基于单片机的电子声音报温温度计_论文.doc
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1、 第四届电子设计大赛(论 文) 基于单片机的电子声音报温温度计学 院:系别: 信息技术学院 电子系专业名称: 电子信息工程学生姓名: 于洋、张爽学号: 0915100614、0915100625指 导 教 师 姓 名: 李海成、张俊芳完成日期 2013 年 6 月 15 日1 引言4 1.1研究背景4 1.2研究现状42 总体设计方案5 2.1设计思路5 2.2总体设计框图53 硬件设计7 3.1 单片机的选择7 3.1.1 STC89C52单片机的主要特性:7 3.1.2 引脚功能及管脚电压8 3.2 NV035A语音芯片10 3.3 温度传感器的选择13 3.3.1 DS18B20的主要特
2、性13 3.3.2 DS18B20的实物图14 3.3.3 DS18B20使用中注意事项14 3.4 温度检测电路15 3.5 复位电路16 3.6 时钟电路174 软件设计18 4.1 概述18 4.2 主程序模块185 仿真196 综合调试20 6.1焊接20 6.2调试21结论21致谢21参考文献22附录 源码22摘 要:随着现代化信息技术的飞速发展,单片机技术已经十分普及,在实时检测和自动控制的单片机应用系统中,单片机往往是作为核心部件来使用。本论文介绍了一种以单片机STC89C52为主要控制器件,以DS18B20为温度传感器通过LED屏传送数据,实现温度显示的新型数字温度计。该数字温
3、度计的测量范围为-55125,显示分辨率为0.1,误差1。由于采用了温度传感器DS18B20作为检测元件,与传统的温度计相比,本文设计的数字温度计减少了外部的硬件电路,具有读数方便,测温范围广,测温精确,数字显示,适用范围宽等特点。该系统结构简单,抗干扰能力强,适合于各种环境下进行现场温度测量,可广泛应用于工业控温系统、温度计、消费产品以及其它温度测控系统。With the rapid development of modern information technology, MCS technology has been very popular, in the MCS applicatio
4、n system for real-time detection and automatic control, MCS is often as a core component to use.This paper introduces a single-chip microcomputer STC89C52 as the main control device, with the temperature sensor DS18B20 for transmitting the data through the LED screen, the realization of a new type o
5、f digital thermometer temperature display. The measuring range of the digital thermometer is -55 125 , the display resolution is 0.1 , error less than 1 . Because of the temperature sensor DS18B20 as the measuring element, compared with the traditional thermometer, digital thermometer is designed in
6、 this paper to reduce the external hardware circuit, the reading convenience, a wide range of temperature measurement, temperature measurement precision, the digital display, applicable scope wide and so on characteristics. The system has simple structure, strong anti-interference ability, suitable
7、for all kinds of environment on-site temperature measurement, can be widely used in industrial control system, thermometer, consumer products and other temperature measurement and control system.关键词:单片机STC89C52;NV035A语音芯片;温度传感器DS18B20;LED显示屏等。1 引言 随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现,人们在生产过程中会越来越关注精密而实用的仪器,能够独
8、立工作的温度检测和显示系统应用于诸多领域。其中语音数字温度计就是一个典型的例子,但人们对它的要求越来越高,要为现代人工作、科研、生活等提供更好更方便快捷的设施就需要从单片机技术入手,一切向着数字化控制,智能化控制方向发展。1.1研究背景目前温度计的发展很快,从原始的玻璃管温度计发展到了现在的热电阻温度计、热电偶温度计、数字温度计、电子温度计等等,温度计中传感器是它的重要组成部分,它的精度、灵敏度基本决定了温度计的精度、测量范围、控制范围和用途等。传感器应用极其广泛,目前已经研制出多种新型传感器。传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件。热敏电阻的成本低,但需后续信号处理电路,而且可靠性相对较差,
