【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 為減法計(jì)數(shù)器 2的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù) 門打開時(shí)， DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量 。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測(cè) 量前，首先將 55 ℃ 所對(duì)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(duì) 應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器 1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)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(shí)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 。 計(jì)數(shù)器 1重 新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)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(shí)， 停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。圖 于補(bǔ)償和修正測(cè)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(cè)溫度值，這就是 DS18B20的測(cè)溫原理。 另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時(shí)完成的，他有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重 要。系統(tǒng)對(duì) DS18B20 的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖 ）→發(fā) ROM 功能命令 → 發(fā)存儲(chǔ)器操作命令 → 處理數(shù)據(jù)。 預(yù) 置低 溫 度 系 數(shù)振 蕩 器高 溫 度 系數(shù) 振 蕩 器減 法 計(jì) 數(shù) 器斜 坡 累 加 器減 到 0減 法 計(jì) 數(shù) 器計(jì) 數(shù) 比 較 器預(yù) 置溫 度 寄 存 器減 到 0圖 DS18B20測(cè)溫原理示意圖 4． 2． 4 MAX232 a) 一般說明 MAX232是由德州儀器公司 (TI)推出的一款兼容 RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。由于電腦串口 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 14 頁 共 32 頁 RS232電平是 10v +10V，而一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的信號(hào)電壓是 TTL電 +5V,MAX232 就是用來進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的 ,該器件包含 2驅(qū)動(dòng)器、 2接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA232F電平。該器件符合 TIA/EIA232F標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將 TIA/EIA232F 電平轉(zhuǎn)換成 5V TTL/CMOS 電平。每一個(gè)發(fā)送器將 TTL/CMOS 電平轉(zhuǎn)換成 TIA/EIA232F 電平。 這些接收器具有 的典型門限值及 ，而且可以接收177。 30V的輸入。所有的驅(qū)動(dòng)器、接收器及電壓發(fā)生器都可以在德州儀器公司的 LinASIC元件庫中得到標(biāo)準(zhǔn)單元。 MAX232的工作溫度范圍為 0℃ 至 70℃ 。 b) 特點(diǎn) 單 5V電源工作 LinBiCMOS 工藝技術(shù) 兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器及兩個(gè)接收器 177。 