溫度測(cè)量與語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、 本文由sadkingson貢獻(xiàn) doc文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。 編號(hào)： 編號(hào)： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目： 中文） （中文 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 英文） voice broadcast system 分 院 專 業(yè) 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 完成日期 理工分院 電氣工程與自動(dòng)化 06 自動(dòng)化（1）班 自動(dòng)化（ ） 064171308 顧開(kāi)凱 李宏 職稱 副教授 2010 年 5 月 15 日 寧波大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)

2、設(shè)計(jì)（論文） 誠(chéng) 信 承 諾 我謹(jǐn)在此承諾：本人所寫(xiě)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(méi)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） ： 承諾人（簽名） 顧開(kāi)凱 2010 年 4 月 15 日 I 溫度測(cè)量與語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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。 摘要】 本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于 51 單片機(jī)的溫度測(cè)量和語(yǔ)音播 摘要 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(guò) 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、

3、且抗干擾能力強(qiáng)。 【關(guān)鍵詞 關(guān)鍵詞】單片機(jī)；溫度測(cè)量；語(yǔ)音播報(bào)；DS18B20；APR9600； 關(guān)鍵詞 II 寧波大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） Temperature measurement and voice broadcast system Abstract 【ABSTRACT】Temperature measurement in industrial and agricultural production and is widely used in scientific research. This article is designed based on 51 single-

4、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 temperature measurement accuracy, the system is simple, and anti-jammin

5、g capability. 【KEYWORDS】SCM; temperature measurement; voice broadcast; DS18B20; APR9600 III 溫度測(cè)量與語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 目 錄 摘 要 II Abstract III 目 錄 IV 1 緒論 1 1.1 引言 1 1.2 溫度測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 1 1.2.1 溫度測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀 1 1.2.2 溫度測(cè)量技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 2 1.3 溫度傳感器的發(fā)展史 3 1.4 單片機(jī) 4 1.4.1 單片機(jī)的發(fā)展史 4 1.4.2 單片機(jī)的特點(diǎn) 5 1.4.3 單片機(jī)的應(yīng)用 5 1.5 小結(jié) 6 2 方案論證 7

6、2.1 溫度傳傳感器部分 7 2.1.1 方案一：采用模擬輸出溫度傳感器 7 2.1.2 方案二：采用邏輯輸出溫度傳感器 7 2.1.3 方案三：采用二極管傳感器 7 2.1.4 方案四：采用數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20 7 2.2 主控部分 8 2.2.1 方案一：采用 PC 機(jī) 8 2.2.2 方案二：采用 DSP 或 ARM 芯片 8 2.2.3 方案三：采用 51 單片機(jī) 8 2.3 語(yǔ)音芯片部分 10 2.3.1 方案一：采用 OTP 語(yǔ)音芯片 10 2.3.2 方案二：采用 WT588 語(yǔ)音芯片 10 2.3.3 方案三：采用 APR9600 語(yǔ)音芯片 10 2.4 小結(jié) 10

7、 3 硬件電路設(shè)計(jì) 11 3.1 系統(tǒng)框圖 11 3.2 單片機(jī)的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路設(shè)計(jì) 11 3.3 DS18B20 溫度測(cè)量電路設(shè)計(jì) 12 3.3.1 單總線 12 3.3.2 DS18B20 的單總線命令 12 3.3.3 DS18B20 的概述 14 3.3.4 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 15 3.3.5 DS18B20 的測(cè)溫原理 18 3.3.6 DS18B20 與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì) 19 3.4 APR9600 語(yǔ)音錄放電路設(shè)計(jì) 20 3.4.1 APR9600 語(yǔ)音芯片的介紹 20 3.4.2 APR9600 錄音電路 21 IV 寧波大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3.

