【正文】 器技術(shù)是人類探知自然界信息的觸覺(jué)，為人們認(rèn)識(shí)和控制相應(yīng)的對(duì)象提供條件和依據(jù)。近百年來(lái)，溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個(gè)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(guó)在高新技術(shù)發(fā)展方面爭(zhēng)奪的一個(gè)重要領(lǐng)域。2．當(dāng)測(cè)量溫度超過(guò)設(shè)定溫度時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警模塊報(bào)警。4．溫度顯示穩(wěn)定，誤差≤177。3 方案論證分析本題，根據(jù)設(shè)計(jì)要求先確定了本系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)原理框圖如圖所示 圖 原理框圖 溫度采集 鍵盤(pán)控制微控制器模塊顯示模塊 報(bào)警模塊 語(yǔ)音錄放 電源模塊 2 電源模塊方案一：采用三只干電池作為電源。而且在整個(gè)系統(tǒng)工作中，電壓會(huì)隨著時(shí)間的推移不斷降低，進(jìn)而出現(xiàn)死機(jī)等情況。電源的穩(wěn)壓的特性較好，能夠保證整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定工作。 溫度傳感器模塊方案一：AD590 是單片集成的敏感電流源，激勵(lì)電壓在+4V—+30V 間選擇，其測(cè)量范圍為55 攝氏度150 攝氏度，所輸出的電流數(shù)值（微安數(shù)）等于絕對(duì)溫度 K 的數(shù)值。AD590 不需要低電平測(cè)量設(shè)備和電橋，可以使用長(zhǎng)導(dǎo)線，而不會(huì)因?yàn)殡妷旱慕档秃透袘?yīng)的噪聲電壓而產(chǎn)生誤差；它又是一個(gè)高阻抗的電流源；對(duì)激勵(lì)的電壓變化不夠敏感。方案二：DS18B20 是美國(guó)達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司推出的第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。因此，在溫度測(cè)量系統(tǒng)中，采用抗干擾能力強(qiáng)的新型數(shù)字溫度傳感器是解決這些問(wèn)題的有效方案，新型數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、采用一線總線、可組網(wǎng)優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際測(cè)溫的過(guò)程中取得了良好的測(cè)量效果。通過(guò)比較，溫度傳感器 DS18B20 具有更高的性價(jià)比，DS18B20 能夠構(gòu)建經(jīng)濟(jì)的測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)。 3 顯示模塊方案一：采用八位數(shù)碼管，將單片機(jī)的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)。方案二：采用 LCD 顯示屏進(jìn)行顯示。雖然 LCD 顯示器的價(jià)格比傳統(tǒng)的 LED數(shù)碼管要貴些，但它的顯示效果更好，是當(dāng)今顯示器的主流，所以采用 LCD 作為顯示器。綜上分析，采用第二種方案。此方案對(duì)于本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)無(wú)非是浪費(fèi) I/O 占用MCU 的資源，不利于系統(tǒng)的擴(kuò)展，這就使系統(tǒng)的實(shí)用性降低，況且本系統(tǒng)根本不需要 16 個(gè)按鍵。對(duì)于獨(dú)立式按鍵來(lái)說(shuō)，如果設(shè)置過(guò)多按鍵，雖然會(huì)占用較多 I/O 口，給布線帶來(lái)不便，此方案適用于按鍵較少的情況。所以此時(shí)，可采用獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)。首先將聲音信號(hào)放大，通過(guò) AD 轉(zhuǎn)換器采樣將語(yǔ)音模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并由單片機(jī)和處理存放到存儲(chǔ)器中，實(shí)現(xiàn)錄音操作。此方案安裝調(diào)試復(fù)雜，集成度低，成本也不低。ISD1420 是采用模擬存取技術(shù)集成的可反復(fù)錄放的 20 秒語(yǔ)音芯片，掉電語(yǔ)音不丟失，最大可分 160 段，最小每段語(yǔ)音 4長(zhǎng)度為 125ms，每段語(yǔ)音都可由地址線控制輸出，每 125ms 為一個(gè)地址，由 A0A7 八根地址線控制。