USB（Universal Serial Bus）是一種新型的通用串行總線，它是快速的、雙向的、同步的、可以熱插撥的、動態(tài)連接且價格低廉的串行接口。正是基于這一特點(diǎn)，現(xiàn)在很多的計(jì)算機(jī)外設(shè)都有USB接口。本文正是利用這一新型USB接口來設(shè)計(jì)上位機(jī)與下位機(jī)系統(tǒng)之間的通信。利用新型的一線式數(shù)字溫度傳感器測量溫度，并通過USB接口和計(jì)算機(jī)端應(yīng)用軟件進(jìn)行通信。
本文首先介紹了本系統(tǒng)相關(guān)的背景知識以及USB的通信協(xié)議，進(jìn)而介紹溫度控制的基本意義，提出利用USB設(shè)備芯片CH372、一線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20和單片機(jī)AT89C51來開發(fā)基于USB溫度控制系統(tǒng)。采集的溫度數(shù)據(jù)通過USB接口上傳到上位PC機(jī)上，并利用應(yīng)用軟件對其進(jìn)行處理。上位機(jī)應(yīng)用軟件用C ++ builder 編寫，其運(yùn)用CH372接口芯片的動態(tài)鏈接庫建立起上位機(jī)和下位機(jī)之間的通信機(jī)制。上位機(jī)將采集到的溫度數(shù)據(jù)在PC機(jī)上顯示出來，并且顯示實(shí)時溫度采集圖像。
此外，應(yīng)用軟件可以對下位機(jī)進(jìn)行溫度極限設(shè)置等簡單控制功能，當(dāng)采集到的溫度超過某一設(shè)定極限溫度，則對系統(tǒng)進(jìn)行報警。另外下位機(jī)還為今后的擴(kuò)展保留一定的資源。
關(guān)鍵詞： AT89C51；USB協(xié)議； 溫度采集 ；一線式溫度傳感器 ；CH372
Abstract
USB (Universal Serial Bus) is a kind of new Universal Serial Bus, it is a serial bus which is very fast, dual channel, synchronous, can be pulled and plugged with the power on (Hot Swap), can be connected dynamically and very cheap. Because of this characteristic, nowadays, a great many type of computers have USB interface. The project presented in this dissertation used this new USB interface to design the communication between upper computer and down computer system. With the one wire temperature sensor, I measure the temperature and communicate with the computer application through the USB interface.
At the beginning of this dissertation, some basic knowledge about the system and communication protocol of USB (Universal Serial Bus) will be described, and later, introduced the basic meaning of temperature control, This dissertation also brought forward this idea: to develop the temperature control system which is base on the USB, and those tools the system will need are USB device chip CH372, one wire digital temperature sensor DS18B20 and single chip AT89C51.The temperature system got will upload to the upper computer's application through USB interface. The upper computer's application is programmed in the environment of C++ builder; the software I programmed used the DLL (dynamic link library) of CH372 and built the communication system between upper computer and down computer. The upper computer will display the temperature got by the sensor, and display the data on the screen of the PC, and display the temperature acquisition graphics simultaneously.
Besides, the applications on the upper computer can control the down computer to set the temperature limits, things like this, when the temperature exceed a temperature set in advanced, the system will alert. The down computers also keep some resources for future extensions.
Keywords: AT89C51; USB specification; temperature acquisition; one wire temperature sensor; CH372
目 錄
引言 1
1 背景知識 1
2 系統(tǒng)概述 2
2.1 系統(tǒng)的特性 2
2.2 系統(tǒng)的功能 2
2.3 系統(tǒng)開發(fā)平臺 2
3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 3
3.1 系統(tǒng)整體方框圖 3
3.2 系統(tǒng)方案比較 3
3.2.1系統(tǒng)兩種可行方案 3
3.2.2方案最終選擇 4
4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 5
4.1 中央處理器----AT89C51 5
4.2 溫度傳感器DS18B20 8
4.3 溫度采集模塊電路設(shè)計(jì) 13
4.4 系統(tǒng)接口模塊電路設(shè)計(jì) 15
4.4.1 USB簡介 15
4.4.2 USB芯片選擇 16
4.4.3 USB設(shè)備端接口設(shè)計(jì) 18
4.5 系統(tǒng)硬件整體實(shí)現(xiàn) 20
5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 20
5.1 軟件設(shè)計(jì)工具 20
5.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 21
5.2.1下位機(jī)的軟件設(shè)計(jì) 21
5.2.2上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì) 24
6 系統(tǒng)調(diào)試 25
6.1 硬件調(diào)試 25
6.2 軟件調(diào)試 26
6.2.1 下位機(jī)的軟件調(diào)試 26
6.2.2 上位機(jī)的軟件調(diào)試 27
6.2.3 上位機(jī)和下位機(jī)聯(lián)機(jī)調(diào)試 28
6.3 系統(tǒng)性能指標(biāo) 29
7 系統(tǒng)的簡單操作說明 29
8 總結(jié) 29
謝辭 31
參考文獻(xiàn) 32
附錄 33
引言
溫度是工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要環(huán)境因素，它對工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)有著重要的影響，所以對其進(jìn)行準(zhǔn)確快速的測量并進(jìn)行處理是具有很特殊的重要意義。測量溫度模塊是否正確、快速、及時決定著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品的質(zhì)量是否符合預(yù)期設(shè)計(jì)的要求，而在當(dāng)今是世界中,質(zhì)量是企業(yè)生存的基本，所以許多對溫度要求很高的工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)把溫度測量控制系統(tǒng)看成是企業(yè)生存的基本。
在市場競爭日益激烈的壓力面前，企業(yè)已經(jīng)意識到要想提升自己企業(yè)的競爭能力，就必須采用新技術(shù)對企業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量等各方面的管理。而對溫度要求嚴(yán)格的產(chǎn)品，測量產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)境的溫度的技術(shù)決定著系統(tǒng)能否生存并繼續(xù)發(fā)展，所以很多工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)都非常重視溫度控制系統(tǒng)。
對溫度進(jìn)行采集，并送到PC機(jī)實(shí)時處理，以前往往采用的是計(jì)算機(jī)的串行接口，但這一老式計(jì)算機(jī)接口存在著不少缺陷。比如接口規(guī)格不統(tǒng)一、非共享式接口、占用資源大等等這樣那樣的缺點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，USB（通用串行總線）接口是一種計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的新型接口，USB接口的出現(xiàn)是計(jì)算機(jī)端接口的技術(shù)重大變革，其最早是由Compaq、Digital Equipment、IBM、Intel、Microsoft 、NEC和Northern Telecom 7家公司于1994年提出的，在2000年做出了改進(jìn)，提出了USB2.0版本，隨著這一版本的提出，USB越來越流行，目前它已經(jīng)成為了一種標(biāo)準(zhǔn)接口，現(xiàn)在市場上的所有PC機(jī)都百分之百支持USB接口，本文將采用這一USB接口來對采集到的溫度實(shí)時傳輸。
基于USB接口的溫度控制系統(tǒng)就是通過溫度傳感器對現(xiàn)場溫度進(jìn)行測量，并利用微型處理器（單片機(jī)），通過USB接口實(shí)時的傳給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)利用軟件根據(jù)已經(jīng)設(shè)計(jì)好的要求對其進(jìn)行報警等相應(yīng)的處理。它是計(jì)算機(jī)技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、溫度傳感器技術(shù)的科技產(chǎn)物。適合于工業(yè)等需要對溫度進(jìn)行實(shí)時大范圍的精確的處理。
1 背景知識
在USB產(chǎn)生之前，外設(shè)與PC機(jī)的通信主要是通過PC機(jī)主板上所提供的各種接口來
實(shí)現(xiàn)，如ISA接口、PCI接口、串行接口等，這些老式的接口存在著很多缺點(diǎn)：非共享式接口、體積大、接口規(guī)格不統(tǒng)一、采用傳統(tǒng)的I/O模式等等。為了克服老式接口這些缺點(diǎn)，PC機(jī)制造商和用戶迫切需要一種新型的外設(shè)連接方式。這時USB應(yīng)運(yùn)而生，它是一種快速、快速、雙向、同步、廉價、并支持熱插撥功能的串行接口。
