【正文】 傳送到其他數(shù)據(jù)設(shè)備。 (2)采用適當?shù)目刂品椒▽崿F(xiàn)當設(shè)定溫度或環(huán)境溫度突變時，減小系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間和超調(diào)量。 (3)溫度控制的靜態(tài)誤差 ? 。 3 2 系統(tǒng)框圖和方案論證 總體方案論證 本題目是設(shè)計制作一個具有語音播報功能的水溫控制系統(tǒng)。 要求能在 20℃40℃范圍內(nèi)設(shè)定控制水溫，并具有較好的快速性和較小的 超調(diào)，以及十進制數(shù)碼管顯示等功能。根據(jù)題目要求，我們提出以下兩種方案： 方案 1： 采用凌陽十六位單片機 SPCE061A實現(xiàn)溫度控制，溫度信號由 PT1000和電壓放大電路提供。通過 PID 算法實現(xiàn)對電爐功率和水溫控制。同時，具有溫度數(shù)字語音播報和顯示。 方案 2：采用單片機 AT89C51 為核心。采用 DS18B20 進行數(shù)據(jù)采集，芯片ISD4004 實現(xiàn)語音播報功能。使用單片機具有編程靈活，控制簡單的優(yōu)點，使系統(tǒng)能簡單的實現(xiàn)溫度的控制及顯示，并且通過軟件編程能實現(xiàn)各種控制算法使系統(tǒng)還具有控制精度高的特點。 比較上述兩種方 案， 雖然方案 1SPCE061A 單片機內(nèi)置 8路 ADC,2 路 DAC,且集成開發(fā)環(huán)境中，配有很多語音播放函數(shù)，用 SPCE061A 實現(xiàn)語音播放極為方便 ，但是由于凌陽單片機與我們之前所學(xué)的 MCS5 系列單片機在結(jié)構(gòu)、性能及指令系統(tǒng)方面相差較大，另 PID 算法也不熟悉，學(xué)習(xí)使用起來較費力。 方案 2 中使用的單片機及各芯已熟悉其結(jié)構(gòu)功能，并具有控制簡單、控制溫度精度高的特點，因此本設(shè)計電路采用方案 2。 系統(tǒng)框圖 圖 從功能模塊上來看，此系統(tǒng)電路可分為： 主機電路、數(shù)據(jù)采集電路、鍵盤 AT89C51 鍵盤設(shè)定 數(shù)據(jù)采集DS18B20 游泳池水 顯示電路 LED 語音播報ISD4004 報警電路 控制電路 水泵 4 顯示電路、語音播報電路、控制執(zhí)行電路以及報警電路。系統(tǒng)框圖如圖 。 各部分電路方案論證 現(xiàn)將各部分主要元件及電路做以下的論證： 數(shù)據(jù)采集部分 方案 1：采用溫度傳感器 AD590 和 ADC0809 芯片。 ADC0809 是一種 8 路模擬輸入的 8路逐次漸逼式 A/D 轉(zhuǎn)換器件，是 28引腳 DIP 封裝的芯片，其引腳排列圖如圖 所示。其內(nèi)部有 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換電路和 8 路模擬開關(guān)，其作用可根據(jù)地址譯碼信號來選擇 8 路模擬輸入，使 8 路模擬輸入共用一個 A/D 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，可以直 接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。 圖 ADC 0809引腳排列圖 AD590 具有體積小、質(zhì)量輕、線形度好、性能穩(wěn)定等優(yōu)點。其測量范圍在50℃ +150℃，滿刻度范圍誤差為177。 ℃，當電源電壓在 5— 10V 之間，穩(wěn)定度為 1﹪時，誤差只有177。 ℃，其各方面特性都滿足此系統(tǒng)的設(shè)計要求。此外 AD590 是溫度 電流傳感器，對于提高系統(tǒng)抗干擾能力有很大的幫助。 5 方案 2：采用溫度傳感器 AD590 和 ADC0832 芯片。 ADC0832 是 NS(National Semiconductor)公司生產(chǎn)的具有 Microwire/Plus 串行接口的 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，通過三線接口與單片機連接，功耗低，性能價格比較高，適宜在袖珍式智能儀器中使用。圖 為 AT89C51 與 ADC0832 的 SPI 串行接口方式，將 DO和 DI分別接于 和 引腳。 圖 AT89C51與 ADC0832接口 方案 3：采用 DS18B20芯片。 DSB1820能夠直接讀出被測溫度，不需要任何外圍器件，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 9～ 12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式。 