毕业设计（论文）-基于单片机的数字语音温度计的设计.doc

山西农业大学信息学院本科毕业设计基于单片机的数字语音温度计的设计系部名称：机电工程系专业名称：电气工程及其自动化学生姓名：学 号：指导教师：二一五年六月 郑 重 申 明 本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。 本人签名： 日期： BACHELORS DEGREE THESIS OF CISAUThedesignofdigitalthermometer basedonsinglechipvoiceDepartment ：Electrical and Mechanical EngineeringMajor ：Electrical engineering Name ：Student ID ：Director ：June 2015基于单片机的数字语音温度计的设计摘 要随着时代科技的发展，人们的生活水平逐步提高，微机测量和控制技术已被广泛的应用于人们的生产生活中，比如工业自动化、智能仪器仪表、自动控制与检测、机电一体化设备、汽车电子、家用电器等等许多方面。在日常生活和工业生产中，常常要用到温度的检测和控制，在科学实验和生产过程中，温度也是重要的物理参数之一。在许多场合中，我们对温度的要求都非常高，而传统的测温元件普遍是反应速度慢，测量的精度也不够高，而且读数较麻烦，误差也比较大。所以以单片机为核心的温度控制系统更加简单实用和应用意义。本文是一个基于单片机的数字语音温度计的设计，整个设计系统由5个部分组成：单片机控制、温度传感器、液晶显示、语音播报和键盘控制电路，整个系统以单片机为核心，温度传感器实现对温度的测量，使用液晶显示器显示。本系统可进行0100范围内的温度检测，并且可以通过按键实现语音播报温度，也能够显示当前的温度并通过按键调整设置温度的上下限，当实际温度高于或者低于该温度时，会发出警报声。本设计的目的是制作一种可以适用于日常生活场合的，能够显示和语音播报且操作简单的温度测量仪器。关键词：单片机；温度传感器；语音播报IIThedesignofdigitalthermometer basedonsinglechipvoiceABSTRACTWith the development of the era of science and technology, peoples living standards gradually improve, microcomputer measurement and control technology has been widely used in the production and living of people, such as industrial automation, intelligent instrumentation, automatic control and detection, electromechanical integration equipment, automotive electronics, household appliances and so on many aspects. In daily life and industrial production, often need to use temperature detection and control, in scientific experiments and production process, the temperature is one of the important physical parameters. In many occasions, we are very high to the requirement of temperature, and the traditional temperature measurement components common reaction speed is slow, measurement accuracy is not high, more trouble and reading, a fairly large error. So with the single chip processor as the core