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1、1南京工业大学南京工业大学 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院Project3 课程设计2014-2015 学年第二学期班 级： 浦电子 1203 组员姓名：组员学号：指导老师：武晓光，胡方强，包亚萍袁建华，毛钱萍 2015 年 7 月 8 日2目 录第 1 章 阶段任务第二章 基于 WIFI 模块的无线数据传输的原理1.1 时钟模块1.2 最小单片机系统的原理1.3 温度传感器 DS18B201.4 串口1.5 WIFI 模块第三章 基于 WIFI 模块的无线数据传输的实现2.1 WIFI 模块设置2.2 串口部分设置2.3 调试与运行过程第四章 程序与框图第五章 小结3第一章 阶段任
2、务： （1 天）1、了解课程所给的 WIFI 模块，并详细研读其说明书2、复习单片机知识（2 天）1、了解温湿度传感器模块，并设计其硬件模块2、了解 lcd1602 显示模块，并设计其硬件模块第一阶段（2 天）1、设计整合电路：5v 转 3.3v 电路2、串口通讯电路第二阶段（4 天） 1、链接并完成整体电路图的设计，并检查2、焊接电路并调试。第三阶段（3 天）1、根据设计的硬件模块设计程序（1）：温湿度传感器模块（2）：串口通讯模块（3）：WIFI 传输与接收模块（4）：显示电路模块（3 天）2、将设计好的模块程序烧录到单片机内，调试第四阶段：2 天（2 天）写报告4第二章 基于 WIFI
3、模块的无线数据传输的原理 时钟 DS1302 模块： 电路原理图：DS1302 与单片机的连接也仅需要 3 条线：CE 引脚、SCLK 串行时钟引脚、I/O 串行数据引脚，Vcc2 为备用电源，外接 32.768kHz 晶振，为芯片提供计时脉冲。读写时序说明：DS1302 是 SPI 总线驱动方式。它不仅要向寄存器写入控制字，还需要读取 相应寄存器的数据。控制字总是从最低位开始输出。在控制字指令输入后的下一个 SCLK 时 钟的上升沿时，数据被写入 DS1302，数据输入从最低位（ 0 位）开始。同样，在紧跟 8 位的控制字指令后的下一个 SCLK 脉冲的下降沿，读出 DS1302 的数据，读
4、出的数据也是从最低位到最高位。数据读写时序如图56单片机最小系统的原理：说明 复位电路:由电容串联电阻构成,由图并结合“电容电压不能突变“的性质,可以知道,当系统一 上电,RST 脚将会出现高电平,并且,这个高电平持续的时间由电路的 RC 值来决定.典型的 51 单片机当 RST 脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位,所以,适当组合 RC 的取值 就可以保证可靠的复位.晶振电路:典型的晶振取 11.0592MHz(因为可以准确地得到 9600 波特率和 19200 波特 率,用于有串口通讯的场合)/12MHz(产生精确的 uS 级时歇,方便定时操作) 单片机:一片 AT89S51/52 或其
5、他 51 系列兼容单片机 特别注意:对于 31 脚(EA/Vpp),当接高电平时,单片机在复位后从内部 ROM 的 0000H 开 始执行;当接低电平时,复位后直接从外部 ROM 的 0000H 开始执行.温度传感器 DS18B20 的原理（连接到单片机最小系统，并将温度发送给 WIFI 模块)：3.1.1 DS18B20 性能特点 (1) 独特的单线接口方式，只需一个接口引脚即可通信；7(2) 每一个 DS18B20 都有一个唯一的 64 位 ROM 序列码；(3) 在使用中不需要任何外围元件；(4) 可用数据线供电，电压范围:+3.0V-+5.5 V；(5) 测温范围:-55 -+125，
6、在-10-+85范围内精度为+0.5，分辨率为 0.0625；(6) 通过编程可实现 9-12 位的数字读数方式。温度转换成 12 位数字信号所需时间最长为750ms，而在 9 位分辩模式工作时仅需 93.75ms；(7) 用户可自设定非易失性的报警上下限值；(8) 告警搜索命令可识别和定位那些超过报警限值的 DS18B20；(9) 多个 DS18B20 可以并联在惟一的三线上，实现多点测温；(10)电源极性接反时，DS18B20 不会因发热而烧毁，但不能正常工作；3.1.2 DS18B20 内部存储器及温度数据格式对于 DS18B20 内部存储器结构（如图 3.1），它包括一个暂存 RAM
7、和一个非易失性电可擦除 EERAM,后者存放报警上下限 TH、TL。当改变 TH、T L 中的值时，数据首先被写进暂存器的第二、三字节中，主机可再读出其中内容进行验证。如果正确，当主机发送复制暂存器命令，暂存器的第二、三字节将被复制到 TH、TL 中，这样处理有利于确保该数据在单总线上传输的完整性7。暂存器结构 EERAM 结构THTL结构寄存器图 3.1 DS18B20 结构框图温度低字节 （BYTE0）温度高字节 （BYTE1）上限报警温度 TH（BYTE2）下限报警温度 TL（BYTE3）结构寄存器 （BYTE4）保留 （BYTE5）保留 （BYTE6）保留 （BYTE7）CRC （ B
8、YTE8）8暂存存储器作用是在单线通信时确保数据的完整性，它由 8 字节组成，头两个字节表示测得的温度读数。以 12 位转化为例说明温度高低字节存放形式（温度的存储形式如表3.1）及计算：12 位转化后得到的 12 位数据，存储在 18B20 的两个高低 8 位的 RAM 中，二进制中的前面 5 位是符号位。如果测得的温度大于 0，这 5 位为 0，只要将测到的数值乘于0.0625 即可得到实际温度；如果温度小于 0，这 5 位为 1，测到的数值需要取反加 1，再乘于 0.0625 才能得到实际温度8。 表 3.1 温度的存储形式高 8 位SSSSS262524低 8 位232221202-1
