精品基于凌阳单片机的温度检测系统设计-定

内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）基于凌阳单片机的温度检测系统设计摘要温度是工业生产和生活中最基本的参数之一，在日常生活和工业控制过程中，经常需要进行对温度的测量，并对温度的结果进行分析，以做出相应的处理，这对于提高生产效率和生活质量等都有重要的作用。本设计采用PT100为温度传感器，单片机SPCE061A为硬件核心元件，设计了一种具有温度初值设定、温度语音播报、温度显示、手动复位、自动修正误差等功能的新型温度检测系统。该系统结构简单、体积小、成本低、现场适应能力强、检测准确、可靠性高。本设计主要完成了温度检测总体方案的设计；完成了系统的主控硬件流程图；完成了由电桥和差分放大电路组成的传感器电路；完成了单片机的最小系统电路、音频输出电路；完成了系统主程序的软件设计及系统初始化、A/D转换和语音处理等子程序的软件设计。关键字凌阳单片机；PT100；语音播放内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）BASEDONSUNPLUSSINGLECHIPOFTEMPERATUREDETECTIONSYSTEMDESIGNABSTRACTTEMPERATUREISONEOFTHEMOSTBASICPARAMETERSININDUSTRIALPRODUCTIONANDLIFE,INTHEIRDAILYLIVESANDINDUSTRIALPROCESSCONTROL,OFTENNEEDTOMEASURETEMPERATURE,ANDANALYSETHERESULTSOFTHETEMPERATUREINORDERTOMAKETHEDEAL,WHICHHASANIMPORTANTROLETOINCREASEPRODUCTIVITIONEFFICIENCYANDQUALITYOFLIFETHEDESIGNUSESPT100ASTHETEMPERATURESENSOR,USESSINGLECHIPSPCE061AASTHEHARDWARECOMPONENTS,DESIGNEDANEWTYPEOFTEMPERATUREDETECTIONSYSTEM,WHILEHASTHEFUNCTIONSWITHTHEINITIALTEMPERATURESET,TEMPERATUREVOICEBROADCAST,TEMPERATUREDISPLAY,MANUALRESETANDCORRECTTHEERRORAUTOMATICALLYTHISSYSTEMSTRUCTUREISSIMPLE,THEVOLUMEISSMALL,THECOSTISLOW,THESCENEADAPTIVENESSISSTRONG,THEEXAMINATIONISACCURATE,THERELIABILITYISHIGHTHISDESIGNHASMAINLYCOMPLETEDTHETEMPERATUREEXAMINATIONOVERALLCONCEPTDESIGN,THESYSTEMSMASTERCONTROLHARDWAREFLOWCHART,THESENSORELECTRICCIRCUITWHICHISCOMPOSEDOFTHEELECTRICBRIDGEANDTHEDIFFERENCEAMPLIFYINGCIRCUIT,THEMONOLITHICINTEGRATEDCIRCUITSSMALLESTSYSTEMCIRCUIT,THEAUDIOFREQUENCYOUTPUTCIRCUIT,THESYSTEMMASTERROUTINESOFTWAREDESIGNANDTHESYSTEMINITIALIZATION,A/DTRANSFORMATIONANDTHEPRONUNCIATIONPROCESSINGSMALLSTEELYARDPROCEDURESOFTWAREDESIGNKEYWORDSSINGLECHIPSUNPLUS，PT100，VOICEBROADCAST内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）目录摘要IABSTRACTII第一章绪论111引言112国内外温度检测技术概述2121温度检测技术简介2122温度检测技术的发展313本设计的主要内容4第二章总体方案设计521温度传感器设计方案选择522单片机选择523系统总体框图6第三章硬件电路设计731基于单片机的温度采集系统7311采集系统简介7312温度检测电路7313PT100热电阻简介8314差分放大电路932SPCE061A电路10321SPCE061A芯片简介10322系统时钟13323锁相环PLLPHASELOCKLOOP振荡器14内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）324CPU实时钟14325时间基准信号14326SPCE061A最小系统15327CPU复位电路1533音频输出电路16331语音背景介绍16332SPY0030简介18333音频放大电路1834键盘电路1935LED显示电路20351数码管简介20352显示电路2236电源电路22第四章软件设计2441软件结构2442主程序流程图2443A/D转换实现26431A/D输入接口的结构26432A/D采样处理2744显示流程图28441显示部分流程图28442IRQ6_TMB2中断3045键盘设置流程图30内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）46语音程序31461语音播放过程31462语音程序流程图32463语音中断流程图33第五章抗干扰分析和系统调试3551抗干扰分析35511系统干扰的基本分析35512干扰源及其一般分类35513抗干扰措施3652系统调试38521调试环境38522调试方法39第六章总结40参考文献41附录A硬件原理图42附录B源程序43致谢66内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第一章绪论11引言测量是人们认识自然界的一种科学方法。