语音温度播报控制器(毕业设计).doc

本科毕业论文（设计）本科毕业论文（设计） 论文（设计）题目：语音温度播报控制器论文（设计）题目：语音温度播报控制器 学学 院：院：职业技术学院职业技术学院 专专 业：业：电子信息工程电子信息工程 班班 级：级：051051 学学 号：号：05141111170514111117 学生姓名：学生姓名：李忠涛李忠涛 指导教师：指导教师：王开建王开建 2009 年 05 月 20 日 贵州大学本科毕业论文（设计）贵州大学本科毕业论文（设计） 诚信责任书诚信责任书 本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计） ，是在导师的指 导下独立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发 表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。 特此声明。 论文（设计）作者签名： 日 期： 摘要 第 I 页 摘要 III ABSTRACTIV 第 1 章.前言.1 1.1.引言1 1.2.研究的意义与目的1 1.3.国内外发展状况1 第 2 章.系统总体设计.3 2.1.系统结构3 2.2.系统功能设计与分析4 2.2.1.度采集温.5 2.2.2.数字显示功能5 2.2.3.语音播放功能.6 2.2.4.温度控制系统.7 第 3 章.硬件电路设计.9 3.1.电源模块9 3.2.单片机模块9 3.2.1.微处理器（MCU）AT89S52.9 3.2.2.单单片机硬件电路.11 3.3.温度采集模块12 3.3.1.数字化温度传感器 DS18B20DS18B20 功能简介.12 4.3.2DS18B20 硬件电路19 3.4.数字显示模块19 3.4.1.LED 数码管19 3.4.2.LED 数码管硬件电路20 3.5.语音播报模块20 3.5.1.单片语音芯片 ISD259020 3.5.2.ISD2590 硬件电路 .25 3.6.温度控制模块26 3.6.1.继电器.26 .6.2.继电器控制电路.27 第 4 章.软件设计.28 4.14.1 单片机主程序设计.28 4.2 DS18B20 软件设计29 4.3 LED 数码管显示软件设计30 4.4 ISD2590 软件设计33 4.5 继电器软件设计.37 摘要 第 II 页 第 5 章.PCB 的制作和实物38 5.1.Protel 的功能和使用.38 5.2.原理图的绘制38 5.3.PCB 板的制作.38 5.3.1.打印.38 5.3.2.转印.39 5.3.3.蚀刻.39 5.3.4.钻孔.40 5.4.元件的认识和检测40 5.5.元器件安装的基本要求与原则41 5.5.1.元器件的安装要求.41 5.5.2.元器件的安装原则.41 5.6.元器件的焊接42 5.6.1.点的基本要求.42 5.6.2.焊接前的准备.42 5.6.3.焊接操作.43 5.7.系统调试与分析43 第 6 章.总结.44 致 谢46 参考文献47 附 录 A 系统原理图48 附 录 B 实物图49 附 录 C 元器件清单50 附 录 D 原理 PCB52 附 录 E 程序清单.53 摘要 第 III 页 语音播报温度控制器语音播报温度控制器 摘要 随着电子技术的发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根 本性的变化。 可编程控制器的出现给人类生活的自动化带来了一次革命，而单片语音芯片的发展 更是给人们的烦闷生活中带来了一场新的革命语音播报 本设计系统由 AT89S52 单片机、温度传感器 DS18B20、ISD2590 语音芯片和 LED 数 码显示等部分组成。以 AT89S52 单片机为控制核心，温度传感器 DS18B20 提供测量到 的温度信息，经过单片机数据处理后，传至 LED 数码管显示，同时将温度信息对应的 语音地址输入 ISD2590 语音芯片中，驱动喇叭播报出语音，进而完全播报出当前的温 度值，并最终实现数字显示功能和语音播报功能；另一方面，单片机根据实测温度控 制电磁继电器，进而决定是否驱动电热器工作，从而实现温度控制功能。 透过本系统的研究设计，我们可以自豪地说：“人类生活的新革命已经到来！” 关键词：单片机；温度传感器；语音播报 ABSTRACT ABSTRACT With the development of electronic technology, particularly with the formation of large- scale integrated circuits, to the peoples life has brought fundamental changes. PLC to the emergence of the automation of human life brought about a revolution, and the development of monolithic voice chip is Fanmen to peoples life has brought a new revolution voice broadcast This design system from AT89S52 SCM, temperature sensors DS18B20, ISD1420 voice chip and LED digital display and other components. AT89S52 