of the temperature control system is more simple and practical and application significance.This is a digital voice thermometer based on single chip design, design of the whole system is composed of five parts: single chip microcomputer control, temperature sensor, liquid crystal display, speech and keyboard control circuit, the whole system with the single chip processor as the core, the temperature sensor for temperature measurement, using LCD display. This system can be carried out within the scope of 0 - 100 temperature detection, and can through the keys to realize speech temperature, can also display the current temperature and adjust the setting temperature of upper and lower button, when the temperature above or below the actual temperature, sends out the alarm. The purpose of this design is to make a kind of can be applied to daily life situations,able to display the temperature of speech and the operation is simple and measuring instrument.Key words：microcontrollers; the temperature sensor; speech functionII目 录一、绪论11.1设计背景及意义11.2国内外发展现状1二、设计内容32.1设计目的及主要工作32.2主要研究内容3三、系统概述43.1方案选择43.1.1方案一43.1.2方案二53.2系统设计原理63.3设计组成63.3.1主控制器73.3.2显示电路73.3.3温度传感器7四、系统硬件设计84.1单片机模块84.1.1 AT89S51单片机简介84.1.2 AT89S51时钟电路114.1.3 AT89S51复位电路124.2温度传感器模块124.2.1温度传感器DS18B20简介124.2.2 DS18B20的工作原理134.2.3 DS18B20内部结构及功能144.2.4温度传感器与单片机的接口电路144.3液晶显示模块154.3.1液晶显示模块简介154.3.2液晶显示部分与单片机的接口164.4按键控制模块174.4.1消除按键抖动174.5语音模块184.5.1 ISD1420引脚功能184.5.2语音录放194.5.3 ISD1420与单片机接口设计20五、系统软件设计215.1主程序设计215.2 DS18B20初始化225.3语音播放子程序设计235.4仿真结果23结论26参考文献27致谢28附录A 系统整体电路29附录B 全部程序清单30I一、绪论1.1设计背景及意义 目前，随着人们生活水平和科学技术的提高，温度测量技术也在不断地改进和提高，单片机发展在近些年也在飞速的发展，单片机的应用也渗透到了人们的日常生活和工业生产等各个行业中，微机应用技术在新技术革命浪潮中得到蓬勃的发展。温度是一种基本的环境参数，人们的生产和生活离不开它，工业生产中也需要实时测量温度，温度的测量对农业生产更是尤为重要的，所以研究温度的测量方法和研究测量温度的装置具有重要的意义。设计数字语音的温度计，与传统温度计不同，可以为人们的日常生活提供更多的方便。在传统的温度测量中，存在费时费力，精度差等缺点，而单片机的出现很好的解决了温度的采集和数据处理问题。