基于单片机atc5的语音温度计的设计

基于单片机atc5的语音温度计的设计内容摘要：

电路 运算器电路包括 ALU（算术逻辑单元）、 ACC（累加器）、 B 寄存器、状态寄存器、 沈阳理工大学学士学位论文 6 暂存器 1 和暂存器 2 等部件，运算器的功能是进行算术运算和逻辑运算。 b. 控制器电路 控制器电路包括程序计数器 PC、 PC 加 1 寄存器、指令寄存器、指令译码器、数据指针 DPTR、堆 栈指针 SP、缓冲器以及定时与控制电路等。 控制电路完成指挥控制工作，协调单片机各部分正常工作。 c. 定时器 /计数器 定时 /计数器就相当于一个方便的闹钟，主要用于单片机硬件的定时或者计数。 典型的 8051 单片机有两个 16 位的可编程定时器 /计数器，以实现定时或者计数两种功能。 通过定时器 /计数器可以为串口通信组件提供波特率的计量，也可以产生相应的中断控制程序的转向。 d. 存储器 存储器包括数据存储器和程序存储器，其主要特点是程序存储器和数据存储器的寻址空间是相互独立的，物理结构也不相同。 e. 并行 I/O 口 MCS－ 52 单片机共有 4 个 8 位的 I/O 口（ P0、 P P2 和 P3），每一条 I/O 线都能独立地用作输入或输出。 P0 口为三态双向口，能带 8 个 TTL 门电路， P P2 和 P3 口为准双向口，负载能力为 4 个 TTL 门电路。 f. 串行 I/O 口 MCS－ 521 单片机具有一个采用通用异步工作方式的全双工串行通信接口，可以同时发送和接收数据。 g. 中断控制系统 中断系统式一种应急响应的系统。 典型的 8051 单片机提供了两个外部中断、两个定时 /计数器中断和一个串行中断。 中断系统统一管理所有的中断源的响应，同时这些中 断源提供了 2 级的优先级别供选择 [2]。 h. 时钟振荡电路 时钟振荡电路为单片机指令的执行提供了一个统一的步调。 典型的 8051 单片机内置了时钟振荡电路，只需外接一个无源晶振和振荡电容便可以工作。 时钟振荡电路产生的时钟，是供整个单片机运行的脉冲时序。 当然，单片机还提供了灵活的外部时钟源工作方式。 沈阳理工大学学士学位论文 7 以上所有部分都是通过总线连接起来，从而构成一个完整的单片机。 系统的地址信号、数据信号和控制信号都是通过总线传送的，总线结构减少了单片机的连线和引脚，提高了集成度和可靠性。 选用单片机的结构： 1 一个 8 位算术逻辑单元 2 32 个 I/O 口 4 组 8 位端口可单独寻址 3 两个 16 位定时计数器 4 全双工串行通信 5 6 个中断源两个中断优先级 6 128 字节内置 RAM 7 独立的 64K 字节可寻址数据和代码区 每个 8051 处理周期包括 12 个振荡周期，每 12 个振荡周期用来完成一项操作。 如取指令和计算指令执行时间，可把时钟频率除以 12 取倒数，然后指令执行所须的周期数。 因此如果你的系统时钟是 ， 除以 12 后就得到了每秒执行的指令个数为921583 条，指令取倒数 将得到每条指令所须的时间。 单片机外围电路设计 本次设计采用的是一个种高性能、功耗低 CMOS 8 位的单片机 AT89C51，片内包含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司高密度、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 AT89C51 可为许多嵌入式控制 应用系统提供高性价比的解决方案。 AT89C51 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，看门狗（ WDT）电路， 2 个 16 位可编程定时计数器 ,2 个全双工串行通信口，片内时钟振荡器。 另外， AT89C51 中还配置和设计了振荡频率，可通过软件设置到省电模式。 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 中的数 据，停止芯片其它功能直到外中断激活或硬件复位。 同时该芯片还采用了其他三种封装形式即： PDIP、 TQFP 和 PLCC 等。 微型处理器的基 沈阳理工大学学士学位论文 8 本功能都综合在了 AT89C51 中。 