畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的多點(diǎn)溫度檢測數(shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、多點(diǎn)溫度檢測數(shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要:當(dāng)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和工業(yè)生產(chǎn)中，溫度是很重要的一個(gè)因素。生產(chǎn)中對溫度的控制直接影響其產(chǎn)品的質(zhì)量的好壞。本文設(shè)計(jì)主要是針對惡劣環(huán)境下的工業(yè)現(xiàn)場以及高科技大范圍的農(nóng)業(yè)現(xiàn)場，布線困難，浪費(fèi)資源，占用空間，可操作性差等問題做出的一個(gè)解決方案，利用無線傳輸實(shí)現(xiàn)在上位機(jī)顯示采集到的溫度。本課題設(shè)計(jì)的是一套無線多溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主要用于對環(huán)境溫度的采集與監(jiān)控。系統(tǒng)采用基于無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)思想和溫度采集技術(shù)。無線傳輸避免了遠(yuǎn)距離布線所帶來的施工困難，成本高的缺點(diǎn)。本設(shè)計(jì)用at89c51單片機(jī)和無線收發(fā)射模塊nrf905為主要硬件，設(shè)計(jì)了包括溫度采集，溫度顯示，系統(tǒng)控制，串口通

2、信等外圍電路。單片機(jī)at89c51作為主單片機(jī)完成測量和控制以及與通信單片機(jī)的數(shù)據(jù)通信、無線收發(fā)控制等功能。溫度傳感器使用ds18b20，它實(shí)現(xiàn)對溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控并傳輸數(shù)據(jù)給單片機(jī)，溫度上下限通過程序進(jìn)行設(shè)置。這樣就可以通過整個(gè)系統(tǒng)對溫度做出試試的監(jiān)控。關(guān)鍵詞：at89c51,溫度采集,溫度傳感器ds18b20,無線收發(fā)模塊nrf905the design of multi-point temperature measurement and the data wieless transmission system abstract:modern agricultural production a

3、nd industrial production, the temperature is a very important factor. temperature control the production of a direct impact on the quality of their products good or bad.this article is designed for harsh environments and high-tech industries at the scene of large-scale agriculture at the scene，wirin

4、g problems，waste of resources，space，and make operational a poor solution.this design is mainly to use the wireless transmission to revcal the gathered temperature on the position machine. this paper introduces a kind of wireless monitoring system which is used to control temperature conditions。the s

5、ystem adopts wireless network and temperature collect technique.the wireless communication can avoid the shortcoming of remote wire transmission ,such as large wastage,high cost etc.this design uses at89c51 and nrf905wireless communication,the monlithic integrated circuit is the main hardware,in ord

6、er to realize design goal this design including temperature gathering,the temperature demonstrated that,the systems control,strung together periphery electric circuit and so on mouth correspondence。the main mcu（at89c51）takes charge of measurement，control and communication with the communication mcu.

7、the communication mcu （at89c51）is used to control receiving and sending data in the wireless communicationtemperature sensor using ds18b20, which implements real-time monitoring of temperature and transmit data to the mcu(at89c51), upper and lower limits set by the program. this can make the whole s

8、ystem to try to control the temperaturekey words:at89c51;temperature gathering;ds18b20;nfr905 wireless communication. 目 錄第一章 緒論11.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀11.3 提出疑問1第二章 方案論證22.1 無線通信模塊的選擇與論證22.1.1 方案一：22.1.2 方案二：22.1.3 方案對比及選擇結(jié)果：32.2 顯示模塊的選擇與論證32.2.1 方案一：32.2.2 方案二：32.2.3方案對比及選擇結(jié)果：42.3 溫度傳感器模塊的選擇與論證42.3.1 方案一：42.3.2