此外，ISD1420 還省去了 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器，方便擴(kuò)展更多的功能。4 設(shè)計(jì)原理本系統(tǒng)選用的模塊包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)，電源模塊，LCD 顯示模塊，語(yǔ)音播報(bào)模塊，溫度傳感器模塊，鍵盤(pán)控制模塊，具體的電路圖參照附錄二。CPU 即中央處理器的簡(jiǎn)稱，是單片機(jī)的核心部件，它完成各種運(yùn)算和控制操作，CPU 由運(yùn)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(jì)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(shí)與控制電路等。 c. 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 MCS－52單片機(jī)片內(nèi)有兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，即定時(shí)器0和定時(shí)器1。 d. 存儲(chǔ)器 MCS－52系列單片機(jī)的存儲(chǔ)器包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器，其主要特點(diǎn)是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址空間是相互獨(dú)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(gè) TTL 門(mén)電路，PP2和 P3口為準(zhǔn)雙向口，負(fù)載能力為4個(gè) TTL 門(mén)電路。 g. 中斷控制系統(tǒng) 8051共有5個(gè)中斷源，即外中斷2個(gè)，定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷2個(gè)，串行中斷1個(gè)。時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列，～12MHz，典型取值為6MHz。系統(tǒng)的地址信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)都是通過(guò)總線傳送的，總線結(jié)構(gòu)減少了單片機(jī)的連線和引腳，提高了集成度和可靠性。： 6 AT89S52管腳圖 單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)選用的 AT89S52 是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫(xiě) 1000 次的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51 指令系統(tǒng)及 80S52 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 AT89S52 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。此外，AT89S52 設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率，并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式。同時(shí)該芯片還具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式。當(dāng) AT89S52 芯片接到來(lái)自溫度傳感器的信號(hào)時(shí)，其內(nèi)部程序?qū)⒏鶕?jù)信號(hào)的類型進(jìn)行處理，并且將處理的結(jié)果送到顯示模塊、報(bào)警模塊、語(yǔ)音播報(bào)模塊，發(fā)送控制信號(hào)控制各模塊。單片機(jī)AT89S52 硬件連接圖如圖 所示，其中 P0 接口外接上拉電阻以保證高低電平的準(zhǔn)確性。AT89S52 的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。手動(dòng)復(fù)位：手動(dòng)復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端加高電平讓系統(tǒng)復(fù)位。上電復(fù)位：上電復(fù)位電路是—種簡(jiǎn)單的復(fù)位電路，只要在 RST 復(fù)位引腳接一個(gè)電容到 VCC，接一個(gè)電阻到地就可以了。為了保證系統(tǒng)安全可靠的復(fù)位，RST 引腳的高電平信號(hào)必須維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間。圖 復(fù)位電路 AT89S52時(shí)鐘電路時(shí)鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊的一拍一拍地工作。