【正文】 12Y1BT13V 圖 313 DS1302時(shí)鐘電路 圖 溫度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)還帶有一個(gè)溫度檢測(cè)的功能，系統(tǒng)可以通過(guò)讀取 DS18B20 的溫度數(shù)據(jù)并在 LCD1602 上顯示，使整個(gè)萬(wàn)年歷的功能更 加豐富。 溫度傳感器工作原理 DALLAS 最新單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 是一種新型的 “一線器件 ”，其體積更小、更適用于多種場(chǎng)合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。 DALLAS 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20 是世界上第一片支持 “一線總線 ”接口的溫度傳感器。溫度測(cè)量范圍為 55～ +125 攝氏度，可編程為 9 位～ 12 位轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá) 攝氏度，分辨率設(shè)定參數(shù)以及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在 EEPROM 中，掉電后依然保存。被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的 16 位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源 既可以在遠(yuǎn)端引入，也可以采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)到 3 根或 2 根線上， CPU只需一根端口線就能與諸多 DS18B20 通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。因此用它來(lái)組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，具有線路簡(jiǎn)單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。 DS18B20引腳如圖 314 所示。 圖 314 DS18B20引腳圖 DS18B20 的讀寫時(shí)序和測(cè)溫原理與 DS1820 相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由 2s 減為 750ms。 DS18B20 測(cè)溫原理：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)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(kāi)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。 DS18B20 有 4 個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件： a. 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 20 DS18B20 的地址序列碼。 64 位光刻 ROM 的排列是：開(kāi)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。 b. 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 ℃ /LSB 形式表達(dá)，其中 S 為符號(hào)位。 c. DS18B20 溫度傳感器的存儲(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 EEPRAM,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。 d. 配置寄存器。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能： DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 315 所示。主要包括：寄生電源，溫度傳感器， 64位 ROM 和單總線接口，存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器 RAM，用于存儲(chǔ)用戶設(shè)定溫度上下限值的 TH 和 TL觸發(fā)器，存儲(chǔ)與控 制邏輯， 8 位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC）發(fā)生器等 7 部分 6 4位R O M和單線接口高速緩存存 儲(chǔ) 器 與 控 制 邏 輯溫 度 傳 感 器低 溫 觸 發(fā) 器 T L8 位 C R C 發(fā) 生 器高 溫 觸 發(fā) 器 T H配 置 寄 存 器V d d 圖 315 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 使用中的注意事項(xiàng) DS18B20 雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問(wèn)題： 1)DS18B20 從測(cè)溫結(jié)束到將溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量需要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，這是必須保證的，不然會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤的現(xiàn)象，使溫度輸出總是顯示 85。 2)在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)使電源電壓保持在 5V 左右，若電源電 壓過(guò)低，會(huì)使所測(cè)得的溫度精度降低。 