9、方案二：42.3.3 方案對比及選擇結(jié)果：4第三章 硬件電路設(shè)計(jì)53.1 單片機(jī)原理及應(yīng)用的簡單介紹53.2 單片機(jī)的選擇及其特點(diǎn)53.3 整體硬件電路概述63.3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)73.3.1 溫度檢測電路的介紹及選擇73.3.2 顯示電路的介紹及選擇83.3.3 無線接收發(fā)射芯片nrf905103.3.4 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊nrf905103.3.5 數(shù)據(jù)鎖存電路133.3.6 電源電路143.3.7 報(bào)警燈顯電路15第四章 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)174.1 c語言介紹174.2 主程序的設(shè)計(jì)174.3 讀取溫度傳感器數(shù)值的程序194.4 顯示程序的設(shè)計(jì)204.5 定時(shí)器子函數(shù)的設(shè)計(jì)224.6 無

10、線數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)25第五章 軟硬件調(diào)試275.1 硬件調(diào)試275.2 軟件調(diào)試275.3 仿真調(diào)試275.4 軟硬件結(jié)合調(diào)試28結(jié) 論29致 謝30參考文獻(xiàn)31附錄 i 發(fā)射端原理圖32附錄 ii 接收端原理圖33附錄 iii 部分源程序34 第一章 緒論1.1 題目分析 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，對于采集數(shù)據(jù)大多采用有線方式，比如森林防火、野外油田、遠(yuǎn)距離的高速公路、成熟的公園景區(qū)等環(huán)境，有線網(wǎng)絡(luò)搭建很難完成，或者用戶成本投入過高，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)周期過長。 在工業(yè)現(xiàn)場，由于生產(chǎn)環(huán)境惡劣，工作人員不能長時(shí)間停留在現(xiàn)場觀察設(shè)備是否運(yùn)行正常，就需要采集數(shù)據(jù)并傳輸數(shù)據(jù)到一個(gè)環(huán)境相對好的操控室內(nèi)，工作人員可以在這里將控

11、制指令傳輸給現(xiàn)場執(zhí)行模塊進(jìn)行各種操作。這樣就會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸問題，由于廠房大、需要傳輸數(shù)據(jù)多，使用傳統(tǒng)的有線數(shù)據(jù)傳輸方式就需要鋪設(shè)很多很長的通訊線，浪費(fèi)資源，占用空間，可操作性差，出現(xiàn)錯(cuò)誤換線困難。而且，當(dāng)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、所處的環(huán)境不允許或無法鋪設(shè)電纜時(shí)，數(shù)據(jù)甚至無法傳輸，此時(shí)便需要利用無線傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行數(shù)據(jù)采集。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，不論是溫室大棚的溫度監(jiān)測，還是糧倉的管理，傳統(tǒng)上都是采取分區(qū)取樣的人工方法，工作量大，可靠性差。而且大棚和糧倉占地面積大，檢測目標(biāo)分散，測點(diǎn)較多，傳統(tǒng)的方法已經(jīng)不能滿足當(dāng)前農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要。當(dāng)前的科技水平下，無線通信技術(shù)的發(fā)展使得溫度采集測量精確，簡便易行?；诖?，

12、本課題設(shè)計(jì)了一種無線傳輸采集的系統(tǒng)。無線的優(yōu)點(diǎn)很是明顯，高度的靈活性、便捷性、移動(dòng)性、低成本等等。無線系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)在現(xiàn)代化小區(qū)、交通、港口、油田、電力、礦山、公交、環(huán)保、森林防火、水利、航運(yùn)安全、平安城市、消防、景區(qū)、建筑工地等領(lǐng)域的視頻監(jiān)控發(fā)揮著重要的作用。本設(shè)計(jì)主要就是說明單片機(jī)和無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊nrf905的組合，形成單片機(jī)的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，如何根據(jù)選擇的器件設(shè)計(jì)外圍電路和單片機(jī)的接口電路，如何編寫控制無線數(shù)據(jù)傳輸器件進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯纹瑱C(jī)程序，并且簡要的介紹數(shù)字溫度傳感器ds18b20的應(yīng)用。 1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀在國內(nèi)外，此方面都有著重要的研究，但是考慮到其芯片與傳感器已有有很多已不是

