溫度測(cè)量與語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、編號(hào)： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：（中文）溫度測(cè)量與語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) （英文）Temperature measurement and voice broadcast system分 院 理工分院 專 業(yè) 電氣工程與自動(dòng)化 班 級(jí) 06自動(dòng)化（1）班 學(xué) 號(hào) 姓名 指導(dǎo)教師 職稱副教授 完成日期 2010年5月15日 誠(chéng) 信 承 諾我謹(jǐn)在此承諾：本人所寫的畢業(yè)論文溫度測(cè)量與語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)均系本人獨(dú)立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點(diǎn)和材料，均作了注釋，若有不實(shí)，后果由本人承擔(dān)。 承諾人（簽名）： 顧開凱 2010年4月15日摘要【摘要】溫度測(cè)量技術(shù)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中應(yīng)用廣泛。本文設(shè)

2、計(jì)了一個(gè)基于51單片機(jī)的溫度測(cè)量和語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20測(cè)量環(huán)境溫度，將測(cè)量到的溫度值顯示，并通過APR9600語(yǔ)音芯片將溫度值播報(bào)。該系統(tǒng)溫度測(cè)量準(zhǔn)確，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、且抗干擾能力強(qiáng)?！娟P(guān)鍵詞】單片機(jī)；溫度測(cè)量；語(yǔ)音播報(bào)；DS18B20；APR9600； Temperature measurement and voice broadcast systemAbstract【ABSTRACT】Temperature measurement in industrial and agricultural production and is widely used in

3、scientific research. This article is designed based on 51 single-chip temperature measurement and voice broadcast system. The system uses digital temperature sensor measuring ambient temperature DS18B20, The measured temperature display, by APR9600 broadcast voice chip temperature. The system temper

4、ature measurement accuracy, the system is simple, and anti-jamming capability.【KEYWORDS】SCM; temperature measurement; voice broadcast; DS18B20; APR9600目錄摘要IIAbstractIII目錄IV1緒論11.1引言11.2溫度測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)11.2.1溫度測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀11.2.2溫度測(cè)量技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)21.3溫度傳感器的發(fā)展史31.4單片機(jī)41.4.1單片機(jī)的發(fā)展史41.4.2單片機(jī)的特點(diǎn)51.4.3單片機(jī)的應(yīng)用51.5小結(jié)62方案論證72

5、.1溫度傳傳感器部分72.1.1方案一：采用模擬輸出溫度傳感器72.1.2方案二：采用邏輯輸出溫度傳感器72.1.3方案三：采用二極管傳感器72.1.4方案四：采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B2072.2主控部分82.2.1方案一：采用PC機(jī)82.2.2方案二：采用DSP或ARM芯片82.2.3方案三：采用51單片機(jī)82.3語(yǔ)音芯片部分102.3.1方案一：采用OTP語(yǔ)音芯片102.3.2方案二：采用WT588語(yǔ)音芯片102.3.3方案三：采用APR9600語(yǔ)音芯片102.4小結(jié)103硬件電路設(shè)計(jì)113.1系統(tǒng)框圖113.2單片機(jī)的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路設(shè)計(jì)113.3DS18B20溫度測(cè)量電路設(shè)計(jì)1

6、23.3.1單總線123.3.2DS18B20的單總線命令123.3.3DS18B20的概述143.3.4DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)153.3.5DS18B20的測(cè)溫原理183.3.6DS18B20與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)193.4APR9600語(yǔ)音錄放電路設(shè)計(jì)203.4.1APR9600語(yǔ)音芯片的介紹203.4.2APR9600錄音電路213.4.3由單片機(jī)控制的放音電路223.5LED數(shù)碼顯示電路223.6系統(tǒng)整體電路233.7小結(jié)234軟件設(shè)計(jì)244.1主程序流程圖244.2DS18B20溫度測(cè)量程序244.2.1DS18B20的時(shí)序244.2.2DS18B20的復(fù)位程序254.2.3DS18B

7、20啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換程序254.2.4DS18B20讀溫度程序264.3數(shù)碼管顯示程序264.4語(yǔ)音播報(bào)程序274.5小結(jié)285數(shù)據(jù)測(cè)試及分析295.1溫度數(shù)據(jù)測(cè)量295.2語(yǔ)音模塊測(cè)試305.3小結(jié)306設(shè)計(jì)總結(jié)317參考文獻(xiàn)32致謝33附錄一：程序34附錄二：硬件電路401 緒論1.1 引言溫度是一個(gè)基本物理量。溫度的宏觀概念是冷熱程度的表示，或者說，互為熱平衡的兩物體，其溫度相等。溫度的微觀概念是大量分子運(yùn)動(dòng)平均強(qiáng)度的表示。分子運(yùn)動(dòng)愈激烈其溫度表現(xiàn)越高。自然界中幾乎所有的物理化學(xué)過程都與溫度緊密相關(guān)，因此溫度是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，科學(xué)試驗(yàn)以及日常生活中需要普遍進(jìn)行測(cè)量和控制的一個(gè)重要物理量。溫度測(cè)量

8、是現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)的重要組成部分，在保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源和安全生產(chǎn)等方面起著關(guān)鍵的作用。因此，能夠確?？焖佟?zhǔn)確地測(cè)量溫度的技術(shù)及其裝置普遍受到各國(guó)的重視。近年來，利用數(shù)字式溫度傳感器以實(shí)現(xiàn)溫度信息的在線檢測(cè)已成為溫度檢測(cè)技術(shù)的一種發(fā)展趨勢(shì)10。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，將組成CPU的部件集成在一塊半導(dǎo)體芯片上，這個(gè)具有CPU功能的大規(guī)模集成電路芯片就稱之為微處理器。把微處理器部件像其他集成電路一樣嵌入到電子系統(tǒng)中，使電子系統(tǒng)具有可編程序的智能化特點(diǎn)，開辟了計(jì)算機(jī)技術(shù)在電子技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用的廣闊大地。將微處理器、存儲(chǔ)器、I/O電路集成到一塊半導(dǎo)體芯片的技術(shù)再次推動(dòng)了這種嵌入式技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)是這種設(shè)計(jì)技

