本科毕业设计--室内温湿度语音播报系统的设计.doc

吉吉 林林 农农 业业 大大 学学 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 论文题目： 室内温湿度语音播报系统的设计 学生姓名： 专业年级：电子信息科学与技术 指导教师： 职称： 讲 师 2008 年 6 月 3 日 i 目目 录录 题目.i 摘要及关键字.i 1 前言.1 1.1 题目的来源与开发意义1 1.2 系统功能概述.1 2 方案的提出及论证.1 2.1 温湿度传感器的选择1 2.2 语音录放电路的选择2 3 系统硬件设计.3 3.1 系统硬件总体设计概述3 3.2 系统框图3 3.3 系统各模块的设计4 3.3.1 温湿度测量模块.4 3.3.2 语音录放模块.4 3.3.3 显示模块.5 3.3.4 时钟模块.6 3.3.5 键盘控制模块.7 3.4 硬件电路主要器件7 3.4.1 at89c51 单片机.7 3.4.2 温湿度传感器 sht117 3.4.3 isd4003 系列语音芯片11 3.4.4 ds1302 的结构及工作原理 .14 4 系统软件设计.16 4.1 系统软件总体设计思想16 4.2 各功能模块的软件设计16 4.2.1 温湿度测量的程序设计.16 4.2.2 语音播报的程序设计.17 4.2.3 温湿度显示的程序设计.18 5 系统调试.19 5.1 硬件电路调试19 5.2 各功能模块软件调试19 6 结论.19 参考文献.20 致 谢.20 ii 附录一:系统总体电路原理图 .21 附录二：程序流程图.22 吉林农业大学本科毕业设计 i 室内温湿度语音播报系统的设计 学 生： 专 业：电子信息科学与技术 指导教师： 摘摘 要：要：本设计主要是研究室内温湿度的测量并实现语音播报的功能，在该系统中采用 at89c52单片机作主控制器，采用瑞士scnsirion 公司推出的高度集成的温湿度传感器 芯片sht-11，实现室内温湿度的测量并通过单片机的串行口进行静态显示，再通过采用 语音芯片isd4003所组成的语音电路实现温湿度的语音播报，另外本系统还兼有多功能 时钟功能。本设计采用静态显示大大节省了单片机的i/o资源，软件部分用c语言编写， 易读、可移植性好。本系统主要包括温湿度测量模块、语音录放模块、温湿度显示模块、 时钟模块和键盘控制模块五个部分。 关关键词键词： ：单片机；sht-11；isd4003；温湿度测量；语音播报 the design of indoor temperature and humidity voice broadcast system name:he haitao major:electronics information science and technology tutor:gong he abstract: this design mainly researches for the measurement of indoor temperature and humidity and achieves the function of the voice broadcast, in which, at89c2 scm is used as master controller and a highly integrated temperature and humidity sensor chip sht-11 developed by switzerland scnsirion company is adopted to achieve the measurement of indoor temperature and humidity and make a static display through the serial interface of scm, then voice broadcast of temperature and humidity is achieved through the use of voice circuit composed of voice chip isd4003.in addition, the system also features the function of muti-functional clock. this design adopts a static display to save the i/o resources of scm significantly. software is compiled with c-language partially, easy to be read and has a good portability. this system mainly includes five parts of temperature and humidity measurement module, voice recording module, temperature and humidity display module, clock module and keyboard control module. keywords: scm；sht-11；isd4003；measurement of temperature and humidity；voice broadcast 吉林农业大学本科毕业设计 1 1 前言 1.1 题目的来源与开发意义 作为获取信息的手段传感器技术得到了显著的进步，其应用领域越来越广泛， 对其要求越来越高，需求越来越迫切。