智能水温控制系统毕业论文

1、2007级物理与电子信息工程系助教2021328电气工程及其自动化李姮0710617140智能水温控制系统独 创 性 声 明本人郑重声明：所呈交的毕业论文设计是本人在指导老师指导下取得的研究成果。除了文中特别加以注释和致谢的地方外，论文设计中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果。与本研究成果相关的所有人所做出的任何奉献均已在论文设计中作了明确的说明并表示了谢意。签 名： 年 月 日授权声明本人完全理解贺州学院有关保存、使用本科生毕业论文设计的规定，即：学院有权保存并向国家有关部门或机构送交毕业论文设计的复印件和磁盘，允许毕业论文设计被查阅和借阅。本人授权贺州学院可以将毕业论文设计的全部或局部内

2、容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文设计。本人论文设计中有原创性数据需要保密的局部为：无签 名： 年 月 日指导教师签名： 年月日智能水温控制系统摘 要本文主要介绍了利用单片机实现温度控制系统的设计过程，在系统构建时选取了SPCE061A芯片作为该控制系统的核心。由温度传感器DS18B20提供温度信号，SSR固态继电器作执行部件，实现对电炉水温的控制。本次设计还充分利用了SPCE061A单片机成熟的语音处理技术，实现了语音播报温度的要求。同时该系统具有灵敏的温度感测和显示功能，采用八段数码管进行动态扫描显示，可由用户通过按键设置上下限温度值。测得温度值小于

3、所设定的下限温度值时自动执行加热装置，直至温度超过上限温度值时自动断开加热装置，而温度降至在上下限温度之间时无动作，控制准确灵活，性能稳定。关键词：SPCE061A单片机；温度传感器DS18B20；数码管AbstractThis paper describes the use of single chip design process temperature control system, built in the system when selected SPCE061A chip as the core of the control system.朗读显示对应的拉丁字符的拼音 DS18B2

4、0 by a temperature sensor provides temperature signals, SSR solid state relays for the implementation of components, to achieve the furnace temperature control. This design also takes advantage of sophisticated voice processing SPCE061A microcontroller technology to achieve the temperature requireme

5、nts of voice broadcast. While the system is sensitive to temperature sensing and display functions, with eight out of dynamic digital scanning display set by the user through the keys on the lower temperature. Measured temperature value is less than the minimum set automatically when the temperature

6、 heating device until the temperature exceeds the upper limit temperature automatically disconnected when the heating device, and the temperature dropped to between the upper and lower temperature when no action, control is accurate and flexible, Stable performance.Key words：SPCE061A SCM; Temperatur

7、e Sensor DS18B20; LED朗读显示对应的拉丁字符的拼音目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc289090841 摘 要 PAGEREF _Toc289090841 h III HYPERLINK l _Toc289090842 Abstract PAGEREF _Toc289090842 h IV HYPERLINK l _Toc289090843 1 引 言 PAGEREF _Toc289090843 h 1 HYPERLINK l _Toc289090844 2 方案设计与论证 PAGEREF _Toc289090844 h 2 HYPER

8、LINK l _Toc289090845 2.1 设计要求 PAGEREF _Toc289090845 h 2 HYPERLINK l _Toc289090846 2.1.1 根本功能 PAGEREF _Toc289090846 h 2 HYPERLINK l _Toc289090847 2.1.2 扩展功能 PAGEREF _Toc289090847 h 2 HYPERLINK l _Toc289090848 2.2 系统根本方案选择和论证 PAGEREF _Toc289090848 h 2 HYPERLINK l _Toc289090849 2.2.1 驱动控制局部 PAGEREF _To

9、c289090849 h 2 HYPERLINK l _Toc289090850 2.2.2 温度采集局部 PAGEREF _Toc289090850 h 3 HYPERLINK l _Toc289090851 2.2.3 执行装置局部 PAGEREF _Toc289090851 h 4 HYPERLINK l _Toc289090852 2.2.4 温度显示局部 PAGEREF _Toc289090852 h 4 HYPERLINK l _Toc289090853 2.3 电路设计最终方案决定 PAGEREF _Toc289090853 h 5 HYPERLINK l _Toc2890908

