基于串口通信的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究

PAGEPAGE1基于串口通信的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究摘要在實際生活生產(chǎn)中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)隨處可見。特別是當要求數(shù)據(jù)具有高實時性和高精確性的時候，需要我們熟悉各元器件的電氣特性，搭建外圍設備，設計專用的電路來實現(xiàn)系統(tǒng)的高需求。以上因素直接關系到系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的敏感度和穩(wěn)定性。本設計研究了基于串口通信的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。確定以周圍的日常溫度值為數(shù)據(jù)采集對象，利用溫度傳感器和單片機實現(xiàn)模擬信號的采集和轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，使用九針串口完成上位機和下位機之間的內(nèi)部信息傳輸。然后在上位機中利用VisualC++編程語言實現(xiàn)串口通信的數(shù)據(jù)接收顯示控制界面完成數(shù)據(jù)的傳輸、分析和存儲。關鍵詞：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、串口通信、STC89C51單片機、VisualC++AbstractIntheproductiondataacquisitionsystemcanbeseeninreallife.Especiallywhentherequesteddatawithreal-timeandhighprecisionwhenneededwearefamiliarwiththecomponentsoftheelectricalcharacteristics,buildaperipheraldevice,specialcircuitdesignedtorealizehighdemand.Thesefactorsdirectlyrelatedtodatasensitivityandstabilityofthesystem.Thedesignofdataacquisitionsystembasedonserialcommunication.Determinevaluefordailydatacollectionobjectsaround,byusingatemperaturesensorandmicrocontrollerforanalogsignalcollectionandconvertedtoadigitalsignal,usingnine-pinserialportcompletePCandinformationtransmissionbetweenslave.AndthenusingtheVisualC++programminglanguageimplementedinthePCserialcommunicationdatareceptiondisplaycontrolinterfacedatatransfer,analysisandstorage.Keywords:Dataacquisitionsystems,SerialCommunication,STC89C51single-chip,VisualC++第一章前言1.1研究目的和意義在信息科學技術以及通信技術的日新月異發(fā)展的現(xiàn)在，互聯(lián)網(wǎng)和機器的遠程通訊已滲透到經(jīng)濟、工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、軍工太空探索等多個領域。人們對生活中高端電子產(chǎn)品的需求例如手機、電腦是居高不下的，甚至達到了有些人離開了手機就不知道如何生活的地步。人們追求更好的生活，更方便的出行，我們原來經(jīng)常使用的并行通信的接口技術遠遠滿足不了我們的這種需要。遠程控制串行通信接口，并在同一網(wǎng)絡的優(yōu)勢性能的幾個允許發(fā)送者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)擴大以滿足市場需求，提高國民經(jīng)濟和串行通信接口的概念和技術研究的了解人民的生活水平具有十分重要的意義。實際的工業(yè)生產(chǎn)和生活的要求，特別是在要求具有高實時性和高精確性的數(shù)據(jù)的時候，往往才會體現(xiàn)出數(shù)據(jù)采集的重要性。在某些特定的情況下，自然工作條件惡劣，氣候條件復雜，在現(xiàn)場處理數(shù)據(jù)在實際上并不可行，但這些實際生產(chǎn)又離不開實時數(shù)據(jù)的支持來指導生產(chǎn)，以及各大山區(qū)也需求大量的數(shù)據(jù)通信和實時數(shù)據(jù)采集，收集信號的需求量逐步上升。使得我們隊數(shù)據(jù)采集的精確性，實時性和穩(wěn)定性有了更高層次的需求，在這當中，基于串口通信的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是非常重要的。因為需要加強數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的穩(wěn)定性，我們用單片機作為下位機采集數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，然后榮計算機處理數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、存儲數(shù)據(jù)，通過通信協(xié)議實現(xiàn)上位機和下位機的內(nèi)部數(shù)據(jù)通信，開發(fā)了一個可實現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控的數(shù)據(jù)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1課題在國內(nèi)的研究發(fā)展狀況隨著全國城市的規(guī)劃發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)科技的進步，小型電子產(chǎn)品的自動化程度向人工智能方向發(fā)展，我們原來經(jīng)常使用的并行通信的接口技術限制了數(shù)據(jù)通信的傳輸速度。