使用单片机作为本设计的核心，是因为它拥有诸多优点，比如：集成度高，功能强大，通用性好，尤其是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，靠干扰能力强以及使用方便等特点，在数字智能化方面有着广泛的用途。1.2 国内外发展现状在国内各行各业中，温度控制系统的应用虽然已经十分广泛，但是温度控制器的生产，国内的总体发展水平仍然不高，相较于先进的国家，仍然有着比较大的差距。随着电子技术的发展，市场上出现了各种各样的测量仪器，当然也包括数字式语音温度计。早在20世纪80年代国外就对温度控制技术进行研究，采用模拟式的组合仪表，采集温度信息，然后进行指示、记录和控制，现在国外正在向着完全自动化，无人化方向发展，他们的发展速度很快。而我国对温度控制技术起步比较晚，对于温控产品，我国以“点位”控制以及常规的PID控制器的温控产品较为成熟，可用于较高控制场合的智能化，自适应的控制仪表，国内不仅广泛应用并形成商品化的控制仪表较少而且技术也不成熟。随着我国经济的发展，我国政府和国内的企业对此也都十分重视，对相关企业进行重组，并相继建立了一些研发中心以及开展创新性研究，我国的仪表工业得到迅速发展。虽然单片机主要功能都集中在一块小芯片上，但是它拥有一个完整计算机的大部分部件：内外部总线系统、内存、CPU，而且现在大部分还拥有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。因为单片机早期用在工业领域，它也被称为微控制器。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着INTELi960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端1的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。二、设计内容2.1设计目的及主要工作本设计的最终目的是实现一个集数字显示、语音播报为一体的多功能温度计的设计，适用于日常的生产生活中，具有操作简单，成本低廉的特点。并且通过本次设计，可以巩固和加深对单片机应用的知识面，提高运用所学知识解决工业控制的能力。培养针对课题需要，选择查阅各类文献的自学能力，提高系统组成和编程以及动手的能力。通过对课程设计的分析与比较，熟悉单片机的开发、研制、软硬件设计方法等。2.2主要研究内容本设计是通过单片机对温度传感器控制，读取温度信号并且进行处理，做出是否报警判断，送入显示模块，液晶显示器显示时间和温度，控制语音播报温度，温度上下限也可以通过键盘控制实现。主要完成的设计内容如下：1、主控模块，AT89S51单片机是该模块的主控单元；2、温度模块，数字温度传感器DS18B20采集温度数据；3、显示模块，由LCD1602液晶显示器件显示测量值；4、语音模块，采用ISD1402语音芯片为本模块的核心；5、报警模块，采用蜂鸣器来进行报警处理；6、键盘控制模块，采用触点开关按键。三、系统概述3.1方案选择本设计主要由两部分电路组成，分别是温度测量和数据采样，实现的方法有很多种，下面列出在工业生产和日常生活中常用到的两种实现方案。3.1.1方案一采用热电偶温差电路测温，使用低温热偶用于温度检测部分，两个焊接在一起的异金属导线组成热电偶，由两种金属的接触电势和单一导体的温差电势组成热电偶产生的热电势。推断出检测结点的温度是通过将参考结点保持在已知温度并检测该电压即可。数据采样部分用带有A/D通道的单片机，将被测温度变化的电压或者电流采集过来，进行A/D转换后，单片机就可以进行数据的处理，在显示电路上，被测温度就可以被显示出来。热电偶有许多优点，比如它的工作范围非常广，而且体积小，可是它也存在着，输出电压小，而且易遭受导线环路噪声影响以及漂移较高的缺点，而且这种设计用到了A/D转换电路，感温电路会比较麻烦。系统主要包括，对A/D0809的数据采样，自动手动工作方式检测，温度的显示等，这几种功能的信号是通过输入以及输出电路经单片机处理。此外还有复位电路，晶振电路，启动电路等。现场输入硬件有手动复位键，A/D转换芯片，处理芯片为51芯片，执行机构有4位数码管，报警器等。系统框图如图3.1所示。