【文章內(nèi)容簡介】 TH/EEPROMTL/EEPROMEEPROM8位CRC發(fā)生器寄生電源電路DQGND 內(nèi)部VDDVDD(b) DS18B20的內(nèi)部基本框圖64位ROM的結(jié)構(gòu)開始８位是產(chǎn)品類型的編號 ，接著是每個器件的惟一的序號，共有48位，最后８位是前面56位的CRC檢驗碼，這也是多個DS18B20可以采用一線進行通信的原因。溫度報警觸發(fā)器ＴＨ和ＴＬ，可通過軟件寫入戶報警上下限。DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存ＲＡＭ和一個非易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為８字節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖3所示。頭２個字節(jié)包含測得的溫度信息，第３和第４字節(jié)ＴＨ和ＴＬ的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時被刷新。第５個字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20工作時寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖3 所示。低５位一直為１，ＴＭ是工作模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式，DS18B20出廠時該位被設(shè)置為０，用戶要去改動，R1和Ｒ0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率。溫度 LSB溫度 MSBTH用戶字節(jié)1TL用戶字節(jié)2配置寄存器保留保留保留CRC(c) DS18B20字節(jié)定義，DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的時間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間越長。因此，在實際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。高速暫存ＲＡＭ的第６、７、８字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯１。第９字節(jié)讀出前面所有８字節(jié)的CRC碼，可用來檢驗數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。當(dāng)DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第１、２字節(jié)。單片機可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時低位在先，高位在后，℃／LSB形式表示。當(dāng)符號位Ｓ＝０時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當(dāng)符號位Ｓ＝１時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數(shù)值。(a) 是一部分溫度值對應(yīng)的二進制溫度數(shù)據(jù)。(a) DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時間表RIR0分辨率/位溫度最大轉(zhuǎn)換時間/ms009011010113751112750溫度傳感器的測溫原理：器件中低溫度系數(shù)晶振的振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送給減法計數(shù)器１；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器２的脈沖輸入。器件中還有一個計數(shù)門，當(dāng)計數(shù)門打開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù)進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將－55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器１、溫度寄存器中，計數(shù)器１和溫度寄存器被預(yù)置在－55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器１對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當(dāng)減法計數(shù)器１的預(yù)置值減到０時，溫度寄存器的值將加１，減法計數(shù)器１的預(yù)置將重新被裝入，減法計數(shù)器１重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器計數(shù)到０時，停止溫度寄存器的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)器門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直到溫度寄存器值大致等于被測溫度值。(b)　部分溫度對應(yīng)值表溫度/℃二進制表示十六進制表示+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+0000 0001 1001 00000191H+0000 0000 1010 000100A2H+0000 0000 0000 00100008H00000 0000 0000 10000000H1111 1111 1111 0000FFF8H1111 1111 0101 1110FF5EH1111 1110 0110 1111FE6FH551111 1100 1001 0000FC90H另外，由于DS18B20單線通信功能是分時完成的，它有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初使化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲器操作命令→處理數(shù)據(jù)。 