【文章內(nèi)容簡介】 T89S52 和 ISD1700 不僅便宜，而且調(diào)試時相對方便。 （ 2） 方案二中，對器件的選擇已經(jīng)有了明確的方向。光敏器件選擇了光敏二極管，其光譜特性和溫度特性相對都是較好和穩(wěn)定的，而溫度傳感器選擇了 DS18B20，它在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊并且測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，最后語音芯片選擇 ISD1700 系列，其內(nèi)部 包含有自動增益控制、麥克風前置擴大器、揚聲器驅(qū)動線路、振蕩器與內(nèi)存等的 全方位整合系統(tǒng)功能，使用起來很方便。所以方案二確定為本設(shè)計的最終選擇。 3 硬件設(shè)計 系統(tǒng)的硬件電路由以下幾個部分組成： （ 1） AT89S52 對 DS18B20 進行控制，進行溫度檢測； （ 2） AT89S52 對光敏二極管采集到的數(shù)據(jù)經(jīng) AD623 放大信號后又經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果進行同步串行通信； （ 3） AT89S52 對 ISD1700 語音芯片進行控制； （ 4） AT89S52 對 LCD1602 進行控制； （ 5） 電源部分。 AT89S52 的功能介紹及其 外圍電路的連接 AT89S52 引腳的功能： （ 1） 0 口： P0 口 是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。 （ 2） P1 口： P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P1 端口寫 “1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。 P1 口也可以作 第二功能 使用 ： MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用） （ 3） P2 口： P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P2 端口寫 “1”時，內(nèi)部上拉電阻 把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。 （ 4） RST: 復位輸入。晶振工作時， RST 腳持續(xù) 2 個機器周期高電平將使單片機復位。 （ 5） 時鐘周期是單片機的晶振周期，本設(shè)計接入的單片機是 12M 晶振，則時鐘周期就是 1/12M。機器周期是單片機指令中最少的時鐘周期，是時鐘周期的 12 倍，指令周期是運行一條指令所需要的機械周期。所以可得 時鐘周期是 1 1 2 0 .0 8 3T M H z s??? （ 21） 桂林電子科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 5 頁 共 38 頁 機械周期是 1 2 1 1 2 1T M H z s?? ? ? （ 22） 時鐘電路 系統(tǒng)的時鐘電路設(shè)計是采用的內(nèi)部方式，如圖 所示，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。 AT89S52 單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳 XTAL1 和XTAL2 分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容 C1 和 C2 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒 有嚴格的要求，但電容的大小會影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為 12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為 20PF。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。 圖 單片機的最小系統(tǒng) 復位電路 復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式，此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復位電路，本設(shè)計 中，時鐘頻率選用 12MHz時， C 取 10μF， Rs 約為 300Ω， R32 約為 3K。 光電檢測和信號放大 如圖 所示， 光敏二極管是作用在反向偏置電壓下，受到光激發(fā)就會形成光電流，外電路接上 10K 的電阻，光電流就在負載上產(chǎn)生電壓降，由此，光信號就轉(zhuǎn)化成了電信號 。該電壓降就成了 AD623 的輸入電壓，由 (1 1 0 0 )o u t g inV K R V? ? ? （ 31） VCCY212MC4820PC4720PR8300R32VCCEA/VP31X119X218RESET9INT012INT113T014T1151234567839383736353433322122232425262728RD17WR16PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U4AT89S52S3SWPBC4610uVCC123456789RP3RESPACK8123456789RP1RESPACK8VCCD0D1D2D3D4D5D6D7RSENISD_MISOISD_MOSIISD_SCLKISD_SSVCC123456789RP6RESPACK8LTC_CLKLTC_DATALTC_CSDQSW0SW1SW2 桂林電子科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 6 頁 共 38 頁 可計算得 AD623 的輸出電壓即 TLC1549 模數(shù)轉(zhuǎn)換的輸入電壓。而 TLC11549 的參考電壓，則由 TL431 和電容 C51 提供。根據(jù) 1023 inre f re fVN VV???? ? （ 32） 獲得模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。再由 AT89S52 的 到 口對 TLC1549 進行同步串行通 信。 圖 光電檢測及放大電路 （ 1） AD623 儀放的設(shè)計 AD623 是在傳統(tǒng)的三運放結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上改進的一種新型儀表放大器，其引腳排列如圖 所示。 