通过各种测量，人们能够从数量上来描述周围的物质世界，揭示自然界存在的规律，推动科学技术的不断前进。计量学就是研究保证测量统一的理论问题和实际问题的学科，也就是研究提高测量准确度和保证量值统一性的一门学科。随着社会经济的发展，特别是商品生产的协作规模和商品交换范围的扩大，商品生产已不局限于一个国家，一个地区，而是跨地区、跨国家。现代科学技术的发展已扩大到综合性、多学科。计量工作在国民经济建设中占有十分重要的地位，它同经济建设、国防建设、科学研究和人民生活都有密切关系。加强计量管理、保证国家计量制度的统一和计量器具的一致、保证计量器具的准确度并正确使用它，这对于提高产品质量、保证零部件的互换性、改进工艺、实现标准化、系列化、自动化；对于保障安全生产、提高劳动效率、降低原材料消耗；对于工业生产自动化、实现科学种田和农业机械化、提高科学研究水平、进行国内外贸易都具有十分重要的作用。温度计量学或称计温学是计量学的一个重要分支，它在国民经济各领域中占有一定的地位。人们的日常生活、工农业生产和科学实验等许多方面都与温度测量有着十分密切的关系。温度作为一个重要的物理量，是工业生产过程中最普遍、最重要的工艺参数之一。随着时代的进步、社会的发展、科学技术的不断更新，温度的测量范围要求不断扩大，同时温度的测量准确性要求不断提高。对温度测量的要求也越来越高，而且测量范围也越来越大，对温度的检测技术的要求也越来越高。因此，温度检测和温度检测技术的研究也是一个重要的研究课题。内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）12国内外温度检测技术概述121温度检测技术简介随着国内外工业的日益发展，温度检测技术也有了不断的进步，目前的温度检测使用的方法种类繁多，应用范围也较广泛，大致包括以下几种方法利用物体热胀冷缩原理制成的温度计；利用热电效应技术制成的温度检测元件，利用此技术制成的温度检测元件主要是热电偶。热电偶发展较早，比较成熟，至今仍为应用最广泛的检测元件。热电偶具有结构简单、制作方便、测量范围宽、精度高、热惯性小等特点；利用热阻效应技术制成的温度计；利用热辐射原理制成的高温计热辐射高温计通常分为两种。一种是单色辐射高温计，一般称光学高温计；另一种是全辐射高温计，它的原理是物体受热辐射后，视物体本身的性质，能将其吸收、透过或反射。而受热物体放出的辐射能的多少，与它的温度有一定的关系。热辐射式高温计就是根据这种热辐射原理制成的；利用声学原理进行温度测量；利用红外原理进行温度检测1。近年来，在温度检测技术领域，多种新的检测原理与技术的开发应用，已经取得了重大进展。新一代温度检测元件正在不断出现和完善化。晶体管温度检测元件半导体温度检测元件是具有代表性的温度检测元件。半导体的电阻温度系数比金属大12个数量级，二级管和三极管的PN结电压、电容对温度灵敏度很高。基于上述测温原理已研制了各种温度检测元件。集成电路温度检测元件利用硅晶体管基极一发射极间电压与温度关系（即半导体PN结的温度特性）进行温度检测，并把测温、激励、信号处理电路和放大电路集成一体，封装于小型管壳内，即构成了集成电路温度检测元件。核磁共振温度检测器所谓核磁共振现象是指具有核自旋的物质置于静磁场中时，当与静磁场垂直方向加以电磁波，会发生对某频率电磁的吸收现象。利用共振吸收频率随温度上升而减少的原理研制成的温度检测器，称为核磁共振温度检测器。这种检测器精度极高，可以测量出千分之一开尔文，而且输出的频率信号适于数字化运算处理，内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）故是一种性能十分良好的温度检测器。在常温下，可作理想的标准温度计之用。热噪声温度检测器它的原理是利用热电阻元件产生的噪声电压与温度的相关性。其特点是输出噪声电压大小与温度是比例关系，不受压力影响，感温元件的阻值几乎不影响测量精确度，所以它是可以直接读出绝对温度值而不受材料和环境条件限制的温度检测器。光纤温度检测器光纤温度检测器是目前光纤传感器中发展较快的一种，已开发了开关式温度检测器、辐射式温度检测器等多种实用型的品种。它是利用双折射光纤的传输光信号滞后量随温度变化的原理制成的双折射光纤温度检测器，检测精度在1以内，测温范围可以从绝对0到2000。激光温度检测器，激光测温特别适于远程测量和特殊环境下的温度测量，用氮氖激光源的激光作反射计可测得很高的温度，精度达1；用激光干涉和散射原理制作的温度检测器可测量更高的温度，上限可达3000，专门用于核聚变研究，但在工业上应用还需进一步开发和实验。122温度检测技术的发展生产管理一体化、网络化是当今工业自动化控制领域的大趋势，要实现这些功能，必须借助于工业计算机、现场网络及开放的工业数据库。利用先进技术手段监测各种复杂生产环境的被控参数（如温度、流量及压力等），使生产和管理一体化，可以有效地提高生产和管理的自动化水平。温度追踪测量（也可以称作是温度分布测定技术）是一种利用微机来实现数据采集、数据通讯传输和数据分析处理的一门新技术，是在生产过程中记录和说明热加工产品与空气温度关系的技术，追踪测量得到的数据被显示为图表或数字。