9、術(shù)中的一個(gè)典型代表。單片機(jī)適用于測(cè)量和控制領(lǐng)域，它以芯片形式嵌入到電子產(chǎn)品或系統(tǒng)中起到“電腦”作用。本設(shè)計(jì)主要采用單片機(jī)AT89S52為控制核心，通過DS18B20數(shù)字式溫度傳感器實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量，溫度顯示在數(shù)碼管上，并控制語(yǔ)音芯片實(shí)現(xiàn)溫度的播報(bào)。1.2 溫度測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1.2.1 溫度測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀隨著國(guó)內(nèi)外工業(yè)的日益發(fā)展，溫度檢測(cè)技術(shù)也有了不斷的進(jìn)步，目前的溫度檢測(cè)使用的溫度計(jì)種類繁多，應(yīng)用范圍也較廣泛。按照所用方法之不同，溫度測(cè)量分為接觸式和非接觸式兩大類9。一：接觸式溫度測(cè)量技術(shù)接觸式測(cè)溫法的特點(diǎn)是測(cè)溫元件直接與被測(cè)對(duì)象相接觸，兩者之間進(jìn)行充分的熱交換，最后達(dá)到熱平衡，這時(shí)感溫元件

10、的某一物理參數(shù)的量值就代表了被測(cè)對(duì)象的溫度值。（1）利用物體熱脹冷縮原理制成的溫度計(jì)。膨脹式測(cè)溫是一種比較傳統(tǒng)的溫度測(cè)量方法，它主要利用物質(zhì)的熱脹冷縮原理即根據(jù)物體體積或幾何形變與溫度的關(guān)系進(jìn)行溫度測(cè)量。膨脹式溫度計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，可直接讀數(shù)，使用方便，并且由于是非電量測(cè)量方式，適用于防爆場(chǎng)合。但準(zhǔn)確度比較低，不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而且容易損壞。膨脹式溫度計(jì)主要包括玻璃液體溫度計(jì)、雙金屬膨脹式溫度計(jì)和壓力式溫度計(jì)。（2）利用熱電效應(yīng)技術(shù)制成的熱電式溫度計(jì)，此技術(shù)制成的溫度檢測(cè)元件主要是熱電偶。熱電偶的原理是兩種不同材料的金屬焊接在一起，當(dāng)參考端和測(cè)量端有溫差時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，根據(jù)該熱電勢(shì)與溫度

11、值關(guān)系就可以測(cè)量溫度。熱電偶發(fā)展較早，比較成熟，至今仍為應(yīng)用最廣泛檢測(cè)元件之一。(3) 利用熱阻效應(yīng)技術(shù)制成的熱電阻溫度計(jì)。熱電阻是根據(jù)材料的電阻和溫度的關(guān)系來進(jìn)行測(cè)量的，導(dǎo)體的電阻值隨溫度的變化而變化，通過測(cè)量其電阻值推算出被測(cè)量物體的溫度，主要用于-200-500溫度范圍內(nèi)的溫度測(cè)量。(4) 利用石英晶體測(cè)溫。石英溫度傳感器是以石英晶體的固有頻率隨溫度而變化的特性來測(cè)量溫度的。石英晶體溫度傳感器穩(wěn)定性很好，可用于高精度和高分辨率的測(cè)量場(chǎng)合。 (5) 集成芯片式測(cè)溫。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，可以將感溫元件和相關(guān)電子線路集成在一個(gè)小芯片上，構(gòu)成一個(gè)小型化、一體化及多功能化的專用集成電路芯片，輸出信

12、號(hào)可以是電壓、頻率，或者是總線數(shù)字信號(hào)，使用非常方便，適用于便攜式設(shè)備。二：非接觸式溫度測(cè)量技術(shù)非接觸式測(cè)溫方法不需要與被測(cè)對(duì)象接觸，因而不會(huì)干擾被測(cè)溫度場(chǎng)的狀態(tài)，測(cè)量?jī)x器本身也不會(huì)受溫度場(chǎng)的損傷，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性一般也很好，但是會(huì)受到測(cè)量介質(zhì)物性參數(shù)的影響。非接觸式溫度計(jì)又可分為全輻射高溫計(jì)、亮度式高溫計(jì)和比色式高溫計(jì)，由于它們都是以光輻射為基礎(chǔ)，故也稱為輻射溫度計(jì)。1.2.2 溫度測(cè)量技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)隨著工業(yè)生產(chǎn)效率的不斷提高，自動(dòng)化水平與范圍也不斷擴(kuò)大，因而對(duì)溫度測(cè)量技術(shù)的要求也越來越高，對(duì)于溫度測(cè)量技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)可以歸納以下幾方面11。(1) 數(shù)字化：傳統(tǒng)溫度傳感器輸出的都是電壓、電阻等模擬

13、量，測(cè)量精度低。傳感器與電子技術(shù)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出，其最大優(yōu)點(diǎn)是直觀、分辨率高、測(cè)量誤差小。 (2) 智能化：傳統(tǒng)溫度傳感器的概念已從單純的測(cè)量溫度用的敏感元件發(fā)展為以溫度傳感器為基礎(chǔ)的測(cè)量系統(tǒng)，在集成化的基礎(chǔ)上，具有信號(hào)測(cè)量、處理、存儲(chǔ)、誤差與自診斷能力，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，增強(qiáng)抗干擾能力，便于與計(jì)算機(jī)通訊。(3) 高精度化：由于自動(dòng)化程度的不斷提高，對(duì)測(cè)量靈敏度高、精度高、響應(yīng)速度快的溫度傳感器需求較多。(4) 擴(kuò)大測(cè)量范圍：現(xiàn)在工業(yè)上通用的溫度檢測(cè)范圍為-20030000，而今后溫度計(jì)要求能測(cè)量超高溫與超低溫，尤其是極低溫度的檢測(cè)。(5) 擴(kuò)大測(cè)溫對(duì)象：溫度檢測(cè)技術(shù)將會(huì)由

