摘  要：在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，有的時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，需要每隔一段時間記錄時間與溫度，將溫度上傳到PC機(jī)進(jìn)行分析計算……。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)存儲器的應(yīng)用方案。該方案實現(xiàn)了目標(biāo)溫度的測量、顯示、存儲與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

1 引言

　　在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，有的時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，需要每隔一段時間記錄時間與溫度，將溫度上傳到PC機(jī)進(jìn)行分析計算……。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)存儲器的應(yīng)用方案。該方案實現(xiàn)了目標(biāo)溫度的測量、顯示、存儲與PC機(jī)傳輸數(shù)據(jù)的功能，體現(xiàn)了SPCE061A強(qiáng)大的功能。

2 技術(shù)指標(biāo)及方案可行性論證

2.1 系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)

　　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. 實時顯示溫度；
　　3. 具有溫度數(shù)據(jù)存儲功能，每隔10分鐘存儲一次，并且在存儲的過程中通過液晶提示，要求可以存儲30天的數(shù)據(jù)；
　　4. 具有UART通訊功能，可以將采集的溫度實時的上傳到PC機(jī)。

2.2 可行性論證

　　考慮到性價比，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比，為16*2的字符型液晶，驅(qū)動簡單，可以進(jìn)行實時顯示。為了可以存儲數(shù)據(jù)，外擴(kuò)凌陽科技公司的SPR1024串行Flash作為存儲器。該存儲器為128K*8 bit的flash，系統(tǒng)要求每隔10分鐘存儲數(shù)據(jù)一次，30天共需存儲30（天）*24（小時）*6（每小時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，例如將溫度的時間也保存到SPR1024中，或者提高存儲的頻率，每隔5分鐘存儲一次等等。UART功能為SPCE061A具有的功能，擴(kuò)展一個電平轉(zhuǎn)換電路就可以實現(xiàn)與PC機(jī)通訊。綜上所述，系統(tǒng)方案可行。

3 系統(tǒng)所用模塊簡介

　　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作為存儲器件，液晶1602作為顯示器件，下面將依次介紹這些模塊。

3.1 SPCE061A芯片特性

3.1.1 SPCE061A簡介

　　SPCE061A是凌陽科技研發(fā)生產(chǎn)的性價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ICE（在線仿真電路）接口，使得對該芯片的編程、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）用戶可以利用它對芯片進(jìn)行真實的仿真；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

3.1.2 芯片特性

· 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(時鐘處于停止?fàn)顟B(tài))，耗電小于2μA@3.6V；
· 2個16位可編程定時器/計數(shù)器(可自動預(yù)置初始計數(shù)值)；
· 2個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個中斷源可來自定時器A / B，時基，2個外部時鐘源輸入，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)時鐘信號；
· 32768Hz實時時鐘；
· 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。

3.2 SPCE061A精簡開發(fā)板

　　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－實驗板，大小相當(dāng)于一張撲克牌，是"凌陽科技大學(xué)計劃"專為大學(xué)生、電子愛好者等進(jìn)行電子實習(xí)、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、電子制作及電子競賽所設(shè)計的，也可作為單片機(jī)項目初期研發(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，熟悉單片機(jī)硬件的設(shè)計制作，鍛煉學(xué)生的動手能力，也為單片機(jī)學(xué)習(xí)者和開發(fā)者創(chuàng)造了一個良好的學(xué)習(xí)條件和開發(fā)新產(chǎn)品的機(jī)會！ 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板的實物圖：

圖 3.2 61板實物圖

3.3 DS18B20溫度傳感器簡介

3.3.1 簡介

　　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。以上特點使DS18B20非常適用于遠(yuǎn)距離多點溫度檢測系統(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DS18B20的64位序列號均不相同。64位ROM排放循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X8＋X5＋X4＋1）。ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。
　　DS18B20中的溫度傳感器完成對溫度的測量，用16位符號擴(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。

3.3.3 DS18B20的工作時序

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

3.3.4 DS18B20與單片機(jī)的典型接口設(shè)計

　　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

3.4 SPR1024 Flash簡介

3.4.1 芯片簡介

　　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。

3.4.2 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)

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

3.5 液晶1602簡介

3.5.1 技術(shù)參數(shù)

　　顯示容量：32個字符，每個字符為5*7點陣，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

3.5.2 接口信號說明

3.5.3 讀寫時序

讀操作時序
圖 3.11讀操作時序
圖 3.12 寫操作時序
　　時序參數(shù)：

3.5.4 典型應(yīng)用

圖 3.13 1602與單片機(jī)典型接口

4 系統(tǒng)總體方案介紹

　　本系統(tǒng)由一塊SPCE061A精簡開發(fā)板（61板）、一線制數(shù)字溫度傳感器DS18B20、128K*8bit Flash SPR1024、液晶1602和外擴(kuò)UART串口電平轉(zhuǎn)換電路組成，可以實現(xiàn)溫度的測量、顯示、存儲與PC機(jī)通訊等功能。此系統(tǒng)以SPCE061A為核心，由測溫模塊、顯示模塊、存儲模塊等構(gòu)成。
硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 4.1所示。
圖 4.1 硬件結(jié)構(gòu)圖
SPCE061A與其它器件連接圖：