这个过程最简单的形式就是它可以告诉生产者所生产的产品的温度、保持这个温度有多长时间以及在什么时间达到了什么温度。通过分析数据，生产人员可以保证产品达到最好的质量、解决产品存在问题、优化生产工艺路线及节约能耗。无论是在电子产品的生产、食品加工、其它工业生产，还是在医疗器械生产方面，在生产过程中温度是重要的控制指标，温度检测（也称追踪）技术就具有非常广阔的应内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）用前景2。13本设计的主要内容（1）分析市场对温度检测系统的功能要求，概括系统总体方案设计。（2）系统硬件设计，完成系统微处理器的选用，温度传感器的选用，检测电路的选用，三极管驱动LED显示的选用，并用PROTEL99SE画出原理图（SCH图）。（3）系统软件设计，确定系统检测算法，制定软件程序流程图，并根据软件程序流程图，选用合适的编程语言编写源程序，进而进行软件程序调试以及程序优化，最终实现软件运行。（4）对设计系统抗干扰分析以及软硬件调试，并进行整机功能演示。（5）根据设计过程与现象，分析和概括设计结论。内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第二章总体方案设计21温度传感器设计方案选择方案一采用热敏电阻，可满足4090测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测小于1的信号是不适用的。方案二采用温度传感器DS18B20，最新单线数字温度传感器DS18B20是一线器件，其体积小、适用电压宽、该数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持一线总线接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。测量温度范围为55125，在1085范围内,精度为05。DS18B20的精度偏差为2。现场温度直接以一线总线的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，由于DS18B20的测量范围比较小，运行需要自己的驱动程序，编程难的特点本系统没有采用3。方案三采用温度传感器铂电阻（PT100）。铂电阻的物理化学性能在高温和氧化性介质中很稳定,它能用作工业测温元件,且此元件线性较好。在0100时，最大非线性偏差小于05。铂电阻与温度关系是；其中RT是温度为T时201RTATB的电阻；R0是温度为0时的电阻；T为任意温度值，A、B为温度系数。22单片机选择方案一此方案可采用AT89C51单片机实现，单片机软件编程自由度大，可用编程实现各种控制算法和逻辑控制。但是AT89C51需外接模数转换器来满足数据采样。如果系统增加语音播放功能，还需外接语音芯片，对外围电路来说，比较复杂，且其软件实现也较麻烦。另外，51单片机需要用仿真器来实现软硬件调试，较为繁琐。内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）方案二此方案采用SPCE061A单片机实现，此单片机内置8路ADC,2路DAC,且集成开发环境中配有很多语音播放函数，用SPCE061A实现语音播放极为方便。SPCE061A有一路专用于语音信号采集的A/D转换电路MIC输入，可以用来进行语音识别、录音等的语音信号输入；SPCE061A有8路A/D，选其中1路进行温度采集，由按键控制温度播报并且该芯片内置在线仿真、编程接口，可以方便实现在线调试，这大大加快了系统的开发与调试4。23系统总体框图本系统总体设计方案框图如图21所示，本系统有四大模块组成数据显示模块，语音播报模块，信号采集模块，键盘设置模块。显示模块的主要作用是显示设置温度与测量温度。语音模块主要用作语音播放检测温度，并播报整数温度变化。信号采集模块是将电压信号经A/D转换后，换算成温度，用于播报和显示。键盘设置模块是用于设置温度按钮和播报开关。SPCE061A16BITCPU数据显示滤波放大及其电流电压转换电路音频放大电路喇叭键盘设定传感器整形电路A/DDAC1图21基于凌阳单片机的温度检测系统总体框图内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第三章硬件电路设计31基于单片机的温度采集系统311采集系统简介在工业生产和科学技术研究的各行各业中，常常利用PC或工控机对各种数据进行采集如液位、温度、压力、频率等物理量。现在常用的采集方式是通过数据采集板卡。采用板卡不仅安装麻烦，易受机箱内环境的干扰，而且受计算机插槽数量和地址、中断资源的限制，不可能挂接很多设备。而单片机数据采集系统的出现，很好地解决了以上这些冲突，很容易就能实现低成本、高可靠性、多点的数据采集。单片机数据采集系统是计算机在工业控制中最为普遍的应用系统。它的任务是采集生产过程中的各种工况参数并经A/D转换器送入单片机，单片机再对这些参数、数据进行分析、运算和处理，如数字滤波、工程量变换、仪表误差修正、数字显示、越界报警、打印等。如再配上输出通道就可方便地组成计算机控制系统。通用数据采集系统通常是由传感器（或变送器）、信号调理电路、多功能数据采集卡通常集成有模拟多路开关、程控放大器、采样/保持器、定时器、A/D转换器及D/A转换器、计算机及外设等部分组成其中传感器是将被测量为非电量转换成电信号的信号转换元件,然而由于传感器的电气特性,其所产生的电信号一般不可能直接输人至PC,必须进行调理才能被数据采集设备精确、可靠地采集所谓信号调理就是将传感器或变速器所输出的电信号进行放大、隔离、滤波等,以便数据采集板实现数据的采集一般而言,信号调理是基于PC机的通用数据采集系统不可或缺的组成部分。