紅外線測溫儀（重用）√

紅外線測溫儀（重用）√,紅外線,測溫,重用 第 1 頁 共 46 頁引言隨著“信息時代”的到來，作為獲取信息的手段——傳感器技術得到了顯著的進步，其應用領域越來越廣泛，對其要求越來越高，需求越來越迫切。傳感器技術已成為衡量一個國家科學技術發(fā)展水平的重要標志之一。因此，了解并掌握傳感器的基本結構、工作原理及特性是非常重要的。為了提高對傳感器的認識和了解，尤其是對溫度傳感器的深入研究以及其用法與用途，基于實用、廣泛和典型的原則而設計了本系統(tǒng)。本文利用單片機結合傳感器技術而開發(fā)設計了紅外抄表系統(tǒng)。文中把傳感器理論與單片機實際應用有機結合，詳細地講述了利用溫度傳感器 DS18B20 測量環(huán)境溫度，以及實現(xiàn)紅外數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程。本設計應用性比較強，只要對電路部分稍加改裝，就可以實現(xiàn)抄讀其它的數(shù)字儀表設備：如數(shù)字電度表，數(shù)字水表等等。設計后的系統(tǒng)具有操作方便，控制靈活等優(yōu)點。其主要功能和指標如下：1、利用溫度傳感器（DS18B20）測量某一點環(huán)境溫度；2、測量范圍為－55℃～＋99℃，精度為±0.5℃； 3、用 4 位數(shù)碼管進行顯示實際溫度值顯示；4、手持端通過紅外發(fā)射管發(fā)射測溫信號；5、測溫端通過紅外發(fā)射管發(fā)送到手持端； 6、手持端可以隨時查看指定待測物體的溫度值。設計的核心是環(huán)境溫度的測量以及紅外數(shù)據(jù)的發(fā)射和接收，和溫度的顯示。文中對每個部分功能、實現(xiàn)過程作了詳細地介紹。 第 2 頁 共 46 頁1 方案選擇該系統(tǒng)主要由溫度測量和數(shù)據(jù)采集和發(fā)送三部分組成。下面列舉兩種實現(xiàn)方案：方案一：溫度檢測可以使用低溫熱偶或鉑電阻，數(shù)據(jù)采集部分則使用帶有 A/D 通道的單片機?？紤]到一般的 A/D 輸入通道都只能接收大信號，所以還要設計相應的放大電路。而模擬信號在長距離傳輸過程中，抗電磁干擾是令人傷腦筋的問題。此方案的軟件簡單，但硬件復雜，且檢測點數(shù)追加時，各敏感元件參數(shù)的不一致性，都將會導致誤差的產生，難以完全清除，而且成本會有較大增長幅度。方案二：使用單片機和數(shù)字式單總線溫度傳感器構成。其具有下列特點：①具有高的測量精度和分辨率，測量范圍大；②抗干擾能力強，穩(wěn)定性好；③信號易于處理、傳送和自動控制；④便于動態(tài)及多路測量，讀數(shù)直觀；⑤安裝方便，維護簡單，工作可靠性高。單總線溫度傳感器可以采用 DALLAS 公司生產的 DS18B20 系列，這類溫度傳感器直接輸出數(shù)字信號，且多路溫度傳感器可以掛在 1 條總線上，共同占用單片機的1 個 I/O 口即可實現(xiàn)。在提升單片機 I/O 口驅動能力的前提下，理論上可以任意擴充檢測的溫度點數(shù)。比較兩個方案后可以發(fā)現(xiàn)，方案二更適合于用作本系統(tǒng)的實施方案。盡管方案二不需要 A/D，但考慮到系統(tǒng)擴充等因素，單片機可以選用 AT98C2051。 第 3 頁 共 46 頁2 硬件部分采用方案二的硬件設計比較簡單，系統(tǒng)構成如圖 1 所示。 圖 1溫度測試系統(tǒng)和手持接收系統(tǒng)組成框圖2.1 DS18B20介紹DALLAS 公司的 DS18B20 單總線數(shù)字傳感器工作溫度范圍是-55℃～125℃，在-30℃～85℃范圍內溫度測量精度為±0.5℃；具有溫度報警功能，用戶可設置最高和最低報警溫度，且設置值掉電不丟失；采用 DALLAS 公司特有的單總線通信協(xié)議，只用一條數(shù)據(jù)線就可實現(xiàn)與 MCU 的通信；此外，DS18B20 能夠直接從數(shù)據(jù)線獲得電源，無需外部電池供電。DS18B20 通過使用在板（on_board）溫度測量專利技術來測量溫度。其溫度測量電路是通過計數(shù)時鐘周期來實現(xiàn)的，DS18B20 有兩個溫度系數(shù)振蕩器，溫度測量時對高溫度系數(shù)振蕩器產生的門開同期內，低溫度系數(shù)振蕩器經歷的時鐘周期的個數(shù)進行計數(shù)而得到的。DS18B20 數(shù)字溫度傳感器提供 9 位（二進制）溫度讀數(shù)，指示器件溫度，所以無需A/D 轉換。信息經過單線接口送入 DS18B20 或從 DS18B20 送出，因此從主機 CPU 到DS18B20 僅需一條線連接，而且 DS18B20 的電源可由數(shù)據(jù)線本身提供（相對于外部電源，轉換時間要延長）。因此每一個 DS18B20 在出廠時已經給定了唯一的序號因此從理論DS18B20數(shù)碼管 紅外發(fā)射紅外接收AT89C51紅外接收紅外發(fā)射按鍵數(shù)碼管AT89C51 第 4 頁 共 46 頁AT89C51DS18B20上說任意多個 DS18B20 可以連接在一條單線總線上。DS18B20 的測量范圍從-55℃到+125℃，增量為 0.5℃（最高精度可達 0.1℃），轉換速度小于 1s（典型值）。而在本遙測系統(tǒng)中采用外部電源供電溫度測量工作方式，其中電阻 R 是上拉電阻，使得單線總線的空閑狀態(tài)是高電平。它與 CPU（AT89C51）的接法如圖 2。 5 VR地圖 2 DS18B20 與單片機的連接由于 DS18B20 只有一根數(shù)據(jù)線。因此它和主機（單片機）通信是需要串行通信，而 AT89C51 有兩個串行端口，所以可以不用軟件來模擬實現(xiàn)。經過單線接口訪問DC18B20 必須遵循如下協(xié)議：初始化、ROM 操作命令、存儲器操作命令和控制操作。要使傳感器工作，一切處理均從序列開始。主機發(fā)送（Tx）--復位脈沖（最短為 480μs 的低電平信號）。接著主機便釋放此線并進入接收方式（Rx）?？偩€經過 4.7K 的上拉電阻被拉至高電平狀態(tài)。在檢測到I/O 引腳上的上升沿之后，DS18B20 等待 15-60μs,并且接著發(fā)送脈沖（60-240μs 的低電平信號）。