10、54 3 系统硬件设计 PAGEREF _Toc289090854 h 5 HYPERLINK l _Toc289090855 3.1 水温控制系统硬件设计总体设计框图及说明 PAGEREF _Toc289090855 h 5 HYPERLINK l _Toc289090856 3.2 单片机系统 PAGEREF _Toc289090856 h 6 HYPERLINK l _Toc289090857 3.2.1 SPCE061A单片机概述 PAGEREF _Toc289090857 h 7 HYPERLINK l _Toc289090858 3.2.2 SPCE061A单片机的结构 PAGER

11、EF _Toc289090858 h 8 HYPERLINK l _Toc289090859 3.2.3 SPCE061A单片机的特点极其主要性能 PAGEREF _Toc289090859 h 8 HYPERLINK l _Toc289090860 3.2.4 SPCE061A芯片的引脚排列和说明 PAGEREF _Toc289090860 h 9 HYPERLINK l _Toc289090861 3.3 局部外围电路设计及分析 PAGEREF _Toc289090861 h 11 HYPERLINK l _Toc289090862 3.3.1 电源电路 PAGEREF _Toc28909

12、0862 h 11 HYPERLINK l _Toc289090863 3.3.2 时钟电路 PAGEREF _Toc289090863 h 11 HYPERLINK l _Toc289090864 3.3.3 复位电路 PAGEREF _Toc289090864 h 12 HYPERLINK l _Toc289090865 3.3.4 键盘设置电路 PAGEREF _Toc289090865 h 13 HYPERLINK l _Toc289090866 3.3.5 测温局部电路 PAGEREF _Toc289090866 h 15 HYPERLINK l _Toc289090867 3.3.

13、6 继电器控制电路 PAGEREF _Toc289090867 h 15 HYPERLINK l _Toc289090868 3.3.7 数码显示电路 PAGEREF _Toc289090868 h 16 HYPERLINK l _Toc289090869 3.3.8 超温报警电路 PAGEREF _Toc289090869 h 16 HYPERLINK l _Toc289090870 3.3.9 音频输出电路 PAGEREF _Toc289090870 h 17 HYPERLINK l _Toc289090871 3.3.10 下载程序电路 PAGEREF _Toc289090871 h 1

14、8 HYPERLINK l _Toc289090872 4 系统软件设计 PAGEREF _Toc289090872 h 18 HYPERLINK l _Toc289090873 4.1 程序结构说明 PAGEREF _Toc289090873 h 18 HYPERLINK l _Toc289090874 4.2 程序流程图 PAGEREF _Toc289090874 h 19 HYPERLINK l _Toc289090875 4.2.1 主程序 PAGEREF _Toc289090875 h 19 HYPERLINK l _Toc289090876 4.2.2 按键扫描及处理子程序 PAG

15、EREF _Toc289090876 h 20 HYPERLINK l _Toc289090877 4.2.3 数据采集子程序 PAGEREF _Toc289090877 h 21 HYPERLINK l _Toc289090878 4.2.4 数码显示子程序 PAGEREF _Toc289090878 h 22 HYPERLINK l _Toc289090879 4.2.5 语音播放子程序 PAGEREF _Toc289090879 h 23 HYPERLINK l _Toc289090880 4.2.6 超温报警与继电器控制子程序 PAGEREF _Toc289090880 h 24 HY

16、PERLINK l _Toc289090881 5 安装调试及误差测试 PAGEREF _Toc289090881 h 25 HYPERLINK l _Toc289090882 5.1 安装调试工具 PAGEREF _Toc289090882 h 25 HYPERLINK l _Toc289090883 5.2 硬件调试 PAGEREF _Toc289090883 h 25 HYPERLINK l _Toc289090884 5.3 软件调试 PAGEREF _Toc289090884 h 26 HYPERLINK l _Toc289090885 5.4 总体调试 PAGEREF _Toc28

