【正文】 456U7:B74LS01S3RSTXTAL2XTAL1顯示模塊BR22W06GTR2TRAN2P2S220V9VC8470ufC9100ufC100.33uFC110.1uFVI3VO1G N D2U578L33+3.3V電源電路D2DIODER15150RR16150R+5VP2.1P2.0P2.5P2.6220V附錄 33 附錄二：部分程序 主程序 ORG 0000H START: AJMP MAIN:轉(zhuǎn)主程序 ORG 0003H AJMP YYBB ；轉(zhuǎn) 0INT 中斷入口 ORG 0013H AJMP SDWD ；轉(zhuǎn) 1INT 中斷入口 ORG 0100H MAIN: SETB EA。 參考文獻(xiàn) 29 參考文獻(xiàn) [1]姜志海，黃玉清 .單片機(jī)原理及應(yīng)用 [M].北京：電子工業(yè)出版社， 2021. [2]董曉紅 .單片機(jī)原理及接口技術(shù) [M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2021. [3]沙占友 .單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì) [M].北京：電子工業(yè)出版社， 2021. [4]王南陽 .單片優(yōu)質(zhì)語音播放集成電路應(yīng)用手冊 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021. [5]楊邦文 .新型繼電器使用手冊 [M].北京：人民郵電出版社， 2021. [6]張迎新 .單片微型計(jì) 算機(jī)原理、應(yīng)用及接口技術(shù) [M]. 北京：國防工業(yè)出版社， 2021. [7]趙茂泰 .智能儀器原理及應(yīng)用 [M].北京 :電子工業(yè)出版社， 2021. [8]陳言俊 .大學(xué)生創(chuàng)新競賽實(shí)戰(zhàn) [M]. [9]耿方志 .基于 AT89C51單片機(jī)的智能溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) [D]陜西三原：空軍大學(xué)導(dǎo)彈學(xué)院， 2021. [10]楊煉 .基于單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) [D].浙江：浙江師范大學(xué)， 2021. 致謝及聲明 30 致謝及聲明 在論文設(shè)計(jì)過程中，我的導(dǎo)師給與了我極大的支持與幫助，使我在設(shè)計(jì)過程中少走了很多彎路，在論文的寫作過程中，導(dǎo)師也提出了很多中肯 的建議，老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、廣博的學(xué)識使我受益頗多。電路采用獨(dú)立電源供電，為電路提供穩(wěn)定的直流電源。 調(diào)用鍵盤設(shè)定溫度值 開始 調(diào)用數(shù)據(jù)采集模塊程序，讀取溫度值 初始化 存儲語音信號 實(shí)際溫度值與設(shè)定溫度相等 播放存貯的語音信號 返回 否 是 第四章 系統(tǒng)各電源模塊程序設(shè)計(jì) 28 每隔 20秒檢測 1次 實(shí)際溫度與設(shè)定溫度相等 加熱 Y N 讀 18B20,調(diào) 用實(shí)際溫度值 Y 圖 流程圖 圖 46溫度檢測與控制 流程圖 調(diào)用按鍵設(shè)定溫度值 初始化 開始 結(jié) 論 28 結(jié)論 本論文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用 AT89C51 單片機(jī)為核心的成熟框架，在語音播報(bào)模塊和數(shù)據(jù)采集模塊應(yīng)用了較為先進(jìn)的 ISD4004語音芯片和 DS18B20數(shù)據(jù)采集芯片。 圖 43 數(shù)據(jù)采集模塊流程圖 顯示模塊程序 流程圖 該模塊首先判斷系統(tǒng)是否處于設(shè)定狀態(tài)，如果處于設(shè)定狀態(tài)則顯示設(shè)定溫度，否則顯示當(dāng)前實(shí)際溫度。 圖 312 主電源電路第四章 系統(tǒng)各電源模塊程序設(shè)計(jì) 23 第四章 系統(tǒng) 各單元模塊 程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件由 主程序和各單元模塊的分支程序構(gòu)成，單元模塊的程序分別有：鍵盤 模塊程序、數(shù)據(jù)采集模塊程序、顯示模塊程序、語音播報(bào)模塊程序、執(zhí)行模塊程序 主程序 流程圖 系統(tǒng)上電后 ,首先開啟中斷 ,對鍵盤進(jìn)行掃描 ,如果鍵盤正在進(jìn)行設(shè)定 ,則顯示模塊顯示設(shè)定值 ,若未處于設(shè)定狀態(tài) ,則調(diào)用數(shù)據(jù)采集模塊 ,傳送實(shí)際溫度給顯示模塊 ,執(zhí)行模塊通過不間斷地對比實(shí)際溫度與設(shè)定溫度決定是否進(jìn)行加熱 ,語音播報(bào)款則根據(jù) ,實(shí)際值與設(shè)定值的對比決定是否播報(bào)語音。 