8、4.3 由單片機(jī)控制的放音電路 22 3.5 LED 數(shù)碼顯示電路 22 3.6 系統(tǒng)整體電路 23 3.7 小結(jié) 23 4 軟件設(shè)計(jì) 24 4.1 主程序流程圖 24 4.2 DS18B20 溫度測(cè)量程序 24 4.2.1 DS18B20 的時(shí)序 24 4.2.2 DS18B20 的復(fù)位程序 25 4.2.3 DS18B20 啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換程序 25 4.2.4 DS18B20 讀溫度程序 26 4.3 數(shù)碼管顯示程序 26 4.4 語(yǔ)音播報(bào)程序 27 4.5 小結(jié) 28 5 數(shù)據(jù)測(cè)試及分析 29 5.1 溫度數(shù)據(jù)測(cè)量 29 5.2 語(yǔ)音模塊測(cè)試 30 5.3 小結(jié) 30 6 設(shè)計(jì)總結(jié) 31

9、7 參考文獻(xiàn) 32 致謝 33 附錄一：程序 34 附錄二：硬件電路 2 V 寧波大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1.1 引言 緒論 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(shuō)，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(guò)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?、準(zhǔn)確地測(cè)量溫 度的技術(shù)及其裝置普遍

10、受到各國(guó)的重視。近年來(lái)，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(kāi)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

11、用單片機(jī) AT89S52 為控制核心， 通過(guò) 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)

12、。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) 1 溫度測(cè)量與語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)設(shè)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)與溫度值關(guān)系就可以測(cè)量溫度。熱電偶發(fā)展較早，

13、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(lái)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(guò)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(lái)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，輸出信號(hào)可以是電壓、頻率，或

14、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(lái)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、電阻等模擬量，

15、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 2 寧波大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 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

16、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

17、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(kāi)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(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能，其智能 化取決于軟件的開(kāi)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(lái)越高，

18、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。 3 溫度測(cè)量與語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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

19、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(lái)說(shuō)，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)。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

20、歡迎和重視。從此 單片機(jī)開(kāi)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(guò)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

21、， 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 MCS5l 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(kāi)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

22、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 4 寧波大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 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、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

23、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

24、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(shuō)，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(shuō)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

25、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。 5 溫度測(cè)量與語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) （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

26、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(guò)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(ài)。單片機(jī)將使人類生活更加方便、 舒適、豐富多彩。 綜合所述，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

27、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(guò)軟件方法來(lái)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)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。 6 寧波大

28、學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 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 方案一： 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(wèn)題。 方案二： 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，

29、一旦溫度超出了 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， LM56。 如 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。 方案三： 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

30、具有較好 的線性度、尺寸小、響應(yīng)快、靈敏度高，主要用在計(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(lái)也不方便。 方案四： 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(guò)數(shù)據(jù)線供電，也可以通過(guò)外部電源供電，工作電壓范圍為 3.0 5.5V，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)

31、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)溫度傳感器采用 DS18B20。 7 溫度測(cè)量與語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.2 主控部分 方案一： 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(guò) 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(lái)很多麻煩。 方案二： 2.2.2 方案二

32、：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)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(guò)自己來(lái)編寫(xiě)；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，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(kāi)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)

33、象來(lái)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的復(fù)雜度。 方案三： 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(xiě)，可擦 處，可在線編程。單片機(jī)軟件編程的自由度大，可通過(guò)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 AT89S5

34、2 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(xiě)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。 AT89S52 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： 8 寧波大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 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、

35、 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 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

36、，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(lái)控制電機(jī)、交通燈、霓虹燈等，開(kāi)發(fā)產(chǎn)品時(shí)就 是利用這些可編程引腳來(lái)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(lái)控制溫度傳感器，8 根用來(lái)控制 LED 數(shù)碼管的段選，3 根用來(lái)控制位選，還有 3 根來(lái)語(yǔ)音芯片。 圖 2-1 AT89S52 單片機(jī)的引腳排列 9 溫度測(cè)量與語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.3 語(yǔ)音芯片部分 方案一： 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(xiě)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

37、的特點(diǎn)是單芯片方案、價(jià)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。 方案二： 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(lái)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(guò)與電腦連接擦除和改寫(xiě)語(yǔ)音內(nèi)容，本設(shè)計(jì)中需要通過(guò)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 方案三： 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、

