【導(dǎo)讀】濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。因此，環(huán)境測(cè)試儀對(duì)我們?nèi)粘Ｉ钍欠浅Ｖ匾?。換模塊、溫度檢測(cè)模塊、語(yǔ)音播報(bào)模塊、液晶顯示模塊。其主要以AT89S52單片機(jī)為。溫度值和照度值。通過(guò)程序完成各種模數(shù)轉(zhuǎn)換，溫度、光線監(jiān)測(cè)和語(yǔ)音播報(bào)等。成3個(gè)等級(jí)：光線太弱、光線柔和、光線太亮。對(duì)此該測(cè)試儀可以運(yùn)用于對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)的

　　

【正文】 圖 語(yǔ)音 錄放 部分程序流程圖 a)錄音流程圖 b)放音流程圖 對(duì)語(yǔ)音播報(bào)部分的 編程 ，本設(shè)計(jì) 是從這樣一個(gè)方面來(lái)考慮：先在 ISD1700 指定的三個(gè)位置錄入聲音 ,作為不同強(qiáng)度光照對(duì)應(yīng)的播報(bào)語(yǔ)音，此時(shí)會(huì)有相應(yīng)的光線強(qiáng)度的提示，比如 ”rec dark !”、 ”rec softness !”、 rec bright!。接著播放剛剛錄音結(jié)果檢驗(yàn)是否正確錄入，同時(shí)液晶上也會(huì)顯示相應(yīng)的提示，例如 play dark !、 play softness!、 play bright!。系統(tǒng)播報(bào)光照強(qiáng)度的時(shí)候，因?yàn)楣饩€的 照度標(biāo)準(zhǔn)值分級(jí)以在主觀效果上明顯感覺(jué)到照度的最小變化而定的，所以并沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)， 在此，照度的確定原則是：將光線調(diào)到一個(gè)很適合眼睛觀看的環(huán)境，此時(shí)測(cè)得的照度為 100lx，所以將 100lx為一個(gè)級(jí)，然后將光線繼續(xù)調(diào)節(jié)到一個(gè)比較刺眼的環(huán)境，此時(shí)檢測(cè)的照度值為 500lx，所以 500lx 又為一個(gè)級(jí)。因此 如果照度值小于 100lx，則播報(bào) “光線太暗，請(qǐng)注意保護(hù)眼睛 ”，如果照度值在 100~500lx 之間，則播報(bào) “光線柔和 ”，如果照度值大于 500lx，則播報(bào) “光線太亮，請(qǐng)注意保護(hù)眼睛 ”。 光電檢測(cè)部分的程序編程 這部分程序主要就是 TLC1549 對(duì)光敏二極管采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后跟單片機(jī) 進(jìn)行串行通信。 TLC1549 具有 6 種串行接口時(shí)序模式，這些模式是由 I／ O CLOCK 周期和 CS 定義。根據(jù) TLC1549 的功能結(jié)構(gòu)和工作時(shí)序，其工作過(guò)程可分為 3 個(gè)階段：模擬量采樣、開(kāi)始擦除需要錄音的fla sh 地址段擦除操作完成了嗎 ?在需要錄音的 fla sh地址段錄入聲音錄音操作完成了嗎 ?是否否是結(jié)束開(kāi)始IS D 1730 處于閑狀態(tài)嗎 ?播放指定 fla sh 地址段的聲音放音操作完成了嗎 ?是否否是結(jié)束a )b ) 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 17 頁(yè) 共 38 頁(yè) 模擬量轉(zhuǎn)換和數(shù)字量傳輸。圖 為 TLC1549 的時(shí)序圖。 圖 TLC1549 的時(shí)序圖 （ 1） 輸入的模擬量采樣 在第 3 個(gè) I／ O CLOCK 下降沿，輸入模擬量開(kāi)始采樣，采樣持續(xù) 7 個(gè) I／ O CLOCK 周期，采樣值在第 10 個(gè) I／ O CLOCK 下降沿鎖存。 （ 2）輸入 的模擬量轉(zhuǎn)換 對(duì)于連續(xù)逐次逼近型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 TLC1549， CMOS 門限檢測(cè)器通過(guò)檢測(cè)一系列電容的充電電壓決定 A／ D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量的每一位。在轉(zhuǎn)換過(guò)程的第一階段，模擬輸入量同時(shí)關(guān)閉 SC 和 ST 進(jìn)行充電采樣，這一過(guò)程使所有電容的充電電壓之和達(dá)到模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入電壓。轉(zhuǎn)換過(guò)程的第二階段打開(kāi)所有 SC 和 ST， CMOS 門限檢測(cè)器通過(guò)識(shí)別每一只電容的電壓確定每一位，使其接近參考電壓。在這個(gè)過(guò)程中， 10 只電容逐一檢測(cè)，直到確定轉(zhuǎn)換的十位數(shù)字量。 （ 3） 數(shù)字量的傳輸 當(dāng)片選 CS 由低電平變?yōu)楦邥r(shí)， I／ O CLOCK 禁止且 A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出 DATA OUT 處于高阻狀態(tài)；當(dāng)串行接口將 CS 拉至有效時(shí)，即 CS 由高變?yōu)榈蜁r(shí)， CS復(fù)位內(nèi)部時(shí)鐘，控制并使能 DATA OUT 和 I／ O CLOCK，允許 I／ O CLOCK 工作并使DATA OUT 脫離高阻狀態(tài)。串行接口把輸入／輸出時(shí)鐘序列供給 I／ O CLOCK 并接收上一次轉(zhuǎn)換結(jié)果。首先移出上一次轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)字量對(duì)應(yīng)的最高位，下一個(gè) I／ O CLOCK的下降沿驅(qū)動(dòng) DATA OUT 輸出上一次轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)字量對(duì)應(yīng)的次高位，第 9 個(gè) I／OCLOCK 的 下降沿將按次序驅(qū)動(dòng) DATA OUT 輸出上一次轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)字量的最低位，第10 個(gè) I／ OCLOCK 的下降沿， DATA OUT 輸出一個(gè)低電平，以便串行接口傳輸超過(guò) 10個(gè)時(shí)鐘； I／ O CLOCK 從主機(jī)串行接口接收長(zhǎng)度在 10～ 16 個(gè)時(shí)鐘的輸入序列。 液晶顯示部分編程 液晶因?yàn)槭谴蠹叶己艹Ｓ玫?器件，所以液晶程序 編程時(shí)有個(gè)很常用的思路。先定義LCD1602 的端口，然后設(shè)置光標(biāo)的位置。接著就是各個(gè)函數(shù)的定義，首先定義寫指令函數(shù) Write_LCD1602_Com，然后定義寫數(shù)據(jù)函數(shù) Write_LCD1602_Data， 因需要顯示字符串，所以還需要定義一個(gè)寫字符串的函數(shù) Write_LCD1602_String，又檢測(cè)照度和溫度值 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 18 頁(yè) 共 38 頁(yè) 后，在液晶上要顯示數(shù)字，所以還得定義一個(gè) Write_Number 函數(shù)。 5 系統(tǒng)調(diào)試 硬件調(diào)試 本系統(tǒng)的硬件部分較為簡(jiǎn)單，電路都是由基本電路模塊組成。 （ 1） 首先檢查電源連線是否正確，是否有短路情況 ，特別是要注意正負(fù)電源和地線的連線，如果接反可能會(huì)導(dǎo)致芯片燒壞 。經(jīng)過(guò)檢查，電源電路連線正確。 （ 2） 然后 檢查元器件的安裝情況。用萬(wàn)用表檢查元器件的管腳之間有沒(méi)有短路，連接處有沒(méi)有接觸不良，有無(wú)斷 線，集成電路的管腳是否接對(duì)及集成塊的缺口是否與底座對(duì)位。經(jīng)過(guò)檢查和修補(bǔ)，這些都正常。 （ 3） 接著檢查元件是否良好。用萬(wàn)用表測(cè)電阻、電容的好壞。 （ 4） 在確定整個(gè)電路沒(méi)有短路情況之后，對(duì)整個(gè)硬件電路開(kāi)始供電。 調(diào)試單片機(jī)能否正常工作。通過(guò) ISP 下載口向單片機(jī)寫入程序，使單片機(jī)的 IO 口全部置 0，用萬(wàn)用表或發(fā)光二極管檢測(cè)各管腳是否全部已經(jīng)置零。經(jīng)過(guò)檢查，單片機(jī)工作正常。 （ 5） 調(diào)試復(fù)位電路。在檢查單片機(jī)時(shí)已經(jīng)寫入程序使 IO 口置 0，單片機(jī)復(fù)位時(shí)各個(gè) IO 口全部置 1。調(diào)試復(fù)位電路時(shí)，在復(fù)位鍵的同時(shí)用萬(wàn)用表或發(fā)光二極管檢測(cè) 各個(gè)IO 口是否正常置 1。經(jīng)過(guò)檢查，復(fù)位電路工作正常。 （ 6） 檢查晶振是否起振，用示波器來(lái)看晶振引腳的波形，要使用示波器探頭的 “X10”擋。 （ 7） 光電檢測(cè)部分調(diào)試時(shí)，先用相對(duì)較高的光線照射光敏二極管，使光電流 達(dá)到相對(duì)較大，因外電路接有負(fù)載 R10，光電流就在負(fù)載上產(chǎn)生了較大的電壓降，即由光信號(hào) 轉(zhuǎn)換 的 電信號(hào) 。此時(shí)的電信號(hào)是相對(duì)較大的，為了使儀放的輸出電壓能達(dá)到 TLC1549輸入電壓的范圍， 由于 TLC1549的參考電壓是經(jīng)過(guò) TL431得到的，參考電壓壓值為 ，此時(shí) 可通過(guò)調(diào)節(jié) AD623 的外接電阻 RG，使 AD623 的輸出電壓達(dá)到 左右，即滿足了 TLC1549 輸入電壓（ 0， ）范圍的要求。 軟件調(diào)試 在寫程序之前，先將 DS18B20 的時(shí)序， ISD1700 的各個(gè)引腳的功能和 SPI 串行通信的協(xié)議及 芯片 相關(guān)的指令都 認(rèn)真學(xué)習(xí)后 ， 編寫各個(gè)部分的程序流程圖，然后開(kāi)始編程。 液晶顯示 主要是為了在檢測(cè)溫度和照度時(shí)能對(duì)檢測(cè)到的數(shù)值進(jìn)行顯示，并對(duì)下一步需要進(jìn)行的操作進(jìn)行信息提示。調(diào)試該部分時(shí)，依據(jù)液晶的指令說(shuō)明和寫操作時(shí)序，編一個(gè)小程序，例如讓液晶顯示 “ABC”字符串，看液晶是否能 正常顯示，若能則表示液晶調(diào)試成功，再根據(jù)本設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)的功能，再 編寫相應(yīng)的代碼。 調(diào)試 調(diào)試這部分時(shí)，主要要弄清楚 DS18B20 的 1Wire 總線協(xié)議 ，即 DS18B20 是在一根I/O 線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對(duì)讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)序要求。 DS18B20 有嚴(yán)格的通 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 19 頁(yè) 共 38 頁(yè) 信協(xié)議來(lái)保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)的時(shí)序：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫時(shí)序。所有時(shí)序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動(dòng)啟動(dòng)寫時(shí)序開(kāi)始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù) ，在進(jìn)行寫命令后，主機(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。 