13、主流，已被淘汰，甚至有些器件都已經(jīng)停產(chǎn)。溫度檢測器件的性能直接影響系統(tǒng)測量的準(zhǔn)確性。傳統(tǒng)方法多以熱電阻和熱電偶等為溫度敏感元件，但都存在可靠性差，準(zhǔn)確度和精度低的缺點(diǎn)。由這些溫度傳感器構(gòu)成的溫度測控系統(tǒng)大多存在兩大缺點(diǎn)：其一，需要大量的連線才能把現(xiàn)場傳感器的信號送到采集卡上，布線施工麻煩，成本也高；其二，線路上傳送的是模擬信號，易受干擾和損耗。在大多數(shù)溫度測量系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)者都提出用美國dallas公司生產(chǎn)的ds18b20數(shù)字溫度傳感器和89c51單片機(jī)構(gòu)成的多路測溫系統(tǒng)，采用單總線的方式（一根數(shù)據(jù)線和一根地址線） ， 其上可以非常方便的掛接多個(gè)從總線獲得電能而不需單獨(dú)供電的數(shù)字溫度傳感器ds1

14、8b20， 在單片機(jī)的控制下巡回檢測多點(diǎn)溫度，可設(shè)置高、低溫度超限報(bào)警等功能。系統(tǒng)安裝簡便、可靠性高，特別適合在工業(yè)現(xiàn)場的溫度參數(shù)監(jiān)測。1.3 提出疑問i在其他設(shè)計(jì)中，大多數(shù)只用無線傳送一路信號，但是在本設(shè)計(jì)中需要連續(xù)，巡回傳輸多路傳感器的測量結(jié)果，如何解決好無線傳輸?shù)膮f(xié)議將是一個(gè)難點(diǎn)。ii溫度傳感器對時(shí)序要求較高。由于單片機(jī)時(shí)鐘源的限制，使得程序運(yùn)行時(shí)并不能保持ds18b20所要求的時(shí)序精度。所以在溫度測量的過程中會(huì)出現(xiàn)測量結(jié)果波動(dòng)的現(xiàn)象。如何解決測量溫度波動(dòng)的問題也將是一個(gè)難點(diǎn)。第二章 方案論證2.1 無線通信模塊的選擇與論證本系統(tǒng)最大的特點(diǎn)就是信息的無線傳輸。省去了傳統(tǒng)有線傳輸?shù)氖`，簡

15、化了系統(tǒng)的安裝。在加油站等無線信號比較復(fù)雜的環(huán)境下無線通信模塊的選擇尤為重要。選擇合適的無線模塊直接關(guān)系到信號傳輸?shù)挠行约跋到y(tǒng)的可靠性。2.1.1 方案一： rx3310a是一個(gè)可工作在甚高頻的無線接收芯片。它的內(nèi)部集成了高頻放大電路(rf amp)、混頻電路 (mixer)、中放電路(if amp)、中頻濾波器(if filter)、限幅器(limiter)以及由比較器構(gòu)成的(ask)解調(diào)電路等。圖1.1是它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，利用 rx3310a可以和簡單的發(fā)射電路和編碼電路相配合來實(shí)現(xiàn)無線門鈴、無線玩具的無線遙控和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。其主要特點(diǎn)：工作頻率為250mhz450mhz，具有-106db

16、m的高靈敏度；低功耗，正常平均工作電流為2.6ma;集成度高，外圍元件很少，采用雙列18腳寬體貼片封裝，體積小。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1 rx3310a的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.1.2 方案二：無線數(shù)據(jù)傳輸模塊rf905的具體參數(shù)如下：1.工作電壓：1.9-3.6v2.調(diào)制方式： gfsk3.接收靈敏度：-100dbm4.最大發(fā)射功率: 10mw(+10dbm) 5.最大傳輸數(shù)率：50kbps6.瞬間最大工作電流: 30ma7.工作頻率：（422.4-473.5mhz）。接收發(fā)送功能合一，收發(fā)完成中斷標(biāo)志。433/868/915工作頻段，433mhz開放ism頻段可免許使用。最高發(fā)射速率50kb