312温度检测电路如图31所示传感器电路包括传感器桥路和放大电路两部分，经过两级放大后输出模拟电压信号UO。直接将运放的输出脚接SPCE061A的AD输入通道AN5（IOA4）。内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）VCC132D1PT100R25150R24100R22240R23330R26150R2710KR2810KR3060KR29100K321U1ALM358U2ALM358R3110KR3210KR3320KIOA431温度检测电路313PT100热电阻简介传感器采用铂电阻PT100。铂热电阻的物理化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测温元件；且此元件线性较好，在0100之间变化时，最大非线性偏差小于05。铂热电阻与温度关系为（1）200VDAC0，则保持原先设置为“1”的位最高有效位仍为“1”；否则，该位会被清“0”。接着，逐次逼近式控制又将下一位试设为“1”，其余低位依旧设为“0”，即1100000000B，VDAC0与VIN进行比较的结果若VINVDAC0，则仍保持原先设置位的值，否则便清“0”该位。这个逐次逼近的过程一直会延续到10位中的所有位都被测试之后，A/D转换的结果保存在SAR内。当10位A/D转换完成时，RDY会被置“1”。此时，用户通过读取P_ADC7014H或P_ADC_MUX_DATA702CH单元可以获得10位A/D转换的数据。而从该单元读取数据后，又会使RDY自动清“0”来重新开始进行A/D转换。若未读取P_ADC7014H或P_ADC_MUX_DATA702CH单元中的数据，RDY仍保持为1，则不会启动下一次的A/D转换。外部信号由LIN_IN17即IOA06或通道MIC_IN输入。从LIN_IN17输内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）入的模拟信号直接被送入缓冲器P_ADC_MUX_DATA；从MIC_IN输入的模拟信号则要经过缓冲器和放大器。AGC功能将通过MIC_IN通道输入的模拟信号的放大值控制在一定范围内，然后放大信号经采样保持模块被送至比较器参与A/D转换值的确定，最后送入P_ADC。432A/D采样处理AD转换每间隔1S执行一次AD采样操作，每次采样执行18次AD转换；在IRQ5_2HZ中断服务程序中完成。如果想改变采样间隔可以修改2HZ中断的延时系数G_SUM，1S对应G_SUM2，注意采样间隔和采样次数要和控制时间相匹配。AD处理AD处理包括两方面内容，一是AD值的滤波处理，二是AD值向实际温度转换。由于干扰或者电路噪声的存在，在采样过程当中会出现采样信号与实际信号存在偏差的现象，甚至会出现信号的高低波动，为了减小这方面原因造成的测量误差，在实际采样时采样18个点，然后再除去其中偏差较大的两个点，即一个最大值和一个最小值，再对剩余的16个点取均值，这样得到的AD转换结果已经比较接近实际信号值。在对数值进行滤波操作之后，还要将AD值转换为温度，常用的两种方案为查表法和公式法查表法比较麻烦，首先要去制定一个表，而且精度也不高，适合于线性化较差的NTC温度传感器；公式法比较简单，只需要确定比例系数K即可，适合于线性化较好的PT传感器，对于SPCE061A来说，具有硬件乘法器所以实现该运算比较容易，其C语言实现过程为FTADC_DATAK。A/D转换子程序流程图如图43所示，AD采样时首先选择采样通道，然后开中断，读P_ADC_MUX_CTRL寄存器判断该寄存器的第15位是否为1，若为1说明AD采样完毕，若不等于1，则继续读P_ADC_MUX_CTRL寄存器。若P_ADC_MUX_CTRL寄存器为1，则判断是否完成18次转换，若没完成18次转换则继续进行AD转换直到转换完毕置转换标志返回。在AD的转化过程中用到一个中断服务IRQ5_2HZ，IRQ5_2HZ中断用以提供1S时间以确定AD采样的时间间隔。内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）YNNYA/D转换子程序入口选择通道,允许A/D转换读寄存器P_ADC_MUX_CTRL读出转换结果P_ADC_MUX_DATA将转换结果保存到数组GIADC_DATASAVE置转换成功标志判断转换是否完毕是否转换完毕返回图43A/D转换程序流程图44显示流程图441显示部分流程图显示是检验程序结果最直接也最简单的硬件设计，此显示函数是独立在主程序之外的子函数，在函数的开始首先定义了段码地址和片选地址，然后进入堆栈取LED片选地址，取显示的数据地址，送位选码显示，当显示到最后一位时置系统寄存器为零。内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）显示子程序流程图如图44所示。NYLED_SHOW入口入栈取LED片选地址取显示数据地址取小数点送位选码更改位码指向下一次显示是否显示到最后一位BP0出栈返回判断LED_NO是否为1NY图44显示流程图本系统采用三极管9012扩展的3位共阴级LED动态显示，此电路已被成功地应用到以SPCE061A单片机为核心的温度检测系统中，系统定义IOB0,IOB1,IOB2端口分别控制数码管的十位、个位和十分位的供电，当相应的端口变成高电平时，驱动相应的内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）三极管导通，这时只要IOA口的高8位送出数字的显示代码，数码管就能正常显示数字。