畢業(yè)論文__多路溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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1、 多路溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 學(xué)院：信息科學(xué)工程學(xué)院 系級(jí)教學(xué)單位：電子與通信工程系 學(xué) 號(hào) 061304021020 學(xué)生 姓名 付強(qiáng) 專 業(yè) 班 級(jí) 06電信1班 題 目 題目名稱 多路溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 題目性質(zhì) 1.理工類：工程設(shè)計(jì) （ √ ）；工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究型（ ）； 理論研究型（ ）；計(jì)算機(jī)軟件型（ ）；綜合型（ ） 2.管理類（ ）；

2、3.外語(yǔ)類（ ）；4.藝術(shù)類（ ） 題目類型 1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（ √ ） 2.論文（ ） 題目來(lái)源 科研課題（ ） 生產(chǎn)實(shí)際（ ）自選題目（ √ ） 主 要 內(nèi) 容 利用SPCE061A單片機(jī)、DS18B20實(shí)現(xiàn)多路溫度采集，要求具有下述功能： 1、4路溫度的實(shí)時(shí)采集： 2、溫度通過(guò)液晶屏顯示，分手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式：自動(dòng)狀態(tài)循環(huán)顯示各通道溫度，沒(méi)隔2s切換一個(gè)通道：手動(dòng)方式下只顯示被選擇的通道溫度； 3、可以為每一個(gè)通道設(shè)置獨(dú)立的報(bào)警溫度。 4、可以將采集的溫度值進(jìn)行備份，并通過(guò)按鍵查詢。 基 本

3、 要 求 1.獨(dú)立完成系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)，并搭電路驗(yàn)證。 2.獨(dú)立完成控制軟件的編寫、調(diào)試。 3.完成系統(tǒng)調(diào)試。 參 考 資 料 《凌陽(yáng)16位單片機(jī)原理及應(yīng)用》 薛鈞義等編 北京航空航天大學(xué)出版社 2003 《十六位單片機(jī)微處理器凌陽(yáng)SPCEA061AS原理及應(yīng)用。 張培仁等編 清華大學(xué)出版社 2005 周 次 1～4 周 5～8周 9～12周 13～16周 17～18周 應(yīng) 完 成 的 內(nèi) 容 收集資料 熟悉課題內(nèi)容 提出設(shè)計(jì)思路 電路設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì) 搭電路調(diào)試 改進(jìn) 同前 論文書寫 課題總結(jié) 答辯

4、 指導(dǎo)教師：李朝輝 職稱：講師 2010年3月1日 系級(jí)教學(xué)單位審批： 年 月 日 摘要 SPCE061A是一款具有語(yǔ)音處理功能的16位單片機(jī)。其內(nèi)核為凌陽(yáng)科技自主研發(fā)的架構(gòu)內(nèi)核，最高可運(yùn)行在49MHz時(shí)鐘頻率下。內(nèi)置的專用MIC接口和雙路10bit (Digital to Analog Converter) DAC使之非常適合于開發(fā)語(yǔ)音電子產(chǎn)品，可方便靈活地實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)語(yǔ)音錄制、語(yǔ)音播放等功能。豐富的外設(shè)資源和良好的監(jiān)控機(jī)制使該芯片功能豐富、性能穩(wěn)定，可作為通用微控制器，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、家居安防、智能家電等眾多領(lǐng)域。而

5、數(shù)據(jù)采集則是對(duì)一個(gè)或多個(gè)信號(hào)獲取對(duì)象信息的過(guò)程。數(shù)據(jù)采集器是一種具有實(shí)驗(yàn)室或現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)存儲(chǔ)記錄、信號(hào)預(yù)處理、即時(shí)顯示、即時(shí)狀態(tài)分析、自動(dòng)傳輸?shù)裙δ艿淖詣?dòng)化設(shè)備。 本文主要運(yùn)用SPCE061A單片機(jī)和DS18B20數(shù)字式溫度傳感器共同設(shè)計(jì)了多路溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。溫度數(shù)據(jù)的采集，利用了單片機(jī)上兩個(gè)I/O口連接DS18B20的數(shù)據(jù)引腳，在顯示上，利用了12個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)液晶屏的動(dòng)態(tài)刷新顯示。在此基礎(chǔ)上還介紹了幾個(gè)重要模組的工作原理和電路圖，以及系統(tǒng)軟件的程序設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；溫度；SPCE061A；DS18B20 Abstract SPCE061

6、A is a voice-processing functions of the 16-bit microcontroller. Sunplus its core is the structure of self-developed core, running at 49MHz maximum clock frequency. Dedicated MIC interface and built-in dual 10bit (Digital to Analog Converter) DAC making it ideal for voice in the development of elect

7、ronic products can be convenient and flexible way to achieve high quality voice recording, voice playback and other functions.Abundant resources and good peripheral control mechanism so that the chip feature rich, stable performance, can be used as general-purpose microcontrollers are widely used in

8、 industrial control, home security, smart home appliances and many other fields. The data collection is one or more signal for the process object information. Data collector is a kind of laboratory or field data acquisition in real time, automatically store records, signal preprocessing, real-time d

9、isplay, real-time state analysis, automatic transmission features automation equipment. In this paper, the use of SPCE061A and DS18B20 digital temperature sensor to design a multi-channel temperature data acquisition system. Temperature data collection, using a single chip for two I / O data port c

10、onnection DS18B20 pin, in the display, using 12 I / O ports is dynamic refresh the LCD display. On the basis of several important modules also presented the working principle and circuit and system software programming. Keywords Data Acquisition System ;Temperature;SPCE061A;DS18B20 目 錄

11、 摘要……………………………………………………………………………Ⅰ Abstract…………………………………………………………………………Ⅱ 第1章 緒論……………………………………………………………………1 1.1 課題背景………………………………………………………………1 1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的歷史與發(fā)展…………………………………………1 1.3 國(guó)內(nèi)外數(shù)據(jù)采集器現(xiàn)況………………………………………………3 1.3.1 國(guó)外數(shù)據(jù)采集器的現(xiàn)況……………………………………………3 1.3.2 國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)采集器的現(xiàn)況……………………………………………3 1.3.