串口通信接口技術和并行接口技術相比，串口通信設計簡單、控制方便，不僅簡化了系統(tǒng)的線路，縮小了電路板的面積，節(jié)省了系統(tǒng)資源，而且還具有擴展性好、編程方便、易于實現(xiàn)用戶系統(tǒng)的硬件和軟件模塊的標準化、串行接口更少、傳輸方便等優(yōu)點。因此，串行通信接口技術逐漸成為主流技術。在RS232通信協(xié)議和RS485通信協(xié)議應用最為廣泛的串行通信接口的今天。新興的科技公司例如華為，中性和電信等這幾年的主要產(chǎn)品電腦和手機的硬件系統(tǒng)的升級都離不開串口通信的發(fā)展。另外，人們對于智能化設備的日益密切，也確定了串口通信的硬件標準和軟件開發(fā)技術是發(fā)展主流。在人們的生活中，技術的需求將一直是一個主要的流，這是為開發(fā)串行通信接口覆蓋著一條光明的道路。1.2.2課題在國外的研究發(fā)展狀況串行通信接口技術的迅速發(fā)展。不僅在國內(nèi)外的發(fā)展也迅速，由于外國政府對它的關注和照顧，采取了一系列政策，促進串行通信技術的發(fā)展，使串行技術進入寬帶，網(wǎng)格，而且還擁有一個移動，無處不在的可信網(wǎng)絡。例如美國的環(huán)境影響評估，微軟和其他協(xié)會，公司附加到串行技術和不斷升級改進的串行技術。蘋果、三星等國外智能手機的不斷升級完善，無需進一步開發(fā)串行通信接口，因此人們希望能更好地進行電子技術的研究是必不可少的，而串行通信技術是最重要的。1.3研究內(nèi)容和方法如前所述，為了實現(xiàn)需求，采用較少的電器元件，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，降低系統(tǒng)的功耗和系統(tǒng)的能力，以更快速地處理為目標。本設計開發(fā)出基于串口通信的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。系統(tǒng)設計有電路設計（硬件）和程序設計（軟件）倆部分。硬件設計主要包括主控芯片的設計、溫度傳感電路的設計和液晶顯示模塊的設計。軟件設計包括串口通信界面的設計和上位機軟件通過數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ艆f(xié)議，以MicrosoftVisualC+++編寫采集到的數(shù)據(jù)的控制和顯示界面，對傳過來的數(shù)據(jù)進行顯示和發(fā)送控制命令。主控芯片我們可以選擇STC89C51系列微型電子單片機。該系列單片機由于其經(jīng)濟、方便、可靠，能夠同時采集和預處理，廣泛應用于家用電器、儀器儀表、機電一體化、智能終端和一般工業(yè)控制領域。以在8051核心ISP（在系統(tǒng)編程）可在系統(tǒng)可編程芯片，最高時鐘頻率為80MHz，內(nèi)含8K字節(jié)的可反復擦寫1000閃存只讀存儲器，在系統(tǒng)可編程（ISP），再加上我們的PC端程序的用戶代碼可以下載到單片機，無需購買通用編程器，讀取速度更快。實時溫度的模擬信號我們需用DS18D20芯片。該系列芯片不僅僅電子線路連接簡單明了，組成的電路模塊體積小巧。而且是達拉斯公司生產(chǎn)的單總線器件，具有可靠的工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量，經(jīng)久耐用，電子誤差小而穩(wěn)定。液晶顯示模塊以其低功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、模塊化、界面簡單等優(yōu)點而得到廣泛應用。液晶顯示模塊分字符型和點陣型兩種，字符型只能顯示字符。通常使用點陣液晶顯示模塊，其除了顯示字符還顯示了各種圖形和漢字。微軟的VisualC++是一個結構化的，由微軟開發(fā)，模塊化，面向?qū)ο蠛褪录?qū)動機制，包含協(xié)助可視化編程語言開發(fā)環(huán)境。這是一種可以在微軟自己的產(chǎn)品開發(fā)中使用的語言。它來源于基本的編程語言。使用微軟VisualC++寫的串口通信接口是很容易實現(xiàn)的，界面直觀清晰，由PC接收單片機采集到的數(shù)據(jù)及把預處理的結果收集起來，集中對數(shù)據(jù)分析、處理與研究。這同時彌補了單片機硬件條件的限制，軟件比較簡單，而且內(nèi)存容量有限等缺點。在單片機上對數(shù)據(jù)進行預處理，使得上位機得到的信號更具有針對性，對于更快速響應處理站點信號的要求降低有負擔，上位機按執(zhí)行監(jiān)測到數(shù)據(jù)，發(fā)布命令，響應具有實時性和快速響應特性。第二章串口通信和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)串口通信(SerialCommunication)是指通過數(shù)據(jù)信號線和地線的計算機及外圍設備，作為傳輸數(shù)據(jù)的通信手段。計算機和單片機（例如，MCS-51）具有串行通信端口，實現(xiàn)了串行通信程序的設計，完成兩個任務之間的數(shù)據(jù)通信。在實際工作完成時，利用串口進行通信是非常多的，通過串口通信編程的過程是多種多樣的。在Win98環(huán)境下利用MSComm計算機VisualC++提供的ActiveX控件進行串行通信的汽輪機葉片振動監(jiān)測系統(tǒng)，也有基于java數(shù)據(jù)采集串口通信，用m圖書館數(shù)字化管理系統(tǒng)例如串行通信設計。2.1串口通信簡介串口通信就是按位傳輸信息的設備。2.1.1串口通信的主要特點在串行通信中，傳送順序是在單條一位寬的傳輸線上一位一位的傳輸數(shù)據(jù)。這樣分八次由低位到高位按順序一位一位地傳送一個字節(jié)的數(shù)據(jù)。綜上所述，串行通信有如下特點：1)優(yōu)點：節(jié)省傳輸線。尤其是在遠程通信時，傳輸線的成本是主要考慮因素。2)缺點：與并行通信比數(shù)據(jù)傳送效率低。2.1.2