17、ps，10dbm發(fā)射功率條件下，配外置鞭狀天線通信距離在300米左右。室內(nèi)通信良好通信效果，4層之間可實(shí)現(xiàn)有效通信，抗干擾性能強(qiáng)，很強(qiáng)的擾障礙穿透性能。單次最多可發(fā)送接收32字節(jié)，并可軟件設(shè)置發(fā)送/接收緩沖區(qū)大小2/4/8/16/32字節(jié)，170個(gè)頻道，可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)通訊，結(jié)合tdma-cdma-fdma原理，實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)通訊。內(nèi)置硬件8/16位crc校驗(yàn)，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，降低系統(tǒng)開發(fā)難度。1.9-3.6v工作，低功耗，待機(jī)模式僅2.5ua。內(nèi)置spi接口，最高spi時(shí)鐘可大10m，也可通過i/o口模擬spi實(shí)現(xiàn)。2.1.3 方案對比及選擇結(jié)果：根據(jù)上述的分析得出結(jié)論，方案一中的rx3310a芯

18、片作為無線接收芯片為本次設(shè)計(jì)所用基本符合要求，其所需的外圍器件少，調(diào)試簡單，價(jià)格低廉，但它的功能較小。案二中的rf905集成了電源管理、晶體振蕩器、低噪聲放大器、頻率合成器功率放大器等模塊，曼徹斯特編碼/解碼由片內(nèi)硬件完成，無需用戶對數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特編碼，因此使用非常方便，所以本設(shè)計(jì)采用方案二。2.2 顯示模塊的選擇與論證作為人機(jī)界面的一部分顯示模塊主要功能是對測量得到的數(shù)據(jù)（去皮前及去皮后的質(zhì)量）進(jìn)行顯示。顯示模塊的顯示能力也影響到稱重操作的復(fù)雜度。當(dāng)顯示界面顯示的數(shù)據(jù)量大時(shí)更便于操作者綜合當(dāng)前數(shù)據(jù)，以及判斷如何進(jìn)行下一步操作。2.2.1 方案一：使用發(fā)光二極管顯示器（簡稱led），它配置靈

19、活，使用方便，而且價(jià)格低廉，但顯示內(nèi)容有限，線路連接復(fù)雜，而且要有驅(qū)動(dòng)電路。不但顯示內(nèi)容單一，而且使用功耗高。2.2.2 方案二：使用液晶顯示器（lcd），它的功耗低、體積小、美觀、方便、使用壽命長，且能顯示圖形、字母等，接口簡單，可以直接與單片機(jī)進(jìn)行連接，但成本較高，占用系統(tǒng)資源較大。1602型液晶原理圖如圖2-2所示。圖2-2 1602液晶顯示模塊1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（cgrom)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“a”的代碼是01000001b（41h）

20、，顯示時(shí)模塊把地址41h中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“a”。 因?yàn)?602識(shí)別的是ascii碼，試驗(yàn)可以用ascii碼直接賦值，在單片機(jī)編程中還可以用字符型常量或變量賦值，如a。2.2.3方案對比及選擇結(jié)果：方案二顯示時(shí)序復(fù)雜，控制繁瑣，且本設(shè)計(jì)的顯示信息不多。方案一的顯示簡單，控制簡單。所以本設(shè)計(jì)采用方案一。2.3 溫度傳感器模塊的選擇與論證作為測量數(shù)據(jù)的直接來源，溫度傳感器的測量精度和工作穩(wěn)定性直接影響到后續(xù)電路工作的精確性?？梢哉f溫度傳感器是本設(shè)計(jì)的重中之重。整個(gè)系統(tǒng)的測量算法，無線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議都與溫度傳感器息息相關(guān)。選擇合理的溫度傳感器將是本設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵。2.3.1