for the control of the microcontroller core, the temperature sensor DS18B20 to measure the temperature to provide information, the MCU data-processing, spread to the LED digital display, while the corresponding temperature information address voice input ISD1420 voice chip, drive Loudspeaker broadcast a voice, then broadcast to all the current temperature and, ultimately, the digital display and voice broadcast feature on the other hand, the measured temperature control SCM electromagnetic relays, to determine whether the electric drive for work, thereby Temperature control. Through this system of design, we can proudly say: “Human life of the new revolution has arrived!“ KEYWORDS: Micyoco; Temperature sensor; Voice broadcast 州大学 2009 届本科生毕业论文 第 1页 第 1 章. 前言 1.1.引言 随着电子技术的发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来 了根本性的变化。 可编程控制器的出现给人类生活的自动化带来了一次革命，而单片语音芯片的 发展更是给人们的烦闷生活中带来了一场新的革命语音播报 在日常生活中，人们需要不同温度的水来满足日常生活，同时如今有许多产品 都实现了语音功能，它更能满足人们的需要，当然也获得更多人的喜爱。本课题通 过对具有语音播报功能的水温控制系统设计，来深切体会现代微电子技术的发展对 人们日常生活带来的便利和深远的影响。 1.2.研究的意义与目的 水，生命之源。我们日常生活需要不同温度的水，比如：我们洗澡时水温是 40到 50；我们矿泉水饮水机中热水保温范围是 85到 96，冰水的温度范围 是 5到 10；等等。同时热水器烧开水时，我们很多时候是并不知道的，结果浪 费了许多资源，更有甚者在水烧干后引发了安全隐患。 具有语音播报的水温控制系统能在控制水温的同时能语音播报，这样既能满足 不同使用者或不同使用场合对水温的控制，还能方便使用者了解实时温度，提醒使 用者安全信息。 1.3.国内外发展状况 近年来，随着集成电路的飞速发展，单片语音集成电路领域出现重大变革，产 生了许多新的技术和产品，开拓了更广泛的应用领域，并朝着更大容量、更优音质、 更高智能、更具灵活性的发展。通信设备电话机、智能仪器仪表、治安报警系统、 语音报站/报数/报价器、语音讲解系统、便携式语音记录装置、语音复读机、教学 仪器、智能玩具和高档电子礼品等语音产品飞进了我们的生活里。 语音播报温度也在一些产品中出现，但是主要是在现代化的工业生产中，在我 州大学 2009 届本科生毕业论文 第 2页 们平常生活中出现得比较少，这主要是因为语音技术是一门新兴技术，实现起来比 较难；在工业化生产中，程序都已经被固定，不用根据个人的需要重新调节，因此 能应用于其中。 但是随着ISD语音芯片的不断发展，个人调节语音变得越来越容易实现。其语音 和音频信号不经过转换直接以原来状态存储到内部存储器，可以实现高质量的语音 复制。采用单片机来对水温进行控制，具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点。 单片机同语音芯片一起实现语音播报功能的水温控制系统是完全能在我们日常生活中实现 的，并且我们还可以调节水温的范围来满足我们的需要。 州大学 2009 届本科生毕业论文 第 3页 第 2 章. 系统总体设计 2.1.系统结构 图 2-1 系统结构图 本次设计选择 ATMEL 公司 AT89 系列的 AT89S52 单片机为 MCU，主要是因为其造 价低廉，且拥有 256 字节的片内 RAM 内存，其 8K 大的 ROM 采用 Flash 型，可以在调 试程序的时候重复擦写程序，一方面可以直接用硬件进行调试，节省调试时间，增 加系统的可靠性、稳定性，另一方面也节省了因修改程序而换芯片的成本。 如图 2-1，系统主要由 AT89S52，数字化温度传感器 DS18B20，显示模块 LED 数 码管，单片语音芯片 ISD2590，以及按键和电磁继电器等器件组成。 DS18B20 MCU AT89S52 LED 数码管 电磁继电器 按键 ISD2590 喇叭 电热器 州大学 2009 届本科生毕业论文 第 4页 2.2.系统功能设计与分析 MCU AT89S52 温度采集 TH、TL 值设置 DS18B20 数字显示功能 LED 数码管 语音播报功能 ISD2590 和喇叭 温度控制功能 继电器和电热器 图 2-2 系统总体功能框图 本设计系统总功能框图如图 2-2 所示，本系统以 AT89S52 单片机为控制核心， 温度传感器 DS18B20 提供温度信息，经过数据处理，传至 LED 数码管显示，同时将 温度信息对应的语音地址输入 ISD2590 语音芯片中，驱动喇叭播放出语音，进而完 全播报出当前的温度值，并最终实现数字显示功能和语音播报功能。 