可以分別在 93175 m s 和 750 m s 內(nèi)完成 9 位和 12 位的數(shù)字量 , 并且從DS18B20 讀出的信息或?qū)懭?DS18B20 的信息僅需要一根口線 (單線接口 ) 讀寫 , 溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線 , 總線本身也可以向所掛接的 DS18B20 供電 , 而無需額外電源。 比較這 3 種方案，方案 1 采用并行接口，轉(zhuǎn)換快，但考慮到此設(shè)計中所用外圍芯片較多， I/O 接口不足，雖然 ADC0832 與單片機只有三線接口，但方案 2 都需要外接器件 AD590 進行數(shù)據(jù)采集。 使用 DS18B20 比 AD590 精度低 （其 固有測溫分辨 率為 ℃，測量游泳池水溫已夠用 ），但比較圖 和圖 可知DS18B20 線路簡單 ，不需要輔助電路 ，編程容易 。 DO DI CH0 CLK CS AT89C51 ADC0832 6 鍵盤顯示部分 控制與顯示電路是反映電路性能、外觀的最直觀部分，所以此部分電路設(shè)計的好壞直接影響到電路的好壞。 方案 1：采用可編程控制器 8279 與數(shù)碼管及地址譯碼器 74LS138 組成，可圖 AD590、 ADC0832與單片機組成的數(shù)據(jù)采集電路接口示意圖 圖 DS18B20 與單片機的接口示意圖 7 編程 /顯示器件 8279 實現(xiàn)對按鍵的掃描、消除抖動、提供 LED的顯示信號，并對 LED 顯示控制。用 8279 和鍵盤組成的人機控制平臺，能夠方便的進行控制單片機的輸出。 方 案 2：采用單片機 AT89C51的 I/O口直接和按鍵連接，用軟件查詢和外部中斷相結(jié)合的方法設(shè)計，低電平有效。顯示采用 2位共陽 LED動態(tài)顯示方式，顯示內(nèi)容有溫度值的十位、個位。 2個數(shù)碼管共用同一個段碼輸出口，通過片選端口分時輪流通電。 對比兩種方案可知，方案 1 雖然也能很好的實現(xiàn)電路的要求，但考慮到電路設(shè)計的成本和電路整體的性能，我們采用方案 2。方案 2 接線簡單，程序編寫也容易。 8 3 AT89C51 單片機 AT89C51 是美國 ATMWEL 公司生產(chǎn)的低電壓、高性能 CMOS 8 位單片 機，片內(nèi)含 4K byes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（ PEROM）和 128bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMWEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大 AT89C51 單片機可提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用與各種控制領(lǐng)域。 其主要工作特性是： 內(nèi)含 4KB 的 Flash 存儲器，擦寫次數(shù) 1000 次； 內(nèi)含 128 字節(jié)的 RAM； 具有 32 根可編程 I/O 線； 具有 2 個 16 位可編程定時器； 具有 6 個中斷源、 5 個中斷矢量、 2 級優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)； 具有 1 個全雙工的可編程串行通信接口； 兩種低功耗工作模式，即空閑模式和掉電模式； 具有可編程的 3 級程序鎖定位； AT89C51 的工作電源電壓為 5（ 1177。 ） V 且典型值為 5V， AT89C51 的工作電源為 ～ 6V，是低電壓單片機； AT89C51 最高工作頻率為 24MHz。 單片機的基本組成 單片機的基本組成如圖 所示。 中央處理器 單片機的中央處理器（ CPU）是單片機的核心，完成運算和控制操作。中央處理 器包括運算器和控制器兩部分。 單片機 CPU 和通用微處理器基本相同，只是增加了“面向控制”的處理功能，如位處理器、查表、多種跳轉(zhuǎn)等。 （ 1）運算器 9 運算器主要用來實現(xiàn)算術(shù)、邏輯運算和位操作。其中包括算術(shù)和邏輯運算單元 ALU、累加器 ACC、 B寄存器、程序控制字 PSW 和兩個暫存器等。 圖 AT89C51的基本組成 （ 2）控制器 控制器是識別指令并根據(jù)指令性質(zhì)協(xié)調(diào)計算機內(nèi)各組成單元進行工作的部件?？刂破髦饕ǔ绦蛴嫈?shù)器 PC、 PC增量其、指令寄存器、指令譯碼器、定時及控制邏輯電路等。其功能是控制指令的讀入 、譯碼和執(zhí)行，并對指令執(zhí)行過程進行定時和邏輯控制。 存儲器 10 單片機內(nèi)部的存儲器分為程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。 程序存儲器主要用來存儲指令代碼和一些常數(shù)及表格。標準型 AT89 單片機的程序存儲器采用 4 KB 的快速擦寫存儲器 Flash Memory,編程和擦除完全是電氣實現(xiàn)。