12、3 數(shù)據(jù)采集器的應(yīng)用………………………………………………3 1.4 本論文主要研究?jī)?nèi)容…………………………………………………5 第2章 方案概述………………………………………………………………6 2.1 設(shè)計(jì)的要求……………………………………………………………6 2.2 方案簡(jiǎn)介………………………………………………………………6 2.2.1 方案選擇……………………………………………………………6 2.2.2 方案原理…………………………………………………………7 2.3 開發(fā)環(huán)境………………………………………………………………8 2.4 本章小結(jié)……

13、…………………………………………………………9 第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)……………………………………………………10 3.1 SPCE061A凌陽(yáng)單片機(jī)概述…………………………………………10 3.1.1 性能特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域……………………………………………10 3.1.2 SPCE061A的結(jié)構(gòu)………………………………………………11 3.2 溫度傳感器設(shè)計(jì)………………………………………………………14 3.2.1 DS18B20溫度傳感器簡(jiǎn)介………………………………………14 3.2.2 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作時(shí)序…………………………………15

14、3.2.3 DS18B20的工作原理……………………………………………18 3.3 SPLC501液晶顯示……………………………………………………19 3.4 SPR4096存儲(chǔ)器模組…………………………………………………20 3.5 硬件電路………………………………………………………………21 3.5.1 SPCE061A最小系統(tǒng)……………………………………………21 3.5.2 61板按鍵電路……………………………………………………23 3.5.3 DS18B20電路原理………………………………………………23 3.5.4 液晶顯示模組電路……………………

15、…………………………25 3.5.5 存儲(chǔ)器模組電路…………………………………………………26 3.6 本章小結(jié)………………………………………………………………27 第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)………………………………………………………28 4.1 系統(tǒng)主程序……………………………………………………………28 4.2 按鍵掃描程序…………………………………………………………29 4.3 語(yǔ)音播報(bào)程序…………………………………………………………30 4.4 DS18B20采溫程序……………………………………………………32 4.5 本章小結(jié)……………………………………

16、…………………………33 結(jié)論……………………………………………………………………………34 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………35 致謝…………………………………………………………………………36 附錄1…………………………………………………………………………37 附錄2…………………………………………………………………………41 附錄3…………………………………………………………………………45 附錄4…………………………………………………………………………46 第1章 緒論 1.1 課題背景 隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，溫度測(cè)量控制

17、系統(tǒng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)及人們的日常生活中扮演著一個(gè)越來(lái)越重要的角色，它對(duì)人們的生活具有很大的影響，所以溫度采集控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究有十分重要的意義 本次設(shè)計(jì)的目的在于學(xué)習(xí)基于SPCE061A凌陽(yáng)單片機(jī)的多路溫度采集控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本流程。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理與控制單元，為了進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，單片機(jī)控制數(shù)字溫度傳感器，把溫度信號(hào)通過(guò)單總線從數(shù)字溫度傳感器傳遞到單片機(jī)上。單片機(jī)數(shù)據(jù)處理之后，發(fā)出控制信息改變報(bào)警和控制執(zhí)行模塊的狀態(tài)，同時(shí)將當(dāng)前溫度信息發(fā)送到液晶進(jìn)行顯示。本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多路溫度信號(hào)采集與顯示，可以使用按鍵來(lái)設(shè)置溫度限定值。 1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的歷史與發(fā)展 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)起始于20

18、世紀(jì)50年代，1956年美國(guó)首先研究了用在軍事上的測(cè)試系統(tǒng)，目標(biāo)是測(cè)試中不依靠相關(guān)的測(cè)試文件，由非熟練人員進(jìn)行操作，并且測(cè)試任務(wù)是由測(cè)試設(shè)備高速自動(dòng)控制完成的。由于該種數(shù)據(jù)采集測(cè)試系統(tǒng)具有高速性和一定的靈活性，可以滿足眾多傳統(tǒng)方法不能完成的數(shù)據(jù)采集和測(cè)試任務(wù)，因而得到了初步的認(rèn)可。大約在60年代后期，國(guó)外就有成套的數(shù)據(jù)采集設(shè)備產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)，此階段的數(shù)據(jù)采集設(shè)備和系統(tǒng)多屬于專用的系統(tǒng)。 20世紀(jì)70年代中后期，隨著微型機(jī)的發(fā)展，誕生了采集器、儀表同計(jì)算機(jī)溶為一體的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。由于這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能優(yōu)良，超過(guò)了傳統(tǒng)的自動(dòng)檢測(cè)儀表和專用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，因此獲得了驚人的發(fā)展。從70年代起，數(shù)據(jù)采

19、集系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程中逐漸分為兩類，一類是實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，另一類是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。就使用的總線而言，實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)多采用并行總線，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)多采用串行數(shù)據(jù)總線。 20世紀(jì)80年代隨著計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到了極大的發(fā)展，開始出現(xiàn)了通用的數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。該階段的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要有兩類，一類以儀器儀表和采集器、通用接口總線和計(jì)算機(jī)等構(gòu)成。例如：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ICE625接口總線系統(tǒng)就一個(gè)典型的代表。這類系統(tǒng)主要用于實(shí)驗(yàn)室，在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)也有一定的應(yīng)用。第二類以數(shù)據(jù)采集卡、標(biāo)準(zhǔn)總線和計(jì)算機(jī)構(gòu)成，例如：STD (Standard for an 8-bit microco

20、mputer bus system)總線系統(tǒng)是這一類的典型代表。這種接口系統(tǒng)采用積木式結(jié)構(gòu)，把相應(yīng)的接口卡裝在專用的機(jī)箱內(nèi)，然后由一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制。第二類系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用較多。這兩種系統(tǒng)中，如果采集測(cè)試任務(wù)改變，只需將新的儀用電纜接入系統(tǒng)，或?qū)⑿驴ㄔ偬砑拥綄Ｓ玫臋C(jī)箱即可完成硬件平臺(tái)重建，顯然，這種系統(tǒng)比專用系統(tǒng)靈活得多。20世紀(jì)80年代后期，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)生了極大的變化，工業(yè)計(jì)算機(jī)、單片機(jī)和大規(guī)模集成電路的組合，用軟件管理，使系統(tǒng)的成本降低，體積減小，功能成倍增加，數(shù)據(jù)處理能力大大加強(qiáng)。 20世紀(jì)90年代至今，在國(guó)際上技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家，數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)在軍事、航空電子設(shè)備及宇航技術(shù)、工業(yè)等領(lǐng)域

21、被廣泛應(yīng)用。由于集成電路制造技術(shù)的不斷提高，出現(xiàn)了高性能、高可靠性的單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS(Digital Collect System)。目前有的DAS產(chǎn)品精度已達(dá)16位，采集速度每秒達(dá)到幾十萬(wàn)次以上。數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)成為一種專門的技術(shù)，在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。該階段數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用更先進(jìn)的模塊式結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同的應(yīng)用要求，通過(guò)簡(jiǎn)單的增加和更改模塊，并結(jié)合系統(tǒng)編程，就可擴(kuò)展或修改系統(tǒng)，迅速地組成一個(gè)新的系統(tǒng)。 該階段并行總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)向高速、模塊化和即插即用方向發(fā)展，典型系統(tǒng)有VXI總線系統(tǒng)，PCI、PXI總線系統(tǒng)等，數(shù)據(jù)位已達(dá)到32位總線寬度，采樣頻率可以達(dá)100MSps。由于采用了

22、高密度，屏蔽型，針孔式的連接器和卡式模塊，可以充分保證其穩(wěn)定性及可靠性，但其昂貴的價(jià)格是阻礙它在自動(dòng)化領(lǐng)域普及的一個(gè)重要因素。但是，并行總線系統(tǒng)在軍事等領(lǐng)域取得了成功的應(yīng)用。 串行總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)向分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和智能化方向發(fā)展，可靠性不斷提高。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)物理層通信，由于采用RS485、雙絞線、電力載波、無(wú)線和光纖，所以其技術(shù)得到了不斷發(fā)展和完善。其在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和控制等眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。，由于目前局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，一個(gè)工廠管理層局域網(wǎng)，車間層的局域網(wǎng)和底層的設(shè)備網(wǎng)已經(jīng)可以有效地連接在一起，可以有效地把多臺(tái)數(shù)據(jù)采集設(shè)備聯(lián)在一起，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的在線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控。 1.3

