【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 1）電源和地的連接；2）單片機(jī)的 XTAL1 和 XTAL2 引腳外接石英晶體以及 C3 和 C2 就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)；3）RST 引腳外接 CR1 、R2 和 K0 構(gòu)成了上電與按鍵均有效的復(fù)位電路。4） 引腳連接 VCC 表明使用內(nèi)部 8K 的 FALSH 作為程序存儲(chǔ)器。與 DS18B20 連接口—— ： 1）采集的溫度數(shù)據(jù)從 輸入單片機(jī)，然后單片機(jī)進(jìn)行 BCD 處理； 2）設(shè)置、修改的 TH 和 TL 值通過(guò) 拷貝到DS18B20 中。數(shù)碼管顯示利用 P0、P2 口： 1）P0 口為數(shù)碼管顯示提供段選信號(hào)；2）P2 中的 至 為數(shù)碼管顯示提供位選信號(hào)。語(yǔ)音芯片連接的 P3 口： 1）~ 為 ISD2590 放音提供地址數(shù)據(jù)；州大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文 第 12 頁(yè)2） 控制喇叭的停放音。. 數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20 功能簡(jiǎn)介(1)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?，F(xiàn)在，新一代的“DS18B20”體積更小、更經(jīng)濟(jì)、更靈活。本設(shè)計(jì)采用 DS18B20 作為可編程的溫度傳感器。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 的雙向通訊。（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：  V。（4）測(cè)溫范圍：55 125 ℃。固有測(cè)溫分辨率為 ℃。（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(hù)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)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫?！。?）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. 管腳及特點(diǎn)DS18B20 可編程溫度傳感器有 3 個(gè)管腳。GND 為接地線,DQ 為數(shù)據(jù)輸入輸出接口,通過(guò)一個(gè)較弱的上拉電阻與單片機(jī)相連。VDD 為電源接口,既可由數(shù)據(jù)線提供電源,又可由外部提供電源,范圍 ～ V。本系統(tǒng)使用外部電源供電。主要特點(diǎn)有:(1) 用戶(hù)可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限溫度值。(2) 不需要外部組件,能測(cè)量 55～ + 125 ℃范圍內(nèi)的溫度。(3) 10℃～ + 85 ℃范圍內(nèi)的測(cè)溫準(zhǔn)確度為177。 ℃。州大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文 第 13 頁(yè)(4) 通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn) 9～12 位的數(shù)字讀數(shù)方式,可在至多 750ms 內(nèi)將溫度轉(zhuǎn)換成12bit 的數(shù)字,測(cè)溫分辨率可達(dá) ℃。(5) 獨(dú)特的單總線接口方式,與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)與微處理器雙向通訊。. 內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20 內(nèi)部功能模塊如圖 34 所示,主要由 4 部分組成:64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非易失性的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL 、配置寄存器。ROM 中的 64 位序列號(hào)是出廠前被光刻好的,他可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼,每個(gè) DS18B20 的 64 位序列號(hào)均不相同。高低溫報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL , 配置寄存器均由一個(gè)字節(jié)的 E2PROM 組成,使用一個(gè)存儲(chǔ)器功能命令可對(duì) TH , TL 或配置寄存器寫(xiě)入或讀出。圖 34 DS18B20 內(nèi)部功能模塊. 內(nèi)存結(jié)構(gòu)如圖 35,DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部高速緩存存儲(chǔ)器，包含了 9 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 1 個(gè)字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低 8 位,第 2 個(gè)字節(jié)是溫度的高 8 位。第 3 個(gè)和第 4 個(gè)字節(jié)是 TH ,TL 的拷貝，在每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新。接著就是配置寄存器。第 9 個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié),校驗(yàn)前面所有 8 個(gè)字節(jié)的 CRC 碼,可用來(lái)保證通信正確。其余字節(jié)為保留字節(jié)。配置寄存器中 R1 ,R0 決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù): R1R0 =“00”, 9 位精度, 州大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文 第 14 頁(yè)最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為 ms 。R1R0 =“01”, 10 位精度, 最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為 ms 。 R1R0 =“10”, 11 位精度, 最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為 375 ms 。R1R0 =“11”,12 位精度,最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為 750 ms 。