442IRQ6_TMB2中断IRQ6_TMB2为128HZ时基，在此中断中完成LED的动态刷新，程序流程如图46所示。128HZ中断服务程序调用显示子函数清除中断标志中断返回图45IRQ6_TMB2中断流程图45键盘设置流程图按键扫描程序事实上就是去抖动程序。即先判断是否有按键按下若有则判断本次按键值和上次扫描到的是否相同，如果相同，将扫描计数器加1；如果不同，扫描计数器赋1；保存按键值以便和下次扫描按键值比较。如果没有按键值按下，则认为按键值已经释放。按键扫描程序流程图如图47B所示键盘扫描流程图的初始化，去抖动流程，取键值流程图如图47（A）所示内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）去抖子程序入口去抖计数器是否为零去抖计数器减1返回YN取键值程序入口取可靠键值清可靠键值缓冲区返回键盘初始化入口R_DEBOUNCEREG清零R_KEYBUF清零R_DEBOUNCECNT赋值返回图46A键盘扫描初始化流程、去抖流程和取键值流程NYYN键盘扫描子程序入口读IOA口键值取R_DEBOUNCEREG的键值两值是否相等去抖计数器是否为零去抖计数器赋初值取R_KEYSTROBE键值返回去抖计数器赋初值图46B键盘扫描程序流程图内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）46语音程序461语音播放过程播放过程包括取数据、填充语音队列、解压缩和输出语音队列需要编写程序，分别调用SP_GETRESOURCE、SACM_A2000_FILLQUEUE和SACM_A2000_DECODER函数实现。本系统采用手动播放方式、DAC1单通道播放语音。要调用语音元素必须首先进行语音压缩，录制的语音文件在播放前须转换为SACM_A2000格式语音压缩文件。语音压缩可使用凌阳语音压缩工具（COMPRESSTOOL）完成。该压缩工具支持WAV格式的语音压缩，但要求压缩语音资源属性为8KHZ，16位，单声道。取数据解压缩队列解压缩输出队列DAC输出语音定时中断语音资料图47手动播放过程462语音程序流程图语音功能的设计是本系统的主要特色，SPCE061A单片机的语音函数使本系统语音功能的实现变的轻松了很多,本系统的语音播报函数流程图如下图所示,首先声明资源表，获取语音资源的起始地址和结束地址有两个函数SPEECH_START_ADDRESSINTN和SPEECH_END_ADDRESS（INTM）构成，将译码器初始化为DAC1单通道播放。先进入填充语内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）音队列循环，判断语音队列是否已满，若没有填满，判断地址是否以超出播放语音的结束地址，如果没有，则从存储器中获取语音资源，填充到语音队列，将地址指针指向下一个地址单元准备继续取资源。如果已经超出结束地址，则退出填充语音队列循环。如果语音队列已满，判断是否还在播放状态，若是，则解码播放，如果不在播放状态，或者SACM_A2000_STATUS（）函数返回0，则停止播放，退出语音循环，返回主程序。中断服务程序流程在FIQ_TMA中断里，调用F_FIQ_SERVICE_SACM_A2000函数译码播放。内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）开始获取要播放语音的起始地址和结束地址初始化为手动播放方式初始化语音队列初始化译码器语音队列是否已满地址是否超出结束地址从存储器获取语音资源填充语音队列指向下一个地址单元是否还在播放状态停止播放返回解码播放NYYYNN图48语音程序流程图463语音中断流程图中断服务子程序F_FIQ_SERVICE_SACM_A2000必须安置在TMA_FIQ中断向量上。函数允许TIMERA以所选的的数据采样率（计数溢出）中断。该中断的程序流程如图411所示。该服务子程序的作用是通过前台子程序（自动方式的内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）SACM_A2000_SERVICELOOP及手动方式的SACM_A2000_DECODE）对语音资料进行解码，然后将其送入DAC通道播放。SACM_A2000语音背景子程序只有汇编指令形式。如果要在C语言中使用，可以使用嵌入式汇编的办法_ASM“CALLF_FIQ_SERVICE_SACM_A2000“。该中断的程序流程如图49所示。寄存器入栈保护是FIQ_TMA中断清终端标志寄存器出栈中断返回调用F_FIQ_SERVICESACM_A2000函数清中断标志清中断标志YNNY是FIQ_TMB中断图49FIQ中断程序流程图内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第五章抗干扰分析和系统调试51抗干扰分析511系统干扰的基本分析单片机系统在实际使用中遇到常见的干扰是电磁干扰,不论是来自外部还是来自内部的干扰,都会影响单片机系统的正常工作,而且一旦窜入系统还可能引起严重的不良后果。所以在单片机系统的工程设计、应用和维护过程中,必须采取有效的技术措施来消除或减弱干扰,使单片机系统在干扰的环境下也能正常工作。这是保证单片机系统能可靠运行的关键所在。