单片机与传感器 课件 项目五 大棚环境信息采集

单/片/机/与/传/感/器项目六大棚环境信息采集项目引入农业技术不断发展，现代农业大棚受到的自然环境的影响越来越小，但收成越来越高。这其中的主要原因是现代农大大棚更加的智能化了，现代大棚采用了一套集成了环境采集系统和大棚内部环境干预系统的综合环境维持系统。为了维持这套环境维持系统，整个大棚内会安装相当数量的环境检测传感器来实现对大棚内环境无死角的实时检测。这些传感器不光数量众多而且种类也众多。不同的传感器采用的数据通信方式也不相同，面对多种的数据传输方式，CC2530微处理器的硬件外设无法完全涵盖，这时就需要使用通用I/O来模拟多种传感器的数据传输方式已实现对传感器数据的获取。任务分解任务一：设备串口通信设计01任务描述:本任务通过编辑代码使用CC2530单片机的串口外设，将配置好的串口外设通过串口线与PC机连接，打开PC机上的串上位机，通过PC机上的串口上位机向CC2530单片机发送数据。02学习目标：掌握串口的功能及类别掌握CC2530微处理器串口的使用任务一：设备串口通信设计串口介绍1.1

串口概念串行接口简称串口，也称串行通信接口或串行通讯接口（通常指COM接口），是采用串行通信方式的扩展接口。串行接口(SerialInterface)是指数据一位一位地顺序传送，其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信（可以直接利用电话线作为传输线），从而大大降低了成本，特别适用于远距离通信，但传送速度较慢。任务一：设备串口通信设计串口介绍1.2

串口的接口标准同步串行接口（英文：SynchronousSerialInterface，SSI）是一种常用的工业用通信接口。异步串行是指UART（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter），通用异步接收/发送。UART是一个并行输入成为串行输出的芯片，通常集成在主板上。UART包含TTL电平的串口和RS232电平的串口。TTL电平是3.3V的，而RS232是负逻辑电平，它定义+5~+12V为低电平，而-12~-5V为高电平。任务一：设备串口通信设计串口介绍1.3

RS-232RS-232也称标准串口，最常用的一种串行通讯接口。传统的RS-232-C接口标准有22根线，采用标准25芯D型插头座（DB25），后来使用简化为9芯D型插座（DB9），现在应用中25芯插头座已很少采用。RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。由于其发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大为约15米，最高速率为20kb/s。任务一：设备串口通信设计串口介绍1.4

RS-422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”，它定义了接口电路的特性。典型的RS-422是四线接口。实际上还有一根信号地线，共5根线。RS-422支持点对多的双向通信。RS-422的最大传输距离为1219米，最大传输速率为10Mb/s。任务一：设备串口通信设计串口介绍1.5

RS-485RS-485是从RS-422基础上发展而来的，所以RS-485许多电气规定与RS-422相仿。RS-485可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信，而采用四线连接时，与RS-422一样只能实现点对多的通信。任务一：设备串口通信设计串口介绍1.6

串口通信协议串口通信（SerialCommunications）的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节。典型地，串口用于ASCII码字符的传输。通信使用3根线完成，分别是地线、发送、接收。由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。任务一：设备串口通信设计串口介绍1.7

串口通信的参数串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。波特率波特率这是一个衡量符号传输速率的参数。数据位数据位是衡量通信中实际数据位的参数。停止位停止位用于表示单个包的最后一位。奇偶校验奇偶校验位在串口通信中一种简单的检错方式。任务一：设备串口通信设计串口介绍1.8

数据流控制数据流控制作用就是当接收端的数据缓冲区已满，无法处理数据来时，就发出"不再接收"的信号，发送端则停止发送，直到发送端收到"可以继续发送"的信号再发送数据。硬件数据流控制RTS/CTS（请求发送/清除发送）流控制和DTR/DSR（数据终端就绪/数据设置就绪）流控制软件数据流控制软件流控制常通过XON/XOFF来实现。任务一：设备串口通信设计2.CC2530单片机串口的使用2.1

CC2530串口CC2530的串口模式中提供异步串行接口功能。在UART模式中，串口接口使用2线模式或者含有引脚RXD、TXD、可选RTS和CTS的4线模式。UART模式的操作具有下列特点：018位或者9位负载数据02奇校验、偶校验或者无奇偶校验03配置起始位和停止位电平04配置LSB或者MSB首先传送05独立收发中断06独立收发DMA触发07奇偶校验和帧校验出错状态任务一：设备串口通信设计2.CC2530单片机串口的使用2.2