串口通信的重要參數(shù)串口通信有很多參數(shù)，包括波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗。1）波特率（Baud

rate）：這個是一個運送各式各樣符號速率的度量。指在單位時間內(nèi)的信號變化的調(diào)制，載波參數(shù)變化的時間單位多少的數(shù)量，如傳輸每秒36個字符，每個字符格式包含9比特（一個起始位，一個停止位，八個數(shù)據(jù)位），和波特率36bd、10位×36=360bps/二比特率。調(diào)制速率大于傳輸速率，如曼徹斯特編碼）。2）數(shù)據(jù)位（Databits）：這是是一個衡量實際數(shù)據(jù)的通信度量。當上位機需要運送一系列數(shù)據(jù)包時，實際發(fā)送的數(shù)據(jù)一般不會正好為八位，而是更不為人知的標準值為六、七和八。3）停止位（Stopbit）：最后一個是用來表示一個包。典型值分別為一、一點五和二。因為更多的數(shù)據(jù)是在他們自己的信號線上實現(xiàn)定時功能的,而且每個傳輸線都有他們的獨立計時方式，很可能出現(xiàn)在通信設備之間的一點點的同步。所以計時方式停止不只是表明本次數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y束，而是矯正了微機內(nèi)置計時器一致的時期。適用于停止位的位數(shù)越少,不一樣的計時器的容忍程度越小，但也有較慢的數(shù)據(jù)傳輸速率。4）奇偶校驗位（Paritybit）：一個簡單的方法來檢查串行通信中的錯誤。有四種方法來檢查錯誤：偶數(shù)，奇數(shù)，高和低。當然也沒有平價位可以。奇偶校驗，串口會設置校驗位(數(shù)據(jù)位后面的一位),用一個值確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有偶個或者奇?zhèn)€邏輯高位。要注意，以上四個參數(shù)必須同時匹配才能實現(xiàn)倆個不同的通信端口的數(shù)據(jù)傳輸。2.1.3串口通信的通信協(xié)議在串口通信中，RS-232、RS-422和RS-485是比較常見的通信協(xié)議。2.1.4串口通信的傳輸格式串口通信（以RS232為例），通信數(shù)據(jù)通道在傳輸數(shù)據(jù)的時候，通道的TTL電平一直是低的，通過返向RS232通道的電平一直是高的。起初的RS232是高電平，最后的RS232是低電平。通道發(fā)送數(shù)據(jù)是按位傳輸，從低位到高位。注意在最后讀取數(shù)據(jù)信息的時候，右邊的數(shù)據(jù)是低位。2.1.5串口通信的通信過程1)通信的開始，我們要確認串口已經(jīng)處于打開狀態(tài)，這個時候信號的通道處于空閑狀態(tài)，我們計為邏輯一。當通道檢測出信號電平由一躍變到零的時候，內(nèi)部的接受信號的時鐘開始計數(shù)。2)內(nèi)部的接收信號時鐘計數(shù)數(shù)到第八個單位時間的時候，通道內(nèi)部再次對輸入的信號電平進行檢測。如果該信號電平為高電平，則證明它是一個干擾信號，通道會忽略該信號；如果該信號電平為低電平，證明她是一個“起始位”，而不是干擾信號。3)接受到“起始位”的信號之后，接受端開始后續(xù)位的檢測，在接受信號的時鐘計時的十六個單位時間內(nèi)對信道內(nèi)輸入信號進行檢測，檢測對象為對應的數(shù)據(jù)D0的數(shù)值。4)如果邏輯一，作為數(shù)據(jù)位1；如果邏輯二，作為數(shù)據(jù)位2。以此往復，每隔接受信號時鐘計時的十六個單位時間就對輸入信號重新檢測一次，直到全部的數(shù)據(jù)輸入完畢。5)檢測檢驗位P，該位可能不會存在。6)接收端接收到指定數(shù)的數(shù)據(jù)位和奇偶校驗位后，串口按信息的幀數(shù)來檢驗是否存在錯誤。如果存在錯誤，狀態(tài)寄存器重置“幀錯誤”標志；如果不存在錯誤，重置狀態(tài)等級校驗錯誤標志。7)把沒有錯誤所在幀的所有數(shù)據(jù)的信道出現(xiàn)的高電平作為空閑位。8)當信道檢測出信號電平由一躍變到零的時候，內(nèi)部的接收信號時鐘開始計數(shù)，重復步驟一，開始進入下一幀的檢測。2.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2.2.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的分類1）微機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)經(jīng)過系統(tǒng)傳感器信號的放大、濾波等步驟，得到比較容易學習的信號，將信號采樣和轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后，通過接口轉(zhuǎn)換成計算機，然后顯示結果或經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出的其他用途。它有以下特點a)系統(tǒng)在硬件上的圍合要求，系統(tǒng)性能很好，實際需要的不是很高，所以系統(tǒng)的價格/性能不是很高。b)系統(tǒng)的高擴展性、優(yōu)良的配置、豐富的可開發(fā)資源給設計開發(fā)提供了很大的發(fā)揮余地。c)系統(tǒng)的響應速度更快，性能更好。2）單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)它由單片機及其外圍數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輔助電路組成，是近年來計算機技術飛速發(fā)展的產(chǎn)物，它具有以下特點：a)系統(tǒng)的開發(fā)要借助于專用的軟件設計工具以及程序燒錄工具。b)系統(tǒng)的外圍電路的設計是以滿足系統(tǒng)需求為主的，不存在無意義的電路，系統(tǒng)的軟件也是專為實現(xiàn)系統(tǒng)功能服務的，所以它的性價比極高。系統(tǒng)程序是利用專門工具開發(fā)設計。所以程序的穩(wěn)定性強，安全性高，通常狀況不會受到外界因素的破壞。2.2.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成現(xiàn)代科學技術的發(fā)展對系統(tǒng)速度、響應速度、數(shù)據(jù)精確度、承載能力、功耗和噪聲、干擾的要求也越來越高。一種通用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由以下部分組成：1）信號采集原件負責數(shù)據(jù)的現(xiàn)場采集。一般來說，它由傳感器探測信號，測量信號需要被翻譯成電流或電壓的形式，這相當于轉(zhuǎn)換形式，有利于我們的信號的探索和研究。2）信號放大電路通過傳感器檢測信號的測量往往是微弱的，對信號的分析和研究，我們需要對信號進行放大處理，在放大信號的同時，通常也把這些干擾信號，所以我們在放大信號的同時，對于那些干擾信號，有時我們也要設計一些減弱噪聲、減少干擾的電路也提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度。3）模數(shù)轉(zhuǎn)換電路信號通過由傳感器信號處理的放大電路，電路信號是一個模擬信號的循環(huán)，以及隨后的處理的信號，往往與數(shù)字系統(tǒng)，所以我們需要模數(shù)轉(zhuǎn)換，把模擬信號量化為相應的數(shù)字信號。4）數(shù)模轉(zhuǎn)換電路通過所產(chǎn)生的數(shù)字信號處理，我們可以模擬信號進行詳細的分析和研究，如果你需要信號反饋電路的電路，我們將要去模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成模擬信號的數(shù)字信號。第三章系統(tǒng)硬件設計3.1總體設計思想這次設計的基于串口通信的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要以采集周圍日常溫度作為主要數(shù)據(jù)收集，使用溫度傳感器感應周圍的溫度值并將感應得到的溫度值交由STC89C51單片機處理。主控芯片選擇了STC89C51系列電子微型單片機，在PC機上運用微軟VisualC++編程語言做出可視化界面，控制數(shù)據(jù)的定時采集。然后利用STC89C51單片機串口通信與PC機接收相應的溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。STC89C51單片機的串口負責單片機與PC機的串口通信，然后采用9針串口作為連接下位機（STC89C51單片機）和上位機PC機的橋梁，這樣可以實現(xiàn)計算機對下位機所傳上來的數(shù)據(jù)的采集。VisualC++數(shù)據(jù)接收界面目的是起到控制數(shù)據(jù)的接收和顯示接收到的數(shù)據(jù)的作用。結構框圖如圖3-1所示。圖3-1系統(tǒng)總體結構框圖3.2主控芯片模塊3.2.1主控芯片模塊電路本次主控芯片模塊的外圍電路包括電子微型單片機STC89C51和其他功能電路，復位電路提供復位電壓，提供水晶系統(tǒng)頻率。這部分電路負責程序存儲和運行。晶體可以在1.2MHz的~12MHz的選擇，電容典型值為20pF~100pF的C1和C2之間做出選擇，但在高頻率穩(wěn)定度60pf~70pF振蕩器的時間。典型值通常選擇為30pF，但此電路采用30pF。STC89C51的減少是通過外部復位電路實現(xiàn)。復位電路通常用于自動復位和復位按鈕的方式。這個設計是用在按鈕復位的電源上。本次設計的基于STC89C51主控芯片模塊電路，如圖3-2所示。圖3-2STC89C51單片機系統(tǒng)3.2.2主控芯片簡介STC89C51單片機是一種低功耗，高性能CMOS8位微控制器。采用了高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)產(chǎn)品8OC51指令和引腳完全兼容。STC89C51單片機具有以下標準功能：八千多媒體，二百五十六字節(jié)RAM，三十二位I/0口，看門狗定時器，倆個數(shù)據(jù)指針，3個十六位定時器/計數(shù)器，一個六向量二級中斷結構，全雙工串口芯片晶體振蕩器和時鐘電路。此外，STC89C51可降至O赫茲靜態(tài)邏輯，支持倆種軟件可選擇省電模式。3.2.3STC89C51引腳功能STC89C51的引腳圖，如圖3-3所示。圖3-3STC89C51的引腳圖STC89C51引腳功能說明如下：1)