然后以存在復位脈沖表示 DS18B20 已經準備好發(fā)送或接收，然后給出正確的 ROM 命令和存儲操作命令的數(shù)據(jù)。DS18B20 通過使用時間片來讀出和寫入數(shù)據(jù)，時間片用于處理數(shù)據(jù)位和進行何種指定操作的命令。它有寫時間片和讀時間片兩種。寫時間片：當主機把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時，產生寫時間片。有兩種類型的寫時間片：寫 1 時間片和寫 0 時間片。所有時間片必須有 60 微秒的持續(xù)期，在各寫周期之間必須有最短為 1 微秒的恢復時間。讀時間片：從 DS18B20 讀數(shù)據(jù)時，使用讀時間片。當主機把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時產生讀時間片。數(shù)據(jù)線在邏輯低電平必須保持至少 1 微秒；來自DS18B20 的輸出數(shù)據(jù)在時間下降沿之后的 15 微秒內有效。為了讀出從讀時間片開始算起 15 微秒的狀態(tài)，主機必須停止把引腳驅動拉至低電平。在時間片結束時，I/O 引腳經過外部的上拉電阻拉回高電平，所有讀時間片的最短持續(xù)期為 60 微秒，包括兩個讀周期間至少 1μs 的恢復時間。 第 5 頁 共 46 頁一旦主機檢測到 DS18B20 的存在，它便可以發(fā)送一個器件 ROM 操作命令。所有 ROM操作命令均為 8 位長。DS18B20 的引腳定義和封裝形式如圖 3 所示。DQ 為數(shù)字信號輸入/輸出端；GND 為電源地；VDD 為外接電源。DS18B20 的光刻 ROM 中存有 64 位序列號，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼。64 位光刻 ROM 的排列是：開始 8 位（28H）是產品類型標號，接著的 48 位是該DS18B20 自身的序列號，最后 8 位是前面 56 位的循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻 ROM 的作用是使每一個 DS18B20 擁有惟一的地址序列碼，以確保在一根總線上掛接多個 DS18B20。所有的串行通訊，讀寫每一個 bit 位數(shù)據(jù)都必須嚴格遵守器件的時序邏輯來編程，同時還必須遵守總線命令序列，對單總線的 DS18B20 芯片來說，訪問每個器件都要遵守下列命令序列：首先是初始化；其次執(zhí)行 ROM 命令；最后就是執(zhí)行功能命令(ROM 命令和功能命令后面以表格形式給出)。 如果出現(xiàn)序列混亂，則單總線器件不會響應主機。當然，搜索 ROM 命令和報警搜索命令，在執(zhí)行兩者中任何一條命令之后，要返回初始化。 基于單總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，初始化過程由主機發(fā)出的復位脈沖和從機響應的應答脈沖組成。應答脈沖使主機知道，總線上有從機，且準備就緒。在主機檢測到應答脈沖后，就可以發(fā)出 ROM 命令。這些命令與各個從機設備的唯一 64 位 ROM 代碼相關。在主機發(fā)出 ROM 命令，以訪問某個指定的 DS18B20，接著就可以發(fā)出 DS18B20 支持的某個功能命令。這些命令允許主機寫入或讀出 DS18B20 便箋式RAM、啟動溫度轉換。軟件實現(xiàn) DS18B20 的工作嚴格遵守單總線協(xié)議：(1)主機首先發(fā)出一個復位脈沖，信號線上的 DS18B20 器件被復位。(2)接著主機發(fā)送 ROM 命令，程序開始讀取單個在線的芯片 ROM 編碼并保存在單片機數(shù)據(jù)存儲器中，把用到的 DS18B20 的 ROM 編碼離線讀出，最后用一個二維數(shù)組保存ROM 編碼，數(shù)據(jù)保存在 X25043 中。(3)系統(tǒng)工作時，把讀取了編碼的 DS18B20 掛在總線上。發(fā)溫度轉換命令，再總線復位。(4)然后就可以從剛才的二維數(shù)組匹配在線的溫度傳感器，隨后發(fā)溫度讀取命令就可以獲得對應的溫度值了。在主機初始化過程，主機通過拉低單總線至少 480us，來產生復位脈沖。接著，主機釋放總線，并進入接收模式。當總線被釋放后，上拉電阻將單總線拉高。在單總線器件檢測到上升沿后，延時 15～60us，接著通過拉低總線 60-240us，以產生應答脈沖。寫時序均起始于主機拉低總線，產生寫 1 時序的方式：主機在拉低總線后，接著 第 6 頁 共 46 頁必須在 15us 之內釋放總線。產生寫 0 時序的方式：在主機拉低總線后，只需在整個時序期間保持低電平即可(至少 60us)。在寫字節(jié)程序中的寫一個 bit 位的時候，沒有按照通常的分別寫 0 時序和寫 1 時序，而是把兩者結合起來，當主機拉低總線后在 15us 之內將要寫的位 c 給 DO：如果 c是高電平滿足 15us 內釋放總線的要求，如果 c 是低電平，則 DO＝c 這條語句仍然是把總線拉在低電平，最后都通過延時 58us 完成一個寫時序(寫時序0 或寫時序 1)過程。每個讀時隙都由主機發(fā)起，至少拉低總線 1us，在主機發(fā)起讀時序之后，單總線器件才開始在總線上發(fā)送 0 或 1。所有讀時序至少需要 60us。單片機通過命令實現(xiàn)對 DS18B20 的控制，其支持的主要命令如表 1 所示。表 1 DS18B20 主要命令及其功能說明命令碼 功能說明 命令碼 功能說明33H 讀 ROM 中的 64 位地址序列碼 BEH 讀 9 字節(jié)暫存寄存器55H只有地址碼匹配的 DS18B2 才能接收后續(xù)的命令4EH寫入溫度上/下限，緊隨其后是 2 字節(jié)數(shù)據(jù)，對應上限和下限值F0H鎖定總線上 DS18B20 的個數(shù)和識別其 ROM 中的 64 位地址序列碼48H將 9 字節(jié)暫存寄存器的第 3和 4 字節(jié)復制到 EEPROM 中ECH只有溫度超過上限或下限的DS18B20 才做出響應B8H將 EEPROM 的內容恢復到暫存寄存器的第 3 和 4 字節(jié)44H啟動 DS18B20 進行溫度轉換，結果存入 9 字節(jié)的暫存寄存器B4H讀供電模式，寄生供電時DS18B20 發(fā)送 0，外接電源時DS18B20 發(fā)送 1CCH忽略地址序列碼，適合單片DS18B202.2 單片機的選擇(1)AT89C51 的特性及引腳說明①主要特性·與MCS-51 兼容 ·4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 ·壽命：1000寫/擦循環(huán) 第 7 頁 共 46 頁·數(shù)據(jù)保留時間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz·三級程序存儲器鎖定·128*8位內部RAM·32可編程I/O線·兩個16位定時器/計數(shù)器·5個中斷源 ·可編程串行通道 ·低功耗的閑置和掉電模式·片內振蕩器和時鐘電路 AT89C51的引腳功能，圖4所示:圖 4 AT89C51的引腳功能圖②管腳說明—VCC：供電電壓。