【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 機(jī)與外圍設(shè)備硬件連接圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 表 AT89C51 的 I/O 端口具體分配 AT89C51 的 IO 端口 外接點(diǎn) LCD 顯示地址端口 語音芯片播音地址端口 DS18b20 通道 連接鍵盤控制端口 連接報(bào)警器端口 開始播音口 LCD 讀 /寫選擇端 LCD 數(shù)據(jù) /命令端 LCD 使能端 復(fù)位電路 系統(tǒng)復(fù)位是任何微機(jī)系統(tǒng) 執(zhí)行的第一步，使整個(gè)控制芯片回到默認(rèn)的硬件狀態(tài)下即單片機(jī)的片內(nèi)電路初始化，使單片機(jī)從一種確定的初態(tài)開始運(yùn)行。 AT89C51 的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位引腳 RST 通過一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。 手動(dòng)復(fù)位：手動(dòng)復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端加高電平讓系統(tǒng)復(fù)位。一般采用的方法是在 RST 端和正電源 VCC 之間接一個(gè)按鍵，當(dāng)按下按鍵后， VCC和 RST 端接通， RST 引腳處有高電平，而且按鍵動(dòng)作一般是數(shù)十毫秒、大于兩個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間，能夠安 全的讓系統(tǒng)復(fù)位。 上電復(fù)位：上電復(fù)位電路是 — 種簡(jiǎn)單的復(fù)位電路，只要在 RST 復(fù)位引腳接一個(gè)電容到 VCC，接一個(gè)電阻到地就可以了。上電復(fù)位是指在給系統(tǒng)上電時(shí)，復(fù)位電路通過電容加到 RST 復(fù)位引腳一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，這個(gè)復(fù)位信號(hào)隨著 VCC 對(duì)電容的充電過程而回落，所以 RST 引腳復(fù)位的高電平維持時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。為了保證系統(tǒng)安全可靠的復(fù)位， RST引腳的高電平信號(hào)必須維持足夠長的時(shí)間。 在本設(shè)計(jì)中復(fù)位電路的設(shè)計(jì)是采用簡(jiǎn)單，用得比較廣的復(fù)位電路接法，如圖 所示，它具有上電復(fù)位和按鍵復(fù)位的雙重復(fù)位功能。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 復(fù)位電路 AT89C51 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是 以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊的一拍一拍地工作。因此，時(shí)鐘頻率直 接影響單片機(jī)的速度 時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時(shí)鐘電路有兩種 方式：一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種為外部時(shí)鐘方式。本文用的是內(nèi)部時(shí)鐘方式。電路圖 所示： 圖 時(shí)鐘電路圖 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片引腳 XTAL1，輸出端為引腳 XTAL2。這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。 電源模塊 鑒于系統(tǒng)使用的單片機(jī) AT89C51 和各芯片工作電壓在 5V左右。我們選擇了 5V穩(wěn)壓電源給單片機(jī)和各芯片供電。電路由簡(jiǎn)單實(shí)用的三端穩(wěn)壓器構(gòu)成，輸入電壓 5V，滿足大部分電路的要求，電源電路圖如下圖 所示，由于使用了全橋，電壓輸入既可以使用交流輸入，又可以使用正負(fù)直流輸入，能夠防止由于極性接反造成的事故。濾波電容使用電解電容與小電容洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 并聯(lián)的方式，能夠有效消除 高頻自激現(xiàn)象。發(fā)光二極管接到電源與地之間，如果電源輸出不正常，發(fā)光二極管都會(huì)出現(xiàn)工作異常，提示電源部分故障。 圖 電源電路圖 溫度傳感器模塊 本模塊主要作用是進(jìn)行溫度采集，然后經(jīng)采集的數(shù)據(jù)送入 AT89C51 里進(jìn)行分析處理。在本次設(shè)計(jì)中采用了 DS18B20 作為數(shù)據(jù)采集器，它的精度最少可以精確到 ，完全可以用來進(jìn)行環(huán)境溫度的測(cè)量。 DS18B20 是美國 DALLAS 公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器 ,可把溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號(hào)供微處理器處理 ,而且可以在 一條總線上掛接任意多個(gè)DS18B20 芯片 ,構(gòu)成多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)無需任何外加硬件。 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器可提供 9～ 12 位溫度讀數(shù) ,讀取或?qū)懭?DS18B20 的信息僅需一根總線 ,總線本身可以向所有掛接的 DS18B20 芯片提供電源 ,而不需額外的電源。