CC2530串口配置寄存器介绍UxCSR（USARTx控制和状态寄存器）UxUCR（USARTxUART控制寄存器）UxGCR（USARTx通用控制寄存器）UxBUF（USARTx接收/发送数据缓冲寄存器）UxBAUD（USARTx波特率控制寄存器）任务一：设备串口通信设计3.任务引导及步骤3.1

系统硬件架构分析任务一：设备串口通信设计3.任务引导及步骤3.2

CC2530串口配置寄存器介绍任务一：设备串口通信设计3.任务引导及步骤3.3

串口始化程序如下voiduart0_init(unsignedcharStopBits,unsignedcharParity){P0SEL|=0x0C;//初始化UART0端口PERCFG&=~0x01;//选择UART0为可选位置一P2DIR&=~0xC0;//P0优先作为串口0U0CSR=0xC0;//设置为UART模式,而且使能接受器U0GCR=0x0A;U0BAUD=0x3B;//波特率设置为38400U0UCR|=StopBits|Parity;//设置停止位与奇偶校验}任务一：设备串口通信设计3.任务引导及步骤3.4

串口发送函数voiduart_send_char(charch){U0DBUF=ch;//将要发送的数据填入发送缓存寄存器while(UTX0IF==0);//等待数据发送完成UTX0IF=0;//发送完成后将数据清零}任务一：设备串口通信设计3.任务引导及步骤3.5

串口接收函数intuart_recv_char(void){intch;//等待数据接收完成while(URX0IF==0);//提取接受数据ch=U0DBUF;URX0IF=0;//发送标志位清零returnch;//返回获取到的串口数据}任务小结设备串口通信设计通过本任务设备交互的开发，理解CC2530串口的工作原理和功能特点，通过串口的学习，掌握其参数、寄存器配置，并掌握CC2530串口的数据收发过程，通过使用CC2530微处理器的外设与PC机间进行通信从而实现设备与主机间的数据交互模拟。CC2530单片机串口的使用串口介绍知识点1知识点2谢谢！

任务二：大棚内环境信息采集01任务描述:通过编辑代码使用CC2530单片机的通用I/O模拟IIC总线接口，将模拟总线与温湿度传感器相连接，使用IIC总线协议实现对温湿度传感器的数据获取，通过串口将采集的温湿度传感器数据打印在PC上以显示获取的信息。02学习目标：掌握总线的作用和种类掌握使用CC2530通用I/O模拟IIC总线任务二：大棚内环境信息采集总线通讯1.1

单片机总线总线指能为多个部件服务的信息传送线。一般又含有三种不同功能的总线，即数据总线DB(DataBus)、地址总线AB(AddressBus)和控制总线CB(ControlBus)。地址总线地址总线可传送单片机送出的地址信号，用于访问外部存储器单元或I/O端口。数据总线数据总线用于在单片机与存储器之间或单片机与I/O端口之间传送数据。控制总线控制总线实际上就是一组控制信号线，包括单片机发出的，以及从其它部件送给单片机的各种控制或联络信号。任务二：大棚内环境信息采集总线通讯1.2

总线传输决定哪个主控设备使用总线主控设备送出要访问的主存或设备的地址，同时送出有关命令(读或写等)，启动从设备；有关信息在总线上撤销，让出总线使用权。主、从设备间进行数据交换；总线裁决寻址阶段数据传输阶段结束阶段任务二：大棚内环境信息采集2.常用通信总线2.1

IIC总线通讯

任务二：大棚内环境信息采集2.常用通信总线2.2

IIC基本读写过程

任务二：大棚内环境信息采集2.常用通信总线2.3

通讯的起始和停止信号起始(S)和停止(P)信号是两种特殊的状态。当SCL线是高电平时SDA线从高电平向低电平切换，这个情况表示通讯的起始。当SCL是高电平时SDA线由低电平向高电平切换，表示通讯的停止。起始和停止信号一般由主机产生。任务二：大棚内环境信息采集2.常用通信总线2.4

数据有效性传输时，SCL为高电平的时候SDA表示的数据有效，即此时的SDA为高电平时表示数据“1”，为低电平时表示数据“0”。当SCL为低电平时，SDA的数据无效，一般在这个时候SDA进行电平切换，为下一次表示数据做好准备。任务二：大棚内环境信息采集2.常用通信总线2.5

地址及数据方向协议规定设备地址可以是7位或10位，实际中7位的地址应用比较广泛。紧跟设备地址的一个数据位用来表示数据传输方向，它是数据方向位(R/W)，第8位或第11位。数据方向位为“1”时表示主机由从机读数据，该位为“0”时表示主机向从机写数据。任务二：大棚内环境信息采集2.常用通信总线2.6

