【文章內容簡介】 功能。在智能化測量控制儀表中，單片機是核心，因此在硬件設計時首先要考慮單片機的選擇，然后再確定與之配套的外圍芯片。在選擇單片機時，要考慮的因素有字長、尋址能力、指令功能、執(zhí)行速度、中斷能力以及市場對該種單片機的軟、硬件支持狀況等。在充分考慮上述各種因素正確選擇了單片機之后，還要進行輸入和輸出接口和其他功能組件的設計。輸入/輸出接口是智能化測量控制儀表與外部設備交換信息的通道，它包括 A/D 和 D/A 轉換接口、鍵盤顯示器接口、打印機接口以及各種通訊接口等。軟件設計也是智能化測量控制儀表的一個主要內容。設計者不僅應能熟練地進行各種硬件電路設計，同時還必須掌握軟件的設計方法。通常的軟件設計方法是先畫出程序流程圖，然后根據流程圖寫出程序。常用的程序設計方法有模塊法、自頂向下設計法、結構化程序設計三種。113 系統(tǒng)方案論證 任務分析從設計任務及要求來看，整個設計要求我們完成一個智能紅外測溫計的設計。這個測溫計能夠通過按鍵來啟動紅外測溫，之后需要將測溫數據送單片機處理，得到溫度值；這一溫度值又需要顯示并且語音播報出來，從而實現其智能化和人性化。從這一分析來看，整個系統(tǒng)需要這樣幾個功能模塊：單片機主控模塊、紅外測溫模塊、鍵盤顯示模塊以及語音輸出模塊。其中單片機機型的選擇至關重要，因為它的選擇關系到整個系統(tǒng)的復雜和難易程度。 方案選擇根據前面的任務分析，我們知道方案選擇的關鍵是單片機機型的選擇。目前市場上主流單片機是 8 位和 16 位的單片機，而且現在主要都是采用帶有閃存或其他功能的新型單片機，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。 方案一采用 MCS51 系列單片機外接數字式紅外探頭進行溫度的數字化采集，并將結果通過 LED/LCD 模塊顯示，并需要給其設計相應的鍵盤電路和語音輸出電路。同樣也可以采用其它的 8 位單片機實現，方案結構如圖 所示。 方案二采用 SPCE061A 單片機外接數字式紅外探頭進行溫度的數字化采集，并通過內部語音算法將結果播報出來。方案結構如圖 所示。比較方案一和方案二：方案一采用 8 位單片機，資源比較適中，但是如果需要實現語音功能則比較困難，擴展電路比較復雜，而且還需要專用的仿真器；方案二采用 SPCE061A 單片機，該 16 位單片機運算能力強，操作簡單，而且?guī)в姓Z音功能，可以非?？旖莸貙崿F語音輸出功能，提高了集成度，并且能實現在線仿真、調試，帶來了諸多便利，所以最12終選擇方案二。系統(tǒng)的顯示方案有數碼管顯示和液晶顯示，本設計中我們采用數碼管來顯示。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的設計提供了很多便利。本設計中主要采用了其生產的 61 板、紅外測溫模塊和鍵盤顯示模塊。系統(tǒng)結構框圖如圖 所示。 系統(tǒng)工作原理61 板作為整個系統(tǒng)的控制中心，負責控制啟動溫度的測量、接受測量數據、計算溫度值，并根據取得的鍵值控制播報顯示過程，同時通過音K1MCS51LED/LCD 模塊TN 紅外測溫探頭語音輸出圖 基于 MCS51 單片機的紅外測溫方案鍵盤SPCE061ALED/LCD 模塊TN 紅外測溫探頭鍵盤圖 基于 SPCE061A 單片機的紅外測溫方案語音輸出13頻輸出通道播報溫度值；紅外測溫模塊負責溫度的測量、采集，并將采集數據通過數據端口傳送到 SPCE061A 單片機；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，測量結束返回測量結果，待MCU 運算處理得出目標溫度和環(huán)境溫度后將溫度對結果進行語音播報。利用鍵盤可以控制測溫計的靈活性，按 K1 鍵，測量、播報和顯示目標溫度與環(huán)境溫度；按 K2 鍵，僅測量、播報和顯示目標溫度；按 K3 鍵，僅測量、播報和顯示環(huán)境溫度。系統(tǒng)功能框圖如圖 所示。