单片机根据实测温度控制电磁继电器的工作进而控制电热器以实现温度控制功 能。 主要包括： 温度采集、TH（报警高值） 、TL（报警低值）值设置 数字显示功能 语音播放功能 温度控制功能 这四个大的系统功能。 州大学 2009 届本科生毕业论文 第 5页 2.2.1. 度采集温 温度采集和 TH、TL 值设置功能的实现，主要是依靠温度传感器 DS18B20,如图 2-3： DS18B20 测量温度范围为-55+125，而水在标准大气压下的温度范围为 0 +100,因此在该系统设计中用 DS18b20 作为温度传感器是完全可以的。又在-10 +85测量范围内，DS18b20 的精度是0.5，在测量水温方面这样的误差是允许 的。 首先单片机向 DS18B20 发出复位信号和其他的控制信号，继而 DS18B20 做出相 应的响应，如：温度转换、用暂存器存储单片机设置的 TH、TL 值、将暂存器的值拷 贝到内部 EEPROM 进行固化、将内部 EEPROM 值拷贝到暂存器中、将暂存器中的当前 温度值和 TH、TL 值传给单片机等。 AT89S52 DS18B20 图 2-3 温度采集框图 2.2.2. 数字显示功能 在本系统中，显示功能是依靠 LED 数码管来实现的。如图 2-4 ： 州大学 2009 届本科生毕业论文 第 6页 AT89S52LED 数码管 图 2-4 数字显示框图 在本系统中，数码管将显示数字字符 09 和小数点以及字母字符“L” “H” “” “F” 。单片机的 P0 口为数码管提供显示字符的数据信息，而 P2 口为数码管提供片 选信号，获得低电平的数码管将发光，其余不发光。 在系统上电后，单片机将检测是否有 DS18B20，如没有检测到，数码管将显示字 符“F” ，在我们看来，五个数码管都将显示为“F” 。 在温度显示时，数码管的第一位显示当前的温度是过高“H” ，偏低“L”和适合 “0” ，而其余数码管显示温度值，第四位数码管的小数点将一直发光。 在 TH、TL 值设置时，第一位数码管显示当前设置温度是 TH 值“H”,还是 TL 值 “L”,最后一、二或者三位是设置温度值，其余位显示字符“” 。 2.2.3. 语音播放功能 本系统的语音功能是通过语音芯片 ISD2590 和喇叭实现的，如图 2-5 ： AT89S52 ISD2590 喇叭 州大学 2009 届本科生毕业论文 第 7页 图 2-5 语音播放框图 系统中需要播放的语音有：“请检查传感器！” 、09、 “十” 、 “百” 、 “负” 、 “点” 、 “度” 、 “现在温度是” 、 “温度过高！” 、 “温度偏低！”这些语音都已经先录制到语 音芯片中的不同地址。 语音播放时，单片机将语音地址数据传给 ISD2590，同时也传送了控制播放信号， 而喇叭就播放出语音芯片中的语音。在语音播放时，单片机将采取延时来等待下个 语音的到来。 2.2.4. 温度控制系统 系统通过电磁继电器控制电热器加热与否，进而实现温度的自动控制，如图 2-6 ： AT89S52 继电器 电热器 图 2-6 温度控制框图 单片机通过控制 P1.3 这位的高低电平，控制继电器的工作，进而控制电热器， 最终实现水温的自动控制。 州大学 2009 届本科生毕业论文 第 8页 第 3 章. 硬件电路设计 州大学 2009 届本科生毕业论文 第 9页 3.1.电源模块 图 3-1 系统电源电路 如图 3-1，在电源电路中，首先 220V 的交流电经过变压器 T0 将电压降低，然后 经过四个二极管组成的桥式整流电路 D0 整流，此时电流已经成为直流。 直流电流通过 C0 组成的滤波电路，电压将趋于稳定电压 12V，这部分是用直流 电源实现。12V 的直流电通过由三端稳压器 7805 组成的直流稳压电路将电压稳定在 VCC5V。发光二极管 DS1 在系统上电（S0 闭合）时发光，表示电路已接通。 3.2.单片机模块 3.2.1.微处理器（MCU）AT89S52 AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令 和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在 单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控 制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 州大学 2009 届本科生毕业论文 第 10页 外部引脚介绍： VCCVCC : : 电源 GND:GND: 地 P0P0 口：口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作 为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写 “1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为 低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上 拉电阻。 P1P1 口：口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双 向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。 