21、 方案一：本方案采用的溫度測量電路由ad590來實(shí)現(xiàn)測量，其中利用ad590代替溫度傳感器作為溫度輸入，又由于ad590輸出的是很小的電流信號，可通過一個(gè)電阻將其轉(zhuǎn)化成一電壓信號并放大，通過一個(gè)電壓跟隨器將前面的輸出電路與后面的電路分隔開，以使輸出的電壓不受影響，經(jīng)過一個(gè)反向放大器后，輸出一新的電壓值。輸出的電壓為模擬電壓，需要通過a/d將其轉(zhuǎn)換后，輸入到單片機(jī)。2.3.2 方案二：本方案采用的溫度測量電路中溫度測量采用1-wire總線的ds18b20，其中ds18b20獨(dú)特的單線接口只需1個(gè)接口引腳即可通信，溫度檢測應(yīng)用得以簡化，不需要外部元件，可用數(shù)據(jù)線供電，不需要備份電源，測量范圍從-5

22、5-+125，以9位數(shù)字值方式讀取溫度，用戶可定義的，非易失性的溫度報(bào)警設(shè)置等特性。單片機(jī)可以直接從ds18b20中讀取溫度數(shù)據(jù)，同時(shí)可以向其寫入溫度上下限報(bào)警值。2.3.3 方案對比及選擇結(jié)果：方案一的設(shè)計(jì)成本底，但是其測量精度不夠，而且電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，而方案二只需要一根傳輸線，大大簡化了設(shè)計(jì)復(fù)雜度。所以本設(shè)計(jì)的溫度傳感器設(shè)計(jì)方案采用方案二。第三章 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)原理及應(yīng)用的簡單介紹單片微型計(jì)算機(jī)（single-chip microcomputer）,簡稱單片微型機(jī)或單片機(jī)。由于它面向控制，特別適合于控制型應(yīng)用領(lǐng)域，因而又名為微控制器（microcontroller）。它是在一塊芯

23、片上集成了中央處理器（cpu）、只讀存儲(chǔ)器（rom）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（ram）、輸入輸出接口、可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等，有的甚至包含有a/d轉(zhuǎn)換器?？傊?，一塊單片機(jī)芯片，就相當(dāng)于一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)。它具有集成度高、體積小、質(zhì)量輕、功能強(qiáng)、使用靈活、價(jià)格低廉、穩(wěn)定可靠等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因而已廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域。如應(yīng)用最廣泛的51系列單片機(jī)如圖3-1所示。圖3-1 at89c51原理圖3.2 單片機(jī)的選擇及其特點(diǎn)本設(shè)計(jì)選用atmel公司的at89c51單片機(jī)進(jìn)行此次設(shè)計(jì)，它不僅與mcs-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容 、8k字節(jié)在系統(tǒng)可編程flash存

24、儲(chǔ)器、1000次擦寫周期、全靜態(tài)操作：0hz33hz、三級加密程序存儲(chǔ)器、32個(gè)可編程i/o口線、三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器八個(gè)中斷源、全雙工uart串行通道、低功耗空閑和掉電模式、掉電后中斷可喚醒、看門狗定時(shí)器、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標(biāo)識(shí)符。而且它還具有很強(qiáng)的運(yùn)算、控制能力，而且與其他單片機(jī)相比具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，價(jià)格低，性價(jià)比高。at89c51是一種低功耗、cmos、高性能8位微控制器具有8k在系統(tǒng)可編程flash存儲(chǔ)器。使用atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80c51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位cpu