14、點(diǎn)測(cè)溫發(fā)展到點(diǎn)、線、面，甚至立體的測(cè)量。應(yīng)用范圍己經(jīng)從工業(yè)領(lǐng)域延伸到環(huán)境保護(hù)、家用電器、汽車工業(yè)及航天工業(yè)等領(lǐng)域。1.3 溫度傳感器的發(fā)展史溫度傳感器使用范圍廣，種類多，大致經(jīng)歷了以下3個(gè)階段8：（1）分立式溫度傳感器主要是能夠進(jìn)行非電量和電量之間轉(zhuǎn)換。傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器熱電偶傳感器。熱電偶傳感器是工業(yè)測(cè)量中應(yīng)用廣泛的一種溫度傳感器，它與被測(cè)對(duì)象直接接觸，不受中間介質(zhì)的影響，具有較高的精度，測(cè)量范圍廣，可從-501600進(jìn)行連續(xù)測(cè)量。 （2）模擬集成溫度傳感器模擬集成溫度傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝制成的，它將溫度傳感器集成在一個(gè)芯片上、可完成溫度測(cè)量及模擬信號(hào)輸出等功能。模擬集成溫度傳感

15、器的主要特點(diǎn)是功能單一、測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、體積小、功耗低等。（3）數(shù)字溫度傳感器數(shù)字溫度傳感器是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的結(jié)晶，目前已開發(fā)出多種數(shù)字溫度傳感器系列產(chǎn)品。數(shù)字溫度傳感器內(nèi)部包含溫度傳感器、A/D傳感器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器和接口電路，有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器、隨機(jī)存儲(chǔ)器和只讀存儲(chǔ)器。數(shù)字溫度傳感器能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配于各種微控制器，并且可通過軟件來實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能，其智能化取決于軟件的開發(fā)水平。社會(huì)的發(fā)展使人們對(duì)傳感器的要求也越來越高，現(xiàn)在的溫度傳感器正在基于單片機(jī)的基礎(chǔ)上從模擬式向數(shù)字式，從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化，并朝著高精度、多

16、功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性等方向迅速發(fā)展。1.4 單片機(jī)1.4.1 單片機(jī)的發(fā)展史計(jì)算機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了從電子管到大規(guī)模集成電路等幾個(gè)發(fā)展階段，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，使計(jì)算機(jī)向性能可靠化、微型化、廉價(jià)化方向發(fā)展，從而出現(xiàn)了單片機(jī)。單片機(jī)可以定義為：一種把微處理器（CPU）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）、只讀存儲(chǔ)器（ROM）、輸入/輸出（I/O）接口電路、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行通信接口及中斷系統(tǒng)等部件集成在同一塊芯片上的，具有完整功能的微型計(jì)算機(jī)。雖然單片機(jī)只有一塊芯片，但從其組成和功能上來說，已具有了微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的特性。若給單片機(jī)配上適當(dāng)?shù)耐鈬O(shè)備和軟件，便可構(gòu)成一個(gè)單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)。

17、隨著單片機(jī)位數(shù)的提高，功能的增強(qiáng)，由其構(gòu)成的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的功能也日益增強(qiáng)，它一樣可以配用顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等外圍設(shè)備，一樣可以聯(lián)網(wǎng)，從而使單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的應(yīng)用范圍更加廣泛，它不僅可用于家用電器中，還適用于信息與通信系統(tǒng)、實(shí)時(shí)控制、智能儀表、自動(dòng)機(jī)床控制等領(lǐng)域。1974年12月，美國(guó)著名的仙童公司推出了世界上第一臺(tái)單片機(jī)F8。該機(jī)由兩塊集成電路芯片組成，結(jié)構(gòu)新穎，并具有與眾不同的指令系統(tǒng)，深受民用電器和儀器儀表領(lǐng)域的歡迎和重視。從此單片機(jī)開始迅速發(fā)展，應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大，現(xiàn)已成為微型計(jì)算機(jī)的重要分支。單片機(jī)的發(fā)展大致經(jīng)歷了外圍集成、總線完善、功能集成、全方位發(fā)展等技術(shù)發(fā)展階段，至今已走過

18、了四個(gè)階段7。1第一階段（19741976）單片機(jī)的初級(jí)階段，以仙童公司的F8為代表。該時(shí)期生產(chǎn)的單片機(jī)的點(diǎn)是：字長(zhǎng)為4位，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造工藝落后，集成度低。2第二階段（19761980）單片機(jī)的技術(shù)成熟階段。8位單片機(jī)已經(jīng)出現(xiàn)，以Intel公司的MCS48為代表。該系列的單片機(jī)在片內(nèi)已經(jīng)集成了8位CPU、并行I/O接口、8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、RAM和ROM等功能部件，但無(wú)串行I/O接口，尋址范圍不大于4KB。它性能低、品種少，應(yīng)用范圍也不廣。3第三階段（19801983）單片機(jī)的推廣階段，8位單片機(jī)技術(shù)走向成熟。其技術(shù)特點(diǎn)是完善了外部總線，確立了單片機(jī)的基本控制功能，以Intel公司的MC

19、S5l為代表。該階段的單片機(jī)均帶有串行I/O口，且具有多級(jí)中斷處理系統(tǒng)。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器為16位，片內(nèi)的RAM和ROM容量相對(duì)較大，尋址范圍可達(dá)64KB。這一代單片機(jī)結(jié)束了計(jì)算機(jī)單片集成的簡(jiǎn)單形式，真正開創(chuàng)了單片機(jī)作為微控制器的發(fā)展道路。4第四階段（1983至今）這是8位高性能單片機(jī)和16位單片機(jī)并行發(fā)展的階段。16位單片機(jī)除了CPU為16位以外，片內(nèi)的RAM和ROM容量進(jìn)一步增大。以Intel公司的MCS96系列為代表，且片內(nèi)集成有高速I/O部件、多通道10位A/D轉(zhuǎn)換器等，網(wǎng)絡(luò)通信能力也大大提高，且可用于高速的控制系統(tǒng)。當(dāng)前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展。將進(jìn)一步向著CMOS化、低功耗

20、、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方向發(fā)展。1.4.2 單片機(jī)的特點(diǎn)單片機(jī)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）集成度高、體積小、有很高的可靠性。單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機(jī)的可靠性與抗干擾能力。另外，其體積小，對(duì)于強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下工作。（2）控制功能強(qiáng)。為了滿足工業(yè)控制要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中有極豐富的轉(zhuǎn)移指令、I/O口的邏輯操作以及位處理功能，其邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次微型計(jì)算機(jī)。（3）低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。單片機(jī)大量應(yīng)用于攜帶式產(chǎn)品和家用消費(fèi)類產(chǎn)品，低電壓和低功

