O口的電平狀況，然后執(zhí)行不同的操作，這樣就實現(xiàn)了按鍵的控制功能，電路如圖4-7所示。</p><p><b>　　圖4-7 按鍵電路</b></p><p>　　4.3數(shù)據(jù)調(diào)制和紅外發(fā)射電路設計</p><p>　　數(shù)據(jù)發(fā)射部分是我們本次系統(tǒng)設計的一個重要部分，它的性能好壞直接關系到我們所設計的系統(tǒng)能否正常無線通信和通信的有效距離；在

68、設計時經(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：1、如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)的調(diào)制；2、對調(diào)制后的數(shù)據(jù)又怎樣進行紅外發(fā)射。因此，下面主要從這兩個方面來說明電路的設計。</p><p>　　4.3.1載波電路設計</p><p>　　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

69、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，這就要求設計一個產(chǎn)生載波的電路，在本系統(tǒng)設計中，利用NE555定時器來構成載波信號發(fā)生器。</p><p>　　NE555定時器是一種將模擬功能與邏輯功能相結合的多用途單片集成電路，可以產(chǎn)生時間遲延和脈沖信號，由555構成的時基電路具有以下優(yōu)點：1、定時精度高，工作速度快；2、使用電壓范圍寬，為2V～18V；3、結構

70、簡單，應用靈活；4、有一定的輸出功率，可以直接驅(qū)動小型繼電器、指示燈及微電機；5、工作可靠性高，使用范圍廣；只要在外部配上幾個適當?shù)淖枞菰涂梢詷嫵蓡畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器和施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與整形電路，在工業(yè)自動化控制、定時、測量及家用電器等方面廣泛的應用。NE555的引腳排列如圖4-8所示。</p><p>　　圖4-8 NE555管腳圖</p><p>　　各引腳的功能如表4

71、-2所示。</p><p>　　表4-2 NE555引腳描述</p><p>　　NE555內(nèi)部電路結構如圖4-9所示。它包含兩個電壓比較器、一個基本的RS觸發(fā)器、泄放電管和三個5K電阻構成的分壓器。Comp是兩個結構完全相同的高精度電壓比較器。比較器一共有兩個輸入端，分別標有“+”和“?”。如果V+>V-, </p><p>　　圖4-9 NE555內(nèi)部電路

72、結構圖</p><p>　　比較器輸出電壓為高電平，反之則輸出為低電平。比較器的參考電壓由電阻分壓器決定。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?；居|發(fā)器的RS端為直接清零端，低電平有效，平時可以接高電平；放電管提供外接電容的放電回路；控制電壓輸入端CV端平時可以對地接一個去耦電容。NE555定時器的功能如表4-3所示。</p

73、><p>　　表4-3 NE555邏輯功能表</p><p>　　在本系統(tǒng)設計中，使用NE555定時器構成多諧振蕩器來產(chǎn)生38KHZ載波。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。由于這種矩形波中含有很多諧波分量，因此就稱之為多諧振蕩器。具體的電路如圖4-10所示。</p><p>　　圖4-10 NE555定時器電路&l

74、t;/p><p>　　在電路設計過程中，首先必須掌握555振蕩頻率的計算。系統(tǒng)接通電源后，電源通過R12、R13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系如圖4-11所示。</p

75、><p>　　圖4-11 NE555的輸入與輸出波形</p><p>　　555定時器輸出信號波形的高低電平持續(xù)時間與充放電的電容、電阻有直接關系，其中高電平持續(xù)時間TW1≈0.7*R12*C5(由于接有高速開關管IN4148，因此在充電時R13會被短路掉，這樣可以調(diào)整輸出波形的占空比。)；低電平的持續(xù)時間為TW2≈0.7*R13*C5；則整個脈沖周期為T=TW1+TW2，其占空比為q=TW1