—GND：接地?！狿0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每個管腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳寫“1”時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FLASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FLASH進行校驗 第 8 頁 共 46 頁時，P0輸出原碼，此時P0外部電位必須被拉高?！狿1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入“1”后，電位被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 —P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳電位被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。作為輸入時，P2口的管腳電位被外部拉低，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉的優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號?！狿3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入時，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流(ILL)，也是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：P3.0 RXD(串行輸入口)P3.1 TXD(串行輸出口)P3.2 (外部中斷0)0INTP3.3 (外部中斷1)1P3.4 T0(記時器0外部輸入)P3.5 T1(記時器1外部輸入)P3.6 (外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)WRP3.7 (外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)DP3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號?！猂ST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間?！?：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的PROGALE/地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。— ：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取址期間，每個機器PSEN 第 9 頁 共 46 頁周期 兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 信號將不出現(xiàn)。PSEN PSEN— ：當 保持低電平時，訪問外部ROM；注意加密方式1時， 將內部VA/ A鎖定為RESET；當 端保持高電平時，訪問內部ROM。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)?！猉TAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入?！猉TAL2：來自反向振蕩器的輸出。③內部結構框圖如圖5所示。圖5 AT89C51的內部結構框圖(2)AT89C51 的基本操作如圖 6 所示，在 X1 和 X2 之間接一只石英振蕩晶體構成了單片機的時鐘電路，它還有另一種接法，是把外部振蕩器的信號直接連接到 XTAL1 端，XTAL2 端懸空不用。AT89C51 復位引腳 RST/VP 通過片內一個施密特觸發(fā)器(抑制噪聲作用)與片內復位電路相連，施密特觸發(fā)器的輸出在每一個機器周期由復位電路采樣一次。當振蕩電路工作，并且在 RST 引腳上加一個至少保持 2 個機器周期的高電平時，就能使 AT89C51完成一次復位。復位不影響 RAM 的內容。復位后，PC 指向 0000H 單元，使單片機從起始地址 0000H 單元開始重新執(zhí)行程序。所以，當單片機運行出錯或進入死循環(huán)時，可按復位鍵重新啟動。MCS-51單片機通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種復位方式。上電復位利用電容器充電來實現(xiàn)。按鈕復位又分為按鈕電平復位和按鈕脈沖復位。前者將復位端通過電阻與Vcc相接；后者利用RC微分電路產生正脈沖來達到復位目的。復位電路參數(shù)的選擇應能保證復位高電平持續(xù)時間大于2個機器周期。本系統(tǒng)采用的是按鍵脈沖復位，具體電路和原理將在下面的章節(jié)介紹。圖 6 AT89C51基本操作電路振蕩器特性：XTAL1、XTAL2為片內振蕩器的反相放大器的輸入和輸出端。可采用石英晶體或陶瓷振蕩器組成時鐘振蕩器，如需從外部輸入時鐘AT89C51，時鐘信號從XTAL1輸入，XTAL2應懸空。