電源電源插口SPCE061A音頻I/O口溫度測量測溫啟動溫度顯示（數碼管）顯示播報控制（鍵盤）揚聲器鍵盤顯示模塊紅外測溫模塊61 板圖 系統(tǒng)結構框圖K3K2按鍵測量、播放和顯示目標溫度與環(huán)境溫度測量、播放和顯示目標溫度測量、播放和顯示環(huán)境溫度圖 功能框圖K114紅外測溫模塊VDCGAVDDIOA15IOA14GNDIOA13IOA0~IOA7IOB0~IOB7IOB8~IOB15VDDa~g，dpDIG1~DIG8，dpCOL8~COL1ROW1SPCE061A鍵盤顯示模塊揚聲器 電源J3 J10圖 紅外溫度計硬件連接圖8884 系統(tǒng)硬件設計該紅外測溫系統(tǒng)主要由 SPCE061A 精簡開發(fā)板（61 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聲器組成，系統(tǒng)結構與連接圖如圖 所示。該系統(tǒng)以 16 位單片機 SPCE061A 作為控制核心，由于紅外測溫模塊具有 SPI 接口，故可以直接與單片機的 I/O 口相連接，不需要信號放大及調理電路。鍵盤電路可以控制溫度的測量，并把測得的溫度通過數碼管顯示出來。揚聲器可以實現溫度的語言播報，超過設定值會自動報警。電源模塊為整個系統(tǒng)提供電源，該電源模塊為三節(jié)五號電池及電池盒組成。 主控模塊 SPCE061A 簡介1 SPCE061A 簡介SPCE061A 是繼 181。’nSP?系列產品 SPCE500A 等之后凌陽科技推出的又一款 16 位結構的微控制器。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試等功能，SPCE061A里只內嵌 32K 字的閃存（FLASH） 。較高的處理速度使 181。’nSP?能夠非常容易地、快速地處理復雜的數字信號。因此，與 SPCE500A 相比，以 181?！?5nSP?為核心的 SPCE061A 微控制器是適用于數字語音識別應用領域產品的一種最經濟的選擇。2 部分性能簡介◎ 工作電壓(CPU) VDD 為 ～ (I/O) VDDH 為 ～◎ CPU 時鐘：～ ；◎ 可編程音頻處理；◎ 晶體振蕩器。◎ 系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時鐘處于停止狀態(tài))，耗電僅為；◎ 2 個 16 位可編程定時器/計數器(可自動預置初始計數值 )；◎ 2 個 10 位 DAC(數模轉換)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( 位/秒 )，能容納 210 秒的語音數據；◎ 鎖相環(huán) PLL 振蕩器提供系統(tǒng)時鐘信號；◎ 32768Hz 實時時鐘；◎ 7 通道 10 位電壓模數轉換器(ADC)和單通道聲音模數轉換器；◎ 聲音模數轉換器輸入通道內置麥克風放大器和自動增益控制(AGC)功能；◎ 具備串行設備接口；◎ 具有低電壓復位(LVR)功能和低電壓監(jiān)測(LVD)功能；◎ 內置在線仿真電路 ICE（In Circuit Emulator）接口；◎ 具有保密能力；◎ 具有 WatchDog 功能。 SPCE061A 精簡開發(fā)板16SPCE061A 精簡開發(fā)板（簡稱 61 板） ，是以凌陽 16 位單片機SPCE061A 為核心的精簡開發(fā)－仿真－實驗板，是“ 凌陽科技大學計劃”專為大學生、電子愛好者等進行電子實習、課程設計、畢業(yè)設計、電子制作及電子競賽所設計的，也可作為單片機項目初期研發(fā)使用。61 板除了具備單片機最小系統(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） 、復位電路等，采用電池供電，方便隨身攜帶。61 板上有調試器接口（Probe 接口）以及下載線（EZ_Probe）接口，分別可接凌陽科技的在線調試器、簡易下載線，配合 unSP IDE，可方便地在板上實現程序的下載、在線仿真調試。 