主電源電路 分為兩部分，一部分提供 +5V 直流電源，另一部分提供 +3V 直流電源。因此在復(fù)位電路是按鍵電平復(fù)位， 設(shè) 置復(fù)位鍵 K1， K1 與 +5V高電平相連，按下復(fù)位鍵，復(fù)位信號經(jīng)電阻傳至單片機(jī)復(fù)位端，完成復(fù)位過程，中間的時間僅需要 2 個機(jī)器周期。 AT89C51 內(nèi)置 高增益反相放大 器，該放大器外接一組諧振就可構(gòu)成時鐘電路，放大器的引腳 是 XTAL1 和 XTAL2， 分別 代表 輸入端和輸出端 。 時鐘 和復(fù)位電路 前面各單元電路都是以各種集成器件為核心 ,完成個單元承擔(dān)的任務(wù) ,在本單元索要設(shè)計(jì)的是即使外圍輔助單元。 （ 2） SSR 全部由 固態(tài)電子元件組成 ， 工作可靠 性 高 、 壽命 長。觸發(fā)電路的功能是 通過 產(chǎn)生 合適的 觸發(fā)信號，驅(qū)動開關(guān)電路工作， 這種情況下， 將產(chǎn)生射頻干擾 信 號 并以高次諧波或尖峰等 干擾電路 ，為此 設(shè) 計(jì)了 “ 過零控制電路 ” 。 第三章 硬件單元電路設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù) 20 CS V C C DM O S I X C L KS C L KV S S AV S S AV S S DA M C A P O U TI N I N +V C C AV S S AP 2 .4P 2 .3P 2 .2C 1 21 u f+ 3 VL S 1YSM K 1M I CR S 1C 1 81 0 u fR 1 71 0 KR 1 91 0 KR 1 81 0 KR 2 01KC 1 72 2 0 u fC 1 40 . 1 u fC 1 50 . 1 u fC 1 64 . 7 u fC 1 32 2 u f+—G N DVSB Y PG A I NG A I N+ 5 vI S D 4 0 0 4L M 3 8 6C 1 91 0 u f23465781 圖 38 語音播放電路圖 執(zhí)行模塊 執(zhí)行模塊的功能是 將單片機(jī)傳送來的驅(qū)動信號送至繼電器，控制繼電器工作，由繼電器完成弱電流和強(qiáng)電流的銜接，使電爐轉(zhuǎn)為工作狀態(tài)，對容器中的水進(jìn)行加熱，使水溫恢復(fù)到設(shè)定溫度 ,選用的型號是 240D10 固態(tài)繼電器 。 錄音周期： 10萬次 工作電壓：單電源 +3V直流電壓 ,耐受范圍較寬 （ 8） 中斷（ INT ） 漏極開路輸出 端口。 （ 4） 片選 （ SS ） 端口低電平有效 ，即 控制器向該口發(fā)送信號 選中 芯片。 ISD系列芯片與其他語音芯片相比，有一項(xiàng)獨(dú)有技術(shù) —— 多電平直接模擬專利技術(shù)該技術(shù)的使用是4004在語音采集的過程中，將采集到的模擬量采樣值直接存儲到閃速存儲器中，避免了 A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)壓縮過程中導(dǎo)致的信號損失與誤差， 因此 由 ISD4004存儲播放的語音顯得 真實(shí)、自然 ， 效果 極佳 ， 一般 的 固體錄音電路 在 量化和壓縮 過程中 造成的量化噪聲和金屬聲 不會在 ISD身上出現(xiàn) 。數(shù)碼管是 8段共 陽極，所以發(fā)光時，字形驅(qū)動“ 0”有效，位選驅(qū)動“ 1”有效。 圖 34 DS18B20與 AT89C51單片機(jī)的接口電路 LED 顯示模塊 圖 35 數(shù)碼管 的共陽 極電路圖 根據(jù)系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 要求， 顯示模塊的電路 要完成動態(tài)顯示功能，其顯示的溫度第三章 硬件單元電路設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù) 17 用十進(jìn)制表示，由于實(shí)際中并沒有對精度提出明確 要求，我們可以將步進(jìn)值設(shè)置為 1攝氏度，由兩片 LED構(gòu)成電路，完成從 099℃的溫度顯示。 之后 ，得到溫度轉(zhuǎn)換命令后， DS18B20根據(jù)傳感器 測得的數(shù)量 值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，形成 二進(jìn)制的 數(shù)字化溫度值 ，其計(jì)算過程為，測得溫度 t，若為正值， 則T=t/,直接將 T轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制 T1，如溫度 t等于 +125， T=2021，降 T轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制為 0000 0111 1101 0000，十六進(jìn)制表示是 07D0H，若所的溫度為負(fù)值，如 t=，則 T=8，其二進(jìn)制表示過程為， 8D=0000 0000 0000 1000B，取反為1111 1111 1111 0111 ，加 1后的 T1， T1=1111 1111 1111 1000，十六進(jìn)制表示為 FFF8H。 