17、9090885 h 27 HYPERLINK l _Toc289090886 5.5 系统误差测试 PAGEREF _Toc289090886 h 28 HYPERLINK l _Toc289090887 结束语 PAGEREF _Toc289090887 h 29 HYPERLINK l _Toc289090888 参考文献 PAGEREF _Toc289090888 h 30 HYPERLINK l _Toc289090889 附 录 PAGEREF _Toc289090889 h 31 HYPERLINK l _Toc289090890 致 谢 PAGEREF _Toc289090890

18、 h 491 引 言温度控制，无论是在工业生产过程中，还是在日常生活中都起着非常重要的作用，过低的温度或过高的温度都会使水资源失去应有的作用，从而造成水资源的巨大浪费。特别是在当前全球水资源极度缺乏的情况下，我们更应该掌握好对水温的控制，在环境恶劣或温度较高等场合下，为了保证生产过程正常平安地进行，提高产品的质量和数量，以及减轻工人的劳动强度、节约能源，就必须要求对加热炉炉温进行测、显示、控制，使之到达工艺标准。自70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛开展，以及自动控制理论和设计方法开展的推动下，国外温度控制系统开展迅速，并在智能化自适应参数自整定等方面取得

19、成果。在这方面以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先，并且都生产出了一批商品化的性能优异的温度控制器及仪器仪表。目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度智能化、小型化等方面快速开展。温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛但从国内生产的温度控制器来讲总体开展水平仍然不高，同国外的日本、美国、德国等先进国家相比仍然有着较大的差距。目前我国在这方面总体技术水平处于20世纪80年代中后期水平，成熟产品主要以“点位控制及常规的PID控制器为主，它只能适应一般的温度系统控制而难于控制滞后复杂时变的温度系统控制，即是说适应于较高控制场合的智能化自适应控制仪表国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用

20、的控制仪表较少。本系统主要采用实验法与文献研究法来进行设计，首先确定系统总体及关键局部的设计思路，接着进行系统软、硬件的设计，然后根据设计方案制造出实物，最后结合软件的调试，进行实物硬件的测试，并完成论文初稿及定稿。设计过程中采用SPCE061A芯片作为该控制系统的核心，主要包括传感器温度采集、按扭操作、单片机控制、语音播报、数码管数字显示等局部，具有一定的特色。创新点是充分利用了SPCE061A单片机成熟的语音处理技术，来实现了语音播报温度的要求。2 方案设计与论证2.1 设计要求2 根本功能1、系统由单片机控制实现。2、具有温度感测和显示功能。3、在水温度降低时能实现自动调整，以保持水温度

21、在一定范围内根本不变。4、语音播报实测温度功能。5、可由人工预设上下限温度值。2 扩展功能1、超温时能够声光报警。2、整数报温。3、按键操作时有语音提示。2.2 系统根本方案选择和论证本设计的任务是基于单片机设计一个电炉水加热控制电路，包括驱动控制，温度采集，执行装置，温度显示四个关键局部。如图2-1所示。单片机温度显示温度采集执行装置语音播放电源电路图2-1 单片机控制方案框图2 驱动控制局部本系统是以单片机为控制核心的控制系统，因此单片机的选择尤其重要，根据系统需求，我们设计了两种方案。方案一：此方案采用89C51单片机【1】实现， MCS-51系列单片机是美国INTE公司于1980年推出

22、的产品，该单片机的应用比拟广泛，因为其软件编程自由度大，可用编程实现各种控制算法和逻辑控制。但是89C51本电路中因为有温度数据采样，所以就需外接模数转换器来满足数据采样，这就要求针对系统的需求，选择适宜的A/D器件，还要根据所选的A/D器件设计外围电路与单片机的接口电路和编写控制A/D器件进行数据采集的单片机程序，这些大大加大了工作量。假设要增加语音播报功能，还需要外接语音芯片及接口，加繁了外围电路设备，实现比拟复杂。此外51单片机内部无在线仿真、编程接口，因此就需要用仿真器来实现软硬件调试，较为繁琐。方案二：此方案采用SPCE061A单片机【2】实现。SPCE061A单片机除具有体积小，集