传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水 平的重要标志之一。因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常 重要的。传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。因此，不 仅必须掌握各类传感器的结构、原理及其性能指标，还必须懂得传感器经过适当的接口 电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求，而且只有通过对传感器应用实例的 原理和智能传感器实例的分析了解，才能将传感器和信息通信和信息处理结合起来，适 应传感器的生产、研制、开发和应用。 为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温湿度传感器的深入研究以及其用法与 用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统，在生产和生活中应用性都比较强。 本文利用单片机结合传感器技术和语音技术而开发设计了这一室内温湿度语音播报系 统。本设计不仅可以显示室内的温湿度，而且能够实现温湿度的语音播报，使其更人性 化，操作方便，控制灵活。 1.2 系统功能概述 本设计系统主要包括温湿度测量模块、语音录放模块、温湿度显示模块、时钟模块 和键盘控制模块五个部分。采用高度集成的温湿度传感器芯片sht-11测量室内温湿度， 经由显示模块进行显示，并通过语音录放模块实现温湿度的语音播报，采用at89c51单 片机作为主控制器，最后通过程序对其外围电路进行控制。 实现温湿度的语音播报是本设计的创新之处，使其实用性更强。 2 方案的提出及论证 2.1 温湿度传感器的选择 在本设计中，传感器是实现测量的首要环节，是测量系统的关键部件，如果没有传 感器对原始被测信号进行准确可靠的捕捉和转换，一切准确的测量都将无法实现。 方案一： 采用热电阻温度传感器。热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元 件。现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。其主要的特点为精度高、测量范围大、便于远 距离测量。铂的物理、化学性能极稳定，耐氧化能力强，易提纯，复制性好，工业性好，电 阻率较高，因此，铂电阻用于工业检测中高精密测温和温度标准。缺点是价格贵，温度系 数小，受到磁场影响大，在还原介质中易被玷污变脆。按 iec 标准测温范围-200650， 吉林农业大学本科毕业设计 2 百度电阻比 w（100）=1.3850 时，r0 为 100 和 10，其允许的测量误差 a 级为（0.15 +0.002 |t|），b 级为（0.3+0.005 |t|）。铜电阻的温度系数比铂电阻大，价格低，也易于提 纯和加工；但其电阻率小，在腐蚀性介质中使用稳定性差。在工业中用于-50180测温。 这种温度传感器采集的是模拟信号，需要 a/d 转换器，因此外围电路比较复杂，性能也 不稳定。 采用 hos-201 湿敏传感器。hos-201 湿敏传感器为高湿度开关传感器，它的工作电 压为交流 1v 以下，频率为 50hz1khz，测量湿度范围为 0100%rh，工作温度范围 为 050，阻抗在 75%rh（25）时为 1m。这种传感器原是用于开关的传感器，不能 在宽频带范围内检测湿度，因此，主要用于判断规定值以上或以下的湿度电平。然而，这 种传感器只限于一定范围内使用时具有良好的线性，而且该传感器也是采集的模拟信号。 方案二： 温度测量传感器采用 dallas 公司 ds18b20 的单总线数字化温度传感器1，2，测 温范围为-5525，可编程为 9 位12 位 a/d 转换精度，测温分辨率达到 0.0625， 采用寄生电源工作方式， 单片机只需一根口线便能与 ds18b20 通信，占用单片机口线 少，可节省大量引线和逻辑电路。 采用 hs1100/hs1101 湿度传感器3。hs1100/hs1101 电容传感器，在电路构成中等 效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。