基于单片机的语音温度计的设计

基于单片机的语音温度计的设计内容摘要：

、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS51指令系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机的 AT89S51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 AT89S51 具有如下特点： 40 个引脚， 4k Bytes Flash 片内程序存储器， 128 bytes 的随机存取数据存储器（ RAM）， 32 个外部双向输入 /输出（ I/O）口， 5个中断优先级 2层中断嵌套中断， 2个 16 位可编程定时计数器 ,2 个全双工串行通信口，看门狗（ WDT）电路，片内时钟振荡器。 （如图 26所示）。 基于单片机的语音温度计系统设计 第 9 页 共 31 页 图 AT89S51 芯片 此外， AT89S51 设计和配置了振荡频率可为 0Hz 并可通过软件设置省电模式。 空闲模式下， CPU 暂停工作，而 RAM 定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。 同时该芯片还具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 主要功能特性 ： 兼容 MCS51 指令系统 32 个双向 I/O 口 2 个 16 位可编程定时 /计数器 全双工 UART 串行中断口线 ， 2 个外部中断源 中断唤醒省电模式 看门狗（ WDT）电路 灵活的 ISP 字节和分页编程 4k 可反复擦写 (1000 次） ISP Flash ROM 工作电压 时钟频率 033MHz 128x8bit 内部 RAM 低功耗空闲和省电模式 3 级加密位 软件设置空闲和省电功能 双数据寄存器指针 AT89S51 的 引脚功能介绍： VCC： AT89S51 电源正端输入，接 +5V。 VSS： 运城学院计算机科学与技术系毕业论文 第 10 页 共 31 页 电源地端。 XTAL1： 单芯片系统时钟的反相放大器输入端。 XTAL2： 系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入一个 20PF 的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。 RESET： AT89S51 的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间， AT89S51 便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址0000H 处开始读入程序代码而执行程序。 EA/VPP： EA为英文 External Access的缩写，表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于外部 EPROM 中）来执行程序。 因此在 8031 及 8032 中， EA 引脚必须接低电平，因为其内部无程序存储器空间。 如果是使用 8751 内部程序空间时，此引脚要接成高电平。 此外，在将程序代码烧录至 8751 内部 EPROM 时，可以利用此引脚来输入 21V 的烧录高压（ VPP）。 ALE/PROG： ALE 是英文 Address Latch Enable的缩写，表示地址锁存器启用信号。 AT89S51 可以利用这支引脚来触发外部的 8 位锁存器（如 74LS373），将端口 0的地址总线（ A0～ A7）锁进锁存器中，因为 AT89S51 是以多工的方式送出地址及数据。 平时在程序执行时 ALE 引脚的输出频率约是系统工作频率的 1/6，因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。 此外在烧录 8751 程序代码时，此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用。 PSEN： 此为 Program Store Enable的缩写，其意为程序储存启用，当 8051 被设成为读取外部程序代码工作模式时（ EA=0），会送出此信号以便取得程序代码，通常这支脚是接到 EPROM 的 OE 脚。 AT89S51 可以利用 PSEN 及 RD 引脚分别启用存在外部的 RAM 与 EPROM，使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用 64K 的定址范围。 PORT0（ ～ ）： 端口 0 是一个 8位宽的双向输出入端口，共有 8 个位， 表示位 0， 表示位 1，依此类推。 其他三个 I/O 端口（ P P P3）则不具有此电路组态，而是内部有一提升电路， P0 在当作 I/O 用时可以推动 8 个 LS 的 TTL 负载。 如果当 EA 引脚为低电平时（即取用外部程序代码或数据存储器）， P0 就以多工方式提供地址总线（ A0～ A7）及数据总线（ D0～ D7）。 设计者必须外加一个锁存器将端口 0送出的地址锁住成为 A0～ A7，再配合端口 2 所送出的 A8～ A15 合成一个完整的 16 位地址总线，而定址到 64K 的外部存储器空间。 PORT2（ ～ ）： 基于单片机的语音温度计系统设计 第 11 页 共 31 页 端口 2 是具有内部提升电路的双向 I/O 端口，每一个引脚可以推动 4个 LS的 TTL 负载，若将端口 2 的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。 P2 除了用做一般 I/O 端口使用外，若是在 AT89S51 扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节 A8～ A15，这个时候 P2 便不能当作 I/O来使用了。 PORT1（ ～ ）： 端口 1 也是具有内部提升电路的双向 I/O 端口，其输出缓冲器可以推动 4个 LS TTL 负载，同样地若将端口 1的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。 如果是使用 8052 或是 8032 的话， 又当作定时器 2的外部脉冲输入脚，而 可以有 T2EX 功能，可以做外部中 断输入的触发脚位。 PORT3（ ～ ）： 端口 3 也具有内部提升电路的双向 I/O 端口，其输出缓冲器可以推动 4个TTL 负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。 