由于輸入到內部電路是經過一個2分頻觸發(fā)器，所以輸入的外部時鐘信號無需特殊要求，但它必須符合電平的最大和最小值及時序規(guī)范。2.3 其它元器件的選擇 第 10 頁 共 46 頁除了測溫芯片DS18B20以及單片機AT89C51以外，在電源輸入部分還選用了L7805CV穩(wěn)壓芯片和濾波電容，以及用于紅外部分的4011四與非門邏輯芯片，當然還有紅外發(fā)射和接收管，這里接收管采用TO-92三腳封裝的一體化接收頭，顯示不分采用了12PIN的數(shù)碼管LDS-5461AH,總共可以顯示四位數(shù)據(jù)和小數(shù)點，其位選部分使用了NPN三極管來進行位掃描。具體功能及細節(jié)詳見電路原理部分。2.4 電路設計由于是基于單片機實現(xiàn)，硬件電路就相對簡單很多，只需要設計一下電源穩(wěn)壓電路、鍵盤電路、顯示電路、測溫電路、紅外發(fā)射和接收電路以及它們與單片機的連接即可。(1)單片機工作部分由圖 6 已知 AT89C51 的基本操作電路。但其中的一些參數(shù)還得依據(jù)具體要求來設計。具體接幾兆晶體是基于機器周期考慮。一個機器周期由 6 個狀態(tài)(S1－S6) 組成，每個狀態(tài)又持續(xù)兩個振蕩周期(分為 P1 和 P2)。這樣，一個機器周期由 12 個振蕩周期組成，由 S1P1(狀態(tài) 1 節(jié)拍 1)到 S6P2(狀態(tài) 6 節(jié)拍 2)。若是采用 12MHz 的晶體振蕩器，則每個周期恰好為 1us，如此對于編程而言相對容易些。因而選擇 12MHz 的晶體振蕩器。此外在兩引腳之間加入一個 20pF 的小電容是為了使系統(tǒng)更穩(wěn)定，避免雜音干擾而關機。(2)電源部分如圖 7 所示，電源接入采用 5V 的直流電對整個系統(tǒng)供電，使用了 L7805CV 芯片來對輸入電壓進行穩(wěn)壓，在芯片旁邊設計了三個電容，它們的目的是慮除外界對電路的干擾，使電路得到一個穩(wěn)定線性的直流電壓。為了確認電路進入工作狀態(tài)，還在設計時加入了一個發(fā)光二極管，用于顯示電源是否正常工作，如果電路處于接電狀態(tài)，二極管就會導通而發(fā)光。圖 7 電源接入部分 第 11 頁 共 46 頁(3)顯示部分的設計由 LED 組成的 7 段發(fā)光管顯示器是不太復雜的單片機應用系統(tǒng)常用外部設備之一，在這里我們就選用一個 4 數(shù)碼管一體化來顯示溫度值，當測得的溫度是大于零時（正溫度）顯示兩位整數(shù)和兩位小數(shù)，當溫度是小于零時（零下）第一位自動顯示“-”號，后三位顯示兩位整數(shù)和一位小數(shù)。①7 段發(fā)光管顯示器由 7 段發(fā)光線段組成，并按“日”字形排列，每一段都是一個發(fā)光二極管，如圖 8 所示。圖中將 7 個 LED 的陰極連在一起，稱之為共陰極接法。反之為共陽極接法。②如果將公共陰極接地，而在 a～g 各段的陽極加上不同的電壓，就會使各段的發(fā)光情況不同，形成不同的發(fā)光字符。加在 7 段陽極上的電壓可以用數(shù)字量表示，如果某一段的陽極為數(shù)字量 1，則這個段就發(fā)光；如為 0，則不發(fā)光。數(shù)字量與段的對應關系如表 2 所示。表 2 七段 LED 字形碼顯示字符 共陽極字符碼共陰極字符碼0 3FH C0H1 06H F9H2 5BH A4H3 4FH B0H4 66H 99H5 6DH 92H6 7DH 82H7 07H F8H8 7FH 80H9 6FH 90H圖 8 七段結構及外形圖 在這次電子日歷時鐘的設計中使用了四個 7 段 LED 顯示器，而多位顯示器連用有兩種方法。其一，每一位都用各自的 8 位輸出口控制，在顯示某字符時，相應的段恒定發(fā)光或不發(fā)光。這種顯示方法屬于靜態(tài)顯示。顯然，靜態(tài)顯示需占用較多的 I/O 口線。其二，是動態(tài)顯示。即將多個 7 段 LED 的段選端復接在一起，只用一個 8 位輸出口控制段選，段選碼同時加到各個 7 段 LED 顯示器上，通過控制各個顯示器公共陽極輪流接高電平的辦法，逐一輪流地啟動各個 LED。在這種方法中，只要恰當?shù)剡x擇點亮時間和間隔時間，就會給人以這樣一種假相：似乎各位 LED 是“同時”顯示的。動態(tài)顯示法是目前各種單片機采用的流行方法。其優(yōu)點是硬件簡單， “動態(tài)”由軟件實現(xiàn)。 第 12 頁 共 46 頁因而我選用動態(tài)顯示的方法。(4)LED 驅動電路的設計LED 是電流控制的顯示器件，若想使 LED 發(fā)光則必須保證有足夠大的電流流過 LED的各段。流過 LED 的電流大時，LED 發(fā)光亮度高；流過 LED 的電流小時，LED 發(fā)光亮度就低，為了使 LED 能夠長期可靠地工作應使流過 LED 的電流為其額定電流。為 LED 顯示器提供電流的電路稱為 LED 的驅動電路。由于顯示部分選擇了動態(tài)顯示，因此驅動電路也選擇動態(tài)驅動。動態(tài)顯示電路的驅動電路分為段驅動電路和位驅動電路兩種。段驅動電路考慮到所有的段電流均流過位選線，因此位驅動電路的驅動能力應為段驅動能力的 8 倍(最嚴重情況八段全亮)。圖 9 為動態(tài)顯示時的驅動電路原理圖，圖中采用了達林頓復合驅動電路。驅動電路可采用分立元件電路，也可采用集成驅動電路，此外有些硬件譯碼電路本身包括驅動電路。由于這里采用動態(tài)輸出，且單片機的內部結構決定了數(shù)碼管可以直接由單片機驅動。因此采用分立元件的顯示驅動電路也很簡單，如圖10所示。 限流電阻段碼 a~g 段驅動電路位選線位驅動電路圖 9 動態(tài)驅動電路圖 10 位選控制電路具體顯示部分電路如圖 11 所示。它是 4 位 LED 動態(tài)顯示接口電路。LED 顯示器為 第 13 頁 共 46 頁共陽極，字段線并聯(lián)，共用 AT89C51 的 P0 口(輸出字段碼)，每位 LED 的公共端由89C51 的 P2 口控制，即由 P2 口輸出位碼，經過開關三極管控制位選。顯然圖中各顯示位不可能同時顯示不同的數(shù)字或符號，只有采用動態(tài)的方法輪流使每位顯示器顯示，并保留一段時間，通常保留時間為 10ms。由于 LED 具有余輝性以及人眼視覺的惰性，雖然每位顯示器的顯示是分時段性，但只要適當選取掃描頻率，人眼的視覺就是連續(xù)的。