VCC：電源電壓。2)GND：地。3)P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口,也即地址/數(shù)據(jù)總線復用口。4)

P1口：P1是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門級。其第二功能具體如表3-1所示表3-1

P1口第二功能端口引腳第二功能P1.0T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出P1.1T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）P1.5MOSI（在系統(tǒng)編程用）P1.6MISO（在系統(tǒng)編程用）P1.7SCK（在系統(tǒng)編程用）5)P2口:P2是具有內(nèi)部上拉電阻的一個8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。6)P3口：與P2口相同。P3的第二功能表如表3-2所示。表3-2P3口的第二功能端口引腳第二功能端口引腳第二功能P3.0RXD(串行輸入口)P3.4TO(定時/計數(shù)器0)P3.1TXD(串行輸出口)P3.5T1(定時/計數(shù)器1)P3.2INTO(外中斷0)P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)P3.3INT1(外中斷1)P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)另外，P3口還可以接收用于FLASH閃存編程和程序校驗的控制信號。3.3

溫度傳感模塊3.3.1溫度傳感器模塊電路基于DS18B20多點測溫系統(tǒng)STC89C51為中心的設備，以KEIL進行系統(tǒng)開發(fā)平臺，采用C語言編程，在PROTEUS仿真軟件中設計。智能溫度傳感器DS18B20是它的數(shù)字輸入/輸出，基于單總線技術，接收來自主機的命令下處理相應的DS18B20的內(nèi)部協(xié)議，溫度將被轉(zhuǎn)換為串行端口到主機。根據(jù)與IO口模擬DS18B20定時的通信協(xié)議主機發(fā)送命令（初始化命令，ROM命令，功能命令）給DS18B20，并讀取溫度值，在內(nèi)部流程，圖形化LCD顯示模塊溫度相應的數(shù)值每個點。在系統(tǒng)啟動的時候，可以使用4×4鍵盤設定溫度值的上限，當溫度超過設定值時，報警啟動報警，實現(xiàn)對每個點溫度的實時監(jiān)測。每個DS18B20都有其自身的序列號，因此，系統(tǒng)可以在一個總線4DS18B20上連接，通過CRC校驗，每個DS18B20ROM地址，尋址多達DS18B20的響應，接收主機命令，發(fā)送給主機轉(zhuǎn)換溫度。使用DS18B20尋址技術，使得硬件更簡單。DS18B20與單片機的連接電路如圖3-4所示。圖3-4DS18B20與單片機的連接電路DS18B20數(shù)字溫度計是達拉斯公司的單總線器件，具有簡潔的線路，更精致的小尺寸。因此用它來組成一個測量系統(tǒng)，其特點是簡單的線路，在單一的通信線路上，可以有很多這樣的數(shù)字溫度計，非常方便。3.3.2DS18B20引腳功能表3-3DS18B20詳細引腳功能描述序號名稱引腳功能描述1GND接地信號2DQ數(shù)字輸入輸出引腳,開漏總線接口引腳,當使用寄生電源時,可向電源提供電源。3VDD可選擇的VDD引腳,當工作于寄生電源時,該引腳必須接地3.3.3DS18B20工作流程DS18B20通電后，在空閑狀態(tài)。以啟動溫度測量和模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換，所述處理器所需的轉(zhuǎn)換完成后，發(fā)出一個轉(zhuǎn)換T[44H]的命令，