早在1995年，就已經(jīng)有PC機(jī)帶有USB接口了，但由于缺乏軟件及硬件設(shè)備的支持，這些PC機(jī)的USB接口都閑置未用。1998年后，隨著微軟在Windows 98中內(nèi)置了對USB接口的支持模塊，加上USB設(shè)備的日漸增多，USB接口才逐步走進(jìn)了實(shí)用階段。
這幾年，隨著大量支持USB的個人電腦的普及，USB逐步成為PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)接口已經(jīng)是大勢所趨。在主機(jī)(host)端，最新推出的PC機(jī)幾乎100%支持USB；而在外設(shè)(device)端，使用USB接口的設(shè)備也與日俱增，例如數(shù)碼相機(jī)、掃描儀、游戲桿、磁帶和軟驅(qū)、圖像設(shè)備、打印機(jī)、鍵盤、鼠標(biāo)等等。正是USB具有熱插拔、共享式接口、攜帶方便、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、可以連接多個設(shè)備等這樣的優(yōu)點(diǎn)，才使USB得于快速的發(fā)展。
本文將利用這一新型計(jì)算機(jī)接口來設(shè)計(jì)溫度控制系統(tǒng)。
2 系統(tǒng)概述
本章將對基于USB接口的溫度控制系統(tǒng)在工業(yè)上的應(yīng)用進(jìn)行分析，并介紹系統(tǒng)的特點(diǎn)、功能以及使用到的開發(fā)工具。
2.1 系統(tǒng)的特性
由于該系統(tǒng)利用USB接口，所以具有USB的實(shí)時傳送數(shù)據(jù)，與上位機(jī)進(jìn)行信息交流，而上位機(jī)又可以連接在互聯(lián)網(wǎng)上，所以遠(yuǎn)程的PC機(jī)也可以利用互聯(lián)網(wǎng)對溫度檢測系統(tǒng)進(jìn)行查看等各種操作。該系統(tǒng)利用先進(jìn)的溫度傳感器，可以對溫度快速的進(jìn)行反應(yīng)，把溫度數(shù)據(jù)傳到下位機(jī)進(jìn)行初步處理數(shù)據(jù)，進(jìn)而與上位機(jī)通信。總的來說，該系統(tǒng)有以下幾點(diǎn)特點(diǎn)：
·工作人員可以遠(yuǎn)離生產(chǎn)環(huán)境通過計(jì)算機(jī)對其進(jìn)行查看處理；
·多點(diǎn)溫度測量；
·全天候檢測溫度，并可以在沒有工作人員的參與下對生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行簡單處理；
·對生產(chǎn)環(huán)境的溫度進(jìn)行設(shè)計(jì)極限溫度，一旦超過極限溫度，系統(tǒng)將對起進(jìn)行報警，并停止生產(chǎn)環(huán)境的工作；
·測量溫度誤差比較精確，在0.5℃內(nèi)；
2.2 系統(tǒng)的功能
該系統(tǒng)主要有以下功能：
（1）對溫度進(jìn)行檢測。利用該系統(tǒng)可以遠(yuǎn)離惡劣生產(chǎn)環(huán)境的情況下，對其進(jìn)行溫度測量；
（2）對現(xiàn)場溫度進(jìn)行實(shí)時采集；并在PC機(jī)上顯示出來；
（3）在PC機(jī)上實(shí)時做出溫度圖像；工作人員在電腦上便可以直觀的得到系統(tǒng)溫度圖像；
（4）簡單的系統(tǒng)控制；通過計(jì)算機(jī)上的應(yīng)用軟件可以對溫度設(shè)置，一旦超過極限溫度，發(fā)出報警，進(jìn)而通知工作人員快速的對生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行各種相應(yīng)操作，這樣可以防止溫度超出極限溫度；
（5）在上位機(jī)端的應(yīng)用軟件上提供系統(tǒng)使用幫助。用戶可以利用該功能幫助對系統(tǒng)進(jìn)行操作。
2.3 系統(tǒng)開發(fā)平臺
本次系統(tǒng)需要用到的開發(fā)工具為：keil C、 C++ builder、Protel、計(jì)算機(jī)、燒寫器。
Keil C是目前世界上最好的MC-51單片機(jī)的匯編和C語言的開發(fā)工具。支持匯編、c語言以及混合編程。同時具備功能強(qiáng)大的軟件仿真和硬件仿真。C++ builder 是計(jì)算機(jī)高級語言C++比較好用的編程工具，它是屬于一種可視化的計(jì)算機(jī)語言。 Protel是世界上最好的硬件電路圖制作的工具。
3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
3.1 系統(tǒng)整體方框圖
根據(jù)前面的分析，知道系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)以上功能，必須由以下幾部分組成：溫度采集單元、下位機(jī)溫度初步處理單元、USB設(shè)備接口、上位機(jī)應(yīng)用程序。
系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖如圖3.1：
圖3.1系統(tǒng)整體實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)原理圖
溫度傳感器單元對生產(chǎn)溫度環(huán)境進(jìn)行測量，將測量溫度傳給下位機(jī)（單片機(jī)），單片機(jī)對采集到的溫度進(jìn)行初步處理后，將處理了的數(shù)據(jù)通過USB接口上傳給PC機(jī)上位機(jī)，而上位機(jī)將實(shí)時的顯示采集到的溫度，如果要對現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行處理，則上位機(jī)可以發(fā)送命令，經(jīng)過USB接口傳送到下位機(jī)，下位機(jī)根據(jù)接受到的數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行分析，進(jìn)而做出處理，如報警等各種操作。
3.2 系統(tǒng)方案比較
對于本系統(tǒng)，方案的選擇是根據(jù)溫度傳感器來選擇。
目前市場上有兩種傳感器：模擬傳感器和數(shù)字集成傳感器，對于選擇不同的傳感器將會有不同的方案。下面給出兩種不同的方案，并對其進(jìn)行分析，最終選擇其中一種方案。
3.2.1系統(tǒng)兩種可行方案
方案1：選擇模擬傳感器
所謂模擬傳感器，簡單的說就是傳感器對被測量的物質(zhì)感應(yīng)，并隨著檢測的不同做出不同的反應(yīng)，但這一反應(yīng)是有規(guī)律的，而且有規(guī)律的輸出模擬信號。由于單片機(jī)是數(shù)字信號系統(tǒng)，只能識別數(shù)字信號，所以這種方案要想利用單片機(jī)對溫度信號進(jìn)行處理，必須將對模擬輸出量數(shù)字化，也就是說要對其輸出的模擬電壓或電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，這么一來就系統(tǒng)要加入模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的處理單元，通常，實(shí)現(xiàn)這一功能的是A/D轉(zhuǎn)換器，市場對于這一A/D轉(zhuǎn)換器有不少類型。所以選擇這一方案也是可以有效而快速的設(shè)計(jì)出本系統(tǒng)。
圖3.2給出使用模擬傳感器這一方案的設(shè)計(jì)原理圖。
圖3.2 方案1的結(jié)構(gòu)原理圖
方案2：選擇數(shù)字傳感器
今天隨著計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展以及單片機(jī)的日益普及，世界進(jìn)入了數(shù)字時代，人們在處理被測信號時首先想到的是信息處理器（單片機(jī)或計(jì)算機(jī)）。具有輸出數(shù)字信號便于電腦處理的傳感器就是所謂的數(shù)字傳感器。
數(shù)字傳感器是近幾年才出現(xiàn)的并得到廣泛的應(yīng)在在實(shí)踐當(dāng)中，所謂數(shù)字傳感器，進(jìn)一步的講，就是將模擬傳感器產(chǎn)生的信號經(jīng)過放大、A/D轉(zhuǎn)換、線性化及量綱處理后變成純粹的數(shù)字信號，是在模擬傳感器上加入數(shù)字處理單元，并將數(shù)字單元集成在一塊芯片上，所以輸出的是數(shù)字信號，便于數(shù)字處理機(jī)對其直接進(jìn)行處理。
圖3.3給出利用數(shù)字傳感器設(shè)計(jì)的方案圖：
圖3.3 方案2的結(jié)構(gòu)原理圖
3.2.2方案最終選擇
以上已經(jīng)提出了兩種方案，下面對這兩重方案進(jìn)行分析，并做最后方案選擇：
分析近幾年來傳感器的發(fā)展，我們知道傳感器在未來的發(fā)展中將會向以下的方向發(fā)展：（1）向高精度發(fā)展。隨著自動化生產(chǎn)程度的不斷提高，對傳感器的要求也在不斷提高，必須研制出具有靈敏度高、精確度高、響應(yīng)速度快、互換性好的新型傳感器以確保生產(chǎn)自動化的可靠性。目前能生產(chǎn)精度在萬分之一以上的傳感器的廠家為數(shù)很少，其產(chǎn)量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。（2）向高可靠性、寬溫度范圍發(fā)展。傳感器的可靠性直接影響到電子設(shè)備的抗干擾等性能，研制高可靠性、寬溫度范圍的傳感器將是永久性的方向。提高溫度范圍歷來是大課題，大部分傳感器其工作范圍都在-20℃～70℃，在軍用系統(tǒng)中要求工作溫度在-40℃～85℃范圍，而汽車鍋爐等場合要求傳感器工作在-20℃～120℃，在冶煉、焦化等方面對傳感器的溫度要求更高，因此發(fā)展新興材料（如陶瓷）的傳感器將很有前途。（3）向微型化發(fā)展。各種控制儀器設(shè)備的功能越來越大，要求各個部件體積能占位置越小越好，因而傳感器本身體積也是越小越好，這就要求發(fā)展新的材料及加工技術(shù)，目前利用硅材料制作的傳感器體積已經(jīng)很小。如傳統(tǒng)的加速度傳感器是由重力塊和彈簧等制成的，體積較大、穩(wěn)定性差、壽命也短，而利用激光等各種微細(xì)加工技術(shù)制成的硅加速度傳感器體積非常小、互換性可靠性都較好。（4）向微功耗及無源化發(fā)展。傳感器一般都是非電量向電量的轉(zhuǎn)化，工作時離不開電源，在野外現(xiàn)場或遠(yuǎn)離電網(wǎng)的地方，往往是用電池供電或用太陽能等供電，開發(fā)微功耗的傳感器及無源傳感器是必然的發(fā)展方向，這樣既可以節(jié)省能源又可以提高系統(tǒng)壽命。目前，低功耗損的芯片發(fā)展很快，如TI2702運(yùn)算放大器，靜態(tài)功耗只有1.5mA，而工作電壓只需2~5V。（5）向智能化數(shù)字化發(fā)展。傳感器一般都是非電量向電量的轉(zhuǎn)化，工作時離不開電源，在野外現(xiàn)場或遠(yuǎn)離電網(wǎng)的地方，往往是用電池供電或用太陽能等供電，開發(fā)微功耗的傳感器及無源傳感器是必然的發(fā)展方向，這樣既可以節(jié)省能源又可以提高系統(tǒng)壽命。目前，低功耗損的芯片發(fā)展很快，如TI2702運(yùn)算放大器，靜態(tài)功耗只有1.5mA，而工作電壓只需2~5V。
由于模擬傳感器，沒有把模擬轉(zhuǎn)化為數(shù)字處理單元集成在一塊芯片上，這樣必帶來傳感檢測單元的體積大等各個方面的影響，再者，模擬轉(zhuǎn)化成數(shù)字單元也需要單片機(jī)對其進(jìn)行處理，這樣會浪費(fèi)時間、資源。所以這樣一來我們知道數(shù)字傳感器在未來必將取代模擬傳感器。而且隨著數(shù)字傳感器的發(fā)展，現(xiàn)在市場上數(shù)字傳感也不是那么貴，本次系統(tǒng)對溫度精度的要求不是很高，所以選擇方案二。
4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
4.1 中央處理器----AT89C51
AT89C51由美國Atmel 公司生產(chǎn)的，是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。下文將對AT89C51單片機(jī)做簡單介紹。
（1） AT89C51的特點(diǎn)
AT89C51具有以下幾個特點(diǎn)：
①中央處理器CPU；
②AT89C51與MCS-51系列的單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容；
③片內(nèi)有4k字節(jié)在線可重復(fù)編程快擦寫程序存儲器；
④全靜態(tài)工作,工作范圍:0Hz～24MHz；
⑤三級程序存儲器加密；
⑥128×8位內(nèi)部RAM；
⑦32位雙向輸入輸出線；
⑧兩個十六位定時器/計(jì)數(shù)器
⑨五個中斷源,兩級中斷優(yōu)先級；
