畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）無(wú)線溫度傳感系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

1、武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論 文）說(shuō)明書(shū)論文題目 無(wú)線溫度傳感系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 測(cè)控技術(shù)及儀器 一班 指導(dǎo)教師 總評(píng)成績(jī) 2015年 6 月 1 日目 錄摘 要1abstract2第一章 緒論31.1 本課題背景與意義31.2 本課題研究現(xiàn)狀41.3 本課題的任務(wù)5第二章 系統(tǒng)方案的總體設(shè)計(jì)72.1無(wú)線溫度采集系統(tǒng)總體介紹72.2溫度采集節(jié)點(diǎn)介紹72.3 單片機(jī)選型82.4 無(wú)線模塊選型122.5溫度傳感器選型16第三章 硬件設(shè)計(jì)223.1 proteldxp介紹223.2 proteldxp畫(huà)電路原理圖223.3 proteldxp畫(huà)pcb板233.4

2、 ds18b20原理圖和pcb圖設(shè)計(jì)25第四章 軟件設(shè)計(jì)324.1 iar編程軟件324.2 ds18b20溫度采集程序設(shè)計(jì)324.3 nrf905集程序設(shè)計(jì)33第五章 系統(tǒng)調(diào)試40第六章 結(jié)論42致謝43參考文獻(xiàn)44摘 要本文介紹的是一個(gè)由單片機(jī)構(gòu)成的無(wú)線溫度控制系統(tǒng)，它利用8051單片機(jī)和ds18b20及數(shù)碼管等其他器件實(shí)現(xiàn)。溫度測(cè)量部分工作原理是單片機(jī)利用ds18b20對(duì)溫度進(jìn)行采集，然后進(jìn)行無(wú)線發(fā)送，接收端收到信號(hào)后，進(jìn)行解碼，之后實(shí)現(xiàn)溫度顯示。溫度控制部分工作原理是由鍵盤(pán)輸入欲設(shè)定的溫度。溫度控制信號(hào)送入cpu處理，通過(guò)pid算法輸出控制信號(hào)，經(jīng)無(wú)線收發(fā)電路發(fā)射出去，接受端收到信號(hào)經(jīng)

3、cpu處理控制半導(dǎo)體溫控裝置達(dá)到欲設(shè)定的溫度。本文對(duì)硬件和軟件進(jìn)行了框圖設(shè)計(jì)，protel原理圖設(shè)計(jì)，程序框圖設(shè)計(jì)，源程序設(shè)計(jì)，文后附錄了完整源程序。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)溫濕度的要求越來(lái)越高，準(zhǔn)確測(cè)量溫度變得至關(guān)重要。本文設(shè)計(jì)主要是針對(duì)惡劣環(huán)境下的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)以及高科技大范圍的農(nóng)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，布線困難，浪費(fèi)資源，占用空間，可操作性差等問(wèn)題做出的一個(gè)解決方案。該方案主要是利用熱電偶采集外界的溫度，利用無(wú)線傳輸實(shí)現(xiàn)在上位機(jī)顯示采集到的溫度，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的對(duì)比和處理。關(guān)鍵詞：溫度數(shù)據(jù)采集；無(wú)線傳輸；單片機(jī)；pc機(jī)abstractis introduced in this paper a wireless te

4、mperature control system composed of single chip microcomputer, which uses 8051 single chip microcomputer and ds18b20 and other devices to realize digital tube, etc. temperature measurement part of the working principle is single chip microcomputer using ds18b20 the temperature acquisition, and then

5、 wirelessly to send, the receiving end after receiving the signals, decoding, then realize the temperature display. working principle of the temperature control part consists of the keyboard to set the temperature. temperature control signal is sent to the cpu processing, the output control signal t

6、hrough the pid algorithm, launched by the wireless transceiver circuit, signal receiver received the cpu control the temperature of the semiconductor temperature control device to achieve the desire to set. this paper introduced the block diagram of hardware and software design, protel schematic des

7、ign, program block diagram design, source program design, the text after appendix a complete source program.as the demand is higher and higher, industrial and agricultural production of temperature and humidity accurately measuring temperature becomes very important. designed mainly for harsh enviro

8、nments of industrial field and a wide range of high-tech agriculture, wiring difficulties, waste of resources, take up the space, issue such as difference of operability of a solution. the scheme mainly using thermocouple temperature gathering outside, using wireless transmission showed that the tem

9、perature of the collected in the upper machine, and the corresponding comparison and data processing.keywords: temperature data acquisition; wireless transmission; single chip microcomputer; the pc第一章 緒論在科學(xué)研究和實(shí)踐工作中，物體的溫度多次被測(cè)量，例如在工業(yè)生產(chǎn)中測(cè)量鋼板表面溫度，測(cè)量窯瓷器生產(chǎn)時(shí)表面溫度，測(cè)量種植大棚溫室的溫度。溫度是一個(gè)重要的物理量，是一種生產(chǎn)過(guò)程中最常見(jiàn)和最重要的的工藝參

10、數(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，溫度的測(cè)量越來(lái)越精確，測(cè)量的范圍也越來(lái)越廣，所以研究溫度測(cè)量至關(guān)重要1。1.1 本課題背景與意義現(xiàn)如今，微處理技術(shù)迅速發(fā)展，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在生活生產(chǎn)中迅速的應(yīng)用。數(shù)據(jù)采集和檢測(cè)是信息科學(xué)的一個(gè)重要分支，主要是收集，存儲(chǔ)和信息數(shù)據(jù)的處理。它主要是對(duì)各種相關(guān)參數(shù)的采集，然后發(fā)送到計(jì)算機(jī)，根據(jù)計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和處理的不同要求，得出的數(shù)據(jù)。同時(shí)，根據(jù)需求對(duì)數(shù)據(jù)顯示和存儲(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)某些物理量的監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)采集通常需要花費(fèi)大量的時(shí)間，快速的處理速度，這將產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)和控制生產(chǎn)，對(duì)數(shù)據(jù)的組織，存儲(chǔ)，處理，提高生產(chǎn)效率。許多企業(yè)主張對(duì)設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性的維護(hù)，通常是

11、對(duì)溫度的監(jiān)測(cè)，溫度太高或太低會(huì)引起故障的發(fā)生。只有實(shí)現(xiàn)在線溫度的監(jiān)測(cè)才可以保證設(shè)備的安全運(yùn)行。溫度太高的電氣材料，物理性能和機(jī)械強(qiáng)度會(huì)降低，接觸電阻值會(huì)增大，持續(xù)通電狀態(tài)會(huì)使設(shè)備連接點(diǎn)加速氧化，氧化會(huì)使接觸部分的電阻值進(jìn)一步增大，不斷加熱，溫度繼續(xù)上升，最終導(dǎo)致高溫。溫度太高是一個(gè)不斷發(fā)展的過(guò)程，如果不控制，溫度將上升，每一次溫度增大，接觸部分的電阻值都會(huì)增加，會(huì)使下一個(gè)循環(huán)熱量增加，溫度繼續(xù)上升，最終導(dǎo)致了一個(gè)惡性循環(huán)，影響設(shè)備的使用壽命。傳統(tǒng)的溫度測(cè)量方法時(shí)間長(zhǎng)，施工方法復(fù)雜，效率低，管理難度大。失敗后，它會(huì)花費(fèi)大量的精力來(lái)處理和鋪設(shè)線路。在許多特殊的惡劣環(huán)境，許多溫度測(cè)量方法不能使用。無(wú)

