基于單片機(jī)與PC機(jī)RS232串口通信的溫度測試系統(tǒng)

1、基于單片機(jī)與PC機(jī)RS232串口通信的溫度測試系統(tǒng)    1緒論 2    1.1 背景和意義 2    1.2 目的和內(nèi)容 2    2主要器件介紹 2    2.1 溫度傳感器DS1820 2    2.1.1 DS1820的工作原理 2    2.1.2 寄生電源 3    

2、;2.1.3溫度測量原理 3    2.2 單片機(jī)介紹 3    2.3 RS232 4    第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 5    3.1 設(shè)計(jì)方案的選定 6    2系統(tǒng)各電路設(shè)計(jì) 6    21溫度傳感器設(shè)計(jì) 6    22串行通信模塊 7    23 MAX232與PC的連接

3、電路 7    24系統(tǒng)整體電路設(shè)計(jì) 7    4軟件設(shè)計(jì)原理 8    4.1 軟件設(shè)計(jì)的總思想 8    4.1.1軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理 8    4.1.2 溫度傳感器程序流程圖 10    4.1.3 PC機(jī)連續(xù)掃描繪圖流程圖 11    4測試 11    總結(jié) 11&#

4、160;   參考文獻(xiàn) 12        1緒論     1.1 背景和意義    隨著現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展,在工業(yè)控制領(lǐng)域需要對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集,在一些重要場合對數(shù)據(jù)采集的要求更高,例如在電廠、鋼鐵廠、化工領(lǐng)域的生產(chǎn)中都需要對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場采集,而溫度采集又是其中極為重要的部分,因此,需要一種高精度、低成本的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)。      

5、  1.2 目的和內(nèi)容     串行口是計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的重要介質(zhì)，作為一種靈活、方便、可靠的通信方式被廣泛采用，這種通信的實(shí)現(xiàn)，經(jīng)常要組成上位機(jī)為PC機(jī)而下位機(jī)為單片機(jī)的二級系統(tǒng)，通過RS232進(jìn)行通信?？蓪C機(jī)與單片機(jī)組成通信系統(tǒng)利用高級語言的通信控件Mscomm及編程方法進(jìn)行串口通信，這樣可以很好地實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要把單片機(jī)采集的溫度在上位機(jī)PC上顯示出來。         

6、0;   2主要器件介紹    2.1 溫度傳感器DS1820    2.1.1 DS1820的工作原理     由于傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件測出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度，需要比較多的外部元件支持，且硬件電路復(fù)雜，制作成本相對較高。而DSl8B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式。   

7、; DS1820采用3腳PR-35封裝或8腳SOIC封裝，管腳排列如圖所示。圖中GND為地，I/O為數(shù)據(jù)輸入/輸出端（即單線總線），該腳為漏極開路輸出，常態(tài)下呈高電平。VDD是外部+5V電源端，不用時(shí)應(yīng)接地。NC為空腳。         DS1820的內(nèi)部框圖，它主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器（內(nèi)含便箋式RAM），用于存儲用戶設(shè)定的溫度上下限值的TH和TL解發(fā)器存儲與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）發(fā)生器等七部分。   

8、         2.1.2 寄生電源    寄生電源由二極管VD1、VD2和寄生電容C組成。電源檢測電路用于判定供電方式。寄生電源供電時(shí)，VDD端接地，器件從單線總線上獲取電源。在I/O線呈低電平時(shí)，改由C上的電壓VC繼續(xù)向器件供電。該寄生電源有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：第一，檢測遠(yuǎn)程溫度時(shí)無需本地電源；第二，缺少正常電源時(shí)也能讀ROM。若采用外部電源VDD，則通過VD2向器件供電。    2.1.3溫度測量原理  &#