不需校准的完全互换性， 高可靠性和长期稳定性，快速响应时间，专利设计的固态聚合物结构，由顶端接触 （hs1100）和侧面接触（hs1101）两种封装产品，适用于线性电压输出和频率输出两种电 路，适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。相对湿度在 1%100%rh 范 围内；电容量由 16pf 变到 200pf，其误差不大于2%rh；响应时间小于 5s；温度系数为 0.04 pf/，因此该湿度传感器的精度是较高的。但要将测量的模拟信号转换为数字信号， 需加 a/d 转换器。 方案三： 采用瑞士 scnsirion 公司推出的基于 cmosenstm 技术的新型智能温湿度传感器 sht114，5，集温、湿度传感器、信号放大和调理、a/d 转换、i2c 总线接口于一个芯片 上，带有工业标准 i2c 总线数字输出接口。sht11 智能温湿度传感器具有数字式输出， 并具有免调试、免标定、免外围电路及可全互换等特点。从而克服了传统模拟式湿度传 感器需要设计信号调理电路，以及所需要的复杂校准和标定过程，同时也大大提高了湿 度传感器的测量精度。该芯片只需两根口线与单片机相连，节省了单片机的 i/o 资源， 而且不需要 a/d 转换电路，电路简单。 从硬件电路的难易程度、性能和控制灵活性上考虑，我选择了方案二。 2.2 语音录放电路的选择 方案一： 吉林农业大学本科毕业设计 3 at89c52 单片机 温湿度测量电路 静态显示电路 语音播报电路 键盘控制电路 时钟电路 采用中青世纪公司 2003 年最新开发的智能语音产品 pm50 系列语音芯片，它既是 语音播放电路，也是智能单片机，其开发设计简单、智能控制简单，音质效果好。该芯片 由专用的语音单片机和 flashram 存储器集合构成，它既有几秒到 100 秒的多段语音 播放功能，也有单片机可编程的智能特性，大规模复杂电路已经缩微到只有 cob28 封 装（18*36mm）的印板上，可以方便地作为 dip28 封装的标准集成电路来使用。 方案二： 采用isd公司生产的isd4000系列中的isd4003-04语音芯片6，它既可以放音也可以 录音。该芯片采用cmos技术,内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自 动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列。芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制, 操作命令可通过串行通信接口(spi或microwire)送入。芯片采用多电平直接模拟量存储 技术, 每个采样值直接存贮在片内闪烁存贮器中,因此能够非常真实、自然地再现语音、 音乐、音调和效果声,避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声” 。 虽然pm50系列语音芯片的性价比要优于isd4000系列，但考虑到pm50系列无录音 功能，无法录制自己想要的语音，因此我选择了方案二。 3 系统硬件设计 3.1 系统硬件总体设计概述 本设计系统的硬件部分主要包括温湿度测量模块、语音录放模块、温湿度显示模块、 时钟模块和键盘控制模块五个部分。硬件部分是以at89c51单片机作为主控制器，通过 温湿度传感器sht11对室内温湿度进行测量，可以提供全标定的温湿度数字输出，通过 串行口用6个数码管组成的静态显示电路分别显示温度和湿度，并且该系统还兼具多功 能时钟的功能。为了使该系统实用性更强，更人性化，采用isd4003组成的语音模块对温 湿度进行语音播报，并用按键加以控制，按一下键就能将当前室内的温度和湿度播报出 来。 3.2 系统框图 本系统的总体框图如图3-1所示： 图 3-1 系统总体框图 fig. 3-1 overall system block diagram 吉林农业大学本科毕业设计 4 3.3 系统各模块的设计 3.3.1 温湿度测量模块 温湿度测量模块采用温湿度传感器sht11，通过引脚data和sck与单片机进行数 据通信。sck用于单片机与sht11之间的通讯同步；data三态门用于数据的读取。 data在sck时钟下降沿之后改变状态，并仅在sck时钟上升沿有效。数据传输期间，在 sck时钟高电平时，data必须保持稳定。为避免信号冲突，单片机应驱动data在低电 平，需要一个外部的上拉电阻。图中在data 端接入了一只4.7 k 的上拉电阻，同时还 在vdd 及gnd 端接入了一只0.1 f的去耦电容。硬件电路图如图3-2所示5： 图3-2 温湿度测量模块电路图 fig .3-2 temperature and humidity measurements circuit 3.3.2 语音录放模块 语音录放模块采用 isd4003 芯片，整个语音录放电路由录音电路和放音电路组成。 