【正文】 第 3 章 設(shè)計原理 ...................................................................................... 8 單片機模塊 ................................................................................. 8 單片機介紹 ....................................................................... 8 單片機外圍電路設(shè)計 ................................................... 10 復(fù)位電路 ......................................................... 12 AT89C51 時鐘電路 ......................................................... 13 電源模塊 ................................................................................... 13 溫度傳感器模塊 ....................................................................... 14 DS18B20 的測溫原理 ................................................... 14 DS18B20 測溫原理圖： ............................................ 16 DS18B20 與 AT89C51 的接口電路設(shè)計 ..................... 16 鍵盤控制模塊 ........................................................................... 17 報警模塊 .................................................................................. 18 液晶顯示模塊 .......................................................................... 19 語音播報模塊 .......................................................................... 20 ISD1420 語音芯片錄放音電路設(shè) 計 ............................ 20 ISD1420 與 AT89C51 接口電路設(shè)計 .......................... 23 第 4 章 軟件部分 .................................................................................. 24 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 開發(fā)工具介紹 ........................................................................... 24 系統(tǒng)的主程序設(shè)計 .................................................................. 24 鍵盤掃描子程序 .......................................................... 25 測量溫度子程序設(shè)計 .................................................. 27 報警子程序 ................................................................... 29 實現(xiàn)時鐘功能的程序設(shè)計 .......................................... 29 顯示程序設(shè)計 ............................................................... 30 語音播放子程序 .......................................................... 31 第 5 章 仿真結(jié)果數(shù)據(jù)分析 .................................................................. 33 功能仿真和結(jié)果 ...................................................................... 33 結(jié) 論 ..................................................................................................... 34 謝 辭 ....................................................................................................... 35 參考文獻 ................................................................................................. 36 附錄一：電路圖 .................................................................................... 37 附錄二：源程序 .................................................................................... 38 外文資料翻譯 ........................................................................................ 54 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 前 言 21 世紀(jì)是人類全面進入信息電子化的時代，現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集 (即傳感器技術(shù) )、信息傳輸 (通信技術(shù) )和信息處理 (計算機技術(shù) )。傳感器技術(shù)是人類探知自然界信息的觸覺，為人們認(rèn)識和控制相應(yīng)的對象提供條件和依據(jù)。近百年來，溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個階段： (1)傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器 (含敏感元件 )； (2)模擬集成溫度傳感器／控制器； (3)智能溫度傳感器。