21、耗的特性尤為重要。許多單片機(jī)已可在2.2 V 的電壓下運(yùn)行，有的已能在1.2 V或0.9 V下工作。 （4）單片機(jī)規(guī)格的系列化。屬于同一個(gè)產(chǎn)品系列、不同型號(hào)的單片機(jī)，通常具有相同的內(nèi)核、相同或兼容的指令系統(tǒng)。其主要的差別僅在片內(nèi)配置了一些不同或不同數(shù)量的功能部件，以適用不同的被控對(duì)象。（5）單片機(jī)的硬件功能具有廣泛的通用性。同一種單片機(jī)可以在不同的控制系統(tǒng)中，只是其中所配置的軟件不同而已。也就是說，給單片機(jī)固化上不同的軟件，便可形成用途不同的專用智能芯片。1.4.3 單片機(jī)的應(yīng)用單片機(jī)的應(yīng)用范圍很廣，可以說覆蓋了所有領(lǐng)域。其主要在智能儀器和控制中的應(yīng)用。（1）單片機(jī)在智能儀表中的應(yīng)用單片機(jī)廣泛

22、地用于各種儀器儀表，使儀器儀表智能化，并可以提高測(cè)量的自動(dòng)化程度和精度，簡(jiǎn)化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性價(jià)比。 （2）單片機(jī)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用機(jī)電一體化是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的方向。機(jī)電一體化產(chǎn)品是指集成機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的機(jī)電產(chǎn)品，例如微機(jī)控制的車床、鉆床等。單片機(jī)作為產(chǎn)品中的控制器，能充分發(fā)揮它的體積小、可靠性高、功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可大大提高機(jī)器的自動(dòng)化、智能化程度。（3）單片機(jī)在實(shí)時(shí)控制中的應(yīng)用單片機(jī)廣泛地用于各種實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中。例如，在工業(yè)測(cè)控、航空航天、尖端武器、機(jī)器人等各種實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，都可以用單片機(jī)作為控制器。單片機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理能力和控制功能，可使系

23、統(tǒng)保持在最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。（4）單片機(jī)在分布式系統(tǒng)中的應(yīng)用 在比較復(fù)雜的系統(tǒng)中，常采用分布式系統(tǒng)。分布式系統(tǒng)一般由若干個(gè)功能各異的單片機(jī)組成，各自完成特定的任務(wù)，它們通過串行通信相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)工作。單片機(jī)在這種系統(tǒng)中往往作為一個(gè)終端機(jī)，安裝在系統(tǒng)的某些節(jié)點(diǎn)上，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)量和控制。單片機(jī)的高可靠性和強(qiáng)抗干擾能力，使它可以置于惡劣環(huán)境的前端工作。（5）單片機(jī)在人類生活中的應(yīng)用自從單片機(jī)誕生以后，它就步入了人類生活，如洗衣機(jī)、電冰箱、電子玩具、收錄機(jī)等家用電器配上單片機(jī)后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人們喜愛。單片機(jī)將使人類生活更加方便、舒適、豐富多彩。綜

24、合所述，單片機(jī)已成為計(jì)算機(jī)發(fā)展和應(yīng)用的一個(gè)重要方面。另一方面，單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于：從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法，以前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。1.5 小結(jié)本章節(jié)主要介紹了溫度測(cè)量技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，傳感器的發(fā)展和單片機(jī)的應(yīng)用。溫度測(cè)量技術(shù)可以分為接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量，兩種方式各有優(yōu)點(diǎn)，可以用在不同的場(chǎng)合下使用。溫度傳感器發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，并朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性等方向迅速發(fā)展。單片機(jī)以集成度高、體積小、控制功能強(qiáng)

25、等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用，如在智能儀表、機(jī)電一體化、分布式系統(tǒng)中的應(yīng)用。2 方案論證 溫度測(cè)量與語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是在溫度傳感器的選擇、語(yǔ)音芯片的選擇和主控單元的設(shè)計(jì)。2.1 溫度傳傳感器部分2.1.1 方案一：采用模擬輸出溫度傳感器若采用模擬溫度溫度傳感器，比如AD590，LM35等，模擬溫度傳感器采集溫度信號(hào)，則需要設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路、A/D 轉(zhuǎn)換電路及相應(yīng)的接口電路，才能把傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到計(jì)算機(jī)去處理，這樣電路就相對(duì)復(fù)雜，還要考慮模擬電路的抗干擾問題。 2.1.2 方案二：采用邏輯輸出溫度傳感器在某些場(chǎng)合，不需要嚴(yán)格測(cè)量溫度值，只關(guān)心溫度是否超出了一個(gè)設(shè)定范圍，一旦溫度超

26、出了所規(guī)定的范圍，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)，啟動(dòng)或關(guān)閉設(shè)備，此時(shí)可以選擇邏輯輸出式溫度傳感器，如LM56。在本設(shè)計(jì)中，需要測(cè)量具體的環(huán)境溫度值，要得到具體溫度的數(shù)字量，所以不能使用此類傳感器。2.1.3 方案三：采用二極管傳感器半導(dǎo)體材料和器件的許多性能參數(shù)，如電阻率，PN結(jié)的反向漏電流和正向電壓等，都與溫度有著密切的關(guān)系。一般電路中，溫度會(huì)影響電路的穩(wěn)定工作，所以盡量克服和避免。但半導(dǎo)體溫度傳感器恰好利用半導(dǎo)體器件的某些性能參數(shù)與溫度的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度的檢測(cè)、控制和補(bǔ)償。二極管溫度傳感器就是利用二極管的PN結(jié)的結(jié)電壓隨溫度變化的原理工作的。這類傳感器具有較好的線性度、尺寸小、響應(yīng)快、靈敏度高，主要用