从图中可以看到 isd4003 与单片机的连线较少，p2.2 接 isd4003 的片选引脚，控制ss isd4003 是否选通；p2.0 接 isd4003 的串行输出引脚 miso；p2.1 接 isd4003 的串行输 入引脚 mosi，从该引脚读入放音的地址；p2.3 和 p3.2 分别接 isd4003 的串行时钟引脚 sclk 和中断引脚。isd4003 的输出端接一个 lm386 的功率放大器，以提高输出语int 音的功率。lm386 是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，在 6v 电源电压下， 它的静态功耗仅为 24mw，使得 lm386 特别适用于电池供电的场合。硬件电路图如图 3-3 所示6： 吉林农业大学本科毕业设计 5 图3-3 语音录放电路图 fig. 3-3 voice recording and playback circuit 3.3.3 显示模块 显示模块采用串行静态显示，通过引脚 rxd(p3.0，串行数据接收引脚)和引脚 txd(p3.1，串行数据发送引脚)进行数据传输，经过串并转换器 74ls164 并行输出数据。 采用串行输出可以大大节省单片机的内部资源，串并转换器采用 74ls164，驱动七段数 码管8，低电平时允许通过 8ma 的电流，无需添加其他的驱动电路，采用较小的驱动电 流就可以得到较高的显示亮度，其电路图如图 3-4 所示7，8： 吉林农业大学本科毕业设计 6 图3-4显示电路图 fig. 3-4 show circuit 3.3.4 时钟模块 时钟电路由时钟芯片 ds1302 及其外围电路组成，由于 ds1302 是串行时钟芯片， 与单片机的连线少，只需要三根口线分别与ds1302串行总线的i/o，sclk，相连。rst 其电路图如图3-5所示： 图3-5 时钟电路图 fig. 3-5 clock circuit 吉林农业大学本科毕业设计 7 3.3.5 键盘控制模块 整个系统的工作通过按键进行控制，按下 an1 键显示当前室内温湿度值并语音播 报；按下 an2 键显示当前时间并语音播；按下 an4 键显示当前室内温度值并语音播报； 按下 an5 键显示当前室内湿度值并语音播报；按下 an3 键进入时间调整状态，此时按 下 an4 键调整小时位，按下 an5 键调整分位；an6 键为时间调整确认/音乐键。 图3-6 按键控制电路图 fig. 3-6 keyboard control circuit 3.4 硬件电路主要器件 3.4.1 at89c51 单片机 at89c51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低电压，高性能cmos8位微处理器，俗 称单片机。at89c51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的 可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用atmel高密度非易失存储器制造技 术制造，与工业标准的mcs-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位cpu和闪烁 存储器组合在单个芯片中，atmel的at89c51是一种高效微控制器，at89c2051是它的 一种精简版本。at89c51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方 案。 主要特性：与mcs-51兼容；4k字节可编程闪烁存储器，寿命：1000写/擦循环，数据保 留时间：10年；全静态工作：0hz-24hz；三级程序存储器锁定；128*8位内部ram；32可编 程i/o线；两个16位定时器/计数器；5个中断源；可编程串行通道；低功耗的闲置和掉电模 式；片内振荡器和时钟电路。 3.4.2 温湿度传感器 sht11 sht11 温湿度传感器的主要特性如下： 将温湿度传感器、信号放大调理、a/d转换、i2c总线接口全部集成于一芯 （cmosenstm技术）；可给出全校准相对湿度及温度值输出；带有工业标准的i2c总线数 吉林农业大学本科毕业设计 8 字输出接口；具有露点值计算输出功能；具有卓越的长期稳定性；湿度值输出分辨率为14 位，温度值输出分辨率为12位，并可编程为12位和8位；小体积（7.655.0823.5mm），可 表面贴装；具有可靠的crc数据传输校验功能；片内装载的校准系数可保证100%互换性; 电源电压范围为2.4-5.5v;电流消耗,测量时为550ua，平均为28ua，休眠时为3ua。 sht11温湿度传感器采用smd(lcc)表面贴片封装形式，管脚排列及典型应用电路 如图3-7所示。引脚说明如下： gnd：接地端； data：双向串行数据线；data三态门用于数据的读取。data在sck时钟下降 沿之后改变状态，并仅在sck时钟上升沿有效。数据传输期间，在sck时钟高电平时， data必须保持稳定。为避免信号冲突，微处理器应驱动data在低电平。需要一个外部 的上拉电阻（例如：10k）将信号提拉至高电平。 