⑩一個全雙工的異步串行口；
（2）AT89C51的結(jié)構(gòu)圖如圖4.1
圖4.1 89C51的結(jié)構(gòu)圖
由上圖，知：AT89C51主要由CPU、存儲器、I/O端口等幾部分組成。
（3）AT89C51的功能描述
AT89C51是一種低損耗、高性能、CMOS八位微處理器，片內(nèi)有4k字節(jié)的在線可重復(fù)編程、快速擦除快速寫入程序的存儲器，能重復(fù)寫入/擦除1000次，數(shù)據(jù)保存時間為十年。它與MCA-51系列單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，不僅可完全代替MCS-51系列單片機(jī)，而且能使系統(tǒng)具有許多MCS-51系列產(chǎn)品沒有的功能。
AT89C51可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠性，降低系統(tǒng)的成本。只要程序長度小于4K，四個I/O口全部提供給用戶。可用5V電壓編程,而且擦寫時間僅需10毫秒，僅為8751/87C51的擦除時間的百分之一,與8751/87C51的12V電壓擦寫相比，不易損壞器件，沒有兩種電源的要求，改寫時不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。工作電壓范圍寬（2.7V~6V），全靜態(tài)工作，工作頻率寬在0Hz～24MHz之間，比8751/87C51等51系列的6MHz～12MHz更具有靈活性,系統(tǒng)能快也能慢。
AT89C51芯片提供三級程序存儲器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。P0口是三態(tài)雙向口,通稱數(shù)據(jù)總線口,因?yàn)橹挥性摽谀苤苯佑糜趯ν獠看鎯ζ鞯淖x/寫操作。
（4）AT89C51引腳功能及說明
圖4.2是AT89C51的引腳
圖4.2
①口線：P0、P1、P2、P3口。
P0口是三態(tài)雙向口，通稱數(shù)據(jù)總線口，為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫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FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。因?yàn)橹挥性摽谀苤苯佑糜趯ν獠看鎯ζ鞯淖x/寫操作。P0口也用以輸出外部存儲器的低8位地址。由于是分時輸出,故應(yīng)在外部加鎖存器將此地址數(shù)據(jù)鎖存，地址鎖存信號用ALE。
P1口是專門供用戶使用的I/O口,是準(zhǔn)雙向口。P1口是一個內(nèi)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。
P2口是從系統(tǒng)擴(kuò)展時作高8位地址線用。不擴(kuò)展外部存儲器時,P2口也可以作為用戶I/O口線使用,P2口也是準(zhǔn)雙向口。
P3口是雙功能口,該口的每一位均可獨(dú)立地定義為第一I/O功能或第二功能。作為第一功能使用時操作同P1口。P3口的第二功能如表4.1所示。
②控制口線:PSEN(片外選取控制)、ALE(地址鎖存控制)、EA(片外存儲器選擇)、RESET(復(fù)位控制);
③電源及時鐘：VCC、VSS、XTAL1、XTAL2 操作方法。
表4.1 P3口的第二功能
④操作方法
程序存儲器加密。AT89C51芯片程序存儲器有三級硬件加密,能夠有效地保證系統(tǒng)不被仿制和軟件不被復(fù)制,加密等級設(shè)置見附錄2。
工作模式。AT89C51有間歇和掉電兩種工作模式。間歇模式是由軟件來設(shè)置的,當(dāng)外圍器件仍然處于工作狀態(tài)時,CPU可根據(jù)工作情況適時地進(jìn)入睡眠狀態(tài),內(nèi)部RAM和所有特殊的寄存器值將保持不變。這種狀態(tài)可被任何一個中斷所終止或通過硬件復(fù)位。
掉電模式是VCC電壓低于電源下限,振蕩器停止振動,CPU停止執(zhí)行指令。該芯片內(nèi)RAM和特殊功能寄存器值保持不變,直到掉電模式被終止。只有VCC電壓恢復(fù)到正常工作范圍而且在振蕩器穩(wěn)定振蕩后,通過硬件復(fù)位掉電模式可被終止。
4.2 溫度傳感器DS18B20
溫度傳感器是該系統(tǒng)的測量器件，溫度傳感器的好壞直接影響到測量結(jié)果，所以本文將對溫度傳感器的選擇詳細(xì)介紹。根據(jù)本次設(shè)計(jì)論文的要求，包括精度要求等，經(jīng)過分析，本文決定選擇數(shù)字溫度傳感器DSB8B20。下面將給予介紹。
（1） DS18B20的概述
DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO－92小體積封裝形式；溫度測量范圍為－55℃～＋125℃,可編程為9位～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達(dá)0.0625℃，被測環(huán)境的溫度用符號擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。以上特點(diǎn)使DS18B20非常適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)。
（2）DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
圖4.3是DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
圖4.3 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
由圖可知，DS18B20主要由4部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫
警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列如圖4.4所示，
圖4.4 DS18B20的管腳排列
DS18B20的3個管腳說明如下：
DQ為數(shù)字信號輸入／輸出端。是漏極開路一線接口。也在寄生電源接線方式時，給設(shè)備提供電源。
GND為電源地。
VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。
DS18B20的64位ROM保存了設(shè)備的唯一序列碼，是DS18B20的地址序列碼，每一個DS18B20的地址序列碼是不同的，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20。高速閃存（scratchpad）包括2個字節(jié)的溫度寄存器。保存了溫度傳感器的數(shù)字輸出。該閃存還提供了對上限（TH）和下限（TL）的超標(biāo)報警寄存器、配置寄存器（一個字節(jié)）的訪問。TH、TL和配置寄存器是EEPROM，所以系統(tǒng)掉電時可以保存數(shù)據(jù)。
DS18B20利用DALLAS的單總線控制協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了利用單線控制信號在總線上進(jìn)行通信。由于所有的設(shè)備通過漏極開路端（DQ腳）連在總線上，控制線需要一個大約5K上拉電阻。在這一總線控制系統(tǒng)中，微控制器通過唯一的64位地址序列碼識別和訪問總線上的器件。由于地址序列碼不同，所以連接在總線上的DS18B20可以說是無限的 。
（3）DS18B20的寄存器
DS18B20存儲器組織結(jié)構(gòu)如表4.2所示：
表4.2 存儲器的組織圖
高速閃存（上電狀態(tài)）
| 字節(jié)0 | 溫度底字節(jié) |
| 字節(jié)1 | 溫度高字節(jié) |
| 字節(jié)2 | 高溫報警用戶字節(jié)“1” |
| 字節(jié)3 | 低溫報警用戶字節(jié)“2” |
| 字節(jié)4 | 配置寄存器 |
| 字節(jié)5 | 保留（FFH） |
| 字節(jié)6 | 保留（0CH） |
| 字節(jié)7 | 保留（10H） |
| 字節(jié)8 | CRC校驗(yàn) |
字節(jié)0和字節(jié)1分別包含溫度寄存器的LSB和MSB，這些字節(jié)是只讀的，字節(jié)2和字節(jié)3提供對TH（上限報警觸發(fā)寄存器）和TL（下限報警觸發(fā)寄存器）的訪問，字節(jié)4包配置寄存數(shù)據(jù)，字節(jié)5、6和7保留做器件內(nèi)部使用，不能被改寫，當(dāng)讀時，這些字節(jié)返回全1值，字節(jié)8是只讀的，含有字節(jié)0到字節(jié)的CRC校驗(yàn)。
高速閃存的第四個字節(jié)包含配置寄存器，其組織結(jié)構(gòu)如下表4.3所示：
表4.3 配置寄存器
Bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0
| 0 | R0 | R1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
表4.4 測溫分辨率配置
| R1 | R1 | 分辨率 | 最大轉(zhuǎn)換時間 |
| 0 | 0 | 9bit | 93.75ms |
| 0 | 1 | 10bit | 187.5ms |
| 1 | 0 | 11bit | 375ms |
| 1 | 1 | 12bit | 750ms |
（4）DS18B20的讀寫時序
訪問DS18B20的順序如下：
----初始化；
----ROM命令（接著是任何需要的數(shù)據(jù)交換）；
----DS18B20的函數(shù)命令（接著是任何需要的數(shù)據(jù)交換）；
每一次訪問DS18B20時必須要按照這一順序，如果其中的任何一個步驟缺少或打亂，DS18B20將不會響應(yīng)。
①初始化時序
初始化時序如圖4.5：
圖4.5 DS18B20初始化時序
所有與DS18B20的通信都要首先初始化，從而才能進(jìn)行下一部的工作：控制器發(fā)出復(fù)位脈沖，DS18B20以存在脈沖響應(yīng)。圖4.5給出了描述。當(dāng)DS18B20發(fā)出存在脈沖對復(fù)位響應(yīng)時，它指示控制器該DS18B20已經(jīng)在總線上并準(zhǔn)備好操作。
②讀/寫時序
控制器在寫時序到數(shù)據(jù)到DS18B20，在讀時序從DS18B20中讀數(shù)據(jù)，每一個總線時序傳送一個數(shù)據(jù)位。
讀/寫時序見下圖4.6
（a）寫時序
（b）讀時序
圖4.6 DS18B20的工作時序圖
③寫時序
有兩種類型的寫時序：寫1時序和寫0時序。控制器用寫“1”時序?qū)戇壿嫛?” 到DS18B20，用寫“0”時序?qū)戇壿嫛?”到DS18B20。所有寫時序必須持續(xù)60μs，每一個寫時序之間必須要至少有1μs的恢復(fù)時間。兩種類型的寫時序都從控制器把總線拉低開始。
為產(chǎn)生寫“1”的時序，在將總線拉低之后，總線控制器必須在15μs內(nèi)釋放總線。總線釋放后，5K的上拉電阻將總線電平抬高。為產(chǎn)生寫“0”時序，在總線拉低后，控制器在整個時序內(nèi)必須持續(xù)控制總線為低電平（至少60μs）。
DS18B20在控制器發(fā)出寫時序后的15-60μs的時間內(nèi)采樣總線。如果在采樣窗口期間總線為高，“1”就被寫到DS18B20；如果在采樣窗口期間為低電平，則“0”就被寫入DS18B20。
④讀時序
當(dāng)總線發(fā)出讀時序時，DS18B20可以發(fā)送數(shù)據(jù)到控制器。所有讀時序必須持續(xù)最少60μs，每一個讀時序之間必須有至少1μs的恢復(fù)時間。讀時序從控制設(shè)備將總線拉低至少1μs后釋放總線開始。控制器啟動讀時序后，DS18B20開始在總線上傳送“1”或者“ 0”。DS18B20通過保持總線為高發(fā)送“1”，將總線拉低發(fā)送“0”。發(fā)送“0”時，DS18B20在60μs時釋放總線； 發(fā)送“1” 時，總線被上拉電阻高電平空閑狀態(tài)。從DS18B20輸出的數(shù)據(jù)在啟動時序的下降沿后15μs有效。因此，控制器必須在時序開始的15μs內(nèi)釋放總線，然后采樣總線狀態(tài)。
通過讀/寫時序，控制器可以發(fā)出控制命令，對DS18B20進(jìn)行讀寫操作。
（5）DS18B20的常用命令
①SKIP ROM [CCH]
控制器可以用這一命令同時訪問總線上的所有設(shè)備而不需要發(fā)送ROM序列碼信息。控制器可以使總線上的所有DS18B20同時進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換。
