【文章內(nèi)容簡介】 地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號。因此，與SPCE500A相比，以181?！痭SP?為核心的SPCE061A微控制器是適用于數(shù)字語音識別應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品的一種最經(jīng)濟(jì)的選擇。部分性能簡介：工作電壓(CPU) ～ (I/O) ～；CPU時鐘：～；可編程音頻處理；內(nèi)部震蕩，外接晶體振蕩器；系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時鐘處于停止?fàn)顟B(tài))，；2個16位可編程定時器/計(jì)數(shù)器(可自動預(yù)置初始計(jì)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()，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(shí)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；具有低電壓復(fù)位(LVR)功能和低電壓監(jiān)測(LVD)功能；內(nèi)置在線仿真電路ICE（In Circuit Emulator）接口；具有保密能力；具有WatchDog功能【6】。 SPCE061A片內(nèi)存儲器結(jié)構(gòu)基于單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部ROM、RAM存儲器的編址有兩種方式：一種是ROM、RAM、I/O統(tǒng)一編址；另一種是獨(dú)立編址，稱為哈佛結(jié)構(gòu)。SPCE061A是存儲器統(tǒng)一編址的存儲結(jié)構(gòu)。其片內(nèi)存儲器地址映射如圖24所示。 0x0700~0x07FF地址是2K字的SRAM（包括堆棧區(qū)）。0x0800~0x6FFF地址保留，未使用。0x7000~0x7FFF地址是I/O和系統(tǒng)端口，也是專用的控制設(shè)置寄存器和輸入/輸出口地址，與51的特殊功能據(jù)村其的作用類似。0x8000~0xFFF5地址是32K字閃存（Flash ROM），作為程序和有關(guān)數(shù)據(jù)的存儲。0XFFF6~0xFFFF地址是中斷向量入口地址。該單片機(jī)復(fù)位后PC的數(shù)值被置為0x8000，程序由此開始執(zhí)行。2K字SRAM保留空間32K字Flash ROM中斷向量I/O端口系統(tǒng)端口0XFFFF0XFFF60XFFF50X80000X7FFF0X70000X6FFF0X08000X07FF0X0000圖24 SPCE061A內(nèi)存映射表下面分別介紹一下SPCE061A的RAM和堆棧。RAM一般分為動態(tài)存儲器（DRAM）和靜態(tài)存儲器（SRAM）兩大類。SRAM是英文Static RAM的縮寫，它是一種具有靜止存取功能的內(nèi)存，不需要刷新電路即能保存它內(nèi)部存儲的數(shù)據(jù)。不像DRAM內(nèi)存那樣需要刷新電路，每隔一段時間，固定要對DRAM刷新充電一次，否則內(nèi)部的數(shù)據(jù)即會消失，因此SRAM具有較高的性能，但是SRAM也有它的缺點(diǎn)，即它的集成度較低，相同容量的DRAM內(nèi)存可以設(shè)計(jì)為較小的體積，但是SRAM卻需要很大的體積，所以在主板上SRAM存儲器要占用一部分面積。優(yōu)點(diǎn)，速度快，不必配合內(nèi)存刷新電路，可提高整體的工作效率。缺點(diǎn)，集成度低，功耗較大，相同的容量體積較大，而且價格較高，少量用于關(guān)鍵性系統(tǒng)以提高效率。SPCE061A的讀寫存儲器的類別是靜態(tài)存儲器（SRAM）。堆棧是一個區(qū)域，用來存放因中斷或子函數(shù)調(diào)用等而需要保存的一些數(shù)據(jù)。這個區(qū)域就是SRAM的一部分，只是它有特殊的存取數(shù)據(jù)的原則，即“先進(jìn)后出，后進(jìn)先出”。對應(yīng)的有特殊的數(shù)據(jù)傳輸指令：PUSH和POP,而且還有一個特殊的專為其服務(wù)的堆棧指針SP,每執(zhí)行一次PUSH指令，SP就自動減1，每執(zhí)行一次POP指令，SP就自動加1。