30V 輸入電平 低電源電流：典型 值是 8mA 符合甚至優(yōu)于 ANSI 標(biāo)準(zhǔn) EIA/TIA232E 及 ITU 推薦標(biāo)準(zhǔn) 可與 Maxim 公司的 MAX232 互換 ESD 保護(hù)大于 MILSTD883（方法 3015） 標(biāo)準(zhǔn)的 2021V c) 引腳排列 DW 或 N 封裝（頂視） 圖 MAX232封裝圖 d) 應(yīng)用范圍 EIA/TIA232E 電池供電系統(tǒng) 終端 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 15 頁 共 32 頁 調(diào)制解調(diào)器 計(jì)算機(jī) 4． 3 心率 采集 及處理 模塊 a) 采集及處理部分整體框圖 如圖 所示 1) 傳感器：傳感器采用了紅外光電傳感器，將測(cè)得的信號(hào)傳給放大電路。 血液是一種高度不透明液體，血液中含有大量的血紅細(xì)胞，這種細(xì)胞具有很強(qiáng)的吸收紅外線的功能。因此，紅外線在一般組織中的穿透性要比在血 液中大幾十倍。當(dāng)人體動(dòng)脈血管隨心臟周期性地收縮和舒張，動(dòng)脈血管的血液容積隨之發(fā)生變化時(shí)，動(dòng)脈所在部分的人體組織對(duì)于紅外光的透射性就會(huì)發(fā)生變化。這種現(xiàn)象在人體組織較薄的手指尖、耳垂等部位最為明 顯 ，因而取手指作為信號(hào)采集部位 ，將人的脈搏信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào) [4]。紅外光電傳感器結(jié)構(gòu)如圖所示 ,D1和 D4組成光電傳感器。 圖 光電傳感器 2) 放大濾波電路：由于傳感器輸出電阻比較高，故放大電路采用了同相放大器， 因光電傳感器輸出的電脈沖信號(hào)是非常微弱的信號(hào)，而且頻率很低 (如脈搏 5O次／分鐘為 0． 78Hz， 200次／分鐘為 3． 33Hz)，并且還伴有各種噪聲干擾，故該信號(hào)要先經(jīng)過R C2低通濾波，去除高頻干擾。當(dāng)傳感器檢測(cè)到較強(qiáng)的干擾光線時(shí)，其輸出端的直流電壓信號(hào)會(huì)有很大變化。為避免干擾信號(hào)傳到 U2B輸入端，造成錯(cuò)誤指示，用 C1耦合電容將其隔離。運(yùn)放 U2B將信號(hào)放大 200倍，并與 R C7組成截止頻率為 10Hz左右的低通濾波器，進(jìn)一步濾除殘留干擾。 如圖 所示，運(yùn)放采用了 LM324，電源電壓有源濾波 放大整形 傳感器 圖 放大與整形電路框圖 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 16 頁 共 32 頁 177。 5V，放大電路的電壓放大倍數(shù)為 200倍 左右。 圖 放大濾波電路 3) 整形電路：如圖 ， U2B輸出的是疊加有噪聲的脈動(dòng)正弦波信號(hào)，此信號(hào)由比較器 U2D轉(zhuǎn)換成方波。用 R2可將該比較器的閾值調(diào)節(jié)在正弦波的幅值范圍之內(nèi) 。 圖 整形電路 4) 微分電路、單穩(wěn)多諧振蕩器及分壓電路： U2D的輸出信號(hào)經(jīng) C R25組成的微分電路微分后將正、負(fù)相間的尖脈沖加到單隱多諧振蕩器 U2C的反相輸入端。當(dāng)有輸入信號(hào)時(shí) ,U2C在比較器輸入信號(hào)的每個(gè)后沿到來時(shí)輸出高電平 ,使 C8通過 R8充電，約20ms后，因 C8充電電流減少而使 U2C同相輸入端的電壓降低，當(dāng)其低于反相輸入 端的電位時(shí) (尖脈沖已過去很久 )， U2C改變狀態(tài)并再次輸出低電平，該 20ms長(zhǎng)的脈沖信號(hào) 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 17 頁 共 32 頁 與脈搏同步，并通過紅色發(fā)光二級(jí)管 D2閃爍指示。該脈沖信號(hào)通過 R28送單片機(jī) T0口計(jì) 算，得到每分鐘的脈搏次數(shù) 。 5V電源電壓由 R R5分壓后得到 ，經(jīng) U2A緩沖后用作 U2B、 U2D、 U2C的參考電壓。 圖 微分電路和單穩(wěn)多諧振蕩器及分壓電路 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 18 頁 共 32 頁 b) 傳感器部分整體電路圖如 所示 圖 傳感器及處理部分電路圖 4． 4 溫度 采集模塊 圖 . 溫度傳感器 電路圖 采用 3 腳 PR－ 35 封裝或 8 腳 SOIC 封裝，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比 ,它能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn) 12 位（二進(jìn)制）的數(shù)字值讀值讀數(shù)方式。 DSl8B20 的測(cè)量范圍從 55～ +125℃，增量值為 ℃ [10]，1s(典型值 )內(nèi)把溫度變換成數(shù)字。 DS18B20 最大的特點(diǎn)是可采用單總線數(shù)據(jù)傳輸方式，即 DS18B20 的數(shù)據(jù) I/O 公口公用一條輸出線。