圖 11 四位動態(tài) LED 顯示器接口電路(5)鍵盤電路的設計這里設計鍵盤的功能是清零，啟動和單片機復位鍵，所以手持端只需三個鍵測溫端只需一個鍵即可完成。單片機系統(tǒng)所用的鍵盤有編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。①編碼鍵盤本身除了按鍵之外，還包括產生鍵碼的硬件電路。只要按下編碼鍵盤的某一個鍵，它就能產生這個鍵的代碼，并稱為鍵碼，與此同時還產生一個脈沖信號，以通知 CPU 接收鍵碼，編碼鍵盤的優(yōu)點是使用比較方便，亦不需要編寫太復雜的程序。其缺點是使用的硬件較復雜。②非編碼鍵盤的按鍵是排列成行、列矩陣形式的。按鍵的作用只是簡單地實現(xiàn)接點的接通或斷開，因此必須有一套相應的程序與之配合，才能產生相應的鍵碼，非編碼鍵盤幾乎不需要附加什么硬件電路。因此為了簡潔電路，我使用非編碼鍵盤。但使用非編碼鍵盤需要通過軟件來解決按鍵的識別、防抖動以及如何產生鍵碼的問題。 第 14 頁 共 46 頁基于鍵數(shù)少的原因我采用獨立式鍵盤接口與單片機相連接，因為它占用的I/O口不多。圖中每個按鍵占用一個口，彼此獨立，互不影響。上拉電阻保證按鍵沒被按下時，I/O口輸入高電平。獨立式鍵盤可工作在查詢方式下，通過I/O口讀入鍵狀態(tài)，當有鍵被按下時I/O口變?yōu)榈碗娖?，而未被按下的鍵對應為高電平，這樣通過讀電平狀態(tài)可判斷是否有鍵按下和哪個鍵被按下。(6)紅外發(fā)射與接收利用單片機異步通訊口，用紅外光發(fā)射管和一體化接收管來實現(xiàn)接收和發(fā)送點信號的功能。通訊距離約3-10米，異步通訊波特率1200。圖 12 紅外發(fā)射和接收電路電路原理：紅外發(fā)送電路由4011MOS與非門和38KHz振蕩器組成，串口發(fā)送控制門電路和紅外光發(fā)射管驅動輸出電路組成。單片機串口發(fā)送TXD端為‘0’時，紅外光發(fā)射管發(fā)出38KHz調制紅外光線。TXD端為‘1’時,發(fā)射管就不發(fā)光。見上圖12。紅外接收電路為紅外接收專門集成電路，當收到38KHz調制紅外光線時，輸出端為‘0’ ，平時為‘1’ 。正可與單片機串口發(fā)送接收端RXD配接。（7）實際電路最終通過Protel 99 SE軟件將以上各個部分電路及元器件組合在一起，得到一個完整的電路圖，如圖13和圖14。然后對各個元器件進行合理的封裝，對封裝后的PCB進行排版以得到最好的布局，為接下來焊接元器件有一定的幫助，而且合理的布局也能使完成后的實物更美觀。 第 15 頁 共 46 頁由于本設計兩部分電路都有紅外發(fā)射和接收部分，而區(qū)別在于遠端有一個測溫電路而手持端沒有，所以在設計電路圖時將兩部分設計成一樣的結構，即在手持端也有設計了測溫芯片的接口，只要對手持端的程序稍加修改也能實現(xiàn)測溫的功能。這樣在后期制作時便于對電路的安裝與調試，而且也有利于電路的功能擴展。下面給出了兩部分的電路圖。圖 13 測溫端電路圖圖 14 手持端電路圖 第 16 頁 共 46 頁3 軟件部分軟件用 C 語言進行編程，采用模塊化設計方法。圖 15 手持端與測溫端的框圖3.1 軟件模塊的劃分該系統(tǒng)的控制軟件主要可以分為測溫和紅外兩個大的部分，其中具體有單片機初始化程序、定時中斷服務程序、DS18B20 接口程序、紅外發(fā)射編碼和紅外接收解碼程序等模塊。3.1.1 定時/計數(shù)器應用(1)定時/計數(shù)器功能簡介AT89C51單片機內部設有兩個16位可編程的定時/計數(shù)器，簡稱定時器0和定時器1，分別用T0和T1表示。其功能同一般定時計數(shù)器，主要作用是：第一，作為一段特定時間長短的定時；第二，可以計算由T1或T0引腳輸入的脈沖數(shù)，前者在應用上可以產生正確的時間延遲及定時去執(zhí)行中斷服務程序，而后者則是計數(shù)器或者計頻器的設計。在本設計中這兩種作用都用到了。這兩個定時器本身有四種工作模式可供使用，如表3所示。表3 四種工作模式接收數(shù)據(jù)發(fā)送信號開始顯示開始接收信號顯示發(fā)送數(shù)據(jù)測溫 第 17 頁 共 46 頁M1 MO 工作方式 功能說明0 0 模式 0 13 位計數(shù)器 0 1 模式 1 16 位計數(shù)器1 0 模式 2 8 位自動重裝計數(shù)器1 1 模式 3 定時器 0：分成兩個 8 位計數(shù)器定時器 1：停止計數(shù)(2)定時器相關的控制寄存器TMOD為模式控制寄存器，主要用來設置定時/計數(shù)器的操作模式；TCON為控制寄存器，主要用來控制定時器的啟動與停止。兩個16位的定時/計數(shù)器T0和T1均可以分成2個獨立的8位計數(shù)器即TH0、TL0、TH1、TL1，它們用于存定時或計數(shù)的初值。①模式控制寄存器--TMOD TMOD是一個專用寄存器，用于控制T1和T0的操作模式及工作方式，其各位定義如下：D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0GATE C/TM1 M0 GATE C/TM1 M0定時器1 定時器0· GATE：門控位。當 GATE＝0，定時器只由軟件控制位 TR0 或 TR1 來控制啟停。位為 1，定時器啟動開始工作；為 0 時，定時器停止工作。當 GATE＝1 時，定時器iTR的啟動要由外部中斷引腳和 位共同控制。只有當外部中斷引腳 或 為高時，iTR0INT置 1 才能啟動定時器工作。i·C/ ：功能選擇位。當 C/ ＝O 時設置為定時器工作方式；計數(shù)脈沖由內部提供，計數(shù)周期等于機器周期。當 C/ ＝1 時設置為計數(shù)器工作方式，計數(shù)脈沖為外部引腳 T0 或 T1 的引入的外部脈沖信號?！1、M0：操作模式控制位，2 位可形成 4 種編碼，對應于 4 種操作模式。TMOD 模式控制寄存器不能進行位尋址，只能用字節(jié)傳送指令設置定時器的工作方式及操作模式，低 4 位用于定義定時器 0，高 4 位用于定義定時器 1。系統(tǒng)復位時 TMOD所有位均為 0。模式控制字的設置舉例：若設置定時器 1 為定時器工作方式，由軟件啟動，選擇操作模式 2；定時器 0 為計數(shù)方式，由軟件啟動，選擇操作模式 1。