12、線溫度檢測(cè)系統(tǒng)，是匯集無(wú)線傳輸技術(shù)，數(shù)字識(shí)別技術(shù)，先進(jìn)的傳感器技術(shù)，低功耗技術(shù)，自動(dòng)化控制技術(shù)和抗干擾技術(shù)的高技術(shù)產(chǎn)品。由無(wú)線溫度顯示，無(wú)線溫度傳感器，后臺(tái)管理系統(tǒng)組成。可以在各種各樣的惡劣環(huán)境中進(jìn)行測(cè)量溫度的預(yù)警，方便工作人員及時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行。該系統(tǒng)可通過(guò)電子地圖顯示溫度場(chǎng)的分布，并能及時(shí)發(fā)現(xiàn)溫度異常，從而采取措施防止事故的發(fā)生。1.2 本課題研究現(xiàn)狀下面介紹在無(wú)線傳輸和溫度檢測(cè)方面的研究現(xiàn)狀1.2.1 無(wú)線傳輸技術(shù)研究現(xiàn)狀網(wǎng)絡(luò)終端隨著網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展而無(wú)處不在，計(jì)算機(jī)越來(lái)越方便大眾，智能程度不斷提升，越來(lái)越多的能夠接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的電子設(shè)備開(kāi)始出現(xiàn)，已經(jīng)逐漸融入人們的日常生活和工作。

13、便攜式移動(dòng)終端和無(wú)線通信技術(shù)得到了極大的發(fā)展，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于我們的日常生活中，無(wú)線通信技術(shù)主要是gsm，cdma，gprs，藍(lán)牙，紅外線，1wlan ieee802.11x，zigbee，irda，uwb以及微功率短距離無(wú)線通信技術(shù)2。irda是一種視距傳輸技術(shù)，通信設(shè)備的中間必須沒(méi)有任何障礙，通信設(shè)備的位置也需要一個(gè)相對(duì)固定的，這不適合移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸；其次，irda可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線通信，但無(wú)法完成點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無(wú)線通信；最后，irda核心部件易損壞、設(shè)備使用壽命有限。藍(lán)牙專(zhuān)為短距離無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)，10米的有效傳輸距離，傳輸速率為iom。從藍(lán)牙技術(shù)正式公布到現(xiàn)在，藍(lán)牙技術(shù)還沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用，因?yàn)樾?/p>

14、片的價(jià)格相對(duì)高的。嵌入式無(wú)線射頻收發(fā)芯片的的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的，其核心技術(shù)是嵌入式無(wú)線射頻收發(fā)芯片一體技術(shù)。嵌入式無(wú)線射頻收發(fā)一體芯片是近年來(lái)的一個(gè)新的無(wú)線傳輸芯片，該芯片將信號(hào)調(diào)制，發(fā)射和接收，數(shù)字接口的功能集成在一個(gè)芯片上，具有價(jià)格低，外圍電路簡(jiǎn)單，體積小巧，通信，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，傳輸速度快等許多優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，嵌入式無(wú)線射頻收發(fā)一體芯片使用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字通信接口，如spi，uart，等，可以用dsp和單片機(jī)組合使用，非常方便?；谇度胧降臒o(wú)線射頻收發(fā)一體芯片的優(yōu)勢(shì)，嵌入式無(wú)線射頻收發(fā)一體芯片方便解決低速率無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸3。ieee 802.1lx無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)

15、，基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展而來(lái)，是專(zhuān)門(mén)為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信而設(shè)計(jì)的無(wú)線通信技術(shù)，有效傳輸距離為50米，傳輸速率從llmd到54m，經(jīng)常用在商場(chǎng)學(xué)校等場(chǎng)所?；趇eee 802.11x無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的開(kāi)發(fā)成本高，安裝和調(diào)試復(fù)雜，維護(hù)困難。基于gsm，cdma和gprs的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的，一個(gè)新的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，是基于gsm，cdma，gprs無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，因此傳輸距離沒(méi)有限制，只要是gsm，cdma和gprs無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)域都可以無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?；趃sm，cdma和gprs的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的傳輸速率為10kb 60kb，由于其采用g

16、sm，cdma和gprs的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，所以運(yùn)營(yíng)成本很高4。1.2.2 溫度測(cè)量技術(shù)研究現(xiàn)狀目前各種溫度測(cè)量方法種類(lèi)繁多，應(yīng)用范圍廣泛，主要包括以下幾種：熱電效應(yīng)法。這種方法的溫度檢測(cè)元件主要是熱電偶。熱電偶發(fā)展較早，比較成熟，是目前應(yīng)用最廣泛的檢測(cè)元件。熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，精度高等一些優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是冷端需要溫度補(bǔ)償。熱輻射原理法。熱輻射高溫計(jì)的原理是：物體受熱后，根據(jù)受熱對(duì)象的性質(zhì)，熱輻射可以被吸收，傳遞或反射。加熱體發(fā)出的輻射能量與其溫度有關(guān)。微波溫度檢測(cè)器原理是：在不同溫度下，溫度和控制電壓之間呈現(xiàn)線性關(guān)系。該探測(cè)器的靈敏度為250khz，精度為1%，檢測(cè)范圍為2

17、0。熱電阻效應(yīng)法。電阻溫度測(cè)量元件利用傳感元件電阻的溫度變化的性質(zhì)，通過(guò)阻值的變化間接得到溫度。其特點(diǎn)是穩(wěn)定性好，耐高溫，缺點(diǎn)是當(dāng)傳輸線長(zhǎng)度不等，需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。陶瓷熱敏元件的使用本質(zhì)和半導(dǎo)體的電阻溫度特性有關(guān)，主要優(yōu)點(diǎn)是具有很高的靈敏度，缺點(diǎn)是一致性差，而現(xiàn)在由于問(wèn)題已被解決。聲學(xué)測(cè)量法。近年來(lái)開(kāi)發(fā)了聲學(xué)溫度檢測(cè)技術(shù)可用于檢測(cè)爐內(nèi)煙氣溫度，以及爐內(nèi)的燃燒狀況，調(diào)整和實(shí)時(shí)控制溫度。其基本原理是對(duì)聲學(xué)傳感器的聲波傳播時(shí)間以最小二乘法重新建立溫度的測(cè)量5。由于現(xiàn)在微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)及自動(dòng)測(cè)試技術(shù)發(fā)展迅猛，通過(guò)把溫度傳感器和數(shù)字電路集成在一起開(kāi)發(fā)出新的數(shù)字溫度傳感器電路。數(shù)字溫度傳感器通常包含