同其他單片機(jī)一樣，SPCE061A的堆棧是在內(nèi)存SRAM區(qū)專門開辟出來的按照“先進(jìn)后出”原則進(jìn)行數(shù)據(jù)存取的一種工作方式，如圖25所示。它主要用于子程序調(diào)用及返回和中斷處理斷電的保護(hù)及返回。堆棧的最大容量范圍限制在2K字SRAM內(nèi)，即其地址是在從0x07FF~0x0000的存儲器范圍中。值得注意的是，堆棧的生長方向是自頂向下的，SPCE061A系統(tǒng)復(fù)位后，SP初始化為0x07FF,每執(zhí)行一次PUSH指令，SP指令就會減1。棧底棧頂0x07FF0x0000堆棧生長方向PUSH后SP減1POP后SP加1圖25 SPCE061A堆棧 本章主要介紹了紅外測溫技術(shù)的基本原理以及本設(shè)計(jì)中所需用到的模塊器件工作原理，第一部分介紹了紅外技術(shù)的基本理論基礎(chǔ)和紅外光測溫原理。第二部分介紹了核心控制模塊的工作原理，為下一章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)提供依據(jù)。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主控板SPCE061ALED模塊TN9紅外測溫探頭鍵盤圖31 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖電源本系統(tǒng)采用基于單片機(jī)智能化儀器的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的基本構(gòu)成如圖31，系統(tǒng)由紅外測溫模塊、控制模塊、鍵盤及顯示模塊、電源組成。SPCE061A單片機(jī)作為整個系統(tǒng)的控制中心，負(fù)責(zé)控制啟動溫度的測量、接受測量數(shù)據(jù)、計(jì)算溫度值，并根據(jù)取得的鍵值控制播報(bào)顯示過程，同時通過音頻輸出通道播報(bào)溫度值；紅外測溫模塊負(fù)責(zé)溫度的測量、采集，并將采集數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)端口傳送到SPCE061A單片機(jī)；鍵盤顯示模塊控制按鍵操作和溫度的顯示。通過按鍵啟動紅外測溫模塊，測量結(jié)束返回測量結(jié)果，待MCU運(yùn)算處理得出目標(biāo)溫度和環(huán)境溫度后將溫度對結(jié)果進(jìn)行語音播報(bào)。利用鍵盤可以控制測溫計(jì)的靈活性，按K1鍵，測量、播報(bào)和顯示目標(biāo)溫度與環(huán)境溫度；按K2鍵，僅測量、播報(bào)和顯示目標(biāo)溫度；按K3鍵，僅測量、播報(bào)和顯示環(huán)境溫度。 主控板設(shè)計(jì)近10余年來，隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)日新月異的發(fā)展，這類8位/16位單片機(jī)的性能又有了很大的增強(qiáng)，仍然保持著智能儀器主機(jī)電路主流機(jī)型的地位。我們知道方案選擇的關(guān)鍵是單片機(jī)機(jī)型的選擇。目前市場上主流單片機(jī)是8位和16位的單片機(jī)，而且現(xiàn)在主要都是采用帶有閃存或其他功能的新型單片機(jī)，如8位的有美國Atmel公司的AT89C5AT89S51等，PHLIPS公司的89C51RD2等等，16位的有臺灣凌陽科技研發(fā)的SPCE061A等，因而這里主要介紹兩種方案。采用MCS51系列單片機(jī)外接數(shù)字式紅外探頭進(jìn)行溫度的數(shù)字化采集，并將結(jié)果主控板MCS51LED模塊TN紅外測溫探頭語音輸出圖32 基于MCS51單片機(jī)的紅外測溫方案鍵盤通過LED模塊顯示，并需要給其設(shè)計(jì)相應(yīng)的鍵盤電路和語音輸出電路。同樣也可以采用其它的8位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，方案結(jié)構(gòu)如圖32所示。采用SPCE061A單片機(jī)外接數(shù)字式紅外探頭進(jìn)行溫度的數(shù)字化采集，并通過內(nèi)部語音算法將結(jié)果播報(bào)出來。