AD623 與傳統(tǒng)三運放結(jié)構(gòu)儀表放大器 (例如 AD620)的不 同之處是在兩個輸入放大器之前分別加兩個 PNP 晶體管作為電壓緩沖器，以便向兩個輸入放大器提供共模信號，并且符合電源限輸入運放電路結(jié)構(gòu)的要求。輸出放大器用來將差動電壓轉(zhuǎn)換成單端電壓，它還對前面兩個輸入放大器輸出的共模信號起到抑制作用。 圖 AD623 引腳圖 REF1IN2REF3GND4CS5DATA6CLK7VCC8C52LTC1549231D6TL431AGNDR203kAVCCVCCC51CAPAGNDRG1VIN2VIN+3VSS4REF5OUT6VCC7RG8INA118U2AD623AVCCC54R610kR2110kC49C501000pfC61000pfAGNDAGNDR105kAGNDD2LEDAVCCAGNDLTC_CLKLTC_DATALTC_CSR30200KC11 C9100UFAGNDC53 桂林電子科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 7 頁 共 38 頁 AD623 的主要特點： ① AD623 使用一只外接電阻設(shè)置增益 (G)，高達 1000，從而給用戶帶來極大方便 ② AD623 具有優(yōu)良的直流特性：增益精度 0 1%(G=1)，增益漂移 25ppm(G=1),輸入失調(diào)電壓最大 100μV(AD623B)，輸入失調(diào)電壓漂移 1μV/176。C(AD623B)，輸入偏置電流最大 25nA。 ③ AD623 具有優(yōu)良的 CMRR(它隨增益增加而增加 )，使誤差最小。電源線噪聲及其諧波都受到抑制，因為 CMRR 抑制頻率高達 200Hz。 ④ AD623 帶寬 800kHz(G=1),達 %建立時間 20μs(G=10)。 ⑤ AD623 的輸入共模范圍很寬，可以放大比地電位低 150mV 的共模電壓。雖然AD623 單電源供電能達到最佳性能，但雙電源供電 (177。25~177。60V)也能提供優(yōu)良的性能。 ⑥ AD623 低功耗 (電源電流最大 575μA)、寬電源范圍和電源限輸出特性非常適合電池供電應(yīng)用場合。電源限輸出特性使低電源供電條件下，電源限輸出級使其動態(tài)范圍達到最大。 （ 2） TLC1549 模數(shù)轉(zhuǎn)換的設(shè)計 TLC1549 系列是美國德州儀器公司生產(chǎn)的具有串行控制、連續(xù)逐次逼近型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它采用兩個差分基準電壓高阻輸入和一個三態(tài)輸出構(gòu)成三線接口，其中三態(tài)輸出分別為片選 (CS 低電平有效 )，輸入／輸出時鐘 (I／ O CLOCK)，數(shù)據(jù)輸出 (DATAOUT)。 TLC1549 能以串行方式送給單片機 ， 由于 TLC1549 采用 CMOS 工藝。內(nèi)部具有自動采樣 保持、可按比例量程校準轉(zhuǎn)換范圍、抗噪聲干擾功能，而且開關(guān)電容設(shè)計使在滿刻度時總誤差最大僅為 177。1 LSB()，因此可廣泛應(yīng)用于模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換電路。 （ 3） TL431 的設(shè)計 TL431 是一個有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準源。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設(shè)置到從 Vref（ ）到 36V 范圍內(nèi)的任何值。 圖 TL431 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 TL431 的內(nèi)部含有一個 的基準電壓，所以當在 REF 端引入輸出反饋時，器件可以通過從陰極到陽極很寬范圍的分流，控制輸出電壓。如圖 所示 的電路，當 R1和 R2 的阻值確定時，兩者對 Vo 的分壓引入反饋，若 Vo 增大，反饋量增大， TL431 的分流也就增加，從而又導致 Vo 下降。顯見，這個深度的負反饋電路必然在 VI 等于基準 桂林電子科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 8 頁 共 38 頁 電壓處穩(wěn)定，此時 由 選擇不同的 R1 和 R2 的值可以得到從 到 36V 范圍內(nèi)的任意電壓輸出，特別地，當R1=0 時， Vo=。需要注意的是，在選擇電阻時必須保證 TL431 工作的必要條件，就是通過陰極的電流要大于 1 mA 。 溫度檢測電路 如圖 所示。 DS18B20 與微處理器連接時只需要一條口線 此用 與其 DQ 線相連就可實現(xiàn) DS18B20 與 AT89S52 的雙向通信。 一線制總線的基本時序在對 DS18B20進行操作時，在一線制總線上只會有以下的幾種基本的時序，所有的控制操作、數(shù)據(jù) /命令傳輸都是用這幾種基本時序進行組合，在總線上的單獨的 DQ 線上體現(xiàn)?；镜臅r序有： （ 1） 總線復位信號（ Reset Plus）； （ 2） 從器件存在應(yīng)答信號（ Presence Plus）； （ 3） 寫操作（ Write Time Slots），包括寫 1 和寫 0； （ 4） 讀操作（ Read Time Slots），包括讀 1 和讀 0。 圖 DS18B20 電路圖 DS18B20 的主要特性 ： （ 1） 適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供 ； （ 2） 獨特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊 ； （ 3） DS18B20 支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫 ； （ 4） DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只 ； 三極管的集成電路內(nèi) ； （ 5） 溫范 圍－ 55℃ ～＋ 125℃ ，在 10～ +85℃ 時精度為 177。℃ ； （ 6） 可編程的分辨率為 9～ 12 位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃ 、 ℃ 、 ℃ 和 ℃ ，可實現(xiàn)高精度測溫 ； （ 33） r e fVRRV???????? 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