数码管复位电路报警电路测温电路晶振电路按键防抖动ADC0809单片机图3.1 热电偶温差电路测温系统框图3.1.2 方案二采用温度传感器DS18B20测量温度，输出信号全数字化。便于单片机处理和控制，相对于传统的测温方法省去了很多外围电路。而且此温度传感器的物理化学性很稳定，它能做工业测温元件，此元件线形较好。在0-100时，它的最大线形偏差小于1摄氏度。当然，采用单总线的数据输出是DS18B20的最大特点之一，由微控制器AT89S51和温度传感器DS18B20构成的温度测量装置，可以直接输出温度的数字信号，并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51单片机控制，软件编程的自由度大，通过编程可以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。既可以与微机通信上传数据，也可以单独对多DS18B20控制工作，另外在工业控制上AT89S51也有着广泛的应用，都有着成熟的编程技术以及外围功能电路的配合使用。该系统通过AT89S51芯片控制数字温度传感器DS18B20进行温度检测并显示，能够实现快速测量环境温度，还可以在需要的情况下设置上下限报警温度。该系统扩展性非常强，还可以获取时间数据，只要在设计中加入时钟芯片DS1302即可，在数据处理同时显示时间，储存器件可以利用AT24C16芯片，这样可以对某些时间点的温度数据进行存储，调时和温度查询可以利用键盘进行，利用MAX232芯片将获得的数据与计算机的RS232接口进行串口通信，方便温度数据的采集和整理。通过以上两种方案，很容易看出，其中方案一中的测温装置测温范围宽，而且体积小，但是线性误差也较大。方案二中的测温装置电路简单，精确度较高，实现方便，软件设计也比较简单，所以本次设计选用方案二。3.2系统设计原理通过温度传感器DS18B20可直接读取被测温度值，进行转换的特性，经过DS18B20处理后，模拟温度值转换为数字值，然后数据被送到单片机中进行处理，并与设置的温度报警限比较，超过限度后会通过扬声器报警。最后数据被处理后送到液晶显示器中显示出来。3.3设计组成本设计是以AT89S51单片机为核心的数字温度控制系统，其中系统的整体硬件电路包括，单片机主板电路，传感器数据采集电路，温度显示电路，上下限报警电路等组成。系统框图主要由控制器、温度传感器、液晶显示、单片机复位、报警按键设置以及时钟震荡组成。系统框图如图3.2所示主控制器温度传感器显示时钟震荡报警按键设置单片机复位图3.2 系统基本方框图3.3.1主控制器AT89S51单片机具有低电压供电，应用可靠，价格便宜体积小等特点，在它的四个端口中，只需要两个口就可以满足电路系统的设计需要。3.3.2显示电路显示电路采用字符型液晶显示器显示，它具有省电、体积小、抗干扰能力强等优点。采用串口显示用于显示电路中，它的最大优点就是使用口资源较少，只用P3口的RXD和TXD串口的发送和接收，4只数码管采用74LS164移位寄存器驱动，显示比较清晰。3.3.3温度传感器DS18B20是美国DALLAS公司生产的数字温度传感器，具有体积小、低功耗、抗干扰能力强等优点，而且它可直接将温度转化成数字信号传送给单片机处理，可省去传统的信号放大，A/D转换等外围电路，它的测量精度也较高，适合多种场合的使用，也可用于狭小空间内的检测，方便又实用。四、系统硬件设计4.1单片机模块本次设计的核心部分是有单片机控制的，给以相关的执行命令，进行相应的操作就会执行相应的命令，这次选用的是生活中常用的AT89S51芯片，主要是因为它价格便宜，通用性强，容易获得和成功的完成设计要求。4.1.1 AT89S51单片机简介AT89S51单片机是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4K Bytes ISP的Flash只读程序存储器并可反复擦写1000次，器件采用高密度、非易失性存储技术由ATMEL公司制造，兼容80C51引脚结构和MCS-51指令系统，功能强大的AT89S51芯片内集成了ISP Flash存储单元以及通用8位中央处理器，它可以为多种嵌入式控制应用系统提供性价比较高的解决方案。