②SEARCH ROM [F0]
當(dāng)系統(tǒng)開始上電時，控制器必須識別總線上所有從機(jī)的ROM序列碼，以確定從機(jī)的數(shù)目和它們的類型。控制器需要執(zhí)行 search ROM循環(huán)足夠多次才能識別所有的從設(shè)備。如果只有一個從屬設(shè)備在總線上，可使用簡單的Read ROM命令期待Search ROM。每一個Search ROM命令之后必須返回到事務(wù)序列的步驟（初始化）。
③READ ROM[33]
這一命令只有在總線上只有一個設(shè)備的時候使用，它使得控制器可以不用Search ROM命令就可以讀出從機(jī)的64位ROM序列碼。當(dāng)多于一個從機(jī)設(shè)備在總線上時，如果還使用該命令，由于所有的設(shè)備企圖響應(yīng)該設(shè)備，這樣將產(chǎn)生數(shù)據(jù)沖突。
④CONVRTT [44]
這一命令開始一次溫度轉(zhuǎn)換。變換之后，數(shù)據(jù)保存在暫存器的2個字節(jié)溫度寄存器中，DS18B20回到低功耗空閑狀態(tài)。如果設(shè)備工作在寄存電壓模式，則這一命令發(fā)送后10μs之內(nèi)，整個變換期間控制器必須在總線上能夠有較強(qiáng)的上拉。如果DS18B20由外部電源供電，那么Convert T命令后控制器可以發(fā)出讀時序。如果溫度變換正在進(jìn)行，那么返回“0”；如果已經(jīng)完畢，則返回“1”。
⑤WRITE SCTATCHPAD [4EH]
這一命令使得控制器可以寫3個字節(jié)數(shù)據(jù)到DS18B20的寄存器中。第一字節(jié)數(shù)據(jù)
到TH寄存器中，第二字節(jié)寫到TL中，第3字節(jié)寫到配置寄存器中。數(shù)據(jù)以最低有效位先發(fā)送。所有3字節(jié)必須在控制器發(fā)出復(fù)位或者數(shù)據(jù)丟失之前寫完。
⑥READ SCRTCHPAD[BEH]
這一命令使得控制器可以讀寄存器的內(nèi)容。數(shù)據(jù)傳送開始于字節(jié)0的最低位，直到寄存器的第9字節(jié)被讀出，任何時候，如果只需部分寄存器數(shù)據(jù)，控制器可以結(jié)束讀操作。
上面已經(jīng)介紹了數(shù)字溫度傳感器的原理，下面將利用DS18B20設(shè)計(jì)溫度采集模塊電路。
4.3 溫度采集模塊電路設(shè)計(jì)
以上已經(jīng)介紹了AT89C51和數(shù)字溫度傳感器DS18B20基本知識，下面將利用它們來設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的溫度采集電路。DS18B20連接到單片機(jī)的方法很簡單，它有兩種方法連接到電路上，既外接電源方式和寄生電源方式，這里使用的是系統(tǒng)提供的外接電源方式，而不采用寄生電源，只要VCC、DQ、GND連接到單片機(jī)的電源正極、一個I/O端口、電源地就可以了。但是要注意的是在DQ數(shù)據(jù)線中要加一個4.7K的上拉電阻，這一個是必須要加的，無論它是接在P1口還是P0口，這點(diǎn)特別注意，特別提醒。之外在電源兩端之間加個0.01U的電容，這樣的作用主要是濾波。
圖4.7 單片機(jī)和DS18B20接口圖
由圖4.7，知DS18B20工作在外部電源供電方式。單片機(jī)采用采用P1.1口與DS18B20通信。下面根據(jù)單片機(jī)的初始化時序和讀寫時序，寫出DS18B20和單片機(jī)之間的讀寫操作，這里只給了溫度的讀取，下位機(jī)部分程序在附錄中給出。
這里特別提醒的是DS18B20對時序要求很高，精度要求很高，所以程序的延時對是否能讀起數(shù)據(jù)起到非常關(guān)鍵的作用。
DS18B20讀寫數(shù)據(jù)程序如下：
void delaym(int time) //延時為(time*2+2)us
{ int s;
for(s=0;s<time; s++)
}
void write_bite(unit8 bite) //寫一位數(shù)據(jù)位
{ DQ=0;
if(bite==1)
DQ=1; //如果寫"1",DQ=1;
delaym(29);//延時60us提供DS18B20采樣
DQ=1; //釋放DQ
}
unit8 read_bite(void) //讀一位數(shù)據(jù)位
{ DQ=0; //將總線DQ拉低開始讀時序
delaym(0); //延時2us
DQ=1; //釋放DQ;
delaym(1); //延時4us后再讀數(shù)據(jù)
return(DQ);
}
void write_byte(unit8 dat) //寫一字節(jié)數(shù)據(jù)
{ unit8 i;
unit8 temp;
for(i=0;i<8;i++)
{ temp=dat>>1; //右移一位
temp&=0x01;
write_bite(temp);
}
}
unit8 read_byte(void)
{ unit8 i,value=0;
for(i=0;i<8;i++)
{ if(read_bite())
value|=0x01<<i;//讀一字節(jié)數(shù)據(jù)，一個讀時序讀一位，并做移位
delaym(29) ; //延時60us有以完成讀一位，之后再讀下一位
}
return(value);
}
unit8 DS18B20_RESET(void)
{ unit8 data;
DQ=0;
delaym(239); //保持DQ低480us
DQ=1;
delaym(35);
da=DQ;
delaym(211);
return (data);//有芯片應(yīng)答data=0,無則data=1
}
4.4 系統(tǒng)接口模塊電路設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)的采集模塊采集到數(shù)據(jù)后，必須要經(jīng)過CH372傳到上位機(jī)應(yīng)用軟件才能實(shí)現(xiàn)控制下位機(jī)的各種操作。而CH372是USB接口芯片，下位機(jī)和上位機(jī)通信的要通過CH372接口芯片來完成，其和計(jì)算機(jī)的連接很簡單，所以這一部分主要的硬件實(shí)現(xiàn)是CH372和單片機(jī)AT89C51的連接問題。
4.4.1 USB簡介
USB（Universal Serial Bus）是外圍設(shè)備與計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接的新型接口，既一種新型的通用串型總線接口，USB具有即插即用、熱插撥、接口體積小、節(jié)省系統(tǒng)資源、傳輸可靠、提供電源、良好的兼容性、共享試通信等優(yōu)點(diǎn)。
在USB產(chǎn)生之前，外部設(shè)備和計(jì)算機(jī)的通信主要是通過計(jì)算機(jī)主板所提供的各種接口，比如ISA接口、PCI接口、PS/2接口、串行接口，并行接口等，這些接口，存在這樣那樣的缺陷，比如接口規(guī)格不統(tǒng)一、不共享等為了克服上述外圍設(shè)備的缺陷，P制造商和用戶迫切需要一種新型的外設(shè)接口，USB正是在這樣的環(huán)境下產(chǎn)生的，它是一種快速、雙向、同步、廉價、并支持熱插撥功能的串行接口。
USB是一種新型的接口，那么它必定有它的通信標(biāo)準(zhǔn)，也就是我們所說的協(xié)議，下面簡單介紹USB的通信協(xié)議。
一般的，對終端用戶來看，USB系統(tǒng)是USB設(shè)備連接到主機(jī)的簡單連接，但對開放人員來說，這中連接可分為三個層次：功能層、USB設(shè)備層、USB總線接口層，且每一層都由主機(jī)和USB設(shè)備的不同功能模塊組成。可以用下面的圖型來形容。下圖4.8是這種分層通信機(jī)制的簡化。
圖4.8 USB通信層次模型
由圖，一個USB設(shè)備由三個功能模塊組成：USB總線接口、USB邏輯設(shè)備、功能單元。USB總線接口是USB設(shè)備中的串行引擎（SIE）；USB邏輯單元被看作是一個端點(diǎn)的集合；功能單元客戶軟件被看作接口的集合。
USB傳輸類型包括批量傳輸、同步傳輸、中斷傳輸和控制傳輸，每種傳輸類型的傳輸速度、可靠性以及應(yīng)用范圍都不同。控制傳輸可靠性是最高的，但速度最慢；同步傳輸速度快，滿足實(shí)時性，但可靠性低。在具體應(yīng)用中，端點(diǎn)傳輸類型可根據(jù)傳輸速度和可靠性選擇。
在USB通信協(xié)議中，主機(jī)取得絕對主動權(quán)利，設(shè)備只能是“聽命令行事”，通過一定的命令格式（設(shè)備請求）完成通信。USB設(shè)備請求包括標(biāo)準(zhǔn)請求、廠商請求和設(shè)備類請求。設(shè)備的枚舉是標(biāo)準(zhǔn)請求命令完成的；廠商請求是用戶定義的請求；設(shè)備類請求是特定的USB設(shè)備類發(fā)出的請求，例如海量儲存類、打印機(jī)類和HID（人機(jī)接口）類。固件編程中設(shè)備請求必須遵循一定的格式，包括請求類型、設(shè)備請求、值、索引和長度。
4.4.2 USB芯片選擇
USB的傳輸速度可分為低速（1.5Mbps）、全速(12Mbps)和高速（480Mb/s）,按傳輸速度來分，供選擇的USB芯片類型主要有：低速（1.5Mbps）和全速(12Mbps)，可選擇Philips公司的PDIUSBD12和Cypress公司的EZ-USB2100系列以及國產(chǎn)的CH372芯片； 高速（480Mbps）可選Philips公司的ISP1581和Cypress公司的USB接口芯片CY7C68013。
本次系統(tǒng)要傳輸?shù)乃俾时容^少，可以所以選擇全速的USB接口芯片，由于國產(chǎn)的芯片已經(jīng)有所好轉(zhuǎn)，再加上資料比較齊全，這次系統(tǒng)設(shè)計(jì)所選擇的USB接口芯片是國產(chǎn)芯片CH372。
芯片介紹：
CH372是南京沁恒電子有限公司生產(chǎn)的新型USB接口芯片，具有8位數(shù)據(jù)總線和讀、寫、片選控制線以及中斷輸出，可以方便地掛接到單片機(jī)/DSP/MCU/MPU等控制器的系統(tǒng)總線上；它屏蔽了USB通信協(xié)議，用戶如果沒有涉及到底層開放，那么只要了解芯片的普通用法就可以快速的設(shè)計(jì)USB設(shè)備。利用CH372進(jìn)行USB設(shè)備的通信設(shè)計(jì)可以如下的方框圖4.9
圖4.9 CH372和單片機(jī)框架連接
下面給出CH372的引腳圖（圖4.10）及部分命令：
圖4.10 CH372的管腳
CH372芯片占用兩個地址位，當(dāng)A0 引腳為高電平時選擇命令端口，可以寫入命令；當(dāng)A0引腳為低電平時選擇數(shù)據(jù)端口，可以讀寫數(shù)據(jù)。單片機(jī)通過8 位并行口對CH372 芯片進(jìn)行讀寫，所有操作都是由一個命令碼、若干個輸入數(shù)據(jù)和若干個輸出數(shù)據(jù)組成，部分命令不需要輸入數(shù)據(jù)，部分命令沒有輸出數(shù)據(jù)。命令操作步驟如下：
①在A0=1 時向命令端口寫入命令代碼；
②如果該命令具有輸入數(shù)據(jù)，則在A0=0 時依次寫入輸入數(shù)據(jù)，每次一個字節(jié)；
③如果該命令具有輸出數(shù)據(jù)，則在A0=0 時依次讀取輸出數(shù)據(jù)，每次一個字節(jié)；
④命令完成，可以暫停或者轉(zhuǎn)到①繼續(xù)執(zhí)行下一個命令。
CH372的命令如表4.5：
表 4.5 CH372命令
| 代碼 | 命令名稱 | 輸入數(shù)據(jù) | 輸出數(shù)據(jù) | 命令用途 |
| 05H | RESET_ALL |
| （等40mS） | 執(zhí)行硬件復(fù)位 |
| 06H | CHECK_EXIST | 任意數(shù)據(jù) | 按位取反 | 測試工作狀態(tài) |
| 12H
| SET_USB_ID
| VID 字節(jié) PID 字節(jié) |
| 設(shè)置USB的廠商VID和PID |
| 15H
| SET_USB_MODE | 模式代碼 | （等20uS） 操作狀態(tài) | 設(shè)置USB工作模式 |
| 22H | GET_STATUS |
| 中斷狀態(tài) | 獲取中斷狀態(tài)并取消請求 |
| 28H
| RD_USB_DATA
|
|
| 從當(dāng)前USB中斷的端點(diǎn)緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)塊并釋放當(dāng)前緩沖區(qū) |
| 2AH
| WR_USB_DATA5
|
|