由 DS18B20 這一特點(diǎn) ,非常適合于多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng) ,硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,方便聯(lián)網(wǎng) ,在倉儲(chǔ)管理、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)制造、氣象觀測(cè)、科學(xué)研究以及日常生活中被廣泛應(yīng)用。 DS18B20 的測(cè)溫原理 用一個(gè)高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個(gè)門周期，內(nèi)部計(jì)數(shù)器在這個(gè)門周期 內(nèi)對(duì)一個(gè)低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來的到溫度值。計(jì)數(shù)器被預(yù)置到對(duì)應(yīng)于 55的一個(gè)值。如果計(jì)數(shù)器在門周期結(jié)束前到達(dá) 0，則溫度寄存器（同樣被預(yù)置到 55℃）的值增加，表明所測(cè)溫度大于 55℃。同時(shí)，計(jì)數(shù)器被復(fù)位到一個(gè)值，這個(gè)值由斜坡式累加器電路確定，斜坡式累加器洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 電路用來補(bǔ)償感溫振蕩器的拋物線特性。然后計(jì)數(shù)器又開始計(jì)數(shù)知道 0，如果門周期仍未結(jié)束，將重復(fù)這一過程。斜坡式累加器用來補(bǔ)償感溫振蕩器的非線性，以期測(cè)溫時(shí)獲得比較高的分辨力，這是通過改變計(jì)數(shù)器對(duì)溫度每增加一度所需計(jì)數(shù)的值來實(shí)現(xiàn)的。因此，要想獲得所需的分 辨力，必須同時(shí)知道在給定溫度下計(jì)數(shù)器的值和每一度的計(jì)數(shù)值。 DS18B20 內(nèi)部對(duì)此計(jì)算的結(jié)果可提供 ℃的分辨力。溫度以 16bit 帶符號(hào)位擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式讀出，表 給出了溫度值和輸出數(shù)據(jù)的關(guān)系。數(shù)據(jù)通過單線接口以串行方式傳輸。 DS18B20 測(cè)溫范圍 55℃ ~+125℃，以 ℃遞增。如用于華氏溫度，必須要用一個(gè)轉(zhuǎn)換因子查找表。 表 溫度和數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)表 注意 DS18B20 內(nèi)溫度表示值為 1/2℃ LSB，如下所示 9bit 格式： 表 溫度表 最高有效（符號(hào)）位被復(fù)制充滿存儲(chǔ)器中兩字節(jié)溫度存儲(chǔ) 器的高 MSB位，由這種“符號(hào)位擴(kuò)展”產(chǎn)生出了表 的 16bit 溫度讀數(shù)。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 DS18B20 測(cè)溫原理圖： 圖 DS18B20 測(cè)溫原理框圖 可用下述方法獲得更高的分辨力。首先，讀取溫度值，將 ℃位（ LSB）從讀取的值中截去，這個(gè)值叫做 TEMP_READ。然后讀取 計(jì)數(shù)器中剩余的值，這個(gè)值是門周期結(jié)束后保留下來的值（ COUNT_REMAIN） 。最后，我們用到在這個(gè)溫度下每度的計(jì)數(shù)值（ COUNT_PER_C） 。用戶可以用下面的公式計(jì)算實(shí)際溫度值 ： CPERCO U NT R E MA INCO U NTCPERCO U NTR E A DT E MPET E MP E R A T U R __ ) ???? DS18B20 與 AT89C51 的接口電路設(shè)計(jì) DS18B20 可以從單總線上得到能量并儲(chǔ)存在內(nèi)部電容中 ,該能量是當(dāng)信號(hào)線處于低電平期間消耗 ,在信號(hào)線為高電平時(shí)能量得到補(bǔ)充 ,這種供電方式稱為 寄生電源供電。 DS18B20 也可以由 3～ 的外部電源供電。所以在硬件上， DS18B20 與單片機(jī)的連接有兩種方法，一種是 VCC 接外部電源，GND 接地， I/O 與單片機(jī)的 I/O 線相連；另一種是用寄生電源供電，此時(shí)UDD、 GND 接地， I/O 接單片機(jī) I/O。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O 口線要接 5KΩ左右的上拉電阻 .我們采用的是第一種連接方法 , 如圖 所示 :把 DS18B20 數(shù)據(jù)線與 AT89C51的 ,再加上上拉電阻。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 DS18B20 與 AT89C51 的接口電路 鍵盤控制模塊 按鍵的開關(guān)狀態(tài)通過一定的電路轉(zhuǎn)換為高、低電平狀態(tài)。按鍵閉合 過程在相應(yīng)的 I/O 端口形成一個(gè)負(fù)脈沖。閉合和釋放過程都要經(jīng)過一定的過程才能達(dá)到穩(wěn)定，這一過程是處于高、低電平之間的一種不穩(wěn)定狀態(tài)，稱為抖動(dòng)。 本系統(tǒng)中用到四個(gè)功能控制按鍵，用 P2 的 4 個(gè) I/O 口接 4 個(gè)獨(dú)立式按鍵即可滿足需要，軟件消除抖動(dòng)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有鍵按下時(shí)，延時(shí) 1020ms 再查詢是否有鍵按下，若沒有鍵按下，說明上次查詢結(jié)果為干擾或抖動(dòng)；若沒有鍵按下，說明上次查詢結(jié)果為干擾或抖動(dòng)；若仍有鍵按下，則說明閉合鍵已穩(wěn)定。