9、2-22-32-4S=1 时表示温度为负，S=0 时表示温度为正，其余低位以二进制补码形式表示，最低位为 1 时表示 0.0625 。温度/数字对应关系如表 3.2 所示。表 3.2 DS18B20 温度/数字对应关系表温度（）输出的二进制码对应的十六进制码+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00010191H+10.1250000 0000 1010 001000A2H+0.50000 0000 0000 10000008H00000 0000 0000 00000000H
10、-0.51111 1111 1111 1000FFF8H-10.1251111 1111 0110 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FF6FH-551111 1100 1001 0000FC90HDS18B20 有六条控制命令，如表 3.3 所示： 表 3.3 控制命令指 令约定代码操 作 说 明温度转换44H启动 DS18B20 进行温度转换读暂存器BEH读暂存器 9 个字节内容写暂存器4EH将数据写入暂存器的 TH、TL 字节9复制暂存器48H把暂存器的 TH、TL 字节写到 E2RAM 中重新调 E2RAMB8H把 E2RAM 中的 TH、TL 字
11、节写到暂存器 TH、TL 字节读电源供电方式B4H启动 DS18B20 发送电源供电方式的信号给主 CPU3.1.3 DS18B20 操作命令及时序特性DS18B20 对读写的数据位有着严格的时序要求，它是在一根 I/O 线上读写数据的。同时，DS18B20 为了保证各位数据传输的正确性和完整性，它有着严格的通信协议。DS18B20 每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议，如主机控制 DS18B20 完成温度转换这一过程，根据 DS18B20 的通讯协议，须经三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20 进行复位，复位成功后发送一条 ROM 指令，最后发送 RAM 指令，这样才能对DS18
12、B20 进行预定的操作 。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始的，如果要单总线器件送回数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据的接收。另外，数据和命令的传输都是低位在先9。（1）DS18B20 的复位时序主机控制 DS18B20 完成任何操作之前必须先初始化，即主机发一复位脉冲（最短为480s 的低电平） ，接着主机释放总线进入接收状态，DS18B20 在检测到 I/0 引脚上的上升沿之后，等待 1560s，然后发出存在脉冲(60240)s 的低电平。如图 3.2
13、所示。（2）DS18B20 的读时序DS18B20 的读时序分为读 0 时序和读 1 时序两个过程。DS18B20 的读时序是从主机把单总线拉低后，在 15 秒之内就得释放单总线，从而让 DS18B20 把数据传输到单总线上。DS18B20 完成一个读时序的过程，至少需要 60s。如图 3.3 所示。图 3.2 DS18B20 的复位时序10图 3.3 DS18B20 的读时序（3）DS18B20 的写时序DS18B20 的写时序同读时序一样，仍然分为写 0 时序和写 1 时序两个过程。DS18B20 写 0 时序和写 1 时序的要求不同，当要写 0 时序时，单总线要被拉低至少60s，保证 D
14、S18B20 能够在 15s 到 45s 之间能正确地采样 I/O 总线上的“0”电平，当要写 1 时序时，单总线被拉低之后，在 15s 之内就得释放单总线。如图 3.4 所示。图 3.4 DS18B20 的写时序由 DS18B20 的通讯协议得知，主机控制 DS18B20 完成温度转换的过程必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对 DS18B20 进行复位，复位成功后发送一条 ROM 指令，最后发送 RAM 指令，从而对 DS18B20 进行预定的操作。复位要求主 CPU 将数据线下拉500s，然后释放，DS18B20 收到信号后等待 1660s 左右，然后发出 60240s 的存在低脉冲，主
15、 CPU 收到此信号表示复位成功。11串口部分（让（让 WIFI 与电脑，单片机进行通讯）与电脑，单片机进行通讯）串口原理图：80C51 串行口的结构图：121SBUF发送控制器接收控制器移位寄存器控制门TIRIATXDRXD去串口中断SMOD01TH1TL1216SBUFT1溢出率80C51 串行口的工作方式 ： 方式 1 方式 1 是 10 位数据的异步通信口。TXD 为数据发送引脚，RXD 为数据接收引脚，传 送一帧数据的格式如图所示。其中 1 位起始位，8 位数据位，1 位停止位。停 止 位数据位8位起 始 位LSBMSB空 闲空 闲D0D71帧共10位1、方式 1 输出D0 D1 D
16、2 D3 D4 D5 D6 D7写入SBUF停止位TXDTI（中断标志）起始方式 1 输入D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7停止位RXDRI（中断标志）起始位采样脉冲用软件置 REN 为 1 时，接收器以所选择波特率的 16 倍速率采样 RXD 引脚电平，检测到 RXD 引脚输入电平发生负跳变时，则说明起始位有效，将其移入输入移位寄存器，并开始 接收这一帧信息的其余位。接收过程中，数据从输入移位寄存器右边移入，起始位移至输 入移位寄存器最左边时，控制电路进行最后一次移位。当 RI=0，且 SM2=0（或接收到的 停止位为 1）时，将接收到的 9 位数据的前 8 位数据装入接收 SBUF，第 9 位（停止位）进 入 RB8，并置 RI=1，向 CPU