| 向USB端點(diǎn)1的上傳緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)塊 |
| 2BH
| WR_USB_DATA7
|
|
| 向USB端點(diǎn)2的上傳緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)塊 |
4.4.3 USB設(shè)備端的接口設(shè)計(jì)
CH372芯片在本地端提供了通用的被動并行接口，包括：8位雙向數(shù)據(jù)總線D7～D0、讀選通輸入引腳RD#、寫選通輸入引腳WR#、片選輸入引腳CS#、中斷輸出引腳INT#以及地址輸入引腳A0。通過被動并行接口，CH372 芯片可以很方便地掛接到各種8位單片機(jī)、DSP、MCU 的系統(tǒng)總線上，并且可以與多個外圍器件共存。CH372芯片的RD#和WR#可以分別連接到單片機(jī)的讀選通輸出引腳和寫選通輸出引腳。CS#由地址譯碼電路驅(qū)動，用于當(dāng)單片機(jī)具有多個外圍器件時進(jìn)行設(shè)備選擇。INT#輸出的中斷請求是低電平有效，可以連接到單片機(jī)的中斷輸入引腳或者普通I/O 引腳，單片機(jī)可以使用中斷方式或者查詢方式獲知中斷請求。當(dāng)WR#為高電平并且CS#和RD#及A0 都為低電平時，CH372 中的數(shù)據(jù)通過D7～D0輸出；當(dāng)RD#為高電平并且CS#和WR#及A0 都為低電平時，D7～D0上的數(shù)據(jù)被寫入CH372 芯片中；當(dāng)RD#為高電平并且CS#和WR#都為低電平而A1 為高電平時，D7～D0 上的數(shù)據(jù)被作為命令碼寫入CH372芯片中。CH372 芯片的VD+和VD-引腳應(yīng)該直接連接到USB 總線上。如果為了芯片安全而串接保險電阻或者電感，那么交直流等效串聯(lián)電阻應(yīng)該在5Ω之內(nèi)。
USB定義了四種傳輸類型：控制傳輸、快傳輸、中斷傳輸和同步傳輸。南京沁恒公司的USB接口芯片CH372支持控制傳輸、批量傳輸、中斷傳輸。CH372主要有兩種數(shù)據(jù)流傳輸方式：單向數(shù)據(jù)流方式和請求應(yīng)答方式。其中請求應(yīng)答方式步驟如下：
① 計(jì)算機(jī)應(yīng)用層按事先約定的格式將數(shù)據(jù)請求發(fā)送給CH372芯片；
② CH372 芯片以中斷方式通知單片機(jī)；
③ 單片機(jī)進(jìn)入中斷服務(wù)程序，獲取CH372的中斷狀態(tài)并分析；
④ 如果是上傳，則釋放當(dāng)前USB 緩沖區(qū)，然后退出中斷程序；
⑤ 如果是下傳，則從數(shù)據(jù)下傳緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)塊；
⑥ 分析接收到的數(shù)據(jù)塊，準(zhǔn)備應(yīng)答數(shù)據(jù)，也可以先退出中斷程序再處理；
⑦ 單片機(jī)將應(yīng)答數(shù)據(jù)寫入批量端點(diǎn)的上傳緩沖區(qū)中，然后退出中斷程序；
⑧ CH372 芯片將應(yīng)答數(shù)據(jù)返回給計(jì)算機(jī)；
⑨ 計(jì)算機(jī)應(yīng)用層接收到應(yīng)答數(shù)據(jù)。
這種傳輸方式是必需要有計(jì)算機(jī)斷發(fā)出響應(yīng)才可以進(jìn)行的。在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可以通過向計(jì)算機(jī)發(fā)出命令，下位機(jī)根據(jù)命令來進(jìn)行各種操作，包括設(shè)計(jì)報警溫度，采集溫度等。
由于系統(tǒng)不需要那么多I/O口，所以本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的單片機(jī)端不需要擴(kuò)展，直接用端片機(jī)的I/O端口，值得注意的是MCU不擴(kuò)展，那么P0只能口只能作為I/O口使用，而不能作為數(shù)據(jù)/地址端口復(fù)用。這一點(diǎn)必須注意，而P0口做普通I/O使用必需要加上拉電阻1K到10K左右。否則系統(tǒng)將無法運(yùn)行，這點(diǎn)特別提醒要注意的地方。
最終CH372與單片機(jī)AT89C51之間的連接圖，如下圖4.11
4.11 CH372和89C51的連接圖
圖中P2作為CH372芯片8位雙向數(shù)據(jù)總線通信端口來使用。P1和P0端口作為普通的I/O口，USB 總線包括一對5V 電源線和一對（D+、D-）數(shù)據(jù)信號線。通常，+5V 電源線是紅色，接地線是黑色，D+信號線是綠色，D-信號線是白色。USB 總線提供的電源電流最大可以達(dá)到500mA，一般情況下，低功耗的USB 產(chǎn)品可以直接使用USB 總線提供的5V 電源。如果USB 產(chǎn)品通過其它供電方式提供常備電源，那么CH372 應(yīng)該與單片機(jī)一起使用該常備電源并且斷開USB總線的電源；如果需要同時使用USB 總線的電源，那么可以通過阻值約為1Ω的電阻R1 連接USB 總線的5V 電源線與USB 產(chǎn)品的5V 常備電源，并且兩者的接地線直接相連接。
CH372 的CS#固定為低電平，一直處于片選狀態(tài)，在單片機(jī)程序中，可以控制各個I/O引腳模擬并口時序與CH372 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。比如控制P05、P06、P07來讀、寫命令。
圖4.11中，可選電阻R2 用于在電源斷電后將電解電容C5 中的電能及時釋放掉，使VCC 及時下降到0V，確保在下次通電時CH372 能夠可靠地上電復(fù)位。電容C3 用于CH372 內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)退耦，C3 是容量為0.01μF 的獨(dú)石或高頻瓷片電容，如果對EMI 沒有要求那么可以省掉C3。電容C4和C5用于外部電源退耦，C4 是容量為0.1μF的獨(dú)石或高頻瓷片電容。晶體X1、電容C1 和C2 用于CH372的時鐘振蕩電路。X1的頻率是12MHz，C1和C2是容量為15pF-30pF 的獨(dú)石或高頻瓷片電容。
本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的USB接口硬件設(shè)計(jì)已經(jīng)完成。而且應(yīng)用部分的硬件設(shè)計(jì)也已經(jīng)完成，下節(jié)將給出整體硬件設(shè)計(jì)的電路圖。
4.5 系統(tǒng)硬件整體實(shí)現(xiàn)
下位機(jī)的應(yīng)用部分是DS18B20，DS18B20采集到溫度信號，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號然后輸出到單片機(jī)AT89C51，單片機(jī)對數(shù)字信號進(jìn)行處理，然后將處理的數(shù)據(jù)通過USB接口芯片傳到上位機(jī)的USB設(shè)備驅(qū)動程序，上位機(jī)的主USB控制驅(qū)動程序接受來自USB設(shè)備驅(qū)動程序的數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)端的應(yīng)用軟件進(jìn)行各種操作。反之，計(jì)算機(jī)的控制命令通過USB總線接口，把控制命令通過USB芯片傳到單片機(jī)，由于本系統(tǒng)已經(jīng)對計(jì)算機(jī)程序的命令編碼過，所以單片機(jī)接受來自上位機(jī)命令，對其進(jìn)行判斷，從而做出不同的響應(yīng)。
硬件電路整體實(shí)現(xiàn)電路圖在附件中給出。
5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)包括下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)和上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)，下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)可以使用匯編語言和單片機(jī)C語言，上位機(jī)設(shè)計(jì)可以采用的很多計(jì)算機(jī)高級語言，比如VC++、Delphi、C++ builder等，在這里選擇C++ builder來編寫上位機(jī)程序。至于下位機(jī)程序，主要有匯編語言、PL/M語言和C語言。匯編語言有執(zhí)行效率高、速度快、與硬件結(jié)合緊密等特點(diǎn)，尤其在I/O端口管理時，使用匯編語言有快捷、直觀的優(yōu)點(diǎn)。但是使用匯編語言相對于高級語言，比如單片機(jī)C語言來講，難度要大很多，而且匯編語言的呈現(xiàn)可讀性低、開放性差。所以下位機(jī)的程序設(shè)計(jì)選擇單片機(jī)C語言。下面簡單介紹本次軟件設(shè)計(jì)的編程工具。
5.1 軟件設(shè)計(jì)開發(fā)工具
Keil C51是單片機(jī)的編寫軟件，是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會更加深刻。 Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。
C++ builder是Inprise公司1998 年推出的，面向?qū)ο蟮?2位Windows程序設(shè)計(jì)開放工具，C++ builder不僅繼承了Delphi使用簡便、功能強(qiáng)大、效率高等特點(diǎn)，而且它還結(jié)合了C++語言的所有優(yōu)點(diǎn)。 C++ builder可以說是至今為止功能最強(qiáng)、最簡單易學(xué)的Windows開發(fā)工具之一。C++ builder 6具有非常友好的集成開發(fā)環(huán)境，提供一百多個VCL組件，使開發(fā)人員不需要太多的時間編碼，就能實(shí)現(xiàn)很多復(fù)雜的功能。它的編譯器 能夠自動列出VCL組件的屬性和方法供程序員選擇，而不必手工輸入復(fù)雜的代碼。正式因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，所以本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇 C++ builder作為上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)的開發(fā)工具。
5.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)要對溫度進(jìn)行采集，首先必須利用上位機(jī)對下位機(jī)（單片機(jī)）發(fā)出命令，單片機(jī)根據(jù)接收到的命令，根據(jù)預(yù)先的規(guī)則對不同的命令做出不同的處理。然后把處理結(jié)果發(fā)回上位機(jī)，上位機(jī)接收到溫度數(shù)據(jù)后，根據(jù)溫度數(shù)據(jù)畫出數(shù)據(jù)采集圖像。這就是系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)功能，根據(jù)這一要求，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的軟件。
系統(tǒng)整體模塊流程圖如圖5.1
圖5.1 系統(tǒng)整體模塊圖
下面分別設(shè)計(jì)下位機(jī)和上位機(jī)的程序流程圖。
5.2.1下位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)
單片機(jī)端的應(yīng)用程序主要實(shí)現(xiàn)的功能就是對DS18B20進(jìn)行采集溫度，把采集到的溫度通過USB接口芯片上傳到計(jì)算機(jī)端的應(yīng)用程序。
下位機(jī)的程序設(shè)計(jì)流程圖5.2
圖5.2 下位機(jī)的程序設(shè)計(jì)流程圖
下位機(jī)的程序流程圖中包括單片機(jī)和DS18B20和單片機(jī)的通信流程圖，以及單片機(jī)和USB設(shè)備接口芯片的通信流程圖。
其中DS18B20和單片機(jī)的通信流程圖如下圖5.3
這里是單片機(jī)如何根據(jù)DS18B20的特性來控制它，進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，并讀取溫度。把溫度數(shù)據(jù)保存在單片機(jī)端。
圖5.3 DS18B20的程序流程圖
