【正文】 線協(xié)議，而 DS18B20 采用的是 1WIRE 總線協(xié)議。為此最終確定使用美國達拉斯(DALLAS)半導(dǎo)體公司推出的智能溫度傳感器 DS18B20，它是將溫度傳感器、A/D 轉(zhuǎn)換器、寄存器、極口電路集成在一塊芯片中，可實現(xiàn)直接數(shù)字化輸出和測試。這是一種永久記憶型語音錄放電路，其集成度較高，內(nèi)部包括前置放大器、內(nèi)部時鐘、定時器、采樣時鐘、濾波器、自動增益控制、邏輯控制、模擬收發(fā)器、譯碼器和 480K 字節(jié)的 EEPROM，應(yīng)用更方便。在錄放的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)換成聲音信號，此方案復(fù)雜，集成度低，我選擇ISD2560 來實現(xiàn)。以下就分別對系統(tǒng)的硬件以及軟件方面做一詳細介紹。本次設(shè)計的對象是針對一個應(yīng)用系統(tǒng)，是對環(huán)境溫度或是人體溫度的檢測，其系統(tǒng)構(gòu)圖如圖 21 所示。總體電路框圖如下：單片機晶振電路測溫電路復(fù)位電路顯示電路鍵盤報警電路輸出驅(qū)動電路語音提示電路圖 21 總體電路框圖 AT89S52 單片機及其晶振電路 功能特性描述 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS 八位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器，使用 ATMEL 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使其為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供靈活的解決方案。AT89S52 芯片的引腳見圖 22RST9XTAL118XTAL219Vss20 21 22 23 24 25 26 27 28PSEN 29ALE 30EA 31 32 33 34 35 36 37 38 39Vcc 40圖 22 AT89S52 的引腳圖VCC：電源Vss：地 P0 口：8 位漏極開路的雙向 I/O 口。對 P0 端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。在這種模式下，P0 具有內(nèi)部上拉電阻。程序校驗時，需要外部上拉電阻。對 P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。此外， 和 分別作定時器 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（ ）和定時器/計數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（） ，具體如表 21 所示。P2 口：具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。5作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（I IL） 。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。表 21 P1 口引腳的第二功能引腳號 第二功能 T2（定時器/計數(shù)器 T2 的外部計數(shù)輸入） ，時鐘輸出 T2EX（定時器/計數(shù)器 T2 的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制） MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用）在 Flash 編程和校驗時，P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號。對 P3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下表 22 所示。表 22 P3 口引腳的第二功能引腳號 第二功能 RXD（串行輸入） TXD（串行輸出） （外部中斷 0）INT （外部中斷 1） T0（定時器 0 外部輸入） T1（定時器 1 外部輸入） （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）WR （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）DRST：復(fù)位輸入?？撮T狗計時完成后，RST 腳輸出 96 個晶振周期的高電平。DISRTO 默認狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。在 Flash 編程時，此引腳（ ）也用作編程輸入脈沖。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， ALE 脈沖將會跳過。這一位置“1”，ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC 指令時有效。這個ALE 使能標志位（地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。