18、一個(gè)溫度傳感器，信號(hào)處理器，a/d轉(zhuǎn)換器，存儲(chǔ)器和接口電路，有的產(chǎn)品還帶多路選擇器，cpu，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器和只讀存儲(chǔ)器。通過(guò)和模擬傳感器相比，數(shù)字傳感器在分辨率，精度，可靠性和抗干擾能力方面展現(xiàn)出極大的優(yōu)勢(shì)，輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制數(shù)量能適應(yīng)各種微控制器。1.3 本課題的任務(wù)本課題的任務(wù)是使用單片機(jī)控制溫度傳感器采集數(shù)據(jù)，然后將采集的數(shù)據(jù)傳給無(wú)線收發(fā)模塊，最后傳輸出去。下面介紹具體的步驟了解溫度傳感器，比較它們的特點(diǎn)，選擇功耗低，抗干擾能力強(qiáng)的ds18b20溫度傳感器。了解單片機(jī)，比較它們各自的特點(diǎn)，選擇價(jià)格低廉，處理能力強(qiáng)，運(yùn)算速度快，功耗低的msp430單片機(jī)。了解無(wú)線收發(fā)模塊，比較它

19、們的特點(diǎn)，選擇性能穩(wěn)定，程序編寫(xiě)簡(jiǎn)單的nrf905無(wú)線收發(fā)模塊。最后，根據(jù)所選擇的芯片設(shè)計(jì)系統(tǒng)，通過(guò)protel和iar進(jìn)行硬件和軟件部分的仿真，調(diào)試，完成整個(gè)任務(wù)。第二章 系統(tǒng)方案的總體設(shè)計(jì)溫濕度的檢測(cè)有許多方法，可供選擇的器件和運(yùn)用的技術(shù)也有多種。因此，系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案應(yīng)在滿足系統(tǒng)整體性能指標(biāo)的前提下，充分考慮系統(tǒng)使用的環(huán)境，所選的結(jié)構(gòu)要盡量簡(jiǎn)單實(shí)用、易于實(shí)現(xiàn)，器件的選用要著眼于合適的參數(shù)、穩(wěn)定的性能、較低的功耗、低廉的成本以及較好的互換性能。2.1無(wú)線溫度采集系統(tǒng)總體介紹如圖所示，將多個(gè)溫度采集節(jié)點(diǎn)分布在被測(cè)對(duì)象的周?chē)?，進(jìn)行溫度的采集；溫度采集節(jié)點(diǎn)采集到被測(cè)對(duì)象的溫度后，將數(shù)據(jù)發(fā)送到溫

20、度采集控制器；最后溫度采集控制器再將被測(cè)對(duì)象的數(shù)據(jù)上傳至各種終端，比如電腦網(wǎng)絡(luò)等。圖2.1無(wú)線溫度采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2溫度采集節(jié)點(diǎn)介紹如圖2.2所示，采集節(jié)點(diǎn)主體是由msp430構(gòu)成，是主cpu，上面鏈接著無(wú)限模塊nrf905，溫度傳感器模塊ds18b20，一個(gè)長(zhǎng)期耐用的電源，看門(mén)狗芯片，手動(dòng)復(fù)位電路等。圖2.2 無(wú)線溫度采集系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)圖2.3 單片機(jī)選型msp430系列單片機(jī)是一個(gè)16位的混合單片機(jī)。它具有精簡(jiǎn)指令集，超低功耗的特點(diǎn)，在1996出現(xiàn)，因?yàn)樗牡拖?，片?nèi)設(shè)計(jì)豐富、靈活便捷的特點(diǎn)，從許多單片機(jī)系列脫穎而出，受到極大的歡迎。msp430系列單片機(jī)的發(fā)展歷史有以下三個(gè)階段：從

21、1996到2000，這次首次推出33x等系6。430單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊有利于提高系統(tǒng)的集成度。每個(gè)系列有三種芯片，分別為rom，otp，和eprom型。eprom的價(jià)格很高，工作溫度范圍是嚴(yán)格的，一般用于樣機(jī)開(kāi)發(fā)。這表明這些系列的開(kāi)發(fā)模式，即：利用eprom開(kāi)發(fā)樣機(jī)，用otp少量生產(chǎn)，而rom型適用于產(chǎn)品的大量生產(chǎn)。2000推出11x1、11x，采用20引腳封裝，內(nèi)存容量，內(nèi)置函數(shù)和i/o引腳數(shù)較少，具有價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)。在這個(gè)時(shí)候的msp430具有低功耗的特點(diǎn)，但仍有不足。比如說(shuō)只有33x系列具有硬件乘法器，足夠的i/o引腳等。33x系列的價(jià)格相對(duì)較高，一般適用于更復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)。需要高精度a/

22、d轉(zhuǎn)換時(shí)時(shí)33x并不適合，這是應(yīng)選用33x2系列。隨著閃存技術(shù)的快速發(fā)展，ti公司還將該技術(shù)用于msp430系列。2000年f13x / f14x系列推出，之后又推出了推出f44x等一些系列，這些全是flash型單片機(jī)。同其它單片機(jī)相比，由于msp430系列具有flash存儲(chǔ)器，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，調(diào)試和實(shí)際應(yīng)用上表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。ti推出的具有閃存和jtag邊界掃描的低成本開(kāi)發(fā)工具msp-fet430x110，使用了十分高級(jí)的jtag技術(shù)和flash在線編程技術(shù)，并把這些技術(shù)用于msp430。這種結(jié)合flash技術(shù)和fet開(kāi)發(fā)工具的方式，具有組合方便，廉價(jià)，實(shí)用的特點(diǎn)，為大家提供一個(gè)比較理想的樣機(jī)

23、開(kāi)發(fā)模式。此外，在2001 年，ti公司發(fā)布了一項(xiàng)新的技術(shù)，叫做bootstrap。使用這種技術(shù)，可以在熔絲燒斷后只需要幾根線就可以改變內(nèi)部程序的運(yùn)行。通過(guò)這種方式，該系統(tǒng)軟件方便升級(jí)7。在前一階段，發(fā)展十分迅速，由于使用了新的技術(shù)，msp430功能得到了極大的擴(kuò)展，所以ti公司在2002和2003又推出了f15x和f16x系列。新系列中，有兩方面的發(fā)展。首先是在內(nèi)存上，內(nèi)存容量大大增加，如內(nèi)存容量增加到10kb的f1611。因此，我們希望使用msp430單片機(jī)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)就不需要擔(dān)心內(nèi)存不足了。二是從外圍模塊來(lái)說(shuō)，增加了dma，msp430f169和svs模塊。2003，ti公司還推出了適

24、用于無(wú)磁傳感器模塊和電量計(jì)算的msp430fw42x單片機(jī)和msp430fe42x單片機(jī)。由于msp430的開(kāi)放性，通過(guò)運(yùn)用新的技術(shù)，將不斷涌現(xiàn)越來(lái)越高端的msp430系列產(chǎn)品。msp430系列單片機(jī)的迅速發(fā)展和擴(kuò)大應(yīng)用范圍，主要根據(jù)以下特點(diǎn)：msp430系列單片機(jī)是一個(gè)使用了精簡(jiǎn)指令集（risc）的16位單片機(jī)，尋址的方式多樣，具有簡(jiǎn)潔的27內(nèi)核指令和許多模擬指令；大量的寄存器，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器參與各種操作，效率高這保證了可以高效率編譯源代碼。在運(yùn)行速度方面，msp430系列單片機(jī)在9mhz晶體驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)130ns的指令周期，想實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的某些算法，必須用16位數(shù)據(jù)寬度相匹配的指令周期