27、在計(jì)算機(jī)和移動(dòng)設(shè)備內(nèi)。但價(jià)格就相對(duì)比較高，用單片機(jī)控制起來也不方便。2.1.4 方案四：采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20采用單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20測(cè)量溫度，直接輸出數(shù)字信號(hào)，便于單片機(jī)處理及控制，節(jié)省硬件電路。DS18B20可以通過數(shù)據(jù)線供電，也可以通過外部電源供電，工作電壓范圍為3.05.5V，適用于幾乎所有的單片機(jī)。DS18B20的最大特點(diǎn)之一就是采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸方式，用一個(gè)線就能實(shí)現(xiàn)從機(jī)和主機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換，操作較為方便。且可以將多個(gè)DS18B20并聯(lián)在一條總線上，這樣實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)溫度的測(cè)量。綜上所述，為了使電路盡量簡(jiǎn)單，控制盡量方便，測(cè)量出的溫度值盡量準(zhǔn)確，本設(shè)計(jì)溫度

28、傳感器采用DS18B20。2.2 主控部分2.2.1 方案一：采用PC機(jī)PC機(jī)可在線編程、可在線仿真，這讓調(diào)試變得方便。CUP的計(jì)算速度比單片機(jī)快，而且有良好的人機(jī)交互界面，但是PC機(jī)輸出信號(hào)不能直接與DS18B20通信，需要通過RS232電平轉(zhuǎn)換兼容，需要的硬件多，較為繁瑣，很不簡(jiǎn)便。而且在一些環(huán)境比較惡劣的場(chǎng)合，PC機(jī)的體積大、價(jià)格貴、攜帶安裝不方便、性能不穩(wěn)定，給工程帶來很多麻煩。2.2.2 方案二：采用DSP或ARM芯片單片機(jī)叫MCU，微控制器，ARM叫嵌入式微處理器，DSP叫數(shù)字信號(hào)處理器，是專為高速度的海量離散數(shù)字信號(hào)處理而發(fā)展的芯片。他們的發(fā)展需求不同導(dǎo)致了他們的內(nèi)部系統(tǒng)資源和結(jié)

29、構(gòu)的不同。比如，51單片機(jī)是8位的，晶振最多24M，ROM有4K，可用RAM少于128字節(jié)，軟件主要通過自己來編寫；對(duì)于信號(hào)的處理，如對(duì)信號(hào)做FFT，則選擇DSP；ARM是32位的，主頻一般在幾百M(fèi)，內(nèi)存一般是以G為單位，現(xiàn)在的趨勢(shì)是用于商業(yè)上的開發(fā)ARM+LINUX。51單片機(jī)，ARM，DSP都是嵌入式系統(tǒng)的核心芯片的選擇，要根據(jù)控制對(duì)象來選擇芯片。其中要考慮項(xiàng)目的規(guī)模，效率的要求，當(dāng)然最主要的還是設(shè)計(jì)成本，DSP和ARM價(jià)格相對(duì)比較高。本設(shè)計(jì)中，主控芯片只需控制溫度傳感器和語(yǔ)音芯片，電路規(guī)模比較小，不需要大量的信號(hào)進(jìn)行處理，程序也較為簡(jiǎn)單，如使用DSP或ARM做主控芯片會(huì)大大增加成本和電路

30、的復(fù)雜度。2.2.3 方案三：采用51單片機(jī)本設(shè)計(jì)主控部分采用AT89S52八位單片機(jī)，它兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳，可燒寫，可擦處，可在線編程。單片機(jī)軟件編程的自由度大，可通過編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制，而且體積小，硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，安裝方便。Atmel公司的AT89S52單片機(jī)，基本結(jié)構(gòu)如下16：（1） 一個(gè)8位算術(shù)邏輯單元（CPU）。（2） 4組，共32個(gè)I/O口，每個(gè)引腳有專用指令，可以單獨(dú)進(jìn)行讀/寫操作。（3） 三個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。（4） 全雙工串行通信口。（5） 6個(gè)中斷源，兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)。（6） 256字節(jié)內(nèi)置RAM。（7） 8K在線可編程Flash存儲(chǔ)器。AT89S

31、52單片機(jī)的引腳排列如圖2-1。芯片共有40個(gè)引腳，各引腳功能如下：1、 主電源引腳（2根）VCC（40腳）：電源輸入，接+5V電源GND（20腳）：接地線2、 外部晶振引腳（2根）XTAL1（19腳）：片內(nèi)震蕩電路的輸入端XTAL2（20腳）：片內(nèi)震蕩電路的輸出端3、 控制引腳（4根）RST/VPP（9腳）：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG（30腳）：地址鎖存允許信號(hào)。PSEN（29腳）：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。EA/VPP（31腳）：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令。4、 可編程輸入/輸出引腳

32、（32根）AT89S52單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口，分別為P0、P1、P2、P3口，每個(gè)口有8位（8根引腳），共32根。每一根引腳都可以編程，比如用來控制電機(jī)、交通燈、霓虹燈等，開發(fā)產(chǎn)品時(shí)就是利用這些可編程引腳來實(shí)現(xiàn)我們想要的功能。本設(shè)計(jì)需要用到15個(gè)I/O口：1根用來控制溫度傳感器，8根用來控制LED數(shù)碼管的段選，3根用來控制位選，還有3根來語(yǔ)音芯片。圖2-1 AT89S52單片機(jī)的引腳排列2.3 語(yǔ)音芯片部分2.3.1 方案一：采用OTP語(yǔ)音芯片OTP是指一次性可編程語(yǔ)音芯片，語(yǔ)音只能燒寫一次，不能擦除，適合應(yīng)用在不需要修改語(yǔ)音、語(yǔ)音長(zhǎng)度短的場(chǎng)合。OTP語(yǔ)音芯片的特點(diǎn)是單芯片方案、價(jià)

33、格便宜，適合中小型批量生產(chǎn)。主要應(yīng)用在中低端玩具、電子琴、電動(dòng)車等產(chǎn)品上。2.3.2 方案二：采用WT588語(yǔ)音芯片WT588系類語(yǔ)音芯片是廣州創(chuàng)維科技有限公司和臺(tái)灣華邦共同研發(fā)出來的集單片機(jī)與語(yǔ)音電路與一體的可編程語(yǔ)音芯片，它有多種控制模式，包括按鍵控制模式，并口控制模式和串口控制模式。WT588缺點(diǎn)是不能現(xiàn)場(chǎng)錄音，只能通過與電腦連接擦除和改寫語(yǔ)音內(nèi)容，本設(shè)計(jì)中需要通過外部現(xiàn)場(chǎng)采集語(yǔ)音信息，所以不予采用。2.3.3 方案三：采用APR9600語(yǔ)音芯片APR9600是繼美國(guó)ISD公司以后采用模擬存儲(chǔ)技術(shù)的又一款音質(zhì)好、噪音低、不怕掉電、可反復(fù)錄放的新型語(yǔ)音芯片，單片電路可錄放60秒，串行控制時(shí)