23、 國(guó)內(nèi)外數(shù)據(jù)器現(xiàn)況 數(shù)據(jù)采集器是一種具有現(xiàn)場(chǎng)記錄、分析功能的設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)記錄、離線分析機(jī)器設(shè)備等狀態(tài)數(shù)據(jù)功能的便攜式分析儀器。它把安裝在機(jī)器設(shè)備上的震動(dòng)傳感器和過(guò)程傳感器等所測(cè)得的信號(hào)作為輸入，配以各種測(cè)量分析技術(shù)以及多樣化的顯示格式所組成的一個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)，主要應(yīng)用于對(duì)機(jī)器設(shè)備進(jìn)行定期巡回狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷等多種領(lǐng)域。它能和計(jì)算機(jī)一起組成獨(dú)立的監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)，是機(jī)器設(shè)備的計(jì)算機(jī)輔助診斷手段之一。 1.3.1 國(guó)外數(shù)據(jù)采集器的現(xiàn)況 隨著國(guó)外微電子技術(shù)、計(jì)數(shù)機(jī)技術(shù)、測(cè)控技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，目前國(guó)外數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)較初期有了很大的發(fā)展。從近來(lái)國(guó)外公司展示的新產(chǎn)品可以看出，主要的發(fā)展可以概括為

24、功能多樣，體積減小和使用方便等三個(gè)方面。 1.3.2 國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)采集器的現(xiàn)況 上世紀(jì)80年代末到90年代初，我國(guó)一些儀器廠已研制出了多種數(shù)據(jù)采集器，其中單通道的有SO201、SC247型，雙通道的有EG3300、YE5938型，超小型的有911、902和921型。具有采集靜態(tài)信號(hào)的有SMC-9012型，所配套的軟件包基本上包括了設(shè)備維修管理和基本頻譜分析兩大部分，能夠適應(yīng)機(jī)器設(shè)備的一般狀況監(jiān)測(cè)和故障診斷，基本已經(jīng)達(dá)到了國(guó)外數(shù)據(jù)采集器的初期水平。但是，國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)采集器與目前國(guó)外數(shù)據(jù)采集器相比，在技術(shù)上仍然存在著一定的差距。主要表現(xiàn)在： (1)由于受國(guó)內(nèi)振動(dòng)等傳感器水平的限制，分析頻率范圍不寬，

25、給一些低速的機(jī)器或軸承的診斷等帶來(lái)了一定的困難； (2)由于數(shù)據(jù)采集器的內(nèi)存不大，數(shù)據(jù)采集器本身的信號(hào)處理功能不強(qiáng)，在現(xiàn)場(chǎng)只能做一些簡(jiǎn)單診斷，精密診斷需要離線到計(jì)算機(jī)上去做，現(xiàn)場(chǎng)精密診斷功能較弱； (3)設(shè)備的軟件水平，仍在設(shè)備維修管理和基本頻譜分析上徘徊，機(jī)器故障診斷專家系統(tǒng)還需完善，軟件人機(jī)界面有待改進(jìn)。 數(shù)據(jù)采集是整個(gè)工廠自動(dòng)化的最前端，測(cè)試精度、速度與實(shí)現(xiàn)該功能的成本是幾個(gè)重要因素，數(shù)據(jù)采集也正朝著這幾個(gè)方向發(fā)展。高速、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集在運(yùn)動(dòng)控制、爆炸檢測(cè)、醫(yī)療設(shè)備（如CT、核磁共振）、快速生產(chǎn)過(guò)程（如石油化工過(guò)程）和變電站自動(dòng)化等領(lǐng)域都有非常重要的應(yīng)用。這些行業(yè)中，對(duì)高速數(shù)據(jù)采集的

26、需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)目前實(shí)際可以實(shí)現(xiàn)的程度。用戶的需求促進(jìn)了技術(shù)的發(fā)展和新產(chǎn)品的出現(xiàn)，因此，高速數(shù)據(jù)采集仍然會(huì)有長(zhǎng)足的發(fā)展。 1.3.3 數(shù)據(jù)采集器的應(yīng)用 根據(jù)數(shù)據(jù)采集器的使用用途不同，數(shù)據(jù)采集器大體上可分為兩類M 在線式數(shù)據(jù)采集器和便攜式數(shù)據(jù)采集器。在線式數(shù)據(jù)采集器又可分為臺(tái)式和模塊式。臺(tái)式、便攜式數(shù)據(jù)采集器大部分由交流電源供電；模塊式數(shù)據(jù)采集器大部分由直流電源供電，一般是非獨(dú)立使用的，在采集器與計(jì)算機(jī)之間由電纜聯(lián)接構(gòu)成數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)，一般不脫機(jī)單獨(dú)使用。數(shù)據(jù)采集器的應(yīng)用涉及到眾多的領(lǐng)域，以下主要介紹數(shù)據(jù)采集器在實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用： 由美國(guó)PASCO公司生產(chǎn)的“ 科學(xué)工作室”是將數(shù)據(jù)采集應(yīng)用于

27、物理實(shí)驗(yàn)的嶄新系統(tǒng)，它由3部分組成： (1)傳感器：利用先進(jìn)的傳感技術(shù)可實(shí)時(shí)采集物理實(shí)驗(yàn)中各物理量的數(shù)據(jù)；(2)計(jì)算機(jī)接口：將來(lái)自傳感器的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，采樣速率最高為25萬(wàn)次/S； (3)軟件：中文及英文的應(yīng)用軟件。 “ 科學(xué)工作室”數(shù)據(jù)采集器的幾種應(yīng)用方式： (1)數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)結(jié)合提高了實(shí)驗(yàn)的測(cè)量精度，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的自動(dòng)輸出，消除了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀中多次采樣造成的誤差； (2)在可見(jiàn)度小、顯示瞬間變化物理實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用； (3)在某些不易直接觀察物理變化規(guī)律實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用； (4)對(duì)于易出錯(cuò)的物理概念，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)用數(shù)據(jù)采集器去檢驗(yàn)； (5)運(yùn)用物理概念和規(guī)律到

28、野外開展探究性研究活動(dòng)。 1.4 本論文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)構(gòu) 本論文對(duì)多路溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的研究，主要利用SPCE061A單片機(jī)和DS18B20實(shí)現(xiàn)多路溫度采集，實(shí)現(xiàn)以下要求：2路溫度的實(shí)時(shí)采集； 溫度通過(guò)液晶屏顯示，分手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式：自動(dòng)狀態(tài)循環(huán)顯示各通道溫度，每隔2s切換一個(gè)通道；手動(dòng)方式下只顯示被選擇的通道溫度； 可以為每一個(gè)通道設(shè)置獨(dú)立的報(bào)警溫度。 本文結(jié)構(gòu)介紹如下： 第1章 緒論：介紹了本論文的課題背景、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的歷史與發(fā)展、國(guó)內(nèi)外數(shù)據(jù)采集器的現(xiàn)況以及數(shù)據(jù)采集器的應(yīng)用，從總體上對(duì)課題的發(fā)展進(jìn)行了概述。 第2章 方案概述：本章首先進(jìn)行方案論證，在