DS18B20返回到空閑狀態(tài)。溫度數(shù)據(jù)被存儲在溫度寄存器的一個符號的16位的補充。符號位說明了溫度是正值還是負值。正值時S=0，負值時S=1。預想訪問DS18B20必須嚴格遵守以上這一命令序列，如果不慎丟失任何一步或操作序列混亂，DS18B20就都不會響應主機（除了SearchROM和AlarmSearch這兩個命令，但是在這兩個命令后，主機往往必須返回到第一步）。a)初始化：DS18B20通過初始化序列交換的所有數(shù)據(jù)。由主機復位脈沖以及由DS18B20發(fā)出的后續(xù)響應脈沖形式發(fā)出。當DS18B20發(fā)給主機的響應時間，這表明它在總線上，并準備工作主機的響應。b)ROM命令：ROM命令的64位到每個設備的ROM代碼，主機指定一個特定的設備（如果您有多個設備掛在總線上）進行通信。每個ROM命令的是8位長。DS18B20的ROM如表3-4所示。表3-4ROM命令指令協(xié)議功能讀ROM33H讀DS18B20中的編碼(即64位地址)。符合ROM55H發(fā)出此命令后，接著發(fā)出64位ROM編碼，訪問單總線上與該編碼相對應的DS18B20,使之做出響應，為下一步對該DS18B20的讀寫做準備。搜索ROM0F0H用于確定掛接在同一總線上DS18B20的個數(shù)和識別64位ROM地址，為操作各器件作好準備。跳過ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS18B20V溫度轉(zhuǎn)換命令，適用于單個DS18B20工作。告警搜索命令0ECH執(zhí)行后，只有溫度超過廟宇值上限或下限的片子才做出響應。溫度轉(zhuǎn)換44H啟動DS18B20進行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間最長為500ms(典型為200ms),結果傳入內(nèi)部9字節(jié)RAM中。讀暫存器BEH讀取內(nèi)部RAM中9字節(jié)的內(nèi)容。寫暫存器4EH發(fā)出向內(nèi)部RAM的第3、4字節(jié)寫上、下溫度數(shù)據(jù)命令，發(fā)送溫度命令之后，傳達兩字節(jié)的數(shù)據(jù)。復制暫存器48H將RAM中第3、4字內(nèi)容復制到E2PROM中。重調(diào)E2PROM0B8H將E2PROM中內(nèi)容恢復到RAM中的第3、4字節(jié)。讀供電方式0B4H讀DS18B20的供電模式，寄生供電時DS18B20發(fā)送“0”，外部供電時DS18B20發(fā)送“1”。3.4液晶顯示模塊3.4.1液晶顯示模塊電路液晶顯示模塊憑借其低功耗和小尺寸，液晶顯示模塊顯示內(nèi)容豐富，模塊化，簡單的接口等諸多優(yōu)點被廣泛使用。液晶顯示模塊通常分字符型和點陣型兩種。前者往往只能顯示常用的字符,而點陣型液晶顯示模塊除了顯示字符外還能顯示出各種圖形和漢字。其外圍電路如圖3-5所示。圖3-5液晶顯示屏與單片機的連接電路3.4.2液晶顯示屏簡介12864是一個4位/8位并行，2線或以多種方式3線串行接口，內(nèi)部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊。其128×64顯示分辨率，內(nèi)置8,192個16*16中國字和12816*8的ASCII字符集。靈活的接口和模塊是簡單，容易說明，可能構成了漢語的人機交互圖形界面?？梢燥@示8×416×16點陣的字符。圖形顯示就可以完成。低壓電力消耗是另一個顯著特點。由具有相同類型的圖形點陣液晶顯示模塊的比較模塊LCD顯示程序，不管硬件結構或顯示程序的更加簡潔，模塊價格比相同點陣圖形LCD模塊略低。其結構圖如圖3-6所示。圖3-6LCD結構尺寸3.4.3液晶顯示器接口控制器接口信號說明：如表3-5，3-6所示。表3-5RS和R/W的配合選擇決定控制界面的4種模式RSR/W功能說明LLMPU寫指令到指令暫存器（IR）LH讀出忙標志（BF）及地址記數(shù)器（AC）的狀態(tài)HLMPU寫入數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)暫存器（DR）HHMPU從數(shù)據(jù)暫存器（DR）中讀出數(shù)據(jù)表3-6E信號E狀態(tài)執(zhí)行動作結果高——>低I/O緩沖——>DR配合/W進行寫數(shù)據(jù)或指令高DR——>I/O緩沖配合R進行讀數(shù)據(jù)或指令低/低——>高無動作第四章系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)軟件設計包括兩個部分：固體程序設計和PC應用程序設計。兩者互相配合，才能完成可靠、高速的數(shù)據(jù)傳輸與采集。實現(xiàn)對溫度數(shù)據(jù)的采集、分析與存儲。4.1

