摘 要：在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，有的時(shí)候迫切需要知道某種環(huán)境、某種物體的溫度，而且需要將它記錄下來。更高的要求是，需要每隔一段時(shí)間記錄時(shí)間與溫度，將溫度上傳到PC機(jī)進(jìn)行分析計(jì)算……。本方案討論了使用凌陽科技公司的高性能SPCE061A單片機(jī)作為主控制器，采用一線制數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為溫度傳感器，采用液晶1602作為顯示器件，采用凌陽科技公司的SPR1024作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的應(yīng)用方案。該方案實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)溫度的測量、顯示、存儲(chǔ)與PC機(jī)傳輸數(shù)據(jù)的功能，體現(xiàn)了SPCE061A強(qiáng)大的功能。

關(guān)鍵詞：測溫；單片機(jī)；SPCE061A；SPR1024；DS18B20；液晶1602；DS18B20

　　在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，有的時(shí)候迫切需要知道某種環(huán)境、某種物體的溫度，而且需要將它記錄下來。更高的要求是，需要每隔一段時(shí)間記錄時(shí)間與溫度，將溫度上傳到PC機(jī)進(jìn)行分析計(jì)算……。本方案討論了使用凌陽科技公司的高性能SPCE061A單片機(jī)作為主控制器，采用一線制數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為溫度傳感器，采用液晶1602作為顯示器件，采用凌陽科技公司的SPR1024作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的應(yīng)用方案。該方案實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)溫度的測量、顯示、存儲(chǔ)與PC機(jī)傳輸數(shù)據(jù)的功能，體現(xiàn)了SPCE061A強(qiáng)大的功能。

　　本系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)要求如下：
　　1. 采集溫度，精度達(dá)到0.1℃；
　　2. 實(shí)時(shí)顯示溫度；
　　3. 具有溫度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，每隔10分鐘存儲(chǔ)一次，并且在存儲(chǔ)的過程中通過液晶提示，要求可以存儲(chǔ)30天的數(shù)據(jù)；
　　4. 具有UART通訊功能，可以將采集的溫度實(shí)時(shí)的上傳到PC機(jī)。

　　考慮到性價(jià)比，開發(fā)工具等等，選擇凌陽SPCE061A作為主控制器。根據(jù)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)，選擇DS18B20作為溫度傳感器。該溫度傳感器具有多種精度測溫模式，其中11位精度的測溫模式可以達(dá)到0.0625的精度要求，滿足系統(tǒng)的精度要求。采用液晶1602來顯示溫度，該液晶具有很好的性價(jià)比，為16*2的字符型液晶，驅(qū)動(dòng)簡單，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。為了可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，外擴(kuò)凌陽科技公司的SPR1024串行Flash作為存儲(chǔ)器。該存儲(chǔ)器為128K*8 bit的flash，系統(tǒng)要求每隔10分鐘存儲(chǔ)數(shù)據(jù)一次，30天共需存儲(chǔ)30（天）*24（小時(shí)）*6（每小時(shí)6次）為4320次數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)為11位分為高低字節(jié)存放，共需要4320（次）*2（字節(jié)）為8640（字節(jié)），所以SPR1024完全滿足要求，而且具有余量，可以進(jìn)行擴(kuò)展，例如將溫度的時(shí)間也保存到SPR1024中，或者提高存儲(chǔ)的頻率，每隔5分鐘存儲(chǔ)一次等等。UART功能為SPCE061A具有的功能，擴(kuò)展一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路就可以實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)通訊。綜上所述，系統(tǒng)方案可行。

　　本系統(tǒng)采用SPCE061A單片機(jī)作為主控制器，DS18B20作為溫度傳感器，SPR1024作為存儲(chǔ)器件，液晶1602作為顯示器件，下面將依次介紹這些模塊。

　　SPCE061A是凌陽科技研發(fā)生產(chǎn)的性價(jià)比很高的一款十六位單片機(jī)，該芯片擁有8路10位精度的ADC，兩路10精度的DAC，只需要外接功放（SPY0030A）即可完成語音的播放。另外凌陽十六位單片機(jī)具有易學(xué)易用的效率較高的一套指令系統(tǒng)和集成開發(fā)環(huán)境。在此環(huán)境中，支持標(biāo)準(zhǔn)C語言，可以實(shí)現(xiàn)C語言與凌陽匯編語言的互相調(diào)用為軟件開發(fā)提供了方便的條件。
SPCE061A片內(nèi)還集成了一個(gè)ICE（在線仿真電路）接口，使得對(duì)該芯片的編程、仿真都變得非常方便，而ICE接口不占用芯片上的硬件資源，結(jié)合凌陽科技提供的集成開發(fā)環(huán)境（unSP IDE）用戶可以利用它對(duì)芯片進(jìn)行真實(shí)的仿真；而程序的下載（燒寫）也是通過該接口進(jìn)行下載。
　　下圖為SPCE061A單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖：