25、 和在系統(tǒng)可編程flash，使得at89c51為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。at89c51具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)flash，256字節(jié)ram，32 位i/o 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，at89c51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(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護(hù)方式下，ram內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。8 位微控制器 8k 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 f

26、lash at89c51。p0 口：p0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向i/o口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)ttl邏輯電平。對p0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，p0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，p0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，p0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。 p1 口：p1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)ttl 邏輯電平。對p1 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，

27、將輸出電流（iil）。 此外，p1.0和p1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（p1.0/t2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（p1.1/t2ex）。 引腳號第二功能： p1.0 t2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 p1.1 t2ex（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制） p1.5 mosi（在系統(tǒng)編程用） p1.6 miso（在系統(tǒng)編程用） p1.7 sck（在系統(tǒng)編程用） p2 口：p2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) ttl 邏輯電平。對p2 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為

28、輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ttl）。 在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行movx dptr）時(shí)，p2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，p2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如movx ri）訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，p2口輸出p2鎖存器的內(nèi)容。 在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。 p3 口：p3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p3 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)ttl 邏輯電平。對p3 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳

29、由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ttl）。 p3口亦作為at89c51特殊功能（第二功能）使用。 端口引腳第二功能： p3.0 rxd(串行輸入口) p3.1 txd(串行輸出口) p3.2 into(外中斷0) p3.3 int1(外中斷1) p3.4 to(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0) p3.5 t1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1) p3.6 wr(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通) p3.7 rd(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通) 此外，p3口還接收一些用于flash閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號。 rst復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，rst引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。 ale/prog當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，

30、ale（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ale仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ale脈沖。 對flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（prog）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（sfr）區(qū)中的8eh單元的d0位置位，可禁止ale操作。該位置位后，只有一條movx和movc指令才能將ale激活。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禁止位無效。 psen程序儲(chǔ)存允許（psen）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號，當(dāng)at89c52由外部程序存儲(chǔ)

31、器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次psen有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次psen信號。 ea/vpp外部訪問允許，欲使cpu僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000h-ffffh），ea端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位lb1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存ea端狀態(tài)。如ea端為高電平（接vcc端），cpu則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12v的編程允許電源vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12v編程電壓vpp。3.3 整體硬件電路概述本電路以at89c51單片機(jī)作為整個(gè)電路控制的核心,實(shí)現(xiàn)對溫度的自動(dòng)檢測與控制，由溫度檢測

32、電路，控制電路，報(bào)警電路及顯示電路組成。3.3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)時(shí)鐘電路由一個(gè)頻率為11.0592mhz的晶振并聯(lián)而成的，輸入到單片機(jī)的x1和x2腳，為系統(tǒng)提供外部時(shí)鐘。復(fù)位電路由一個(gè)10uf的電解電容和一個(gè)按鍵構(gòu)成，輸出端接到單片機(jī)reset引腳。正常情況下單片機(jī)的reset腳位低電平。當(dāng)需要復(fù)位時(shí)，按下按鍵，單片機(jī)reset引腳接收到一定時(shí)間的高電平后系統(tǒng)就自動(dòng)復(fù)位。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路原理圖如圖3-2所示。 圖3-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路3.3.1 溫度檢測電路的介紹及選擇溫度的計(jì)量和測試在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國民經(jīng)濟(jì)各部門具有重要意義和十分廣泛的應(yīng)用。而在溫度的計(jì)量和測試中，要將溫度信號轉(zhuǎn)換為電

33、信號則離不開溫敏元器件和溫度傳感器。在測量過程中，由于溫度的計(jì)量范圍很寬，從極低溫到極高溫，每一種溫度傳感器又具有各自的特點(diǎn)，適用范圍和使用條件。因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用時(shí)的不同需求適當(dāng)?shù)倪x擇相應(yīng)的溫度傳感器。溫度傳感器電路如圖3-3所示。 圖3-3 溫度傳感器電路本方案采用的溫度測量電路中溫度測量采用dsl8820是由美國dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的最新單線數(shù)字式溫度傳感器，主要特性如下：實(shí)現(xiàn)對-55到+125范圍內(nèi)的溫度測量，并測量溫度的誤差在士05，實(shí)際系統(tǒng)的分辨率單獨(dú)設(shè)定，并且保存在eeprom中，即使斷電能夠保存；現(xiàn)場溫度的測量值通過串行通信的式傳輸，即“單線總線”的數(shù)字方式傳輸；系統(tǒng)供