当温度传感器的信号送达至 AT89C51 芯片时，部程序将依据送达信号的类型进行处理，并将处理结果送达显示模块、报警模块、语音播报模块。 并且发送控制信号控制各个模块。 模块在硬件设计方面上，外围电路提供能使其工作的晶振脉冲和复位按键，四个 I/O 口分别用于外围设备的连接。 单片机 AT89C51 的 I/O 端口具体分配与下表 : 表 AT89C51 的 I/O 端口 具体 分配 AT89C51的 IO端口 外接点 语音芯片播音地址端口 LCD 地址显示端 DS18b20 通道 连接键盘控制端口 DS1302 开始播音口 LCD 读 /写选择端 LCD 数据 /命令端 LCD 使能端 AT89C51 复位电路 任何微机系统执行的第一步都是系统复位，其作用是使整个控制芯片回到默认的硬件状态下即：单片机的片内电路初始化过程。 也就是使单片机从一种确定的初态开始运行。 AT89C51 的复位过程是通过外部的复位电路实现的。 复位引脚 RST 通过一个施密特触发器与复位电路相连结，施密特触发器作用是用来抑制噪声，复位电路通常采用两种方式：上电自动复位、按钮复位。 手动复位：人为的在复位输入端加上高电平让使系统复位得方法即为手动复位。 一般方法是利用一个在 RST 端和正电源 VCC 之间的按键，当按下按键时， VCC 和 RST端接通， RST 引脚处高电平，按键动作时间一般是数十毫秒，大于两个机器周期的时间，能够安全的使系统复位。 上电复位：上电复位电路属于 简单的复位电路，需要在 RST 复位引脚接一个电容到 VCC 上，接一个电阻到地就可以了。 上电复位作用是在给系统上电时，复位电路通 沈阳理工大学学士学位论文 9 过电容加到 RST 复位引脚一个短暂的高电平信号，这个复位信号会随着 VCC 对电容的充电过程而回落，所以电容的充电时间决定 RST 引脚复位的高电平维持时间。 为了保证系统安全可靠的复位， RST 引脚的高电平信号必须维持足够长的时间。 在本设计中复位电路的设计是采用简单、用得比较广泛的复位电路接法，如图 所示，它具有按键复位和上电复位的双重复位功能。 图 复位电路 AT89C51 时钟电路 时钟的作用相当于单片机的心脏，单片机各功能部件的运行工作状况都是以时钟频率为基准，有条不紊的按照给定的时钟频率工作。 所以，时钟频率直接影响得是单片机的工作速度，单片机系统的稳定性也取决于时钟电路的质量。 常用的时钟电路有两种方式：一种是内部时钟方式，另外一种是外部时钟方式。 本文用的是内部时钟方式。 电路图 所示： 沈阳理工大学学士学位论文 10 图 时钟电路 AT89C51 单片机内部有一个用于构成高增益反相放大器的振荡器，这个高增益反向放大器的输入端芯片引脚为 XTAL1，输出端引脚为 XTAL2。 这两个引脚跨接石英 晶体振荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。 温度传感器模块 本模块主要作用是进行温度采集，然后 AT89C51 进行分析处理采集到的数据。 本次设计中采用了 DS18B20 作为温度数据采集器，它的精度可以精确到 ，完全可以用来进行环境温度的测量和采集。 DS18B20 是美国 DALLAS 公司生产的单总线数字温度传感器 ,其作用是可把温度信号直接转换成串行数字信号供微处理器处理 ,而且可以在一条总线上挂接任意多个 DS18B20 芯片 ,构成多点温度检测系统无需任何外加硬件。 DS18B20 数字温度传 感器可提供 9～ 12 位温度读数 ,读取或写入 DS18B20 的信息仅需一根总线 ,总线本身可以向所有挂接的 DS18B20 芯片提供电源 ,而不需额外的电源。 由 DS18B20 这一特点 ,非常适合于多点温度检测系统 ,硬件结构简单 ,方便联网 ,在仓储管理、工农业生产制造、气象观测、科学研究以及日常生活中被广泛应用 [1]。 DS18B20 的测温原理 DS18B20 内有一个能直接转化为数字量的温度传感器 ,其分辨率 9,10 ,11 ,12bit 并且可编程 ,通过设置内部配置寄存器来选择温度的转换精度 ,出厂时默认 设置 12bit。 温度的转换精度有 ℃、 ℃、 ℃、 ℃。 