9、测温准确度低,检测系统也有一定的误差。本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比,具有读数方便,测温范围广,测温精确,数字显示,适用范围宽等特点,主要用于对测温比较准确的场所或科研实验室使用,可广泛用用于工业控温系统、温度计、消费产品以及其它温度测控系统。目前,该产品已在温控系统中得到了广泛使用。因此本设计就尝试通过编程与芯片的结合来解决传统数字温度计的弊端,设计出新型语音数字温度计。1.2研究现状 温度传感器的发展现状:温度传感器使用范围广,数量多,居各种传感器之首,其发展大致经历了以下3个阶段: 1、传统的分立式温度传感器(含敏感元件)热电偶传感器,主要是能够进行非电量和电量之间转换。2、
10、模拟集成温度传感器/控制器,集成传感器是采用硅半导体集成工艺制成的,因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。3、智能温度传感器。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE_)的结晶。智能温度传感器内部包含温度传感器、A/D传感器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。2 总体设计方案2.1设计思路 本设计是一个基于单片机AT89C52的数字温度计和温度传感器DS18B20的设计,用来测量环境温度,测量范围为-10120,显示分辨率为0.1,误差0.5.整个设计系统主要包括硬件电路的设计和系统软件的设计。硬件电路主要包括主控制器,测温电路和显示电路等。主控制器采用单片机STC89C52,
11、温度传感器采用美国DALLAS半导体公司生产的DS18B20来实现环境温度的采集和A/D转换,同时因其输出为数字形式,且为串行输出,这就方便了单片机进行数据处理,但同时也对编程提出了更高的要求。单片机把采集到的温度进行相应的转换后,显示电路采用LED显示器以静态扫描法直读显示。系统程序主要包括主程序,读出温度子程序,写入温度子程序,语音播报系统等。2.2总体设计框图 本系统采用单片机作为微控制器,如图2.1。单片机用STC89C52、NV035A语音芯片、温度传感器用DS18B20,采用12MHZ晶振,电源采用5V。该电路经过设计分析、绘图、仿真调试、制板、焊接等工作后温度计成形。 采用数字温
12、度芯片DS18B20测量温度,输出信号全数字化。便于单片机处理及控制,省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定,它能用做工业测温元件,此元件线形较好。在0100摄氏度时,最大线形偏差小于0.1摄氏度。DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输,由数字温度计DS18B20和微控制器STC89C52构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大。采用52单片机控制,软件编程的自由度大,可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制,而且体积小,硬件实现简单,安装方便。电源STC89C52 控制器显示电路时钟电路N
13、V035A语音播报DS18B20复位电路 图2.1 总体设计框图 2.3所用主要元器件单片机STC89C52一个、NV035A语音芯片、温度传感器DS18B20一个、12MHz晶振一个、二位共阳极LED显示屏一个、电源一个、排阻一个、USB一个、电阻电容及导线若干。3 硬件设计3.1 单片机的选择 STC89C52作为温度测试系统设计的核心器件。该器件是INTEL公司生产的MCS一5l系列单片机中的基础产品,采是一个低电压,高性能CMOS 8位单片机,片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、
14、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元,STC89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。单片机小系统的电路图如图3-1-1所示。图3.1 单片机小系统电路3.1.1 STC89C52单片机的主要特性:(1)兼容MCS-51指令系统,4K字节可编程闪烁存储器;(2)8k可反复擦写(大于1000次)Flash ROM;(3)寿命为1000次写/擦周期,数据保留时间可10年以上;(4)全静态工作模式:0Hz-33Hz;(5)三级程序存储器锁定;(6)128*8位内部RAM,32可编程I/O线;(7)两个16位定时器/计数器,6个中断源;(8
15、)全双工串行UART通道,低功耗的闲置和掉电模式;(9)低功耗空闲和掉电模式,软件设置睡眠和唤醒功能; (10)有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式,以适应不同产品的需求。3.1.2 引脚功能及管脚电压STC89C52为8位通用微处理器,采用工业标准的C51内核,在内部功能及管脚排布上与通用的89S52相同。如图3.2所示。 图3.2 STC89C52引脚图(1)P0口P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口,也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时,每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路,对端口P0写“1”时,可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时,这