25、，以及多功能的硬件乘法器。msp430系列單片機(jī)的中斷源較多，并且可以嵌套，不僅靈活而且方便使用。當(dāng)系統(tǒng)處于空閑狀態(tài)的備用狀態(tài)時(shí)，只用7us就能把它的喚醒。超低功耗的msp430是因?yàn)槠湓诮档托酒碾娫措妷?，靈活可控的操作時(shí)鐘方面具有獨(dú)創(chuàng)性。msp430系列單片機(jī)1.6 3.8v的電源電壓可以使其運(yùn)行在2mhz的時(shí)鐘條件下，芯片的電流會(huì)在300 500ua附近，功耗最低可以關(guān)閉的時(shí)鐘只有0.2ua。在msp430系列中，一般存在兩種不同的時(shí)鐘系統(tǒng)。有的使用一個(gè)晶體振蕩器，一些使用兩個(gè)晶體振蕩器）。由系統(tǒng)生成的cpu和各功能所需的時(shí)鐘產(chǎn)生時(shí)鐘系統(tǒng)。這些時(shí)鐘想要控制整體功耗，就必須控制指令的開(kāi)啟和

26、關(guān)閉，從而達(dá)到。由于該系統(tǒng)工作時(shí)模塊的功能是不同的，就是說(shuō)芯片的功耗是不同的操作模式下明顯不同的。在系統(tǒng)中，有一個(gè)活動(dòng)模式和五種低功耗模式。在等待模式下，功耗0.8ua，在節(jié)能模式下為0.2ua。在系統(tǒng)穩(wěn)定后復(fù)位第一電源，通過(guò)由dcoclk啟動(dòng)cpu，確保位置正確的程序開(kāi)始執(zhí)行，以確保晶體振蕩器有足夠的開(kāi)始振蕩和穩(wěn)定時(shí)間。該軟件可以設(shè)置相應(yīng)的控制寄存器來(lái)確定系統(tǒng)時(shí)鐘最后的頻率，如果在做mclk時(shí)晶體振蕩器故障發(fā)生，會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)dco，這樣就能保證系統(tǒng)正常工作；當(dāng)程序出錯(cuò)，你可以復(fù)位看門(mén)狗9。msp430 系列集成了非常豐富的片上外設(shè)。他們是10/12 adc，看門(mén)狗，定時(shí)器，模擬比較器，串口0，

27、1（usart0，1），硬件乘法器，lcd驅(qū)動(dòng)，端口o（p0），端口19（p1不同的一些外圍模塊p9），基本定時(shí)器的組合，i 2 c總線直接數(shù)據(jù)存取等。它允許程序失控時(shí)，看門(mén)狗立即復(fù)位。一些設(shè)備更能夠異步，同步和多址的串行通信接口，可以非常方便地實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信應(yīng)用;更多的i / o端口，多達(dá)6 * 9的i / o口線;p1，p2，p3口可接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入;14/16位硬件a / d轉(zhuǎn)換器具有高轉(zhuǎn)換率，可高達(dá)300kbps的，滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用;可直接驅(qū)動(dòng)多達(dá)180段lcd;實(shí)現(xiàn)雙向10位d / a轉(zhuǎn)換器;硬件i 2 c串行總線接口的串行擴(kuò)展內(nèi)存;和用于提高數(shù)據(jù)傳輸速度，以及利

28、用直接的數(shù)據(jù)傳送（dma）模塊。 圖2.3 單片機(jī)引腳圖2.3.1 主要功能特性低電源電壓范圍為1.6 v 3.8v超低功耗：主動(dòng)模式：200在1 mhz，2.2 v待機(jī)模式：0.7關(guān)閉模式（ram保留）：02五省電模式從小于6的待機(jī)模式喚醒16位risc架構(gòu)，指令周期時(shí)間為130 ns基本時(shí)鐘模塊配置：各種內(nèi)部電阻單個(gè)外部電阻32 khz晶體高頻晶體10點(diǎn)，200 ksps的a / d轉(zhuǎn)換器內(nèi)部參考，采樣和保持，自動(dòng)掃描，數(shù)據(jù)傳輸控制器可編程代碼保護(hù)安全熔絲2.3.2 cpu介紹msp430的cpu有一個(gè)16位risc架構(gòu)，具有高度的透明性的應(yīng)用。所有的操作，包括其他的程序流程，是七處理的源

29、操作數(shù)和目的操作數(shù)尋址方式為寄存器四。msp430cpu是16位，提供減少指令執(zhí)行的時(shí)間積分。該寄存器到寄存器操作的執(zhí)行時(shí)間為一個(gè)周期的cpu時(shí)鐘。四個(gè)寄存器，r0到r3，如程序計(jì)數(shù)器，一個(gè)專(zhuān)用的堆棧指針，狀態(tài)寄存器和常數(shù)發(fā)生器，剩余的寄存器通用寄存器。連接到cpu的數(shù)據(jù)，地址和控制總線的外設(shè)，可以處理所有的指令10。2.3.3 單片機(jī)控制模塊單片機(jī)控制模塊由msp430最小系統(tǒng)組成，其中包括單片機(jī)，晶振電路和復(fù)位電路。（1）晶振電路晶振電路由兩個(gè)33pf電容和一個(gè)12mhz晶體振蕩器構(gòu)成（2）復(fù)位電路單片復(fù)位端低電平有效。圖2.4 單片機(jī)最小系統(tǒng)2.4 無(wú)線模塊選型本模塊采用基于nrf905

30、的無(wú)線射頻電路作為數(shù)據(jù)傳輸電路。2.4.1無(wú)線收發(fā)模塊圖2.5 無(wú)線收發(fā)模塊圖為基于nrf905無(wú)線收發(fā)模塊。vcc電壓3.3v；clk時(shí)鐘輸出。該系統(tǒng)無(wú)需使用；cd輸出，單片機(jī)控制，懸在空中：gnd接地；其他引腳和單片機(jī)連接，由單片機(jī)控制發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)到單片機(jī)。2.4.2 nrf905無(wú)線收發(fā)對(duì)nrf905來(lái)說(shuō)，前綴和循環(huán)冗余校的處理可以自動(dòng)完成，nrf905無(wú)線收發(fā)芯片全部集成的頻率調(diào)制器，功率放大器，能夠解調(diào)的的接收機(jī)，晶體振蕩器組成。通過(guò)使用shockburst技術(shù)，nrf905能提供高速的數(shù)據(jù)傳輸，而且不需要使用價(jià)格高昂的高速單片機(jī)去對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。對(duì)射頻協(xié)議的有關(guān)處理是把高速信

