【正文】 計(jì)系統(tǒng)的要求。在設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路時(shí)，可以用時(shí)鐘芯片 PCF8563。 2 第二章 設(shè)計(jì)方案選擇論證與設(shè)計(jì) 數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)方案論證 方案一 由于本設(shè)計(jì)是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將 溫度顯示出來，這種設(shè)計(jì)需要用到 A/D 轉(zhuǎn)換電路感溫電路比較麻煩。 本設(shè)計(jì)所介紹的數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，并且具有時(shí)鐘、鬧鐘 等功能。 DS18B20 具有成本低和易使用的特點(diǎn)。 摘 要 本文介紹的是基于 AT89S52 單片機(jī)的多功能數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)，體現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)思想。溫度傳感器采用美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司制造的 DS18B20，測溫范圍為 55℃ ~125℃，最高分辨率可達(dá) ℃。隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活，工作，科研，各個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù) ,單片機(jī)已經(jīng)在測控領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。 設(shè)計(jì)要求 (1)輸出溫度和時(shí)鐘采用液晶顯示； (2)主控制器采用 MCS51系列單片機(jī)，溫度傳感器采用 DS18B20； （ 3）可以進(jìn)行時(shí)間調(diào)整、鬧鐘設(shè)置； （ 4）能夠?qū)囟群蜁r(shí)間進(jìn)行語音播報(bào)。 方案二 在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中，大多都是使用傳感器，所以可以考慮采用溫度傳感器 DS18B20，可以很容易直接讀取被測溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，電路簡單，精度高，軟硬件都以實(shí)現(xiàn)，而且使用單片機(jī)的接口便于系統(tǒng)的再擴(kuò)展，滿足設(shè)計(jì)要求。 從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，費(fèi)用較低，可靠性高，軟件設(shè)計(jì)也比較簡單， 故采用了方案二。 這一部分是整個(gè)系統(tǒng)的信息處理部分，相當(dāng)于人的大腦。 AT89S52 具有如下特點(diǎn)： 40 個(gè)引腳， 4k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器， 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5個(gè)中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷， 2個(gè) 16 位可編單片機(jī)主控制芯片 單片機(jī)復(fù)位電路 按鍵電路 穩(wěn)壓電路 時(shí)鐘電路 語音電路 溫度采集電路 液晶顯示電路 溫度報(bào)警電路 4 程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 方案二：采用獨(dú)立的穩(wěn)壓電源。綜上分析，為使系統(tǒng)調(diào)試方便，能夠穩(wěn)定工作，必須有可靠電源，所以決定選擇第二種方案。 D1 為電源指示燈 ，電阻 R1 起限流作用，防止長時(shí)間電流過大工作燒壞發(fā)光二極管 。 3)穩(wěn)壓芯片選用 LM7805，正 5V 穩(wěn)壓輸出芯片。 方案二：采用上電復(fù)位。 本設(shè)計(jì)采用方案二，具有上電復(fù)位和按鍵復(fù)位的雙重復(fù)位功能。本系統(tǒng)采用 的晶振，一個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間為約為 1μ s。為了保護(hù)按鍵，通過一個(gè)電阻 R2 串聯(lián)于按鍵和電容之間，這樣當(dāng)按下按鍵時(shí)，電容將通過 R2 放電，使得電流較小，不易使觸點(diǎn)氧化，而且不影響復(fù)位功能。電路如圖 (c)。 DS12C887 實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片功能豐富，可以用來直接代替 IBM PC 上的時(shí)鐘日歷芯片，同時(shí)它的管腳也和 MC146818B、DS12887 相兼容。 7 出于節(jié)約單片機(jī) I/O 口資源的考慮，本設(shè)計(jì)選用方案二較好。 