準(zhǔn)確判斷去執(zhí)行相應(yīng)的程序。電路圖如圖 所示。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 圖 鍵盤控制電路 報(bào)警模塊 報(bào)警模塊的工作原理是當(dāng)溫度傳感器檢測(cè)到的溫度高于溫度的上限或低于溫度的下限設(shè)定值時(shí)單片機(jī)的 PNP三極管導(dǎo)通點(diǎn)亮發(fā)光二極管，蜂鳴器也發(fā)出響聲，產(chǎn)生聲光報(bào)警。電路圖如 所示。 圖 報(bào)警電路 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 液晶顯示模塊 該模塊是由 RT1602 液晶顯示器件組成 , 第 3 腳： VL 為液晶顯示器對(duì) 比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度。第 4腳： RS 為寄存器選擇，高電 平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第 5 腳： RW 為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng) RS 和 RW 共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 RW 為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) RS 為高電平 RW 為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第 6 腳： E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。由上可知 1602 基本操作時(shí)序如表 4。 其第 15～ 16 腳：背光電源腳。 RT1602 與單片機(jī)的應(yīng)用連接電路圖如圖 所示。 液晶顯示模塊接口電路 表 LCD1602 基本操作時(shí)序 基本時(shí)序操作 輸入 輸出 讀狀態(tài) RS=L,R/W=H,E=H DO～ D7=狀態(tài) 讀數(shù)據(jù) RS=H,R/W=H,E=H 無 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 寫指令 RS=L,R/W=L,E=高脈沖 ,DO～ D7=指令碼 DO～ D7=數(shù)據(jù) 讀指令 RS=H,R/W=L,E=高脈沖 ,DO～ D7=數(shù)據(jù) 無 語音播報(bào)模塊 本模塊采用的核心語音芯片 ISD1402 語音芯片是美國ISD(Information Storage Device)公司的產(chǎn)品。它包括時(shí)鐘振蕩器、 128K可編程電擦除只讀存儲(chǔ)器 （ EEPROM） 、低噪前置放大器、自動(dòng)增益控制電路、抗干擾濾波器、差分功率放大器等電路。 ISD1400 系列語音芯片采用直接存儲(chǔ)模擬信號(hào)，自動(dòng)待機(jī)省電，可編程電擦除只讀存儲(chǔ)和總線技術(shù)。ISD1400 是一種具有高保真、錄音數(shù)據(jù)永久保存、省電、適用于同單片機(jī)接口特點(diǎn)的新一代語音芯片。 ISD1420 是 ISD1400 系列中錄音時(shí)長為 20s語音芯片。 ISD1420 是采用模擬存取技術(shù)集成的可反復(fù)錄放的 20 秒語音芯片，掉電語音不丟失，最大可分 160 段，最小每段語音長度為 125ms，每段語音都可 由地址線控制輸出，每 125ms 為一個(gè)地址，由 A0A7 八根地址線控制。 ISD1420 語音芯片錄放音電路設(shè)計(jì) 分段錄音時(shí)， ISD1420 的 A0A7 用作地址輸入線， A A7不可同時(shí)為高電平，所以地址范圍為 00H9FH，即為十進(jìn)制碼 0159 共 160 個(gè)數(shù)值。這表明 ISD1420 的 EEPROM 模擬存儲(chǔ)器最多可被劃分為 160 個(gè)存儲(chǔ)單元， 也就是說 ISD1420 最多可存儲(chǔ) 160 個(gè)語音段，語音段的最小時(shí)間長度為。不同分段的選擇是通過對(duì) A0A7 端接不同的高低電平來實(shí)現(xiàn)。 ISD1420 分 段錄音可以通過硬件（開關(guān)）來實(shí)現(xiàn)也可以通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)。 圖 為硬件實(shí)現(xiàn)錄音和放音的電路圖。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 圖 語音芯片錄音和放音電路 其中 ISD1420 各引腳說明如下 ： A0A7— 地址輸入端，當(dāng) A6 和 A7 不全為高電平時(shí) ， A0A7為 分段錄音信息地址線，不同的地址對(duì)應(yīng)不同的錄音片斷。 MIC— 話筒輸入端，話筒輸入信號(hào)通過電容交流耦合至此引腳并傳給片上預(yù)放大器，耦合電容 C7 的 值和該端內(nèi)阻 R7(10K)決定語音信號(hào)通頻帶下限頻率 。 MICREF— 話筒參考輸人端 ， MICREF 是預(yù)放大器的反相輸入端，配 合外電路可使片上預(yù)放大器具有較高的噪聲抑制比和共模抑制比。 ANA IN— 模擬信號(hào)輸人端，對(duì)于話筒輸入， ANA IN 引腳應(yīng)通過外部電容 C4與 ANA OUT引腳連接，耦合電容 C4決定片上控制預(yù)放大器通頻帶的下限頻率。 ANA OUT— 預(yù)放大器的輸出端，預(yù)放大器的電壓增益取決于 AGC 電平，對(duì)于小信號(hào)輸入電平，其增益最大為 24dB， 對(duì)于強(qiáng)信號(hào)，增益較低。 AGC— 自動(dòng)增益控制端， AGC 動(dòng)態(tài)地調(diào)整預(yù)放大器增益，使加至 MIC輸入端的非失真信號(hào)的范圍擴(kuò)展。內(nèi)阻抗（ 5 歐）和外部電容決定 AGC 的響應(yīng)時(shí)間