如何制作数字温度计

现在您对Stamp和液晶显示屏有了初步的了解，我们再加一个元件就可以制作一支数字温度计。 制作数字温度计需要用到芯片DS1620。 该芯片包含：

• 一个温度传感器
• 一个用于温度感应设备的模拟数字转换器
• 一个用于从模数转换器读取数据的移位寄存器
• 一个用于保存设置的小型电可擦除只读存储器

DS1620有两种工作模式： 一种作为独立的恒温芯片；另一种则是与计算机相连作温度计使用。 电可擦除只读存储器用来保存当前的工作模式和恒温模式设定值。

DS1620与Stamp的连接十分简单。 该芯片有8根引脚。从Stamp引出的5伏以上电源接入DS1620的8号引脚； 电源地线接DS1620的4号引脚。3根Stamp输入输出引脚驱动DS1620的以下三根引脚：

• 1 号引脚为数据线。 通过该引脚读写数据。
• 2 号引脚为时钟引脚。 为移位寄存器移入移出数据提供时钟。
• 3 号引脚为复位、片选信号。 该引脚置高电平，选通芯片。

例程代码中，假设：

• 数据线连接Stamp的2号输入输出引脚。
• 时钟引脚连接Stamp的1号输入输出引脚。
• 复位、片选信号由Stamp的0号输入输出引脚提供。

完整连线如下图所示：

你可以将DS1620芯片安装在Stamp的母板的实验建模区，也可以装在单独的面包板上。安装完毕，将液晶显示屏与Stamp的3号输入输出引脚相连，载入并运行下面的程序：

 
symbol RST = 0 ' 定义复位、选通1620芯片引脚编号
symbol CLK = 1 ' 定义连接1620芯片移位寄存器的时钟引脚编号
symbol DQ = 2  ' 定义连接1620芯片数据线的引脚编号
symbol DQ_PIN = pin2 ' 定义2号引脚为数据线
symbol LCD = 3 ' 定义液晶显示屏数据线引脚编号
 
begin: 
low RST     ' 不用时，不选通1620芯片
high CLK    ' 1620芯片时钟引脚默认为高电平
pause 1000  ' 等待温度计与显示屏的引导启动
 
setup: 
high RST        ' 选通1620芯片
b0 = $0C        ' $0c 是1620的命令字节
                '   意思是“写入设定”
gosub shift_out ' 发送至1620芯片
b0 = %10        ' %10 是1620的命令字节
                '   设定温度计工作模式
gosub shift_out ' 发送至1620芯片
low RST         ' 不选通1620芯片
pause 50        ' 延时50毫秒，等待电可擦除只读存储器
 
start_convert: 
b0 = $EE        ' $EE 是1620的命令字节
                '   启动模数转换
high RST        ' 选通1620芯片
gosub shift_out ' 发送至1620芯片
low RST         ' 不选通1620芯片
 
' 以下为主循环程序
' -- 每秒读取并显示温度
main_loop: 
  high RST        ' 选通1620芯片
  b0 = $AA        ' $AA 为1620命令字节
                  '   温度信号采样
  gosub shift_out ' 发送至1620芯片
  gosub shift_in  ' 从1620读取
                  '   温度数值
  low RST         ' 不选通DS1620。 
  gosub display   ' 用摄氏度单位显示温度
  pause 1000      ' 等待一秒
goto main_loop 
 
' shift_out 子程序将b0字节中的内容
' 发送至 1620 芯片
shift_out: 
output DQ           ' 设置数据线为
                    ' 输出模式
for b2 = 1 to 8 
  low CLK           ' 准备1620发送数据所需的时钟
                     
  DQ_PIN = bit0     ' 发送数据位
  high CLK          ' 数据位送至1620
  b0 = b0/2         ' 将所有位
                    '   朝bit0右移
next 
return 
 
' shift_in 子例程从 1620 中
' 得到 9 位的温度读数
shift_in: 
input DQ            ' 设置数据线设置为
                    '   输入模式
w0 = 0              ' 变量w0清零
for b5 = 1 to 9 
  w0 = w0/2         ' 输入数据右移。 
  low CLK           ' 向1620请求下一位
  bit8 = DQ_PIN     ' 读取位
  high CLK          ' 时钟信号引脚切换为高电平
next 
return 
 