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式：一種 9是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種為外部時(shí)鐘方式。電路圖 所示：圖 時(shí)鐘電路圖AT89S52 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片引腳 XTAL1，輸出端為引腳 XTAL2。 電源模塊鑒于系統(tǒng)使用的單片機(jī) AT89S52 和各芯片工作電壓在 5V 左右。電路由簡(jiǎn)單實(shí)用的三端穩(wěn)壓器構(gòu)成，輸入電壓 5V，滿足大部分電路的要求，電源電路圖如下圖 所示，由于使用了全橋，電壓輸入既可以使用交流輸入，又可以使用正負(fù)直流輸入，能夠防止由于極性接反造成的事故。發(fā)光二極管接到電源與地之間，如果電源輸出不正常，發(fā)光二極管都會(huì)出現(xiàn)工作異常，提示電源部分故障。在本次設(shè)計(jì)中采用了 DS18B20 作為數(shù)據(jù)采集器，它的精度最少可以精確到 ，完全可以用來(lái)進(jìn)行環(huán)境溫度的測(cè)量。DS18B20 數(shù)字溫度傳感器可提供 9～12 位溫度讀數(shù),讀取或?qū)懭?DS18B20 的信息僅需一根總線 ,總線本身可以向所有掛接的DS18B20 芯片提供電源, 而不需額外的電源。 DS18B20的測(cè)溫原理DS18B20 內(nèi)有一個(gè)能直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字量的溫度傳感器,其分辨率 9,10 ,11 ,12bit 并且可編程,通過(guò)設(shè)置內(nèi)部配置寄存器來(lái)選擇溫度的轉(zhuǎn)換精度,出廠時(shí)默認(rèn)設(shè)置 12bit。溫度轉(zhuǎn)換后以 16bit 格式存入便箋式 RAM,可以用讀便箋式 RAM 命令(BEH) 通過(guò) 1 Wire 接口讀取溫度信息,數(shù)據(jù)傳輸時(shí)低位在前，高位在后。溫度/數(shù)字對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 所示（分辨率為 12bit 時(shí)） 。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)。C 0000 0111 1101 0000 07D0h+85176。C 0000 0001 1001 0001 0191h+176。C 0000 0000 0000 1000 0008h0176。C 1111 1111 1111 1000 FFF8h176。C 1111 1110 0110 1111 FE6Fh55176。DS18B20 也可以由 3～ 的外部電源供電。無(wú)論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O 口線要接 5KΩ 左, 如圖 所示:把 DS18B20 數(shù)據(jù)線與 AT89S52 的 ,再加上上拉電阻。按鍵閉合過(guò)程在相應(yīng)的 I/O 端口形成一個(gè)負(fù)脈沖。本系統(tǒng)中用到四個(gè)功能控制按鍵，用 P2 的 4 個(gè) I/O 口接 4 個(gè)獨(dú)立式按鍵即可滿足需要，軟件消除抖動(dòng)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有鍵按下時(shí)，延時(shí) 1020ms 再查詢是否有鍵按下，若沒(méi)有鍵按下，說(shuō)明上次查詢結(jié)果為干擾或抖動(dòng)；若沒(méi)有鍵按下，說(shuō)明上次查詢結(jié)果為干擾或抖動(dòng)；若仍有鍵按下，則說(shuō)明閉合鍵已穩(wěn)定。電路圖如圖 所示。電路圖如圖 所示。第 4 腳：RS 為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。當(dāng) RS 和 RW 共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 RW 為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) RS 為高電平 RW 為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。第 7～14 腳：D0～D7 為8 位雙向數(shù)據(jù)線。其第 15～16 腳：背光電源腳。表 LCD1602 基本操作時(shí)序基本時(shí)序操作 輸入 輸出讀狀態(tài) RS=L,R/W=H,E=H DO～D7=狀態(tài)讀數(shù)據(jù) RS=H,R/W=H,E=H 無(wú)寫(xiě)指令 RS=L,R/W=L,E=高脈沖,DO～D7=指令碼 DO～D7=數(shù)據(jù)讀指令 RS=H,R/W=L,E=高脈沖,DO～D7=數(shù)據(jù) 無(wú) 14 圖 液晶顯示模塊接口電路本模塊采用的核心語(yǔ)音芯片 ISD1402 語(yǔ)音芯片是美國(guó) ISD(Information Storage Device)公司的產(chǎn)品。