【導(dǎo)讀】注釋，若有不實(shí)，后果由本人承擔(dān)。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。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APR9600語音芯片。該系統(tǒng)溫度測(cè)量準(zhǔn)確，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、且抗干擾能力強(qiáng)。單片機(jī)；溫度測(cè)量；語音播報(bào)；DS18B20；APR9600；

　　

【正文】 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)８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 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 ℃，當(dāng)轉(zhuǎn)換位數(shù)為 11 位時(shí)，溫度的精度為 ℃，依此類推。 DS18B20 的裝換精度為 8~12 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 為步進(jìn) 的，即溫度值為溫度寄存器里的二進(jìn)制值乘以 ，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 0190H， 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 31 所示。 表 31 DS18B20 的溫度轉(zhuǎn)換值和溫度的對(duì)照表 溫度 /℃ 二進(jìn)制數(shù)表示 十六進(jìn)制數(shù)表示 +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H + 0000 0001 1001 0001 0191H + 0000 0000 1010 0010 00A2H + 0000 0000 0000 1000 0008H 0 0000 0000 0000 0000 0000H 1111 1111 1111 1000 FFF8H 55 1111 1100 1001 0000 FC90H 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） 17 因?yàn)樾?shù)部分是半字節(jié)，所以二進(jìn)制值范圍是 0~F，轉(zhuǎn)換成小數(shù)值就是 的倍數(shù) (0~15 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 ℃。表 32 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 二進(jìn)制值 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 十進(jìn)制值 0 0 1 1 2 3 3 4 5 5 6 6 7 8 8 9 表 32 小數(shù)部分二進(jìn)制和十進(jìn)制的近似對(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 溫度值高位 TH TL 配置寄存器 保留 保留 保留 8 位 CRC 字節(jié) 0 字節(jié) 1 字節(jié) 2 字節(jié) 3 字節(jié) 4 字節(jié) 5 字節(jié) 6 字節(jié) 7 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)，可以通過軟件 寫入用戶報(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轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如下： TM R1 R0 1 1 1 1 1 該寄存器低 5 位都是 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（工作模式），不需要改動(dòng)。 R1 和 R0 決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，即是用來設(shè)置分辨率的，如表 33 所示， DS18B20 出廠時(shí)被設(shè)置為 12 位。 溫度測(cè)量與語音播報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 R1 R0 分辨率 最大溫度 轉(zhuǎn)換時(shí)間 /ms 0 0 9 位 0 1 10 位 1 0 11 位 1 1 12 位 表 33 溫度分辨率設(shè)置表 第 5~7 字節(jié)未用，全為邏輯 1。 第 8 字節(jié)讀出的是前面所有 8 個(gè)字節(jié)的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC），可用來保證通信的正確。 CRC存儲(chǔ)在 64 位 ROM 的最高字節(jié)中。單片機(jī)根據(jù) ROM 的前 56 位來計(jì)算 CRC 值，并和存入 DS18B20中的 CRC 值做比較，以判斷收到的 ROM 數(shù)據(jù)是否正確。 DS18B20 的測(cè)溫原理 如圖 35 所示， 圖中低溫系數(shù)的震蕩頻率受 溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器 1； 高溫系數(shù)振蕩器隨溫度變化其震蕩頻率明顯變化，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器 2的脈沖輸入。 圖 35 DS18B20 測(cè)溫原理圖 圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)， DS18B20 就對(duì)低溫系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫系數(shù)振蕩器來決定，每次測(cè)量前，首先將 55℃ 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)分別置于減法計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器中，減法計(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。 斜率累加器 減法計(jì)數(shù)器 1 預(yù)置 低溫度系 數(shù)振蕩器 晶振 減到 0 高溫度系 數(shù)振蕩器 減法計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)比較器 溫度寄存器 減到 0 預(yù)置 增加 停止 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） 19 減法計(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)減法計(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，減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，減法計(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)直到減法計(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)溫過程中的非線形性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上訴過程，直到溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值。 