1、 题目： 基于 AT89S52 智能语音温度计的设计 摘要 以 AT89S52为核心，选用 DS18B20单总线数字温度传感器， RT1602液晶显示器实现，液晶显示当前日期、时间和温度。当测量温度超过设定的温度上下限时，启动蜂鸣器和指示灯报警。温度显示稳定，且温度测量误差 1 ，温度值小数部分保留两位有效数字。增加了摄氏温度与华氏温度转换对比显示功能，设定了整点语音自动播报时间温度，手动实时播报时间温度功能。 关键词： DS18B20；液晶显示；语音播报；声光报警 Abstract AT89S52 as the core, choose to single bus digital tempe
2、rature sensor DS18B20, DS1302 serial clock chip, RT1602 LCD monitor realization, LCD display the current date, time, weeks and temperature. When measuring temperature over set temperature fluctuation limit, start with light alarm buzzer. Temperature display stability, and temperature measurement err
3、or acuities 1 , plus or minus temperature the decimal part retained two significant digits. Increased Celsius temperature conversion contrast with Fahrenheit and sets up a display function beep voice automatically broadcast time temperature, manual real-time broadcast time temperature function. Keyw
4、ord:DS18B20;LCD;speech function;sounding and light alarm. 目录 摘要 . I ABSTRACT . I 1 引言 . 1 2 设计要求 . 1 3 方案论证 . 1 3.1 电源模块 . 2 3.2 温度传感器模块 . 2 3.3 显示模块 . 2 3.4 键盘控制模块 . 3 3.5 语音播报模块 . 3 4 设计 原理 . 4 4.1 单片机模块 . 4 4.1.1 单片机介绍 . 4 4.1.2 单片机外围电路设计 . 6 4.1.3 AT89S52 复位电 路 . 7 4.1.4 AT89S52 时钟电路 . 8 4.2 电源模
5、块 . 9 4.3 温度传感器模块 . 9 4.3.1 DS18B20 的测 温原理 . 10 4.3.2 DS18B20 与 AT89S52 的接口电路设计 . 11 4.4 键盘控制模块 . 11 4.5 报警模块 . 12 4.6 液晶显示模块 . 13 4.7 语音播报模块 . 14 4.7.1 ISD1420 语音芯片录放音电路设计 . 14 4.7.2 ISD1420 与 AT89S52 接口电路设计 . 17 5 软件部分 . 18 5.1 开发工具介绍 . 18 5.2 系统的主程序设计 . 18 5.2.1 键盘扫描子程序 . 19 5.2.2 测量温度子程序设计 . 20
6、5.2.3 报警子程序 . 21 5.2.4 实现时钟功能的程序设计 . 22 5.2.5 显示程序设计 . 23 5.2.6 语音播放子程序 . 24 6 仿真结果数据分析 . 25 6.1 功能仿真和结果 . 25 7 结束语 . 25 参考文献 . 27 附录一：电路图 . 28 附录二：源程序 . 29 I 1 1 引言 21 世纪是人类全面进入信息电子化的时代，现代信息技术的三大基础是信息采集 (即传感器技术 )、信息传输 (通信技术 )和信息处理 (计算机技术 )。随着人类探知领域和空间的拓展，使得人们需要 获得的电子信息种类日益增加，需要信息传递的速度加快，信息处理能力增强，因此
7、要求与此相对应的信息采集技术传感技术必须跟上信息化发展的需要。传感器技术是人类探知自然界信息的触觉，为人们认识和控制相应的对象提供条件和依据。它属于信息技术的前沿尖端产品，尤其温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量居各种传感器之首。近百年来，温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段：(1)传统的分立式温度传感器 (含敏感元件 )； (2)模拟集成温度传感器控制器；(3)智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从 模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。作为现代信息技术的三大核心技术之一的传感技术，将是二十一世纪世界各国在高新技术发展方面争夺的一个重要领域。 2
8、 设计要求 1 显示当前日期 、 时间 、 温度。 2 当测量温度超过设定温度时，启动报警模块报警。 3 手动实时播报温度，时间。 4 温度显示稳定，误差 1 。 3 方案论证 分析本题，根据设计要求先确定了本系统的整体设计原理框图如图所示 图 3.1 原理框图 温度采集 键盘控制 微控制 器模块 显示模块 报警模块 语音录放 电源模块 2 3.1 电源模块 方案一：采用三只干电池作为电源。该方案的优点是设计简明扼要，成本低；缺点是输出功率不高，只能勉强驱动单片机，适合小电流负载。而且在整个系统工作中，电压会随着时间的推移不断降低，进而出现死机等情况。 方案二：采用独立的稳压电源。电源的稳压的
9、特性较好，能够保证整个系统稳定工作。 综上分析，为使系统调试方便，能够稳定工作，必须有可靠电源，所以决定选择第二种方案。 3.2 温度传感器模块 方案一： AD590 是单片集成的敏感电流源，激励电压在 +4V +30V 间选择，其测量范围为 -55摄氏度 -150 摄氏度，所输出的电流 数值（微安数）等于绝对温度 K 的数值。 AD590 具有标准化的输出和固有的线性关系，分不同的测温范围和精度供设计者选用，通过微调电路对 AD590 的输出进行修正，可达到很高的测试精度。 AD590 不需要低电平测量设备和电桥，可以使用长导线，而不会因为电压的降低和感应的噪声电压而产生误差；它又是一个高阻
10、抗的电流源；对激励的电压变化不够敏感。但是 AD590 需要把被测温度转化为电流再通过放大器和 A/D转换器才能输出数字量送给单片机进行温度控制。 方案二： DS18B20 是美国达拉斯半导体公司推出的第一片支持“一线总线”接口 的温度传感器。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可以将温度直接转化成串行数字量供微处理器处理。因此，在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器是解决这些问题的有效方案，新型数字温度传感器 DS18B20 具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网优点，在实际测温的过程中取得了良好的测量效果。其供电方式简单，可用