則 TMOD 各位設置為：0 0 l 0 0 1 O l 25H用 MOV TMOD，＃25H 指令寫入 TMOD 中。②控制寄存器--TCON 第 18 頁 共 46 頁TCON 的作用是用于控制定時器的啟動、停止及定時器的溢出標志和外部中斷觸發(fā)方式等。各位定義如下：8FH 8EH 8DH 8CH 8BH 8AH 89H 88HTF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0·TF1和TF0；分別為定時器1和定時器0溢出標志。當定時器計滿產生溢出時，由硬件自動置“1” ，并可申請中斷。進人中斷服務程序后，由硬件自動清0。這兩位也可作為程序查詢的標志位，在查詢方式下應由軟件來清0。·TR1 和 TR0：為定時器 1 和定時器 0 的啟動控制位。當由軟件使 清 0 而停止iTR定時器的工作。定時器啟動時該位應置“1” 。定時器的啟動與門控位和外部中斷引腳有關。當 GATE 設置為 0，定時器的啟動由＝1 控制；而當 GATE 設置為 1 時，定時器啟動除了 ＝1 外，還要求外部中斷引iTR iTR腳 ＝1 時定時器方可啟動工作。IN·IE1 和 IE0：為外部中斷 1 和外部 0 的中斷請求標志位。當外部中斷源INTI有請求時其對應的中斷標志位置“1” 。其復位由觸發(fā)方式來設置。·IT1 和 IT0：為外部中斷 1 和外部中斷 0 的觸發(fā)方式選擇位。 設置為“0”時iIT為電平觸發(fā)方式；設置為“1”時為邊沿觸發(fā)方式。TCON 中低 4 位是與外部中斷有關的位，高 4 位為定時器控制位。它是一個可以進行位尋址的寄存器。當系統(tǒng)復位時所有位均為 0。若要啟動定時器可以使用位操作指令SETB 來啟動。iTR(3)定時計數(shù)器的操作模式①模式 0模式 0 是一個 13 位的定時/計數(shù)器，16 位的寄存器只用了高 8 位( )和低 5 位(iTH的 D4－D0 位)， 的高 3 位未用。iTLiTL計時工作脈沖定時器的工作時鐘可以由內部或是外部來提供，由 C/ 位來決定，當 C/ ＝1 時，由外部引腳 T0 來供給，作為計數(shù)器使用，當 C/ ＝0 時，則由內部時鐘來提供，作為T一般的定時器使用，而定時器的時鐘為系統(tǒng)工作時鐘除以 12，在 AT89C51 中，石英振蕩晶體使用 11.0592MHz，所以定時器每一個計數(shù)時間脈沖寬為：12/11.0592MHz＝1.085us （3.1.1）若石英振蕩晶體改為 12MHz，定時器每一個計數(shù)時間脈沖寬為：12/12MHz＝1.0us （3.1.2） 第 19 頁 共 46 頁激活定時器定時器動作的必要條件有：·GATE=0 時，TR0＝1，定時器 0 就會工作；·GATE＝1 時，除了 TR0＝1，INT0 還須是高電平。若使用定時器內部時鐘工作 C/ ＝0，GATE=0，在模式 0 操作下，用命令：TMOV TMOD,#00H便可設置定時器 0 于模式 0 做計時工作，將 TR0 設為 1，定時器便會開始工作了。定時時間長短設置在模式 0 工作下，計數(shù)器最多可計數(shù)個數(shù)為 M= ＝8192，由 0 到 8192 便產生溢32出而引發(fā)中斷信號，引起定時器 0 的中斷(TF0＝1)?？赡苤灰嫈?shù) 100 個脈沖便產生中斷，只要將初值 8092(8192-100)加載計數(shù)器即可，一旦激活計數(shù)器后，計數(shù)變?yōu)?093、8094、……一直到 8192 則產生中斷，這樣就計數(shù) 100 次了，而時間長度為：1.085us*100＝108.5us （3.1.3）也就是經過 108.5us 后就產生中斷了。在定時器 0 中，加載定時器的初值，匯編語言指令為：TL0=(8192-C).MOD.32 （3.1.4）TH0=(8192-C)/32 （3.1.5）其中 C 為所要計數(shù)的值， “MOD”為取余數(shù)的運算，除以 32 后取余數(shù)部分。 “/”為除法運算，在做完除法后取整數(shù)部分。計時溢出當計時終了產生溢出，定時器應用兩種方法可知道系統(tǒng)產生定時器中斷了：·檢查其中斷控制寄存器 TCON 中的 TF0 及 TF1，若為 1 則表示產生計時溢出了。·執(zhí)行對應的中斷服務程序。②模式 1在模式 1 工作下，計數(shù)器最多可計數(shù)個數(shù)為 M＝ ＝65536，計時時間最長為1621.085us*65536＝72ms （3.1.6）而計數(shù)初值的加載方法為：TL0＝(65536-C).MOD.256 （3.1.7）TH0＝(65536-C)/256 （3.1.8） 第 20 頁 共 46 頁其中 C 為所要計數(shù)的值，計數(shù)時間長度為：1.085us*C （3.1.9）③模式 2模式 2 有自動重新加載初值的功能，使定時器做更精確的計時。在模式 2 工作下，計數(shù)器最多可計數(shù)個數(shù)為 M＝ ＝256，計時時間最長為：821.085us*256＝0.28ms （3.1.10）而計數(shù)初值的加載方法為：TH0＝256-C （3.1.11）其中 C 為所要計數(shù)的值，計數(shù)時間長度為：1.085us*C （3.1.12）④模式 3在模式3中，定時器1停止計時工作，而定時器0分為兩個獨立的8位定時器。其計數(shù)初值加載方法同模式2。3.1.2 中斷控制應用(1)中斷源AT89C51 單片機的中斷源：2 個外部輸人中斷源 (P3.2)和 (P3.3)；3 個0INT1IT內部中斷源 T0 和 T1 的溢出中斷源及串行口發(fā)送/接收中斷源。在本系統(tǒng)中只使用了 3個內部中斷源：TF0 和 TF1：定時器 0 和定時器 1 的溢出中斷。當 T0 或 T1 計數(shù)器加 1，計數(shù)產生溢出時，則將 TCON 中的 TF0 或 TF1 置 1，向 CPU 申請中斷。RI 和 TF1：串行口的接收和發(fā)送中斷。當串行口接收或發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)時，將TCON 中的 RI 或 TI 位置 1，向 CPU 申請中斷。