方案結(jié)構(gòu)如圖33所示。主控板SPCE061ALED模塊TN紅外測溫探頭鍵盤圖33 基于SPCE061A單片機(jī)的紅外測溫方案語音輸出比較方案一和方案二：方案一采用8位單片機(jī)，資源比較適中，但是如果需要實(shí)現(xiàn)語音功能則比較困難，擴(kuò)展電路比較復(fù)雜，而且還需要專用的仿真器；方案二采用SPCE061A單片機(jī)，該16位單片機(jī)運(yùn)算能力強(qiáng)，操作簡單，而且?guī)в姓Z音功能，可以非常快捷地實(shí)現(xiàn)語音輸出功能，提高了集成度，并且能實(shí)現(xiàn)在線仿真、調(diào)試，帶來了諸多便利，所以最終選擇方案二。系統(tǒng)的顯示方案有數(shù)碼管顯示和液晶顯示，本設(shè)計(jì)中我們采用數(shù)碼管來顯示。臺灣凌陽公司同時開發(fā)了很多功能模塊，可供我們選擇，為我們完成紅外測溫計(jì)的設(shè)計(jì)提供了很多便利。本設(shè)計(jì)中主要采用了其生產(chǎn)的61板、紅外測溫模塊和鍵盤顯示模塊。 主控板設(shè)計(jì)主控板設(shè)計(jì)是基于SPCE061A精簡開發(fā)板開發(fā)設(shè)計(jì)完成的。是以凌陽16位單片機(jī)SPCE061A為核心的精簡開發(fā)－仿真－實(shí)驗(yàn)板，是“凌陽科技大學(xué)計(jì)劃”專為大學(xué)生、電子愛好者等進(jìn)行電子實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、電子制作及電子競賽所設(shè)計(jì)的，也可作為單片機(jī)項(xiàng)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，方便隨身攜帶。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(shí)現(xiàn)程序的下載、在線仿真調(diào)試。另外，61板體積小、價格相對較低、采用電池供電，攜帶十分方便。SPCE061A的最小系統(tǒng)如圖34所示，本系統(tǒng)以SPCE061A單片機(jī)為主控芯片。圖34 SPCE061A最小系統(tǒng)而核心控制模塊實(shí)際上就是SPCE061A單片機(jī)的最小系統(tǒng)。在主芯片的OSC0、OSC1端接上晶振及諧振電容，在鎖相環(huán)壓控振蕩器的阻容輸入VCP端接上相應(yīng)的電容電阻后，即可構(gòu)成SPCE061A最小系統(tǒng)，最小系統(tǒng)主要包括SPCE061A芯片及其外圍的基本電路：晶振輸入電路（OSC）、鎖相環(huán)電路（PLL）、復(fù)位電路（RESET）、指示燈（LED）等，這些電路都做在61板中。 顯示與鍵盤本設(shè)計(jì)中采用6位數(shù)碼管顯示，3個按鍵控制。整個電路我們采用凌陽公司的LED鍵盤顯示模塊。設(shè)計(jì)中用到的硬件電路如圖35所示。LED顯示及鍵盤模塊基本特性和主要功能如下：1. LED鍵盤模塊采用DC5V供電，；2. 擴(kuò)展了6位8段數(shù)碼管，顯示范圍為99999～999999；3. 8個發(fā)光二極管，可作為顯示狀態(tài)信息使用； 4. 8個按鍵，可以組成18鍵盤也可組成24鍵盤；5. 一個電位器，可以提供0～5V的模擬電壓信號或者0～,與模組輸入的VDD有關(guān)。在本設(shè)計(jì)中只用到了三個按鍵和六位數(shù)碼管顯示，下面簡單介紹一下用到的相關(guān)器件：圖35 鍵盤及顯示電路1. ULN2003A 其內(nèi)部為三極管陣列，其IN腳相當(dāng)于三極管的B極，OUT較相當(dāng)于三極管的C極。若IN腳輸入高電平，對應(yīng)的OUT腳接地；IN腳輸入低電平，對應(yīng)的OUT腳截止輸出。 圖中：IN1～I(xiàn)N7為輸入信號，OUT1～OUT7為輸出信號，輸入信號高電平有效。 2. LG5621CH 共陰極2位數(shù)碼管。其中a～dp為數(shù)碼管的段信號，GG2為2位數(shù)碼管的位信號。段信號高有效，位信號低有效。3. LG5643EH共陰極4位數(shù)碼管。其中a～dp為數(shù)碼管的段信號，dd2為時鐘冒號的段信號；G1～G4為4位數(shù)碼管的位信號，G5為時鐘冒號的位信號。