3)可編程時(shí)鐘輸出頻率為 : ,1024Hz, 32Hz ,1Hz 。 7)400kHz I2C 總線 (VDD=)，其從地址：讀， 0A3H。 2）外部晶振選用 。 方案一此法顯示控制電路簡單成本低，但電路設(shè)計(jì)相對復(fù)雜，顯示內(nèi)容非常有限，比較特殊的字符，圖形等不能顯示出來，給設(shè)計(jì)帶來了極大的局限性，根據(jù)本系統(tǒng)的特點(diǎn)，需要顯示的信息較多，而且本系統(tǒng)需要顯示漢字，所以采用了方案二顯示方法，另外根據(jù)顯示方式和內(nèi)容的不同，液晶模塊可以分為數(shù)顯液晶模塊，液晶點(diǎn)陣字符模塊，和點(diǎn)陣圖形液晶模塊３種，經(jīng)過比較，本系統(tǒng)選擇了點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊，該液晶屏 具有更高的性價(jià)比，型號為 QC12864B。 基本特性 : 1) 低電源電壓（ VDD:++） 2) 顯示分辨率 :128 64 點(diǎn) 3) 內(nèi)置漢字字庫，提供 8192 個(gè) 16 16 點(diǎn)陣漢字 (簡繁體可選 ) 4) 內(nèi)置 128 個(gè) 16 8點(diǎn)陣字符 5) 2MHZ 時(shí)鐘頻率 6) 顯示方式： STN、半透、正顯 7) 驅(qū)動(dòng)方式： 1/32DUTY， 1/5BIAS 8) 視角方向： 6 點(diǎn) 9) 背光方式：側(cè)部高亮白色 LED，功耗僅為普通 LED 的 1/5— 1/10 10)通訊方式：串行、并口可選 11)內(nèi)置 DCDC 轉(zhuǎn)換電路，無需外加負(fù)壓 12)無需片選信號，簡化軟件設(shè)計(jì) 13)工作溫度 : 0℃ +55℃ ,存儲(chǔ)溫度 : 20℃ +60℃ 為了使本系統(tǒng)更加具有市場，采用了液晶屏顯示工作狀態(tài)，為了節(jié)省單片機(jī)端口，采用串行方式通信，此液晶可以顯示的點(diǎn)陣數(shù)為 128 64 個(gè)點(diǎn)，一屏 9 可顯示的漢字?jǐn)?shù)為每行 8個(gè)漢字，共可以顯示 4行，一屏總共可顯示 32個(gè)漢字。 電路參數(shù)選擇： 1）液晶屏選用 QC12864B； 2） POT2 為液晶屏對比度調(diào)節(jié)電位器，選用 10K3296 封裝的精密可調(diào)電位器； 3）三極管為液晶屏背光控制，選用 PNP 型的 8050； 溫度采集電路設(shè)計(jì) 方案一： AD590 是單片集成的敏感電流源，激勵(lì)電壓在 +4V— +30V 間選擇，其測量范圍為 55 攝氏度 150 攝氏度，所輸出的電流數(shù)值（微安數(shù)）等于絕對溫度 K 的數(shù)值。 方案二：采用專門 的溫度傳感器 DALLAS 公司的 DS18B20，此芯片為 TO92封裝，體積小，而且是單總線通信，只需一個(gè) I/O 口即能實(shí)現(xiàn)控制，在一定程度上可以節(jié)約 I/O 口資源。 DS18B20 體積小，使用靈活，可以充分發(fā)揮單總線的優(yōu)勢。 DS18B20 可通過程序設(shè)置 9～ 12 位的分辨率。 下面簡單介紹下單總線。主機(jī)和從機(jī)的通信可以分為三個(gè)步驟完成，分別為初始化 1Wire 器件、識(shí)別 1Wire器件和交換數(shù)據(jù)。 1Wire協(xié)議定義了復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫 0、讀 0 和讀 1 時(shí)序等幾種信號類型。測溫結(jié)束時(shí)，這 9 位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到暫存存儲(chǔ)器的前兩個(gè)字節(jié)中，符號位占用第一字節(jié)， 8位溫度數(shù)據(jù)占用第二字節(jié)。 圖 (a) 單總線溫度傳感器電路 電路參數(shù)選擇： 1）度傳感器為 DS18B20， TO92 小型封裝。 DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存ＲＡＭ和一個(gè)非易失性的可電擦除的 EERAM。 DS18B20 工作時(shí)寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16 位帶符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第１、２字節(jié)。 表 (a) DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間表 13 RI R0 分辨率 /位 溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間/ms 0 0 9 0 1 10 1 0 11 375 1 1 12 750 溫度傳感器的測溫原理：器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計(jì)數(shù)器１；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計(jì)數(shù)器２的脈沖輸入。