34、可分256段以上，并行控制時(shí)最大可分8段。它較ISD系列語(yǔ)音芯片易于控制且價(jià)格也較便宜，電路更為簡(jiǎn)單，能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)錄音和可擦除語(yǔ)音，所以采用ARR9600作為語(yǔ)音播報(bào)的芯片。2.4 小結(jié)本章中確定了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)總方案，包括溫度傳感器，主控部分和語(yǔ)音部分的方案論證。傳感器部分采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，它是以單總線方式來傳送數(shù)據(jù)的，控制方便且電路簡(jiǎn)單。主控部分采用AT89S52單片機(jī)，不需要處理大量的數(shù)據(jù)，從成本上考慮采用單片機(jī)控制。語(yǔ)音部分采用ARP9600語(yǔ)音芯片，它的特點(diǎn)只需外圍連接若干個(gè)電容和電阻就能組成一個(gè)語(yǔ)音錄放電路，并能現(xiàn)場(chǎng)錄音。3 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)框圖系統(tǒng)的主要功能包

35、括：現(xiàn)場(chǎng)溫度的采集，實(shí)時(shí)顯示溫度信息，實(shí)時(shí)語(yǔ)音播放。硬件設(shè)計(jì)主要包括主控模塊，溫度測(cè)量模塊，顯示模塊和語(yǔ)音播報(bào)模塊。系統(tǒng)框圖如圖3-1所示。圖3-1系統(tǒng)框圖3.2 單片機(jī)的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路設(shè)計(jì)單片機(jī)工作的時(shí)間基準(zhǔn)是有時(shí)鐘電路提供的。在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2兩個(gè)管腳，接一個(gè)晶振及兩只電容就構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘電路。電路中，電容器C1和C2對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用，通常的取值范圍為（2040）PF。石英晶體選擇6MHz或12MHz都可以，結(jié)果只是機(jī)器周期時(shí)間不同，影響計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)初值。本設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路晶振用12M，電容用兩個(gè)20P的。單片機(jī)的RST管腳為主機(jī)提供一個(gè)外部復(fù)位信號(hào)輸入端口，復(fù)位信號(hào)

36、是高電平有效，高電平有效的持續(xù)時(shí)間應(yīng)為2個(gè)機(jī)器周期以上，復(fù)位以后，單片機(jī)內(nèi)各部件恢復(fù)到初始狀態(tài)。電阻電容的參考值R=10KW，C=10mA，RET按鍵選擇輕觸開關(guān)。電路如圖3-2所示。圖3-2 時(shí)鐘電路和復(fù)位電路3.3 DS18B20溫度測(cè)量電路設(shè)計(jì)3.3.1 單總線目前常用的微機(jī)與外設(shè)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇锌偩€主要有I2C總線、SPI總線和SCI總線。其中I2C總線以同步串行2線方式進(jìn)行通信（一條時(shí)鐘線，一條數(shù)據(jù)線），SPI總線則以同步串行3線方式進(jìn)行通信（一條時(shí)鐘線，一條數(shù)據(jù)輸入線，一條數(shù)據(jù)輸出線），而SCI總線是以異步方式進(jìn)行通信（一條數(shù)據(jù)輸入線，一條數(shù)據(jù)輸出線）的。這些總線至少需要兩條

37、或兩條以上的信號(hào)線。單總線（1-Wire）是Dallas公司的一項(xiàng)專有技術(shù)，與目前多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)串行數(shù)據(jù)通信方式不同，它采用單根信號(hào)線，即傳輸時(shí)鐘，又傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的。它具有節(jié)省I/O口資源、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)。單總線采用簡(jiǎn)單的通信協(xié)議，通過一條公共數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)主控制器與一個(gè)或多個(gè)從機(jī)之間的半雙工、雙向通信。3.3.2 DS18B20的單總線命令根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，單片機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟：第一步：主機(jī)先發(fā)一個(gè)復(fù)位脈沖，使總線上的所有DS18B20都被復(fù)位。第二步：發(fā)送ROM操作指令，使序列號(hào)編碼匹配的DS18B20被激

38、活，準(zhǔn)備接受下面的RAM訪問指令。第三步：RAM訪問指令控制選中的DS18B20工作狀態(tài)，完成整個(gè)溫度轉(zhuǎn)換，讀取等工作。在ROM命令發(fā)送之前，RAM命令不起作用。一：初始化基于單總線上的所有傳輸過程是以初始化開始的，初始化過程由主機(jī)發(fā)出的復(fù)位脈沖和從機(jī)響應(yīng)的應(yīng)答脈沖組成。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道總線上有從機(jī)設(shè)備，且準(zhǔn)備就緒。二：ROM命令15在主機(jī)檢測(cè)到應(yīng)答脈沖后，就可以發(fā)出ROM命令，這些命令與各個(gè)從機(jī)設(shè)備的唯一64位ROM代碼相關(guān)，允許主機(jī)在單總線上連接多個(gè)從機(jī)設(shè)備時(shí)，指定操作某個(gè)從機(jī)設(shè)備。這些命令還允許主機(jī)能夠檢測(cè)到總線上有多少個(gè)從機(jī)設(shè)備以及其設(shè)備類型，或者有沒有設(shè)備處于報(bào)警狀態(tài)。從機(jī)設(shè)備可能