1、 主要特性：、8位微处理器（CPU）；、数据存储器（128B RAM）；、程序存储器（4KB Flash ROM）；、4个8位可编程并行I/O口（P0口、P1口、P2口和P3口）；、2个可编程的16位定时器/计数器；、1个通用的全双工的异步收发串行口（UART）；、中断系统具有5个中断源、5个中断向量；、特殊功能寄存器（SFR）26个；、1个看门狗定时器（WDT）；、低功耗节电的空闲模式和掉电模式，且具有掉电模式下的中断恢复模式；、3个程序加密锁定位。 2、 引脚功能AT89S51引脚结构如图4.1所示。图4.1 AT89S51双列直插封装方式的引脚、电源引脚电源引脚接AT89S51的工作电源。VCC（40引脚）：接电源。VSS（20引脚）：接地。、时钟引脚XTAL1（19脚）：片内振荡器的反相放大器和外部时钟发生器的输入端。使用AT89S51单片机片内的振荡器时，引脚外部接微调电容以及石英晶体。如果采用外部时钟源，则本引脚接外部时钟振荡器的信号。XTAL2（18脚）：在单片机片内它是基于振荡器反相放大器的输出端，晶体固有频率即振荡器频率。当使用片内振荡器时，则需要该引脚外部连接微调电容以及石英晶体。若需要连接外部时钟源时，则引脚悬空。、控制引脚RST（9脚）它是复位信号输入端，高电平有效。若此引脚加上的高电平并且保持时间大于两个机器周期，那么就可以使单片机复位。当这个引脚为低电平且0.5V时，通常单片机正常工作如果这个引脚输出高电平并且长达96个时钟震荡周期时，则是看门狗定时器溢出输出造成。EA/VPP（31脚）EA作为该引脚的第一种功能：外部程序存储器访问允许控制端。当EA=1时，当单片机内PC值不超出0FFFH（小于单片机内4KB存储器的最大地址范围）时，则单片机执行内程序存储器的指令，但当PC值超过0FFFH（大于单片机内4KB存储器的最大地址范围）时，则是会自动转去执行片60KB（1000HFFFFH）程序存储器内的程序。当EA=0时，片内的4KB Flash程序存储器不起作用，则只访问外部的程序存储器中的指令并执行它，读取地址范围是0000HFFFFH。ALE/PROG（30脚）ALE提供低8位地址锁存信号，当CPU访问外部存储器时，并将P0口输出的低8位地址所存在地址锁存器中。当AT89S51正常运行时，ALE不断输出正脉冲信号，振荡器频率fosc的1/6。可作为外部定时或触发信号使用。当单片机访问外部RAM时，丢失ALE脉冲一个，也就是说该引脚的输出频率不是准确的fosc的1/6。若需要禁止ALE操作，不需ALE输出脉冲信号，需要将特殊功能寄存器（8EH）的0位置1，但在执行外部存储器操作时，它依然是有效的，不会影响外部存储器的访问。当对片内Flash存储器编程时，PROG作为该引脚的第二功能，可作为编程脉冲输入端。PSEN（29脚）在访问片外程序存储器时，这个引脚可以输出负脉冲作为片外程序存储器的读选通信号。、并行I/O口引脚P0口：P0.0P0.7引脚P0口是一个漏极开路的双向I/O口也可作为通用的I/O口使用。当单片机访问外存储器和I/O口时，P0口提供低8位地址总线的分时复用端口。当加上拉电阻时，P0口作为通用I/O口时可驱动8个LS型TTL负载，这时为准双向口。P1口：P1.0P1.7引脚P1口时一个具有内部上拉电阻的准双向I/O口，可以驱动4个LS型TTL负载。在进行Flash存储器串行编程和校验时，P1.5口是穿行数据输入，P1.6口是串行数据输出，P1.7口是移位脉冲引脚。P2口：P2.0P2.7引脚P2口是一个具有内部上拉电阻双向I/O口，它可以驱动4个LS型TTL负载。P2口既可作为通用I/O口使用也可在单片机扩展外存储器和I/O口时作为并输出高8位地址。P4口：P3.0P3.7引脚P3口是一个具有内部上拉电阻可作为通用I/O口使用的双向I/O口，并可驱动4个LS型TTL负载。P3口还有第二功能，如表4.1所示表4.1 P3口的第二功能定义引 脚第二功能说明P3.0RXD串行数据输入口P3.1TXD串行数据输出口P3.2INT0外部中断0输入P3.3INT1外部中断1输入P3.4T0定时器0外部计数输入P3.5T1定时器1外部计数输入P3.6WR外部数据存储器写选通输出P3.7RD外部数据存储器读选通输出4.1.2 AT89S51时钟电路常用的时钟电路方式是内部时钟方式和外部时钟方式两种。1、内部时钟方式：AT89S51单片机内部自带有时钟电路，若要构成一个稳定的自激振荡器，需要输入端引脚为XTAL1，输出端为XTAL2，并分别接晶体振荡器和微调电容。