sck：串行时钟输入； vdd电源端：0.45.5v电源端；电源引脚（vdd，gnd）之间可增加一个100nf 的电容，用以去耦滤波。 nc：空管脚。 图 3-7 sht11 引脚图及典型应用电路 fig.3-7 sht11 foot map and typical application circuit 工作原理 sht11的湿度检测运用电容式结构，并采用具有不同保护的“微型结构”检测电极系 统与聚合物覆盖层来组成传感器芯片的电容，除保持电容式湿敏器件的原有特性外，还 可抵御来自外界的影响。由于它将温度传感器与湿度传感器结合在一起而构成了一个单 一的个体，因而测量精度较高且可精确得出露点，同时不会产生由于温度与湿度传感器 之间随温度梯度变化引起的误差。cmosenstm技术不仅将温湿度传感器结合在一起， 而且还将信号放大器、模数转换器、校准数据存储器、标准i2c总线等电路全部集成在 一个芯片内。sht11传感器的内部结构框图如图3-8所示： 吉林农业大学本科毕业设计 9 图3-8 sht11内部结构框图 fig.3-8 sht11 internal structure diagram sht11的每一个传感器都是在极为精确的湿度室中校准的。sht11传感器的校准系 数预先存在otp内存中。经校准的相对湿度和温度传感器与一个14位的a/d转换器相连， 可将转换后的数字温湿度值送给二线i2c总线器件，从而将数字信号转换为符合i2c总线 协议的串行数字信号。 湿度值输出 sht11可通过i2c总线直接输出数字量湿度值，其相对湿度数字输出特性曲线图3-8 所示。由图3-9可看出，sht11的输出特性呈一定的非线性，为了补偿湿度传感器的非线 性，可按如下公式修正湿度值： rhlinear =c1 +c2*sorh +c3*sorh 式中sorh为传感器相对湿度测量值，系数取值如下: 12 位:sorh:c1=，c2=0.040，c3=4 6 2.8 10 8 位:sorh:c1=，c2=0.648，c3= 4 4 7.2 10 图3-9 从sorh转换到相对湿度 fig.3-9 conversion from sorh to relative humidity 吉林农业大学本科毕业设计 10 温度值输出5 由于sht11温度传感器的线性非常好， 故可用下列公式将温度数字输出转换 成实际温度值: t=d1+d2*sot 当电源电压为5v，且温度传感器的分辨率为14位时: d1 =， d2 =0. 0140 当温度传感器的分辨率为12位时: d1=， d2 =0. 0440 sht11传感器共有5条用户命令，具体命令格式见表3-1所列。 表3-1 sht11命令集 tab. 3-1 sht11 list of commands 命令 编码 说明 测量温度 00011 温度测量 测量湿度 00101 湿度测量 读寄存器状态 00111 “读”状态寄存器 写寄存器状态 00110 “写”状态寄存器 软启动 11110 重启芯片，清楚状态记录器的错误 记录11毫秒后进入下一个命令 当发出了温湿度测量命令后，控制器就要等到测量完成。使用8/12/14位的分辨率测 量分别需要大约11/55/210ms的时间。为表明测量完成，sht11会使数据线为低，此时控 制器必须重新启动sck，然后传送两字节的测量数据与1字节crc校验和。控制器必须通 过使data为低来确认每一个字节，所有的量均从右算，msb列于第一位。通讯在确认 crc数据位后停止。如果没有用crc-8校验和，则控制器就会在测量数据lsb后保持ack 为高以停止通讯，sht11在测量和通讯完成后会自动返回睡眠模式。需要注意的是：为使 sht11的温升低于0.1，此时的工作频率不能大于标定值的15%（如:12位精确度时，每 秒最多进行3次测量）。测量温度和湿度命令所对应的时序如图3-10所示。 吉林农业大学本科毕业设计 11 图3-10 测量时序概览 (ts = 启动传输) fig3-10 overview of measurement sequence (ts = transmission start) 寄存器配置 sht11传感器中的一些高级功能是通过状态寄存器来实现的，寄存器各位的类型及 说明见表3-4所列。 表3-2 sht11状态寄存器位 tab. 3-2 sht11 status register bits 位 类型说明 缺省 备注 7 预留 0 6 读 电量不足 (低电压检测) 0对应vdd 2.47 1对应 vdd 操作摘要 powerup00100上电:等待 tpud 后器件可以工作 set play11100从指定地址开始放音。必须后跟 play 指 令使放音继续 play11110从当前地址开始放音(直至 eom 或 ovf) set rec10100从指定地址开始录音。必须后跟 rec 指 令录音继续 rec10110从当前地址开始录音(直至 ovf 或停止) set mc11101从指定地址开始快进。必须后跟 mc 指令 快进继续 mc11111执行快进,直到 eom.