固體程序設計固體程序設計又叫做單片機程序是指固化到微控制器模塊內(nèi)的程序。只有在運行該程序的時候，外部設備才也已被認為是具有給定功能的外部設備。系統(tǒng)設計的固定程序主要包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。4.1.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)單片機應用程序是系統(tǒng)與用戶的接口，它通過溫度傳感器將溫度模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，利用與單片機相連的9針串口線，將數(shù)據(jù)傳送到PC端。在PC端檢測溫度是否達到報警閾值，如果大于報警溫度，則響起警報；如果小于報警溫度，則不響警報。最后將數(shù)據(jù)的返回值再通過與單片機相連的9針串口線返回到單片機，驅(qū)動液晶顯示屏顯示當下的溫度。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)流程如圖4-1所示：：圖4-1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)流程圖4.1.2數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)PC機的串口設置、數(shù)據(jù)分析與采集。采用了VC++語言編寫的winForm程序，實現(xiàn)對溫度數(shù)據(jù)的分析與管理。串口程序得到數(shù)據(jù)，然后存入臨時數(shù)組，判定其正確，然后寫入記事本文件。否則就會響起警鈴。這樣可以方便以后的調(diào)用與分析。在該系統(tǒng)里，設置了采集的溫度的上下限，并在線性圖中描繪出來。若溫度超過上下限值，系統(tǒng)會記錄下超過上下限溫度的實時數(shù)據(jù)值，并寫入日志。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的流程如圖4-2所示。圖4-2溫度采集軟件流程圖4.2串口通信程序設計4.2.1MicrosoftVisualC++開發(fā)環(huán)境簡介在電腦上登陸微軟官網(wǎng)下載并安裝既可以使用。4.2.2MicrosoftVisualC++程序設計實現(xiàn)(一)

打開串口1)Win32系統(tǒng)把文件的概念進行了擴展。無論是文件、通信設備、命名管道、郵件槽、磁盤、還是控制臺，都是用API函數(shù)CreateFile來打開或創(chuàng)建的，其原型為：HANDLECreateFile(LPCTSTRfilename,

//將要打開的串口邏輯名，如COM1或COM2DWORDdwAccess,//指定串口訪問的類型，可以是讀取、寫入或兩者并列DWORDdwShareMode,//指定共享屬性，由于串口不能共享,該參數(shù)必須置為0LPSECURITY_ATTRIBUTESlaps,//引用安全性屬性結構，缺省值為NULLDWORDdwCreate,//創(chuàng)建標志，對串口操作該參數(shù)必須置為OPENEXISTINGDWORD

dwAttrsAndFlags,//屬性描述，用于指定該串口是否進行異步操作，該值為FILE_FLAG_OVERLAPPED，表示使用異步的I/O；該值為0，表示同步I/O操作；HANDLEhTemplateFile，//指向模板文件的句柄，對串口而言該參數(shù)必須置為NULL);2)同步I/O方式打開串口的程序代碼：C++代碼1.HANDLEhCom;//全局變量，串口句柄2.hCom=CreateFile("COM1",//COM1口3.GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,//允許讀和寫4.0,//獨占方式5.NULL,6.OPEN_EXISTING,//打開而不是創(chuàng)建7.0,//同步方式8.NULL);9.if(hCom==(HANDLE)-1)10.{11.AfxMessageBox("打開COM失敗!");12.returnFALSE;13.}14.returnTRUE;3)異步I/O打開串口的示例代碼：C++代碼1.HANDLEhCom;//全局變量，串口句柄2.hCom=CreateFile("COM1",//COM1口3.GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,//允許讀和寫4.0,//獨占方式5.NULL,6.OPEN_EXISTING,//打開而不是創(chuàng)建7.FILE_ATTRIBUTE_NORMAL|FILE_FLAG_OVERLAPPED,//異步方式8.NULL);9.if(hCom==INVALID_HANDLE_VALUE)10.{11.AfxMessageBox("打開COM失敗!");12.returnFALSE;13.}3.14.returnTRUE;(二)配置串口1)

typedstruck_DCB{……DWORDBaudRate;//波特率，指定通信設備的傳輸速率。這個可以是實際波特率值，也可以是下面的常量值之一：CBR_110，CBR_300，CBR_600，CBR_1200，CBR_2400，CBR_4800，CBR_9600，CBR_19200，CBR_38400，CBR_56000，CBR_57600，CBR_115200，CBR_128000，CBR_256000，CBR_14400DWORDfParity;//指定奇偶校驗使能。若該成員為1，允許奇偶校驗檢查……BYTEByteSize;//通信字節(jié)位數(shù)，4—8BYTEParity;//指定奇偶校驗方法。該成員可以有下列值：EVENPARITY偶校驗NOPARITY無校驗MARKPARITY標記校驗ODDPARITY奇校驗BYTEStopBits;//指定停止位的位數(shù)。該成員可以有下列參數(shù)：ONESTOPBIT1位停止位TWOSTOPBITS2位停止位ON5STOPBITS1.5位停止位}2)GetCommState函數(shù)可以獲得COM口的設備控制塊，從而獲得相關參數(shù)：BOOLGetCommState(HANDLEhFile,//標識通訊端口的句柄LPDCBlpDCB//指向一個設備控制塊（DCB結構）的指針);3)SetCommState函數(shù)設置COM口的設備控制塊：BOOLSetCommState(HANDLEhFile,LPDCBlpDCB);4)SetupComm函數(shù)可以設置串行口的輸入和輸出緩沖區(qū)的大小。除了在BCD中的設置外，程序一般還需要設置I/O緩沖區(qū)的大小和超時。Windows用I/O緩沖區(qū)來暫存串口輸入和輸出的數(shù)據(jù)。如果通信的速率較高，則應該設置較大的緩沖區(qū)。BOOLSetupComm(HANDLEhFile,//通信設備的句柄DWORDdwInQueue,//輸入緩沖區(qū)的大?。ㄗ止?jié)數(shù)）DWORDdwOutQueue//輸出緩沖區(qū)的大小（字節(jié)數(shù)）

);5)