單片機(jī)先初始化DS18B20溫度傳感器，對其復(fù)位，然后按DS18B20的時序來讀寫命令，DS18B20根據(jù)命令進(jìn)行操作，單片機(jī)和DS18B20的通信過程主要為：單片機(jī)對DS18B20復(fù)位，跳過讀寫系列號操作（送0xCC命令到DS18B20），啟動溫度轉(zhuǎn)換，再次復(fù)位，送讀溫度命令0xBE，讀出溫度。這就是單片機(jī)和DS18B20的通信過程，將得到的溫度單片機(jī)在進(jìn)行處理，把溫度數(shù)據(jù)傳到上位機(jī)。上位機(jī)實(shí)時顯示溫度值。為了便于說明DS18B20和單片機(jī)間的通信過程，下面給出讀出DS18B20溫度的程序：
unsigned int readtemperature(void) //讀溫度
{ unit8 a=0,b=0;
unit8 c,d;
unsigned int t=0;
float tt=0;
c=DS18B20_RESET();
write_byte(0xCC); // 跳過讀序號列號的操作
write_byte(0x44); // 啟動溫度轉(zhuǎn)換
d=DS18B20_RESET();
write_byte(0xCC); //跳過讀序號列號的操作
write_byte(0xBE); //讀取溫度寄存器等前兩個就是溫度
a=read_byte();
b=read_byte();
t=b;
t<<=8;
t=t|a;
return(t); }
單片機(jī)讀出溫度后，接下來的工作就是單片機(jī)和CH372芯片的通信。CH372已經(jīng)屏蔽了USB通訊協(xié)議，所以只要知道CH372單片機(jī)之間的通信過程，就很方便的寫出它們的通信流程圖。圖5.4是CH372和89C51的程序流程圖。
（1）單片機(jī)向CH372上傳數(shù)據(jù) （2） 下載數(shù)據(jù)到單片機(jī)
圖5.4 單片機(jī)和CH372的通信流程圖
上傳數(shù)據(jù)是通過查詢DS18B2是否轉(zhuǎn)換完，轉(zhuǎn)換完，則上傳，否則等待；上位機(jī)的應(yīng)用軟件向下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，CH372的端點(diǎn)接受器接受來著來自計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)，通過中斷來通知單片機(jī)，單片機(jī)開始接受收據(jù)，并進(jìn)行處理。
5.2.2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)
上位機(jī)接受來自下位機(jī)的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)各種功能。有一點(diǎn)必須要注意的是，要利用動態(tài)連接庫的知識，才能打開USB設(shè)備，從而進(jìn)行通信，所以在編寫應(yīng)用軟件前，一定要了解C++ builder 動態(tài)連接庫的使用。由于CH372驅(qū)動程序提供的動態(tài)連接庫是用VC編寫的，C++ builder要建立起PC機(jī)和CH372的通信，必須要使用VC編寫的動態(tài)連接庫，但C++ builder不能直接使用VC編寫的動態(tài)連接庫。關(guān)于這點(diǎn)，在調(diào)試部分將做更多說明，這里只介紹上位機(jī)軟件整體設(shè)計(jì)方面的內(nèi)容。
下面給出上位機(jī)的程序流程圖5.5：
圖5.5 上位機(jī)流程圖
這就是上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)思想，具體實(shí)現(xiàn)在程序中有將進(jìn)一步說明。
6 系統(tǒng)調(diào)試
前面幾章節(jié)，已經(jīng)對整個系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，可是對于硬件來說，這只是完成一部分的工作 ，硬件系統(tǒng)真正的挑戰(zhàn)在于調(diào)試，很多情況下，電路圖是在理論是正確的，可以實(shí)現(xiàn)的，可是真正的到了實(shí)際中，會出現(xiàn)很多情況，但不管怎么樣，重要的一點(diǎn)是結(jié)合設(shè)計(jì)理論知識來分析系統(tǒng)，逐步調(diào)試系統(tǒng)。
6.1 硬件調(diào)試
系統(tǒng)硬件電路并不是很復(fù)雜，但調(diào)試中必需要注意以下幾點(diǎn)，否則將會出現(xiàn)系統(tǒng)工作不穩(wěn)定情況，嚴(yán)重的話，將CH372芯片燒壞，這是電路特別需要的地方。下面給出硬件調(diào)式中碰到的問題，并提出如何解決。
（1）CH372的WR、RD、A0信號線是由單片機(jī)89C51的P0口提供的，P0口作為I/O口使用，必須要加上拉電阻，很多資料寫著加1K-10K的上拉電阻，但這對于本系統(tǒng)是不正確的。
實(shí)際上在本系統(tǒng)中P0口的上拉F范圍是30K-125K，最好選擇100K的上拉電阻。因?yàn)槿绻皇?0K，那么流入CH372的芯片的電流為500uA，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了芯片規(guī)定的最高電流160uA，這樣肯定會燒壞芯片。所以這個上拉電阻的范圍是一定要根據(jù)芯片的參數(shù)來設(shè)計(jì)，而不能從其他資料上說的選擇1K-10K。這點(diǎn)要特別注意。
（2）在CH372的濾波電容0.1uF中，并聯(lián)一個5K-10K的電阻。這樣的作用是系統(tǒng)在斷電時，把電容中的電能及時的釋放掉，使VCC及時的下降到0V，確保電路下使用通電時CH372能夠可上電復(fù)位。
如果不加這個電阻，不少情況下，一旦下位機(jī)通電，芯片很久才顯示出來，上位機(jī)需要較久時間來確認(rèn)接口芯片，所以應(yīng)該加5K-10K的電阻，這是系統(tǒng)的一個改進(jìn)。
（3）共用晶振問題。USB接口芯片CH372和單片機(jī)都要需要晶振才能工作，但CH372的晶振必須是12M。單片機(jī)可以和CH372共用同一個晶振，但必需是12M。這樣的優(yōu)點(diǎn)是可以節(jié)約材料，但是不便于PCB排版，還有如果有芯片壞了，也不容易覺察出是不是CH372壞，還是單片機(jī)壞了，所以這里考慮單片機(jī)和CH372不能共用晶振。方便硬件調(diào)試。
（4）DS18B20的接法。DS18B20連接到單片機(jī)的接法很簡單，這里提出需要注意的一點(diǎn)是，DS18B20用在P11做通信端口，但必須接4.7K的上拉電阻。P1口是I/O口用驅(qū)動外部電路時,一般都不用接上拉電阻的，但這里需要上拉電阻。這一點(diǎn)也就要注意。否則DS18B20工作不穩(wěn)定，有可能有干擾。
本次系統(tǒng)調(diào)試硬件主要出現(xiàn)的問題就是上面所提到的，只要根據(jù)理論來分析，綜合實(shí)際應(yīng)用，便可以做出正確的硬件，這樣為后期軟件調(diào)試減少很多麻煩，否則，后期軟件調(diào)試的時候，出現(xiàn)問題有可能是軟件問題，或者是硬件問題，混合起來處理會很不方便，需花很多時間。
6.2 軟件調(diào)試
本系統(tǒng)的軟件調(diào)試主要有下位機(jī)端的軟件調(diào)試和上位機(jī)端的軟件調(diào)試。
6.2.1 下位機(jī)的軟件調(diào)試
下位機(jī)的軟件調(diào)試主要分兩部分：單片機(jī)和CH372Z時間的通信、單片機(jī)與溫度傳感器DS18B20的通信。
（1）單片機(jī)和CH372之間的通信
這一部分是必須首先要調(diào)試出來的， 因?yàn)橐揽窟@一部分通過計(jì)算機(jī)才能顯示出單片機(jī)和溫度傳感器之間的通信。
硬件部分利用具有上拉電阻的P0口作為CH372的WR、RD、A0線，所以通過軟件控制P0口信號來達(dá)到控制CH372的讀寫命令和讀寫數(shù)據(jù)。只要注意CH372的讀寫時間要求就可以很快實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)的P2口是作為CH372的數(shù)據(jù)口，利用它來發(fā)送和接受CH372的數(shù)據(jù)。
這里特別強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是CH372的初始化程序，如果初始化不成功，電腦無法識別硬件，后期將無法進(jìn)行。所以初始化程序必須注意的一點(diǎn)。下面給出CH372的初始化程序。
#define VID 0x8888 //廠商ID
#difine PID 0x9999 //產(chǎn)品ID
CH372_Init() //初始化CH372
{ int i;
CH372_WR_CMD_PORT(CMD_SET_USB_ID); //設(shè)置USB設(shè)備VID和PID
CH372_WR_DATA_PORT(VID&0xff); //寫入廠商ID的低字節(jié)
CH372_WR_DATA_PORT(VID>>8); //寫入廠商ID的高字節(jié)
CH372_WR_DATA_PORT(PID&0xff); //寫入產(chǎn)品ID的低字節(jié)
CH372_WR_DATA_PORT(PID>>8); //寫入產(chǎn)品ID的高字節(jié)
CH372_WR_CMD_PORT(CMD_SET_USB_MODE); //設(shè)置CH372工作模式
CH372_WR_DATA_PORT(2);//工作模式2
for( i=200;i>0;i--) //20us時間復(fù)位
if (CH372_RD_DATA_PORT==CMD_RET_SUCCESS) //復(fù)位成功
break;
}
另外，CH372最大可以傳送64個字節(jié)，每一個讀寫函數(shù)每一次操作的只能一個字節(jié)，要讀寫多個字節(jié)，這里使用的是循環(huán)的方法。
CH372初始化成功后，下位機(jī)連接到PC機(jī)上，安裝了CH372驅(qū)動程序的PC機(jī)就可以識別硬件。完成這部分工作之后先進(jìn)入上為機(jī)和下位機(jī)聯(lián)合的調(diào)試,然后再調(diào)試DS18B20和DS18B20之間的通信。
（2）單片機(jī)和DS18B20之間的通信
單片機(jī)要根據(jù)DS18B20的時序要求和讀寫要求來讀取溫度數(shù)據(jù)。由于DS18B20是一線式數(shù)字溫度傳感器，對時序要求比較高，延時程序誤差大，則不能讀出數(shù)據(jù)。還有要按照訪問DS18B20的順序來操作。這里再次說明訪問DS18B20的順序如下：①初始化；②ROM命令；③DS18B20的函數(shù)命令。
總之，這部分編程主要注意的就是延時程序的準(zhǔn)確性。并按照DS18B20的操作順序便可以把溫度數(shù)字傳到單片機(jī)。
6.2.2 上位機(jī)的軟件調(diào)試
上位機(jī)的編程工具是C++ builder，主要是VCL控件的使用。主要有兩個模塊組成：通信模塊和圖像處理模塊。其中通信模塊負(fù)責(zé)處理上位機(jī)和下位機(jī)之間的通信，圖像處理模塊負(fù)責(zé)溫度采集圖像。
對于通信模塊，主要是調(diào)用CH372的動態(tài)連接庫，但由于廠家的CH372動態(tài)連接庫是使用Visual C＋＋制作的，C++ builder 不能直接運(yùn)用，否則將會有出錯信息。所以要經(jīng)過一定的處理。
處理這一問題主要有兩種方法：顯式連接法和使用C＋＋Builder中提供的導(dǎo)入庫生成工具。由于顯示連接對于在系統(tǒng)中多次調(diào)用動態(tài)連接庫的多個函數(shù)很不方便，這里選擇使用C＋＋Builder中提供的導(dǎo)入庫生成工具。步驟如下：
(1)用C＋＋Builder提供的implib.exe工具重新生成該動態(tài)庫（xxx.dll）的導(dǎo)入庫（xxx.lib）。命令如下：
implib ch372.lib ch372.dll。
ch372.dll為已有動態(tài)庫，ch372.lib為要生成的導(dǎo)入庫。由此生成的導(dǎo)入庫ch372.lib格式與C＋＋Builder開發(fā)平臺是相容的；
(2)在動態(tài)庫的頭文件ch372.h中，對其輸出函數(shù)重新說明，語句如下：
extern _stdcall HANDLE WINAPI CH375OpenDevice(
ULON GiIndex );// 指定CH372
設(shè)備序號,0對應(yīng)第一個設(shè)備
