基于GSM网络的家居远程监控系统(7)

图3-1-3 RS-232电平转换电路

在一个连接中不能有超过2台以上的设备。指定的最大数据传输速率是每秒20000位。但是，很多接口芯片可以超过这个数值，尤其是在短程连接上。很长的连接需要一个不同的接口。

双向RS-232通信的3个基本信号如下：

TD：将数据从DCE传输到DCE也被称作TX和TXD。 RD：将数据从DCE传输到DTE。也被称作RX和RXD。 SG：信号地。也被称作GND和SGND。 电压

RS-232的逻辑电平用正负电压表示，而不是只用5V TTL和CMOS逻辑的正电压信号表示。在一个RS-232的数据输出（TD），一个逻辑0被定义为等

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于或者高于+5V，而一个逻辑1被定义为等于-5V或者比低于-5V。换言之，信号使用负逻辑，在这种逻辑中，负的电压为逻辑1。

控制信号使用相同的电压，但是使用的是正逻辑。一个正的电压表示这项功能为开，而一个负的电压表示这个功能为关。

RS-232接口芯片反向转换这些信号。在一个UART的输出引脚，一个逻辑1 数据位或者一个关控制信号接近于5V，它在RS-232的接口产生一个负电压。一个逻辑0数据位或者一个开控制信号接近于0V，它在RS-232接口产生一个正电压。

因为一个RS-232接收器可能位于一条长电线缆的末端，等到信号到达接收者的时候，它的电压可能已经削弱了或者加载了噪声信号。考虑到这种情况，在接受方最低要求的电压要比在驱动器处要低。一个比+3V高得多的输入在RD处是一个逻辑0，或者在一个控制输入处是一个开。一个比-3V要低得多的输入在RD处为一个逻辑1，或者在一个控制输入处为一个关。根据这个标准，在-3V和+3V之间的一个输入的逻辑电平没有定义。

噪声容限，或者电压容限，是输出电压和输入电压的区别所在。RS-232的大电压波动导致一个比5V TTL逻辑宽得多的噪声容限。例如，即便一个RS-232驱动器的输出为最小的+5V，它也会在接受方削弱或者噪声峰值大到2V，并且仍旧是一个有效逻辑0。很多RS-232输出有更宽的电压波动：±9V和 12V是很平常的事情。这些都导致更宽的噪声容限。最大允许的电压波动是 15V，尽管接受方必须不受任何损害地处理高达 25V的电压。

使用的另外两个与RS-232有关的术语是Mark和Space。Space是逻辑0，而Mark是逻辑1。这两个术语是多年以前机械记录仪二进制数据的，他们分别代表物理标记和空白。

计时限制

TIA/EIA-232包括最小和最大计时规定。所有的RS-232接口芯片都符合这个规定。

指定的旋转速度限制了接口的最大比特率。旋转率是当输出切换时电压

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变化的快慢的量度，并且描述了一个输出的电压变化的瞬间速度。一个RS-232驱动器的旋转速度必须是每毫秒30V或者更少。限制旋转速度的好处是它通过事实上消除由于电压偏转引发的问题来改进信号质量，电压偏移发生在传输有着快速上升和下降节拍的信号的长距离连线上。

但是旋转速度也限制了一个连接的最大速度。在30V/us的速度下，一个输出需要0.3us从+5V切换到-5V。RS-232的规定的最大波特率为20kbps，这个速度转换成一个比特宽度为50us，或者在允许的最快旋转速度下为166倍的切换时间。

事实上，因为UART在位的中间附近读取输入数据，并且还因为大多数的时间参考时钟是非常准确的，你可以安全的使用短到5到10倍的切换时间的位的宽度。考虑到这些，有的接口芯片允许115kbps或者更高的波特率，即使这违反了这个标准的建议。

除了有一个最大的切换速度之外，RS-232 驱动器还必须符合最低标准以确保信号不在逻辑状态之间的未定义区域停留。对于控制信号和其他40bps和更低的信号，信号线必须花费不超过1ms的时间在有效的逻辑1和逻辑0之间的传送区域，对于其他数据和时间信号，这个限制是4%的位宽，或者在20bps下为2us。信号的上升和下降次数也要尽可能的接近相等。在5V逻辑和RS-232之间转换。

很多微控制器有异步串口，但是它们的输出和输入使用5V逻辑而不是使用RS-232电压。将5V落连接到一个RS-232端口需要转换到RS-232电平和从RS-232电平转换到5V逻辑。利用5V逻辑，我假定了TTL或者CMOS逻辑芯片使用的逻辑电平，这些芯片是由一个单一的+5V电源供电，信号电平以接地电平作为参考。

对于TTL逻辑，一个逻辑低输入不高于0.8V。一个逻辑高输出必须至少 2.4V，而一个逻辑高输入必须至少为2V。利用这些逻辑电平，一个接口可以有0.4V的噪声信号而不至于产生错误。这些逻辑电平应用在初期的，标准的7400系列的TTL逻辑和他的派生系列，包括74LS74F和74ALS TTL。较早

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的利用NMOS技术制造的微控制器也使用这些逻辑电平。

大多数的CMOS芯片定义了不同的逻辑电平，并且有更宽的噪声容限。一个逻辑低CMOS输出不高于0.1V，而一个逻辑低输入可以高达20%的电源电压，或者对于5V的电源输入可以达到1V。一个逻辑高输出至少为4.9V，而一个逻辑高输入必须至少达到电源电压的70%，或者对于5V电源输入而言达到3.5V。使用这样的逻辑电平的系列包括4000系列，74HC和74AC。

有的CMOS芯片有TTL兼容输出。这使得他们可以直接和CMOS或者TTL逻辑项链。遵循这个惯例的芯片包括74HCT逻辑系列和大多数的微控制器。

3.2温度传感器

3.2.1 DS18B20温度传感器

特点

(1)单线结构，只需一根信号线和CPU相连。 (2)不需要外部元件，直接输出串行数据。

(3) 可不需要外部电源，直接通过信号线供电，电源电压范围为3.3V～5V。

(4)测温精度高，测温范围为：一55℃～+125℃，在-10℃～+85℃范围内，精度为±0.5℃。

(5)测温分辨率高，当选用12位转换位数时，温度分辨率可达0．0625℃。 (6)数字量的转换精度及转换时间可通过简单的编程来控制：9位精度的转换时间为93．75 ms：10位精度的转换时间187.5ms：12位精度的转换时间750ms。

(7)具有非易失性上、下限报警设定的功能，用户可方便地通过编程修改上、下限的数值。

(8)可通过报警搜索命令识别哪片DS18B20采集的温度超越上、下限。

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DS18B20管脚图

图3-4DS18B20管脚图

DS18B20引脚及管脚功能介绍

DS18B20的常用封装有3脚、8脚等几种形式。 DQ：数字信号输入／输出端。 GND：电源地端。

VDD：外接供电电源输入端(在寄生电源接线时此脚应接地)。 DS18B20内部结构简要介绍：

DS18B20的内部结构主要有64位光刻ROM、温度传感器、非易失性温度报警触发器TH和TL、配置寄存器等组成。

（1）64位光刻ROM是生产厂家给每一个出厂的DS18820命名的产品序列号，可以看作为该器件的地址序列号。其作用是使每一个出厂的DS18820地址序列号都各不相同，这样，就可以实现一根总线上挂接多个DS18820的目的。

（2）DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量，输出格式为：16位符号扩展的二进制补码。当测温精度设置为12位时，分辨率为O．0625℃，即O．0625℃／LSB。

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