(1) 64 b 閃速 ROM 的結(jié)構(gòu)如下： 開(kāi)始 8 位是產(chǎn)品類(lèi)型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有 48 位，最后8 位是前 56 位的 CRC 校驗(yàn)碼，這也是多個(gè) DS18B20 可以采用一線進(jìn)行通信的原因。 (2) 非易市失性溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL，可通過(guò)軟件寫(xiě)入用戶(hù)報(bào)警上下限。 (3) 高速暫存存儲(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 E2RAM 。后者用于存儲(chǔ) TH，TL 值。數(shù)據(jù)先寫(xiě)入 RAM，經(jīng)校驗(yàn)后再傳給E2RAM 。而配置寄存器為高速暫存器中的第 5 個(gè)字節(jié)，他的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率，DS18B20 工作時(shí)按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如下： 低 5 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(hù)不要去改動(dòng)，R1 和 R0 決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，即是來(lái)設(shè)置分辨率，如表 1 所示（DS18B20 出廠時(shí)被設(shè)置為 12 位）。 設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間就越長(zhǎng)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要在分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。 高速暫存存儲(chǔ)器除了配置寄存器外，還有其他 8 個(gè)字節(jié)組成，其分配如下所示。其中溫度信息（第 1，2 字節(jié)）、TH 和 TL 值第 3，4 字節(jié)、第 6～8 字節(jié)未用，表現(xiàn)為全邏輯 1；第 9 字節(jié)讀出的是前面所有 8 個(gè)字節(jié)的 CRC 碼，可用來(lái)保證通信正確。 當(dāng) DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開(kāi)始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16 位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第 1，2 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，數(shù)據(jù)格式以 0062 5 ℃/LSB 形式表示。溫度值格式如下： 州大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文 第 15 頁(yè)對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位 S=0 時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng) S=1 時(shí)，先將補(bǔ)碼變換為原碼，再計(jì)算十進(jìn)制值。表 2 是對(duì)應(yīng)的一部分溫度值。 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測(cè)得的溫度值與 TH，TL 作比較，若 TTH 或 T　＜　TL,則將該器件內(nèi)的告警標(biāo)志置位，并對(duì)主機(jī)發(fā)出的告警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只 DS18B20 同時(shí)測(cè)量溫度并進(jìn)行告警搜索。 (4) CRC 的產(chǎn)生在 64 b ROM 的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）。主機(jī)根據(jù) ROM 的前 56 位來(lái)計(jì)算 CRC 值，并和存入 DS18B20 中的 CRC 值做比較，以判斷主機(jī)收到的 ROM 數(shù)據(jù)是否正確。 圖 35 DS18B20 內(nèi)部存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)圖 36 配置寄存器各位示意圖州大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文 第 16 頁(yè). 操作流程由于 DS18B20 采用 1Wire 總線協(xié)議方式,即在一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸,因此發(fā)送接收口必須是三態(tài)的。而對(duì) AT89S52 單片機(jī),硬件上并不支持單總線協(xié)議,因此,必須采用軟件的方法來(lái)模擬單總線的協(xié)議時(shí)序,完成對(duì) DS18B20 芯片的訪問(wèn)。DS18B20 有嚴(yán)格的通信協(xié)議保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)的時(shí)序:初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序。所有時(shí)序都是將主機(jī)作為主設(shè)備,單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)啟動(dòng)寫(xiě)時(shí)序開(kāi)始,如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù),在進(jìn)行寫(xiě)命令后,主機(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)序完成數(shù)據(jù)接收。主機(jī)操作單線器件 DS18B20 必須遵循下面的順序。（1） 復(fù)位及初始化如圖 37 時(shí)序圖所示，主機(jī)通過(guò)拉低單線 480us 以上，產(chǎn)生復(fù)位脈沖，然后釋放該線。 主機(jī)釋放總路線時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)上升沿。單線器件 DS18B20 檢測(cè)到該上升沿后，延時(shí) 15~60μs，通過(guò)拉低總線 60~240μs 來(lái)產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。