SetCommTimeouts可以用某一個COMMTIMEOUTS結構的內(nèi)容來設置超時。在用ReadFile和WriteFile讀寫串行口時，需要考慮超時問題。超時的作用是在指定的時間內(nèi)沒有讀入或發(fā)送指定數(shù)量的字符，ReadFile或WriteFile的操作仍然會結束。要查詢當前的超時設置應調(diào)用GetCommTimeouts函數(shù)，該函數(shù)填充一個COMMTIMEOUTS結構。讀寫串口的超時有兩種：間隔超時和總超時。間隔超時是指在接收時兩個字符之間的最大時延?？偝瑫r是指讀寫操作總共花費的最大時間。寫操作只會識別總超時，而讀操作兩種超時都支持。用COMMTIMEOUTS結構可以規(guī)定讀寫操作的超時。COMMTIMEOUTS結構的定義為：typedefstruck_COMMTIMEOUTS{DWORDReadIntervalTimeout;//讀間隔超時DWORDReadTotalTimeoutMultiplier;//讀時間系數(shù)DWORDReadTotalTimeoutConstant;//讀時間常量DWORDWriteTotalTimeoutMultiplier;//寫入時間系數(shù)DWORDWriteTotalTimeoutConstant;//寫入時間常量}COMMTIMEOUTS結構的成員都以毫秒作為單位。配置串口的示例代碼：C++代碼SetupComm(hCom,1024,1024);//輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)的大小都是10241.COMMTIMEOUTSTimeOuts;//設定讀超時2.TimeOuts.ReadIntervalTimeout=1000;3.TimeOuts.ReadTotalTimeoutMultiplier=500;4.TimeOuts.ReadTotalTimeoutConstant=5000;//設定寫超時5.TimeOuts.WriteTotalTimeoutMultiplier=500;6.TimeOuts.WriteTotalTimeoutConstant=2000;7.SetCommTimeouts(hCom,&TimeOuts);//設置超時8.DCBdcb;9.GetCommState(hCom,&dcb);10.dcb.BaudRate=9600;//波特率為960011.dcb.ByteSize=8;//每個字節(jié)有8位12.dcb.Parity=NOPARITY;//無奇偶校驗位13.dcb.StopBits=TWOSTOPBITS;//兩個停止位14.SetCommState(hCom,&dcb);15.PurgeComm(hCom,PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR);參數(shù)dwFlags指定要完成的操作，可以是下列值的組合：PURGE_TXABORT中斷所有寫操作并立即返回，即使寫操作還沒有完成。PURGE_RXABORT中斷所有讀操作并立即返回，即使讀操作還沒有完成。PURGE_TXCLEAR清除輸出緩沖區(qū)。PURGE_RXCLEAR清除輸入緩沖區(qū)。(三)讀寫串口1)使用ReadFile和WriteFile讀寫串口。在用ReadFile和WriteFile讀寫串口時，既可以同步執(zhí)行，也可以異步執(zhí)行。在同步執(zhí)行時，函數(shù)直到操作完成后才返回。這意味著同步執(zhí)行時線程會被阻塞，從而導致效率下降。在異步執(zhí)行時，即使操作還未完成，這兩個函數(shù)也會立即返回，費時的I/O操作在后臺進行。下面是兩個函數(shù)的聲明：BOOLReadFile(HANDLEhFile,//串口的句柄//讀入的數(shù)據(jù)存儲的地址，//即讀入的數(shù)據(jù)將存儲在以該指針的值為首地址的一片內(nèi)存區(qū)LPVOIDlpBuffer,//要讀入的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)DWORDnNumberOfBytesToRead,//指向一個DWORD數(shù)值，該數(shù)值返回讀操作實際讀入的字節(jié)數(shù)LPDWORDlpNumberOfBytesRead,//異步操作時，該參數(shù)指向一個OVERLAPPED結構，同步操作時，該參數(shù)為NULL。LPOVERLAPPEDlpOverlapped);BOOLWriteFile(HANDLEhFile,//串口的句柄//寫入的數(shù)據(jù)存儲的地址，//即以該指針的值為首地址的LPCVOIDlpBuffer,//要寫入的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)DWORDnNumberOfBytesToWrite,//指向一個DWORD數(shù)值，該數(shù)值返回實際寫入的字節(jié)數(shù)LPDWORDlpNumberOfBytesWritten,//異步操作時，該參數(shù)指向一個OVERLAPPED結構，//同步操作時，該參數(shù)為NULL。LPOVERLAPPEDlpOverlapped);ERROR_IO_PENDING。這說明異步操作還未完成。同步方式實現(xiàn)讀寫串口的程序C++代碼//同步讀串口1.charstr[100];2.DWORDwCount;//讀取的字節(jié)數(shù)3.BOOLbReadStat;4.bReadStat=ReadFile(hCom,str,100,&wCount,NULL);5.if(!bReadStat){AfxMessageBox("讀串口失敗!");returnFALSE;}6.returnTRUE;//同步寫串口7.charlpOutBuffer[100];8.DWORDdwBytesWrite=100;9.COMSTATComStat;10.DWORDdwErrorFlags;11.BOOLbWriteStat;12.ClearCommError(hCom,&dwErrorFlags,&ComStat);13.bWriteStat=WriteFile(hCom,lpOutBuffer,dwBytesWrite,&dwBytesWrite,NULL);14.if(!bWriteStat){AfxMessageBox("寫串口失敗!");}15.PurgeComm(hCom,PURGE_TXABORT|PURGE_RXABORT|PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR);2)OVERLAPPED結構和GetOverlappedResult函數(shù)異步I/O非常靈活，它也可以實現(xiàn)阻塞（例如我們可以設置一定要讀取到一個數(shù)據(jù)才能進行到下一步操作）。有兩種方法可以等待操作完成：一種方法是用像WaitForSingleObject這樣的等待函數(shù)來等待OVERLAPPED結構的hEvent成員；另一種方法是調(diào)用GetOverlappedResult函數(shù)等待。OVERLAPPED結構包含了異步I/O的一些信息，定義如下：typedefstruck_OVERLAPPED{DWORDInternal;DWORDInternalHigh;DWORDOffset;DWORDOffsetHigh;HANDLEhEvent;}OVERLAPPED;在使用ReadFile和WriteFile異步操作時，線程需要創(chuàng)建OVERLAPPED結構，以給這兩個函數(shù)使用。線程通過OVERLAPPED結構獲得當前的操作狀態(tài)，該結構最重要的成員是hEvent。hEvent是讀寫事件。當串口使用異步通訊時，函數(shù)返回時操作可能還沒有完成，程序可以通過檢查該事件得知是否讀寫完畢。當調(diào)用ReadFile,WriteFile函數(shù)的時候，該成員會自動被置為無信號狀態(tài)；當異步操作完成后，該成員變量會自動被置為有信號狀態(tài)。GetOverlappedResult函數(shù)BOOLGetOverlappedResult(HANDLEhFile,//串口的句柄//指向異步操作開始時指定的OVERLAPPED結構LPOVERLAPPEDlpOverlapped,//指向一個32位變量，該變量的值返回實際讀寫操作傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)。LPDWORDlpNumberOfBytesTransferred,//該參數(shù)用于指定函數(shù)是否一直等到異步操作結束。//如果該參數(shù)為TRUE，函數(shù)直到操作結束才返回。//如果該參數(shù)為FALSE，函數(shù)直接返回，這時如果操作沒有完成，通過調(diào)用GetLastError()函數(shù)會返回ERROR_IO_INCOMPLETE。BOOLbWait);該函數(shù)返回異步操作的結果，用來判斷異步操作是否完成，它是通過判斷OVERLAPPED結構中的hEvent是否被置位來實現(xiàn)的。異步讀寫串口的程序代碼C++代碼//異步讀串口1.charlpInBuffer[1024];2.DWORDdwBytesRead=1024;3.COMSTATComStat;4.DWORDdwErrorFlags;5.OVERLAPPEDm_osRead;6.memset(&m_osRead,0,sizeof(OVERLAPPED));7.m_osRead.HEvent=CreateEvent(NULL,TRUE,FALSE,NULL);8.ClearCommError(hCom,&dwErrorFlags,&ComStat);9.dwBytesRead=min(dwBytesRead,(DWORD)ComStat.cbInQue);10.if(!dwBytesRead)returnFALSE;11.BOOLbReadStatus;12.bReadStatus=ReadFile(hCom,lpInBuffer,dwBytesRead,&dwBytesRead,&m_osRead);13.if(!bReadStatus)//如果ReadFile函數(shù)返回FALSE14.{15.if(GetLastError()==ERROR_IO_PENDING)//GetLastError()函數(shù)返回ERROR_IO_PENDING,表明串口正在進行讀操作16.{17.WaitForSingleObject(m_osRead.hEvent,2000);//使用WaitForSingleObject函數(shù)等待，直到讀操作完成或延時已達到2秒鐘//當串口讀取操作進行完畢后，m_osRead的hEvent事件會變?yōu)橛行盘?8.PurgeComm(hCom,PURGE_TXABORT|PURGE_RXABORT|PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR);19.returndwBytesRead;20.}21.return0;22.}23.PurgeComm(hCom,PURGE_TXABORT|PURGE_RXABORT|PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR);24.returndwBytesRead;//異步寫串口25.