29、此討論了分別選用MCS51單片機(jī)作為主控芯片和選用SPCE061A單片機(jī)作為主控芯片兩種方法設(shè)計(jì)多路溫度采集系統(tǒng)，從而突出了后者的優(yōu)勢(shì)，然后介紹了本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的工作原理以及系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境。 第3章 硬件設(shè)計(jì)：本章主要是分別對(duì)SPCE061A單片機(jī)、液晶顯示模組、SPR4096模組、DS18B20溫度傳感器模組的電路原理進(jìn)行了分析與研究并給出了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)電路。 第4章 軟件設(shè)計(jì)：本章主要是對(duì)主程序、按鍵掃描程序、語(yǔ)音播報(bào)程序、SPLC501液晶顯示程序等進(jìn)行了軟件設(shè)計(jì)，通過(guò)各個(gè)功能實(shí)現(xiàn)程序的流程圖系統(tǒng)介紹了內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的原理。 最后是本文的結(jié)論。 第2章 方案概述 2.1

30、設(shè)計(jì)的要求 本方案利用SPCE061A單片機(jī)作為核心控制器，通過(guò)兩個(gè)DS18B20器件實(shí)現(xiàn)兩路溫度的實(shí)時(shí)采集和顯示，且可以設(shè)置溫度值，實(shí)現(xiàn)超溫報(bào)警功能：可以進(jìn)行2路溫度的實(shí)時(shí)采集；溫度通過(guò)液晶屏顯示，分手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式；自動(dòng)狀態(tài)循環(huán)顯示各通道溫度，每隔2s切換一個(gè)通道；手動(dòng)方式下只顯示被選擇的通道溫度；可以為每一個(gè)通道設(shè)置獨(dú)立的報(bào)警溫度。 2.2 方案簡(jiǎn)介 2.2.1 方案選擇 采用常規(guī)單片機(jī)如89C51實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)軟件編程自由度大，可用編程實(shí)現(xiàn)各種控制，但89C51需要外界模數(shù)傳感器來(lái)滿足數(shù)據(jù)采樣，如果系統(tǒng)增加語(yǔ)音播報(bào)功能，還需要語(yǔ)音芯片，對(duì)外圍電路來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜，且軟件實(shí)現(xiàn)也比較麻

31、煩。另外89C51單片機(jī)需要用仿真器來(lái)實(shí)現(xiàn)軟硬件的調(diào)試，較為繁瑣。 利用51單片機(jī)進(jìn)行開發(fā)，硬體開發(fā)系統(tǒng)要求很多，如仿真器、燒錄器、開發(fā)板等。軟體開發(fā)工具有富蘭克林、Keil51等。61板是SPCE061A的硬體開發(fā)系統(tǒng)，用戶只采用61板就可以進(jìn)行開發(fā)，與61板配套的軟體開發(fā)工具名稱為凌陽(yáng)十六位單片機(jī)集成開發(fā)環(huán)境(μ’nSP?)，SPCE061A是繼μ’nSP?系列產(chǎn)品SPCE500A等之后，凌陽(yáng)科技推出的又一個(gè)16位結(jié)構(gòu)的微控制器，此單片機(jī)內(nèi)置8路ADC，2路DAC，且集成開發(fā)環(huán)境中，配有很多語(yǔ)音播報(bào)函數(shù)，用SPCE061A實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播報(bào)極為方便。SPCE061A中包括2K字的SRAM和32

32、K字的閃存ROM，僅占一頁(yè)存儲(chǔ)空間。另外，該芯片內(nèi)置在線仿真、編程接口，可以方便實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試，這大大加快了系統(tǒng)的開發(fā)與調(diào)試。 傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)可以使用熱敏電阻作為溫度敏感元件，熱敏電阻主要有點(diǎn)是成本低，但需后續(xù)信號(hào)處理電路，而且可靠性相對(duì)較差，準(zhǔn)確度和精度都較低。但DS18B20數(shù)字式溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻溫度傳感器不同，它具有測(cè)量速度快，精度高，高低溫報(bào)警，智能化等特點(diǎn)。由此構(gòu)成的單片機(jī)控制的多路溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)比傳統(tǒng)的測(cè)溫系統(tǒng)更可靠，易于構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)控制，適用于各種溫度檢測(cè)與控制系統(tǒng)。 2.2.2 方案原理 這次設(shè)計(jì)主要是以凌陽(yáng)單片機(jī)SPCE061A為控制核心。SPCE061A單片機(jī)

33、款式新穎，而且性價(jià)比高。SPCE061A在2.6V~3.6V工作電壓范圍內(nèi)的工作速度范圍為0.32MHz~49.152MHz；2K字SRAM和32K字FLASH僅占一頁(yè)存儲(chǔ)空間；32位可編程的多功能I/O端口；兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；低電壓復(fù)位/監(jiān)測(cè)功能；8通道10位模/數(shù)轉(zhuǎn)換輸入功能并具有內(nèi)置自動(dòng)增益控制功能的麥克風(fēng)輸入方式；雙通道10位DAC方式的音頻輸出功能；指令系統(tǒng)提供具有較高運(yùn)算速度的16位×16位的乘法運(yùn)算指令和內(nèi)積運(yùn)算指令，為其應(yīng)用增添了DSP功能。較高的處理速度使SPCE061A能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)。開發(fā)數(shù)字聲音和語(yǔ)音識(shí)別產(chǎn)品，選擇凌陽(yáng)61單片機(jī)是一種經(jīng)濟(jì)

34、的選擇 系統(tǒng)整體硬件設(shè)計(jì)如圖2-1所示： SPR4096 DS18B20＃1 DS18B20＃2 1*3Key 液晶屏 SPLC501 語(yǔ)音輸出 IOB0~1 IOA8~15 IOB6~9 IOB2~3 SPCE061A IOA0~2 DAC1 8 4 DAC 2 2 3 圖2-1系統(tǒng)整體框圖 整個(gè)系統(tǒng)以SPCE061A為核心，前向通道包括DS

35、18B20傳感器輸入電路，按鍵輸入電路；后向通道包括：液晶顯示電路和語(yǔ)音輸出電路。 設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的功能框圖如圖2-2所示 開始 自動(dòng)循環(huán)顯示通道溫度 按鍵 設(shè)置通道報(bào)警溫度 自動(dòng)循環(huán)顯示 特定通道顯示 圖2-2功能框圖 2.3 開發(fā)環(huán)境 61板是以16位單片機(jī)SPCE061A為核心的精簡(jiǎn)開發(fā)－仿真－實(shí)驗(yàn)板，是“凌陽(yáng)大學(xué)計(jì)劃”專為大學(xué)生、電子愛(ài)好者等進(jìn)行電子實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、電子制作及電子競(jìng)賽所設(shè)計(jì)的，61板的主要特點(diǎn)是：簡(jiǎn)單、易學(xué)、實(shí)用。它采用的是精簡(jiǎn)指令集，共有41條指令，指令功能簡(jiǎn)單且容易掌握?！?1板”除了具備單片機(jī)最小系統(tǒng)電路外還包括有電源電路、音頻電路