生活中使用的温度检测系统条件很复杂存在很多干扰。针对灵敏度很高的PT100温度检测系统来说，外界干扰对其十分敏感，如果不采取有效的措施，将出现使检测系统误差增大、灵敏度降低、指示不稳定的现象，严重时检测系统将无法工作。因此在设计系统的过程中必须要考虑干扰来源及其消除的方法。512干扰源及其一般分类干扰产生的原因是多种多样的，针对温度检测系统干扰来源主要有静电干扰、电磁辐射干扰、磁场耦合干扰、直接传输干扰等产生的干扰。静电干扰是通过电容效应耦合产生的静电场干扰,具体包括系统电路、周围元件、物体或设备上积聚的电荷直接对电路的泄放,大载流导体产生的电场通过寄生电容向电路耦合而产生的干扰13。电磁辐射干扰是系统所处空间的电磁波引起的干扰,多数是由电动设备、开关形成的电火花、闪电等所引起的干扰。磁场耦合干扰是一种感应干扰,它是电流线路周围的磁场耦合所造成的干扰。共阻抗干扰是广泛的存在于单片机系统内部的一种干扰,电路各部分的公共连线如地线、电源线存在着分布电阻、电容和电感,其上的电流会产生电压降,这种附加的噪声干扰作用于电路,形成公共阻抗干扰。直接传输干扰是线路上存在的干扰信内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）号直接通过电源、信号线的传输进入电路引起的。513抗干扰措施要消除单片机系统干扰,只要能去掉干扰形成的三个基本条件之一（干扰源、传输耦合通道和对干扰敏感的接收单元）即可,内部干扰源可以通过合理的电气设计在一定程度上予以消除,外部干扰源则需采取屏蔽、接地、隔离等措施予以消除或切断。抗干扰设计的主要工作是围绕这一部分展开的,上述三方面也不是绝对划分的,通常一个系统的抗干扰措施是多方面的综合以达到最佳的效果。（1）电源干扰设计单片机系统的供电线路是干扰的主要入侵途径,所以设计一个抗干扰的直流稳压电源是单片机系统抗干扰设计的重要环节,通常采取的措施是在交流输入端接入LC低通滤波器来吸收电网中的干扰电流尖峰和高次谐波,LC滤波器的屏蔽层与机壳良好接地或采用整流元件上并接滤波电容，可在很大程度上削弱高频干扰并对整流元件具有保护作用。滤波电容通常采用1000PF01F无感瓷片电容，根据次级电压决定选用高质量的瓷片滤波电容,使直流输出电压的波纹很小,干扰也难以形成20。本系统的设计就采取了设计抗稳压电源的方法，所以本系统很好的抑制了电源带来的干扰。（2）供电电路上的抗干扰措施对于单片机系统,除了来自电源的干扰外,电路中的供电线路和芯片也会形成次生的电源干扰,因此在供电电路的设计上也需要注意抗干扰的问题。可以采取的措施有模块级供电,对于各种不同的功能模块,采用独立的稳压供电减少公共阻抗之间的耦合干扰和模块之间通过公共电源形成的耦合干扰。另外,这种形式的供电功耗分散,提高了稳压器的可靠性和稳压性,避免出现集中供电时因电源的故障而危及整个系统的现象。在布设电源线、地线和安排电路单元时,应注意将大功耗的单元布置在紧邻电源的输出端,并按功耗等级从大到小逐级排开,同时各级之间的电源与地线之间一定要设置退耦内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）电容。本系统的设计采用了模块供电较好的避免了供电路上带来的干扰。（3）接地设计接地是任何电子电路都会遇到的问题,合理的接地方式可以抑制干扰,使系统正常运行,但不合理的接地则会产生干扰,降低系统的性能甚至损坏系统,下面从电路设计的角度对接地的问题加以讨论。一点接地与多点接地，对于低频信号一般采用一点接地。模拟接地与数字接地分开布线在接近电源处一点连接。交流接地与直流接地分开,不可将供电系统的中线当作地线使用。否则将交流电力线的干扰引入系统,而且交流线上的大电流可能危及系统的安全。不管采用何种接地方式,电路板上的地线总体要求分布电阻小,所以地线要加宽加粗,增加其传导能力。同时要利用地线的屏蔽作用,在板上的空隙处均匀布设地线,用地线隔离开容易相互耦合的信号线等（4）屏蔽屏蔽就是将整个系统或部分单元用导电或导磁性能良好的材料如铜或铝等包围起来构成屏蔽层,再将屏蔽层接地的一种技术,这样将外部电磁场屏蔽在系统之外而不致形成干扰。屏蔽设计主要有静电屏蔽、磁屏蔽和电磁屏蔽等。屏蔽只有在接地正确、良好的前提下,才能发挥作用,而不合理的屏蔽接地反而会增加干扰。屏蔽接地应注意屏蔽外壳的接地要与系统信号的参考点相接,而且只能在一处相接所有具有相同参考点的电路单元必须全部装入同一个屏蔽层内。如有引出线时,应采用屏蔽线接地参考点不同的单元应分别屏蔽,不可共处一个屏蔽层内。在实际工程中屏蔽与接地还与信号线的选用、机柜内外信号、控制和电源等电缆的敷设等问题密切相关,需要参考更详细的技术资料并严格遵守有关规范和要求,才能达到屏蔽接地的总体抗干扰效果。（5）隔离技术在输入和输出通道上正确地采用光电耦合器可以将单片机系统和各种与现场关联的传感器、开关、执行机构从电气上隔离开来,完全阻断了现场干扰从传输通道窜入系内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）统的途径。其中光电耦合器是用于数字量传输的一个典型器件,在实际应用光电隔离技术时应注意以下事项光电耦合器隔离的前、后通道必须分别使用相互隔离的电源,这样才能达到将前、后通道完全隔离的目的；被隔离设备与CPU的电气联系数据线、地线、控制线应全部通过光电耦合器隔离,这样才能达到隔离的效果,因此光电耦合器件的使用数目就很多。从这个角度,串行总线的设备和串行输出的设备在实现光电隔离方面具有优势；在具体设计电路时,需要注意前、后信号的传输是同位还是反相位、发光则是常灭还是常亮、接收端电平是常高还是常低等细节问题。