【文章內(nèi)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(shè)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(shè)計。輸入/輸出接口是智能化測量控制儀表與外部設(shè)備交換信息的通道，它包括 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)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(shè)計也是智能化測量控制儀表的一個主要內(nèi)容。設(shè)計者不僅應(yīng)能熟練地進行各種硬件電路設(shè)計，同時還必須掌握軟件的設(shè)計方法。通常的軟件設(shè)計方法是先畫出程序流程圖，然后根據(jù)流程圖寫出程序。常用的程序設(shè)計方法有模塊法、自頂向下設(shè)計法、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計三種。113 系統(tǒng)方案論證 任務(wù)分析從設(shè)計任務(wù)及要求來看，整個設(shè)計要求我們完成一個智能紅外測溫計的設(shè)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(shù)據(jù)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(xiàn)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(guān)重要，因為它的選擇關(guān)系到整個系統(tǒng)的復(fù)雜和難易程度。 方案選擇根據(jù)前面的任務(wù)分析，我們知道方案選擇的關(guān)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(xiàn)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(shù)字式紅外探頭進行溫度的數(shù)字化采集，并將結(jié)果通過 LED/LCD 模塊顯示，并需要給其設(shè)計相應(yīng)的鍵盤電路和語音輸出電路。同樣也可以采用其它的 8 位單片機實現(xiàn)，方案結(jié)構(gòu)如圖 所示。 方案二采用 SPCE061A 單片機外接數(shù)字式紅外探頭進行溫度的數(shù)字化采集，并通過內(nèi)部語音算法將結(jié)果播報出來。方案結(jié)構(gòu)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(xiàn)語音功能則比較困難，擴展電路比較復(fù)雜，而且還需要專用的仿真器；方案二采用 SPCE061A 單片機，該 16 位單片機運算能力強，操作簡單，而且?guī)в姓Z音功能，可以非常快捷地實現(xiàn)語音輸出功能，提高了集成度，并且能實現(xiàn)在線仿真、調(diào)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(shù)碼管顯示和液晶顯示，本設(shè)計中我們采用數(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的設(shè)計提供了很多便利。本設(shè)計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。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)、計算溫度值，并根據(jù)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(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)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(jié)束返回測量結(jié)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(jié)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(shù)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(jié)構(gòu)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(shè)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(jié)構(gòu)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(diào)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(shù)碼管顯示出來。揚聲器可以實現(xiàn)溫度的語言播報，超過設(shè)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?！痭SP?系列產(chǎn)品 SPCE500A 等之后凌陽科技推出的又一款 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里只內(nèi)嵌 32K 字的閃存（FLASH） 。較高的處理速度使 181?！痭SP?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 相比，以 181?！?5nSP?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(shù)器(可自動預(yù)置初始計數(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( 位/秒 )，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。 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(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、電子制作及電子競賽所設(shè)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(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，可方便地在板上實現(xiàn)程序的下載、在線仿真調(diào)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(fù)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(nèi)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(nèi)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(chǎn)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(yīng)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(shù)據(jù)。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