當 89S52 從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，PSEN基于單片機的電子體溫計電路設(shè)計6在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， 將不被激活。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序A存儲器讀取指令， 必須接地。EA在 Flash 編程期間， 也接收 12 伏 VPP電壓。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。石英晶體和陶瓷諧振器都可以用來一起構(gòu)成自激振蕩器。在本設(shè)計系統(tǒng)中采用的是內(nèi)部振蕩電路連接法，如圖 23 所示。10PF 陶瓷諧振器 C1,C2=40PF177。為了解決這些問題，實現(xiàn)系統(tǒng)安全可靠、穩(wěn)定、實時運行，可以采用集可編程看門狗、電壓監(jiān)控、E 2PROM 等功能于一身的 X5045 芯片。X5045 中的看門狗對系統(tǒng)提供了保護功能。 X5045 提供了三個時間值供用戶選擇使用。X5045 的存儲器與CPU 可通過串行通信方式接口。它共有 8 個引腳：7 VCCRESETWPVSSCSSISCKSOX5045圖 25 X5045 的引腳圖表 23 引腳功能描述引腳名稱 功能描述1 /CSWDI 芯片選擇輸入：當 是高電平時，芯片末選中，并將 SO 置為高阻態(tài)。在是高電平時，將 拉低將使器件處于選擇狀態(tài)，器件將工作于功耗狀態(tài)。S看門狗輸入：在看門狗定時器超時并產(chǎn)生復(fù)位之前，一個加在 WDI 引腳上的由高到低的電平變化將復(fù)位看門狗定時器。3 WP寫保護：當 引腳是低電平時，向 X5045 中寫的操作被禁止，但是P其它的功能正常。如果在 是低的時候， 變?yōu)榈碗娖?，則會中斷向 X5045 中寫的CSW操作，但是，如果此時內(nèi)部的非易失性寫周期己經(jīng)初始化了， 變WP為低電平不起作用。5 SI 串行輸入：SI 是串行數(shù)據(jù)輸入端，指令碼、地址、數(shù)據(jù)都通過這個引腳進行輸入。6 SCK 串行時鐘：串行時鐘的上升沿通過 SI 引腳進行數(shù)據(jù)的輸入，下降沿通過 SO 引腳進行數(shù)據(jù)的輸出。只要 Vcc 下降到最小允許 Vcc 值，這個引腳就會輸出高電平，一直到 Vcc 上升超過最小允許值之后 200ms 。 引腳上的一個下降沿將會復(fù)位看門狗定時器。8 VCC 正電源。電復(fù)位時，各位都被清零。在對 X5045 通電時，RESET 引腳輸出有效的復(fù)位信號，并保持至少 200ms，使 CPU 有效復(fù)位。當檢測到電源電壓低于內(nèi)部門檻電壓 VTRIP時，RESET 輸出復(fù)位信號，直至電源電壓高于 VTRIP并保持至少 200ms，復(fù)位信號才被撤消。對于需要電源電壓精確監(jiān)控的應(yīng)用，用戶可以搭建編程電路，對芯片內(nèi) VTRIP電壓進行微調(diào)。芯片內(nèi)部狀態(tài)寄存器的 WDWD0 是看門狗定時設(shè)置位，通過狀態(tài)寄存器寫指令 WRSR 修改這兩個標志位，就能在三種定時間隔中進行選擇或關(guān)閉定時器。下表是 WDWD0 組合的含義。芯片片內(nèi)含 512 字節(jié)存儲單元，10 萬次可擦寫，數(shù)據(jù)保持時間100 年，并設(shè)計了 3 種保護方式防止誤寫。顯然，在幾方面的保護之下，產(chǎn)生誤寫的可能性極小，下表是 BLBL0 組合的含義。它們都是單字節(jié)指令。在從 SI 輸入指令后，RDSR 的執(zhí)行結(jié)果，即狀態(tài)寄存器內(nèi)容須從 SO 讀出；而 WRSR 需要緊接著輸入修改數(shù)據(jù)。輸入指令后（指令的位三用于選擇存儲器的上半?yún)^(qū)和下半?yún)^(qū)），接著輸入低八位地址，最后就可以連續(xù)讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)。另外，由于 E2PROM 的寫入時間長，所以在連續(xù)兩條寫指令之間應(yīng)讀取 WIP 狀態(tài)，只有內(nèi)部寫周期結(jié)束時才可輸入下一條寫指令。表 27 X5045 內(nèi)部指令命令名稱 命令格式 內(nèi) 容WREN 0000 0110 打開寫使能開關(guān)9WRDI 0000 0100 關(guān)閉寫使能開關(guān)RDSR 0000 0101 讀狀態(tài)寄存器WRSR 0000 0001 寫狀態(tài)寄存器READ 0000 A8011 讀存儲單元WRITE 0000 A8010 寫存儲單元對 X5045 的操作是通過 4 根口線 、SCK、SI 和 SO 進行同步串行通信來完成的。SCK 是外部輸入的同步時鐘信號，在對芯片進行寫入指令或數(shù)據(jù)時，時鐘前沿將 SI 引腳信號輸入；在讀取數(shù)據(jù)時，時鐘后沿將數(shù)據(jù)位輸出到 SO 引腳上。