若再无信息,则进入 ovf 状态 吉林农业大学本科毕业设计 14 stop0x110停止当前操作 stop wrdn0x01x停止当前操作并掉电 rint0x110读状态:ovf 和 eom 注：快进只能在放音操作开始时选择。 spi 控制寄存器控制器件的每个功能,如录放、录音、信息检索(快进)、上电/掉电、开 始和停止操作、忽略地址指针等。详见下表： 表 3-4 spi 控制寄存器 tab. 3-4 spi control register 位 值 功 能位 值 功 能 run = = 1 0 允许/禁止操作 开始 停止 pu = = 1 0 电源控制 上电 掉电 p/r = = 1 0 录/放模式 放取 录 iab = = 1 0 操作是否使用指令地址 忽略输入地址寄存的内容 使用输入地址寄存的内容 mc = = 1 0 快进模式 允许快进 禁止 p10-p0 a10-a0 行指针寄存器输出 输入地址寄存器 注：iab 置 0 时,录、放操作从 a9-a0 地址开始。为了能连贯地录、放到后续的存储 空间,在操作到达该行末之前,应发出第二个 spi 指令将 iab 置 1,否则器件在同一地址上 反复循环。这个特点对语音提示功能很有用。rac 脚和 iab 位可用于信息管理。 吉林农业大学本科毕业设计 15 3.4.4 ds1302 的结构及工作原理 ds1302是美国dallas公司推出的一种高性能、低功耗、带ram 的实时时钟芯片，它 可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿功能，工作电压宽达 2.55.5v。采用三线接口与cpu进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的 时钟信号或ram 数据。ds1302内部有一个318的用于临时性存放数据的ram 寄存器。 ds1302是ds1202的升级产品，与ds1202兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚， 同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。 引脚功能及结构图 ds1302的引脚如图3-12所示： 图 3-12 ds1302 引脚图 fig.3-12 ds1302-pin map vcc1为后备电源，vcc2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续 运行。ds1302由vcc1或vcc2两者中的较大者供电。当vcc2大于vcc1+0.2v时，vcc2 给ds1302供电。当vcc2小于vcc1时，ds1302由vcc1供电。x1、x2为振荡源，外接 32.768hz晶振。rst是复位，片选线，通过把rst输入驱动置高电平来启动所有的数据传 送。输入有两种功能：(1) 接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；rstrst (2) rst提供了终止单字节或多字节数据的传送手段。当为高电平时，所有的数据传rst 送被初始化，允许对ds1302进行操作。如果在传送过程中置rst为低电平，则会终止此 次数据传送，并且i/o引脚变为高阻态。上电运行时，在vcc2.5v之前，必须保持低rst 电平。只有在sclk为低电平时，才能将rst置为高电平。i/o为串行数据输入输出端(双 向)，下文有详细说明。sclk为时钟输入端。 dsl302的控制字节说明 ds1302的控制字节如表3-5所示，最高有效位(位7)必须是逻辑1，如果它为0，则不能 把数据写入到ds1302中；位6如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取ram 数 据；位5至位1指示操作单元的地址；最低有效位(位0)如为0表示要进行写操作，为1表示 进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。 表3-5 ds1302控制字节 tab. 3-5 ds1302 control bytes 76543210 1ram a4a3a2a1a0rd 吉林农业大学本科毕业设计 16 /ck/wr 数据输入输出io 在控制指令字输入后的下一个sclk时钟的上升沿时数据被写入ds1302，数据输入 从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个sclk脉冲的下降沿读出 ds1302的数据，读出数据时从低位0位至高位7。 dsl302的寄存器 ds1302共有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为 bcd码形式，其日历、时间寄存器及其控制字如表3-6所列。 