圖 3.1 SPCE061A內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

· 16位μ'nSP微處理器；
· 工作電壓：內(nèi)核工作電壓VDD為3.0~3.6V(CPU)，IO口工作電壓VDDH為VDD~5.5V(I/O)；
· CPU時(shí)鐘：0.32MHz~49.152MHz；
· 內(nèi)置2K字SRAM；
· 內(nèi)置32K閃存ROM；
· 可編程音頻處理；
· 晶體振蕩器；
· 系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時(shí)鐘處于停止?fàn)顟B(tài))，耗電小于2μA@3.6V；
· 2個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(可自動(dòng)預(yù)置初始計(jì)數(shù)值)；
· 2個(gè)10位DAC(數(shù)-模轉(zhuǎn)換)輸出通道；
· 32位通用可編程輸入/輸出端口；
· 14個(gè)中斷源可來自定時(shí)器A / B，時(shí)基，2個(gè)外部時(shí)鐘源輸入，鍵喚醒；
· 具備觸鍵喚醒的功能；
· 使用凌陽音頻編碼SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容納210秒的語音數(shù)據(jù)；
· 鎖相環(huán)PLL振蕩器提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)；
· 32768Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘；
· 7通道10位電壓模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器；
· 聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動(dòng)增益控制(AGC)功能；
· 具備串行設(shè)備接口；
· 低電壓復(fù)位(LVR)功和低電壓監(jiān)測(LVD)功能；
· 內(nèi)置在線仿真(ICE，In- Circuit Emulator)接口。

　　SPCE061A精簡開發(fā)板（簡稱61板），是以凌陽16位單片機(jī)SPCE061A為核心的精簡開發(fā)－仿真－實(shí)驗(yàn)板，大小相當(dāng)于一張撲克牌，是"凌陽科技大學(xué)計(jì)劃"專為大學(xué)生、電子愛好者等進(jìn)行電子實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、電子制作及電子競賽所設(shè)計(jì)的，也可作為單片機(jī)項(xiàng)目初期研發(fā)使用。61板除了具備單片機(jī)最小系統(tǒng)電路外，還包括有電源電路、音頻電路（含MIC輸入部分和DAC音頻輸出部分）、復(fù)位電路等，采用電池供電，方便學(xué)生隨身攜帶！！！使學(xué)生在掌握軟件的同時(shí)，熟悉單片機(jī)硬件的設(shè)計(jì)制作，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，也為單片機(jī)學(xué)習(xí)者和開發(fā)者創(chuàng)造了一個(gè)良好的學(xué)習(xí)條件和開發(fā)新產(chǎn)品的機(jī)會(huì)！ 61板上有調(diào)試器接口（Probe接口）以及下載線（EZ_Probe）接口，分別可接凌陽科技的在線調(diào)試器、簡易下載線，配合unSP IDE，可方便地在板上實(shí)現(xiàn)程序的下載、在線仿真調(diào)試。
61板上的主要功能模塊如下：
· SPCE061A單片機(jī)最小系統(tǒng)外圍電路模塊；
· 電源輸入模塊；
· 音頻電路（包含MIC輸入、DAC音頻功放輸出）模塊；
· 按鍵模塊；
· I/O端口接口模塊；
· 調(diào)試、下載接口模塊；
下圖為61板的實(shí)物圖：

圖 3.2 61板實(shí)物圖

　　DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO－92小體積封裝形式；溫度測量范圍為－55℃～＋125℃,可編程為9位～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達(dá)0.0625℃，被測溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可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。以上特點(diǎn)使DS18B20非常適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)。
3.3.2 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
　　DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 3.3所示，主要由4部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列如圖 3.4所示，DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地，見圖 3.9）。

圖 3.3 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖 3.4 DS18B20封裝形式
　　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DS18B20的地址序列碼，每個(gè)DS18B20的64位序列號(hào)均不相同。64位ROM排放循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8＋X5＋X4＋1）。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。
　　DS18B20中的溫度傳感器完成對(duì)溫度的測量，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0.0625℃/LSB形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位。例如＋125℃的數(shù)字輸出為07D0H，＋25.0625℃的數(shù)字輸出為0191H，－25.0625℃的數(shù)字輸出為FF6FH，－55℃的數(shù)字輸出為FC90H。

　　DS18B20的一線工作協(xié)議流程是：初始化→ROM操作指令→存儲(chǔ)器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸。其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序，如圖 3.5、圖 3.6和圖 3.7所示。

圖 3.5 初始化時(shí)序

圖 3.6 寫時(shí)序

圖 3.7 讀時(shí)序

　　可以采用外接電源與寄生電源供電（就是供電電源從數(shù)據(jù)線上得到）：

圖 3.8 外接電源供電

圖 3.9 寄生電源供電

　　SPR1024是128K*8bit的高性能Flash，內(nèi)嵌有并行總線接口（BMI Bus Memory Interface）和串行總線接口（SIF Serial Interface）。工作電壓在2.7V-3.6V，工作頻率達(dá)到5MHz，最大讀操作電流1mA，最大寫操作/擦除電流4mA。在串行模式下，可以與SPCE061A單片機(jī)通過SIO方便連接。

圖 3.10 SPR1024內(nèi)部結(jié)構(gòu)
更詳細(xì)資料參考SPR1024 DataSheet。

　　顯示容量：32個(gè)字符，每個(gè)字符為5*7點(diǎn)陣，分2行，每行16列
　　芯片工作電壓：4.5-5.5V
　　工作電流：2mA（5.0V）
　　模塊最佳工作電壓：5.0V
　　字符尺寸：2.95*4.35（W*H）mm