DS18B20 與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì) 在外部電 源供電方式下， DS18B20 工作電源由 VDD 引腳接入，由外部電源供電，可以保證轉(zhuǎn)換精度，同時(shí)在總線上理論上可以掛接任意多個(gè) DS18B20，組成多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)。在外部電源供電方式下，可以充分發(fā)揮 DS18B20 寬電源電壓范圍的優(yōu)點(diǎn)，即使電源電壓 VCC 降到 3V 時(shí)，依然能夠保證測(cè)溫精度。 本設(shè)計(jì)就是采用外部供電方式， VDD 接 +5V， GND 接地，單片機(jī)的 口與 DS18B20 的 DQ端相連。在此方式下， DS18B20 工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，而且電路也比較簡(jiǎn)單。 電路如圖 36 所示。 p1 .01p1 .12p1 .23p1 .34p1 .45p1 .5 ( m i )6p1 .6 ( m o)7p1 .7 ( s c k )8r s t9r x d10t x d11p3 .212p3 .313p3 .414p3 .515p3 .616p3 .717xt a l 218xt a l 119gn d20p2 .021p2 .122p2 .223p2 .324p2 .425p2 .526p2 .627p2 .728ps e n29a le30ea31p0 .732p0 .633p0 .534p0 .435p0 .336p0 .237p0 .138p0 .039vc c4089 S 5 2V C CV C C1 2 3D S 1 8B 20V C C4. 7KV C CV D D G N D 圖 36 外部電源供電方式 電路圖 溫度測(cè)量與語音播報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 APR9600 語音錄放電路設(shè)計(jì) APR9600 語音芯片的介紹 APR9600 語音錄放芯片是一款音質(zhì)好、噪音低、不怕斷電、可反復(fù)錄放的新型語音 芯片。 它具有：價(jià)格便宜，有多種控制方式，分段管理方便、多段控制時(shí)電路簡(jiǎn)單 等特點(diǎn)。外部只需配置駐極體傳聲器、揚(yáng)聲器、開關(guān)和少數(shù)電阻、電容等元器件，再配 ~ 直流電源，就可構(gòu)成完整的語音錄放系統(tǒng)。 APR9600 有以下特點(diǎn) [3,17]： （ 1） APR9600 提供單片高質(zhì)量固態(tài)錄音和回放功能，不需軟件或微控制器支持； （ 2） APR9600 片內(nèi) Flash ROM 的容量為 256KB，可以靈活多樣地處理 32~60s 語音信息； （ 3）串行按鍵控制時(shí)可分為 256 段語音信息，并行按鍵控制時(shí)最多可分成 8 段獨(dú)立的語音信息； （ 4）設(shè)有片選端，便于多個(gè) APR9600 級(jí)聯(lián)，以便擴(kuò)展電路的錄放時(shí)間長(zhǎng)度和語音信息段。 APR9600 引腳功能如表 34 所示， APR 引腳排列如圖 37 所示。 管腳 功能 管腳 功能 /M1 第一段控制或連續(xù)錄放控制（低電平有效） 1 SP 外接喇叭負(fù)端 /M2 第二段控制或快進(jìn)選段控制（低電平有效） 1 VCCA 模擬電路正電源 /M3 第三段控制（低電平有效） 1 MICIN 話筒輸入端 /M4 第四段控制（低電平有效） 1 MICREF 話筒輸入基準(zhǔn)端 /M5 第五段控制（低電平有效） 1 AGC 自動(dòng)增益控制端 /M6 第六段控制（低電平有效） ANAIN 線路輸入端 OSCR 振蕩電阻 2 ANAOUT 線路輸出端 /M7 第七段控制及片溢出指示（低電平有效） 2 STROBE 工作期間閃爍指示燈輸出端 /M8 第八段控制（低電平有效）及操作模式選項(xiàng) 2 CE 復(fù)位端 (高電平有效 ) /BUSY 忙信號(hào)輸出（工作時(shí)出 0，平時(shí)為 1） 2 MSEL1 模式設(shè)置端 1 BE 鍵聲選擇（接 1 為有鍵聲， 0 則無） 2 MSEL2 模式設(shè)置端 1 VSSD 數(shù)字電路電源地 2 EXTCLK 外接振蕩頻率端 1 VSSA 模擬電路電源地 2 /RE 錄放選擇端（ 0 為錄音、 1 為放音） 1 SP+ 外接喇叭正端 2 VCCD 數(shù)字電路正電源 表 34 APR9600 引腳功能表 圖 37 APR9600 引腳排列 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） 21 APR9600 錄音電路 APR9600 的錄放控制有多種操作模式，為普通用戶使用提供了極大的方便?？偟膩碚f分為串行控制和并行控制兩種。在本設(shè)計(jì)中，要通過單片機(jī)控制語音芯片要進(jìn)行選段播放，所以采用此語音芯片的串行控制。 在錄音時(shí)，置 MSEL MSEL2 為 0， /M8 置 1，置 /RE 端為 0 為錄音狀態(tài)，按住 /M1 即開始錄第一段，松鍵即停止。再按住 /M1 即錄第二段，如此一直分段錄音，直到芯片溢出。在本設(shè)計(jì)中，需要錄 12 段語音信息，按次序分別為“十”、“點(diǎn)”、“℃”、“一”、“二”、“三”、“四”、“五”、“六”、“七”、 “八”、“九”。 APR9600 錄音電路如圖 38 所示。 圖 38 APR9600 錄音電路 手動(dòng)測(cè)試放音： /M8 置 0 為串行選段控制方式，按一下 /M1 播放第一段，這時(shí)的 /M2 成為快進(jìn)選段鍵，每按一下 /M2 即向后移動(dòng)一段，例如現(xiàn)在按了三下 /M2，再按 /M1 就放音第四段，按 /CE 鍵復(fù)位，因此可以實(shí)現(xiàn)選段放音。 溫度測(cè)量與語音播報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 由單片機(jī)控制的放音電路 語音錄制完成后，需要對(duì)溫度值進(jìn)行選段語音播放，本設(shè)計(jì)采取的方法是將單片機(jī) 3 根 I/O 口線接到 APR9600 語音芯片的 3 個(gè)控制管腳，這些管腳中放音端 /M1，快進(jìn)端 /M2 是低電平有效， 復(fù)位端 CE 是高電平有效，只要通過單片機(jī) I/O 口給出幾個(gè)高脈沖和低脈沖，即可對(duì)語音芯片進(jìn)行操控。比如要播報(bào)溫度值 ℃，其單片機(jī)控制流程是這樣的：二、十、五、點(diǎn)、六、攝氏度、分別在語音芯片的第 3 段，單片機(jī)給 /M2 端 5 個(gè)低脈沖，這時(shí)就停留在了第 5 段，給 /M1端一個(gè)低脈沖就能把該段語音播報(bào)出來，播第 1 段的時(shí)，需要給 CE 端一個(gè)高電平進(jìn)行復(fù)位，再給/M1 端一個(gè)低脈沖就能播放第 1 段，以此類推，依次把各段播放出來，這樣把要播的每一段語音組合起來就形成一條完成的語音信息。 APR9600 與單片機(jī)連接 的電路如圖 39所示，單片機(jī)的 口控制播報(bào)端 /M1， 口控制快進(jìn)端 /M2， 口控制復(fù)位端 CE。 44 KV C C12SPV C C47 0K+ 4. 7U