对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此 时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉 低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。 P2P2 口：口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱 动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以 作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输 出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执 行MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部 上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁 存器的内容。 P3P3 口：口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p2 输出缓冲器能驱 动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以 作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输 出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用。 州大学 2009 届本科生毕业论文 第 11页 3.2.2.单单片机硬件电路 图 3-3 系统单片机电路 如图 3-3，在整个硬件电路中，有 单片机最小系统：1）电源和地的连接；2）单片机的 XTAL1 和 XTAL2 引 脚外接石英晶体以及 C3 和 C2 就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉 冲信号；3）RST 引脚外接 C1、R1、R2 和 K0 构成了上电与按键均有效的复位 电路。4）引脚连接 VCC 表明使用内部 8K 的 FALSH 作为程序存储器。 与 DS18B20 连接口P1.0： 1）采集的温度数据从 P1.0 输入单片机，然 后单片机进行 BCD 处理；2）设置、修改的 TH 和 TL 值通过 P1.0 拷贝到 DS18B20 中。 数码管显示利用 P0、P2 口：1）P0 口为数码管显示提供段选信号；2） P2 中的 P2.3 至 P2.7 为数码管显示提供位选信号。 语音芯片连接的 P3 口：1）P3.0P3.5 为 ISD2590 放音提供地址数据； 州大学 2009 届本科生毕业论文 第 12页 2）P3.6 控制喇叭的停放音。 3.3.温度采集模块 3.3.1.数字化温度传感器 DS18B20DS18B20 功能简介 (1)Dallas 半导体公司的数字化温度传感器 DS1820 是世界上第一片支持 “一线总线”接口的温度传感器。现在，新一代的“DS18B20”体积更小、更经济、 更灵活。本设计采用 DS18B20 作为可编程的温度传感器。独特的单线接口方式： DS18B20 与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通 讯。 （2）在使用中不需要任何外围元件。 （3）可用数据线供电，电压范围： 3.0“ 5.5 V。 （4）测温范围：-55 “ 125 。固有测温分辨率为 0.5 。 （5）通过编程可实现 9“12 位的数字读数方式。 （6）用户可自设定非易失性的报警上下限值。 （7）支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在惟一的三线上，实现多点测 温。 （8）负压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作 .管脚及特点 DS18B20 可编程温度传感器有 3 个管脚。GND 为接地线,DQ 为数据输入输出接 口,通过一个较弱的上拉电阻与单片机相连。VDD 为电源接口,既可由数据线提供电 源,又可由外部提供电源,范围 3.05.5 V。本系统使用外部电源供电。 主要特点有: (1) 用户可自设定非易失性的报警上下限温度值。 (2) 不需要外部组件,能测量- 55 + 125 范围内的温度。 (3) - 10 + 85 范围内的测温准确度为0.5 。 州大学 2009 届本科生毕业论文 第 13页 (4) 通过编程可实现 912 位的数字读数方式,可在至多 750ms 内将温度转换成 12bit 的数字,测温分辨率可达 0.0625 。 (5) 独特的单总线接口方式,与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现与微处 理器双向通讯。 .内部结构 DS18B20 内部功能模块如图 3-4 所示,主要由 4 部分组成:64 位光刻 ROM、温度 传感器、非易失性的温度报警触发器 TH 和 TL 、配置寄存器。 ROM 中的 64 位序列号是出厂前被光刻好的,他可以看作是该 DS18B20 的地址序 列码,每个 DS18B20 的 64 位序列号均不相同。 