主控模塊電路本系統(tǒng)以 SPCE061A 單片機為主控機，因而主控模塊實際上就是SPCE061A 單片機的最小系統(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 ） 、復位電路（RESET） 、指示燈（LED）等，這些電路都做在 61 板中。主控模塊電路如圖 所示。 電源和音頻輸出電路 電源電路SPCE061A 的內核供電為 ，而 I/O 端口可接 也可以接5V，所以在電源模塊（61 板上）有個電源選擇跳線 J5，本系統(tǒng)需要的端口高電平為 ，跳線在 2 上，電源電路如圖 所示。 音頻輸出電路SPCE061A 內置 2 路 10 位精度的 DAC，只需要外接功放電路即可完成語音的播報。圖 是音頻輸出電路圖，可以直接接揚聲器輸出聲音。圖中的 SPY0030 也是凌陽公司的產品，何 LM386 相比，它還具有下列優(yōu)勢：LM386 工作電壓需要 4V 以上，SPY0030 僅需 即可工作；LM386 輸出功率 100mW 以下，SPY0030 約 700mW。 紅外測溫模塊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17問題，具有回應速度快、測量精度高、測量范圍廣以及可同時測量目標溫度和環(huán)境溫度的特點。，而且，它具備SPI接口，可以很方便地與MCU傳輸數據。圖 系統(tǒng)主控電路圖圖 電源電路1 2 3 4ABCD4321DCBA12J10CON2+5VVIN2GND1VO 3U3SPY0029C33220u C34104D3 D4C35220uC36104R140R150R160R170R190R200R210123J5CON3專專專專專專V5VDDHVDDH3VDD_AVDD_PVDDVDDH3VSSAVSS1AVSS21 2 3 4ABCD4321DCBAIOB41IOB32IOB23IOB14IOB05RESTB6VDDP7(VCOIN)VCP8VSS9NC10NC11OSC32O12 OSC32I13TEST14 VDD15ICE16 ICECLK17ICESDA18 VSS19PVIN20 DAC121DAC222 VREF2(V2VREF)23VSS24 AGC25OPI26 MICOUT27MICN28 PFUSE29NC30 NC31NC32 MICP33VCM(VREFAD)34VRTPAD(VEXTREF)35VDD36VMIC37VSS38NC39NC40IOA041IOA142IOA243IOA344IOA445IOA546IOA647IOA748VSS49VSS50VDDH51VDDH52IOA853IOA9 54IOA10 55IOA11 56IOA12 57IOA13 58IOA14 59IOA15 60ROMT 61VSS 62SLEEP 63IOB15 64IOB14 65IOB13 66IOB12 67IOB11 68PVPP 69NC 70NC 71NC 72NC 73NC 74VDDH75IOB1076IOB977IOB878IOB779IOB680IOB581NC82NC83NC84SPCE061APLCC84U1IOA0IOA1IOA2IOA3IOA4IOA5IOA6IOA7IOA8IOA9IOA10IOA11IOA12IOA13IOA14IOA15IOB0IOB1IOB2IOB3IOB4IOB5IOB6IOB7IOB8IOB9IOB10IOB11IOB12IOB13IOB14IOB15OSCOOSCIVDDICE_ENICE_SCKICE_SDAVSSDAC1DAC2VREF2AVSS1AGCOPIMICOUTMICINMICIPVCMVRTVDD_AVMICAVSS1 VSSVSSVDDHVDDHVSSSLEEPVSSVCPVDD_PRES_BVDDH12J1C22104C19100uAVSS1VRT1J13 DAC2C18104C17100uVSSC14104C15104Y132768OSCO OSCIVSSC3 3300pC10104R2 VCPVSS C4100uC7104 C8104 C9100u