31、號(hào)放入芯片，nrf905提供一種應(yīng)用單片機(jī)的spi接口，接口速率決定單片機(jī)速率。對(duì) shockburst rx模式來(lái)說(shuō)，只有通過(guò)各個(gè)接收的數(shù)據(jù)，才能完成地址匹配am和dr信號(hào)有效的地址和數(shù)據(jù)包。在tx shockburst模式，nrf905自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼和crc校驗(yàn)碼，dr信號(hào)通知單片機(jī)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)準(zhǔn)備已完成?？傊@意味著減少單片機(jī)內(nèi)存的需求，意味著它可以減少微控制器的成本和縮短軟件開(kāi)發(fā)時(shí)間。 nrf905芯片無(wú)線收發(fā)電路工作在433、ism等頻段，shockburst工作模式的特點(diǎn)自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼和crc可以通過(guò)spi接口配置進(jìn)行編程。進(jìn)入掉電模式可以很容易地實(shí)現(xiàn)節(jié)能11。圖2.6 基于n

32、rf905的無(wú)線發(fā)射模塊電路圖（1）特點(diǎn)l 低功耗shockburst工作模式l 工作電源電壓范圍1.93.6vl 多通道工作etsi/fcc兼容l saw濾波器輸出功率可調(diào)至10dbmll 偵測(cè)接收的數(shù)據(jù)包當(dāng)?shù)刂氛_輸出地址匹配信號(hào)l 433mhz開(kāi)放ism頻段免許可證使用低功耗工作l 電路可軟件設(shè)地址，只有收到本機(jī)地址時(shí)才會(huì)輸出數(shù)據(jù)（提供中斷指示)，可直接接各種單片機(jī)使用，軟件編程非常方便l 抗干擾能力強(qiáng)，適合工業(yè)控制場(chǎng)合l 可以滿足多點(diǎn)通信以及跳頻通信需要l 收發(fā)模式切換時(shí)間一般小于 650usl 標(biāo)準(zhǔn)dip間距接口，便于嵌入式應(yīng)用l tx mode:在+10dbm情況下，電流為30ma

33、;rxmode:12.2ma（2）接口電路引腳說(shuō)明l 表為nrf905無(wú)線收發(fā)電路的引腳定義：l vcc腳接電壓，超過(guò)3.6v將會(huì)燒毀模塊，一般使用的電壓為3.3v。l 電源vcc和接地端以外的引腳都可以直接和5v單片機(jī)io口直接相連。l 硬件上面沒(méi)有spi的單片機(jī)也可以控制本模塊，用普通單片機(jī)io口模擬spi不需要單片機(jī)spi模塊介入，只需添加代碼模擬spi時(shí)序即可。l 13腳、14腳需要和母板的邏輯地連接起來(lái)（3）工作模式shockburst模式： 典型shockburst tx模式： l 應(yīng)用有遙控?cái)?shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)時(shí)，只有通過(guò)spi接口，接收節(jié)點(diǎn)的地址tx-address和有效數(shù)據(jù)tx-payl

34、oad才能傳送給nrf905應(yīng)用協(xié)議l mcu設(shè)置trx_ce、tx_en為高來(lái)激活nrf905 shockburst傳輸； 典型shockburst rx模式 l 通過(guò)設(shè)置trx_ce高，tx_en低來(lái)選擇shockburst模式； l 650us以后，nrf905監(jiān)測(cè)空中的信息； shockbursttm收發(fā)模式一般使用先入先出堆棧，數(shù)據(jù)低速?gòu)膯纹瑱C(jī)到高速發(fā)射，這樣可以盡量節(jié)能，因?yàn)檫@樣，射頻數(shù)據(jù)傳輸率可以變得很高。由于射頻協(xié)議的存在，所有和它有關(guān)的高速信號(hào)都處理在片內(nèi)，這樣做的好處：盡可能節(jié)能；系統(tǒng)成本低（低速度的微處理器也可以高速射頻發(fā)射）；數(shù)據(jù)在空中停留時(shí)間短，抗干擾。shockbu

35、rsttm技術(shù)還降低了整個(gè)系統(tǒng)的平均工作電流。shockbursttm收發(fā)模式下，nrf905有一個(gè)特點(diǎn)，就是它的前綴和crc校驗(yàn)碼可以自動(dòng)處理。而且在每次接受數(shù)據(jù)時(shí)都能自動(dòng)把字頭和crc校驗(yàn)碼刪除。在數(shù)據(jù)傳輸，自動(dòng)前綴和crc校驗(yàn)碼，當(dāng)發(fā)送過(guò)程完成后，dr引腳通知微處理器數(shù)據(jù)發(fā)射完成。shockburst tx發(fā)送流程：.當(dāng)微控制器有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，通過(guò)spi接口，按時(shí)序把接收機(jī)的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)送傳給rf905，spi接口的速率在通信協(xié)議和器件配置時(shí)確定；.微控制器置高trx_ce和tx_en，激發(fā)rf905的shockbursttm發(fā)送模式；.rf905的shockbursttm發(fā)送：a

36、.在數(shù)據(jù)發(fā)送完成之后，數(shù)據(jù)引腳被置高；b.自動(dòng)開(kāi)啟射頻寄存器；c.發(fā)送數(shù)據(jù)包；d.數(shù)據(jù)打包；shockburst rx接收流程：.在trx_ce變?yōu)楦?、tx_en變?yōu)榈椭?，nrf905就會(huì)進(jìn)入shockbursttm接收模式；.一段時(shí)間后，nrf905一直監(jiān)測(cè)，等待接收數(shù)據(jù)；.同一頻段的載波被nrf905檢測(cè)到時(shí)，載波檢測(cè)引腳被置高；.當(dāng)接收到一個(gè)相匹配的地址，am引腳被置高；.接收好數(shù)據(jù)，移去字頭、地址和crc校驗(yàn)位，dr腳置高.置低trx_ce，進(jìn)入空閑模式；.通過(guò)spi口把數(shù)據(jù)移到微控制器內(nèi)；.數(shù)據(jù)接收完成，dr引腳和am引腳置低；.nrf905此時(shí)可以進(jìn)入shockbursttm接收

37、和發(fā)送模式或關(guān)機(jī)模式。當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)包被接收事，trx_ce或tx_en引腳的狀態(tài)發(fā)生變化，與rf905立刻改變工作模式，數(shù)據(jù)包丟失。當(dāng)微處理器從am引腳接收一個(gè)信號(hào)，它就知道rf905在接收數(shù)據(jù)包，可確定該rf905繼續(xù)接收數(shù)據(jù)包或進(jìn)入另一種工作模式。（4） 掉電模式在掉電模式，nrf905電流消耗最小化，一般來(lái)說(shuō)低于2.5ua。當(dāng)進(jìn)入這種模式，nrf905是閑置狀態(tài)。在這個(gè)時(shí)候，平均電流消耗最小，電池壽命最長(zhǎng)。在掉電模式下配置字內(nèi)容不變。（5） 節(jié)能模式：一般情況下包括關(guān)機(jī)和節(jié)能模式，關(guān)機(jī)模式的最小工作電流一般是2.5ua。進(jìn)入關(guān)機(jī)模式后，配置字的內(nèi)容保持不變，不接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。在空閑模式下，