36、(含MIC輸入部分和DAC音頻輸出部分)、復(fù)位電路等，而且體積小、采用電池供電，方便隨身攜帶。 61板開發(fā)系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境叫做集成開發(fā)環(huán)境，它具備以下功能：程序編寫，可以在開發(fā)環(huán)境里錄入程序；編譯程序，負(fù)責(zé)把程序翻譯成機(jī)器碼；程序下載，把機(jī)器碼下載到仿真板或開發(fā)系統(tǒng)上；可以組織多個(gè)程序文件形成一個(gè)系統(tǒng)開發(fā)的項(xiàng)目，這樣更有利于一些大型系統(tǒng)的開發(fā)和各功能模塊的模塊化，同時(shí)它還結(jié)合SPCE061A單片機(jī)的硬件提供各類在線調(diào)試窗口，使調(diào)試程序變得更加直觀和簡(jiǎn)單，除此之外，它還提供一些軟件模擬SPCE061A單片機(jī)仿真的功能，在沒(méi)有硬件的情況下也可以完成一些簡(jiǎn)單程序的調(diào)試。在此環(huán)境中，支持標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言，可

37、以實(shí)現(xiàn)C語(yǔ)言與凌陽(yáng)匯編語(yǔ)言的互相調(diào)用，并且提供了語(yǔ)音錄放的庫(kù)函數(shù)，只要了解庫(kù)函數(shù)的使用，就會(huì)很容易完成語(yǔ)音錄放，這些都為軟件開發(fā)提供了方便的條件?？梢酝ㄟ^(guò)集成開發(fā)環(huán)境使用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言對(duì)SPCE061A進(jìn)行編程，之所以會(huì)有語(yǔ)言的出現(xiàn)主要是因?yàn)閱纹瑱C(jī)或電腦只認(rèn)識(shí)“0”和“1”，但人就難于理解，所以后來(lái)人們就發(fā)明了一種用文字助記符來(lái)表示機(jī)器指令的符號(hào)語(yǔ)言，這就是所謂的匯編語(yǔ)言，當(dāng)然用匯編語(yǔ)言寫的程序必需通過(guò)編譯器翻譯成機(jī)器碼才能被單片機(jī)認(rèn)識(shí)和執(zhí)行。人常用的語(yǔ)言是更上一層的高級(jí)語(yǔ)言，比如C，BASIC。這些語(yǔ)言編寫的程序更容易理解，并且一般都能在多種電腦上運(yùn)行(多種電腦上運(yùn)行就是所謂平臺(tái)概念，可方

38、便的實(shí)現(xiàn)資源重復(fù)利用)，但同樣必須先由一個(gè)叫作編譯器或者是解釋器的軟件將高級(jí)語(yǔ)言程序翻譯成特定的機(jī)器語(yǔ)言程序。匯編語(yǔ)言主要優(yōu)點(diǎn)是占用硬件資源少、程序直接對(duì)硬件操作加快了處理速度。但是不同的單片機(jī)，其匯編語(yǔ)言可能有所差異，所以不利于資源重復(fù)利用。C語(yǔ)言是一種比匯編更高級(jí)語(yǔ)言。其優(yōu)點(diǎn)是可以很好的組織程序，并且容易讀懂，可以在多種單片機(jī)上運(yùn)行，是普遍使用的一種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。缺點(diǎn)是占用硬件資源較多，處理速度和效率沒(méi)有匯編高，當(dāng)然這也取決于編譯器的翻譯結(jié)果 SPCE061A的開發(fā)是通過(guò)在線調(diào)試PROBE實(shí)現(xiàn)的。它既是一個(gè)編程器，又是一個(gè)實(shí)時(shí)在線調(diào)試器。用它可以替代在單片應(yīng)用項(xiàng)目的開發(fā)中常用的兩件工具——

39、硬件在線實(shí)時(shí)仿真器和程序燒寫器。它利用了SPCE061A內(nèi)置的在線仿真電路ICE 和在線串行編程技術(shù)。PROBE工作于凌陽(yáng)ICE集成開發(fā)環(huán)境軟件包下。其5芯的仿真頭直接連接到目標(biāo)電路板上SPCE061A相應(yīng)管腳，直接在目標(biāo)電路板上的SPCE061A調(diào)試運(yùn)行用戶編制的程序。PROBE的另一頭是標(biāo)準(zhǔn)的25針打印機(jī)接口，直接連接到計(jì)算機(jī)打印口與上位機(jī)通訊。 2.4 本章小結(jié) 本章主要講述了為何選用SPCE061A凌陽(yáng)16位單片機(jī)和DS18B20數(shù)字式溫度傳感器，論證了所選方案的可行性。同時(shí)介紹了方案原理和凌陽(yáng)61板的開發(fā)環(huán)境。 第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 3.1 SPCE061A凌陽(yáng)單片機(jī)概述

40、 SPCE061A 是凌陽(yáng)科技開發(fā)的采用μ’nSP?(Microcontroller and Signal Processor)內(nèi)核的16位結(jié)構(gòu)的微控制器。SPCE061中內(nèi)嵌32K字的閃存FLASH ROM。較高的處理速度使μ’nSP?能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)。因而，以μ’nSP?為核心的SPCE061A微控制器也適用在數(shù)字語(yǔ)音識(shí)別應(yīng)用領(lǐng)域。SPCE061A在2.6~3.6V工作電壓范圍內(nèi)的工作頻率范圍為0.32~49.152MHZ，較高的工作速度使其應(yīng)用領(lǐng)域更加拓寬。SPCE061A中包括2K字的SRAM和32K字的閃存ROM，僅占一頁(yè)存儲(chǔ)空間；32位可編程的多功能I/O

41、端口；兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；32768 Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘；低電壓復(fù)位/低電壓監(jiān)測(cè)功能，8通道10位模/數(shù)轉(zhuǎn)換輸入并具有內(nèi)置自動(dòng)增益控制功能的麥克風(fēng)輸入方式；雙通道10位DAC方式的音頻輸出功能等。SPCE061A尤其適合于數(shù)字聲音和語(yǔ)音識(shí)別領(lǐng)域。 3.1.1 性能特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域 SPCE061A是凌陽(yáng)科技公司研制的一個(gè)16位結(jié)構(gòu)的微控制器。它的性能特點(diǎn)有： (1)16位μ'nSP內(nèi)核的微處理器； (2)工作電壓：內(nèi)核工作電壓VDD為3.0~3.6V(CPU)，I/O口工作電壓 VDDH為VDD~5.5V(I/O)； (3)CPU時(shí)鐘：0.32MHz~49.152MHz； (4)內(nèi)置