这些都是需要根据具体情况设定的,如果不注意,一旦电路成型就不可能出现合理的工作状态,有时可以通过软件纠正,但有时却较为麻烦甚至成为影响系统可靠性的隐患。本系统由于实验条件所限没有设置光电隔离电路。52系统调试521调试环境IDE是由凌阳科技提供的一个集成开发环境，它集程序的编辑、编译、链接、调试和仿真等功能为一体。具有友好的交互界面、下拉菜单、快捷键和快速访问命令列表等，使程序设计工作更加方便、高效。此外，它的软件仿真功能可以不连接仿真板，模拟硬件的部分功能来调试程序。SPCE061A的开发是通过调试器EZPROBE实现的。它既是一个编程器,又是一个实时在线调试器。用它可以替代在单片机应用项目的开发过程中常用的软件工具。它利用了SPCE061A内置的在线仿真电路ICE（INCIRCUITEMULATOR）接口和凌阳公司的在线串行编程技术。EZPROBE工作在凌阳IDE集成开发环境软件包下，其5芯的仿真头直接连接到目标电路板上SPCE061A相应管脚，直接在目标电路板上进行调试、运行用户编制的程序。EZPROBE的另一头是标准20针并行接口，直接连接到计算机串行口与上位机通内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）讯，在计算机IDE集成开发环境软件包下，完成在线调试5。522调试方法本系统设计的出发点是采用PT100温度传感器检测温度，实现温度的实时播报和显示，但由于实验条件的局限，本系统没设计实际的温度检测电路，从检测电路的原理出发，设计了一个模拟检测电路即分压电路，通过单片机的AD采样对不同的输入电压输出不同的温度显示并播报。由于本设计的出发点是对室温的检测，所以检测范围为0100，通过查询电压与温度的对应关系可以验证本设计的实验方案是可行的。其电压温度分度表如下表51所示表51电压温度分度表012345678000032009012016020025029033100410450480530570610650690742008008509009309710010510811330120124128132135139142146149401571611651691731751791831875019419720020320720921521822260229233236240242246249253257702632672712742772802842862908029329730130630931231631932290326329331338341344345349352100355357359361364365367369373内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第六章总结完成毕业设计的过程是一个不断学习和不断创新的过程，同时也是对设计课题的不断完善和改进的过程。也就是说，通过一个学期的毕业设计的大力学习，不仅使我对专业知识有了重新巩固，而且使我对大学四年所学知识有了一个全新的总结和认识。本检测系统是以微计算机与温度传感器构成的一种新型的温度检测系统。它的各个主要功能模块集中在微处理器中,降低了系统的成本,提高了可靠性,减小了体积。在硬件和软件设计上充分考虑了检测系统的适用对象,采取了完善的抗干扰措施和超温播报系统,大大地提高了系统的可靠性和使用范围。通过对本系统的实际调试得到验证，可以认为本系统的设计思路是可行的，合理的。本文主要从理论和应用两方面进行了一些研究工作，并取得了一些有意义的研究结论。（1）设计了以SPCE061A为核心的硬件电路，硬件电路是实现系统检测功能的载体，它将完成AD转换，语音播报和温度显示等功能。（2）针对电桥电路和差分放大电路的特点，本设计实现了系统误差自补偿，自修正等特性。（3）针对SPCE061A的语音播报功能本系统设计了设置温度播报、检测温度播报和超值温度播报，充分体现了本系统的研究意义。（4）本系统在硬件电路中采用了模块式供电，其不仅为各功能电路提供了稳定电压，保证了各芯片的正常工作，而且还提供了模拟地与数字地的公共端，有效的抑制了干扰信号的输入，减少了各信号间的干扰，保证了仪表的稳定运行与准确测控。（5）软件编程采用了模块式编程方法,具有可移植性强和通用性强的特点。（6）软件编程采用先画流程图，然后编程的方法使编程条例清晰。内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）参考文献1郑晖单片机智能温度控制系统的设计J,黄山学院报，2008，2（10）2关索荣单片机温度检测系统J,北京矿冶，2000，8（01）3赵佩华DS18B20在单片机温度测控中的应用J,电子测量技术，2008，3（26）4卢胜利基于凌阳单片机SPCE061A计实验平台的专业综合设计J，电子设计2006,2（5）5罗亚非凌阳16位单片机应用M,北京北京航空航天大学出版社,20036李晶皎嵌入式语音技术及凌阳单片机应用M,北京北京航空航天大学出版社,20037北京北阳电子有限公司,SPCE061A凌阳单片机,20038凌阳大学计划网站（WWWUNSPCOMCN）OL9侯媛彬凌阳单片机原理分析J,科学报，2006，40110凌阳科技大学计划凌阳单片机在大学生电子竞赛中的应用J，2005,2（21）11黄智伟凌阳单片机课程设计指导J,电子技术，2007，21（02）12凌阳科技凌阳十六位单片机应用实例M,北京航空大学出版社,200613谭家玉单片机原理与接口技术M,哈尔滨哈尔滨工业大学出版社,200314王英高精度检测仪的