段信號高有效，位信號低有效。 控制接口設(shè)計(jì)紅外測溫模塊VDCGAVDDIOA15IOA14GNDIOA13IOA0~IOA7IOB0~IOB7IOB8~IOB15VDDa~g，dpDIG1~DIG8COL8~COL1ROW1SPCE061A鍵盤顯示模塊揚(yáng)聲器電源J3J10圖36 系統(tǒng)硬件接口設(shè)計(jì)圖888該紅外測溫系統(tǒng)主要由SPCE061A精簡開發(fā)板、具有SPI接口的TN系列紅外測溫模塊、鍵盤顯示模塊以及電源和揚(yáng)聲器組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與連接圖如圖36所示。本設(shè)計(jì)的紅外測溫傳感器采用TN系列紅外測溫模塊，紅外測溫模塊參數(shù)如表37所示。紅外測溫模塊采用非接觸測溫手段，解決了傳統(tǒng)測溫中需要接觸的問題，具有回應(yīng)速度快、測量精度高、測量范圍廣以及可同時測量目標(biāo)溫度和環(huán)境溫度的特點(diǎn)。表37 TN系列紅外測溫模塊參數(shù)測量范圍33～220℃工作溫度10～50℃ 精度(25℃)℃分辨率℃響應(yīng)時間距離系數(shù) D:S1:1發(fā)射率～1波長5～14電源3V～5V尺寸351412mm，而且，它具備SPI接口，可以很方便地與MCU傳輸數(shù)據(jù)。紅外測溫模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖38所示。 AGCDVTN紅外測溫模塊圖38 紅外測溫結(jié)構(gòu)框圖 圖39 紅外測溫模塊時序圖五個引腳功能介紹：V為電源電壓引腳VCC，VCC一般為3V到5V之間的電壓，；D為數(shù)據(jù)接收引腳，沒有數(shù)據(jù)接收時D為高電平；C為2KHz Clock輸出引腳；G為接地引腳；A為測溫啟動信號引腳，低電平有效。紅外測溫模塊的時序圖如圖39所示，為SPI數(shù)據(jù)格式，在CLOCK的下降沿接收數(shù)據(jù)，一次溫度測量需接收5個字節(jié)的數(shù)據(jù)，這五個字節(jié)中：Item為0x4c表示測量目標(biāo)溫度，為0x66表示測量環(huán)境溫度；MSB為接收溫度的高八位數(shù)據(jù)；LSB為接收溫度的低八位數(shù)據(jù)；Sum為驗(yàn)證碼，接收正確時Sum=Item+MSB+LSB；CR為結(jié)束標(biāo)志，當(dāng)CR為0x0dH時表示完成一次溫度數(shù)據(jù)接收。一幀數(shù)據(jù)包括5個Byte，每個Byte代表含義： Item值為“L”(4CH)時代表此幀為目標(biāo)溫度，Item值為“f”(66H)時代表此幀為環(huán)境溫度。MSB為8 bit Data Msb，LSB為8 bit Data Lsb。Sum表示為Item+MSB+LSB=SUM。CR值為0DH表示結(jié)束碼。無論測量環(huán)境溫度還是目標(biāo)溫度，只要檢測到Item為0x4cH或0x66H同時檢測到CR為0x0dH，它們的溫度的計(jì)算方法都相同。計(jì)算公式為（3—1）：溫度 = Temp/16 – （3—1）其中Temp為十進(jìn)制， 而測量結(jié)果為16進(jìn)制，把它直接轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制即可。比如MSB為0x14H，LSB為0x2aH，測量結(jié)果為0x142aH，十進(jìn)制表示為5162，則測得溫度值為5162/=℃。紅外測溫模塊與SPCE061A采用同步串行的通信方式。串口進(jìn)行通信的方式有兩種：同步通信方式和異步通信方式。所謂同步通信是指在約定的通信速率下，發(fā)送端和接收端的時鐘信號頻率和相信始終保持一致（同步），這就保證了通信雙方在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時具有完全一致的定時關(guān)系。同步通信把許多字符組成一個信息組，或稱為信息幀，每幀的開始用同步字符來指示。由于發(fā)送和接收的雙方采用同一時鐘，所以在傳送數(shù)據(jù)的同時還要傳送時鐘信號，以便接收方可以用時鐘信號來確定每個信息位。同步通信方式要求