2、外部时钟方式：外部时钟信号直接接单片机内，可同时用于多片AT89S51单片机工作，以便于同步。外部时钟源直接接XTAL1，XTAL2悬空。AT89S51时钟电路如图4.2所示图4.2 AT89S51时钟电路4.1.3 AT89S51复位电路复位是单片机的初始化操作，当单片机复位时，初始化后程序计数器PC为0000H，开始执行程序从程序的0000H单元开始。当然如果程序运行出错或者操作错误使系统处于死锁状态时，可通过复位键使单片机重新启动，并且从这个初始状态开始工作，这说明复位的重要性，但复位需要有相应的外部电路才能实现，它自身是不能自动复位的。电自动复位和按键电平复位是复位的两种基本操作方式，我们选用按键电平复位。复位电路如图4.3所示图4.3 复位电路4.2温度传感器模块4.2.1温度传感器DS18B20简介引脚如图4.4所示图4.4 DS18B20引脚图由美国DALLAS公司生产的DS18B20温度传感器具有多种优点，其中体积小，抗干扰能力和适用性是它最大的特点。它可以省去大量外围电路直接把温度信号转换成数字信号输送给单片机。DS18B20的温度测量范围是-55+128，而且如果温度在-10+85时的精度可达0.5，它只需要一根口线与单片机连接能够节省大量引线和逻辑电路，可编程分辨率为912位，测温分辨率可达0.0625，并且即使在掉电后依然将参数和报警温度存储在EEPROM中。4.2.2 DS18B20的工作原理温度传感器DS10B20的温度转换时间延迟为750ms，在高温度下，晶振会随温度变化而变化，产生的脉冲信号输入计数器2。然而在低温下，晶振的振荡频率反而受温度的影响很小，会固定给计数器1输入脉冲信号。在低温系数时，计数器1的信号进行减法计算，若预置值减到0，则则温度寄存器加1，预置将被重装并重新开始计数，这样一直重复循环到计数器2计数到0时，温度寄存器才会停止累加，此时寄存器的数值就是测得的温度数值。温度传感器DS18B20有以下几个特点：1、测温范围-55+128，在-1085时的测量误差仅0.5；2、与单片机连接只需一根I/O线，而且可挂多个DS18B20温度传感器；3、低电压3V5V即可供电，供电方式可本地供电，也可以从数据线窃取电源；4、可编辑912位数据，最大转换时间750ms；5、每一个DS18B20温度传感器都一个6 4位序列号，而且这个序列号是单独并且不可以修改的；6、可以自由设定报警上下限；7、可以直接将温度值转换为数字量并传送到主控制器。DS18B20有以下几个主要数据部件：1、温度传感器DS18B20的64位序列号在出厂前就被光刻ROM中，这个序列号就是它的地址序列码，这样，每一个DS18B20都会不同，一根总线上也就可以挂多个DS18B20温度传感器了。2、DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个非易失性的可电擦除的EEPRAM和一个高速暂存RAM，前者可以存放高温和低温触发器以及结构寄存器。3、配置寄存器。4、DS18B20中的温度传感器可以测量温度。4.2.3 DS18B20内部结构及功能DS18B20内部结构主要包括温度传感器，设定温度上限的触发器，寄生电源，64位ROM和单总线接口，存储与控制逻辑，可以存放中间数据的高速暂存器RAM，8位循环亢余校验码发生器等。DS18B20内部结构如图4.5所示64位ROM和单线接口存储器与控制逻辑高速缓存温度传感器高温触发器TH低温触发器TL配置寄存器8位CRC发生器图4.5 DS18B20内部结构图4.2.4温度传感器与单片机的接口电路DS18B20的供电方式有两种，一种是寄生电源供电方式，如图4.6所示，用一个MOSFET管来完成对总线的上拉，可有效的为DS18B20时钟周期内提供足够的电流，单片机端口接单线总线。另一种是采用电源供电，DS18B20温度传感器的1脚接地，2脚为信号线，3脚接电源。图4.6 DS18B20与单片机的接口电路4.3液晶显示模块显示器是人与机器沟通的重要媒介，随着科学技术的发展，早期以显像管显示器为主渐渐被淘汰，近些年由更轻薄，更环保，更省电的液晶（LCD）显示器取代，它的平面直角显示和影像都更加稳定，价格在近些年也持续下跌，逐渐取代了显像管的地位，成为主流的显示器。液晶是一种有机化合物，不仅具有液体流动性，还具有光学特性，外界的电场会影响它的透明度和呈现的颜色，字符显数器就是利用这个特点。