23、成度高、易扩展、可靠性高、功耗低、结构简单、中断处理能力强等特点外，内置8路ADC，2路DAC。在实现控制系统中，采用SPCE061A为前端采集单元，具有较好的同步性和实时性。而且SPCE061A单片机内嵌32K字闪存FLASH，处理速度高，集成开发环境中，配有很多语音播报系数，实现语音播报极为方便，另外，比拟方便的是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。方案比拟及选择:对两个方案进行比拟，SPCE061A本身的内部结构决定了其内在特性比89C51的特性更加优越，实现起本文所有的要求更加方便，硬件设计也更加简单。故本设计选用SPCE061单片机。2

24、温度采集局部任何温控系统首先要采用温度传感器将温度转化为电信号，因此测温传感器的选择是系统设计必不可少的考虑问题。对于本系统的温度传感器我们设计了两种方案。方案一：用热敏电阻，可满足40摄氏度至90摄氏度测量范围，但热敏电阻可靠性差，测量温度准备率低，重复性也较多,其阻值温度特性曲线是一条指数曲线，非线性十分严重，实际应用中要进行线性化处理比拟复杂,所以对于检测小于1摄氏度的信号不使用热敏电阻。方案二：采用数字式集成温度传感器DS18B20【3】作为感测温度的核心元件，直接输出数字温度信号供单片机处理。由于数字式集成温度传感器DS18B20的高度集成化，大大降低了外接放大转换等电路的误差因素，

25、温度误差很小，并且由于其感测温度的原理与上述两种方案的原理有着本质的不同，使得其温度分辨力极高。温度值在器件内部转换成数字量直接输出，简化了系统程序设计，又由于该传感器采用先进的单总线技术，与单片机的接口变得非常简洁，抗干扰能力强。 经过比拟最终我们选择数字温度传感器DS18B20作为本系统的温度传感器。2 执行装置局部本设计要求控制的温度值须要保持在一定的范围内根本不变，为到达此要求，执行装置的选择很关键，本系统的执行装置我们设计了三种方案。方案一：采用可控硅来控制加热器有效功率。可控硅【4】是一种半控器件，应用于交流电的功率控制有两种形式：控制导通的交流周期数到达控制功率的目的；控制导通角

26、的方式控制交流功率。由交流过零检测电路输出方波经适当延时控制双向可控硅的导通角，延时时间即移相偏移量由温度误差计算得到。可以实现对交流电单个周期有效值周期性控制，保证系统的动态性能指标。该方案可以实现功率的连续调节，因此响应速度快，控制精度也高。但该方案电路稍复杂，需使用光耦合驱动芯片以及变压器等器件，故不采用此方案。方案二：采用普通电磁继电器【4】控制。使用继电器可以很容易实现地通过较高的电压和电流，在正常条件下，工作十分可靠。继电器无需外加光耦，自身即可实现电气隔离。这种电路无法精确实现电热丝功率控制，电热丝只能工作在最大功率或零功率，对控制精度将造成影响。但可以由多路加热丝组成功率控制，

27、由单片机对温差的处理实现分级功率控制以提高系统动态性能。方案三：采用SSR固态继电器【4】控制。除了以上跟普通电磁继电器一样的特性外，SSR固态继电器还具有无机械噪声、无抖动和回跳、开关速度快、体积小质量轻、寿命长、工作可靠等特点，并且耐冲击、抗潮湿、抗腐蚀。基于以上分析以及现有器件限制我们选择SSR固态继电器作为本系统的执行装置。2 温度显示局部方案一：采用三位一体LED数码管【5】显示。可以显示测量温度的数值和小数点的显示。硬件电路的连接也相对简单，只需要有相应的三个三极管作为驱动器件，就能够使温度值直观的显示出来。软件控制温度显示也比拟容易，使用起来相对方便。而且价格廉价，性价比也高。方

