【正文】 欒汶霖 導(dǎo) 師 寧俊生 2020 年 5 月 18 日 煙臺大學(xué) 煙臺大學(xué)畢業(yè)論文設(shè)計任務(wù)書 院系光電信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院 姓 名 欒汶霖 學(xué)號 202020503319 畢業(yè)屆別 2020 專業(yè) 電子信息工程 畢業(yè)論文設(shè)計題目 基于單片機(jī)的數(shù)字語音溫度計 指導(dǎo)教師 寧俊生 學(xué)歷 碩士 職稱 副教授 所學(xué)專業(yè) 固體力學(xué) 具體要求 主要內(nèi)容基本要求主要參考資料等 主要內(nèi)容 了解現(xiàn)狀確定系統(tǒng)設(shè)計方案采用模塊化單元 完成硬件電路設(shè)計 完成軟件設(shè)計 若有時間可完成仿真驗證優(yōu)化設(shè)計 基本要求 收集整理資料 對基本理論及收集資料要消化吸收并正確無誤 3 按時提交論文要求規(guī)范標(biāo)準(zhǔn) 主要參考文獻(xiàn) 《液晶顯示應(yīng)用技術(shù)》《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》 等 進(jìn)度安排 1～ 4 周 通過圖書館網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)師了解本文章所需知識資料 5～ 8 周 請教老師查閱資料并消化吸收構(gòu)思論文 9～ 11 周 根據(jù)方案在老師的指導(dǎo)下完成相關(guān)知識的整合形成框架 12～ 13 周 撰寫論文分初稿二稿定稿打印論文及裝訂 14 周 論文驗收及論文答辯 指導(dǎo)教師簽字 年 月 日 院系意見 教學(xué)院長主任簽字 年 月 日 備注 [摘要 ] 本設(shè)計主要是利用所學(xué)的電子電路單片機(jī)計算機(jī)等 方面的有關(guān)知識設(shè)計的一款基于單片機(jī) AT89S51 的多功能數(shù)字語音溫度計本設(shè)計主要由 5 個模塊組成分別是電源模塊溫度傳感器模塊顯示模塊鍵控模塊語音播報模塊本系統(tǒng)的溫度檢測范圍是 0℃～ 100℃可以通過按鍵報出當(dāng)前溫度能夠?qū)崟r顯示當(dāng)前環(huán)境溫度并能通過上下按鍵設(shè)置溫度上下限當(dāng)環(huán)境溫度高于或低于該設(shè)定值時該系統(tǒng)能發(fā)出警報聲本設(shè)計目的是制作一種操作簡單既能數(shù)碼顯示又能語音播報的適用于各種場合下的溫度測量儀器 [關(guān)鍵詞 ] AT89S51單片機(jī) DS18B20數(shù)字溫度傳感器 RT1602液晶顯示 ISD1420語音 錄放 [Abstract] This design mainly use the relevant knowledge of electronic circuits MCU puter etcThe design is a voice thermometer based on AT89S51This design is mainly posed of five modules which are power modules temperature sensor moduledisplay module keying module broadcast moduleThis systems measure range from 0℃ to 100℃ It can broadcast the current environmental temperature by pressing the buttonIt can also display the current environmental temperatureYou can press the button up and down to set the temperature rangeWhen the current environmental temperature is higher or lower than the value what you setthe system would alarmThis design is purposed to make a temperature measurement instrument which can be operated simplydigital displaybroadcaste and applicable to various kinds of occasions [Key words] AT89S51 microprocessorDS18B20 digital temperature sensorRT1602 LCD displayISD1420 speech recording and playback 目錄 1 緒論 1 11 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1 12 設(shè)計目的 