高低温报警触发器 TH 和 TL , 配置寄存器均由一个字节的 E2PROM 组成,使用一 个存储器功能命令可对 TH , TL 或配置寄存器写入或读出。 图 3-4 DS18B20 内部功能模块 .内存结构 如图 3-5,DS18B20 温度传感器的内部高速缓存存储器，包含了 9 个连续字节, 前两个字节是测得的温度信息,第 1 个字节的内容是温度的低 8 位,第 2 个字节是温 度的高 8 位。第 3 个和第 4 个字节是 TH ,TL 的拷贝，在每一次上电复位时被刷新。 接着就是配置寄存器。 第 9 个字节是冗余检验字节,校验前面所有 8 个字节的 CRC 码,可用来保证通信 正确。其余字节为保留字节。 配置寄存器中 R1 ,R0 决定温度转换的精度位数: R1R0 =“00”, 9 位精度, 州大学 2009 届本科生毕业论文 第 14页 最大转换时间为 93.75 ms ;R1R0 =“01”, 10 位精度, 最大转换时间为 187.5 ms ; R1R0 =“10”, 11 位精度, 最大转换时间为 375 ms ;R1R0 =“11”,12 位精度,最 大转换时间为 750 ms 。 (1) 64 b 闪速 ROM 的结构如下： 开始 8 位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有 48 位，最后 8 位是前 56 位的 CRC 校验码，这也是多个 DS18B20 可以采用一线进行通信的原因。 (2) 非易市失性温度报警触发器 TH 和 TL，可通过软件写入用户报警上下限。 (3) 高速暂存存储器 DS18B20 温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存 RAM 和一个非易失性的可 电擦除的 E2RAM。后者用于存储 TH，TL 值。数据先写入 RAM，经校验后再传给 E2RAM。而配置寄存器为高速暂存器中的第 5 个字节，他的内容用于确定温度值的 数字转换分辨率，DS18B20 工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的 数值。该字节各位的定义如下： 低 5 位一直都是 1，TM 是测试模式位，用于设置 DS18B20 在工作模式还是在测 试模式。在 DS18B20 出厂时该位被设置为 0，用户不要去改动，R1 和 R0 决定温度转 换的精度位数，即是来设置分辨率，如表 1 所示（DS18B20 出厂时被设置为 12 位）。 设定的分辨率越高，所需要的温度数据转换时间就越长。因此，在实际应用中 要在分辨率和转换时间权衡考虑。 高速暂存存储器除了配置寄存器外，还有其他 8 个字节组成，其分配如下所示。 其中温度信息（第 1，2 字节）、TH 和 TL 值第 3，4 字节、第 68 字节未用，表现 为全逻辑 1；第 9 字节读出的是前面所有 8 个字节的 CRC 码，可用来保证通信正确。 当 DS18B20 接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以 16 位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第 1，2 字节。单片机 可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式以 0062 5 /LSB 形式表示。温度值格式如下： 州大学 2009 届本科生毕业论文 第 15页 对应的温度计算：当符号位 S=0 时，直接将二进制位转换为十进制；当 S=1 时， 先将补码变换为原码，再计算十进制值。表 2 是对应的一部分温度值。 DS18B20 完成温度转换后，就把测得的温度值与 TH，TL 作比较，若 TTH 或 T TL,则将该器件内的告警标志置位，并对主机发出的告警搜索命令作出响应。因 此，可用多只 DS18B20 同时测量温度并进行告警搜索。 (4) CRC 的产生在 64 b ROM 的最高有效字节中存储有循环冗余校验码（CRC）。 主机根据 ROM 的前 56 位来计算 CRC 值，并和存入 DS18B20 中的 CRC 值做比较，以判 断主机收到的 ROM 数据是否正确。 图 3-5 DS18B20 内部存储器结构 图 3-6 配置寄存器各位示意图 州大学 2009 届本科生毕业论文 第 16页 .操作流程 由于 DS18B20 采用 1-Wire 总线协议方式,即在一根数据线实现数据的双向传输,因 此发送接收口必须是三态的。而对 AT89S52 单片机,硬件上并不支持单总线协议,因 此,必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序,完成对 DS18B20 芯片的访问。 DS18B20 有严格的通信协议保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义 了几种信号的时序:初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备,单 总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机启动写时序开始,如果 要求单总线器件回送数据,在进行写命令后,主机需启动读时序完成数据接收。 主机操作单线器件 DS18B20 必须遵循下面的顺序。 （1） 复位及初始化 如图 3-7 时序图所示，主机通过拉低单线 480us 以上，产生复位脉冲，然后释 放该线。 主机释放总路线时，会产生一个上升沿。