其引脚分配如下： ： RXD，串行通信输入。 ： TXD，串行通信输出。 ： INT0，外部中断 0输入。 ： INT1，外部中断 1输入。 ： T0，计时计数器 0输入。 ： T1，计时计数器 1输入。 ： WR：外部数据 存储器的写入信号。 : RD，外部数据存储器的读取信号。 b 信号显示 对于数字显示系统，我们使用串行移位寄存器 74HC164 来控制 LED 数码管，每 2 片为 1 组， 用来 构成数码管的 0~99 秒的数字提示， 还有 4 个 LCD 二极管，用 来控制信号灯的亮与暗。 使用这样 4 组串行连接，这种布局设计便于我们 PCB板的布局和制作，而且能够更形象的模拟出 温度的测控功能。 74HC164 静态显示接口 芯片简介： M74HC164 为串行输入、并行输出移位寄存器， 74HC164 为单向总线驱动器。 在串行口为方式 0 状态，即工 作在移位寄存器方式，波特率为振荡频率的十二分之一。 器件执行任何一条将 SBUF 作为目的寄存器的命令时，数据便开始从 RXD 端发送。 在写信号有效时，相隔一个机器周期后发送控制端 SEND 有效，即允许 RXD 发送数据，同时，允许从 TXD 端输出移位脉冲。 第一帧（ 8 位）数据发送完毕时，各控制信号均恢复原状态，只有 TI保持高电平，呈中断申请状态。 第一个 74HC164 把第一帧数据并行输出， LED1 显示该数据。 然后，用软件将 TI 清零，发送第二帧数据。 第二帧数据发送完毕， LED1 显示第二帧数据，第一帧数据串行输入给第二个 74HC164， LED2 显示第一帧数据。 依此类推，直到把数据区内所有数据发送出去。 应该注意，数据全部发送完后，第一帧数据在最后一个 LED 显示。 由于 TXD 端口最多可以驱动 8 个 TTL 门。 运城学院计算机科学与技术系毕业论文 第 12 页 共 31 页 各模块设计 (1) .电源模块 采用单片机控制模块提供电源。 优点是系统简明扼要，节约成本；缺点是输出功率不高。 其电路图如图 27 所示 . 图 电源模块 (2) .单片机及复位键控制模块 单片机采用 89S51，其中有 8K 内 存可用。 对交通灯的控制主要用其中的计数器定时来完成。 一方面要完成对各模块的控制，另一方面也要协调 好各模块的时序及口线冲突问题。 单片机复位电路是使 CPU 和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从该状态开始工作，例如复位后 PC=0000H，使单片机从第一个单元取指令。 无论是在单片机刚接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位。 单片机复位的条件是：使 RST/VPD 引脚 加上持续两个机器周期（即 24 个振荡周期）的高电平。 若时钟频率为 12MHz，每机器周期为 1us，则只需 2us 以上时间的高电平，在 RST 引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。 单片机常见的复位电路如图 按键复位电路 所示。 图 按键复位电路 该电路除了具有上电复位电路功能，还可以使用中复位，只要按下图 中的 RESET 键，此时电源 VCC 经电阻 R1 、 R2 分压，在 RESET 端产生一个复位高电平。 单片机复位期间不产生 ALE 和 PSEN 信号，即 ALE=1，这表明单片机复位不会有任何取 值 操作。 基于单片机的语音温度计系统设计 第 13 页 共 31 页 按键复位电路，易掌握，好操作。 （ 3） 显示模块 LED 用来实现倒计时功能，可直接从 74HC164 的接口上接过来。 其控制较为简单。 其电路图如图 37所示。 LED 显示器的简单介绍： 简单的 LED 显示器有 LED 状态显示器（俗称发光二极管）、 LED 七段显示器（俗称数码管）和 LED 十六段码显示器。 发光二极管用于显示系统的两种状态：数码管用于显示数字， LED 十六段显示器用于字符显示。 本文采用 LED 七段显示器。 数码管的结构 ：由 8 个发光二极管（以下简称字段）构成，通过不同的组合可用来显示数字 0～ 9，字符 A～ F等符号及小数点“ .”。 有共阳极和共阴极两种类型。 共 阳极数码管中 8 个发光二极管的阳极（二极管正端）连在一起。 通常，公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。 当某段驱动电路的输入端为低电平时，该端所连接的字段导通并点亮。 根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。 此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。 共阴极数码管中 8 个 发光二极管的阴极（二极管负端）连在一起。 通常，公共阴极接低电平（一般接地），其它管脚接段驱动电路输出端。 当某段驱动电路的输出端为高电平时，该端所连接的字段导通并点亮。 根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。 同样，要求段驱动电路能提供额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。 我采用共阴极 LED 数码管 图 LED 显示 运城学院计算机科学与技术系毕业论文 第 14 页 共 31 页 发光二极管的作用 发光二极管是一种由磷化镓（ GAP）等半导体材料制成的、能直接将电能转变成光能的发光显示器件。 当其内部有一定电流通过时，它就会发 光。 二极管是用来控制哪个灯亮， 12 个二极管分别接在 AT89S51 芯片上的, 口。 如下图 所示。 图 二极管显示 单片机的简介和发展趋势 单片机全称为单片微型计算机（ Single Chip Microputer） ,又称微控制器或嵌入式控制器。 它是将计算机的基本部件微型化并集成到一块芯片上的微型计算机，通常片内都含有 CPU、 ROM、 RAM、并行 I/O、串行 I/O、定时器 /计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等。 随着技术的发展，单 片机片内集成的功能越来越强大，并朝着片上系统方向发展。 单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广应用等显著优点，在自动化装置、智能仪器仪表、过程控制、通信、家用电器等许多领域得到日益广泛的应用。 单片机的特点 单片机与通用微机相比较 ,在结构 ,指令设置上均有其独特之处 ,其主要特点如。