主機(jī)接收到從機(jī)的應(yīng)答脈沖，就證明有單線器件在線。圖 37 DS18B20初始化時(shí)序圖（2） ROM操作命令一旦總線主機(jī)檢測(cè)到應(yīng)答脈沖，便可以發(fā)起 ROM 操作命令。ROM 操作命令有：①Read Rom(讀 ROM)，用于總線上只有單個(gè) DS18B20 器件的情況；②Match Rom(匹配 ROM)，尋址多掛接總線上的對(duì)應(yīng) DS18B20；③Skip Rom(跳過(guò) ROM)，用于單掛總線系統(tǒng)時(shí)，無(wú)須提供 64 位 ROM 對(duì)其匹配；④Search Rom(搜索 ROM)，用命令通過(guò)一個(gè)排除法可以識(shí)別出總線上所有器件的 ROM 序列號(hào)；⑤Alarm Search(告警搜索)。圖 38 為各個(gè) ROM 操作命令流程圖。（3） 內(nèi)存操作命令在成功執(zhí)行了 ROM 操作命令之后,才可以使用內(nèi)存操作命令。主機(jī)可以提供 6 種州大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文 第 17 頁(yè)內(nèi)存操作命令，分別為：①Write Scratchpad(寫(xiě)暫存器) 4EH；②Read Scratchpad(讀暫存器) BEH；③Copy Scratchpad(復(fù)制暫存器) 48H；④Covert T(溫度轉(zhuǎn)換) 44H；⑤Recall E2(重調(diào) E2 存儲(chǔ)器) B8H；⑥Read Power Supply(讀供電方式) B4H。圖 38 ROM操作命令流程圖（4） 數(shù)據(jù)處理DS18B20 的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)是通過(guò)時(shí)間隙處理位和命令字來(lái)確認(rèn)信息交換。寫(xiě)時(shí)間隙，當(dāng)主機(jī)把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉到邏輯低電平的時(shí)候，寫(xiě)時(shí)間隙開(kāi)始。有兩種寫(xiě)時(shí)間隙：寫(xiě) 1 時(shí)間隙和寫(xiě) 0 時(shí)間隙。所有寫(xiě)時(shí)間隙必須最少持續(xù)州大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文 第 18 頁(yè)60μs，包括兩個(gè)寫(xiě)周期間至少 1μs 的恢復(fù)時(shí)間。I/O 線電平變低后，DS1820 在一個(gè) 15μs 到 60μs 的窗口內(nèi)對(duì) I/O 線采樣。如果線上是高電平，就是寫(xiě) 1，如果線上是低電平，就是寫(xiě) 0。讀時(shí)間隙，當(dāng)從 DS1820 讀取數(shù)據(jù)時(shí)，主機(jī)生成讀時(shí)間隙。當(dāng)主機(jī)把數(shù)據(jù)線從高電平拉到低電平時(shí)，寫(xiě)時(shí)間隙開(kāi)始。數(shù)據(jù)線必須保持至少 1μs；從 DS1820 輸出的數(shù)據(jù)在讀時(shí)間隙的下降沿出現(xiàn)后 15μs 內(nèi)有效。因此，主機(jī)在讀時(shí)間隙開(kāi)始后必須停止把 I/O 腳驅(qū)動(dòng)為低電平 15μs，以讀取 I/O 腳狀態(tài)。在讀時(shí)間隙的結(jié)尾，I/O 引腳將被外部上拉電阻拉到高電平。所有讀時(shí)間隙必須最少 60μs，包括兩個(gè)讀周期間至少 1μs 的恢復(fù)時(shí)間。. 測(cè)溫功能當(dāng) DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后,開(kāi)始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16 位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第 1 ,2 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,數(shù)據(jù)格式以 ℃/ LSB 形式表示。溫度值格式如圖 39 所示,其中“S”為標(biāo)志位,對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算: 當(dāng)符號(hào)位 S = 0 時(shí),直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制。當(dāng) S=1 時(shí),先將補(bǔ)碼變換為原碼,再計(jì)算十進(jìn)制值。此時(shí)精度為 12 位。圖 39 DS18B20 溫度格式 DS18B20 硬件電路州大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文 第 19 頁(yè)圖 310 DS18B20 硬件電路如圖 310，DS18B20 通過(guò) 與單片機(jī)連接，在單總線結(jié)構(gòu)下，單片機(jī)只能通過(guò)自身軟件的設(shè)計(jì)才能同 DS18B20 通信。. LED 數(shù)碼管LED 數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示） ；按能顯示多少個(gè)“8” 可分為 1 位、2 位、4 位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極 COM 接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極 COM 接到地線 GND 上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。在單片機(jī)系統(tǒng)中，由于單片機(jī) I/O 口的驅(qū)動(dòng)能力，一般不考慮共陰數(shù)碼管。在本系統(tǒng)中，采用的是共陽(yáng)五位的八段數(shù)碼管（一個(gè)一位的加上一個(gè)四位的） 。州大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文 第 20 頁(yè). LED 數(shù)碼管硬件電路圖 311 系統(tǒng) LED 數(shù)碼管硬件電路在 LED 數(shù)碼管顯示電路中，LED 采用三極管驅(qū)動(dòng)，能夠提供足夠的電流； P0口是一個(gè) 8 位漏極開(kāi)路的雙向 I/O 口，在外接 LED 時(shí)應(yīng)在 LED 與 P0 口間接入限流電阻，防止燒壞 LED 和 LED 強(qiáng)拉 P0 口為高電平。. 單片語(yǔ)音芯片 ISD2590. 概述信息儲(chǔ)存器件ISD2590是單片，高質(zhì)量，短周期的錄放音電路。采用CMOS工藝，內(nèi)部包含片上時(shí)鐘，麥克前置放大器，自動(dòng)增益控制，帶通濾波器，平滑濾