28、案二：采用液晶显示器件LCD。它具有：低压、微功耗，显示信息量大，易于彩色化，长寿命，无辐射、无污染等诸多优点。液晶器件也可以显示各种不同的图形和符号，但这些图形符号的显示使得软件算法变的复杂，实现起来也不太容易。而且液晶的价位相对也比拟高。经过比拟我们选择三位一体LED数码管来显示温度。2.3 电路设计最终方案决定综上各方案所述，对此次智能水温控制系统的方案选定为：以凌阳SPACE061A单片机作为主控制系统，由数字温度传感器DS18B20提供温度信号，使用SSR固态继电器作执行部件，采用三位一体八段数码管显示，利用SPCE061A单片机的特性来实现温度数字语音播报。3 系统硬件设计3.1

29、水温控制系统硬件设计总体设计框图及说明系统的硬件结构较简单，具体结构图如图3-1所示：电源电路负载IOA0-IOA2IOA7IOB15DACIOA8-IOA15IOB0-IOB8温度采集键盘设定报警电路语音播报温度显示IOB14继电器 SPACE061A图3-1 系统总设计框图本系统是一个简单的单回路控制系统。为了实现温度的自动测量和控制，本系统采用了SPCE061A单片机作为系统的控制中心，由温度采集模块检测到的温度信号传入单片机，并根据接收到的数据进行处理和控制运算，同时将数据保存，以便与下一次采样值进行比拟，通过软件对所测数据进行数字非线性校正，同时由显示器进行实时显示。根据系统程序控制

30、输出控制，最终由CPU控制加热回路SSR的通断，到达温控的目的。3.2 单片机系统单片机系统是整个硬件系统的核心，它既是协调整机工作的控制器，又是处理数据、系统管理及实现控制算法的处理器。由于我们采用了SPCE061A单片机，其内部已经包含了32K字FLASH ROM和2K字SRAM，因此单片机的最小系统图仅由SPCEO61A组成。本系统采用SPCE061A芯片作为核心部件，SPCE061A内部带有8路ADC和2路的DAC,32个IO口，内置32K字闪存和2K字的静态存储器。用来实现水温控制资源足够使用。图3-2 单片机的最小系统图3-2F的去藕电容提高抗干扰能力。 3 SPCE061A单片机

31、概述随着单片机功能集成化的开展，其应用领域也逐渐地由传统的控制，扩展为控制处理、数据处理以及数字信号处理DSP，Digital Signal Processing等领域。凌阳的16位单片机就是为适应这种开展而设计的。它的CPU内核采用凌阳最新推出的nSPMicrocontroller and Signal Processor16位微处理器芯片以下简称nSP。围绕nSP所形成的16位nSP系列单片机以下简称nSP家族采用的是模块式集成结构,它以nSP内核为中心集成不同规模的ROM、RAM和功能丰富的各种外设接口部件。 SPACE061A单片机内部结构如图3-3所示。其主要功能模块有并行I/O端口

32、、数/模转换ADC、数/模转换DAC、存储器RAM&FLASH、定时器/计数器T/C脉宽调制输出PWM、WatchDog、异步串行通信口UART、指令存放器IR、设备串行口SIO、低电压检测LVD低电压复位等。图3-3 SPACE061A模块结构图nSP内核是一个通用的核结构。除此之外的其它功能模块均为可选结构，亦即这种结构可大可小或可有可无。借助这种通用结构附加可选结构的积木式的构成，便可形成各种不同系列派生产品，以适合不同的应用场合。这样做无疑会使每一种派生产品具有更强的功能和更低的本钱。3 SPCE061A单片机的结构SPCE061A单片微控制器的内部结构图如图3-4所示：图3-4 SP

33、CE061A单片微控制器的内部结构图3 SPCE061A单片机的特点极其主要性能(1) nSP家族有以下特点： 体积小、集成度高、可靠性好且易于扩展 具有较强的中断处理能力 高性能价格比 功能强、效率高的指令系统 低功耗、低电压 (2) SPCE061A单片机的主要性能SPCE061A是继nSP系列产品SPCE500A等之后凌阳科技推出的又一个16位结构的微控制器。具有体积小、集成度高、易扩展、可靠性高、功耗低、结构简单、中断处理能力强等特点，内嵌32K字闪存FLASH，处理速度高，能够很方便地完成普通单片机的功能，尤其适应于语音播报和识别等应用领域。3 SPCE061A芯片的引脚排列和说明