charbuffer[1024];26.DWORDdwBytesWritten=1024;27.DWORDdwErrorFlags;28.COMSTATComStat;29.OVERLAPPEDm_osWrite;30.BOOLbWriteStat;31.bWriteStat=WriteFile(hCom,buffer,dwBytesWritten,&dwBytesWritten,&m_OsWrite);32.if(!bWriteStat)33.{if(GetLastError()==ERROR_IO_PENDING)34.{WaitForSingleObject(m_osWrite.hEvent,1000);35.returndwBytesWritten;}36.return0;}37.returndwBytesWritten;(四)關閉串口使用CreateFile函數(shù)返回的句柄作為參數(shù)調(diào)用CloseHandle即可：BOOLCloseHandle(HANDLEhObject;//handletoobjecttoclose);第五章系統(tǒng)仿真結果5.1串口通信仿真結果本次設計的串口通信在上位機的界面，利用VC++生成一個系統(tǒng)窗口，顯示串口通信的實時詳細數(shù)據(jù)的傳輸情況。在窗口的上半部分是串口通信的通信內(nèi)容，可以看到正在通信的解碼后的詳細數(shù)據(jù)信息。在左下角外設參數(shù)設置選項，可以實時調(diào)整該串口的串口序號、波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和校驗位。并且設置了“應用設置”按鈕，在右下角是“設置數(shù)據(jù)包”條框，可以把要發(fā)送的數(shù)據(jù)通過手寫輸入并通過串口通信進行數(shù)據(jù)傳輸。在最后還有“關閉串口”，點擊就可以直接退出該串口通信的過程。該界面就像圖5-1顯示的一樣。圖5-1串口通信界面需要注意的是，在調(diào)試對不同的串口數(shù)據(jù)通信的時候，我們必須對通信串口的各個參數(shù)，比如他們的編號、他們的波特率、他們的數(shù)據(jù)位等等不同的參數(shù)進行設置，然后測試同信串口的有效性。在串口通信中，發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)的倆個不同串口對接收數(shù)據(jù)和發(fā)出數(shù)據(jù)都有程式化約定，其中重要的一點的約定就是不同通信串口之間的參數(shù)中的波特率必須相同。5.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)仿真本次設計的溫度數(shù)據(jù)采集包括對溫度數(shù)據(jù)的獲取、加工與保存。本次設計在WIN3