當某中斷源的中斷請求被 CPU 響應之后，CPU 將自動把此中斷源的中斷入口地址(又稱中斷矢量地址)裝入 PC，中斷服務程序即從此地址開始執(zhí)行。因此一般在此地址單元中存放一條絕對跳轉指令，可以跳至用戶安排的中斷服務程序的入口處。AT89C51單片機各中斷源的矢量地址是固定的。見表 4。表 4 單片機中斷源的矢量地址表中斷源 矢量地址 自然優(yōu)先級 第 21 頁 共 46 頁外部中斷 0 中斷INT0003HT0 定時器 0 中斷 000BH外部中斷 1 中斷 0013HT1 定時器 1 中斷 002BHR1 或 T1 串行口中斷 0023H最高最低(2)中斷請求標志SCON 的中斷標志串行口的中斷請求標志由串行口控制寄存器 SCON 的 D0 和 D1 位來設置。RI(SCON.0)為接收中斷標志位；TI(SCON.1)為發(fā)送中斷標志位。其中斷申請信號的產生過程為：發(fā)送過程：當 CPU 將一個數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器 SBUF 時，就啟動發(fā)送。每發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)。由硬件自動將 TI 位置 1。但 CPU 響應中斷時，并不能清除 TI 位，所以必須由軟件清除。接收過程：在串行口允許接收時．即可串行接收數(shù)據(jù)，當一幀數(shù)據(jù)接收完畢，由硬件自動將 RI 位置 1。同樣 CPU 響應中斷時不能清除 RI 位，必須由軟件清除。AT89C51 單片機系統(tǒng)復位后，TCON 和 SCON 中各位均清 0，應用時要注意各位的初始狀態(tài)。(3)中斷允許控制①中斷的開放和屏蔽AT89C51 單片機中的專用寄存器 IE 稱為中斷允許寄存器，其作用是用來對各中斷源進行開放或屏蔽的控制。其各位的定義如下：AFH AEH ADH ACH ABH AAH A9H A8HEA — ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0—IE.7：EA0。CPU 中斷允許位。EA＝1，CPU 開放中斷；EA＝0,CPU 屏蔽所有中斷請求。—IE.4：ES0。串行中斷允許位。ES＝1,允許串行口中斷；ES＝0，禁止串行口中斷?！狪E.3：ET1。T1 中斷允許位。ET1=1,允許 T1 中斷；ET1=0,禁止 T1 中斷。—IE.2：EX1。外部中斷 1 允許位。EX1＝1,允許外部中斷 1 中斷；EX1＝0,禁止外部中斷 1 中斷?！狪E.1：ET0。T0 中斷允許位。ET0＝1,允許 T0 中斷；ET0＝0,禁止 T0 中斷?！狪E.0：EX0。外部中斷 0 允許位。EX0＝1,允許外部中斷 0 中斷；EX0＝0,禁止外部中斷 0 中斷。 第 22 頁 共 46 頁系統(tǒng)復位后，IE 中各中斷允許位均被清零，即禁止所有中斷。②中斷源優(yōu)先級結構靠設置 IP 寄存器把各中斷源的優(yōu)先級分為高低 2 級，它遵循 2 條基本原則：·低優(yōu)級中斷可以較高優(yōu)先級中斷所中斷，反之不能?！ひ环N中斷(不管什么優(yōu)先級)一旦得到響應，與它同級的中斷不能再中斷它。為了實現(xiàn)這 2 條規(guī)則，中斷系統(tǒng)內部包含 2 個不可尋址的“優(yōu)先級激活”觸發(fā)器。其中一個指示某高優(yōu)級的中斷正在得到服務，所有后來的中斷都被阻斷。另一個觸發(fā)器指示某低優(yōu)先級的中斷正在得到服務，所有同級的中斷都被阻斷，但不阻斷高優(yōu)先級的中斷。當 CPU 同時收到幾個同一優(yōu)先級的中斷請求時，根據(jù)內部的硬件查詢順序，CPU 將按自然優(yōu)先級順序確定該響應哪個中斷請求。其自然優(yōu)先級由硬件形成，排列如表：表 5 自然優(yōu)先級中斷源 同級自然優(yōu)先級外部中斷 0定時器 0 中斷外部中斷 1定時器 1 中斷串行口中斷最高級最低級定時器 2 中斷 最低級(52 系列單片機中)在每一個機器周期中，CPU 對所有中斷源都順序地檢查一遍，這樣到任一機器周期的 S6 狀態(tài)，可找到所有已激活的中斷請求，并排好了優(yōu)先級。在下一個機器周期的 S1狀態(tài)，只要不受阻斷就開始響應其中最高優(yōu)先級的中斷請求。若發(fā)生下列情況，中斷響應會受到阻斷：·同級或高優(yōu)先級的中斷正在進行中；·現(xiàn)在的機器周期還不是執(zhí)行指令的最后一個機器周期，即正在執(zhí)行的指令還沒完成前不響應任何中斷；·正在執(zhí)行的是中斷返回指令 RETI 或是訪問專用寄存器 IE 或 IP 的指令，換而言之，在 RETI 或者讀寫 IE 或 IP 之后，不會馬上響應中斷請求，至少要在執(zhí)行其它一條指令之后才會響應。若存在上述任一種情況，中斷查詢結果就被取消。否則，在緊接著的下一個機器周期，中斷查詢結果變?yōu)橛行А?4)中斷處理過程中斷處理過程可分為三個階段：即中斷響應、中斷處理和中斷返回。由于各計算機系統(tǒng)的中斷系統(tǒng)硬件結構不同，中斷響應的方式就有所不同。 第 23 頁 共 46 頁①中斷響應中斷響應條件CPU 響應中斷的條件有：·有中斷源發(fā)出中斷請求；·中斷總允許位 EA＝1，即 CPU 開中斷；·申請中斷的中斷源的中斷允許位為 1，即沒有被屏蔽。以上條件滿足，一般 CPU 會響應中斷，但在上一節(jié)中所述的中斷受阻斷的情況下，本次的中斷請求 CPU 不會響應。如果中斷響應條件滿足，而且不存在中斷受阻的情況下，則 CPU 將響應中斷。在此情況下，CPU 首先使被響應中斷的相應“優(yōu)先級激活”觸發(fā)器置位，以阻斷同級和低級的中斷。然后，根據(jù)中斷源的類別，在硬件的控制下內部自動形成長調用指令(LCALL)，此指令的作用將自動把斷點壓入堆棧，但不自動保存 PSW 的內容。然后將對應的中斷源的矢量地址裝入程序計數(shù)器 PC，使程序轉向該中斷的矢量地址，以轉至中斷服務程序對應的入口地址。在使用時，通常在這些地址單元中存放一條絕對跳轉指令，使程序轉移到用戶安排的中斷服務程序入口處。②中斷處理中斷處理包括兩部分內容：一是保護現(xiàn)場，二是中斷服務?，F(xiàn)場通常有 PSW、工作寄存器、專用寄存器等。