42、2K字的靜態(tài) RAM； (5)置32K字閃存ROM； (6)可編程音頻處理； (7)鎖相環(huán)晶體振蕩器或RC振蕩器，為系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)； (8)系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時(shí)鐘處于停止?fàn)顟B(tài))，耗電可降至3.6V電源電壓下的2μA； (9)2個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(可自動(dòng)重預(yù)置初始計(jì)數(shù)值)； (10)2個(gè)10位DAC(數(shù)-模轉(zhuǎn)換)輸出通道； (11)32位通用可編程輸入/輸出端口； (12)14個(gè)中斷源，兩級(jí)優(yōu)先級(jí)，中斷可來(lái)自系統(tǒng)時(shí)鐘、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、時(shí)間基準(zhǔn)發(fā)生器、外部中斷、鍵喚醒、通用異步串行通信及軟中斷； (13)具備觸鍵喚醒的功能； (14)使用凌陽(yáng)音頻編碼SACM_S2

43、40方式(2.4K位/秒)，能容納210秒的語(yǔ)音數(shù)據(jù)； (15)鎖相環(huán)PLL振蕩器提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)； (16)內(nèi)置32768Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘； (17)7通道10位電壓模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器； (18)聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動(dòng)增益控制功能； (19)具備串行設(shè)備接口； (20)低電壓復(fù)位(LVR)功和低電壓監(jiān)測(cè)(LVD)功能； (21)內(nèi)置在線仿真板(ICE，In- Circuit Emulator)接口； (22)運(yùn)行/睡眠方式下的看門狗功能。 SPCE061A的應(yīng)用領(lǐng)域有： (1)語(yǔ)音識(shí)別類產(chǎn)品； (2)智能語(yǔ)音交互式玩具；

44、 (3)寓教于樂(lè)類玩具； (4)電子故事書類產(chǎn)品； (5)通用語(yǔ)音合成器類產(chǎn)品； (6)需較長(zhǎng)語(yǔ)音持續(xù)時(shí)間類產(chǎn)品。 3.1.2 SPCE061A的結(jié)構(gòu) SPCE061A是凌陽(yáng)科技公司研制的一個(gè)16位結(jié)構(gòu)的微控制器。它的內(nèi)核采用公司最新推出的16位微處理器芯片，工作電壓范圍為2.6~5.5V，系統(tǒng)工作頻率為0.375-49.152MHz。它不僅具有微處理器的功能，還具有DSP運(yùn)算功能。較高的處理速度使μ’nSP?能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)。低電壓、較高的系統(tǒng)工作頻率使該單片機(jī)可以快速的處理復(fù)雜的數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)。片內(nèi)集成了具有自動(dòng)增益控制功能的麥克風(fēng)輸入方式以及DAC音頻輸出

45、功能，使用凌陽(yáng)音頻編碼SACMS240方式(2.4Kb/s)。它還提供了豐富的C函數(shù)庫(kù)和語(yǔ)音處理函數(shù)庫(kù)，因此非常適合數(shù)字語(yǔ)音和語(yǔ)音識(shí)別產(chǎn)品的開發(fā)。 SPCE061A主要包括并行輸入/輸出口(I/O)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、串行設(shè)備輸入輸出、通用異步串行接口、低電壓監(jiān)測(cè)和復(fù)位等部分，并且內(nèi)置在線仿真電路ICE接口，較高的處理速度使其能夠快速的處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)。SPCE061A單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，例如應(yīng)用在家用電器控制器、工業(yè)控制、通信產(chǎn)品、醫(yī)療設(shè)備以及電子書籍等諸多方面。 SPCE061A還具有喚醒功能，即當(dāng)輸入電平發(fā)生變化時(shí)會(huì)觸發(fā)CPU中斷。在電池供電、追求低功

46、耗的應(yīng)用場(chǎng)合，可以讓CPU進(jìn)入睡眠模式(利用軟件控制)以降低功耗，需要時(shí)才喚醒CPU，使其進(jìn)入工作狀態(tài)，這樣既可以節(jié)省能耗，又可以延長(zhǎng)機(jī)器的使用壽命。正因?yàn)橛幸陨咸攸c(diǎn)，我們可以說(shuō)SPCE061A微處理器是適用于數(shù)字語(yǔ)音識(shí)別應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品的一種理想、經(jīng)濟(jì)的選擇。目前，SPCE061A主要應(yīng)用于家用電器控制器、工業(yè)控制、智能玩具、通信產(chǎn)品、醫(yī)療設(shè)備以及語(yǔ)音識(shí)別類產(chǎn)品等領(lǐng)域 SPCE061A的結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示，輸入/輸出接口是單片機(jī)與外設(shè)交換信息的通道。輸入端口負(fù)責(zé)從外界接收檢測(cè)信號(hào)、鍵盤信號(hào)等各種開關(guān)量信號(hào)。輸出端口負(fù)責(zé)向外界傳送由內(nèi)部電路產(chǎn)生的處理結(jié)果、顯示信息、控制命令、驅(qū)動(dòng)信號(hào)等。μ’n

47、SP?內(nèi)有并行和串行兩種方式的I/O口。并行口線路成本較高，但是傳輸速率也較高；與并行口相比，串行端口的傳輸速率較低但可以節(jié)省大量的線路成本。SPCE061A有兩個(gè)16位的通用并行I/O口：A口和B口。這兩個(gè)端口的每一位都可通過(guò)編程單獨(dú)定義成輸入或輸出口。A口的IOA0~IOA7作為輸入端口時(shí)，具有喚醒功能，即當(dāng)輸入電平發(fā)生變化時(shí)，會(huì)觸發(fā)CPU中斷。在電池供電、追求低耗電的應(yīng)用場(chǎng)合，可以讓CPU進(jìn)入睡眠模式(利用軟件控制)以降低功耗，需要時(shí)才以按鍵來(lái)喚醒CPU，使其進(jìn)入工作狀態(tài)。例如：手持遙控器、電子字典、PDA、計(jì)算器、無(wú)線 等。 圖3-1 SPCE061A內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 另外，在由

48、單片機(jī)構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，由于單片機(jī)的工作常常會(huì)受到來(lái)自外界電磁場(chǎng)的干擾，造成程序的跑飛，而陷入死循環(huán)，程序的正常運(yùn)行被打斷，由單片機(jī)控制的系統(tǒng)無(wú)法繼續(xù)工作，會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的陷入停滯狀態(tài)，發(fā)生不可預(yù)料的后果，所以出于對(duì)單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的考慮，便產(chǎn)生了一種專門用于監(jiān)測(cè)單片機(jī)程序運(yùn)行狀態(tài)的芯片，俗稱“看門狗”?？撮T狗電路的應(yīng)用，使單片機(jī)可以在無(wú)人狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作，其工作原理是：看門狗芯片和單片機(jī)的一個(gè)I/O引腳相連，該I/O引腳通過(guò)程序控制它定時(shí)地往看門狗的這個(gè)引腳上送入高電平(或低電平)，這一程序語(yǔ)句是分散地放在單片機(jī)其他控制語(yǔ)句中間的，一旦單片機(jī)由于干擾造成程序跑飛后而陷入某一