单线器件 DS18B20 检测到该上升 沿后，延时 1560s，通过拉低总线 60240s 来产生应答脉冲。主机接收到从机 的应答脉冲，就证明有单线器件在线。 图 3-7 DS18B20初始化时序图 （2） ROM操作命令 一旦总线主机检测到应答脉冲，便可以发起 ROM 操作命令。ROM 操作命令有： Read Rom(读 ROM)，用于总线上只有单个 DS18B20 器件的情况；Match Rom(匹 配 ROM)，寻址多挂接总线上的对应 DS18B20；Skip Rom(跳过 ROM)，用于单挂总 线系统时，无须提供 64 位 ROM 对其匹配；Search Rom(搜索 ROM)，用命令通过一 个排除法可以识别出总线上所有器件的 ROM 序列号；Alarm Search(告警搜索)。 图 3-8 为各个 ROM 操作命令流程图。 （3） 内存操作命令 在成功执行了 ROM 操作命令之后,才可以使用内存操作命令。主机可以提供 6 种 州大学 2009 届本科生毕业论文 第 17页 内存操作命令，分别为：Write Scratchpad(写暂存器) 4EH；Read Scratchpad(读暂存器) BEH；Copy Scratchpad(复制暂存器) 48H；Covert T(温度转换) 44H；Recall E2(重调 E2 存储器) B8H；Read Power Supply(读供 电方式) B4H。 图 3-8 ROM操作命令流程图 （4） 数据处理 DS18B20 的数据读写是通过时间隙处理位和命令字来确认信息交换。 写时间隙，当主机把数据线从逻辑高电平拉到逻辑低电平的时候，写时间隙开 始。有两种写时间隙：写 1 时间隙和写 0 时间隙。所有写时间隙必须最少持续 州大学 2009 届本科生毕业论文 第 18页 60s，包括两个写周期间至少 1s 的恢复时间。I/O 线电平变低后，DS1820 在 一个 15s 到 60s 的窗口内对 I/O 线采样。如果线上是高电平，就是写 1，如果 线上是低电平，就是写 0。 读时间隙，当从 DS1820 读取数据时，主机生成读时间隙。当主机把数据线从高 电平拉到低电平时，写时间隙开始。数据线必须保持至少 1s；从 DS1820 输出的 数据在读时间隙的下降沿出现后 15s 内有效。因此，主机在读时间隙开始后必须 停止把 I/O 脚驱动为低电平 15s，以读取 I/O 脚状态。在读时间隙的结尾，I/O 引脚将被外部上拉电阻拉到高电平。所有读时间隙必须最少 60s，包括两个读周 期间至少 1s 的恢复时间。 .测温功能 当 DS18B20 接收到温度转换命令后,开始启动转换。转换完成后的温度值就以 16 位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第 1 ,2 字节。单片机可 通过单线接口读到该数据,读取时低位在前,高位在后,数据格式以 0.0625 / LSB 形式表示。温度值格式如图 3-9 所示,其中“S”为标志位,对应的温度计算: 当符号 位 S = 0 时,直接将二进制位转换为十进制;当 S=1 时,先将补码变换为原码,再计算 十进制值。此时精度为 12 位。 图 3-9 DS18B20 温度格式 4.3.2DS18B20 硬件电路 州大学 2009 届本科生毕业论文 第 19页 图 3-10 DS18B20 硬件电路 如图 3-10，DS18B20 通过P1.0 与单片机连接，在单总线结构下，单片机只能通过自身 软件的设计才能同 DS18B20 通信。 3.4.数字显示模块 3.4.1.LED 数码管 LED 数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。 数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个 发光二极管单元（多一个小数点显示） ；按能显示多少个“8”可分为 1 位、2 位、4 位 等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。 共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码 管。共阳数码管在应用时应将公共极 COM 接到+5V，当某一字段发光二极管的阴 极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。 共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码 管。共阴数码管在应用时应将公共极 COM 接到地线 GND 上，当某一字段发光二极 管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段 就不亮。 在单片机系统中，由于单片机 I/O 口的驱动能力，一般不考虑共阴数码管。在本 系统中，采用的是共阳五位的八段数码管（一个一位的加上一个四位的） 。 州大学 2009 届本科生毕业论文 第 20页 3.4.2. LED 数码管硬件电路 图 3-11 系统 LED 数码管硬件电路 在 LED 数码管显示电路中，LED 采用三极管驱动，能够提供足够的电流；P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口，在外接 LED 时应在 LED 与 P0 口间接入限流电 阻，防止烧坏 LED 和 LED 强拉 P0 口为高电平。 3.5.语音播报模块 3.5.1.单片语音芯片 ISD2590 .