編程和擦除速度快，可以使用通用的編程器脫機編程，也可在線編程。 在單片機中，用隨機存儲器 RAM 來存儲程序運行期間的工作變量和數(shù)據(jù)，所以又稱為數(shù)據(jù)存儲器。標準型 AT89 單片機含有 128 8位 RAM，采用單字節(jié)地址。實際上片內(nèi)的字節(jié)地址 空間是 26個（ 00H～ FFH），其中高 128字節(jié)地址（ 80H～FFH）被特殊功能寄存器 SFR 占用，用戶只能使用低 128 字節(jié)單元（ 00H～ 7FH）來存放可讀 /寫的數(shù)據(jù)。 外圍接口電路 CPU 與外部設(shè)備的信息交換都要通過接口電路進行。這主要是為了解決 CPU的高速處理能力和外部設(shè)備低速運行之間的速度匹配問題，并可以有效的提高CPU 的工作效率；同時也提高了 CPU 的對外驅(qū)動能力。輸出接口電路具有鎖存器和驅(qū)動器，輸入接口電路具有三態(tài)門控制，成為接口電路的基本特征。 AT89C51 單片機的外圍接口電路主要包括 ： 4 個可編程并行 I/O 口， 1個可編程串行口， 2 個 16 位的可編程定時器以及中斷系統(tǒng)等。 時鐘震蕩電路 時鐘振蕩電路是 CPU 所需要的各種定時控制信號的必備單元。 CPU 只有在時序信號和控制信號的協(xié)調(diào)工作下，才能執(zhí)行各種指令。 單片機芯片內(nèi)部有時鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。 AT89C51的晶振頻率最高為 24MHz。 引腳排列及功能 AT89C51 單片機的封裝形式有 PDIP,TQFP 和 PLCC 等。圖 為 PDIP 封裝的引腳排列圖。 11 圖 AT89C51引腳排列（ PDIP） I/O 口線 P0口 8位，漏極開路的雙向 I/O 口。 當使用片外存儲器及外擴 I/O 口時， P0口作為低字節(jié)地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用線。在編程時， P0 口可用于接收指令代碼字節(jié)；在程序校驗是， P0 口可輸出指令字節(jié)（這時需要加外部上拉電阻）。 P0 口也可做通用 I/O 口使用，但需加上拉電阻，變?yōu)闇孰p向口。當作為普通輸入時，應(yīng)將輸出鎖存器置 口可驅(qū)動 8個 TTL 負載。 P1 口 8 位、準雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻。 P1 口是為用戶準備的 I/O 雙向口。在編程和校驗時，可用做輸入低 8位地址。用做輸入時 ，應(yīng)先將輸出鎖存器置 1。 P1 口可驅(qū)動 4個 TTL 負載。 P2 口 8 位、準雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻。 當使用片外存儲器或外擴 I/O 口時， P2 口輸出高 8 位地址。在編程 /校驗時，P2 口可接收高字節(jié)地址和某些控制信號。 12 P2 口也可做普通 I/O 口使用。用做輸入時，應(yīng)先將輸出鎖存器置 1。 P2 口也可驅(qū)動 4 個 TTL 負載。 P3 口 8 位、準雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻。 P3 口可做普通 I/O 口使用。用做輸入時，應(yīng)先將輸出鎖存器置 1。在編程 /校驗時， P3 口接收某些控制信號。它可驅(qū)動 4 個 TTL負載。 P3 口 還提供各種替代功能，如表 所列 。 表 31 P3口替代功能 引腳 替代功能 說明 RXD 串行數(shù)據(jù)接收 TXD 串行數(shù)據(jù)發(fā)送 0INT 外部中斷 0 申請 1INT 外部中斷 1 申請 T0 定時器 0外部事件計數(shù)輸入 T1 定時器 1外部事件計數(shù)輸入 WR 外部 RAM 寫選通 RD 外部 RAM 讀選通 控制信號線 RST復(fù)位輸入信號，高電平有效。在振蕩器穩(wěn)定工作室，在 RST 腳施加兩個機器周期（即 24 個晶振周期）以上的高電平，將器件復(fù)位。 EA /VPP外部程序存儲器訪問允許信號 EA(External Access Enable)。 當 EA 信號接地時，對 ROM的讀操作限定在外部程序存儲器，地址為 0000H～FFFFH；當 EA接 VCC 時，對 ROM 的讀操作從內(nèi)部程序存儲器開始，并可延續(xù)至外部程序存儲器。 在編程時，該引腳可接編程電壓（ AT89C51 的 VPP 為 5V 或 12V）。在編程校驗時，該引腳可接 VCC。 13 PSEN 片外程序存儲器讀選通信號 PSEN(Program Store Enable),低電平有效。 在片外程序存儲器取指令期間，當 PSEN 有效時，程序存儲器的內(nèi)容別送至 P0口（數(shù)據(jù)總線）；在訪問