34、電壓容許范圍大，可在3v到5.5v的范圍波動(dòng)。dsl8820引腳功能：dsl8820總共三個(gè)引腳，一個(gè)引腳為電源地，另一個(gè)為外接電源端vdd，剩下一個(gè)dq數(shù)字信號輸人輸出端其引腳表如表3-1所示。表3-1 ds18b20引腳功能表1gnd地信號2dq數(shù)字輸入輸出引腳，開漏單總線接口引腳，當(dāng)使用寄生電源時(shí)，可向電源提供電源3vdd可選擇的vdd引腳，當(dāng)工作于計(jì)生電源時(shí)，該引腳必須接地dsl8820的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括：寄生電源電路、64位只讀存儲(chǔ)器(rom)和單線接口、存儲(chǔ)器和控制邏輯、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器，溫度傳感器，報(bào)警上線寄存器th，報(bào)警下線寄存器tl。配置寄存器和8位crc（循環(huán)冗余效

35、驗(yàn)碼）發(fā)生器。同時(shí)單片機(jī)可以直接從ds18b20中讀取溫度數(shù)據(jù)，同時(shí)可以向其寫入溫度上下限報(bào)警值。綜上所述，ds18b20不僅能滿足電路系統(tǒng)的實(shí)際需求，而且具有極高的性價(jià)比。數(shù)據(jù)的讀取依靠單總線協(xié)議。單總線及相應(yīng)芯片是美國dallas半導(dǎo)體公司推出的新技術(shù)。它將地址線、數(shù)據(jù)線和控制為一條信號線，允許在一條總線上掛接多個(gè)線芯片，其通信協(xié)議由處理次序和時(shí)序信號兩部分組成：(1)初始化。基于單總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，初始化過程由主機(jī)發(fā)出的復(fù)位脈沖和從機(jī)的應(yīng)答脈沖組成。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道總線上有從機(jī)設(shè)備，且準(zhǔn)備就緒。(2)rom操作命令。在主機(jī)檢測到應(yīng)答信號后，主機(jī)可以發(fā)出rom操作命

36、令之一。所有的rom命令都是8位，而且這些命令與各個(gè)從機(jī)設(shè)備的唯一64位rom代碼相關(guān)，允許主機(jī)在單總線上連接多個(gè)從機(jī)設(shè)備時(shí)，指定操作某個(gè)從機(jī)設(shè)備。可發(fā)送的rom命令有：讀rom，匹配om，搜索rom，跳過rom，超速rom，超速跳過rom，條件查找rom。3.3.2 顯示電路的介紹及選擇 在單片機(jī)系統(tǒng)中，通常用led數(shù)碼顯示器來顯示各種數(shù)字或符號。由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長的特點(diǎn)，因此使用非常廣泛。八段led顯示器由8個(gè)發(fā)光二極管組成。基中7個(gè)長條形的發(fā)光管排列成“日”字形，另一個(gè)圓點(diǎn)形的發(fā)光管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點(diǎn)用，它能顯示各種數(shù)字及部份英文字母。led顯示器