39、支持5種ROM命令，每種命令長(zhǎng)度為8位。主機(jī)在發(fā)出功能命令之前，必須送出合適的ROM命令。DS18B20有5條ROM命令：（1）搜索ROMF0h。當(dāng)系統(tǒng)初始上電時(shí)，主機(jī)必須找出總線上所有從機(jī)設(shè)備的ROM代碼，這樣主機(jī)就能夠判斷出從機(jī)的數(shù)目和類型。主機(jī)通過重復(fù)執(zhí)行搜索ROM循環(huán)以找出總線上所有的從機(jī)設(shè)備。如果總線只有一個(gè)從機(jī)設(shè)備，則可以采用讀ROM命令來替代搜索ROM命令。在每次執(zhí)行完搜索ROM循環(huán)后，主機(jī)必須返回至命令序列的第一步進(jìn)行初始化。（2）讀ROM33h。該命令僅使適用于總線上只有一個(gè)從機(jī)設(shè)備。它允許主機(jī)直接讀出從機(jī)的64位ROM代碼，而無(wú)須執(zhí)行搜索ROM過程。如果該命令用于多個(gè)節(jié)點(diǎn)系

40、統(tǒng)，則必然發(fā)生數(shù)據(jù)沖突，因?yàn)槊總€(gè)從機(jī)設(shè)備都會(huì)響應(yīng)該命令。（3）匹配ROM55h。匹配ROM命令跟隨64位ROM代碼，從而允許主機(jī)訪問多節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中某個(gè)指定的從機(jī)設(shè)備。當(dāng)從機(jī)完全匹配64位ROM代碼時(shí)，才會(huì)響應(yīng)主機(jī)隨后發(fā)出的功能命令。其它設(shè)備將處于等待復(fù)位脈沖狀態(tài)。（4）跳躍ROMCCh。主機(jī)能夠采用該命令同時(shí)訪問總線上的所有從機(jī)設(shè)備，而無(wú)須發(fā)出任何ROM代碼信息。例如， 主機(jī)通過在發(fā)出跳越ROM命令后跟隨轉(zhuǎn)換溫度命令44h，就可以同時(shí)命令總線上所有的DS18B20 開始轉(zhuǎn)換溫度，這樣大大節(jié)省了主機(jī)的時(shí)間。值得注意，如果跳越ROM命令跟隨的是讀暫存器BEh的命令（包括其它讀操作命令），則該命令只能

41、應(yīng)用于單節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，否則將由于多個(gè)節(jié)點(diǎn)都響應(yīng)該命令而引起數(shù)據(jù)沖突。（5）報(bào)警搜索ECh。除那些設(shè)置了報(bào)警標(biāo)志的從機(jī)響應(yīng)外，該命令的工作方式完全等同于搜索ROM命令。該命令允許主機(jī)設(shè)備判斷那些從機(jī)設(shè)備發(fā)生了報(bào)警，如測(cè)量溫度過高或過低等。同搜索ROM命令一樣，在完成報(bào)警搜索循環(huán)后，主機(jī)必須返回至命令序列的第一步進(jìn)行初始化。 三：RAM操作命令DS18B20有6條操作指令：（1）寫RAM命令（4EH）。寫入開始地址位TH，隨后是TL和配置字節(jié)，所有寫入操作必須在DS18B20復(fù)位之前完成。（2）讀RAM命令（BEH）。該命令從字節(jié)0開始，一直讀完所有字節(jié)。（3）復(fù)制暫存器命令（48H）。將暫存器內(nèi)容復(fù)

42、制到片內(nèi)E2PROM中。（4）啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換命令（44H）。啟動(dòng)總線上的DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換。（5）讀E2PROM命令（B8H）。將E2PROM內(nèi)的數(shù)據(jù)回讀RAM。（6）讀供電模式命令（B4H）。若是寄生電源，返回0；若是外部電源，返回1。3.3.3 DS18B20的概述DS18B20是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司推出的一款智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測(cè)溫度并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式。可以分別在93.7750ms內(nèi)完成912位的數(shù)字量，并且從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根線讀寫，溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總

43、線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無(wú)須額外電源。因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單，可靠性更高。它在測(cè)溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面都給用戶的使用帶來了方便，效果也令人滿意15。單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20的特點(diǎn)如下：（1）獨(dú)特的單線接口方式：DS18B20與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通信。（2）在使用中不需要任何外圍元件。（3）可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍：+3.0+5.5V。（4）測(cè)溫范圍-55125。測(cè)溫分辨率為0.5。（5）通過編程可實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字讀數(shù)方式。（6）用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值。（7）支

44、持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。（8）負(fù)壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。DS18B20的外形及管腳排列如圖3-3所示。圖3-3 DS18B20的外形及管腳排列DS18B20的引腳定義：（1） DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端。（2） GND為電源地。（3） VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。3.3.4 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由64位ROM、溫度靈敏元件、內(nèi)部存儲(chǔ)器和配置寄存器四部分組成，如圖3-4所示。圖3-4 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)（1）64位ROM64位光刻ROM結(jié)構(gòu)如下：

45、8位CRC校驗(yàn)碼48位序列號(hào)8位產(chǎn)品代碼64位ROM的內(nèi)容是64位序列號(hào)，是出廠前被光刻好的，它可以被看做是該DS18B20的地址序列碼，其作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。這一點(diǎn)很像每一個(gè)網(wǎng)卡芯片都有一個(gè)各不相同的MAC地址。這64位ROM的排列是：開始8位是產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)，接著的48位是該DS18B20自身的序列號(hào)，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。（2）溫度靈敏元件溫度靈敏元件完成對(duì)溫度的測(cè)量，測(cè)量后的結(jié)果存儲(chǔ)在兩個(gè)字節(jié)的溫度寄存器中，溫度存儲(chǔ)器高位的前5位是符號(hào)位，當(dāng)溫度大于零時(shí)，這5位為0，而當(dāng)溫度小于零時(shí)，這5位為1。高

46、位剩下的3位和低位的前4位是溫度的整數(shù)位，低位的后4位是溫度的小數(shù)位，當(dāng)溫度大于零時(shí)它們以原碼的形式存儲(chǔ)，而當(dāng)溫度小于零時(shí)以二進(jìn)制的補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)。當(dāng)轉(zhuǎn)換位數(shù)為12位時(shí)，溫度的精度為0.0625，當(dāng)轉(zhuǎn)換位數(shù)為11位時(shí)，溫度的精度為0.125，依此類推。DS18B20的裝換精度為812位可選，為了提高精度采用12位。在采用12位轉(zhuǎn)換精度時(shí)，溫度寄存器里的值是以0.0625為步進(jìn)的，即溫度值為溫度寄存器里的二進(jìn)制值乘以0.0625，就是實(shí)際的十進(jìn)制溫度值。例如，當(dāng)轉(zhuǎn)換的最大值07D0H對(duì)應(yīng)的溫度是+125，則+25的數(shù)字輸出為0190H，-55的數(shù)字輸出為FC90H。由此不難推出DS18B20的溫度