表3-6 ds1302寄存器分配表 tab. 3-6 ds1302 register allocation 命令字各位内容 寄存器名写操作 读操作取值范围 76543210 秒寄存器80h81h0059 启动 十位个位 分寄存器82h83h00590十位个位 时寄存器 84h85h0112或 0023 12/24010十位个位 日寄存器86h87h0128，2 9，30，31 00十位个位 月寄存器88h89h011200010m个位 周寄存器8ah8bh010700000个位 年寄存器8ch8dh0099十位个位 此外，ds1302还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与 ram 相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存 器内容。ds1302与ram 相关的寄存器分为两类，一类是单个ram 单元，共31个，每个 单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为c0hfdh，其中奇数为读操作，偶数为写操 作；另一类为突发方式下的ram 寄存器，此方式下可一次性读写所有的ram 的31个字 节，命令控制字为feh(写)、ffh (读)。 4 系统软件设计 4.1 系统软件总体设计思想 为了便于程序的调用和程序的调试，软件的设计采用模块化结构，使程序设计的逻 辑关系更加简洁明，使硬件在软件的控制下协调运作。 电路在上电后，程序首先完成温湿度传感器sht11的初始化，然后进入温湿度测量 子程序，从sht11读出当前室内的温湿度数据，在此时如果数据已经传递完毕，则 ack=1，终止通讯，否则继续；之后调用温湿度转换程序，将温湿度数据转换成摄氏温度/ 吉林农业大学本科毕业设计 17 相对湿度。在此期间查询按键状态，如果有按键按下，则转去执行该按键指向的工作程 序，语音播报当前室内的温湿度。 4.2 各功能模块的软件设计 4.2.1 温湿度测量的程序设计 当一个sck高电平时，data 出现低电平，然后sck变为低电平，接着当sck 高电 平时data变为高电平则表示开始数据读写(启动序列)。然后是3 b的地址+5 b的命令， 然后在sck继续发送一个周期的时钟表示ack，这时传感器开始测量，约1155210 ms(分别对应81214位精度)后，传感器在data上送出低电平表示测量结束，然后送 出测量数据和校验值。为保证测量的可靠，应核对校验值。下面是sht11的读写程序： /* 函数名称： iicsendbyte 入口参数： ch 函数功能： 发送一个字节 */ void iicsendbyte(unsigned char ch) unsigned char idata n=8; /* 向sda上发送一位数据字节，共八位*/ while(n-) if(ch /* 传送位1 */ scl = 1;scl = 0; else sda = 0; /* 否则传送位0 */ scl = 1;scl = 0; ch = ch1; sclk=1; delayus(2); sclk=0; delayus(2); 4.2.3 温湿度显示的程序设计 测量的温湿度采用静态显示，利用单片机的串行口 rxd（p3.0）和 txd（p3.1）进行 数据通讯。将 sht11 采集到的温湿度数据进行处理，得到各个位上的数值，调用显示子 程序进行显示。下面是串行口的显示子程序12： void displaysled(int q,int dp) uchar code distab.13= 0x0ee,0x28,0x0cd,0x6d,0x2b,0x67,0x0e7,0x02c,0x0ef,0x6f, 0x0, 0xab,0x86; /* 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 消隐码 h t */ scon=0; if(dp=1) sbuf=distab.q|0x10; /*产生小数点*/ else sbuf=distab.q; while(ti=0); ti=0; 5 系统调试 5.1 硬件电路调试 硬件电路的调试在系统设计中占有很重要的地位，是对设计的电路能否正常工作， 是否能达到设计的要求的检查和测量。调试过程就是利用符合指标要求的各种仪器，例 如万用表、示波器、信号发生器、逻辑分析仪等各种测量仪器，对焊接好的电路进行调整 吉林农业大学本科毕业设计 20 和测量，以判断其性能好坏13。 首先，电路焊接完成后，不急于通电，先认真检查接线是否正确，找出是否有遗漏或 者接错的地方。然后用万用表检查电路中是否有短路和断路的现象，并检查所有的电源 线是否导通，所有的地线是否导通。接通电源，用万用表检测各部分电路的电压和电流 是否正常。在前三步都没有错误后，编写相应的程序来检查各个功能模块是否正常工作， 只到确认硬件电路没有问题为止。 5.2 各功能模块软件调试 硬件电路检查无误后，需要对系统的各个模块进行软件与硬件相结合的调试。使用 wave 系列仿真器，将仿真器接入硬件电路中，并和电脑的串行口相连。