49、程序段不進(jìn)入死循環(huán)狀態(tài)時(shí)，寫看門狗引腳的程序便不能被執(zhí)行，這個(gè)時(shí)候，看門狗電路就會(huì)由于得不到單片機(jī)送來(lái)的信號(hào)，便在它和單片機(jī)復(fù)位引腳相連的引腳上送出一個(gè)復(fù)位信號(hào)，使單片機(jī)發(fā)生復(fù)位，即程序從程序存儲(chǔ)器的起始位置開始執(zhí)行，這樣便實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)的自動(dòng)復(fù)位。 SPCE061A的Watch Dog的清除時(shí)間周期為0.75秒。因?yàn)閃atch Dog 的溢出復(fù)位信號(hào)Watch Dog_Reset是由4Hz時(shí)基信號(hào)經(jīng)4 分頻之后產(chǎn)生的，即每4個(gè)4Hz時(shí)基信號(hào)(1秒)將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)Watch Dog_Reset信號(hào)。 Watch Dog功能是上電時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)，不能被關(guān)閉。因此用戶使用時(shí)，注意要在0.75秒內(nèi)，

50、進(jìn)行清除Watch Dog的操作。 要清除Watch Dog，只需要將“xxxx xxxx xxxx xx01b”寫入P_Watch Dog_Clear單元即可，xx代表任意數(shù)值。如果沒(méi)有在0.75秒內(nèi)清除Watch Dog，或者將不是“xxxx xxxx xxxx xx01b”的數(shù)值寫入P_Watch Dog_Clear單元，CPU將會(huì)進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位。如果在備用狀態(tài)下，32768Hz振蕩器仍工作，則看門狗計(jì)數(shù)器功能仍有效。用戶可以在掩模時(shí)選擇設(shè)置或取消看門狗監(jiān)視器功能。當(dāng)系統(tǒng)處于睡眠模式(sleep mode)時(shí)，Watch Dog功能將會(huì)被關(guān)閉。 3.2 溫度傳感器設(shè)計(jì) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的另

51、一個(gè)重要元件——DS18B20數(shù)字式溫度傳感器。它在本次設(shè)計(jì)中主要起到測(cè)量溫度以及傳輸溫度數(shù)據(jù)的作用。 3.2.1 DS18B20溫度傳感器簡(jiǎn)介 DALLAS最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20簡(jiǎn)介新的“一線器件”體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì) Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。DS18B20、 DS1822“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器同DS1820一樣，DS18B20也 支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度范圍為 -55℃~+125℃，在

52、-10~+85℃范圍內(nèi)，精度為±0.5℃。DS1822的精度較差為±2℃ 。現(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V~5.5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。DS18B20、DS1822 的特性DS18B20可以程序設(shè)定9～12位的分辨率，精度為±0.5℃?？蛇x更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在EEPROM中，掉電后依然保存。DS18B20的性能是新一代產(chǎn)品中最好的！性能價(jià)格比

53、也非常出色！DS1822與DS18B20軟件兼容，是DS18B20的簡(jiǎn)化版本。省略了存儲(chǔ)用戶定義報(bào)警溫度、分辨率參數(shù)的EEPROM，精度降低為±2℃，適用于對(duì)性能要求不高，成本控制嚴(yán)格的應(yīng)用，是經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)品。 繼“一線總線”的早期產(chǎn)品后，DS18B20開辟了溫度傳感器技術(shù)的新概念。DS18B20和DS1822使電壓、特性及封裝有更多的選擇，讓我們可以構(gòu)建適合自己的經(jīng)濟(jì)的測(cè)溫系統(tǒng)。 3.2.2 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列如下： DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端

54、；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。 光刻ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）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（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個(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。 DS18B20中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，以12位轉(zhuǎn)化為例：用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.0625℃/LSB形式表達(dá)，其中S為

55、符號(hào)位。 這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在DS18B20的兩個(gè)8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于0，這5位為0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度。 例如+125℃的數(shù)字輸出為07D0H，+25.0625℃的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625℃的數(shù)字輸出為FF6FH，-55℃的數(shù)字輸出為FC90H。 其中DS18B20暫寸寄存器分布如下表3-1所示： 表3-1 DS18B20暫存器內(nèi)容地址分布表 寄存器內(nèi)容 字節(jié)地址 溫度最低數(shù)字位

56、 0 溫度最高數(shù)字位 1 高溫限值 2 低溫限值 3 保留 4 保留 5 記數(shù)剩余值 6 每度記數(shù)值 7 CRC校檢 8 DS18B20溫度傳感器的存儲(chǔ)。 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E2RAM，后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。 暫存存儲(chǔ)器包含了8個(gè)連續(xù)字節(jié)，前兩個(gè)字節(jié)是測(cè)得的溫度信息，第一個(gè)字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位，第二個(gè)字節(jié)是溫度的高八位。第三個(gè)和第四個(gè)字節(jié)是TH、TL的易失性拷貝，第五個(gè)字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這三個(gè)字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第六、七、八個(gè)

57、字節(jié)用于內(nèi)部計(jì)算。第九個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié)。 該字節(jié)各位的意義:“TM R1 R0 1 1 1 1 1”，低五位一直都是1，TM是測(cè)試模式位，用于設(shè)置DS18B20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，用戶不要去改動(dòng)，DS18B20出廠時(shí)被設(shè)置為12位。R1和R0用來(lái)設(shè)置分辨率，根據(jù)R1與R0取0還是取1的不同組合情況，分辨率也相應(yīng)變化，而且對(duì)應(yīng)的溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間也不同。其分辨率設(shè)置表如下表3-2所示： 表3-2 分辨率設(shè)置表 R1 R0 分辨率 溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間 0 0 9位 93.75ms 0

58、1 10位 187.5ms 1 0 11位 375ms 0 1 12位 750ms 據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號(hào)后等待16～60微秒左右，后發(fā)出60～240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。 ROM指令共有5條，每一個(gè)工作周期只能發(fā)一條，ROM指令分別是讀ROM數(shù)據(jù)、指定匹配芯片、跳躍ROM、芯片搜索

59、、報(bào)警芯片搜索。ROM指令為8位長(zhǎng)度，功能是對(duì)片內(nèi)的64位光刻ROM進(jìn)行操作。其主要目的是為了分辨一條總線上掛接的多個(gè)器件并作處理。誠(chéng)然，單總線上可以同時(shí)掛接多個(gè)器件，并通過(guò)每個(gè)器件上所獨(dú)有的ID號(hào)來(lái)區(qū)別，一般只掛接單個(gè)18B20芯片時(shí)可以跳過(guò)ROM指令（注意：此處指的跳過(guò)ROM指令并非不發(fā)送ROM指令，而是用特有的一條“跳過(guò)指令”）。 在ROM指令發(fā)送給18B20之后，緊接著就是發(fā)送存儲(chǔ)器操作指令了。操作指令同樣為8位，共6條，存儲(chǔ)器操作指令分別是寫RAM數(shù)據(jù)、讀RAM數(shù)據(jù)、將RAM數(shù)據(jù)復(fù)制到EEPROM、溫度轉(zhuǎn)換、將EEPROM中的報(bào)警值復(fù)制到RAM、工作方式切換。執(zhí)行或數(shù)據(jù)讀寫：一個(gè)存