9、160; DS1820測量溫度時(shí)使用特有的溫度測量技術(shù)。DS1820內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號f0，高溫度系數(shù)振蕩器則將被測溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號f。當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS1820對f0計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)門開通時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。芯片內(nèi)部還有斜率累加器，可對頻率的非線性予以被償。測量結(jié)果存入溫度寄存器中。一般情況下的溫度值應(yīng)為9位（符號點(diǎn)1位），但因符號位擴(kuò)展成高8位，故以16位被碼形式讀出    在正常測溫情況下，DS1820的測溫分辨力為0.5，可采用下述方法獲得高分辨率的溫度測量結(jié)果：首先用DS1820提供的讀暫存器指令（BEH

10、）讀出以0.5為分辨率的溫度測量結(jié)果，然后切去測量結(jié)果中的最低有效位（LSB），得到所測實(shí)際溫度的整數(shù)部分Tz，然后現(xiàn)用BEH指令取計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)剩余值Cs和每度計(jì)數(shù)值CD?？紤]到DS1820測量溫度的整數(shù)部分以0.25、0.75為進(jìn)位界限的關(guān)系，實(shí)際溫度Ts可用下式計(jì)算：     Ts=（Tz-0.25）+(CD-Cs)/CD        2.2 單片機(jī)介紹     MCS51是指由美國INTEL公司生產(chǎn)的一系列單片機(jī)的總稱，其中8

11、051是最早最典型的產(chǎn)品，該系列其它單片機(jī)都是在8051的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能的增、減、改變而來的， 89C51是這幾年在我國非常流行的單片機(jī)，它是由美國ATMEL公司開發(fā)生產(chǎn)的。    MCS51單片機(jī)的內(nèi)部總體結(jié)構(gòu)其基本特性如下：    8位CPU、片內(nèi)振蕩器、4k字節(jié)ROM、128字節(jié)RAM、21個(gè)特殊功能寄存器、32根I/O線、可尋址的64k字節(jié)外部數(shù)據(jù)、程序存貯空間、2個(gè)16位定時(shí)器、計(jì)數(shù)器中斷結(jié)構(gòu)：具有二個(gè)優(yōu)先級、五個(gè)中斷源一個(gè)全雙口串行口位尋址（即可尋找某位的內(nèi)容）功能，適于按位進(jìn)行邏輯運(yùn)算的位處理器。除1

12、28字節(jié)RAM、4k字節(jié)ROM和中斷、串行口及定時(shí)器模塊外，還有4組I/O口P0P3，余下的就是CPU的全部組成。把4kROM換為EPROM就是8751的結(jié)構(gòu)，如去掉ROM/EPROM部分即為8031，如果將ROM置換為Flash存貯器或EEPROM，或再省去某些I/O，即可得到51系列的派生品種，如89C51、AT89C2051等單片機(jī)。單片機(jī)各部分是通過內(nèi)部的總線有機(jī)地連接起來的。          2.3 RS232    是個(gè)人計(jì)算機(jī)上的通訊接口之一，由電子

13、工業(yè)協(xié)會(Electronic Industries Association，EIA) 所制定的異步傳輸標(biāo)準(zhǔn)接口。通常 RS-232 接口以9個(gè)接腳 (DB-9) 或是25個(gè)接腳 (DB-25) 的型態(tài)出現(xiàn)，一般個(gè)人計(jì)算機(jī)上會有兩組 RS-232 接口，分別稱為 COM1 和 COM2。在多數(shù)情況下主要使用主通道，對于一般雙工通信，僅需幾條信號線就可實(shí)現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。     RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。  

14、;   RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動器允許有2500pF的電容負(fù)載，通信距離將受此電容限制，例如，采用150pF/m的通信電纜時(shí)，最大通信距離為15m；若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS-232屬單端信號傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于20m以內(nèi)的通信。     串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過使用和發(fā)展，目前已經(jīng)有幾種。但都是在RS-232標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上經(jīng)過改進(jìn)而形成的。所以，以RS-232C為主來討論。RS-323C標(biāo)準(zhǔn)是美國EIA(電子工業(yè)聯(lián)合會）與BELL等公司一起開發(fā)的