(3)然后采用隱式鏈接法，將重新生成的導(dǎo)入庫（ch372.lib）和重新說明的頭文件(ch372.h)加入到C＋＋Builder應(yīng)用程序的工程項(xiàng)目中，進(jìn)行編譯和連接。
對于圖像處理模塊，應(yīng)用軟件根據(jù)接受到的溫度，利用C++ builder在窗體上畫出動態(tài)連接圖，主要采用窗體Canvas屬性來實(shí)現(xiàn)。
6.2.3 上位機(jī)和下位機(jī)聯(lián)機(jī)調(diào)試
下位機(jī)（單片機(jī)）對CH372初始化成功之后，上位機(jī)就能夠識別下位機(jī)設(shè)備（USB設(shè)備），上位機(jī)調(diào)試部分也初步完成，那就進(jìn)入系統(tǒng)整體調(diào)試。
整體調(diào)試主要分三步：
（1）測試單片機(jī)和PC機(jī)能否正常通信；
這里利用的方法如下：在下位機(jī)的程序部分設(shè)計(jì)一個往上位機(jī)發(fā)送的字符數(shù)組，比如“1214”，然后在PC機(jī)上進(jìn)行操作，看是否能成功接受數(shù)組，如果能，則說明單片機(jī)可以往上位機(jī)發(fā)生數(shù)據(jù)，不行則修改上位機(jī)和下位機(jī)相關(guān)部分的程序。接下來PC往下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，如果下位機(jī)能夠成功返回相同的數(shù)據(jù)到PC機(jī)上，則說明上為機(jī)和下位之間的通信已經(jīng)成功。
（2）測試單片機(jī)能否對DS18B20正常的讀取溫度；
完成上面一步才能進(jìn)行這一步調(diào)試，前面已經(jīng)提到，DS18B20的對時序要求很高，一定要準(zhǔn)確，并且按DS18B20的順序來進(jìn)行操作，在硬件電路原理沒有錯的情況下，如果溫度讀起不正確，或者無法讀取溫度，只能是出現(xiàn)兩種錯誤，一是時序問題，沒有按照DS18B20的時序精度來對其進(jìn)行操作，二是單片機(jī)訪問DS18B20的順序問題，單片機(jī)沒有嚴(yán)格按照訪問DS18B20的順序?qū)ζ鸢l(fā)送命令，單片機(jī)訪問DS18B20的順序這里再次聲明：初始化、ROM命令、DS18B20的函數(shù)命令。
這一部分出現(xiàn)的兩個問題，大部分情況下出現(xiàn)的是時序問題，所以特別注意單片機(jī)對于DS18B20的精確延時。
（3）采集溫度；
各部分通信正常后，便可以采集數(shù)據(jù)并處理。因?yàn)橄到y(tǒng)采集過程是上位機(jī)每發(fā)送一條采集命令，下位機(jī)就上傳一次溫度數(shù)據(jù)，所以這一步主要調(diào)試的是上位機(jī)要間隔多長時間定時向下位機(jī)發(fā)送采集命令，使系統(tǒng)能快速采集溫度并上傳，并防止發(fā)生讀寫等沖突。
6.3 系統(tǒng)性能指標(biāo)
系統(tǒng)性能指標(biāo)主要是：
（1）測量溫度誤差小于或者等于0.5℃；
（2）溫度顯示分辨率為0.0625℃；
（3）測量溫度范圍在0℃～70℃；
（4）具有控制報警功能。
7 系統(tǒng)的簡單操作說明
若用戶使用本系統(tǒng)，將可以對其進(jìn)行以下的簡單操作：
（1）首先打開USB設(shè)備；在上位機(jī)軟件上打開USB設(shè)備，建立起上位機(jī)和下位機(jī)的通信機(jī)制。使用本系統(tǒng)都首先要打開USB設(shè)備。
（2）對計(jì)算機(jī)端的應(yīng)用軟件進(jìn)行溫度讀取操作，將立即得到該環(huán)境溫度的實(shí)時溫度；
（3）可以在上位機(jī)上輸入報警極限溫度，上位機(jī)把極限溫度發(fā)送到下位機(jī)，并且保留在上位機(jī)，一旦超過，則報警；
（4）上位機(jī)應(yīng)用軟件提供實(shí)時使用幫助功能。如果用戶不知道怎么樣使用軟件，則可以通過幫助，便能快速使用本系統(tǒng)軟件。
8 總結(jié)
在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的開發(fā)過程中，感覺C 語言（單片機(jī)C語言和C++）的熟練程度是項(xiàng)目開發(fā)的關(guān)鍵。許多問題其實(shí)原理上都是非常成熟的東西，從一些資料上都可以找到。在自己的題目中，要做的也就是將原理表述的溫度采集后傳到單片機(jī)。因此，開發(fā)工作本身沒有多少創(chuàng)造性，沒有多少高深的知識，要具備的僅是對C 語言的熟練，以及學(xué)會解決遇到的問題。
做完這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的另一個體會就是對于硬件的設(shè)計(jì)不能硬搬書上或者是相關(guān)材料上的。往往由于系統(tǒng)硬件體系不同，所以需要一定的變通，書和材料只能起到提示參考的作用。比如本系統(tǒng)單片機(jī)的上拉電阻，書上都說一般用的是1K-10K，可是實(shí)際在這個系統(tǒng)中是不適用的，如果用1K-10K，由于進(jìn)入CH372的電流段過大，這個沖擊電流會燒壞芯片。而關(guān)于芯片的參數(shù)很多情況下，設(shè)計(jì)人員并不在乎，所以往往只憑書上的知識來設(shè)計(jì)電路，忽略了細(xì)節(jié)，這就是本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的問題。
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的傳感器DS18B20對延時要求很高，往往在調(diào)試的過程中，溫度無法顯示，檢查硬件電路和軟件問題都沒有發(fā)現(xiàn)出問題，當(dāng)時首先要考慮的是溫度傳感器DS18B20芯片已經(jīng)壞了，經(jīng)過多次分析，覺得芯片才第一次使用，壞的可能性很小，而一線溫度傳感器對時序要求很高，所以溫度無法讀起，首先考慮到單片機(jī)無法正確按照DS18B20的時序讀取溫度。最后確實(shí)讀到了溫度數(shù)據(jù)。單片機(jī)的延時程序一般對系統(tǒng)來說，要求不是很精確，可是本次設(shè)計(jì)卻要求非常嚴(yán)格，這點(diǎn)必須注意。
之外，上位機(jī)應(yīng)用軟件的編寫工具是C++ builder , 國內(nèi)很多資料都是介紹的都是基本控件的使用，涉及到畫圖的資料比較少，特別是畫動態(tài)圖象，本系統(tǒng)只能是另做窗體來畫出系統(tǒng)的溫度采集圖像。而且C ++的動態(tài)連接問題并不是書上介紹的那樣，真正操作起來碰到了不少問題，連接錯誤等等。
謝 辭
首先，我要感謝我的導(dǎo)師龍老師，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的整個過程中，她給與我極大的幫助。
經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我真正的運(yùn)用了大學(xué)里學(xué)到的很多理論知識，應(yīng)用到實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)可以說是一個實(shí)戰(zhàn)，一個理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)歷程3個月，通過3個月的時間了，我不斷的學(xué)習(xí)新知識，掌握新東西，并且即學(xué)即用，龍老師在這里畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中就我碰到的問題給以正確有效的引導(dǎo)，使我能夠順利的做完畢業(yè)時間，她治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、知識淵博、態(tài)度熱情認(rèn)真，給我留下了深刻的印象，所以我在這里非常的感謝我的導(dǎo)師老老師，也感謝學(xué)校給以我這樣的一次鍛煉的機(jī)會，感謝本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中給以我?guī)椭乃械睦蠋煛⑼瑢W(xué)！
參考文獻(xiàn)
[1] 張培仁.基于C語言編程--MS-51單片機(jī)用力和應(yīng)用[M] .清華大學(xué)出版社 .2003.1
[2] 席衛(wèi)文.C++ builder 6程序設(shè)計(jì)與實(shí)例[M] .冶金工業(yè)出版社.2003.6
[3] 余明興.Borland C++ Builder 5 實(shí)例精講[M] . 清華大學(xué)出版社.2001.6
[4] 雷曉平.單片機(jī)及其應(yīng)用[M].電子可見大學(xué)出版社. 2003.3
[5] 陳啟美. 計(jì)算機(jī)USB接口技術(shù)[M] 南京大學(xué)出版社. 2003.1
[6] 徐科 楊朝霖.C++ builder實(shí)用技術(shù)與經(jīng)典案例[M].清華大學(xué)出版社. 2002.11
[7] 王成儒 李英偉.USB2.0原理與工程開發(fā)[M].國防工業(yè)出版社.2002.3
[8] 沙占友 葛家怡.集成化智能傳感器原理與應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社.2004.1
[9] 劉明業(yè).集成電路/計(jì)算機(jī)硬件描述語言VHDL高等教程[M].清華大學(xué)出版社.2003.6
[10] Universal Serial Bus Specification Revision 1.1. Compaq Computer Corporation，Intel
Corporation，Microsoft Corporation，NEC Corporation: September 23, 1998.
附 錄
1.protel原理圖
1PCB圖
2本系統(tǒng)部分程序
(1)下位機(jī)部分程序圖
#include <reg51.h>
#include <string.h>
#include "ch372.h"
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define VID 0x8888
#define PID 0x9999
#define USBCMD_WR 100 //上傳數(shù)據(jù)
#define USBCMD_RD 101 //設(shè)置報警溫度
#define DS18B20 102 //檢測是否有溫度傳感器
#define CH375PORT P2
sbit CH375_WR=P0^5; //控制CH372的寫數(shù)據(jù)信號
sbit CH375_RD=P0^6; //控制CH372的讀數(shù)據(jù)信號
sbit CH375_A0=P0^7; //控制CH372的寫命令信號
data uchar buffer[64];
data uchar USBCMD;
bit UsbRecvOk;
sbit LED0=P1^1;
sbit LED1=P1^2;
sbit DQ=P1^0;
static float bwendu;
//DS18B20的程序
void delaym(uchar time) //延時為(time*2+3)us
{
for(;time>0;time--);
}
uchar read_byte(void)
{uchar i,value=0;
for(i=0;i<8;i++)
{value>>=1;
DQ=0; //將總線DQ拉低開始讀時序
DQ=1; //釋放DQ;
delaym(1);
if(DQ) value|=0x80;
delaym(6); //讀取時間間隙,要大于1us
}
return (value);
}
void write_byte(uchar value)
{ uchar i;
for(i=0;i<8;i++)
{DQ=0;
DQ=value&0x01; //每次寫1位,通過val右移得到
delaym(5); //延時34us(15~60us采樣時間)
DQ=1;
value>>=1;
}
delaym(5); //2次寫的時間間隙要大于1us
}
uchar DS18B20_RESET(void)
{uchar da;
DQ=0;
delaym(29); //保持DQ低480us
DQ=1;
delaym(3); //等待15~60us
da=DQ;
delaym(25);
return (da);//有芯片應(yīng)答da=0,無則da=1
}
unsigned int readtemperature(void) //讀溫度
{ uchar a=0,b=0; // c為溫度的小數(shù)部分?