3)較小的硬件開(kāi)銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于 DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì) DS1820進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。在使用 PL/M、 C等高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì) DS1820操作部分最好采用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。 4)在 DS18B20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛 DS18B20 數(shù)量問(wèn)題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè) DS18B20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此，當(dāng)單總線上所掛DS18B20 超過(guò) 8 個(gè)時(shí)，就需要解決微處理 器的總線驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。 5)在 DS18B20測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向 DS18B20 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要 21 等待 DS18B20的返回信號(hào)，一旦某個(gè) DS18B20 接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS18B20 時(shí)，將沒(méi)有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)，這一點(diǎn)在進(jìn)行 DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。 DS18B20 硬件 電路設(shè)計(jì) GND1DQ2VCC3U3DS18B20+5V10kR5+5V 圖 316 DS18B20溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 圖 316 為 DS18B20 的硬件設(shè)計(jì)電路圖，其中 DQ 口為該芯片的數(shù)據(jù)口，單片機(jī) 通過(guò)讀取改口的信息可以得出實(shí)時(shí)的溫度值， 由于 DS18B20 是單線通信，即發(fā)送和接收都是通過(guò)通信腳來(lái)進(jìn)行。其接收時(shí)高阻輸入，其發(fā)送時(shí)是開(kāi)漏輸出，即輸出 0 時(shí)通過(guò)三極管下拉為低電平，而輸出 1 時(shí)，則為高阻，需要外接上拉電阻將其拉為高電平，因此是需要外接上拉電阻，否則無(wú)法輸出 1. 語(yǔ)音模塊設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用 KY3P035 作為語(yǔ)音模塊的芯片，該芯片是一款具有 PWM 輸出的OTP 語(yǔ)音標(biāo)準(zhǔn)芯片。共有 3 個(gè) IO 口，外圍最低僅需要一個(gè) 104 電容就穩(wěn)定的工作，產(chǎn)品方案成本極低。 芯片控制原理說(shuō)明：此控制方式是采用了模擬串行的控 制方式。如需要播放第幾地址的內(nèi)容就發(fā)送幾個(gè)脈沖，可以快速的控制多段地址的任何組合。 模擬串行工作時(shí)各 IO 的作用： BUSY：芯片工作時(shí)，輸出低電平，停止工作或者待機(jī)時(shí)，保持高電平； DATA：接受控制脈沖的引腳。收到幾個(gè)脈沖，就播放第幾地址的內(nèi)容； REST：任何時(shí)候，收到一個(gè)脈沖的時(shí)候，可以使芯片的播放指針歸零（就是DATA 的腳恢復(fù)到出事?tīng)顟B(tài)）。 例如需要連續(xù)播放第十段和第五段聲音：先發(fā)送一個(gè)復(fù)位脈沖到 REST 腳，接著發(fā)送 10 個(gè)脈沖到 DATA 腳。芯片即刻工作，播放第十段的聲音，同時(shí)單片機(jī)判斷語(yǔ)音芯片的 BUSY 是否是高電平，如果不是則一直等待，如果是高電平，則發(fā)送一個(gè)復(fù)位脈沖到 RST 腳，接著發(fā)送 5 個(gè)脈沖到 DATA 腳。芯片即刻工作，播放第五段的聲音，一次類推。 圖 311 語(yǔ)音芯片電路設(shè)計(jì) 22 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì) 開(kāi) 始系 統(tǒng) 初 始 化系 統(tǒng) 顯 示 相 關(guān)時(shí) 間 溫 度 信 息是 否 按 下 按 鍵按 鍵 掃 描 子 程 序否是讀 取 時(shí) 鐘 芯 片的 相 關(guān) 時(shí) 間 信 息讀 取 溫 度 參 數(shù)是 否 和 設(shè) 定的 鬧 鐘 時(shí)間 一 致驅(qū) 動(dòng) 鬧 鐘 發(fā) 聲是否 圖 41 主程序流程圖 主程序流程圖如圖 41 所示，單片機(jī)上電后先進(jìn)行初始化，清除一些參數(shù)的初值，然后把當(dāng)前的一些時(shí)間信息，例如年月日時(shí)間等參數(shù)，然后判斷當(dāng)前時(shí)間是否與所設(shè)定 一致，一致則驅(qū)動(dòng)鬧鐘發(fā)聲，接著讀取溫度信息 ，最后把時(shí)間信息顯示在液晶屏幕上，單片機(jī)在每個(gè)循環(huán)都會(huì)檢測(cè)用戶是否按鍵按鍵，按下則進(jìn)入按鍵掃描子程序進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)定。 23 開(kāi) 始復(fù) 位 端 變 高 啟 動(dòng) 一次 數(shù) 據(jù) 傳 送 工 作寫 命 令 字 節(jié) 一 位SCLK發(fā) 脈 沖夠 8次 嗎 ？寫 數(shù) 據(jù) 字 節(jié) 一 位SCLK發(fā) 脈 沖夠 8次 嗎 ？