2 2 方案選擇 3 21 系統(tǒng)方案選擇 3 22 單元模塊方案選擇 3 221 電源模 塊 3 222 溫度傳感器模塊 3 223 顯示模塊 4 224 鍵盤控制模塊 4 225 語音播報模塊 4 3 硬件電路設(shè)計 5 31 電源模塊設(shè)計 5 32 單片機(jī)模塊設(shè)計 5 321 硬件連接 5 322 時鐘電路 7 323 復(fù)位電路 8 33 溫度傳感器模塊設(shè)計 8 331 DS18B20 的特性 8 333 測溫原理 9 334 與單片機(jī)的接口設(shè)計 12 34 顯示模塊設(shè)計 13 341 引腳功能 13 342 與單片機(jī)的接口設(shè)計 14 35 鍵盤控制模塊設(shè)計 14 351 去抖 15 352 與單片機(jī)的接 口設(shè)計 15 36 語音播報模塊設(shè)計 16 361 引腳功能 16 362 語音錄放 17 363 與單片機(jī)的接口設(shè)計 18 37 報警模塊設(shè)計 19 4 軟件設(shè)計 20 41 主程序設(shè)計 20 42 溫度程序設(shè)計 20 43 顯示程序設(shè)計 21 44 鍵盤程序設(shè)計 22 45 語音程序設(shè)計 23 46 報警程序設(shè)計 23 5 仿真 24 結(jié)論 25 致謝 26 參考文獻(xiàn) 27 附錄 28 1 緒論 11 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的需要測溫技術(shù)也不斷地改進(jìn)和提高由于測溫范圍越來越廣根據(jù)不同的要求又制 造出不同需要的測溫儀器下面介紹幾種 氣體溫度計多用氫氣或氦氣作測溫物質(zhì)因為氫氣和氦氣的液化溫度很低接近于絕對零度故它的測溫范圍很廣這種溫度計精確度很高多用于精密測量 電阻溫度計分為半導(dǎo)體電阻溫度計和金屬電阻溫度計它們都是根據(jù)電阻的阻值隨溫度的變化而變化這一性質(zhì)而制成的半導(dǎo)體溫度計主要用鍺碳制成金屬溫度計主要用鎳銅金鉑等純金屬及磷青銅銠鐵合金制成電阻溫度計的使用方法簡單目前已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域它的溫測范圍是 260℃～～～ 圖 11 系統(tǒng)設(shè)計方框圖 在單片機(jī)的眾多家族成員中 MCS51 系列單片機(jī)以其優(yōu) 越的性能成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價格比在我國得到廣泛的推廣應(yīng)用成為電子系統(tǒng)中最為常見的產(chǎn)品同時 MCS51 系列單片機(jī)也是目前應(yīng)用最廣泛 品種最多的單片機(jī)它具有集成度高系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單擴(kuò)展方便可靠性高處理功能強(qiáng)速度快容易量產(chǎn)化等優(yōu)點 MCS51 系列的開發(fā)環(huán)境要求低軟件資源比較豐富開發(fā)工具和語言簡單化按照實際的需要同時也考慮到設(shè)計的成本和整個系統(tǒng)的實用性在本系統(tǒng)中選用價格較低工作穩(wěn)定在國內(nèi)流行的 AT89S51 單片機(jī)作為整個系統(tǒng)的控制器件 22 單元模塊方案選擇 221 電源模塊 為使系統(tǒng)調(diào)試方便能夠穩(wěn)定工 作必須有可靠電源因此采用獨立的穩(wěn)壓電源 222 溫度傳感器模塊 采用美國 Dallas 半導(dǎo)體公司推出的支持一線總線在一條總線上僅有一個主系統(tǒng)和若干個從系統(tǒng)組成的計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)接口的溫度傳感器 DS18B20 它具有微型化低功耗高性能抗干擾能力強(qiáng)易配微處理器等優(yōu)點可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供微機(jī)處理新型數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 在實際應(yīng)用中取得了良好的測溫效果其供電方式簡單可用數(shù)據(jù)線供電所需的外圍器件極少甚至不需要外圍元件 [1] 223 顯示模塊 采用 LCD液晶屏進(jìn)行顯示 LCD液晶顯示器是一種低壓微功耗的顯示器件只要兩到三伏就可以工作工作電流僅為幾微安是任何顯示器無法比擬的同時可以顯示大量信息除數(shù)字外還可以顯示文字曲線比傳統(tǒng)的直插式 LED 顯示器顯示的界面有了質(zhì)的提高對后續(xù)的功能兼容性高只需將軟件作修改即可可操作性強(qiáng)也易于讀數(shù)采用 RT1602 兩行十六個字符的顯示能同時顯示溫度和時間 [2] 224 鍵盤控制模塊 在本設(shè)計中所需要的控制點數(shù)較少只需要四個功能鍵為了節(jié)約成本和簡化操作采用獨立式按鍵 