响应数据和地址传输都带响应。响应包括“应答(ACK)”和“非应答(NACK)”两种信号。任务二：大棚内环境信息采集2.常用通信总线2.7

SPI总线通讯SPI协议是由摩托罗拉公司提出的通讯协议(SerialPeripheralInterface)，即串行外围设备接口，是一种高速全双工的通信总线。任务二：大棚内环境信息采集2.常用通信总线2.8SPI通讯总线SPI通讯使用3条总线及片选线，3条总线分别为SCK、MOSI、MISO，片选线为SS，它们的作用介绍如下：SS(SlaveSelect)从设备选择信号线，常称为片选信号线，也称为NSS、CS，以下用NSS表示。SCK(SerialClock)时钟信号线，用于通讯数据同步。MOSI(MasterOutput，SlaveInput)主设备输出/从设备输入引脚。MISO(MasterInput，SlaveOutput)主设备输入/从设备输出引脚。任务二：大棚内环境信息采集2.常用通信总线2.9SPI通讯的通讯时序这是一个主机的通讯时序。NSS、SCK、MOSI信号都由主机控制产生，而MISO的信号由从机产生，主机通过该信号线读取从机的数据。MOSI与MISO的信号只在NSS为低电平的时候才有效，在SCK的每个时钟周期MOSI和MISO传输一位数据。任务二：大棚内环境信息采集2.常用通信总线2.10单总线通讯单总线通讯单总线要求外接一个约5k的上拉电阻。这样，当单总线在闲置时，状态为高电平。如果传输过程需要暂时挂起，且要求传输过程还能够继续，则总线必须处于空闲状态。单总线通信时，主机和从机通过1根线进行通信，在一条总线上可挂接的从器件数量几乎不受限制。单总线是美国DALLAS公司推出的外围串行扩展总线技术。任务二：大棚内环境信息采集2.常用通信总线2.11单总线通信时序单总线协议定义了复位脉冲、应答脉冲、写0、读0和读1时序等几种信号类型。任务二：大棚内环境信息采集2.常用通信总线2.12单总线命令序列每次访问单总线器件。都必须遵守这个命令序列。如果序列出现混乱，则单总线器件不会响应主机。初始化ROM命令功能命令任务二：大棚内环境信息采集3.温湿度传感器简介3.1温湿度传感器温湿度传感器只是传感器其中的一种而已，只是把空气中的温湿度通过一定检测装置，测量到温湿度后，按一定的规律变换成电信号或其他所需形式的信息输出，用以满足用户需求。任务二：大棚内环境信息采集3.温湿度传感器简介3.2HTU21D温湿度传感器HTU21D温度和湿度传感器为OEM应用提供一个准确可靠的温湿度测量数据。通过一个微控制器的接口和模块连接达到温度和湿度数字输出。HTU21D小体积低功耗的特点专为应对设备空间狭小和成品敏感的应用设计。任务二：大棚内环境信息采集4.任务引导及步骤4.1温湿度传感器原理图任务二：大棚内环境信息采集4.任务引导及步骤4.2程序流程图任务二：大棚内环境信息采集4.任务引导及步骤4.3模块初始化程序voidhtu21d_init(void){iic_init(); //I2C初始化iic_start(); //启动I2Ciic_write_byte(HTU21DADDR&0xfe); //写HTU21D的I2C地址iic_write_byte(0xfe);iic_stop(); //停止I2Cdelay(600); //短延时}任务二：大棚内环境信息采集4.任务引导及步骤4.4模块读取数据程序unsignedcharhtu21d_read_reg(unsignedcharcmd){unsignedchardata=0;iic_start();//I2C开始if(iic_write_byte(HTU21DADDR&0xfe)==0){//写HTU21D的I2C地址if(iic_write_byte(cmd)==0){//写寄存器地址do{delay(30);//延时30msiic_start(); //开启IIC通信}while(iic_write_byte(HTU21DADDR|0x01)==1);//发送读信号data=iic_read_byte(0);//读取一个字节数据iic_stop();//I2C停止}}returndata;}任务二：大棚内环境信息采集4.任务引导及步骤4.5IIC初始化程序#defineSCL P0_0 //IIC时钟引脚定义#defineSDA P0_1 //IIC数据引脚定义voidiic_init(void){P0SEL&=~0x03;//设置P0_0/P0_1为普通IO模式P0DIR|=0x03;//设置P0_0/P0_1为输出模式SDA=1;//拉高数据线iic_delay_us(10);//延时10usSCL=1;//拉高时钟线iic_delay_us(10);//延时10us}