概述 信息储存器件ISD2590是单片，高质量，短周期的录放音电路。采用CMOS工艺， 内部包含片上时钟，麦克前置放大器，自动增益控制，带通滤波器，平滑滤波器和 功率放大器。由ISD2590组成的最小应用系统仅包含一个麦克，喇叭，几个阻容元件， 州大学 2009 届本科生毕业论文 第 21页 两个开关和电源。 录制的信息存放在内部不挥发单元中，断电后可以长久保存。这种独特的单片 解决方案使用了ISD的专利模拟存储技术。语音和音频信号不经过转换直接以原来状 态存储到内部存储器，可以实现高质量的语音复制。 图 3-12 ISD2590 内部功能图 . 特性 使用简单的单片录放音电路 高保真语音/音频处理 开关接口放音可以是脉冲触发或电平触发 录放周期为20秒 自动功率节约模式 当一个录音或放音周期结束后自动进入掉电状态 掉电状态的典型电流为0.5uA 零功率存储 不需要电池备份电路 处理复杂信息可使用地址操作 州大学 2009 届本科生毕业论文 第 22页 100年信息保存典型 片上时钟 不需要编程器和开发系统 +5V供电 提供裸片，DIP，SOIC封装 提供工业级别温度型号-40到 85 . 功能描述 语音质量 ISD2590提供128K的取样频率。取样的语音直接存储到片内的不挥发存储器内部， 不需要数字化和压缩的其它手段，直接模拟存储能提供真实自然的语音，音乐声音 不象其它的固态数字录音质量要受到影响。 录放音时间 ISD2590能提供120秒的录放音时间。 EEPROM 存储 ISD的ChipCorder技术使用片上不挥发存储器，断电后信息可以持续保存100 年。 器件可以重复录制10万次。 基本操作 ISD2590由一个单录音信号REC实现录音操作，两个放音信号其中的一个实现放 音操作，PLAYE（触发放音），PLAYL（电平放音）。ISD2590可以配置成单一信 息的应用。如果使用地址线也可以用于复杂信息的处理。 自动掉电模式 在录音或放音操作的结束，ISD2590将自动进入低功率等待模式，消耗0.5uA 电 流。在放音操作中，当信息结束时器件自动进入掉电模式；在录音操作中，REC 信 号释放变为高电平时器件进入掉电模式。 寻址 作为处理单一信息的补充，ISD2590提供了全地址的寻址功能。内部存储阵列有 州大学 2009 届本科生毕业论文 第 23页 160个可寻址的段，每个地址存储声音时间为125ms。 . 管脚描述 录音REC REC输入是低电平有效录音信号。当REC为低时开始录音。在录音过程中REC必 须保持为低电平。 REC信号优先于放音信号（PLAYE 和PLAYL）。如果在放音过程中REC被拉低， 放音将立即终止，录音开始。 当REC变高或内部存储器已录满信息，录音操作结束。录制完毕后在结束处会 记录一个结束标志，这样在分段放音时会结束放音。当REC变高后，器件会自动 进入掉电模式。PLAYE 触发放音 当此管脚上检测到低电平跳变时，将开始放音操作。遇到结束标志（EOM）或 存储器的尾部放音将停止。 结束放音后，器件自动进入掉电等待模式。在放音过程中将PLAYE变高不会终 止当前的放音操作。 PLAYL 电平放音 当此管脚的信号由高变为0时，将开始放音操作。PLAYL变为高电平，遇到结束 标志（EOM） 或存储器的尾部放音将停止。结束放音后，器件自动进入掉电等待模式。 电源输入（VCCA，VCCD） ISD2590内部的模拟电路和数字电路使用不同的电源回路以减小噪声的干扰。这 些电源回路通过不同的引脚引出，尽量靠近系统电源连接在一起。务必在靠近器件 处加退藕措施。 地输入（VSSA，VSSD） 同VCCA VCCD 类似，ISD2590内部模拟地和数字地也使用不同的回路。这些 管脚在尽可能靠近器件处连接接地。 州大学 2009 届本科生毕业论文 第 24页 录音LED输出（RECLED） 当处于录音操作时，RECLED输出为低电平，它可以驱动一个LED，显示表明现 在正处于录音状态。另外在放音中如果遇到结束标志（EOM），RECLED将输出一 个短的低脉冲。 麦克输入（MIC） 麦克输入将信号传送到前置放大器，增益由自动增益电路（AGC）控制，增益 在-15dB到 24dB。外部的麦克必须是AC耦合，通过一个电容连接到该脚。电容的数值和该管脚 器件内部的电阻（10K）决定ISD2590输入的低频截止频率。 麦克基准（MIC REF） MIC REF是麦克前置放大的反向输入。当器件使用该输入脚并以差分形式连接 到麦克时，能减低噪声和实现共模抑制。 自动增益控制（AGC） AGC动态调整前置放大器的增益，能在一个很宽的范围内适应麦克的输入电平。 AGC电路能以很小的失真记录宽范围的声音，例如从很低的声音到很高的声音。 AGC的起控时间由电路内部的一个5K电阻和一个外部连接的电容决定。释放时间由 外部的电阻和电容决定，二者并联连接在AGC管脚和VSSA 模拟地之间。在大多数 应用中，470K欧姆和4 7uF的取值能较好的满足需要。 模拟输出（ANA OUT） 此管脚为用户提供前置放大器的输出。前置放大器的电压增益由AGC管脚上的 电平决定。 模拟输入（ANA IN） ANA IN 将输入的信号传送到录音电路。对于麦克输入，ANA OUT 脚必须通 过外部电容连 接到ANA IN 脚。这个电容的数值与ANA IN 内部的3.0K 欧姆的输入电阻能提供又 一个音频带宽的低频截止频率。如果输入信号来自麦克以外可以通过电容直接耦合 到ANA IN管脚。 喇叭输出（SP+，SP-） SP+和SP-能直接驱动低至10欧姆的喇叭。