VCCRESETVCCRESET WP VSS CSSISCKSOX5045R1圖 26 X5045 與 AT89S52 單片機連接電路圖綜上所述，并基于電路產(chǎn)生復(fù)位信號的條件，只要滿足以下任意一個條件，就將使系統(tǒng)產(chǎn)生復(fù)位，迫使程序從起點執(zhí)行。這樣就實現(xiàn)系統(tǒng)電源的掉電復(fù)位；（3）當程序在編程選擇的時間里沒有訪問 X5045 時，即沒有一個喂狗語句，則看門狗（WDT）將起作用，RST 將產(chǎn)生復(fù)位信號，迫使單片機復(fù)位。該器件將半導(dǎo)體溫敏器件、A/D 轉(zhuǎn)換器、存儲器等做在一個很小的集成電路芯片上。（2）系統(tǒng)成本：由于計算機技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，新型大規(guī)模集成電路功能越來越強大，體積越來越小，而價格也越來越低。（3）系統(tǒng)復(fù)雜度：由于 DS18B20 是單總線器件，微處理器與其接口時僅需占用 1基于單片機的電子體溫計電路設(shè)計10個 I/O 端口且一條總線上可以掛接幾十個 DS18B20，測溫時無需任何外部元件，因此，與模擬傳感器相比，可以大大減少接線的數(shù)量，降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，減少工程的施工量。（4）系統(tǒng)的調(diào)試和維護：由于引線的減少，使得系統(tǒng)接口大為簡化，給系統(tǒng)的調(diào)試帶來方便。DS18B20 采用 3 腳封裝如圖 27 所示：DS18B20圖 27 DS18B20 引腳圖 引腳說明： 接地 數(shù)字輸入/輸出 可選的電源 DS18B20 的溫度測量DS18B20 的核心功能是其數(shù)字溫度傳感器，其溫度與數(shù)字量的關(guān)系如表 28 所示。DS18B20 測得溫度數(shù)據(jù)在溫度寄存器中被存為帶標志位的 16 位數(shù)，標志位 S 表示溫度是正是負，為正則 S=0，為負則 S=1, 如果 DS18B20 設(shè)定為 12 位結(jié)果，溫度寄存器中所有位將包含有數(shù)據(jù)；對于 11 位結(jié)果，0 位未定義；10位結(jié)果，0 位和 1 位未定義；9 位結(jié)果位 位 1 和位 0 未定義。由表 28 可知，檢測溫度由兩個字節(jié)組成，字節(jié) 1 的高 5 位 S 代表符號位，字節(jié) 0 的低 4 位是小數(shù)部分，中間 7 位是整數(shù)部分。主機通過讀寄存器命令（BEH） ，將溫度值讀出。表 28 溫度和數(shù)字量的關(guān)系溫 度 數(shù)字輸出（二進制） 數(shù)字輸出（十六進制）+1250C 0000 0111 1101 0000B 07D0H+850C 0000 0101 0101 0000B 0550H+ 0000 0001 1001 0001B 0191H表 29 DS18B20 內(nèi)部存儲器字 節(jié) ROM RAM0 產(chǎn)品代號（28H） 溫度低 8 位1 48 位器件序列號 溫度高 8 位2 48 位器件序列號 TH3 48 位器件序列號 TL4 48 位器件序列號 配置寄存器5 48 位器件序列號 保留6 48 位器件序列號 保留7 CRC 保留8 CRC11表 210 溫度存儲格式與配置寄存器控制字格式Bite7 Bite6 Bite5 Bite4 Bite3 Bite2 Bite1 Bite0字節(jié) 0 23 22 21 20 21 22 23 24字節(jié) 1 S S S S S 26 25 24字節(jié) 4 0 R1 R0 1 1 1 1 1 溫度報警信號 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與 TH，TL 作比較。因此，多只DS18B20 同時測量溫度并進行報警搜索，一旦某測溫點越限，主機利用報警搜索命令，即可識別正在報警的器件，并讀出其序列號。在每臺分機上都有一個登記注冊端口，DS18B20 在接入系統(tǒng)前，先接到登記注冊端口，確認后，CPU 將DS18B20 的物理位址(8 個 BYTE)讀出, 然后存入到 E2PROM 中剛才設(shè)定的邏輯地址上，DS18B20 在 E2PROM 中邏輯地址定義見表 211。因此掌握 DS18B20 的通信協(xié)議是使用該器件的關(guān)鍵。該協(xié)議定義了幾種信號類型：復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖時隙；寫“0”寫“1”時隙；讀“0”讀“1” 時隙。發(fā)送所有的命令和數(shù)據(jù)時，都是字節(jié)的低位在前，高位在后。在寫時隙期間，主機向 DS18B20 器件寫入數(shù)據(jù)，而在讀時隙期間，主機讀入來自 18B20的數(shù)據(jù)。（2）寫時隙當主機將單總線 DQ 從邏輯高（空閑狀態(tài)）拉為邏輯低時，即啟動一個寫時隙。寫 0和寫 1 時隙如圖 28 所示。寫“0”時隙 1 us〈T rec〈∞ 〉1 us 寫“1”時隙60~120 us VP–––––––––––––––––––––––––––––E2PROMTHTL配置寄存器A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A00 0 P1 P2 P3 L