把编写的各个 模块的程序先单独调试，通过 wave 软件观察定义的各个量的数据是否是预计的，如 果不是，经过逐步调试查出错误所在，并加以更正。在各个模块的程序都正常工作后，将 其建立成一个工程，并编写主程序，再加以调试，最后得到正确结果，实现系统功能。 6 结论 本次设计由于自己理论知识的有限和实践经验的不足，使得本设计还存在着一些不 足与缺陷，但是基本实现了设计要求的功能。 通过本次毕业设计，收获的不仅是理论方面的知识，更重要的是锻炼了实际动手能 力，还有初步掌握了设计一个系统时需要的设计思想和方法，这对以后的学习和工作都 是一个很大的帮助。 参考文献 1 楼然苗，李光飞.单片机课程设计指导m.第 1 版. 北京：北京航空航天大学出版社， 2007：5576 2 万光毅，严义，邢春香. 单片机实验与实践教程(一) m. 第 2 版. 北京：北京航空航 天大学出版社，2006：193207 3 蒋敏兰,胡生清,幸国全.ad590 温度传感器的非线性补偿及应用j.传感器技术, 2001,20(10)：5455 4 孟臣,李敏. sht71数字式温湿度传感器原理与应用j. 世界电子元器件，2003，(8)： 6668 5 孟臣,李敏,李爱传. i2 c总线数字式温湿度传感器sht11及其在单片机系统的应用 j . 国外电子元器件, 2004，(3)：5054. 6 2006 数码语音芯片、产品及应用电路资料汇编m.中青世纪科技，2006：3640 7 李华.mcs-51 单片机实用接口技术m.北京：北京航空航天大学出版社，2345 8 英国guiyun tian.单片机原理及应用（英文版）m.北京：高等教育出版社， 吉林农业大学本科毕业设计 21 gain 1 -input 2 +input 3 gnd 4 gain 8 bypa ss 7 v 6 vout 5 lm386 ss 1 mos1 2 mos0 3 vssd 4 nc 5 nc 6 nc 7 nc 8 nc 9 nc 10 vssa 11 vssa 12 andout 13 amcap 14 scl k 28 vccd 27 xclk 26 int 25 rac 24 vssa 23 nc 22 nc 21 nc 20 nc 19 vcca 18 ana in+ 17 ana in- 16 nc 15 isd4003 0.1uf 1.0uf 4.7uf le d microphone pot2 speaker 1.0uf 1.0uf 0.1uf 0.1uf npn 10k 100k 0.1uf 10k 1k 10uf 1k +5v 2.2uf 8.2k 12mhz 0.01uf 0.01uf data 2 sck 3 vdd 4 gnd 1 sht 11 4.7k 0.1uf a 1 b 2 q0 3 q1 4 q2 5 q3 6 q4 10 q5 11 q6 12 q7 13 clk 8 mr 9 74ls164 a 1 b 2 q0 3 q1 4 q2 5 q3 6 q4 10 q5 11 q6 12 q7 13 clk 8 mr 9 74ls164 a 1 b 2 q0 3 q1 4 q2 5 q3 6 q4 10 q5 11 q6 12 q7 13 clk 8 mr 9 74ls164 a 1 b 2 q0 3 q1 4 q2 5 q3 6 q4 10 q5 11 q6 12 q7 13 clk 8 mr 9 74ls164 a bf c g d e dpy 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp dpy_7-seg_dp a bf c g d e dpy 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp dpy_7-seg_dp a bf c g d e dpy 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp dpy_7-seg_dp a bf c g d e dpy 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp dpy_7-seg_dp 100100100100 +5v a 1 b 2 q0 3 q1 4 q2 5 q3 6 q4 10 q5 11 q6 12 q7 13 clk 8 mr 9 74ls164 a 1 b 2 q0 3 q1 4 q2 5 q3 6 q4 10 q5 11 q6 12 q7 13 clk 8 mr 9 74ls164 a bf c g d e dpy 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp dpy_7-seg_dp a bf c g d e dpy 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp dpy_7-seg_dp 100100 p2.0 1