' 以摄氏度单位显示温度
display: 
if bit8 = 0 then pos      ' 如果bit8=1
                          '   温度为负值
  b0 = b0 and/ b0           ' 通过对自身的与非操作
                          ' 对b0取反
  b0 = b0 + 1 
pos: 
serout LCD, n2400, (254, 1)    ' 清除液晶显示屏
serout LCD, n2400, ("Temp = ") ' 在显示屏上
                               ' 显示“Temp=”
bit9 = bit0                    ' 保存0.5度
b0 = b0 / 2                    ' 换算成度数
if bit8 = 1 then neg           ' 判断温度是否为负值
  serout LCD, n2400, (#b0)     ' 显示正温度
  goto half 
neg: 
  serout LCD, n2400, ("-", #b0)' 显示负温度
half: 
  if bit9 = 0 then even 
    serout LCD, n2400, (".5 C") ' 显示 .5度
    goto done 
even: 
    serout LCD, n2400, (".0 C") ' 显示 .0度
done: 
return 

运行这个程序，你会发现这一温度计是以0.5度的精度，以摄氏度为单位显示温度。

DS1620芯片测量温度的精度为0.5摄氏度。这个芯片用9位2-补码二进制数表示华氏-110至250度（摄氏-55至125度）范围内的温度。把接收到的数值除以2就是实际温度的数值。2-补码是一种表示负值的便捷方法。下面列出了4位2-补码四位二进制数据所代表的数值：

 
0111 : 7 
0110 : 6 
0101 : 5 
0100 : 4 
0011 : 3 
0010 : 2 
0001 : 1 
0000 : 0 
1111 : -1 
1110 : -2 
1101 : -3 
1100 : -4 
1011 : -5 
1010 : -6 
1001 : -7 
1000 : -8 

通常用四位二进制数表示0到15的数值，而四位2-补码二进制数表示-8到7。最左边一位决定了数值的正负。如果数值为负，我们可以通过把其他各位取反加1的方法，得到其绝对值。

以下是上述数字温度计程序执行的操作：

1. 使用symbol关键字设置若干常量，使程序更易于阅读（也更容易把芯片与其他不同的输入输出引脚相连）。
   
2. 设定DS1620芯片的时钟和复位引脚信号为预期值。
   
3. 通过向DS1620的电可擦除只读存储器写入命令字节，使其工作在“温度计模式”。你只需要进行一次这样的操作，严格地说你在运行过一次程序之后，就可以把这段代码删掉了（出于节省程序存储空间考虑），因为这种工作模式已经保存在电可擦除只读存储器中。
   
4. 程序发送指令$EE（“$”表示十六进制数，$EE转换成十进制为238），启动温度计的模数转换。

之后，程序进入循环。 每秒向DS1620芯片发出指令获取目前温度信号，读取 DS1620返回的9位的数据，将其保存在变量w0中。Stamp通过切换时钟信号一次发送或接收一位数据信号，与DS1620通信。变量w0（16位）与b0/b1（8位）与 bit0/bit1/.../bit15（1位）占有相同的存储空间，当我们从bit8开始插入从DS1620 获取的位数据，并将w0变量除以2时，实际上我们就是在将数据右移，以便把从 DS1620获取的9位温度信号保存在变量w0中。 温度保存在w0中之后，display子例程判断读数的正负，然后以摄氏度为单位，在液晶显示屏上正确显示读数。 摄氏度到华氏度的单位换算如下：

dF=dC*9/5+32

这样，我们就完成了一个非常昂贵的温度计的制作。 它有些什么用途呢？ 这有一个好主意。 例如你在一家制药公司工作，需要在全国范围内运输药品，药品运输全程温度要保持恒定，否则药品会失效。 你可以用 Stamp 制作一台温度数据记录仪。 Jameco公司（部件号143811）和Parallax公司（部件号27960）都出售称为“RAM 封装模块”的元件。 它包含具备串行接口的低功耗8千字节（也可以选择32千字节）RAM芯片。 可以给你的Stamp配上该元件（或相似产品），编写代码，每分钟将读取的温度数值保存在随机存取存储器中。 然后，你可以将 Stamp随药品一起打包，在运输过程结束时取回Stamp。 RAM模块会包含整个运输过程的温度历史记录，通过记录你可以知道药品是否解冻过。

掌握微控制器的工作原理之后，你可以借助Stamp制作出大量类似这样的小巧实用的设备。