76、/T；</p><p>　　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=26.3us,又因為T=TW1+TW2=0.7*R12*C5+0.7*R13*C5=26.3us，并且C5=3300PF，R13=5.1K ,R12為10K 的滑動變阻器；經(jīng)計算R12≈6.3K ，這個阻值完全能夠通過調(diào)整電位器

77、來達到。</p><p>　　下面主要分析信號是怎樣調(diào)制到載波上去的。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

78、；為低電平時，則555被復位，其輸出端為低電平。這樣一個過程就完成了將要發(fā)射的TXD基帶信號調(diào)制到38KHZ載波信號上的任務，然后再用調(diào)制好的信號再去控制三極管的導通與截止，導通時紅外發(fā)射二極管就會發(fā)射波長為940nm左右的紅外線，具體的波形轉(zhuǎn)換如圖4-12所示。</p><p>　　圖4-12信號傳輸波形</p><p>　　4.3.2紅外發(fā)射電路設計</p><p&

79、gt;　　平時我們常用的紅外發(fā)射二極管有SE303、PH303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，導通時管壓降小于1.4V。紅外發(fā)光二極管的反向擊穿電壓較低，約為5~30V，因此在平時的使用過程中其反向電壓不得超過5V。</p><p>　　一般小功率的紅外發(fā)射二極管的正

80、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。若脈沖電流的平均值與恒定的直流值相等，則脈沖電流的幅度要比允許的工作電流大得多，其發(fā)射效率也較高。因此，本系統(tǒng)采用直流脈沖電流驅(qū)動方式，其電路如圖4-13所示。其中R17、R20 為限流電阻，以防止流過SE303的電流過大而</p><

81、p>　　圖4-13 紅外發(fā)射電路圖</p><p>　　損壞管子。在電路圖中三極管工作在開關狀態(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?1.2?0.3)/20=0.175A;則發(fā)射時紅外二極管的功率為P=UI=1.2*0.175=0.21W，又因為脈沖占空比q≈0.5，所以平均功率為P/2

82、=105mW,電阻R17的功率Pr=20*0.175/2=1.75W,因此R17必需用一個大功率的電阻。 </p><p>　　4.4紅外接收電路設計</p><p>　　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。而這個

83、放大器除了應有高的放大倍數(shù)外，還應該是低噪聲并具有對信號波的解調(diào)能力（濾除信號載波，只留下有用的調(diào)制信號）。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4-14所示。</p><p>　　圖4-14 HS0038B管腳圖</p><p>　　HS0038B是集成紅外接收、放大、濾波和比較器輸出的模塊，主要

84、有以下優(yōu)點：1、單一的接收器和前置放大器的組合；2、靈敏度高；3、內(nèi)置濾波器；4、抗干擾強；5、與TTL及CMOS兼容，適用于微處理器操作與控制。6、低功耗。其內(nèi)部原理框圖和典型應用電路如圖4-15所示。</p><p>　　圖4-15 HS0038B內(nèi)部框圖及典型應用電路圖</p><p>　　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

85、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。由于接收頭輸出的信號為標準的TTL電平；因此，我們可以直接將接收到的信號送入單片機的接收端RXD進行信號處理。解調(diào)過程如圖4-16所示。</p><p>　　圖4-16 HS0038B的接收與輸出波形</p><p>　　正因為一體化紅外接收頭有如此多的有點，所以它在紅外通信中得到了越來

86、越來廣泛的應用。</p><p>　　4.5 與PC機串口通信電路設計</p><p>　　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。為了使單片機能夠與PC機進行紅外無線通信，在設計時，系統(tǒng)特增加了串口電路，串口通信部分只設在主機電路部分，在從機電路中不設此模塊。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。因為電腦的串口是RS—232C

87、接口，是符合EIA（美國電子工業(yè)協(xié)會）RS—232C規(guī)范的外部總線標準接口。RS—232C采用的是負邏輯，及邏輯“1”時為－5V~?15V；邏輯“0”時為+5Ｖ~＋15V。而CMOS電平邏輯“1”時為4.99V，邏輯“0”時為0.01V；TTL電平的邏輯“1”和“0”分別對應電平為2.4V和0.4V。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。</p><p