15、1969年公布的通信協(xié)議。它適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在020000b/s范圍內(nèi)的通信。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對串行通信接口的有關(guān)問題，如信號線功能、電器特性都作了明確規(guī)定。由于通行設(shè)備廠商都生產(chǎn)與RS-232C制式兼容的通信設(shè)備，因此，它作為一種標(biāo)準(zhǔn)，目前已在微機(jī)通信接口中廣泛采用。    RS232是單片機(jī)間，或單片機(jī)與上位機(jī)間通訊聯(lián)絡(luò)用。MAX232作為RS232的電平轉(zhuǎn)換芯片，完成TTL電平到RS232電平的轉(zhuǎn)換。            MAX232

16、是一種雙組驅(qū)動器接收器，片內(nèi)含有一個(gè)電容性電壓發(fā)生器以便在單5V電源供電時(shí)提供EIATIA一232一E電平。典型的RS一232信號在正負(fù)電平之間擺動，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送端驅(qū)動器輸出正電平在+5+15V，負(fù)電平在一5-15V電平。當(dāng)無數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，線上為TTL，從開始傳送數(shù)據(jù)到結(jié)束，線上電平從TTL電平到RS一232電平再返回TTL電平。電容可以取O1uF到10uF、左右的電容，有極性無極性均可，但是使用有極性的電容一定注意正負(fù)方向。    據(jù)查閱資料：由RS一232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在碼元畸變小于4的情況下，傳輸電纜長度應(yīng)為15m，在實(shí)際應(yīng)用中。約有99的用戶是按

17、碼元畸變10-20的范圍工作的，所以實(shí)際使用中最大距離會遠(yuǎn)超過15m，一般能滿足個(gè)人和近距離設(shè)備的需要。     MAX232的不足之處：     (1)接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因?yàn)榕cTTL電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路連接。     (2)傳輸速率較低，在異步傳輸時(shí)，波特率最大為19200bps。    (3)接口使用一根信號線和一根信號返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所

18、以抗噪聲干擾性弱。    (4)傳輸距離受限    第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)    3.1 設(shè)計(jì)方案的選定     初步確定設(shè)計(jì)系統(tǒng)由PC機(jī),模塊，單片機(jī)模塊，傳感器測溫模塊、串行通信模塊4個(gè)模塊組成，電路系統(tǒng)框圖如圖1所示。        2系統(tǒng)各電路設(shè)計(jì)    21溫度傳感器設(shè)計(jì)   &

19、#160;由于傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件測出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度，需要比較多的外部元件支持，且硬件電路復(fù)雜，制作成本相對較高。而DSl8B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式。電路圖如圖2所示。         溫度傳感器程序主要包括主程序、讀出溫度子程序、溫度轉(zhuǎn)換命令子程序、計(jì)算溫度子程序等。    讀出溫度子程序：程序主要功能是

20、讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。    溫度轉(zhuǎn)換命令子程序：主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，當(dāng)采用12位分辨率時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間為750ms，在本程序設(shè)計(jì)中采用1s顯示程序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換的完成。    計(jì)算溫度子程序：程序?qū)AM中讀取進(jìn)行BCD碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定。    22串行通信模塊    1Mscomm提供了兩種處理通信問題的方法，一是事件驅(qū)動方法，一是查詢法。    (1)事件驅(qū)動法    在使用事件驅(qū)動法設(shè)計(jì)程序時(shí)，每當(dāng)有新字符到達(dá)或端口狀態(tài)改變，或發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，Mscomm控件將觸發(fā)OnComm事件，而應(yīng)用程序在捕獲該事件后，通過檢查Mscomm控件的CommEvent屬性可以獲知所發(fā)生的事件或錯(cuò)誤，從而采取相應(yīng)的操作。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是程序響應(yīng)及時(shí)，可靠性高。