其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)器門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直到溫度寄存器值大致等于被測溫度值。 14 按鍵控制模塊 方案一： 4 4矩陣式鍵盤。 在本設(shè)計(jì)中所需要的控制點(diǎn)數(shù)的較少，只需要幾個(gè)功能鍵，簡便、易操作、成本低就成了首要考慮的因素。首先將聲音信號放大，通過 AD 轉(zhuǎn)換器采樣將語音模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并由單片機(jī)和處理存放到存儲(chǔ)器中，實(shí)現(xiàn)錄音操作。 ISD1420 是采用模擬存取技術(shù)集成的可反復(fù)錄放的 20 秒語音芯片，掉電語音不丟失，最大可分 160 段，最小每段語音長度為 125ms，每段語音都可由地址線控制輸出，每 125ms 為一個(gè)地址，由 A0A7八根地址線控制。語音播報(bào)電路原理圖如 (a)所示。 ISD1420 分段錄音可以通過硬件（開關(guān)）來實(shí)現(xiàn)也可以通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)。 MIC— 話筒輸入端，話筒輸入信號通過電容交流耦合至此引腳并傳給片上預(yù)放大器，耦合電容 C7的值和該端內(nèi)阻 R7(10K)決定語音信號通頻帶下限頻率。 AGC— 自動(dòng)增益控制端， AGC 動(dòng)態(tài)地調(diào)整預(yù)放大器增益，使加至 MIC 輸入端的非失真信號的范圍擴(kuò)展。改電路不用外部時(shí)鐘該引腳接地，一般不推薦使用外部時(shí)鐘，除非要求時(shí)鐘信號特別精確?；胤胚^程中 PLAYE 變化不會(huì)影響回放過程。 VCCD、 VCCA— 數(shù)字電源正端和模擬電源正端。對 ISD1420 進(jìn)行分段錄音之前要先列出語音信息與分段地址的對照表，如表 所示。 用戶錄制的語音每一段結(jié)束后芯片自動(dòng)設(shè)有段結(jié)束標(biāo)志（ EOM），芯片錄滿后設(shè)有溢出標(biāo)志（ OVF）。在錄放操作結(jié)束后，芯片自動(dòng)進(jìn)入低功耗節(jié)電模式、功耗僅。 該模塊采用了 MAXIM 公司生產(chǎn)的、包含兩路接收器和驅(qū)動(dòng)器的 IC 芯片 MAX232，它的內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變壓器，可以把輸入的 +5V 電源電壓變換成為 RS232 輸出電平所需的 10V 電壓，所以采 19 用此芯片只需要單一的 +5V 電源就可以了。 圖 程序下載模塊電路 存儲(chǔ)模塊 存儲(chǔ)電路主要用于存儲(chǔ)一段時(shí)間的測量結(jié)果，包括溫度值、年、月、日、時(shí)、分。該器件通過 IIC 總線接口進(jìn)行操作，有一個(gè)專門的寫保護(hù)功能。主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收器，但由主器件控制傳送數(shù)據(jù)（發(fā)送或接收）的模式，通過器件地址輸入端 A0、 A1和 A2 可以實(shí)現(xiàn)將最多 8 個(gè) AT24C02器件連接到總線上。當(dāng)然，當(dāng)每個(gè)部件的 .h文件都寫好了，再去調(diào)用則將沒有那么吃力了，因?yàn)椴辉傩枰紤]底層的時(shí)序，而只要調(diào)用該函數(shù)就行了。超出（低于 ）溫度上下限，調(diào)用報(bào)警子程序，再顯示在 LCD 上。按鍵閉合過程在相應(yīng)的 I/O 端口形成一個(gè)負(fù)脈沖。鍵盤子程序流程圖如下圖 所示（延時(shí)子程序未在流程圖中畫出）。其測溫子程序流程圖如圖 所示。 具體流程圖如圖 。 i delay(10)。 //P8563 的初始化 delay(10)。 //初始化 LCD delay(10)。 //清屏 pcf8563_init(void)。 time[7]=pcf8563_get_time()。 //語音播報(bào)時(shí)間值 日 speak_temp(time[3])。 //語音播報(bào)時(shí)間值 星期 } delay(10)。 lcd_wdat(time[1])。 lcd_wdat(time[3])。 lcd_wdat(time[5])。 temp=Get_Temperature()。 //寫顯示數(shù)據(jù)到 LCD delay(10)。 delay(1000)。 32 第四章 結(jié)論 經(jīng)過這一段時(shí)間的畢業(yè)設(shè)計(jì)，終于完成了我的多功能數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)，雖然離自己的要求還有一點(diǎn)距離，但從心底來說，還是很高興的，畢竟把設(shè)計(jì)做成功，而且重要的是自己從中學(xué)到很多，開拓了自己的視野和思維。對我今后從事電子電路設(shè)計(jì)以及與電子相關(guān)方面的工作奠定了一定的基礎(chǔ)