圖 4.2系統(tǒng)連線圖
5 系統(tǒng)硬件設(shè)計

5.1 SPCE061A周邊模塊

5.1.1 SPCE061A最小系統(tǒng)

　　SPCE061A最小系統(tǒng)當(dāng)中，包括SPCE061A芯片外圍的基本模塊，有：晶振輸入模塊（OSC）、鎖相環(huán)外圍電路（PLL）、復(fù)位電路（RESET）、指示燈（LED）等，如下圖所示。
圖 5.1 SPCE061A最小系統(tǒng)
　　本系統(tǒng)，有關(guān)SPCE061A單片機(jī)的最小系統(tǒng)的各個模塊都做在61板當(dāng)中，讀者可以查閱61板的電路原理圖。

5.1.2 電源模塊

　　SPCE061A的內(nèi)核供電為3.3V，而I/O端口可接3.3V也可以接5V，所以在電源模塊（61板上）中有一個端口電平選擇跳線，如圖中的J5，下圖為61板上的電源模塊圖。
圖 5.2 電源模塊

5.2 DS18B20電路連接

　　由于DS18B20是一線制數(shù)字溫度傳感器，在與SPCE061A連接的時候非常的方便。
圖 5.3DS18B20的電路

5.3 液晶1602電路連接

　　由于液晶1602已經(jīng)是一個模塊，在這里只介紹與61板的連線圖：
圖 5.4液晶1602與61板連線

5.4 SPR1024電路連接

參考下面的電路圖：
圖 5.5 SPR1024電路圖
6 系統(tǒng)軟件設(shè)計

6.1 主程序設(shè)計

　　主程序流程如圖 6.1所示。
圖 6.1 主程序流程圖
　　主函數(shù)比較簡單，在程序開始后將系統(tǒng)時鐘調(diào)到24.576M，程序中操作液晶1602與DS18B20需要嚴(yán)格的讀寫控制時許，其中軟件延時就是按照這個時鐘計算的。然后初始化IO端口，打開2Hz中斷，為了定時10分鐘做準(zhǔn)備。調(diào)用開機(jī)顯示界面，在液晶1602上顯示www.unsp.com.cn/TEL62981668-2965字樣，持續(xù)一段時間，重新初始化液晶1602，初始化SIO與UART，為使用SIO，UART做準(zhǔn)備。然后進(jìn)入循環(huán)，調(diào)用測溫函數(shù)測溫，調(diào)用顯示函數(shù)顯示，調(diào)用發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)，判斷是否是設(shè)定的時間（10分鐘），如果是調(diào)用存儲函數(shù)存儲數(shù)據(jù)，如果不是直接執(zhí)行下一步清看門狗操作，然后繼續(xù)循環(huán)。

6.2 子程序的設(shè)計

6.2.1 測溫子程序

圖 6.2 測溫子程序子程序
　　在測溫時首先設(shè)置DS18B20的DQ為高電平，然后初始化DS18B20，在成功后DS18B20接收單片機(jī)的命令，為了簡單起見這里跳過ROM命令設(shè)置匹配過程，然后再次初始化DS18B20在成功后啟動測溫，然后將溫度保存起來，返回。其中讀寫DS18B20的驅(qū)動程序在DS18B20.c文件中，可以參考DS18B20的讀寫時序圖來理解程序。
6.2.2 顯示子程序
　　在測得溫度后，將溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)的溫度表示，然后再通過查表（在c語言中是一個數(shù)組，參考程序中在Display函數(shù)中，Data[10]數(shù)組）調(diào)用液晶1602顯示在液晶上，這里面比較簡單，數(shù)據(jù)處理類似于由二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，再由十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為ASCII碼，讀者可以參考相關(guān)的說明。液晶顯示驅(qū)動程序在LCD1602_Driver .asm 文件中。
6.2.3 存儲子程序
　　調(diào)用SPR1024的用戶函數(shù)，完成存儲功能，存儲的數(shù)據(jù)沒有經(jīng)過轉(zhuǎn)換，只是將溫度數(shù)據(jù)分為高低字節(jié)分兩次存儲。SPR1024的驅(qū)動程序在SPR1024_Driver.asm文件中。
6.2.4 UART通訊子程序
　　通訊子程序采用查詢的方法，數(shù)據(jù)格式為先發(fā)數(shù)據(jù)0xAA，然后是溫度數(shù)據(jù)的高字節(jié)，溫度數(shù)據(jù)的低字節(jié)，最后是0x55結(jié)束。UART操作的函數(shù)在UART.c文件中。
 
6.2.5 中斷的處理
　　在程序中打開2Hz的中斷作為計時使用，設(shè)置全局變量g_Min10為計數(shù)器，每進(jìn)入中斷一次計數(shù)加一。在主函數(shù)中判斷是否到預(yù)定值（10分鐘），如果到了，將變量清0，重新開始計數(shù)。

7 結(jié)語
　　本系統(tǒng)以SPCE061A單片機(jī)為控制核心，利用其強(qiáng)大的處理能力，以及豐富的外圍接口，再配合DS18B20溫度傳感器、液晶1602、SPR1024，很好的完成了溫度的測量、顯示、存儲與PC機(jī)通訊的功能，為溫度系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了一種解決方案。
　　SPCE061A的IOA口低8位還沒有使用，IOB口的許多IO口也沒有使用，可以擴(kuò)展1*8或4*4鍵盤增加人機(jī)交互功能，實現(xiàn)溫度的查詢。在外擴(kuò)時間芯片可以記錄溫度的時間，這樣整個系統(tǒng)具有更加實用的意義。