也可以使用单输出，但需要注意：对 州大学 2009 届本科生毕业论文 第 25页 于直接驱动发声装置，使用两个反极性的输出的功率是使用单输出功率的4倍。另外， 同时使用SP+和SP-可以不使用喇叭的耦合电容。对于使用单个输出，必须在SP+和 喇叭之间接一个耦合电容。在录音状态中，两个喇叭输出为高阻状态；在掉电模式 中保持为VSSA。 地址输入A0-A7 根据最高两位地址位的数值，地址输入有两种功能。当A7 A6 至少有一位为0时， 输入认为是地址输入，输入的地址被当作当前录音或放音的起始地址。这些地址管 脚全部为输入管脚，与操作模式中能输出地址信息不同。地址输入在信号PLAYE PLAYL 或REC 的下降沿被锁存。 操作模式 A6,A7同为高电平时,即为操作模式。如图3-14为ISD2590 操作模式表： 图 3-13 ISD1420 操作模式表图 3.5.2. ISD2590 硬件电路 .单 ISD2590 录放音电路 图 3-14 单 ISD2590 录放音电路图 在单 ISD2590 录音电路中，按下 S3 键，录音开始，LED 发光。录音地址从 0 地 州大学 2009 届本科生毕业论文 第 26页 址开始，直到 S3 断开或录音满为止。 按下 S2，喇叭将从录音地址 0 开始放录放的音，中间断开 S2，不影响放音，直 到遇到结束标志（EOM）或存储器的尾部。 按下 S1，喇叭放音，遇到结束标志（EOM）或存储器的尾部或断开 S1 时，放 音结束。 .系统 ISD2590 放音电路 图 3-15 系统 ISD2590 放音电路图 经过单 ISD2590 录音，芯片内部已经在相应地址储存了系统需要调用的音。因 此，只要 PLAYL 对应的线为低电平，那么喇叭将按 ISD2590 芯片 A7A0 对应的位置 放音。 3.6.温度控制模块 3.6.1.继电器 继电器是一种当输入量（电、磁、声、光、热）达到一定值时，输出量将发生 跳跃式变化的自动控制器件。 继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统 （又称输出回路） ，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较 大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。 州大学 2009 届本科生毕业论文 第 27页 电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端 加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电 磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点 （常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反 作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、 释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点， 可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”； 处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。 .6.2.继电器控制电路 图 3-16 继电器电路图 1N4004 是整流二极管，它在电路中的作用是防止电磁继电器产生的瞬间高压感 应电动势对三极管的击穿，起到保护电路的作用。 P1 为加热部分的电热器。 州大学 2009 届本科生毕业论文 第 28页 第 4 章. 软件设计 4.14.1单片机主程序设计 DS18B20 检测和初始化 开始 DS18B20 是 否存在？ 语音提醒 温度测量、数据转 换及数字显示 温度值同 TH、TL 值比较，并操作继 电器 按键扫描及响应程 序 图 4-1 系统主流程图 程序中，首先检测 DS18B20 的存在与否并初始化 DS18B20。如果检测不到 DS18B20，单片机向语音芯片发出信息并重新检测传感器，喇叭发出“请检查传感器！ ”的声音。若一直未检测到传感器，喇叭将反复发出声音。 其次，DS18B20 将在单片机控制下进行温度测量和数据输入，单片机将原始温度 数据 BCD 处理，并将处理结果经 P0、P2 口连接的数码管组动态显示出来。 再次，单片机将温度数据同 TH、TL 值进行比较，并将比较结果输出，超出范围 时将控制继电器的开启与吸合，控制电热器工作，进而控制水温。 州大学 2009 届本科生毕业论文 第 29页 DS18B20 复位和 初始化 温度转换 读温度值和温度 报警值 温度值 BCD 处理 按键设置、 修改 TH、TL 值 拷贝数值到 DS18B20 的暂 存器 拷贝修改值到 DS18B20 的 EEPROM 最后，按键扫描并响应相应程序。按键响应程序有：1）查看或修改 TH、TL 值； 2）语音播报温度值，格式为：“现在温度是 xxx 度。 ”3）语音播报温度范围 “温 度过高！”或“温度偏低！” 如此无限循环，单片机将不断显示温度值，并可通过按键响应程序语音播报当 前温度情况。 4.2DS18B20 软件设计 在 DS18B20 的软件设计中，主要有两个方面： 1）DS18B20 测量温度并将数据传送到单片机； 2）设置 DS18B20 中的 TH、TL 值。 图 4-2 测量温度流程图 图 4-3 设置温度报警值流程图 州大学 2