按鍵控制模塊方案一：44矩陣式鍵盤。此方案對于本系統(tǒng)來說無非是浪費I/O占用MCU的資源，不利于系統(tǒng)的擴展，這就使系統(tǒng)的實用性降低，況且本系統(tǒng)根本不需要16個按鍵。方案二：獨立式按鍵。對于獨立式按鍵來說，如果設(shè)置過多按鍵，雖然會占用較多I/O口，給布線帶來不便，此方案適用于按鍵較少的情況。在本設(shè)計中所需要的控制點數(shù)的較少，只需要幾個功能鍵，簡便、易操作、成本低就成了首要考慮的因素。所以此時，可采用獨立式按鍵結(jié)構(gòu)。 按鍵控制電路 語音播報模塊方案一：通過A/D轉(zhuǎn)換器、單片機，存儲器，D\A轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)聲音信號的采樣、處理、存儲和實現(xiàn)。首先將聲音信號放大，通過AD轉(zhuǎn)換器采樣將語音模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并由單片機和處理存放到存儲器中，實現(xiàn)錄音操作。在錄、放音過程中由單片機控制D/A轉(zhuǎn)換器，將存儲器中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成聲音信號。此方案安裝調(diào)試復(fù)雜，集成度低，成本也不低。方案二：采用ISD1420語音錄放。ISD1420是采用模擬存取技術(shù)集成的可反復(fù)錄放的20秒語音芯片，掉電語音不丟失，最大可分160段，最小每段語音長度為125ms，每段語音都可由地址線控制輸出，每125ms為一個地址，由A0A7八根地址線控制。該芯片采用多電平直接模擬量存儲專利技術(shù)，每個采樣值可直接存儲在片內(nèi)單個EEPROM單元中，因此能夠非常真實、自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)和效果聲。此外，ISD1420還省去了A/D和D/A轉(zhuǎn)換器，方便擴展更多的功能。綜上所述，選擇方案二，即ISD1420。(a)所示。(a) 語音播報電路分段錄音時，ISD1420的A0A7用作地址輸入線，AA7不可同時為高電平，所以地址范圍為00H9FH，即為十進制碼0159 共160個數(shù)值。這表明ISD1420的EEPROM模擬存儲器最多可被劃分為160個存儲單元，也就是說ISD1420最多可存儲160個語音段。不同分段的選擇是通過對A0A7端接不同的高低電平來實現(xiàn)。ISD1420分段錄音可以通過硬件（開關(guān)）來實現(xiàn)也可以通過軟件編程來實現(xiàn)。(b)為硬件實現(xiàn)錄音的開關(guān)控制電路。(b) 硬件開關(guān)控制電路(c)為ISD1420芯片引腳圖。(c) ISD1420芯片引腳圖ISD1420各引腳說明如下：A0A7—地址輸入端，當(dāng)A6和A7不全為高電平時，A0A7為分段錄音信息地址線，不同的地址對應(yīng)不同的錄音片斷。MIC—話筒輸入端，話筒輸入信號通過電容交流耦合至此引腳并傳給片上預(yù)放大器，耦合電容C7的值和該端內(nèi)阻R7(10K)決定語音信號通頻帶下限頻率。 MICREF—話筒參考輸人端，MICREF是預(yù)放大器的反相輸入端，配合外電路可使片上預(yù)放大器具有較高的噪聲抑制比和共模抑制比。ANA IN—模擬信號輸人端，對于話筒輸入，ANA IN 引腳應(yīng)通過外部電容C4與ANA OUT引腳連接，耦合電容C4決定片上控制預(yù)放大器通頻帶的下限頻率。ANA OUT—預(yù)放大器的輸出端，預(yù)放大器的電壓增益取決于AGC電平，對于小信號輸入電平，其增益最大為24dB，對于強信號，增益較低。AGC—自動增益控制端，AGC 動態(tài)地調(diào)整預(yù)放大器增益，使加至MIC輸入端的非失真信號的范圍擴展。內(nèi)阻抗（5歐）和外部電容決定AGC的響應(yīng)時間，外部電容和外部電阻的RC時間常數(shù)決定AGC的釋放時間。SP+、SP —喇叭輸出端，該端可直接驅(qū)動16歐的喇叭。XCLK—外接時鐘輸入端，ISD1420具有內(nèi)部時鐘，一旦接人外部時鐘，內(nèi)部時鐘會自動失去作用。改電路不用外部時鐘該引腳接地，一般不推薦使用外部時鐘，除非要求時鐘信號特別精確。RECLED—工作狀態(tài)指示端，在錄音或放音時該端輸出低電平，可驅(qū)動一個LED來指示狀態(tài)。在錄音過程中指示燈一直亮著，在放音結(jié)束時，指示燈閃爍一下。PLAYE—邊沿觸發(fā)放音控制端，該端輸人一低脈沖，芯片即進入放音狀態(tài)，直至遇到信息結(jié)束標記（EOM）或到存儲空間的末尾時回放過程結(jié)束，電路自動進入準備狀態(tài)。回放過程中PLAYE變化不會影響回放過程。PLAYL—電平觸發(fā)放音控制端，該端電平變?yōu)榈碗娖讲⒈３?，芯片進入放音狀態(tài)，放音過程持續(xù)到該端電平由低變高或遇到信息結(jié)束標記（EOM），結(jié)束后電路進入準備狀態(tài)。REC—錄音觸發(fā)端，REC 一旦變?yōu)榈碗娖?，芯片就進入錄音狀態(tài)，REC的權(quán)限優(yōu)先于PLAYE和PLAYL，在放音期間若遇REC 接低電平時，放音就會立即停止并轉(zhuǎn)入錄音狀態(tài)開始錄音。錄音期間REC 應(yīng)始終保持低電平，REC變高或存儲空間變滿時錄音過程結(jié)束，這時在錄音截止的地方會記錄一個信息結(jié)束標記（EOM）。VCCD、