温度转换后以 16bit 格式存入便笺式 RAM,可以用读便笺式 RAM 命令 (BEH) 通过 1 Wire 接口读取温度信息 ,数据传输时低位在前，高位在后。 温度 /数字对应关系如表 所示（分辨率为 12bit 时）。 由于 沈阳理工大学学士学位论文 11 DS18B20 单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。 操作协议为：初始化 DS18B20（发复位脉冲）→发 ROM 功能命令→发存储器操作命令→处理数据 表 温度和数据对应表 温度 二进制 数据 十六进制数据 +125176。 C 0000 0111 1101 0000 07D0h +85176。 C* 0000 0101 0101 0000 0550h +176。 C 0000 0001 1001 0001 0191h +176。 C 0000 0000 1010 0010 00A2h +176。 C 0000 0000 0000 1000 0008h 0176。 C 0000 0000 0000 0000 0000h 176。 C 1111 1111 1111 1000 FFF8h 176。 C 1111 1111 0101 1110 FF5Eh 176。 C 1111 1110 0110 1111 FE6Fh 1111 1100 1001 0000 FC90h DS18B20 与 AT89C51 的接口电路设计 DS18B20 可以从单总线上得到能量并储存在内部电容中 ,该能量是当信号线处于低电平期间消耗 ,在信号线为高电平时能量得到补充 ,这种供电方式称为 寄生电源供电。 DS18B20 也可以由 3～ 的外部电源供电。 所以在硬件上，DS18B20 与单片机 的连接有两种方法，一种是 VCC 接外部电源， GND 接地， I/O 与单片机的 I/O 线相连；另一种是用寄生电源供电，此时 UDD、 GND 接地， I/O 接单片机 I/O。 无论是内部寄生电源还是外部供电， I/O 口线要接 5KΩ 左右的上拉电阻 .我们采用的是第一种连接方法 , 如图 所示 :把 DS18B20 数据线与 AT89C51 的 ,再加上上拉电阻。 沈阳理工大学学士学位论文 12 图 DS18B20 与 AT89C51 的接口电路 键盘控制模块 按键的开关状态通过一定的电路转换为高、低电平状态。 按键闭合过程在相应的 I/O端口形成一个负 脉冲。 闭合和释放过程都要经过一定的过程才能达到稳定，这一过程是处于高、低电平之间的一种不稳定状态，称为抖动。 本系统中用到四个功能控制按键，用 P2 的 4 个 I/O 口接 4 个独立式按键即可满足需要，软件消除抖动，当发现有键按下时，延时 1020ms 再查询是否有键按下，若没有键按下，说明上次查询结果为干扰或抖动；若仍有键按下，则说明闭合键已稳定。 准确判断去执行相应的程序。 电路图如图 所示。 沈阳理工大学学士学位论文 13 图 键盘控制电路 报警模块 报警模块的工作原理是当温度传感器检测到的温度高于温度的上限或低于温度的下限 设定值时单片机的 发出高电平信号促使 PNP 三极管导通点亮发光二极管，蜂鸣器也发出响声，产生声光报警。 电路图如图 所示。 图 报警电路 沈阳理工大学学士学位论文 14 液晶显示模块 该模块是由 RT1602 液晶显示器件组成 , 第 3 脚： VL 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。 第 4 脚： RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第 5 脚： RW 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操 作。 当 RS 和 RW 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 RW 为高电平时可以读忙信号，当 RS 为高电平 RW 为低电平时可以写入数据。 第 6 脚 ： E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第 7～ 14 脚 ： D0～ D7 为 8 位双向数据线。 由上可知 1602 基本操作时序如表。 其第。