38、該晶體振蕩器的內(nèi)部零件處于工作狀態(tài)。從空閑到發(fā)射或接收模式也只用相對(duì)較短的啟動(dòng)時(shí)間。（6） 待機(jī)模式 待機(jī)模式下保持最小shockbursttx和shockburstrx啟動(dòng)時(shí)間，同時(shí)保持最低的電流消耗.進(jìn)入待機(jī)模式后，晶體振蕩器之中的一部分是活動(dòng)的。當(dāng)前的消耗取決于晶體振蕩器的頻率。如果啟用，電流的消耗馬上就會(huì)變大。不同的負(fù)載電容和頻率下，情況也不一樣。在這種模式下，該配置字的內(nèi)容保持不變。（7） 內(nèi)部結(jié)構(gòu)nrf905芯片集成的電源管理，晶體振蕩器，低噪聲放大器，頻率合成器，功率放大器模塊和曼徹斯特編碼/解碼芯片的硬件，使用非常方便12。圖2.7nrf905芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.5溫度傳感器選型2

39、.5.1 溫度數(shù)據(jù)采集電路圖2.8 溫度數(shù)據(jù)采集電路2.5.2 數(shù)字式溫度傳感器ds18b20dsl8b20智能數(shù)字溫度傳感器的傳感器模塊和轉(zhuǎn)換電路集成在一個(gè)三極管的集成電路中。dsl8b20從單線接口接收到信息或把信息送出，所以從cpu到dsl8b20只需連接線。數(shù)據(jù)線本身可以提供讀，寫(xiě)和完成所需的功率溫度變化，并不需要單獨(dú)提供電源?，F(xiàn)場(chǎng)的溫度在數(shù)字方式直接傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾。（1）特征：l 通信只需1個(gè)接口引腳即可l 分布式溫度檢測(cè)非常簡(jiǎn)化l 測(cè)溫范圍增量值為0.5l 不要外部組件l 不要備份電源l 溫度以9位數(shù)字值方式讀出l 數(shù)據(jù)線供電l 用戶定義非易失性的溫度告警設(shè)置（2）引

40、腳定義：l dq為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；l gnd為電源地；l vdd為外接電源輸入端。（3）內(nèi)部結(jié)構(gòu)dsb18b20主要分為以下幾個(gè)部分：光刻rom數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器溫度傳感器溫度報(bào)警觸發(fā)器th和tl（4）非易失性的電可擦除可編程寄存器。還有高速緩沖存儲(chǔ)器。該設(shè)備只有3外部引腳，其中vdd和gnd電源的引腳，其他dq作為i/o總線，因此被稱(chēng)為第一行數(shù)據(jù)總線。每個(gè)o/i接口與單片機(jī)的接口可以掛更多13。dqvdd圖2.9 ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)這是ds18b20的框圖，64位只讀存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的唯一序列號(hào)。溫度寄存器緩存包含兩個(gè)字節(jié)，兩個(gè)寄存器用來(lái)存儲(chǔ)溫度傳感器輸出的數(shù)據(jù)。此外，暫存存儲(chǔ)器提供了一個(gè)直接的

41、溫度報(bào)警值寄存器（th和tl），和一個(gè)字節(jié)的寄存器配置。配置寄存器允許用戶設(shè)定溫度的精度為9，10，11或12位。th，tl和配置寄存器是非易失性存儲(chǔ)器（擦除程序寄存器），所以存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不會(huì)消失，當(dāng)設(shè)備斷電。ds18b20通信必須通過(guò)單總線協(xié)議的單線接口。當(dāng)所有的設(shè)備連都接通過(guò)3態(tài)端口或排水口總線（dq引腳上的ds18b20），必須提供一個(gè)弱上拉電阻給控制線。在這種總線系統(tǒng)中，微控制器（主設(shè)備）依托獨(dú)特的64位序列號(hào)，每個(gè)設(shè)備識(shí)別總線上的設(shè)備和記錄總線上的設(shè)備的地址。因?yàn)槊總€(gè)設(shè)備都有一個(gè)獨(dú)特的代碼，can總線的連接設(shè)備的數(shù)量事實(shí)上是無(wú)限的。單總線協(xié)議，包括對(duì)單總線系統(tǒng)部分的詳細(xì)解釋和定時(shí)指令1

42、4。ds18b20的另一個(gè)功能是在沒(méi)有外部電源的工作。當(dāng)當(dāng)總線處于高狀態(tài)，dq與上拉電阻被連接到該設(shè)備通過(guò)單總線供電。于此同時(shí)，總線信號(hào)處在高水平狀態(tài)，并對(duì)內(nèi)部電容供電，當(dāng)總線處于低水平狀態(tài)，電容器提供能量。這種方式被稱(chēng)為“寄生源”。ds18b20供電也可以通過(guò)vdd引腳連接到外部電源，一般情況下這作為一種替代方法， ds18b20的核心功能是它的數(shù)字溫度傳感器能直接閱讀。溫度傳感器的準(zhǔn)確度是用戶可編程的10，11或12，分別為0.5，0.25，0.125和0.0625增量。電源狀態(tài)默認(rèn)的精度為12位。ds18b20開(kāi)始后保持低功耗等待狀態(tài)，通過(guò)總線控制器發(fā)出 44h 命令，接著進(jìn)行溫度的測(cè)量

43、和ad轉(zhuǎn)換，之后，溫度數(shù)據(jù)以兩個(gè)字節(jié)的形式存儲(chǔ)在暫存寄存器的溫度寄存器，緊接著，ds18b20繼續(xù)保持等待狀態(tài)，外部電源供電給ds18b20，進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換命令，總線控制器讀取時(shí)序，溫度傳感器在溫度轉(zhuǎn)換過(guò)程中返回0，轉(zhuǎn)換結(jié)束之后返回1。當(dāng)ds18b20由寄生電源供電的時(shí)候，如果不是總線拉的很高，不然就將不會(huì)有返回值。寄生電源總線的要求在ds18b20供電段詳細(xì)解釋15。（1）在ds18b20的4大數(shù)據(jù)組件的介紹：l 光刻rom中的64位序列號(hào)可以看作是ds18b20的地址序列碼。產(chǎn)品類(lèi)型的標(biāo)簽是最開(kāi)始的8位，ds18b20的序列號(hào)是那之后的四十八位，循環(huán)冗余校驗(yàn)碼是56位的。光刻rom可以讓每一