60、儲(chǔ)器操作指令結(jié)束后則將進(jìn)行指令執(zhí)行或數(shù)據(jù)的讀寫，這個(gè)操作要視存儲(chǔ)器操作指令而定。如執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換指令則控制器（單片機(jī)）必須等待18B20執(zhí)行其指令，一般轉(zhuǎn)換時(shí)間為500uS。如執(zhí)行數(shù)據(jù)讀寫指令則需要嚴(yán)格遵循18B20的讀寫時(shí)序來(lái)操作。 最后將具體的指令代碼和功能列出，如下表3-3所示： 表3-3 指令代碼和功能 指令 約定代碼 功能 讀ROM 33H 讀DS18B20ROM中的編碼（64位地址） 符合ROM 55H 發(fā)出此命令后，接著發(fā)出64位ROM編碼，訪問(wèn)單總線上與編碼相對(duì)應(yīng)的DS18B20使之作出響應(yīng)，為下一步對(duì)該DS18B20的讀寫作準(zhǔn)備。 搜索ROM 0F

61、0H 用于確定掛接在同一總線上的DS18B20的個(gè)數(shù)和識(shí)別64位ROM地址，為操作各個(gè)器件作好準(zhǔn)備。 跳過(guò)ROM 0CCH 忽略64位ROM地址，直接向DS18B20發(fā)溫度轉(zhuǎn)換溫度，適用單片機(jī)工作。 告警搜索命令 0ECH 執(zhí)行后，只有溫度超過(guò)設(shè)定值上限或下限時(shí)單片機(jī)作出反應(yīng)。 溫度轉(zhuǎn)換 44H 啟動(dòng)DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng)500ms，結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)RAM中。 讀寄存器 0BEH 讀內(nèi)部RAM中9字節(jié)的內(nèi)容。 寫寄存器 4EH 發(fā)出向內(nèi)部RAM的第3，4字節(jié)上寫上，下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)。 復(fù)制寄存器 48H

62、 將內(nèi)部RAM的第3，4字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到EPRAM中。 復(fù)制EPRAM 0B8H 將EPRAM中內(nèi)容恢復(fù)到RAM的第3，4字節(jié)。 讀供電方式 0B4H 讀DS18B20的供電模式，寄生供電時(shí)DS18B20發(fā)送“0”，外接電源供電DS18B20發(fā)送“1”。 表3-3 指令代碼和功能 3.2.3 DS18B20的工作原理 DS18B20的測(cè)溫原理如圖3-4所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。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。計(jì)

63、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)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計(jì)數(shù)器1 的預(yù)置將重新被裝入，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(guò)程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。 增加 停止 斜率累加器 預(yù)置 記數(shù)比較器 低溫度系數(shù)振蕩器 減法記數(shù)器 預(yù)置 減到0 高溫度系數(shù)振蕩器 減法記數(shù)器 減到0 溫度寄存器 圖3-2 DS18B20

64、的工作原理圖 3.3 SPLC501液晶顯示 SPLC501 液晶顯示模組采用的驅(qū)動(dòng)控制芯片為凌陽(yáng)科技的SPLC501A 芯片，SPLC501A 為液晶顯示控制驅(qū)動(dòng)器，SPLC501A 單芯片液晶驅(qū)動(dòng)，可以直接與其他微控制器接口總線相連。微控制器可以將顯示數(shù)據(jù)通過(guò)8 位數(shù)據(jù)總線或者串行接口寫到SPLC501A 的顯存中。 SPLC501A 內(nèi)置8580 位顯示RAM。RAM 中的一位數(shù)據(jù)控制液晶屏上的一個(gè)象素點(diǎn)的亮、暗狀態(tài)：“1”亮“0”暗。具有65 行驅(qū)動(dòng)輸出和132 列驅(qū)動(dòng)輸出（注：模組中的液晶顯示面板僅為64 行、128 列）。SPLC501 液晶顯示模組的顯示器上的顯示點(diǎn)與驅(qū)動(dòng)控

65、制芯片中的顯示緩存RAM 是一一對(duì)應(yīng)的；SPLC501A 芯片中共有65（8 Page ×8 bit+1）× 132 位的顯示RAM 區(qū)。而顯示器的顯示點(diǎn)陣大小為64×128 點(diǎn)，所以實(shí)際上在SPLC501 液晶顯示模組中有用的顯示RAM 區(qū)為64×128 位；按byte 為單位劃分，共分為8 個(gè)Page，每個(gè)Page 為8 行，而每一行有128 位（即128 列）。 如要點(diǎn)亮LCD 屏上的某一個(gè)點(diǎn)時(shí)，實(shí)際上就是對(duì)該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的顯示RAM 區(qū)中的某一位進(jìn)行置1 操作；所以就要確定該點(diǎn)所處的行地址、列地址。SPLC501 液晶顯示模組的行地址實(shí)際上就是Page的信息，每一個(gè)Page 應(yīng)有8 行；

66、而列地址則表示該點(diǎn)的橫坐標(biāo)，在屏上為從左到右排列，Page 中的一個(gè)Byte 對(duì)應(yīng)的是一列（8 行，即8 個(gè)點(diǎn)），共128 列。可以根據(jù)這樣的關(guān)系在程序中控制LCD 顯示屏的顯示。 3.4 SPR4096存儲(chǔ)器模組 SPR4096是凌陽(yáng)公司新推出的4Mbits 的高性能的FLASH 芯片, 該芯片有SIF(Serial Interface)和BMI(Bus Memory Interface)兩種工作方式, SIF 電路簡(jiǎn)單,但讀寫速度較慢,與SIF方式相比,BMI方式具有運(yùn)行速度快的優(yōu)點(diǎn),而BMI讀寫響應(yīng)快,因此本文采用SPR4096的BMI方式設(shè)計(jì)了公交車報(bào)站器的存儲(chǔ)器擴(kuò)展硬件電路。針對(duì)凌陽(yáng)科技公司的存儲(chǔ)器芯片SPR4096/SPR1024，開發(fā)的簡(jiǎn)易燒寫器。該燒寫器配合PC機(jī)ResWriter工具，通過(guò)EZ-probe下載線，完成對(duì)SPR4096/1024存儲(chǔ)器芯片的擦除、寫入、校驗(yàn)等功能。并且在SPR模組上留有與SPCE061A單片機(jī)的接口，可以實(shí)現(xiàn)SPR模組與SPCE061A單片機(jī)組成的系統(tǒng)。 SPR4096內(nèi)嵌512K×8位高性能Flash存儲(chǔ)器同時(shí)內(nèi)嵌4K×8位SRA