88、>　　本系統(tǒng)設計中選用的是MAXIM公司的MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片，MAX232C屬于MAXIM公司的通用串行接收/發(fā)送驅(qū)動芯片，芯片引腳如圖4-17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</p><p>　　圖4-17 MAX232引腳圖</p><p>　　反向器又有所不同的是它還具有升壓的功能。MAX232C的主要特點有：1、符合所

89、有的RS—232C技術規(guī)范；2、只要單一+5V電源供電；3、片載電荷泵，具有升壓、電壓極性翻轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生+10V和?10V電壓；4、低功耗，典型供電電流5mA；5、內(nèi)部集成了2個RS—232C驅(qū)動器。并且MAX232外部電路也非常簡單，只需接幾個0.1uF電容就可以了；典型應用如圖4-18所示。</p><p>　　圖4-18 MAX232典型應用原理圖</p><p>　　PC機和M

90、AX232接口的連接非常簡單，在一般的應用中，只需有三條線即可完成通信，分別是串口接頭DB9的第2腳RXD與MAX232的輸出相連，第3腳TXD與MAX232的輸入相連，然后在共地，最后，通過串口線連接到電腦的串口上就可以實現(xiàn)單片機與PC機的串行通信了，不過在通信的過程中一定要特別注意雙方的波特率一定要相同，否則，通信是不可能成功的，具體的電路如圖4-19所示。</p><p>　　圖4-19 PC機與MAX23

91、2的電路圖</p><p>　　4.6 LCD顯示電路設計</p><p>　　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。液晶顯示器具有體積小、重量輕、功耗極低、顯示內(nèi)容豐富等特點，在單片機應用系統(tǒng)中得到了日益廣泛的應用。其外觀如圖4-20所示。</p><p>　　圖4-20 TS1620液晶顯示器&l

92、t;/p><p>　　TS1620是一款字符型液晶模塊,使用2行16字的5*7點陣圖形來顯示字符,它采用標準的16腳接口，各引腳情況如表4-4所示。</p><p>　　表4-4 TS1620引腳功能介紹</p><p>　　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

93、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4-21所示。</p><p>　　圖4-21 單片機與TS1620液晶的連接電路</p><p>　　TS1620的內(nèi)部結構主要由DDRAM、CGRAM、IR、DR、BF、AC等大規(guī)模集成電路組成。</p><p>　　DDRAM為數(shù)據(jù)顯示用的R

94、AM，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；</p><p>　　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；</p><p>　　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；</p>&

95、lt;p>　　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；</p><p>　　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；</p><p>　　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

96、，所以在寫數(shù)據(jù)或指令到LCD之前，必須查看BF是否為0；</p><p>　　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的設置值而自動修改它本身的內(nèi)容。</p><p><b>　　5 系統(tǒng)軟件設計</b></p><p>　　本次系統(tǒng)設計要實現(xiàn)的目標是紅外無線數(shù)據(jù)的傳輸，也就是用紅外線作為傳輸

97、媒介進行數(shù)據(jù)的無線傳輸。首先的任務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；還有就是要設置一些控制端，這樣可以更好的實現(xiàn)人機交互功能。</p><p>　　5.1系統(tǒng)總的程序流程圖設計</p><p>　　在本系統(tǒng)軟件設計中，設計方案是采集一個地點的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，然后再將其傳輸?shù)搅硗庖粋€地方；其中，在通信過程中設計有主機和從機

98、兩部分；主機負責整個系統(tǒng)的控制，從機的主要任務就是接收主機發(fā)送的命令，并發(fā)送應答信號給從機；同時，根據(jù)命令做出相應的反應。除此以外，雙機都具有發(fā)送和接收溫度數(shù)據(jù)的功能。</p><p>　　根據(jù)上面所設計的任務。在本系統(tǒng)設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；所以軟件的設計主要有以下幾個方面：1、DS18B20的讀寫操作軟件設計；2、通信程序

