【文章內(nèi)容簡介】 位置。獨(dú)立式按鍵就是各按鍵相互獨(dú)立，每個按鍵各接入一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個按鍵按下了。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件簡單。但每個按鍵需要占用一個輸入口線，在按鍵數(shù)量較多時，需要較多的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故此種鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。為了節(jié)省I/O口，我決定使用矩陣式鍵盤，使用44的。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 主控單元 凌陽SPCE061A概述SPCE061A是凌陽科技推出的又一個16 位結(jié)構(gòu)的微控制器。與SPCE500A不同的是，在存儲器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以及便于程序調(diào)試等功能，SPCE061A內(nèi)嵌32K 字的閃存FLASH ROM。較高的處理速度使其能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號。因此，與SPCE500A相同， SPCE061A微控制器也適用在數(shù)字語音識別應(yīng)用領(lǐng)域。~ ~，較高的工作速度使其應(yīng)用領(lǐng)域更加拓寬。2K字SRAM和32K字閃存ROM僅占一頁存儲空間，32位可編程的多功能I/O端口；兩個16位定時器/計(jì)數(shù)器；32768Hz實(shí)時時鐘；低電壓復(fù)位/監(jiān)測功能；8通道10位模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入功能并具有內(nèi)置自動增益控制功能的麥克風(fēng)輸入方式；雙通道10位DAC方式的音頻輸出功能[5]。SPCE061A是數(shù)字聲音和語音識別產(chǎn)品的一種最經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用。 凌陽SPCE061A結(jié)構(gòu)圖： SPCE061A結(jié)構(gòu)圖Fig. SPCE061A diagram 凌陽SPCE061A性能? 16 位微處理器；? 工作電壓：VDD ~(cpu), VDDH 為VDD~(I/O)；? CPU 時鐘：~ ；? 內(nèi)置2K 字SRAM；? 內(nèi)置32K 閃存ROM；? 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；? 使用凌陽音頻編碼SACM_S240 方式( 位/秒)，能容納210 秒的語音數(shù)據(jù)；? 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。 凌陽SPCE061A的最小系統(tǒng)，由圖可見，其接線比較簡單，在OSC0、OSCl端接上晶振及諧振電容，并在鎖相環(huán)壓控振蕩器的阻容輸入VCP端接上相應(yīng)的電容和電阻即可工作。[7]。 SPCE061A最小系統(tǒng)圖Fig. SPCE061A minimum system diagram 無線信號傳輸模塊 nRF905概述nRF905單片無線收發(fā)器工作在433/868/915MHz的ISM頻段，由一個完全集成的頻率調(diào)制器，一個帶解調(diào)器的接收器，一個功率放大器，一個晶體震蕩器和一個調(diào)節(jié)器。組成ShockBurst工作模式的特點(diǎn)是自動產(chǎn)生前導(dǎo)碼和CRC，可以很容易通過SPI接口進(jìn)行編程配置。電流消耗很低，在發(fā)射功率為10dBm時，發(fā)射電流為11mA。nRF905無線傳輸模塊；編程簡單，性能也簡單穩(wěn)定，～，nRF905可以自動完成處理字頭和CRC(循環(huán)冗余碼校驗(yàn))的工作，可由片內(nèi)硬件自動完成曼徹斯特編碼／解碼，使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便，其功耗非常低。nRF905傳輸數(shù)據(jù)時為非實(shí)時方式，即發(fā)送端發(fā)出數(shù)據(jù)，接收端收到后先暫存于芯片存儲器內(nèi)；nRF905較穩(wěn)定，傳輸距離較遠(yuǎn)，且可穿透墻體。nRF905采用Nordic公司的VLSI ShockBurst技術(shù)。ShockBurst技術(shù)使nRF905能夠提供高速的數(shù)據(jù)傳輸，而不需要昂貴的高速M(fèi)CU來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理/時鐘覆蓋。通過將與RF協(xié)議有關(guān)的高速信號處理放到芯片內(nèi)，nRF905提供給應(yīng)用的微控制器一個SPI接口，速率由微控制器自己設(shè)定的接口速度決定。nRF905通過ShockBurst工作模式在RF以最大速率進(jìn)行連接時降低數(shù)字應(yīng)用部分的速度來降低在應(yīng)用中的平均電流消耗。