44、個(gè)ds18b20的序列號(hào)都不同，因?yàn)檫@個(gè)原因，一個(gè)總線可以實(shí)現(xiàn)掛多個(gè)ds18b20的目的。l 溫度傳感器ds18b20能完成溫度的測(cè)量，以12位的轉(zhuǎn)換舉例，例如：提供16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式，以0.0245/lsb形式表達(dá)，其中s為符號(hào)位。這是一個(gè)12位轉(zhuǎn)換的12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在18b20兩個(gè)8位的ram中 ，二進(jìn)制位前面有五個(gè)符號(hào)位。如果測(cè)量溫度大于0，這五位是0，只要將測(cè)得的值乘以0.0625就可以得到實(shí)際溫度。如果溫度低于0，這五位五是1，需要取反加1，想要得到實(shí)際的溫度，就必須乘以0.0625。l ds18b20溫度傳感器的存儲(chǔ)器 這里有一個(gè)暫存ram和一個(gè)非易失性的可電擦除的ee

45、pram存在ds18b20溫度傳感器之中，通過(guò)它們可以存放高溫、低溫觸發(fā)器th，tl以及寄存器。l 配置寄存器該字節(jié)各位的意義如表：表2.1配置寄存器結(jié)構(gòu)tmr1r011111低五位全部都是1 ，測(cè)試模式位是tm，可以通過(guò)它們?cè)O(shè)置ds18b20，決定處在在工作模式還是在測(cè)試模式。ds18b20出廠時(shí)，這個(gè)位置被設(shè)置為0，我們不能改動(dòng)這個(gè)設(shè)定l 高速暫存存儲(chǔ)器在高速暫存存儲(chǔ)器之中，當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，能夠產(chǎn)生一個(gè)溫度轉(zhuǎn)換值，這個(gè)數(shù)值以兩字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在暫存存儲(chǔ)器之中，分別為第1和第0字節(jié)。對(duì)單片機(jī)來(lái)說(shuō)，通?？梢酝ㄟ^(guò)一個(gè)單一的線路接口讀取數(shù)據(jù)，在前面讀低，后面讀高，數(shù)據(jù)格式在上面的表中展現(xiàn)出來(lái)

46、。溫度計(jì)算：如果符號(hào)位s=0，二進(jìn)制就要轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；如果s = 1，就必須把補(bǔ)碼變成原代碼，然后計(jì)算十進(jìn)制值。第九字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié)。根據(jù)ds18b20通信協(xié)議，主機(jī)想要控制ds18b20，去完成溫度轉(zhuǎn)換，就必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：在每一個(gè)讀寫(xiě)前，ds18b20都要復(fù)位，復(fù)位成功發(fā)送一個(gè)rom命令，命令如表所示，最后發(fā)送ram指令，指令如表所示。復(fù)位要求主cpu的數(shù)據(jù)線為500微秒，接著釋放，ds18b20在接收信號(hào)后，可以等大約16到60微秒，發(fā)出后低脈沖，主cpu接收到信號(hào)，表示復(fù)位成功。（2）ds18b20使用中注意事項(xiàng)ds18b20溫度測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)溫的精度很高，連接也十分方便，利用

47、口線非常的少，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面在實(shí)際中的應(yīng)用：l ds18b20與單片機(jī)進(jìn)行串行數(shù)據(jù)傳輸，硬件開(kāi)銷(xiāo)需要通過(guò)相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，。因此，當(dāng)ds18b20讀寫(xiě)程序事，必須嚴(yán)格保證讀寫(xiě)時(shí)序，否則將無(wú)法讀取溫度。l 對(duì)單總線所掛ds18b20數(shù)量的問(wèn)題不在ds18b20的相關(guān)信息中所提到的，它很容易使人錯(cuò)誤認(rèn)為可以掛任何數(shù)量的ds18b20，這是不正確的。當(dāng)單總線所掛的ds18b20是8個(gè)以上，就需要解決總線驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，這一點(diǎn)在設(shè)計(jì)溫度測(cè)量系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意。l 如果總線電纜想要連接到ds18b20，要注意，這是有長(zhǎng)度限制的。通過(guò)測(cè)試后我們了解到，如果使用普通信號(hào)的電纜傳輸距離超過(guò)50m，就會(huì)發(fā)生溫度測(cè)

48、量數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的情況。如果我們把總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜，就可以使正常通信的距離達(dá)到150m，如果采用具有每米絞合次數(shù)更多優(yōu)點(diǎn)的雙絞線帶屏蔽電纜，正常通信的距離就能夠進(jìn)一步的延長(zhǎng)。這種情況是由總線分布電容使信號(hào)波形的失真引起的。因此，采用ds18b20設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程溫度測(cè)量系統(tǒng)時(shí)，總線分布電容和阻抗匹配問(wèn)題應(yīng)該考慮。l ds18b20溫度測(cè)量程序設(shè)計(jì)中，把溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)送給ds18b20之后，程序?yàn)榱薲s18b20返回信號(hào)需要等待一段時(shí)間，如果ds18b20發(fā)生接觸不良或斷線的情況，ds18b20讀取程序時(shí)就不會(huì)有返回信號(hào)，程序就會(huì)進(jìn)入死循環(huán)。（3） ds18b20供電ds18b20可以從vdd引腳

49、接外部電源供電，或者可以在寄生電源模式工作，這可使ds18b20在沒(méi)有外部電源需求的狀態(tài)工作。寄生電源在長(zhǎng)距離測(cè)量溫度時(shí)是非常有用的。寄生電源控制電路，當(dāng)總線是高電平，寄生電源從一個(gè)單一的總線通過(guò)vdd引腳。電路通常會(huì)在總線處在高電平時(shí)偷能量，吸收的能量存儲(chǔ)在寄生電源存儲(chǔ)電容（cpp），在總線低電平通常作為釋放能量提供能量的裝置。如果ds18b20處在寄生電源的模式，vdd引腳就一定要接地。 在寄生電源模式，單總線和cpp可以對(duì)ds18b20提供完整的時(shí)間序列和電壓的電流。然而，當(dāng)ds18b20正在溫度轉(zhuǎn)換或從暫存器給epprom傳送數(shù)據(jù)時(shí)，工作電流可高達(dá)1.5毫安。這個(gè)電流可能會(huì)導(dǎo)致在單總線

50、的弱上拉電阻的不可接受的壓降，這就需要更大的電流，而cpp是無(wú)法提供。為了ds18b20有充足的電力供應(yīng)保障，當(dāng)進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換或拷貝數(shù)據(jù)到eeprom的操作時(shí)，必須對(duì)單總線強(qiáng)拉。i/o可以直接拉到電源上。發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換指令 44h 或復(fù)制暫存器指令 48h 后，在10us的時(shí)間之內(nèi)，一定要保證單總線能夠受到強(qiáng)上拉，不僅如此，在時(shí)序進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換或復(fù)制數(shù)據(jù)的時(shí)候，仍然要保證單總線處在強(qiáng)上拉狀態(tài)。而且在強(qiáng)上拉狀態(tài)保持時(shí)，一定不能有其他的動(dòng)作16。對(duì)ds18b20供電都是另一種傳統(tǒng)的方法是從vdd引腳接入外接電源。這樣做的好處并不需要在單總線上強(qiáng)拉。并且總線在溫度轉(zhuǎn)換時(shí)并不總是保持高電平。在溫度高于100