復(fù) 位 端 變 低結(jié) 束否是否是 圖 42 時(shí)鐘模塊 子函數(shù)流程圖 時(shí)鐘模塊的流程圖如圖 42 所示，一開(kāi)始先讓時(shí)鐘芯片的復(fù)位引腳置高進(jìn)而啟動(dòng)一次數(shù)據(jù)傳送工作，接著寫一位命令字節(jié)，接著給 SCLK 發(fā)送脈沖信號(hào)，一致循環(huán)直到發(fā)送 8 個(gè)命令字節(jié)為止。 接著是寫數(shù)據(jù)進(jìn)時(shí)鐘芯片，首先先寫入一位數(shù)據(jù)字節(jié)，然后給 SCLK 引腳發(fā)送脈沖，一致循環(huán)寫入 8 次，這樣就可以把數(shù)據(jù)寫入，最終使復(fù)位 引腳變低，這樣就可以完成一次時(shí)鐘芯片的一次操作。 24 按 鍵 1 是 否按 下按 鍵 2 是 否按 下按 鍵 3 是 否按 下時(shí) 間 設(shè) 定 鬧 鈴 設(shè) 定切 換 對(duì) 應(yīng) 菜單增 加 相 應(yīng) 值YNNYYYNY按 鍵 掃 描 子函 數(shù)松 手 檢 測(cè)松 手 檢 測(cè)鬧 鈴 標(biāo) 志 位清 零Yg F u n c t i o n c ou n t = 0按 鍵 4 是 否按 下Yg F u n c t i o n co u n t = = 2 ？g F u n c t i o n c ou n t = = 3 ？N Ng F u n c t i o n c ou n t = = 1 ？Ng F u n c t i o n c o u n t= = 0 amp。 amp。 B e e p = = 0 ？g F u n c t i o n c ou n t + +N清 除 屏 幕 顯示松 手 檢 測(cè)減 少 相 應(yīng) 值 松 手 檢 測(cè)N結(jié) 束g F u n c t i o n c ou n t = = 4 ？N重 置 時(shí) 間Y 圖 43 按鍵掃描子程序流程圖 當(dāng)進(jìn)入到掃描 子函數(shù)以后，先后判斷按下的按鍵是按鍵 1~4 的哪個(gè)，進(jìn)行相應(yīng)的操作，如果是按下按鍵一的時(shí)候，首先單片機(jī)判斷現(xiàn)在是否處于鬧鐘鬧鈴狀態(tài)，如果是的話，則清楚鬧鐘標(biāo)志位，相當(dāng)于取消鬧鐘發(fā)聲，如果不是則令變量gFunctioncount 加 1， 進(jìn)入時(shí)間設(shè)置 界面 。單片機(jī)重新檢測(cè)按鍵，如果這時(shí)候 用戶按下按鍵 2 則切換到不同的時(shí)間參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，按按鍵 3 則增加相應(yīng)的值，按按鍵 4 則減 少相應(yīng)的值。如果再按下按鍵 1 則進(jìn)入鬧鐘設(shè)置界面，同樣的如果再按下第二個(gè)按鍵可以切換鬧鐘的不同時(shí)間進(jìn)行設(shè)置，按鍵 3 是增加值，按鍵 4 為減少值，再按一下第一個(gè)按鍵則進(jìn)入時(shí)間重置 ，最后再按一下則清除 gFunctioncount參數(shù)，并 跳出 設(shè)置功能。 25 調(diào) 用 自 定 義字 庫(kù)設(shè) 置 D D R A M 地址 ， 在 第 一行 顯 示設(shè) 置 顯 示 數(shù)據(jù) 首 地 址循 環(huán) 量 設(shè) 置取 字 符 代 碼循 環(huán) 完 ？設(shè) 置 D D R A M 地址 ， 在 第 一行 顯 示設(shè) 置 顯 示 數(shù)據(jù) 首 地 址循 環(huán) 量 設(shè) 置取 字 符 代 碼循 環(huán) 完 ？結(jié) 束 圖 44 LCD1602 初始化子函數(shù)流程圖 首先先調(diào)用液晶自定義的字庫(kù)，設(shè)置好 DDRAM 地址后在第一行顯示，根據(jù)程序中的數(shù)據(jù)設(shè)置顯示數(shù)據(jù)的首地址并設(shè)置循環(huán)量，在循環(huán)過(guò)程中不斷的取字符代碼直到終止，第二行的顯示過(guò) 程同一行的顯示過(guò)程一樣，兩行顯示完畢后便結(jié)束子程序。 26 開(kāi) 始初 始 化DS18B20發(fā) 送 跳 過(guò) ROM命 令 到DS18B20發(fā) 送 溫 度 轉(zhuǎn)換 命 令等 待 轉(zhuǎn) 換 完成初 始 化DS18B20發(fā) 送 跳 過(guò) ROM命 令 到 18B20讀 取 溫 度 值到 緩 沖 區(qū)調(diào) 用 溫 度 處理子 程 序結(jié) 束 圖 45 溫度檢測(cè)子函數(shù)流程圖 進(jìn)入溫度讀取子函數(shù)的時(shí)候，首先初始化 DS18B20 的參數(shù)，單片機(jī)發(fā)送跳過(guò)ROM 命令給 DS18B20，然后發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令等待轉(zhuǎn)換完畢后，單片機(jī)在再次初始化 DS18B20，發(fā)送跳過(guò) ROM 命令后把得到的溫度放到緩沖區(qū)，最后調(diào)用溫度處理子程序存儲(chǔ)溫度值。 程序設(shè)計(jì) 原理 軟件任務(wù)分析和硬件電路設(shè)計(jì)結(jié)合進(jìn)行，哪些功能由硬件完成，哪些任務(wù)由軟件完成，在硬件電路設(shè)計(jì)基本 定型后，也就基本上決定下來(lái)了。 軟件任務(wù)分析環(huán)節(jié)是為軟件設(shè)計(jì)做一個(gè)總體規(guī)劃。從軟件的功能來(lái)看可分為兩大類：一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實(shí)質(zhì)性的功能，如測(cè)量，計(jì)算，顯示，打印，輸出控制和通信等，另一類是監(jiān)控軟件，它是專門用來(lái)協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和 27 操作者的關(guān)系，在系統(tǒng)軟件中充當(dāng)組織調(diào)度角色的軟件。這兩類軟件的設(shè)計(jì)方法各有特色，執(zhí)行軟件的設(shè)計(jì)偏重算法效率，與硬件關(guān)系密切，千變?nèi)f化。 軟件任務(wù)分析時(shí)，應(yīng)將各執(zhí)行模塊一一