由于系統(tǒng)溫度采集點(diǎn)數(shù)不多，采用一對(duì) 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 19 頁 共 32 頁 一的接線方式，即每一個(gè) DS18B20 的數(shù)據(jù)線與單片機(jī)一個(gè) I/O口相連 [10,11]。 4． 5 語音芯 片及其外圍電路模塊 如圖中所示 89C55 與 ISD4004 之間的連接較少，單片機(jī) 接 ISD4004 的片選/SS,控制 ISD4004 的選通與否。 接 ISD4004 的 SCLK, ISD4004 的串行輸入引腳 MOSI,從該引腳讀入放音的地址。 ISD4004 的 MISO, 接 ISD4004 的中斷引腳 /INT。對(duì)于 ISD4004 的連接還有音頻信號(hào)輸出引腳 AUDOUT 及接功率放大器放大后將信號(hào)輸入給喇叭。錄音電路接 ISD4004 的 AMCAP。 ISD4004 的連接如下圖： 圖 ISD4004的連接圖 錄音過程：當(dāng)單片機(jī)的控制錄放的按鍵接通高電平時(shí)，此時(shí)錄音指示燈亮，表明可以錄音了。 ISD4004 的片選信號(hào)為低電平，并且保持到錄音結(jié)束；同時(shí)，由單片機(jī)向 ISD4004 發(fā)送一串行指令： 8 位控制碼＋ 16 位地址碼，通過串行輸入口 MOSI 輸入， 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 20 頁 共 32 頁 表示從此地址開始錄音，直到到達(dá)存儲(chǔ)器的末尾或新的串行指令要求它結(jié)束，這樣就形成一錄音段。 放音過程：?jiǎn)纹瑱C(jī)的錄放鍵是接通低電平的情況下，當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到溫度過限時(shí)，它會(huì)通過 MOSI 向 ISD4004 發(fā)送一串行指令，同樣是 8 位控制碼＋ 16 位地址碼，控制碼表 示放音，地址碼表示從此地址開始放音，直到到達(dá)存儲(chǔ)器的末尾或放音結(jié)束指令再次輸入停止，這樣就實(shí)現(xiàn)了放音功能。 語音信號(hào)的固化： 語音信號(hào)固化時(shí)，控制命令要遵循 SPI 串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，如上電命令 (POWER UP)，錄音命令 (REC)等。將語音信號(hào)固化到語音庫時(shí)，首先根據(jù)芯片的時(shí)序發(fā)送上電命令并相應(yīng)地進(jìn)行延時(shí)處理，再將地址信息發(fā)送給 ISD4004 芯片，接著發(fā)送錄音設(shè)置及錄音命令，直到出現(xiàn)錄音結(jié)束標(biāo)志 OVF 后結(jié)束錄音。 ISD4004 芯片工作電壓 3V,單片錄放時(shí)間 8至 16分鐘 ,音質(zhì)好 ,適用于移動(dòng)電話及其他便攜式電子 產(chǎn)品中。芯片采用 CMOS 技術(shù) ,內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動(dòng)靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列。芯片設(shè)計(jì)是基于所有操作必須由微控制器控制 ,操作命令可通過串行通信接口 (SPI 或 Microwire)送入。芯片采用多電平直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù) , 每 個(gè)采樣值直接存貯在片內(nèi)閃爍存貯器中 ,因此能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)和效果聲 ,避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和 金屬聲 。 4． 6 數(shù)碼管顯示模塊 顯示部分采用共陽極 LED顯示 ，數(shù)碼管的引腳圖以及接線圖見下圖 ： 圖 本課題采用 DPY4SECDP 型數(shù)碼管。 每個(gè)段的驅(qū)動(dòng)電流大概是 10mA,8 段全亮?xí)r大約是 80mA， 由于單片機(jī)低電平 驅(qū)動(dòng) 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 21 頁 共 32 頁 P0 口 提供 16mA 電流 ，因此外加 74LS244 進(jìn)行段控輸出 的驅(qū)動(dòng) 和單片機(jī)的 P0口相接 ，以提供足夠的電流。 四個(gè)位選信號(hào)接四個(gè) PNP 管子的集電極 ,共發(fā)射極接電源 ,由于單片機(jī)低電平驅(qū)動(dòng) P P P3 口提供 8mA 電流， 而三極管有個(gè)放大倍數(shù) (假設(shè)β =100,位驅(qū)動(dòng)需要驅(qū)動(dòng)電流為 10