TLC1549 是十位精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)采用的是 SPI 串行通信， 調(diào)試這部分的時(shí)候，首先，在 CS 的下降沿，上一次轉(zhuǎn)換的 MSB 出現(xiàn)在 DATA OUT 端。 10 位數(shù)字量通過(guò) DATA OUT 發(fā)送到主機(jī)串行接口。 為了開(kāi)始傳輸，最少需要 10 個(gè)時(shí)鐘脈沖，如果 I／ OCLOCK 傳送大于 10 個(gè)時(shí)鐘，那么在第 10 個(gè)時(shí)鐘的下降沿，內(nèi)部邏輯把 DATA OUT 拉至低電平以確保其余位清零。在正常轉(zhuǎn)換周期內(nèi)，即規(guī)定的時(shí)間內(nèi) CS 端由高電平至低電平的跳變可以終止該周期，器件返回初始狀態(tài) (輸出數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容保持為上一次轉(zhuǎn)換結(jié)果 )。由于可能破壞輸出數(shù)據(jù)，所以在接近轉(zhuǎn)換完成時(shí)要小心防止 CS 拉至低電平。 ISD1700有獨(dú)立按鍵工作模式和 SPI模式來(lái)進(jìn)行對(duì)語(yǔ)音的控制，先用獨(dú)立按鍵模式來(lái)檢測(cè) 錄音、放音、快進(jìn)、擦除等操作是否正常進(jìn)行，如正常則表示電路沒(méi)有問(wèn)題，這時(shí)再采用 SPI方式來(lái)進(jìn)行控制，因?yàn)?幾乎所有的操作都可以通過(guò) SPI協(xié)議來(lái)完成，為兼容獨(dú)立模式，一些 SPI命令： PLAY, REC, ERASE, FWD, RESET, G_ERASE跟獨(dú)立模式一致。另外， SET_PLAY, SET_REC, ET_ERASE命令使用時(shí)可指定操作的起始和結(jié)束地址，以完成對(duì)語(yǔ)音信息的錄入、播放等。 調(diào)試中遇到的問(wèn)題及其解決辦法 （ 1）硬件部分設(shè)計(jì)遇到的問(wèn)題 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)是分小模塊在萬(wàn)用板上調(diào)試成功之后，才組裝到一塊板子上的。由于個(gè)人疏忽，畫原理圖時(shí)，漏畫了下載口，直至板子成型準(zhǔn)備燒寫程序的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題，為了能將問(wèn)題解決的最優(yōu)化，于是將 下載口從板子背面按規(guī)定的接法焊接上去。 （ 2）軟件部分設(shè)計(jì)遇到的 問(wèn)題 ① DS18B20 調(diào)試的時(shí)候， DS18B20 從測(cè)溫結(jié)束到將溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量需要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，這是必須保證的，不然會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤的現(xiàn)象，使溫度輸出總是顯示 85℃ 。 ② 調(diào)試的過(guò)程中 電源電壓保都應(yīng)保持在 5V 左右，若電源電壓過(guò)低，會(huì)使所測(cè)得的溫度與實(shí)際溫度出現(xiàn)偏高現(xiàn)象。 ③ 在寫語(yǔ)音程序的時(shí)候一定要下面這個(gè)循環(huán)程序，不用這個(gè)程序就會(huì)出問(wèn)題， do { ISD_PU()。 // 上電 delay(50)。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 20 頁(yè) 共 38 頁(yè) ISD_Rd_Status()。 // 讀取狀態(tài) }while(CMD||(!PU))。 后來(lái) 知道正常上電后， SR0 的 cmd 應(yīng)為 0， RDY 應(yīng)為 ，程序走到下邊也會(huì)出錯(cuò)。 ④ 在調(diào)試中， ISD1700 有時(shí)候不能順利播音（無(wú)法啟動(dòng)播音），經(jīng)檢查 是因?yàn)?