在ShockBurst RX模式中，地址匹配AM和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒DR信號通知MCU一個有效的地址和數(shù)據(jù)包已經(jīng)各自接收完成。在ShockBurst TX模式中，nRF905自動產(chǎn)生前導(dǎo)碼和CRC校驗(yàn)碼，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒DR信號通知MCU數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)完成。 nRF905的特點(diǎn)（1）載波檢測當(dāng)nRF905工作在接收模式時，如果有與器件被編程通道相同的載波出現(xiàn)，載波檢測（CD）引腳置高，這一特征對于避免工作在相同頻率的不同發(fā)射機(jī)的數(shù)據(jù)碰撞非常有效，任何時候當(dāng)器件準(zhǔn)備發(fā)射數(shù)據(jù)時，應(yīng)先進(jìn)入接收模式，判斷是否希望的通道可以輸出數(shù)據(jù)，這種形式是非常簡單的發(fā)射前先監(jiān)聽的協(xié)議，運(yùn)行低功耗接收模式下的載波檢測（CD）是非常強(qiáng)勁的RF系統(tǒng)，典型的載波檢測水平（CD）是低于靈敏度5dBm，例如靈敏度是100dBm時低于105dBm的載波檢測CD信號為低，例如；0V高于95dBm的載波檢測CD信號為高，例如；VDD105dBm到106dBm之間的載波檢測信號將觸發(fā)。（2）地址匹配當(dāng)nRF905工作在接收模式，時引入的數(shù)據(jù)包的地址與器件自身地址相同時，地址匹配AM引腳置高。使用這個引腳控制被提示在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒DR信號置高前，器件正在接收數(shù)據(jù)。如果數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒DR信號沒有置高，例如CRC校驗(yàn)錯誤，地址匹配AM引腳在數(shù)據(jù)包接收結(jié)束時復(fù)位置低。這以特征對MCU來說非常有用，如果地址匹配AM引腳置高，MCU可以決定等待，觀察如果數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒DR信號置高，說明一個有效的數(shù)據(jù)包已經(jīng)接收，或者放棄一個可能已經(jīng)接收的有效數(shù)據(jù)包并改變工作模式。（3）數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒在發(fā)送模式時，一個完整的數(shù)據(jù)包發(fā)射結(jié)束時DR信號置高，告訴MCUnRF905已經(jīng)準(zhǔn)備好新的動作，DR信號在數(shù)據(jù)包傳輸開始時或轉(zhuǎn)換到其他模式如接收模式或Standby模式時復(fù)位置低。在自動重發(fā)模式時，DR信號在前導(dǎo)碼的開始時置高，在前導(dǎo)碼的結(jié)束時置低，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒DR信號在每次數(shù)據(jù)包傳輸?shù)拈_始時產(chǎn)生脈沖。在接收模式時，DR信號在接收到有效的數(shù)據(jù)包，如：有效的地址，有效的數(shù)據(jù)長度和CRC時置高，然后MCU可以通過SPI接口，讀取數(shù)據(jù)當(dāng)數(shù)據(jù)緩沖起中數(shù)據(jù)被讀空或者器件轉(zhuǎn)換到發(fā)送模式時，DR信號置低。（4）自動重發(fā)在有噪聲的環(huán)境或沒有碰撞控制的系統(tǒng)中，提高系統(tǒng)可靠性的一種辦法是將同一數(shù)據(jù)包重復(fù)發(fā)幾次，這可以使用nRF905自動重發(fā)。的特性很容易實(shí)現(xiàn)通過將配置寄存AUTO_RETRAN位置高，只要TRX_CE和TX_EN保持為高，電路將連續(xù)發(fā)送相同的數(shù)據(jù)包，當(dāng)TRX_CE為低時，器件完成當(dāng)前正在發(fā)送的數(shù)據(jù)包后轉(zhuǎn)換到Standby模式。 nRF905的外部管腳圖 nRF905外部管腳圖Fig. nRF905 external tube feet 無線信號傳輸模塊電路設(shè)計(jì)，通過設(shè)置IOBIOBIOB9口的電平高低設(shè)置nRF905的工作模式。當(dāng)從機(jī)有信號需發(fā)送時，在發(fā)送端時，數(shù)據(jù)打包發(fā)送完畢（打包也就是加入前導(dǎo)和校驗(yàn)碼），CD置位；在接收端，接收端監(jiān)聽空中的無線載波，檢測到自己頻段的信號后，至CD有效，然后對數(shù)據(jù)包解包，把其中“接收端地址”和自己的地址比較，匹配后至AM有效，接收數(shù)據(jù)；不匹配則不接收數(shù)據(jù)[15]。 nRF905與單片機(jī)接口連接圖Fig. nRF905 and MCU connection diagram 煙霧信號監(jiān)測模塊 MQ2煙霧傳感器工作原理MQ2是一種體電阻控制型的氣敏器件，其阻值隨被測氣體的濃度（成分）而變化。