11、数据线供电，所需的外围器件较少，甚至不需要外围器件。 通过比较，温度传感器 DS18B20 具有更高的性价比， DS18B20 能够构建经济的测温网络。因 而在本次设计中，选用的是数字温度传感器 DS18B20，故采用的是方案二。 3.3 显示模块 方案一：采用八位数码管，将单片机的数据通过数码管显示出来。该方案简3 单易行，但所需的元器件较多，且不容易进行操作，可读性较差，一旦设定后，很难加入其它的功能，显示格式受控制，且耗电量大。 方案二：采用 LCD 显示屏进行显示。 LCD 显示屏是一种低压、微功耗的显示器件，只要 2-3 伏就可以工作了，工作电流仅为几微安，是其它显示器无法比拟的，同
12、时可以显示大量信息，除数字外，还可以显示字母，曲线，比传统的 LED数码显示器的画面有了 质的提高。虽然 LCD 显示器的价格比传统的 LED 数码管要贵些，但它的显示效果更好，是当今显示器的主流，所以采用 LCD 作为显示器。采用 LCD，更容易实现题目的要求，对后续的功能兼容性高，只需将软件修改即可，可操作性强，易于度数，采用 RT1602 两行十六字符的显示，能同时显示时间，温度。 综上分析，采用第二种方案。 3.4 键盘控制模块 方案一： 4 4 矩阵式键盘。此方案对于本系统来说无非是浪费 I/O 占用 MCU的资源，不利于系统的扩展，这就使系统的实用性降低，况且本系统根本不需要16个
13、按键。 方案二：独立式按键。对 于独立式按键来说，如果设置过多按键，虽然会占用较多 I/O 口，给布线带来不便，此方案适用于按键较少的情况。 在本设计中所需要的控制点数的较少，只需要几个功能键，简便、易操作、成本低就成了首要考虑的因素。所以此时，可采用独立式按键结构。 3.5 语音播报模块 方案一：通过 A/D 转换器、单片机，存储器， DA转换器实现声音信号的采样、处理、存储和实现。首先将声音信号放大，通过 AD 转换器采样将语音模拟信号转换成数字信号，并由单片机和处理存放到存储器中，实现录音操作。在录、放音过程中由单片机控制 D/A 转换器，将存储器 中的数据转化成声音信号。此方案安装调试
14、复杂，集成度低，成本也不低。 方案二：采用 ISD1420 语音录放。 ISD1420 是采用模拟存取技术集成的可反复录放的 20 秒语音芯片，掉电语音不丢失，最大可分 160 段，最小每段语音长度为 125ms，每段语音都可由地址线控制输出，每 125ms 为一个地址，由 A0-A7八根地址线控制。该芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术，每个采样值可直接存储在片内单个 EEPROM 单元中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声。此外， ISD1420 还省去了 A/D 和 D/A 转换器，方 便扩展更多的功4 能。 综上所述，选择方案二，即 ISD1420。 4 设计原理 本
15、系统选用的模块包括：单片机系统，电源模块， LCD 显示模块，语音播报模块，温度传感器模块，键盘控制模块，具体的电路图参照附录二。 4.1 单片机模块 此次的毕业设计的核心部分是单片机的控制，给以相关的命令，按照人们的意愿执行相应的操作，这次选用的是 ATMEL 公司生产的常用芯片 AT89S52,主要是他的价格便宜 ,而且是我们通用性较强 ,容易获得。 4.1.1 单片机介绍 CPU 即中央处理器的简称，是单片机的核心部件，它完成各种运算和控制操作， CPU 由运算器和控制器两部分电路组成。 a. 运算器电路 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
16、、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 MCS 52单片机片内有两个 16位的定时 /计数器，即定时器 0和 定时器 1。它们可以用于定时控制、延时以及对外部事件的计数和检测等。 d. 存储器 MCS 52系列单片机的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
17、. 并行 I/O 口 MCS 52单片机共有 4个 8位的 I/O 口（ P0、 P1、 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， P1、 P2和P3口为准双向口，负载能力为 4个 TTL 门电路。 5 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 8051共有 5个中断源，即外中断 2个，定时 /计数中断 2个，串行中断 1个。 h. 时钟电路 MCS 52芯片内部有时钟电路，但晶体振荡器和微调电容必须外接。时钟电路为单片机产生
18、时钟脉冲序列，振荡器的频率范围为 1.2MHz 12MHz，典型取值为 6MHz。 i.总线 以上所有组成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
19、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 11.059MHz 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 1.085ms 。 AT89S52的管脚图如图 4.1所示： 6 图 4.1 AT89S52管脚图 4.1.2 单片机外围电路设计 本设计选用的 AT89S52 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATME
20、L 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51指令系统及 80S52 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 AT89S52 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 AT89S52 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。 此外
21、， AT89S52 设计和配置了振荡频率，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。 AT89S52 单片机综合了微型处理器的基本功能。 当 AT89S52 芯片接到来自温度传感器的信号时，其内部程序将根据信号的类型 进行处理，并且将处理的结果送到显示模块、报警模块、语音播报模块，发送控制信号控制各模块。该模块在硬件设计方面，其外围电路提供能使之工作的晶振脉冲、复位按键，四个 I/O 口分别用于外围设备连接。单片机 AT89S52 硬件连