51、時(shí)，寄生電源不被推薦，因?yàn)閐s18b20在這種溫度下的漏電流是相對(duì)較大的，通信可能無(wú)法進(jìn)行。在這種場(chǎng)合下，強(qiáng)烈建議使用ds18b20的vdd引腳。如果總線控制器不知道總線ds18b20是用寄生電源還是外部電源，總線控制器就會(huì)發(fā)出一個(gè)skip rom命令cch，緊接著發(fā)出讀取電源指令b4h，在發(fā)出這個(gè)指令后，控制器會(huì)發(fā)出讀時(shí)序，寄生電源會(huì)把總線拉低，外接電源仍將維持高位總線。當(dāng)總線被拉低，總線控制器在進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換時(shí)，就會(huì)知道需要提供給單總線一個(gè)強(qiáng)大的上拉。第三章 硬件設(shè)計(jì) 3.1 proteldxp介紹在20世紀(jì)80年代末，protel altium公司推出eda軟件，成為中國(guó)電子設(shè)計(jì)師早期使用

52、的首選軟件，中國(guó)也是普及率最高的國(guó)家，有一些高校的電子專(zhuān)業(yè)還開(kāi)設(shè)了專(zhuān)門(mén)課程學(xué)習(xí)它，幾乎所有的電子公司在使用它。早期protel主要作為在dos環(huán)境下運(yùn)行的印刷電路板的自動(dòng)布線工具，對(duì)硬件的要求很低，可以在不存在硬盤(pán)的286機(jī)器1m內(nèi)存運(yùn)行，但僅有電路圖和印刷電路板設(shè)計(jì)繪圖功能，pcb自動(dòng)布線完成率較低，而今天已經(jīng)成長(zhǎng)為一個(gè)巨大的eda軟件，超過(guò)200m，是一個(gè)完整的板級(jí)電子設(shè)計(jì)集成系統(tǒng)，它包括一個(gè)電路示意圖，模擬電路和數(shù)字電路混合信號(hào)仿真，多層印刷電路板的設(shè)計(jì)（包括印刷電路板自動(dòng)布線），可編程邏輯器件設(shè)計(jì)，圖表，表格生成宏支持操作和其它功能，并有一個(gè)顧客客戶機(jī)/服務(wù)器（客戶機(jī)/服務(wù)器）的結(jié)構(gòu)，

53、也可以與其他的設(shè)計(jì)軟件，文件格式，如pspice，excel，orcad，能夠打印密度非常高的印刷電路板17。3.2 proteldxp畫(huà)電路原理圖3.2.1 新建設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)文件點(diǎn)擊文件中新建項(xiàng)，就可以一個(gè)新建設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)。3.2.2 多圖紙?jiān)O(shè)計(jì)打開(kāi)controller.ddb lcd設(shè)計(jì)文件，然后再打開(kāi)lcd controller.ddb設(shè)計(jì)窗口。這時(shí)，我們看到許多矩形，它們的顏色是綠色的，被稱(chēng)為原理圖模塊。在原理圖模塊中，每個(gè)模塊都包含一張圖紙，總的原理圖之中可以包含非常多的子原理圖。如果已經(jīng)畫(huà)原理圖，選擇“設(shè)計(jì)”的“創(chuàng)造符號(hào)形式表”的制圖符號(hào)。3.2.3 原理圖連線設(shè)計(jì)從菜單中選擇“位置/

54、線”，按空格鍵切換連接，自動(dòng)連接，任意角度，使設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)更容易。3.2.4 檢查原理圖電性能可靠性首先，我們要打開(kāi)lcd controller.ddb設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，接著點(diǎn)取lcd控制器文件夾lcdcontroller.prj選項(xiàng)。選擇下面的erc工具，在“規(guī)則矩陣”中的選擇是電氣檢查的項(xiàng)目，成立后，在“安裝電氣規(guī)則檢查”對(duì)話框中，選擇“確定”，以運(yùn)行電氣規(guī)則檢查，測(cè)試結(jié)果將是它顯示在屏幕上18。3.2.5 建立材料清單打開(kāi)“設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)”，找到“port serial interface”文件夾下面的“port serial interface.prj”文件設(shè)計(jì)窗口，選擇“reports”中的

55、“bill of material”菜單，按照導(dǎo)向器所給選項(xiàng)選擇，完成選擇，可以制成一個(gè)excel形式的材料清單。3.2.6 原理圖仿真將仿真進(jìn)行執(zhí)行，只要簡(jiǎn)單地在元件庫(kù)中放置將需要的組件，完成電路圖的連接，加上激勵(lì)源，點(diǎn)擊仿真。3.2.7 生成網(wǎng)絡(luò)表網(wǎng)表生成是很容易的，只要選擇對(duì)話框，設(shè)置成固定格式的網(wǎng)絡(luò)表。在生成網(wǎng)表后，我們可以設(shè)計(jì)pcb板。3.3 proteldxp畫(huà)pcb板3.3.1 板框?qū)Ш皆凇拔募边x擇“新建”中的“向?qū)А?，在選擇“印刷電路板”，單擊“確定”，根據(jù)每一步的對(duì)話框提示完成框架設(shè)計(jì)。3.3.2 建立pcb文件選擇pcb設(shè)計(jì)窗口下的“design”中的“add/remov

56、e library”，在對(duì)話框上選擇“4 port serial interface.ddb”,在“design explorer 99examples”文件夾中選取，點(diǎn)取“add”,然后“ok”關(guān)閉對(duì)話框。在左側(cè)導(dǎo)航欄中，打開(kāi)“更新pcb”“4端口串行interface.prj”原理圖文件，選擇“設(shè)計(jì)”下點(diǎn)取“應(yīng)用”，打開(kāi)“更新設(shè)計(jì)”對(duì)話框，點(diǎn)取“執(zhí)行”選項(xiàng)。對(duì)話框“確認(rèn)組件關(guān)聯(lián)”打開(kāi)，網(wǎng)絡(luò)連接列表中，選擇“應(yīng)用”更新pcb文件，由于protel99同步設(shè)計(jì)，因此，不會(huì)產(chǎn)生網(wǎng)表也可以直接進(jìn)入pcb設(shè)計(jì)。3.3.3 布局設(shè)計(jì)如果自動(dòng)布局，運(yùn)行“工具”下的“自動(dòng)地”，使用此命令，你需要有足夠的耐心。布線關(guān)鍵是布局，大多數(shù)設(shè)計(jì)師使用手動(dòng)布局的形式。使用鼠標(biāo)來(lái)選擇一個(gè)組件，按住鼠標(biāo)左鍵，拖動(dòng)這個(gè)元件，松開(kāi)按鈕，裝置固定19。protel99在布局方面增加了一些新花樣。新的交互式布局選項(xiàng)，包括自動(dòng)選擇和自動(dòng)對(duì)齊。使用自動(dòng)選擇模式可以快速收集類(lèi)似的組件包，然后旋轉(zhuǎn)，擴(kuò)大，并組織成組，你可以在后面板上移到所需的位置。3.3.4 布線設(shè)計(jì)布線方式有三種：忽略障礙布線（忽略障礙物），避開(kāi)障礙物布線（避障），按布線（推障