氣敏器件又是一種“氣——電”傳感器件，它將被測氣體的濃度（成分）信號轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的電信號。氣敏器件阻值與氣體濃度之間一般為非線性關(guān)系，但在濃度域的氣體檢測時可近似認(rèn)為是線性的。因此，在一定的濃度范圍內(nèi)（通常取氣體爆炸下限濃度的1／4～1／10）的檢測是有效的，它不適合于儀表之類精確濃度的測定。氣敏器件一般都是在加熱條件下工作，但工作溫度不宜太高（一般不要超過35℃），_否則會造成性能衰減，降低氣敏靈敏度。器件放置一段時間后，再通電使用時，阻值是先下降，然后又上升，通電大約10分鐘后（叫初期穩(wěn)定時間），才能穩(wěn)定到與氣氛狀態(tài)相應(yīng)的阻值。為了避免通電開始時的誤報動作，應(yīng)特別注意要設(shè)置十幾分鐘的延遲電路。器件的響應(yīng)時間約為10秒，恢復(fù)時間約為30秒～60秒。使用氣敏器件，要避免油浸或油垢污染，更不要將氣敏器件長時間放在腐蝕氣體中[15]。長時間使用時，要有防止灰塵堵塞不銹鋼網(wǎng)的措施。 MQ2煙霧傳感器特點(diǎn)(1)具有信號輸出指示。(2)雙路信號輸出（模擬量輸出及TTL 電平輸出）。(3)TTL 輸出有效信號為低電平（當(dāng)輸出低電平時信號燈亮，可直接接單片機(jī)）。(4)模擬量輸出0~5V 電壓，濃度越高電壓越高。(5)對液化氣，天然氣，燃燒煙霧有較好的靈敏度。(6)具有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。(7)快速的響應(yīng)恢復(fù)特性。 MQ2煙霧傳感器基本測試回路MQ2煙霧傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。 MQ2測試回路Fig. MQ2 test loop 煙霧傳感器電路設(shè)計(jì)該方案采用煙霧傳感器檢測信號，MQ2的靈敏度為40PPM, PPM是體積濃度表示法，一百萬體積的空氣中所含污染物的體積數(shù)，即PPM。即當(dāng)環(huán)境中煙霧顆粒濃度超過40ppm時，煙霧傳感器的阻值下降很快。電源用設(shè)計(jì)的+5V直流電源供電。MQ2氣敏管AB之間的電阻，在無煙環(huán)境中為幾十千歐，有煙霧環(huán)境中可降到幾千歐。一旦有煙霧存在，AB間電阻迅速減小，比較器LM339通過電位器R2所取得的分壓隨之增加，當(dāng)正向端電壓高于負(fù)向端時，比較器LM339翻轉(zhuǎn)，輸出端便可輸出高電平觸發(fā)信號，進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行處理。： 煙霧傳感器接口電路圖Fig. schematic diagram of smoke sensor interface circuit 溫度信號監(jiān)測模塊 DS18B20工作原理DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時的延時時間由2s減為750ms。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 ，為計(jì)數(shù)器提供一頻率穩(wěn)定的計(jì)數(shù)脈沖。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，很敏感的振蕩器，所產(chǎn)生的信號作為減法計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入，為計(jì)數(shù)器 2 提供一個頻率隨溫度變化的計(jì)數(shù)脈沖。圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時， DS18B20 就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測量。計(jì)數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將 55 ℃ 所對應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在 55 ℃ 所對應(yīng)的一個基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時溫度寄存器的值將加 1 ，減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器 1 重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0 時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，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)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測溫度值。 DS18B20 的內(nèi)部測溫電路框圖 Internal temperature measuring circuit diagram of DS18B20 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 DS18B20 internal structure 溫度傳感器電路設(shè)計(jì)在硬件上，DS18B20與單片機(jī)