作為現(xiàn)代信息技術(shù)的三大核心技術(shù)之一的傳感技術(shù)，將是二十一世紀(jì)世界各國在高新技術(shù)發(fā)展方面爭奪的一個重要領(lǐng)域。 2． 當(dāng)測量溫度超過設(shè)定溫度時，啟動報警模塊報警。 4． 溫度顯示穩(wěn)定，誤差 ≤177。 原理框圖 分析本題，根據(jù)設(shè)計要求我們確定了本系統(tǒng)的整體設(shè)計原理框圖如圖所示 圖 11 原理框圖 溫度采集 鍵盤控制 微控制 器模塊 顯示模塊 報警模塊 語音錄放 電源模塊 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 第 2 章 設(shè)計 方案 電源模塊 方案一：采用三只干電池作為電源。而且在整個系統(tǒng)工作中，電壓會隨著時間的推移不斷降低，進而出現(xiàn)死機等情況。電源的穩(wěn)壓的特性較好，能夠保證整個系統(tǒng)穩(wěn)定工作。 AD590 具有標(biāo)準(zhǔn)化的輸出和固有的線性關(guān)系，分不同的測溫范圍和精度供設(shè)計者選用，通過微調(diào)電路對 AD590 的輸出進行修正，可達到很高的測試精度。但是 AD590 需要把被測溫度轉(zhuǎn)化為電流再通過放大器和 A/D 轉(zhuǎn)換器才能輸出數(shù)字量送給單片機進行溫度控制。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微處理器等優(yōu)點，可以將溫度直接轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字量供微處理器處理。其供電方式簡單，可用數(shù)據(jù)線供電，所需的外圍 器件較少，甚至不需要外圍器件。因而在本次設(shè)計中，選用的是數(shù)字溫度傳感器洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 DS18B20，故采用的是方案二。該方案簡單易行，但所需的元器件較多，且不容易進行操作，可讀性較差，一旦設(shè)定后，很難加入其它的功能，顯示格式受控制，且耗電量大。 LCD 顯示屏是一種低壓、微功耗的顯示器件，只要 23 伏就可以工作了，工作電流 僅為幾微安，是其它顯示器無法比擬的，同時可以顯示大量信息，除數(shù)字外，還可以顯示字母，曲線，比傳統(tǒng)的 LED 數(shù)碼顯示器的畫面有了質(zhì)的提高。采用 LCD，更容易實現(xiàn)題目的要求，對后續(xù)的功能兼容性高，只需將軟件修改即可，可操作性強，易于度數(shù)，采用 RT1602 兩行十六字符的顯示，能同時顯示時間，溫度。 鍵盤控制模塊 方案一： 4 4 矩陣式鍵盤。 方案二：獨立式按鍵。 在本設(shè)計中所需要的控制點數(shù)的較少，只需要幾個功能鍵，簡便、易操作、成本低就成了首要考慮的因素。 語音播報模塊 方案一：通過 A/D 轉(zhuǎn)換器、單片機，存儲器， D\A 轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)聲音信號的采樣、處理、存儲和實現(xiàn)。在錄、放音過程中由單片機控制 D/A 轉(zhuǎn)換器，將存儲器中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成聲音信號。 方案二：采用 ISD1420 語音錄放。該芯片采用多電平直接模擬量存儲專利技術(shù)，每個采樣值可直接存儲在片內(nèi)單個 EEPROM 單元中，因此能夠非常真實、自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)和效果聲。 綜上所述，選擇方案二，即 ISD1420。 單片機介紹 CPU 即中央處理器的簡稱，是單片機的核心部件，它完成各種運算和控制操作， CPU 由運算器和控制器兩部分電路組成。 b. 控制器電路 控制器電路包括程序計數(shù)器 PC、 PC 加 1寄存器、指令寄存器、指令譯碼器、數(shù)據(jù)指針 DPTR、堆棧指針 SP、緩沖器以及定時與控制電路等。 c. 定時器 /計數(shù)器 MCS－ 51單片機片內(nèi)有兩個 16位的定時 /計數(shù)器，即定時 器 0和定時器 1。 d. 存儲器 MCS－ 51系列單片機的存儲器包括數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器，其主要特點是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的尋址空間是相互獨立的，物理結(jié)構(gòu)也不相同。 P0口為三態(tài)雙向口，能帶 8個 TTL 門電路，P P2和 P3口為準(zhǔn)雙向口，負(fù)載能力為 4個 TTL 門電路。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 g. 中斷控制系統(tǒng) 8051共有 5個中斷源，即外中斷 2個，定時 /計數(shù)中斷 2個，串行中斷 1個。時鐘電路為單片機產(chǎn)生時鐘脈沖序列，振蕩器的頻率范圍為 ～ 12MHz，典型取值為 6MHz。系統(tǒng)的地址信號、數(shù)據(jù)信號和控制信號都是通過總線傳送的，總線結(jié)構(gòu)減少了單片機的連線和引 腳，提高了集成度和可靠性。 AT89C51的管腳圖如圖 ： 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 圖 AT89C51管腳圖 AT89C51的引腳功能 VCC：接正極電源 +5v GND：接地 RST：復(fù)位信號輸入引腳 XTAL1， XTAL2：接外部晶振引腳，外部時鐘電路如圖 16 P0， P1， P2， P3：不擴展功能作雙向 I/O 口用，訪問外部存儲器時，P2， P0 分別做地址總線高低 8 位地址。 AT89C51 具有如下特點： 40 個引腳， 4k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲器，128 bytes 的隨機存取 數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 32個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5 個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷， 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器?？臻e模式下， CPU 暫停工作，而 RAM 定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。 AT89C51 單片機綜合了微型處理器的基本功 能。該模塊在硬件設(shè)計方面，其外圍電路提供能使之工作的晶振脈沖、復(fù)位按鍵，四個 I/O 口分別用于外圍設(shè)備連接。單片機 AT89C51 的 I/O 端口具體分配與下表: 圖 單片 機與外圍設(shè)備硬件連接圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 表 AT89C51 的 I/O 端口具體分配 AT89C51 的 IO 端口 外接點 LCD 顯示地址端口 語音芯片播音地址端口