37、有兩種不同的形式：一種是8個(gè)發(fā)光二極管的陽極都連在一起的，稱之為共陽極led顯示器；另一種是8個(gè)發(fā)光二極管的陰極都連在一起的，稱之為共陰極led顯示器。如下圖3-4所示。圖3-4 led數(shù)碼管原理圖共陰和共陽結(jié)構(gòu)的led顯示器各筆劃段名和安排位置是相同的。當(dāng)二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的筆劃段發(fā)亮，由發(fā)亮的筆劃段組合而顯示的各種字符。8個(gè)筆劃段h g f e d c b a對應(yīng)于一個(gè)字節(jié)（8位）的d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0，于是用8位二進(jìn)制代碼就可以表示欲顯示字符的字形代碼。例如，對于共陰led顯示器，當(dāng)公共陰極接地（為零電平），而陽極h g f e d c b a各段為011101

38、1時(shí)，顯示器顯示p字符，即對于共陰極led顯示器，“p”字符的字形碼是73h。如果是共陽led顯示器，公共陽極接高電平，顯示“p”字符的字形代碼應(yīng)為10001100（8ch）。這里必須注意的是：很多產(chǎn)品為方便接線，常不按規(guī)則的方法去對應(yīng)字段與位的關(guān)系，這時(shí)字形碼就必須根據(jù)接線來自行設(shè)計(jì)了。本設(shè)計(jì)的led顯示電路如圖3-5所示。 圖3-5 led數(shù)碼管顯示電路原理圖數(shù)碼管的顯示方式可分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種：靜態(tài)顯示與動(dòng)態(tài)顯示。靜態(tài)顯示與驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的i/o端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如bcd碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程

39、簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用i/o端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要58=40根i/o端口來驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)89s51單片機(jī)可用的i/o端口才32個(gè)呢：），實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。 動(dòng)態(tài)顯示與驅(qū)動(dòng)：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極com增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的i/o線控制。當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對位選通com端電路的控制，所以我

40、們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的com端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的i/o端口，而且功耗更低。3.3.3 無線接收發(fā)射芯片nrf905nrf905是挪威nordic vlsi公司推出的單片射頻收發(fā)器，工作電壓為1.93.6v， 32引腳qfn封裝(55

41、mm)，工作于433/868/915mhz三個(gè)ism(工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué))頻道，頻道之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間小于650us。 nrf905由頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器組成，不需外部聲表濾波器， shockbursttm工作模式，自動(dòng)處理字頭和crc(循環(huán)冗余碼校驗(yàn))，使用spi接口與微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以- 10dbm的輸出功率發(fā)射時(shí)電流只有11ma，工作于接收模式時(shí)的電流為12.5ma，內(nèi)建空閑模式與關(guān)機(jī)模式，易于實(shí)現(xiàn)節(jié)能。nrf905適用于無線數(shù)據(jù)通信、無線報(bào)警及安全系統(tǒng)、無線開鎖、無線監(jiān)測、家庭自動(dòng)化和玩具等諸多領(lǐng)域。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3-6所示

42、。圖3-6 nrf905內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖nrf905基本特性如下：l 工作電壓：1.9-3.6vl 調(diào)制方式： gfsk l 接收靈敏度：-100dbm l 最大發(fā)射功率: 10mw (+10dbm) l 最大傳輸數(shù)率：50kbpsl 瞬間最大工作電流: 30mal 工作頻率：（422.4-473.5mhz）3.3.4 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊nrf905為了方便應(yīng)用，市場上總是將nrf905芯片與其外圍電路集成在一起，只留下編程接口供開發(fā)人員使用。這樣的模塊就是rf905模塊。這樣不僅節(jié)省了開發(fā)時(shí)間，也省下了開發(fā)成本。下面將簡單介紹一下rf905模塊的主要電氣指標(biāo)。(1) 433mhz 開放ism頻段免許可證使用 (2) 最高工作速率50kbps，高效gfsk調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制場合 (3) 125 頻道，滿足多點(diǎn)通信和跳頻通信需要 (4) 內(nèi)置硬件crc 檢錯(cuò)和點(diǎn)對多點(diǎn)機(jī)模式下狀態(tài)僅為2.5ua (5) 低功耗1.9 - 3.6v 工