34、目前SPCE061A有两种封装形式：一种为80个引脚，LQFP80封装；另一种为84个引脚，PLCC84封装形式。在本系统中我们用 PLCC84封装形式，它的排列如图3-5所示。 SPCE061A图3-5 SPCE061A PLCC84封装引脚排列图在PLCC84封装中，有15个空余脚，用户使用时这15个空余脚悬浮。在LQFP80封装中有9个空余脚，用户使用时这9个空余脚接地。 此处以PLCC84封装管脚功能介绍，它共有84个引脚，各引脚功能表如表3-1所示。表3-1 SPACE061A管脚描述表管脚名称管脚功能IOA0IOA15 4148，5360I/OA口，16个IOB0IOB15 51，

35、8176，6864I/OB口，16个OSCI 13振荡器输入，采用石英振时，接晶振OSCO 12振荡器输出，采用石英振时，接晶振RESB 6复位信号输入，低电平有效ICE_EN 16ICE使能端，接在线调试器PROBE的使能脚ICE_ENICE_CLK 17ICE时钟脚，接在线调试器PROBE的时钟脚ICE_CLKICE_SDA 18ICE数据脚，接在线调试器PROBE的数据脚ICE_SDAPVIN 20程序保密设定电源输入脚PFUSE 29程序保密设定输入脚DAC1 21音频输出通道1DAC2 22音频输出通道2VREF2 232V参考电压输出脚AGC 25语音输入自动增益控制引脚OPI 2

36、6Microphone第二级运放输入脚MICOUT 27Microphone第一级运放输出脚MICN 28Microphone正向输入脚MICP 33Microphone负想输出脚VRT 35A/D转换参考电压输入脚VCM 34ADC参考电压输出脚VMIC 37Microphone电源SLEEP 63睡眠状态指示，即当CPU进入睡眠状态时，输出高电平VCP 8锁相环压控振荡器阻容输入端XROMT PVPP XTEST(61.69.14)出厂测试管脚，使用时悬空即可VDD 7锁相环PLL电源VSS 9锁相环PLL地模拟信号地数字信号地数字信号电源3.3 局部外围电路设计及分析3 电源电路如图3-

37、6所示是电源局部的电路，SPACE061A单片机的工作电压为3.3V，为了获得标准的3.3V电压，在板子上参加SPY0029A三端稳压器见附录4。5V直流电压经过SPY0029A后给整个系统供电。其中的前后两组电容用来去耦滤波，使其供应芯片的电源更加干净平滑。两个二极管，是为了防止误将电源接反造成不必要损失而设置的，在操作过程中千万不要将电源接反，因为反向电压超过一定的值，二极管将会被损坏，达不到保护的目的。后面的零电阻及其电源、地分成不同的几路是为了减少电磁干扰设置的。S5为电源开关，只需控制S5即可实现电源的开关，操作方便。图3-6 电源电路图中的VDDH为SPCE061A的I/O参考电平

38、，接SPCE061A的51脚步，这种接法使得I/O输出高电平为5V；VDDP为PLL锁相坏电源，接SPCE061A的7脚；VDD和VDDA为数字电源，分别接SPCE061A的15脚和36脚；AVSS1是模拟地，接SPCE061A的24脚；VSS是数字地，接SPCE061A的38脚；AVSS2接音频输出电路的AVSS2。3 时钟电路如图3-7所示，本系统的时钟电路是采用外接32768Hz振荡晶体和两个20pF电容组成的并联谐振回路。32768Hz并不是整个系统运行的时钟频率，它只是提供外部时钟。32768Hz会经过系统内部的锁相环电路进行倍频成为系统时钟频率(Fosc)，然后通过对系统时钟频率进

39、行分频，最终得到CPU时钟频率(CPUCLK)。系统时钟频率和CPU时钟频率可通过对P_SystemClock(写)($7013H)单元编程来控制。具体见表3-2。默认的 Fosc、CPUCLK 分别为24.576MHz 和 Fosc/8。 图3-7 SPCE061A与振荡器的连接表3-2 P_SystemClock(写)($7013H)单元位定义b15-b8b7-b5b4b3b2b1b0PLL频率选择32KHz睡眠状态32KHz方式选择CPU时钟选择1:在备用状态下，32768Hz 时钟仍处于工作状态默认0:在备用状态下，32768Hz时钟被关闭1:32768Hz时钟处强振模式0:32768