225 語音播報模塊 要彌補(bǔ)以前用 視覺單一解決問題的缺陷使人們不僅能夠看到還能夠聽到就是要實現(xiàn)語音播報功能這就必須要用語音集成塊 ISD 系列語音芯片是美國ISD 公司出品的新型優(yōu)質(zhì)單片錄放音電路它可以直接把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號完成分段輸出存儲和語音的錄入 它的失真度很小 操作方便 不需專用的語音開發(fā)工具 成本低因而在現(xiàn)代技術(shù)上得到廣泛使用 [3]在眾多語音芯片中有10s20s16min 等不同的時間容量但是對于本設(shè)計系統(tǒng)的要求只要大概 15 秒的時間所以選擇 ISD1420 語音錄放 ISD1420 是長度為 20 秒的語音芯片該芯片采用了模擬存取技術(shù)省去了 AD 和 DA 轉(zhuǎn)換器方便擴(kuò)展更多的功能 3 硬件電路設(shè)計 31 電源模塊設(shè)計 由于次系統(tǒng)各個芯片的工作電壓均在 5V左右因此選用 5V的穩(wěn)壓電源進(jìn)行供電濾波電容使用電解電容與小電容并聯(lián)的方式能夠有效消除高頻自激現(xiàn)象穩(wěn)壓電源電路如圖 31 所示 圖 31 穩(wěn)壓電源電路 32 單片機(jī)模塊設(shè)計 321 硬件連接 如圖 32 所示為 AT89S51 的引腳圖 圖 32 AT89S51 引腳圖 ①主要特性 ⑴與 MCS51 兼容 ⑵ 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 ⑶壽命 1000 寫擦循環(huán) ⑷數(shù)據(jù)保留時間 10 年 ⑸全靜態(tài)工作 0Hz24Hz ⑹三級程序存儲器鎖定 ⑺ 1288 位內(nèi)部 RAM ⑻ 32 可編程 IO 線 ⑼兩個 16 位定時器計數(shù)器 ⑽ 5 個中斷源 ⑾可編程串行通道 ⑿低功耗的閑置和掉電模式 ⒀片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 [4] ②引腳說明 VCC 供電電壓 GND 接地 P0 口 P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 IO 口每腳可吸收 8TTL 門電流當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時被定義為高阻輸入 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器它可以被定義為數(shù)據(jù)地址的第八位在 FLASH 編程時 P0 口作為原碼輸入口當(dāng) FLASH 進(jìn)行校驗時 P0 輸出原碼此時 P0 外部必須被拉高 P1 口 P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 IO 口 P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流 P1 口管腳寫入 1 后被內(nèi)部上拉為高可用作輸入 P1 口被外部下拉為低電平時將輸出電流這是由于內(nèi)部上拉的緣故在 FLASH 編程和校驗時 P1 口作為第八位地址接收 P2 口 P2 口是 8 位準(zhǔn)雙向 IO 口外接 IO 設(shè)備時可作為擴(kuò)展系統(tǒng)的地址總線輸出高 8位地址與 P0口一起組成 16位地址總線對于 8031而言 P2口一般只作為地址總線使用而不作為 IO 線直接與外部設(shè)備相連 P3 口 P3 口是雙功能口當(dāng) P3 樓作為通用 IO 口使用時是準(zhǔn)雙向口作為第二 功能使用時每一位的功能表述如下 口管腳 備選功能 P30 RXD 串行口數(shù)據(jù)接收輸入端 P31 TXD 串行口數(shù)據(jù)發(fā)送輸出端 P32 INT0 外中斷 0 請求輸入端 P33 INT1 外中斷 1 請求輸入端 P34 T0 定時計數(shù)器 0 外部輸入端 P35 T1 定時計數(shù)器 1 外部輸入端 P36 WR 片外數(shù)據(jù)存儲器寫選通端 P37 RD 片外數(shù)據(jù)存儲器讀選通端 P3 口同時為編程校驗和閃爍編程接收某些控制信號 RST復(fù)位輸入當(dāng)該引腳上出現(xiàn) 2個機(jī)器周期以上的高電平時可實現(xiàn)復(fù)位操作 ALEPROG 地址鎖存允許編程信號線當(dāng) CPU 訪 問外部存儲器時 ALE 用來鎖存 P0 輸出的地址信號的低 8位它的頻率為振蕩器頻率的 16在對 8751編程時此引腳輸入編程脈沖信號 PSEN 外接程序存儲器讀選通信號在外接程序存儲器取指期間每個機(jī)器周期出現(xiàn)兩次 PSEN有效但在訪問外接程序存儲器時不會出現(xiàn)這兩次有效的 PSEN信號 EAVPP 訪問內(nèi)部存儲器的控制信號當(dāng) EA 1 時 CPU 從片內(nèi) ROM 讀取指令 EA 0時 CPU 從片外