99、的編寫；3、TS1620液晶顯示驅(qū)動函數(shù)的編寫；4、人機交互功能及控制程序的編寫。根據(jù)上面的要求所設計的主、從機程序流程圖分別如圖5-1和圖5-2所示。</p><p>　　圖5-1 單片機主機主程序流程圖</p><p>　　圖5-2 單片機從機主程序流程圖</p><p>　　5.2 溫度采集模塊軟件設計</p><p>　　在前面的硬件

100、部分已經(jīng)分析了DS18B20的結構及功能，現(xiàn)在我們主要分析其軟件控制指令及其方法。因為DS18B20是支持“一線總線”接口的溫度傳感器，與單片機的連接方便、占用口線較少等功能，但是由于單片機對DS18B20發(fā)送指令和接收它回傳給單片機的數(shù)據(jù)都是通過這單根總線進行通信的，所以在程序編寫過程中必需注意時序問題：1、DS18B20從測量結束到溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量需要一定的轉(zhuǎn)換時間，這個延時必需保證的，不然，則會出現(xiàn)轉(zhuǎn)換錯誤的現(xiàn)象，使溫度輸出總是

101、顯示85；2、較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳輸，因此對DS18B20進行讀寫編程時，必需嚴格保證讀寫時序，否則將無法讀取測量結果。3、在DS18B20測量溫度程序設計中，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

102、軟件設計時都要給與重視。另外在進行通訊時必須先建立ROM操作協(xié)議，才能進行存儲器和控制器操作。因此，控制器必</p><p>　　表5-1 DS18B20的指令集</p><p>　　5.2.1 DS18B20的控制時序</p><p><b>　?。?）初始化</b></p><p>　　時序見圖5-3所示。單片機總線

103、t0時刻發(fā)送一個復位脈沖（持續(xù)時間最短不得低于480us的低電平信號），接著在t1時刻釋放總線并進入接收狀態(tài)，DS18B20在檢測到總線的上升沿之后，等待15－60us，接著DS18B20在t2發(fā)出存在脈沖（應答信號為低電平，持續(xù)時間60—240us），如圖5-3中虛線所示。 </p><p>　　圖5-3 DS18B20初始化時序圖</p><p><b>　?。?）寫時間隙&

104、lt;/b></p><p>　　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。若低電平，寫入的位是0，見圖5-4；若為高電平，寫入的位是1，見圖5-5。連續(xù)寫兩位的間隙應大于1us。</p><p>　　圖5-4 寫0時序 圖5-5寫1時序&l

105、t;/p><p><b>　?。?）讀時間隙</b></p><p>　　時序見圖5-6，主機總線t0時刻從高電平拉至低電平時，總線只須保持低電平14us。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。t2距t0為15us，也就是說，t2時刻前主機必需完成讀位。在讀時間結束時，I/O引腳經(jīng)外部的上拉電阻拉回至高電平。并在t0后的60us后釋

106、放總線。</p><p><b>　　圖5-6 讀時序</b></p><p>　　5.2.2 DS18B20的程序流程圖</p><p>　　對DS18B20的操作一般包含下面四個步驟：1、初始化；2、ROM操作命令；3、存儲器操作命令；4、執(zhí)行/數(shù)據(jù)。其中的初始化如上面的時序中講到的一樣；然后就是對ROM的操作，DS18B20片內(nèi)有光刻64

107、位的ROM，它可以看成是該DS18B20的地址序列碼。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。由于我們此次系統(tǒng)設計在單總線上左右一個DS18B20，那我們就直接跳過匹配ROM（Skip ROM）的操作就行了。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。 最后就是將接收到的數(shù)據(jù)進行微機處理；這樣就完成了一次對DS18B20的訪問過程。其具體程序流程如圖5-7