16、组口线分时转换地址(低8位)和数据总线复用,在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时,P0口接收指令字节,而在程序校验时,输出指令字节,校验时,要求外接上拉电阻。(2)P1口P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。(3)P2口P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口P2写“1”,通过内部的上拉电阻
17、把端口拉到高电平,此时可作输入口,作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器(例如执行MOVXDPTR指令)时,P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器(如执行MOVXRI指令)时,P2口输出P2锁存器的内容。Flash编程或校验时,P2亦接收高位地址和一些控制信号。(4)P3口P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时,它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时,被外部拉低的P3口将用上拉电阻输
18、出电流(IIL)。P3口除了作为一般的I/O口线外,更重要的用途是它的第二功能。P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。(5)RST复位输入。当振荡器工作时,RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。(6)ALE/PROG当访问外部程序存储器或数据存储器时,ALE(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下,ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是:每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程期间,该引脚还用于输入编程脉冲(PROG)。 如有必要,可通过对特殊功能
19、寄存器(SFR)区中的8EH单元的D0位置位,可禁止ALE操作。该位置位后,只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外,该引脚会被微弱拉高,单片机执行外部程序时,应设置ALE禁止位无效。(7)PSEN程序储存允许(PSEN)输出是外部程序存储器的读选通信号,当AT89C52由外部程序存储器取指令(或数据)时,每个机器周期两次PSEN有效,即输出两个脉冲。在此期间,当访问外部数据存储器,将跳过两次PSEN信号。(8)EA/VPP外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器(地址为0000HFFFFH),EA端必须保持低电平(接地)。需注意的是:如果加密位LB1被编程,复位时内部会锁存E
20、A端状态。如EA端为高电平(接VCC端),CPU则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时,该引脚加上+12V的编程允许电源VPP,当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP。(9)XTAL1振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。(10)XTAL2振荡器反相放大器的输出端。3.2 NV035A语音芯片电压:1.8-5.5V静态电流:2uA声音驱动方式:PWM直接驱动8欧0.5W喇叭(所有的都可以,只是声音大小差别)语音内容: 使用说明:语音芯片可以通过单片机等其他控制设备,任意组合上面的数字,从而到达语音播报时间、星期、年、月、日、温度、湿度等。例如:今天是2012年3月17
21、日现在北京时间是21点28分30秒。语音芯片是特定的固定标准模块,可以通过单片机最少一个IO口控制多达32段声音任意调用和组合的语音标准芯片。通常最常用的控制方式是采用了模拟串行的控制方式(3个IO)。如需要播放第几个地址的内容就发送几个脉冲,可以快速的控制多达32段地址的任意组合。单片机控制语音芯片电路图:控制原理说明:此控制方式是采用了模拟串行的控制方式。如需要播放第几个地址的内容就发送几个脉冲(大于0.2ms即可,建议采用1ms左右,下同)的原理,可以快速的控制多达32段地址的任意组合。模拟串行工作时各IO的作用:BUSY:芯片工作时(播放声音),输出低电平,停止工作或者待机是,保持高电
22、平;DATA:接受控制脉冲的脚位。收到几个脉冲,就播放第几个地址的内容;RST:任何时候,收到高电平,都可以使芯片的播放指针归零(就是是DATA的脚位恢复到初始状态),同时即刻使芯片停止,进入待机状态;工作示例:例如现在需要播放第十段声音。单片机控制原理是:先发送一个复位脉冲到RST脚,接着发送10个脉冲到DATA脚。芯片即刻工作,播放第十段的声音;如果需要播放第五段的声音,则是:先发送一个复位脉冲到RST脚,接着发送5个脉冲到DATA脚。芯片即刻工作,播放第5段的声音;例如需要连续播放第十段和第五段声音:先发送一个复位脉冲到RST脚,接着发送10个脉冲到DATA脚。芯片即刻工作,播放第十段的
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