SPCE061A在温度测量显示存储系统中的应用

分类：解决方案日期：2009-06-08 11:01:25 来源：

摘要：在工业生产和日常生活中，有的时候迫切需要知道某种环境、某种物体的温度，而且需要将它记录下来。更高的要求是，需要每隔一段时间记录时间与温度，将温度上传到PC机进行分析计算……。本方案讨论了使用凌阳科技公司的高性能SPCE061A单片机作为主控制器，采用一线制数字温度传感器DS18B20作为温度传感器，采用液晶1602作为显示器件，采用凌阳科技公司的SPR1024作为数据存储器的应用方案。该方案实现了目标温度的测量、显示、存储与PC机传输数据的功能，体现了SPCE061A强大的功能。

关键词：测温；单片机；SPCE061A；SPR1024；DS18B20；液晶1602；DS18B20

1 引言

　　在工业生产和日常生活中，有的时候迫切需要知道某种环境、某种物体的温度，而且需要将它记录下来。更高的要求是，需要每隔一段时间记录时间与温度，将温度上传到PC机进行分析计算……。本方案讨论了使用凌阳科技公司的高性能SPCE061A单片机作为主控制器，采用一线制数字温度传感器DS18B20作为温度传感器，采用液晶1602作为显示器件，采用凌阳科技公司的SPR1024作为数据存储器的应用方案。该方案实现了目标温度的测量、显示、存储与PC机传输数据的功能，体现了SPCE061A强大的功能。

2 技术指标及方案可行性论证

2.1 系统的技术指标

　　本系统的技术指标要求如下：
　　1. 采集温度，精度达到0.1℃；
　　2. 实时显示温度；
　　3. 具有温度数据存储功能，每隔10分钟存储一次，并且在存储的过程中通过液晶提示，要求可以存储30天的数据；
　　4. 具有UART通讯功能，可以将采集的温度实时的上传到PC机。

2.2 可行性论证

　　考虑到性价比，开发工具等等，选择凌阳SPCE061A作为主控制器。根据系统的技术指标，选择DS18B20作为温度传感器。该温度传感器具有多种精度测温模式，其中11位精度的测温模式可以达到0.0625的精度要求，满足系统的精度要求。采用液晶1602来显示温度，该液晶具有很好的性价比，为16*2的字符型液晶，驱动简单，可以进行实时显示。为了可以存储数据，外扩凌阳科技公司的SPR1024串行Flash作为存储器。该存储器为128K*8 bit的flash，系统要求每隔10分钟存储数据一次，30天共需存储30（天）*24（小时）*6（每小时6次）为4320次数据，由于数据为11位分为高低字节存放，共需要4320（次）*2（字节）为8640（字节），所以SPR1024完全满足要求，而且具有余量，可以进行扩展，例如将温度的时间也保存到SPR1024中，或者提高存储的频率，每隔5分钟存储一次等等。UART功能为SPCE061A具有的功能，扩展一个电平转换电路就可以实现与PC机通讯。综上所述，系统方案可行。

3 系统所用模块简介

　　本系统采用SPCE061A单片机作为主控制器，DS18B20作为温度传感器，SPR1024作为存储器件，液晶1602作为显示器件，下面将依次介绍这些模块。

3.1 SPCE061A芯片特性

3.1.1 SPCE061A简介

　　SPCE061A是凌阳科技研发生产的性价比很高的一款十六位单片机，该芯片拥有8路10位精度的ADC，两路10精度的DAC，只需要外接功放（SPY0030A）即可完成语音的播放。另外凌阳十六位单片机具有易学易用的效率较高的一套指令系统和集成开发环境。在此环境中，支持标准C语言，可以实现C语言与凌阳汇编语言的互相调用为软件开发提供了方便的条件。
SPCE061A片内还集成了一个ICE（在线仿真电路）接口，使得对该芯片的编程、仿真都变得非常方便，而ICE接口不占用芯片上的硬件资源，结合凌阳科技提供的集成开发环境（unSP IDE）用户可以利用它对芯片进行真实的仿真；而程序的下载（烧写）也是通过该接口进行下载。
　　下图为SPCE061A单片机的内部结构框图：