在執(zhí)行放音指令之前沒(méi)有檢測(cè)芯片內(nèi)部寄存器，查看一下 （ RDY）位是否為 1，不是所以說(shuō) 芯片還沒(méi)有做好準(zhǔn)備，不能接受命令。另外在放音之前還需要執(zhí)行清除中斷命令和檢查芯片環(huán)狀存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)命令。 6 設(shè)計(jì)結(jié)果和數(shù)據(jù)分析 設(shè)計(jì)結(jié) 果 經(jīng)過(guò)對(duì)系統(tǒng)硬件和軟件的調(diào)試， 當(dāng)按下錄音按鍵時(shí)，根據(jù)液晶上的提示，比如當(dāng)液晶顯示為 “rec dark !”，則錄入“光線太暗，請(qǐng)注意保護(hù)眼睛！”，當(dāng)液晶上顯示的是 “rec softness !”，則錄入“光線柔和！”等等，這些語(yǔ)音的錄入都是按指定地址進(jìn)行操作的，當(dāng)需要播放語(yǔ)音時(shí)，系統(tǒng)會(huì)播放指定地址的語(yǔ)音段。 最終 根據(jù) 檢測(cè)出當(dāng)下環(huán)境的溫度值和照度值， 播報(bào)溫度 值 和光線等級(jí) 并能在液晶上顯示具體的數(shù)值 。 當(dāng)按下 播報(bào) 光線 按鍵時(shí) ，根據(jù)人眼所能接受的程度又分為：光線太弱、光線柔和、光線太亮三個(gè)等級(jí)， 這些語(yǔ)音已經(jīng)錄入系統(tǒng)， 如 果光線低于系統(tǒng)所設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)照度的最小值，系統(tǒng)就會(huì)播報(bào) “光線太弱，請(qǐng)注意保護(hù)眼睛！ ”，如果光線超過(guò)系統(tǒng)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)照度的最大值，系統(tǒng)就播報(bào) “光線太亮，請(qǐng)注意保護(hù)眼睛！ ”。當(dāng)按下播報(bào)溫度按鍵時(shí)，系統(tǒng)會(huì)播報(bào)出實(shí)時(shí)的溫度值。 數(shù)據(jù)分析 檢測(cè)溫度值時(shí) ， 為了能得到寬范圍的數(shù)據(jù)，測(cè)試方法為用一根冰棍放在容器中，再將 DS18B20 溫度傳感器和溫度計(jì)同時(shí)放入容器中， 以不同時(shí)間段測(cè)得的溫度值和溫度計(jì)顯示的溫度值進(jìn)行比較，得出測(cè)量誤差和計(jì)算出相對(duì)誤差。 因設(shè)計(jì)任務(wù)中溫度的精度要求是 1℃ ，如果測(cè)量數(shù) 據(jù)誤差能達(dá)到 1℃之內(nèi)，都是符合要求的， 測(cè)得 數(shù)據(jù)如下 表 ： 表 溫度測(cè)量值與實(shí)際溫度對(duì)照表 （單位 ℃ ） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 測(cè)量溫度 實(shí)際溫度 絕對(duì)誤差 0 相對(duì)誤差 (%) 0 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 21 頁(yè) 共 38 頁(yè) 誤差分析：根據(jù)表 ，其中相對(duì)誤差是根據(jù)公式 計(jì)算得到，而相對(duì)誤差根據(jù)公式 計(jì)算得來(lái)。剛開(kāi)始在測(cè)量溫度值時(shí)，需要將溫度計(jì)與 DS18B20 盡量接近，因?yàn)樵谕皇覂?nèi)，不同的距離溫度值都會(huì)有較大的偏差，而且，測(cè)量的過(guò)程當(dāng)中盡量避免熱源，否則測(cè)量溫度的時(shí)候，溫度值會(huì)一直調(diào)動(dòng)上升，從而使測(cè)量的溫度值不準(zhǔn)確。確保測(cè)量的條件比較好的時(shí)候測(cè)出的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)溫度表測(cè)得的數(shù)據(jù)還是有一定的偏差，但是都是在℃ ~℃ 的范圍之內(nèi)，出現(xiàn)偏差的原因可能是芯