unsigned int t=0;
DS18B20_RESET();
write_byte(0xCC); // 跳過讀序號列號的操作
write_byte(0x44); // 啟動溫度轉(zhuǎn)換
DS18B20_RESET();
write_byte(0xCC); //跳過讀序號列號的操作
write_byte(0xBE); //讀取溫度寄存器等（共可讀9個寄存器） 前兩個就是溫度
a=read_byte();
b=read_byte();
t=b;
t<<=8;
t=t|a;
return(t);
}
void Delayms(uint m)
{
uint i;
while(m-->0)
for (i=0; i<500; i++);
}
void CH375_CMD(uchar x) //向CH372寫命令
{
CH375_A0=1;
CH375PORT=x;
CH375_WR=0;
CH375_WR=1;
}
void CH375_DAT_WR(uchar x) //向CH372寫數(shù)據(jù)
{
CH375_A0=0;
CH375PORT=x;
CH375_WR=0;
CH375_WR=1;
}
uchar CH375_DAT_RD() //從CH372讀數(shù)據(jù)
{
uchar x;
CH375_A0=0;
CH375PORT=0xff;
CH375_RD=0;
x=CH375PORT;
CH375_RD=1;
return x;
}
void CH375_Init( ) //CH372初始化
{
CH375_CMD(CMD_SET_USB_ID); //寫 VID和PID
CH375_DAT_WR(VID&0xff);
CH375_DAT_WR(VID>>8);
CH375_DAT_WR(PID&0xff);
CH375_DAT_WR(PID>>8);
CH375_CMD(CMD_SET_USB_MODE);
CH375_DAT_WR(2);
}
void LoadUpData( uchar data *Buf, uchar Len ) //上傳數(shù)據(jù)
{
uchar i;
CH375_CMD(CMD_WR_USB_DATA7);
CH375_DAT_WR(Len);
for ( i=0; i<Len; i++ )
CH375_DAT_WR(Buf[i]); /* 加載數(shù)據(jù) */
}
void CH375Interrupt( ) interrupt 0 using 1
{
unsigned char Status;
unsigned char length, i;
EX0 = 0;
CH375_CMD(CMD_GET_STATUS);
Status = CH375_DAT_RD();
switch(Status)
{
case USB_INT_EP2_OUT: /* 批量端點(diǎn)下傳成功 */
CH375_CMD(CMD_RD_USB_DATA);
length = CH375_DAT_RD();
if(length>64) length=64;
for(i=0; i<length; i++)
buffer[i] = CH375_DAT_RD();
LED1=0;
UsbRecvOk=1;
USBCMD=buffer[0];
break;
case USB_INT_EP2_IN:
LED1=0;
CH375_CMD(CMD_UNLOCK_USB);
break;
case USB_INT_EP1_IN:
CH375_CMD(CMD_UNLOCK_USB);
break;
}
EX0 = 1;
}
void main( )
{ uint wendu;
float tt;
uchar a,b;
uchar reset; //DS18B20復(fù)位成功
uint k;
EA=1; EX0 = 1;
CH375_CMD(CMD_RESET_ALL);
Delayms(50);
CH375_Init();
UsbRecvOk=0;
LED0=1;
LED1=0;
while(1)
{ k++;
if(UsbRecvOk)
{
UsbRecvOk=0;
switch(USBCMD)
{
case USBCMD_RD:
wendu=readtemperature(); //讀溫度
b=wendu&0x0f;
a=(wendu>>4)&0xff;
buffer[0]=a; //溫度整數(shù)部分
buffer[1]=b; //溫度小數(shù)部分
LoadUpData(buffer,3); //上傳溫度
tt=a+b*0.0625;
break;
case USBCMD_WR: //設(shè)置報警溫度
bwendu=buffer[1]+buffer[2]*0.1;
break;
case DS18B20 : //檢測有無溫度傳感器
reset=DS18B20_RESET();
buffer[0]=reset;
LoadUpData(buffer,3);
}
}
if(tt>=bwendu)
LED0=0;
else
LED0=1;
}
}
（2）上位機(jī)部分程序：
//----------------------------------------------------------------------
#ifndef Unit1H
#define Unit1H
//----------------------------------------------------------------------
#include <Classes.hpp>
#include <Controls.hpp>
#include <StdCtrls.hpp>
#include <Forms.hpp>
#include <ExtCtrls.hpp>
//----------------------------------------------------------------------
class TForm1 : public TForm
{
__published: // IDE-managed Components
TButton *Button1;
TButton *Button2;
TButton *Button3;
TEdit *Edit1;
TEdit *Edit2;
TButton *Button4;
TLabel *Label1;
TLabel *Label2;
TShape *Shape1;
TShape *Shape2;
TShape *Shape3;
TButton *Button5;
TTimer *Timer1;
TTimer *Timer2;
TShape *Shape4;
TLabel *Label3;
TLabel *Label4;
TLabel *Label5;
TLabel *Label6;
TLabel *Label7;
TLabel *Label8;
TLabel *Label9;
TLabel *Label10;
void __fastcall Button4Click(TObject *Sender);
void __fastcall Button1Click(TObject *Sender);
void __fastcall Button3Click(TObject *Sender);
void __fastcall Button2Click(TObject *Sender);
void __fastcall Button5Click(TObject *Sender);
void __fastcall Timer1Timer(TObject *Sender);
private: // User declarations
public: // User declarations
__fastcall TForm1(TComponent* Owner);
ULONG index ;
float baojing; //存放設(shè)置的報警溫度
unsigned char sent[64],jieshou[64];
unsigned long length;
unsigned int image[64];
unsigned int x1,y1; //坐標(biāo)
};
//----------------------------------------------------------------------
extern PACKAGE TForm1 *Form1;
//----------------------------------------------------------------------
#endif
//----------------------------------------------------------------------
#include <vcl.h>
#pragma hdrstop
#include "Unit1.h"
#include "CH375DLL.H"
//----------------------------------------------------------------------
#pragma package(smart_init)
#pragma resource "*.dfm"
TForm1 *Form1;
//----------------------------------------------------------------------
__fastcall TForm1::TForm1(TComponent* Owner)
: TForm(Owner)
{ Form1->Timer1->Enabled=false; //關(guān)定時器
Form1->Timer2->Enabled=false;
baojing=50;
}
//----------------------------------------------------------------------
void __fastcall TForm1::Button4Click(TObject *Sender)
{
Form1->Close(); //關(guān)閉窗口
CH375CloseDevice(0);//關(guān)閉CH372
}
//----------------------------------------------------------------------
void __fastcall TForm1::Button1Click(TObject *Sender)
{ length=64;
if(LoadLibrary("CH375DLL.DLL")==NULL)
ShowMessage("無法加載DLL文件");
if ( CH375OpenDevice(0) == INVALID_HANDLE_VALUE )
ShowMessage("無法打開CH372") ;
else
ShowMessage("成功打開CH372");
sent[0]=102;
CH375WriteData(0,&sent,&length); //發(fā)送檢測溫度傳感器的命令
CH375ReadData(0,&jieshou,&length); //接受收據(jù)
if(jieshou[0])
ShowMessage("無法檢測到溫度傳感器");
Form1->Timer1->Enabled=false;
Form1->Label9->Canvas->Pen->Width=6; //畫系統(tǒng)坐標(biāo)軸
Form1->Label9->Canvas->MoveTo(0,0); Form1->Label9->Canvas->LineTo(0,270);
Form1->Label9->Canvas->MoveTo(0,270); Form1->Label9->Canvas->LineTo(350,270);
Form1->Label9->Canvas->Pen->Width=1;
Form1->Label9->Canvas->Pen->Style=psDashDotDot;
Form1->Label9->Canvas->MoveTo(0,220); Form1->Label9->Canvas->LineTo(350,220);
Form1->Label9->Canvas->MoveTo(0,170); Form1->Label9->Canvas->LineTo(350,170);
Form1->Label9->Canvas->MoveTo(0,120); Form1->Label9->Canvas->LineTo(350,120);
Form1->Label9->Canvas->MoveTo(0,70);
Form1->Label9->Canvas->LineTo(350,70);
Form1->Label9->Canvas->MoveTo(0,20); Form1->Label9->Canvas->LineTo(350,20);
x1=0;
y1=30;
}
//----------------------------------------------------------------------
void __fastcall TForm1::Button3Click(TObject *Sender)
{
Form1->Timer1->Enabled=true;
}
//----------------------------------------------------------------------
void __fastcall TForm1::Button2Click(TObject *Sender)
{ float j;
unsigned int t1,t2;
unsigned long length=64;
unsigned char value,i;
unsigned char n,m;
i=StrToInt(Edit1->GetTextLen());
if(i==0)
ShowMessage("請輸入數(shù)據(jù)");
else
j=StrToFloat(Edit1->Text);
if(j>50)
value=Application->MessageBox(" 你設(shè)置的報警溫度已經(jīng)超過上限溫度：50", "information", 5);
switch(value)
{ case 4: Edit1->Text=InputBox("溫度","請輸入報警溫度","");
break;
case 2: break;
}
j=StrToFloat(Edit1->Text);
baojing=j;
t1=(int)(j);
t2=(int)(j*10);
m=(char) t1; //整數(shù)部分
n=(char)(t2%10); //小數(shù)部分
sent[0]=101;
sent[1]=m;
sent[2]=n;
if(CH375WriteData(0,&sent,&length))
Form1->Shape1->Brush->Color=clTeal; //下傳成功
else ShowMessage("無法設(shè)置報警溫度");
}
//----------------------------------------------------------------------
void __fastcall TForm1::Button5Click(TObject *Sender)
{
Form1->Timer1->Enabled=false; //打開定時器
}
//----------------------------------------------------------------------
void __fastcall TForm1::Timer1Timer(TObject *Sender)
{
unsigned char a,b,c,i;// a為溫度整數(shù)部分，b為溫度小數(shù)部分
unsigned long len=64;
float wendu;
sent[0]=101;
CH375WriteData(0,&sent,&len) ;
if(CH375ReadData(0,&jieshou,&len))
{ a=jieshou[0]; //a溫度的整數(shù)部分
b=jieshou[1]; //b為小數(shù)部分
wendu=(float)(a+b*0.0625);
Edit2->Text=FloatToStr(wendu);
Form1->Shape2->Brush->Color=clRed;
if(wendu>=baojing)
Form1->Shape4->Brush->Color=clRed;
else
Form1->Shape4->Brush->Color=clWhite;
if(c>0.5)
a=a+1; //四舍五入；
Form1->Label9->Canvas->Pen->Width=2; //畫動態(tài)圖象
Form1->Label9->Canvas->Pen->Color=clRed;
Form1->Label9->Canvas->MoveTo(x1,270-y1*5);
Form1->Label9->Canvas->LineTo(x1+10,270-a*5);
y1=a;
x1=x1+10;
if(x1>350)
{ Form1->Label9->Refresh();
x1=0,y1=30;
Form1->Label9->Canvas->Pen->Color=clBlack; //重新畫坐標(biāo)
Form1->Label9->Canvas->Pen->Width=6;
Form1->Label9->Canvas->MoveTo(0,0); Form1->Label9->Canvas->LineTo(0,270);
Form1->Label9->Canvas->MoveTo(0,270); Form1->Label9->Canvas->LineTo(350,270);
Form1->Label9->Canvas->Pen->Width=1;
Form1->Label9->Canvas->Pen->Style=psDashDotDot;
Form1->Label9->Canvas->MoveTo(0,220); Form1->Label9->Canvas->LineTo(350,220);
Form1->Label9->Canvas->MoveTo(0,170); Form1->Label9->Canvas->LineTo(350,170);
Form1->Label9->Canvas->MoveTo(0,120); Form1->Label9->Canvas->LineTo(350,120);
Form1->Label9->Canvas->MoveTo(0,70); Form1->Label9->Canvas->LineTo(350,70);
Form1->Label9->Canvas->MoveTo(0,20); Form1->Label9->Canvas->LineTo(350,20);}
}
else
{Form1->Timer1->Enabled=false;
ShowMessage("接收不成功"); }
}
//----------------------------------------------------------------------
3上位機(jī)應(yīng)用軟件