图 3.1 SPCE061A内部结构图

3.1.2 芯片特性

· 16位μ'nSP微处理器；
· 工作电压：内核工作电压VDD为3.0~3.6V(CPU)，IO口工作电压VDDH为VDD~5.5V(I/O)；
· CPU时钟：0.32MHz~49.152MHz；
· 内置2K字SRAM；
· 内置32K闪存ROM；
· 可编程音频处理；
· 晶体振荡器；
· 系统处于备用状态下(时钟处于停止状态)，耗电小于2μA@3.6V；
· 2个16位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)；
· 2个10位DAC(数-模转换)输出通道；
· 32位通用可编程输入/输出端口；
· 14个中断源可来自定时器A / B，时基，2个外部时钟源输入，键唤醒；
· 具备触键唤醒的功能；
· 使用凌阳音频编码SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容纳210秒的语音数据；
· 锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号；
· 32768Hz实时时钟；
· 7通道10位电压模-数转换器(ADC)和单通道声音模-数转换器；
· 声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器和自动增益控制(AGC)功能；
· 具备串行设备接口；
· 低电压复位(LVR)功和低电压监测(LVD)功能；
· 内置在线仿真(ICE，In- Circuit Emulator)接口。

3.2 SPCE061A精简开发板

　　SPCE061A精简开发板（简称61板），是以凌阳16位单片机SPCE061A为核心的精简开发－仿真－实验板，大小相当于一张扑克牌，是"凌阳科技大学计划"专为大学生、电子爱好者等进行电子实习、课程设计、毕业设计、电子制作及电子竞赛所设计的，也可作为单片机项目初期研发使用。61板除了具备单片机最小系统电路外，还包括有电源电路、音频电路（含MIC输入部分和DAC音频输出部分）、复位电路等，采用电池供电，方便学生随身携带！！！使学生在掌握软件的同时，熟悉单片机硬件的设计制作，锻炼学生的动手能力，也为单片机学习者和开发者创造了一个良好的学习条件和开发新产品的机会！ 61板上有调试器接口（Probe接口）以及下载线（EZ_Probe）接口，分别可接凌阳科技的在线调试器、简易下载线，配合unSP IDE，可方便地在板上实现程序的下载、在线仿真调试。
61板上的主要功能模块如下：
· SPCE061A单片机最小系统外围电路模块；
· 电源输入模块；
· 音频电路（包含MIC输入、DAC音频功放输出）模块；
· 按键模块；
· I/O端口接口模块；
· 调试、下载接口模块；
下图为61板的实物图：

图 3.2 61板实物图

3.3 DS18B20温度传感器简介

3.3.1 简介

　　DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO－92小体积封装形式；温度测量范围为－55℃～＋125℃,可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。
3.3.2 DS18B20的内部结构
　　DS18B20内部结构图 3.3所示，主要由4部分组成：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列如图 3.4所示，DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地，见图 3.9）。

图 3.3 DS18B20内部结构

图 3.4 DS18B20封装形式
　　ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，每个DS18B20的64位序列号均不相同。64位ROM排放循环冗余校验码（CRC=X8＋X5＋X4＋1）。ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。
　　DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量，用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。例如＋125℃的数字输出为07D0H，＋25.0625℃的数字输出为0191H，－25.0625℃的数字输出为FF6FH，－55℃的数字输出为FC90H。

3.3.3 DS18B20的工作时序

　　DS18B20的一线工作协议流程是：初始化→ROM操作指令→存储器操作指令→数据传输。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序，如图 3.5、图 3.6和图 3.7所示。

图 3.5 初始化时序

图 3.6 写时序

图 3.7 读时序

3.3.4 DS18B20与单片机的典型接口设计

　　可以采用外接电源与寄生电源供电（就是供电电源从数据线上得到）：

图 3.8 外接电源供电

图 3.9 寄生电源供电

3.4 SPR1024 Flash简介

3.4.1 芯片简介

　　SPR1024是128K*8bit的高性能Flash，内嵌有并行总线接口（BMI Bus Memory Interface）和串行总线接口（SIF Serial Interface）。工作电压在2.7V-3.6V，工作频率达到5MHz，最大读操作电流1mA，最大写操作/擦除电流4mA。在串行模式下，可以与SPCE061A单片机通过SIO方便连接。

3.4.2 芯片内部结构