如果在中斷服務程序中要用這些寄存器，則在進入中斷服務之前應將它們的內容保護起來稱為保護現(xiàn)場；同時在中斷結束，執(zhí)行 RETI 指令之前應恢復現(xiàn)場。編寫中斷服務程序時需注意到：·各中斷源的入口矢量地址之間，只相隔 8 個單元，一般中斷服務程序是容納不下的，最常用的解決方法是在中斷人口矢量地址單元處存放一條無條件轉移指令，而轉至存儲器其它的任何空間去。·若要在執(zhí)行當前中斷程序時禁止更高優(yōu)先級中斷，應用軟件關閉 CPU 中斷，或屏蔽更高級中斷源的中斷，在中斷返回前再開放中斷?！ぴ诒Ｗo現(xiàn)場和恢復現(xiàn)場時，為了不使現(xiàn)場信息受到破壞或造成混亂，在此情況下，應關 CPU 中斷，使 CPU 暫不響應新的中斷請求。這樣就要求在編寫中斷服務程序時，注意在保護現(xiàn)場之前要關中斷，在保護現(xiàn)場之后若允許高優(yōu)先級中斷打斷它，則應開中斷。同樣在恢復現(xiàn)場之前應關中斷，恢復之后再開中斷。③中斷返回中斷處理程序的最后一條指令是中斷返回指令 RET1。它的功能是將斷點彈出送回PC 中，使程序能返回到原來被中斷的程序繼續(xù)執(zhí)行。AT89C51 的 RETI 指令除了彈出斷點之外，它還通知中斷系統(tǒng)已完成中斷處理，并 第 24 頁 共 46 頁將“優(yōu)先級激活”觸發(fā)器清除(該觸發(fā)器在響應中斷時置 1)。3.1.3 測溫部分單片機初始化程序由主函數(shù)實現(xiàn)，主要完成定時器 T0、T1 的初始化、中斷系統(tǒng)的初始化等功能。定時器 T0 中斷函數(shù)每隔 5ms 執(zhí)行 1 次；定時器 T1 中斷函數(shù)每隔 50ms中斷 1 次，每中斷 20 次（1 秒）即讀取 DS18B20 的溫度代碼，轉換為溫度值，再拆分成單個數(shù)碼后送入顯示緩沖區(qū)。DS18B20 接口程序主要由復位函數(shù)、讀位函數(shù)、讀字節(jié)函數(shù)、寫位函數(shù)、寫字節(jié)函數(shù)、讀溫度函數(shù)等組成。由于 DS18B20 是在一根 I/O 線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴格的時序要求。DS18B20 有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機作為主設備，單總線器件作為從設備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機自主啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。DS18B20 的讀時序：對于 DS18B20 的讀時序分為讀 0 時序和讀 1 時序兩個過程，圖 14。對于 DS18B20 的讀時序是從主機把單總線拉低之后，在 15 秒之內就得釋放單總線，以讓 DS18B20 把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。DS18B20 在完成一個讀時序過程，至少需要60us 才能完成。圖 14 主 CPU 讀 0、1 時序DS18B20 的寫時序:圖 13 DS18B20 的復位時序 第 25 頁 共 46 頁對于 DS18B20 的寫時序仍然分為寫 0 時序和寫 1 時序兩個過程。對于 DS18B20 寫 0 時序和寫 1 時序的要求不同，當要寫 0 時序時，單總線要被拉低至少 60us，保證 DS18B20 能夠在 15us 到 45us 之間能夠正確地采樣 IO 總線上的“0”電平，當要寫 1 時序時，單總線被拉低之后，在 15us 之內就得釋放單總線。圖 15 主 CPU 寫 0、1 時序3.1.4 紅外發(fā)送和接收由于通用紅外遙控系統(tǒng)發(fā)射和接收實際是兩個相反的過程，所以在這里只給出了發(fā)射部分原理和設計，接收部分原理與其相同只要做一個逆反過程便可得到相應的結果?？紤]到紅外光反射的原因，發(fā)送的信號也可能會被本身接收，因此紅外通信需采用異步半雙工方式，即通信的某一方發(fā)送和接收是交替進行的。這里設置單片機的串行口采用方式 3 通信；通信的數(shù)據(jù)格式為每幀 11 位，包括 1 位起始位、8 位數(shù)據(jù)位、1 位奇偶校驗位和 1 位停止位；片內定時器 T1 作為波特率發(fā)生器，選擇傳送的波特率為 1200bps，則定時器 T1 的初值應設置為 TL1=TH1=E8H，另外應禁止定時器 T1 中斷，以免因定時器 T1 溢出而產生不必要的中斷。進行紅外通信之前，通信雙方首先要根據(jù)系統(tǒng)的功能要求制訂某種特定的通信協(xié)議，然后才能編寫相應的通信程序。紅外抄表系統(tǒng)中，紅外通信的一方是測溫端，另一方是手持抄表器，雙方遵循表 6 格式的通信協(xié)議。在紅外通信過程中，手持抄表器是通信的發(fā)起者，其發(fā)送和接收都是主動的。它的具體工作過程為：CPU 不斷掃描鍵盤，若發(fā)現(xiàn)有命令鍵按下，則調用發(fā)送子程序發(fā)送相應的操作命令；發(fā)送結束后即啟動接收子程序，以接收測溫端回送的信息，然后對接收到的信息進行后續(xù)處理，在數(shù)碼管上顯示出來。表 6 抄表系統(tǒng)的通信協(xié)議格式操作 操作碼 地址碼 數(shù) 據(jù) 結束符讀取表數(shù) AAH 3 字節(jié) BCD 碼 3 字節(jié) BCD 碼 EDH設置表號 BBH - 3 字節(jié) BCD 碼 EDH 第 26 頁 共 46 頁設置表底數(shù) CCH 3 字節(jié) BCD 碼 3 字節(jié) BCD 碼 EDH開/關表設備 DDH 3 字節(jié) BCD 碼 A0H/B0H EDH校驗出錯 EEH 3 字節(jié) BCD 碼 - EDH大概有以下兩種編碼格式（Format） 。第一種格式為 1913、9012、1621 格式；第二種為 3010 格式。其中尤以第一種格式用得最多。第一種格式以 1621 為例，當按下遙控器上的某個按鍵時，遙控器將發(fā)射出一幀數(shù)據(jù)，幀數(shù)據(jù)的編碼格式由三部分組成：引導碼（Lead cod