47、轉(zhuǎn)換值和溫度的對(duì)照表，如表3-1所示。溫度/二進(jìn)制數(shù)表示十六進(jìn)制數(shù)表示+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-0.51111 1111 1111 1000FFF8H-551111 1100 1001 0000FC90H表3-1 DS18B20的溫度轉(zhuǎn)換值和溫度的對(duì)照表因?yàn)樾?shù)部分是半字節(jié)，所以二

48、進(jìn)制值范圍是0F，轉(zhuǎn)換成小數(shù)值就是0.0625的倍數(shù)(015倍)。這樣需要精確到小數(shù)點(diǎn)4位，實(shí)際不必有那么高的精確度，一般可以精確到0.1。表3-2就是二進(jìn)制與十進(jìn)制的近似對(duì)應(yīng)關(guān)系表。小數(shù)部分二進(jìn)制值0123456789ABCDEF十進(jìn)制值0011233455667889表3-2 小數(shù)部分二進(jìn)制和十進(jìn)制的近似對(duì)應(yīng)關(guān)系表（3）DS18B20內(nèi)部存儲(chǔ)器DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EEPROM，后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL以及配置寄存器，共9位。DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器字節(jié)順序如下：溫度值低位溫度值高位THTL配置寄存器保

49、留保留保留8位CRC字節(jié)0字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)3字節(jié)4字節(jié)5字節(jié)6字節(jié)7字節(jié)8第0，1字節(jié)保存溫度數(shù)值，其中第0字節(jié)為低位，第1字節(jié)為高位。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第0和第1個(gè)字節(jié)。單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后。第2，3字節(jié)鎖存器TH和TL保存非易失性溫度報(bào)警數(shù)據(jù)，可以通過軟件寫入用戶報(bào)警上下限值。第4字節(jié)是配置寄存器，其內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率，DS18B20工作時(shí)按此寄存器的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如下：TMR1R011111該寄存器低5位都是1。TM是測(cè)試模式位，用于設(shè)置DS

50、18B20在工作模式還是在測(cè)試模式，在DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0（工作模式），不需要改動(dòng)。R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，即是用來設(shè)置分辨率的，如表3-3所示，DS18B20出廠時(shí)被設(shè)置為12位。R1R0分辨率最大溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間/ms009位93.750110位187.501011位375.001112位750.00表3-3 溫度分辨率設(shè)置表第57字節(jié)未用，全為邏輯1。第8字節(jié)讀出的是前面所有8個(gè)字節(jié)的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC），可用來保證通信的正確。CRC存儲(chǔ)在64位ROM的最高字節(jié)中。單片機(jī)根據(jù)ROM的前56位來計(jì)算CRC值，并和存入DS18B20中的CRC值做比較，以判斷收到的RO

51、M數(shù)據(jù)是否正確。3.3.5 DS18B20的測(cè)溫原理如圖3-5所示，圖中低溫系數(shù)的震蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器1；高溫系數(shù)振蕩器隨溫度變化其震蕩頻率明顯變化，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。斜率累加器減法計(jì)數(shù)器 1預(yù)置低溫度系數(shù)振蕩器晶振減到0高溫度系數(shù)振蕩器減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)比較器溫度寄存器減到0預(yù)置增加停止圖3-5 DS18B20測(cè)溫原理圖圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫系數(shù)振蕩器來決定，每次測(cè)量前，首先將-55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)分別置于減法計(jì)數(shù)器1

52、和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非線形性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上訴過程，直到溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值。3.3.6 DS18B20與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)在外部電源供電方式下，DS18B20

53、工作電源由VDD引腳接入，由外部電源供電，可以保證轉(zhuǎn)換精度，同時(shí)在總線上理論上可以掛接任意多個(gè)DS18B20，組成多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)。在外部電源供電方式下，可以充分發(fā)揮DS18B20寬電源電壓范圍的優(yōu)點(diǎn)，即使電源電壓VCC降到3V時(shí)，依然能夠保證測(cè)溫精度。本設(shè)計(jì)就是采用外部供電方式，VDD接+5V，GND接地，單片機(jī)的P1.0口與DS18B20的DQ端相連。在此方式下，DS18B20工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，而且電路也比較簡(jiǎn)單。電路如圖3-6所示。圖3-6 外部電源供電方式電路圖3.4 APR9600語(yǔ)音錄放電路設(shè)計(jì)3.4.1 APR9600語(yǔ)音芯片的介紹APR9600語(yǔ)音錄放芯片是一款音質(zhì)好、噪

54、音低、不怕斷電、可反復(fù)錄放的新型語(yǔ)音芯片。它具有：價(jià)格便宜，有多種控制方式，分段管理方便、多段控制時(shí)電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。外部只需配置駐極體傳聲器、揚(yáng)聲器、開關(guān)和少數(shù)電阻、電容等元器件，再配2.45.5V直流電源，就可構(gòu)成完整的語(yǔ)音錄放系統(tǒng)。APR9600有以下特點(diǎn)3,17：（1）APR9600提供單片高質(zhì)量固態(tài)錄音和回放功能，不需軟件或微控制器支持；（2）APR9600片內(nèi)Flash ROM的容量為256KB，可以靈活多樣地處理3260s語(yǔ)音信息；（3）串行按鍵控制時(shí)可分為256段語(yǔ)音信息，并行按鍵控制時(shí)最多可分成8段獨(dú)立的語(yǔ)音信息；（4）設(shè)有片選端，便于多個(gè)APR9600級(jí)聯(lián)，以便擴(kuò)展電路的錄放時(shí)間長(zhǎng)度和語(yǔ)音信息段。APR9600引腳功能如表3-4所示，APR引腳排列如圖3-7所示。管腳功能管腳功能1、/M1第一段控制或連續(xù)錄放控制（低電平有效）15、SP-外接喇叭負(fù)端2、/M2第二段控制或快進(jìn)選段控制（低電平有效）16、VCCA模擬電路正電源3、/M3第三段控制（低電平有效）1