38、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)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(lái)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

39、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。 10 寧波大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 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

40、（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)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=10K?，C=10A，RET 按鍵選擇輕觸開(kāi)關(guān)。 電路如圖 3-2 所示。 11 溫度測(cè)量與語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) VCC VCC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 3

41、9 38 37 36 35 34 33 VCC 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 10UF 10K + 12M p1.0 vcc p1.1 p0.0 p1.2 p0.1 p1.3 p0.2 p1.4 p0.3 p1.5(mi) p0.4 p1.6(mo) p0.5 p1.7(sck) p0.6 rst p0.7 rxd 89S52 ea txd ale p3.2 psen p3.3 p2.7 p3.4 p2.6 p3.5 p2.5 p3.6 p2.4 p3.7 p2.3 xtal2 p2.2 xtal1 p2.1 gnd p2.0 20P 20P 圖 3-

42、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

43、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(guò)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(guò)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 被激活，準(zhǔn)備接受下面的 RAM 訪問(wèn)指令。第三步：RAM 訪問(wèn)指令控制 選中的 DS18B20 工作狀

44、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。 12 寧波大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 一：初始化 基于單總線上的所有傳輸過(guò)程是以初始化開(kāi)始的，初始化過(guò)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(méi)有設(shè)備處于報(bào)警狀態(tài)。從機(jī)設(shè)備 可

45、能支持 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(guò)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(lái)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

46、 位 ROM 代碼，而無(wú)須執(zhí)行搜索 ROM 過(guò)程。如果該命令用于多個(gè)節(jié)點(diǎn)系統(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(wèn)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(wèn)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(guò)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(kāi)始轉(zhuǎn)換溫

47、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(guò)高或過(guò)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。 13 溫度測(cè)量與語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 三：RAM 操作命令 DS18B20 有 6 條操作指令： （1）寫(xiě) RAM 命令（4EH） 。

48、寫(xiě)入開(kāi)始地址位 TH，隨后是 TL 和配置字節(jié)，所有寫(xiě)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(kāi)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)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

49、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(guò)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?DS18B20 的信 息僅需要一根線讀寫(xiě)，溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線，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(lái)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

50、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(guò)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。 14 寧波大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

51、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) 15 溫度測(cè)量與語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) （1）64 位 ROM 64 位光刻 ROM 結(jié)構(gòu)如下： 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

52、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(kāi) 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

53、 1。高位剩 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 0

54、190H，-55的數(shù) 字輸出為 FC90H。由此不難推出 DS18B20 的溫度轉(zhuǎn)換值和溫度的對(duì)照表，如表 3-1 所示。 溫度/ +125 +85 +25.0625 +10.125 +0.5 0 -0.5 -55 二進(jìn)制數(shù)表示 0000 0111 1101 0000 十六進(jìn)制數(shù)表示 07D0H 0550H 0191H 00A2H 0008H 0000H FFF8H FC90H 0000 0101 0101 0000 0000 0001 1001 0001 0000 0000 1010 0010 0000 0000 0000 1000 0000 0000 0000 0000 1111 1111

55、 1111 1100 1111 1000 1001 0000 表 3-1 DS18B20 的溫度轉(zhuǎn)換值和溫度的對(duì)照表 16 寧波大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 因?yàn)樾?shù)部分是半字節(jié)， 所以二進(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 0 二進(jìn)制值 十進(jìn)制值 0 0 1 1 2 3 3 4 5 5 6 6 7 8 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 表 3-2 小數(shù)部分二進(jìn)制和十進(jìn)制的

56、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 字節(jié) 0 溫度值高位 字節(jié) 1 TH 字節(jié) 2 TL 字節(jié) 3 配置寄存器 字節(jié) 4 保留 字節(jié) 5 保留 字節(jié) 6 保留 字節(jié) 7 8 位 CRC 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(guò) 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(guò)軟件寫(xiě)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