液晶显示器(LCD，LiquidCrystalDisplay)，采用了液晶控制透光度技术来实现色彩的显示器。LCD和CRT相比，它的优势是很明显的，LCD无需考虑刷新率的问题，因为它是通过控制是否透光来控制亮和暗，如果色彩不变，液晶也保持不变。4.3.1液晶显示模块简介LCD1602的特性与引脚：LCD内部具有字符库ROM，可以显示出192个字符。单片机控制LCD1602时，将需要显示的字符的ASC码写入内部的显示用数据存储器（DDRAM），内部控制电路就可将字符显示在显示器上。模块内有80字节的数据显示RAM，除了显示192个字符的字符库ROM外，还有64字节的自定义字符RAM，可以自定义8个57点阵字符。LCD1602的引脚有8条数据线，3条控制线和电源线，如表4.2所示。表4.2 LCD1602的引脚功能引脚引脚名称引脚功能1VSS电源地2VDD+5V逻辑电源3VEE液晶显示偏压4RS寄存器选择（1数据寄存器，0命令/状态寄存器）5R/W读/写操作选择（1读，0写）6E使能信号714D0D7数据总线，与单片机的数据总线相连，三态4.3.2液晶显示部分与单片机的接口如图4.7所示，单片机的P2口作为数据线，P3.0作为LCD的RS，P3.1为R/W，P3.2为E，其中，RS是寄存器秀选择信号，R/W为读写信号，E是下降沿触发的片选信号。本模块设计要点如下：显示模块初始化，首先清屏，再设置接口数据位为8位，显示行数为1行，字型为57点阵，然后设置为整体显示，取消光标和字体闪烁，最后设置为正向增量方式且不移位。向LCD的显示缓冲区中送字符，程序中采用2个字符数组，一个显示字符，另一个显示电压数据，要显示的字符或数据被送到相应的数组中，完成后再统一显示。首先取一个要显示的字符或数据送到LCD的显示缓冲区，程序延时2.5ms,判断是否够显示的个数，不够则地址加一取下一个要显示的字符或数据。图4.7 液晶与单片机的接口4.4按键控制模块 本设计将会用到四个控制按键，分别接到P1.1P1.4口4个独立式按键上。4.4.1消除按键抖动键盘的按键分为触点式和非触点式，单片机应用机械触点式。由于是机械触点式按键，所以当开关闭合后，输入为低电平，开关S未被按下时，输入为高电平，机械触点会在断开与闭合瞬间产生抖动。这种抖动会对测验结果产生很大的影响，所以必须去掉，一般的去抖方法是硬件去抖和软件去抖。本设计采用软件消除抖动，在检测到有按键按下时，按键对应低电平，先执行一段10ms的程序，如果仍然为低电平，则确定按键按下。当按键松开时，低电平变为高电平，再延时10ms，若还为高电平，则确定按键松开。单片机的接口电路图如图4.8所示。图4.8 键盘控制电路4.5语音模块本设计采用ISD1420语音录放。4.5.1 ISD1420引脚功能ISD1420引脚如图4.9所示。图4.9 ISD1420引脚图ISD1420各引脚功能如表4.3所示。表4.3 ISD1420引脚功能PIN引脚说明PIN引脚说明1A0控制命令输入端28VCCD数字电路电源2A1控制命令输入端27REC准位触发录音3A2控制命令输入端26XCLK时钟控制端4A3控制命令输入端25RECLED录音LED5A4控制命令输入端24PLAYE边缘触发放音6A5控制命令输入端23PLAYL准位触发放音7NC空脚22NC空脚8NC空脚21ANA OUT模拟信号输出端9A6控制命令输入端20ANA IN模拟信号输入端10A7控制命令输入端19AGC自动增益控制11NC空脚18MIC REF麦克风参考点12VSSD数字信号地线17MIC麦克风输入13VSSA模拟信号地线16V CCA模拟电路电源14SP+音频信号输出正端15SP-音频信号输出负端4.5.2语音录放ISD1420分段录音可以通过软件和硬件来实现。因为本设计运用硬件录放，以下说明硬件录放所需的条件。 ISD1420分段录音时，ISD1420的A0A7脚是地址输入线，由于A6脚和A7脚不可以同时作为高电平，因而地址范围00H-9FH，一共160个数值（十进制码0-159），这就说明ISD1420最多储存160个语音段。在本设计中，我们一共用到16个语音段，因为ISD1420可以录音20S，我们将单字设为1S，一共14个字，“摄氏度”为2S，“现在温度”为4S。为了确保分段间隔不小于0.5S，所以设计接地脚为A0脚和A1脚，这样可以防止录音信息重叠。