3. 執(zhí)行 DS18B20 功能指令（ RAM 指令） 在 ROM指令發(fā)送完畢后，單片機(jī)直接向 DS18B20發(fā)送 RAM指令， RAM指令一共有六條，分別是，寫 RAM數(shù)據(jù)、讀取 RAM數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)復(fù)制并發(fā)送到 EEPROM，進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換、 EEPROM回傳數(shù)據(jù)給 RAM、進(jìn)行工作方式的切換， DS18B20具體要進(jìn)行什么樣的工作，由單片機(jī)發(fā)送的不同命令決定。 單片機(jī)訪問 DS18B20流程 單片機(jī)是 DS18B20 的 控制器，在控制器的指令引導(dǎo)下，溫度傳感器 完成溫度采集和數(shù)據(jù)傳輸工作 。 第三章 硬件單元電路設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù) 14 圖 33 DS18B20引腳排列及封裝 DS18B20 外形看起來像一只三極管，引腳如圖 33，引腳名稱及功能如下： GND 接地端 DQ 數(shù)字輸入輸出，與 TTL 電平兼容。 內(nèi)部帶有 EEPROM， 并具備 限溫報(bào)警功能 供電方式采用獨(dú)立供電或寄生供電 溫度轉(zhuǎn)化與輸出過程全部采用數(shù)字量 從軟件的工作原理來看，按鍵單元 采用軟件查詢和外部中斷相結(jié)合的方法， 由單片機(jī)直接對鍵盤進(jìn)行掃描， 低電平有效。各個鍵的功能描述如表 32 所示。 ^PSEN： ^PSEN 是程序存儲允許，其作用是輸出 外部程序存儲器的讀選通信號 ，每個機(jī)器周期內(nèi)，允許兩次讀取外部程序存儲器 。 P1 口： P1 口同樣是 雙向 I/O 口 ，引腳也是八個，但是 P1 口 各 引腳 的不同之處在于其 帶內(nèi)部上拉電阻的， P1 可以通過 吸收或輸出電流 的 方式由其輸出緩沖級完成對 TTL 邏輯門電路 的驅(qū)動，可以驅(qū)動的個數(shù)為 4個 。同時， AT89C51 可在 0Hz第三章 硬件單元電路設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù) 10 狀態(tài)下進(jìn)行 靜態(tài)邏輯操 作，該單片機(jī) 提供 兩種節(jié)電 模式 ， 模式選擇由軟件完成 。 16 位定時 ／計(jì)數(shù)器 2 個 靜態(tài)操作 頻率 寬 ,下限 0Hz,上限 24MHz 主要性能參數(shù)： 外界的電壓為 220V,繼電器及其連接部應(yīng)該有兩倍的 耐壓性，并能保證繼電器電路本身不會對前級電路造成影響。 控制實(shí)現(xiàn)模塊 控制實(shí)現(xiàn)模塊的方案理 論上的方案都是通過繼電器銜接電爐，完成弱電信號對強(qiáng)電的控制，而使 用什么樣的繼電器對電路的完成效率有著很大的影響，主要由以下兩種選擇： 方案 1：使用傳統(tǒng)電磁式繼電器，電磁式繼電器結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用， 單片機(jī)傳送高電平信號至三極管，三極管正向?qū)ㄐ盘杺髦?2號接口，繼電器電流輸入口兩個反向電壓作用，磁性消 失，原本被吸附彈片落下，連接高壓兩端電路，電路導(dǎo)通，開始加熱。 第二章 系統(tǒng)總體框圖和方案對比論證 6 方案 2：以 AT89C51 單片機(jī)為核心，由 ISD4004 語音芯片 配合 音頻 功率放大器 LM38麥克風(fēng)、擴(kuò)音器等簡單外圍器件完成語音播放 工作，單片機(jī)只需要提供工作信號，在信號驅(qū)動下語音芯片便可 通過 揚(yáng)聲器將預(yù)先設(shè)定的語音內(nèi)容播放出來，而所播放的語音內(nèi)容可以以錄音的方式直接收錄進(jìn)語音芯片便可，這得益于 ISD4004 語音芯片所特有的“ 直接模擬量存儲”專利技術(shù)。 語音播報(bào)模塊 語音播報(bào)模塊實(shí)現(xiàn)的途徑是通過 單片機(jī)控制語音播放器件傳輸?shù)綌U(kuò)音器 ,將預(yù)先設(shè)定好的語音播放出來。 DSB1820 突出的特點(diǎn)是可以直接接入單片機(jī)，無需數(shù)模裝換，能夠直接讀出被測溫度 ,減少信號失真，而軟件部分程序設(shè)計(jì)將十分簡單。鉑熱電阻的 突出性能是在 高溫和氧化性介質(zhì)中很穩(wěn)定， 線性度非常好，因此 它 通常用于 工業(yè)測溫。 第二章 系統(tǒng)總體框圖和方案對比論證 4 圖 21 系統(tǒng)框圖 單元電路 方案 的 對比論證 該部分將從系統(tǒng)框圖中的 模塊出發(fā)，分析各單元電路的可行方案，通過對比分析選擇最優(yōu)方案 ，同時也是從技術(shù)角度出發(fā)，說明總體方案是最優(yōu)選項(xiàng) 。而