硬件设计J,信息科学，2005，6（3）15刘志刚基于AT89C52的数字温度检测系统的硬件设计J,中国地质大学期刊，200216方银清基于数据库的多路温度检测系统J,集美大学学报，2009，22（02）17黄飞基于凌阳单片机的温度控制系统J,淮阴工学院学报，2007，151018宋文绪自动检测技术M,北京冶金工业出版社，200019凌志浩智能仪表原理与设计技术M,上海华东理工大学出版社，200320张国雄测控电路M,北京机械工业出版社,2006内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）附录A硬件原理图123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEORCADBDATE16JUN2009SHEETOFFILECDOCUMENTSANDSETINGS业业业业业业业业业业业业业业业业业业业业业业DDBDRAWNBYOSCOOSCIICE_ENICE_SCKICE_SDAPVINDAC1DAC2VREF2VSAAGCOPIMICOUTMICNPFUSEIOB11IOB12IOB13IOB14IOB15SLEEPVSIOA15IOA14IOA13IOA12IOA11IOA10IOA9IOB10IOB9IOB8IOB7IOB6IOB5IOB4IOB3IOB2IOB1IOB0RES_BVCPIOA8VDDHVSSIOA7IOA6IOA5IOA3IOA1IOA2IOA4IOA0VCMVMICMICPVDHIOA0IOA1IOA2IOA3IOA4IOA5IOA6IOA7VSVDHIOA8IOA9IOA10IOA11IOA12IOA15VSIOA14IOA13VDHIOB0IOB1IOB2IOB3IOB4IOB7VSIOB6IOB5VDHIOB8IOB9IOB10IOB11IOB12IOB15VSIOB14IOB13VSSVDDHVSVRTVSSVDD_PVSARES_BVDD_AVDD_PVSPOSCIOSCOVSSVDDHVDD_ASLEEPXTESTVSVSAVSPVSVSVSSPVSVSAVSAVDDVDV3V3VDDH3V5OSC32O12OSC32I13XTEST14VDD15XICE16XICECLK17XICESDA18VSS19PVIN20DAC121DAC222VREF223VSS24AGC25OPI26MICOUT27MICN28PFUSE29MICP33VCM34VRTPAD35VDD36VMIC37VSS38IOA041IOA142IOA243IOA344IOA445IOA546IOA647IOA748VSS49VSS50VDDH51VDDH52IOA853NC39NC40NC30NC31NC32IOA954IOA1055IOA1156IOA1257IOA1358IOA1459IOA1560XROMT61VSS62XSLEEP63IOB1564IOB1465IOB1366IOB1267IOB1168PVP69VDDH75IOB1076IOB977NC70NC71NC72NC73NC74IOB878IOB779IOB680IOB581IOB41IOB32IOB23NC82NC83NC84IOB14IOB05XRESB6VDD7VCP8VSS9NC10NC11U1PA764712345678910J1CON1012345678910J3CON1012345678910J5CON1012345678910J7CON10C25104C34104C33104C27104C26104R1033KC32104C383300PIN1OUT3GND2U3SPY0029C17104C1810412J10CON2Y132768C3620PC3720PC28104C2910412D5POWER12D6SLEEPS1RESETC3220U16VC2220U16VC1501U16VC24104C1310U16VC1110U16VC1210U16VIOA0IOA1IOA2IOA3IOA4IOA5IOA6IOA7IOA8IOA9IOA10IOA1IOA12IOA13IOA14IOA15IOB0IOB1IOB2IOB3IOB4IOB5IOB6IOB7IOB8IOB9IOB10IOB1IOB12IOB13IOB14IOB15123J2CON3R010RR020RR050RR030RR040RR060RVSSDACVSSAVSSPR070R12345678910J2CON1012345678910J4CON1012345678910J6CON1012345678910J8CON10R1347KVDD_PR121KR111K12J1CON2VRTVREF2VDHVSAVSC4110UC42104C4022454612837U10SPY0030132R211KR201KC20104C43104VCP1234567ABCDEFG8DP9GNDABFCGDEDP8SEGLED11234567ABCDEFG8DP9GNDABFCGDEDP8SEGLED21234567ABCDEFG8DP9GNDABFCGDEDP8SEGLED3Q1Q2Q31234567816151413121110920IOB0IOB1IOB2IOB8IOB9IOB10IOB11IOB12IOB13IOB14IOB15C30VSSIOA3KEY0KEY1KEY2KEYIOA0IOA1IOA25VKEYVCC132D1PT100R25150R2410R22240R23330R26150R2710KR2810KR3060KR29