ISD1400 系列語(yǔ)音芯片采用直接存儲(chǔ)模擬信號(hào)，自動(dòng)待機(jī)省電，可編程電擦除只讀存儲(chǔ)和總線技術(shù)。ISD1420是 ISD1400 系列中錄音時(shí)長(zhǎng)為 20s 語(yǔ)音芯片。 ISD1420語(yǔ)音芯片錄放音電路設(shè)計(jì)分段錄音時(shí)，ISD1420 的 A0A7 用作地址輸入線，AA7 不可同時(shí)為高電平，所以地址范圍為 00H9FH，即為十進(jìn)制碼 0159 共 160 個(gè)數(shù)值。不同分段的選擇是通過(guò)對(duì) A0A7 端接不同的高低電平來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖 為硬件實(shí)現(xiàn)錄音和放音的電路圖。MIC—話筒輸入端，話筒輸入信號(hào)通過(guò)電容交流耦合至此引腳并傳給片上預(yù)放大器，耦合電容 C7 的值和該端內(nèi)阻 R7(10K)決定語(yǔ)音信號(hào)通頻帶下限頻率。ANA IN—模擬信號(hào)輸人端，對(duì)于話筒輸入，ANA IN 引腳應(yīng)通過(guò)外部電容C4與ANA OUT引腳連接，耦合電容C4決定片上控制預(yù)放大器通頻帶的下限頻率。AGC—自動(dòng)增益控制端，AGC 動(dòng)態(tài)地調(diào)整預(yù)放大器增益，使加至 MIC 輸入端的非失真信號(hào)的范圍擴(kuò)展。SP+、SP —喇叭輸出端，該端可直接驅(qū)動(dòng) 16 歐的喇叭。改電路不用外部時(shí)鐘該引腳接地，一般不推薦使用外部時(shí)鐘，除非要求時(shí)鐘信號(hào)特別精確。在錄音過(guò)程中指示燈一直亮著，在放音結(jié)束時(shí)，指示燈閃爍一下。回放過(guò)程中 PLAYE 變化不會(huì)影響回放過(guò)程。REC—錄音觸發(fā)端，REC 一旦變?yōu)榈碗娖剑酒瓦M(jìn)入錄音狀態(tài)，REC 的權(quán)限優(yōu)先于 PLAYE 和 PLAYL，在放音期間若遇 REC 接低電平時(shí)，放音就會(huì)立即停止并轉(zhuǎn)入錄音狀態(tài)開(kāi)始錄音。VCCD、VCCA—數(shù)字電源正端和模擬電源正端。電路實(shí)現(xiàn)錄音功能說(shuō)明如下，SSS3 分別是控制錄音和放音按鍵，當(dāng)按下 S1 時(shí)開(kāi)始錄音，SS3 為兩種方式的放音按鍵，當(dāng)按一下 S2 時(shí)開(kāi)始放音，是下降沿觸發(fā)的，而 S3 為電平控制的，必須一直按著此鍵直至放音結(jié)束。對(duì) ISD1420 進(jìn)行分段錄音之前要先列出語(yǔ)音信息與分段地址的對(duì)照表，如表 所示。并通過(guò)對(duì)照表來(lái)設(shè)置 8 個(gè)開(kāi)關(guān)選擇要錄音的地址，最后按下錄音鍵直至錄音結(jié)束，松開(kāi)錄音鍵，重復(fù)此操作就可以將自己需要錄入的內(nèi)容全部錄入到芯片中。用戶錄制的語(yǔ)音每一段結(jié)束后芯片自動(dòng)設(shè)有段結(jié)束標(biāo)志（EOM） ，芯片錄滿后設(shè)有溢出標(biāo)志（OVF） 。本設(shè)計(jì)錄音是用硬件控制，但是播報(bào)溫度放音是通過(guò) AT89S52 來(lái)控制的。ISD1420 與AT89S52 的接口連接入下：AT89S52 的 P1 端口連接地址線 ISD1420 的 A0A7，ISD1420 放音電路通過(guò) AT89S52 的 口控制 PLAYER 放音。 185 軟件部分 開(kāi)發(fā)工具介紹 單片的使用除了硬件，同樣也要軟件的使用，我們寫(xiě)匯編程序編程 CPU 可執(zhí)行的機(jī)器碼有兩種方法，一種是手工匯編，一種是機(jī)器匯編。Keil c51 匯編，PLM 語(yǔ)言和 C 語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)，界面友好。用過(guò)匯編語(yǔ)言后再使用 C 語(yǔ)言來(lái)開(kāi)發(fā)，體會(huì)更加深刻。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生產(chǎn)的匯編代碼，就能體會(huì)到 KeilC51DE 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解，在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)在初始化完成后就進(jìn)入讀取溫度測(cè)量程序，實(shí)時(shí)的測(cè)量當(dāng)前的溫度，得到溫度后判斷溫度是否超過(guò)溫度設(shè)置的上下限。再顯示電路在 LCD 上顯示。當(dāng)所設(shè)的功能鍵按下時(shí)，本系統(tǒng)應(yīng)完成