语音地址对照表如表4.4所示。表4.4 语音地址对照表语音信息分段地址A7A6A5A4A3A2A1A0000H00000000108H00001000210H00010000318H00011000420H00100000528H00101000630H00110000738H00111000840H01000000948H01001000百50H01010000十58H01011000点60H01100000负68H01101000摄氏度70H01110000现在温度80H100000004.5.3 ISD1420与单片机接口设计ISD1420与单片机接口电路如图4.10所示。 图4.10 ISD1420与单片机接口电路五、系统软件设计5.1主程序设计整个的设计是由硬件电路与软件相互配合来实现的，硬件定型的同时其实软件的功能也就定下来了。软件的功能分为监控软件（主程序）和执行软件（子程序），其中监控软件控制系统的核心，用来协调各执行模块和操作者的关系，而执行程序是用来完成各种实质性的功能。每个小的功能执行模块就是每一个执行软件。规划监控程序，需要各执行模块规划好。首先需要根据系统的总体功能选择一种最合适的监控程序结构，然后根据实时性要求，安排监控软件和各执行密会之间的调度关系。主程序流程图如图5.1。开始初始化判定温度是否在设定范围内语音报警语音报警播报温度显示温度结束大于某一值小于某一值图5.1 主程序流程图5.2 DS18B20初始化DS18B20初始化程序流程图如图5.2.开始C51寄存器初始化DS18B20存在？温度转换命令读取温度温度数据处理温度显示温度比较超出范围？报警否是否是图5.2 DS18B20初始化流程图5.3语音播放子程序设计本设计根据语音信息与分段地址的对照表和当前温度组合出播报当前的温度语音数据地址。语音程序流程如图5.3所示。播报“现在温度”播报温度值得个位播报“度”播报温度值的十位播报“度”播报“十”播报“度”播报温度值个位播报“十”播报温度值的十位温度值10个位为零个位不为零图5.3 语音播放子程序5.4仿真结果设置温度上限为37度，温度下限为10度。1、如图5.4所示。此时温度时43度，超出上限温度，黄灯亮，实现报警。图5.4 仿真12、如图5.5所示。此时温度为5度，低于下限温度，绿灯亮，实现报警。图5.5 仿真23、如图5.6所示。此时温度为20度，在所设范围内，两灯都没亮，说明温度正常。图5.6 仿真3结论 本设计中的语音温度计，方便了人们的日常生活，还可单独作为系统用于需保证维持某特定环境温度的范围内，本设计的数字语音温度计成本很低，若大批量生产，还可带来一定经济效益。通过本设计的方案论证，软硬件的设计，系统的仿真和调试。关于单片机方面的资料也查阅了许多，扩展了自己的知识面，使我有了一个全新的认识。通过这次毕业设计，不仅锻炼自己分析问题、处理问题的能力，还提高了自己的动手能力。这些培养和锻炼对于我们这些即将走向工作岗位的大学生来说，是很重要的。这次毕业设计基本的完成了任务书的要求，实现了温度的控制和语音播报。通过仿真表明系统的设计是正确的，可行的。但是由于设计者的设计经验和知识水平有限，本文设计的语音温度计还存在许多不足支出需要完善也改进。参考文献1谭家玉，单片机原理及接口技术M，哈尔滨工业大学出版社，2003.2余锡存，曹国华.单片机原理及接口技术M，西安电子科技大学出版社，2007.3邹显圣，长途客运汽车自动乘客计数系统的研究D，大连理工大学，2007.4邹清源，五轴运动控制系统的研究与开发D，湖北工业大学，2007.5沙占友，智能化集成温度传感器原理与应用M，机械工业出版社，2002.6张玉莲，传感器与自动检测技术M，机械工业出版社，2012.7李群芳，单片微型计算机与接口技术M，电子工业出版社，2008.8彭伟，单片机C语言程序设计实训100例M，电子工业出版社,2012.9李泉溪，单片机原理与应用实例仿真M，北京航空航天大学出版社,2012.10贺亮，从零开始学51单片机M，电子工业出版社,2012.11LiWei-di,GuoQiang,ApplicationtechnologyofLCDdisplaysM,China PublishingHouseof ElectronicsIndustry,2003.12SuKai,LiuQing-guo,ChenGuo-ping.Principleandde