40、Hz时钟处自动弱振模式默认b2b1b0CPU时钟频率CPUCLK000Fosc001Fosc/2010Fosc/4011Fosc/8100Fosc/16101Fosc/32110Fosc/64111停止睡眠状态b7b6b5系统时钟频率Fosc00000120.48 MHz01032.768 MHz01140.96 MHz1-49.152 MHz根据设计需要，本系统采用的系统时钟频率(Fosc)和CPU时钟频率(CPUCLK)都为24.576MHz，即*P_SystemClock=0 x0018，b0b2、b5b7都取0值。3 复位电路本系统的复位电路如图3-8所示，当系统处于正常工作状态时，且

41、振荡器稳定后，如果RESB引脚上有一个低电平并维持2个机器周期以上振荡器的起振时间取决于振荡频率，那么CPU就可以响应并将系统复位。当晶振频率为1MHz时，起振时间那么为10ms；晶振频率为10MHz时，起振时间为1ms。本系统振荡频率为24.576MHz，起振时间ms。因此低电平维持的时间大于0.1ms，cpu就能有效复位。取电容C为0.1uF,根据tRC，可得R1K。 图3-8 复位电路 SPACE061A具有低电压自动复位功能，当电源电压低于 2.2V 时，系统会变得不稳定且容易出错。导致电源电压过低的原因很多，如电压的反跳、负载过重、电池电量缺乏。如果电源电压低于2.2V 时，会在4

42、个时钟周期之后产生一个复位信号，使系统复位。低电压复位时序如图3-9 所示。图3-9 复位示意图3 键盘设置电路图3-10为键盘的设置电路。该电路由三个按键构成，分别接到主控芯片的IOA1，IOA2,IOA3引脚，另一端直接接电源。图3-10 键盘电路图KEY1：为选通键，依次按下可以依次选通下、上限温度值的十位、个位、小数位第七次按下为退出选通功能。KEY2：为加一键，每按一次数字加一，在0-9数字之间循环。KEY3：为减一键，每按一次数字减一，在9-0数字之间循环。KEY2 与KEY3组合:为报温键，每同时按一次可以播报一次现时温度值。KEY1与 KEY3组合：为整数报温键，同时按下之后当

43、现时温度为整数值时播报温度，再次同时按下时退出整数报温功能。当用手按下一个键时，如图3-11所示，往往按键在闭合位置和断开位置之间跳几下才稳定到闭合状态的情况；在释放一个键时，也回会出现类似的情况。这就是抖动。抖动的持续时间随键盘材料和操作员而异，不过通常总是不大于10ms。很容易想到，抖动问题不解决就会引起对闭合键的识别。用软件方法可以很容易地解决抖动问题，这就是通过延迟10ms来等待抖动消失，这之后，再读入键盘码。键按下前沿抖动后沿抖动闭合稳定图3-11 按键抖动信号波形3 测温局部电路在此电路中，采用DS18B20数字温度计见附录5。温度测量电路如图3-12所示，1脚接地，3脚接电源，2

44、脚是数据输入/输出引脚，接IOA7，同时通过4.7K上拉电阻接电源，可提供足够电流，保证温度测量的精确度。图3-12 测温电路3 继电器控制电路此电路用于在闭环控制系统中对被控对象实施控制，此处被控对象为热得快，采用对加在热得快两端的电压进行通断的方法进行控制，以实现对水加热功率的调整，从而到达对水温控制的目的。对热得快通断的控制采用SSR固态继电器见附录6。它的使用非常简单，只要在控制端加上一TTL电平，即可实现对继电器的开关。图3-13为通过三极管NPN8050来控制继电器的开关的。继电器采用的是带光电隔离的过零型双向可控硅AC-SSR固态继电器，为使其实现过零控制，就是要实现工频电压的过

45、零检测，并给出脉冲信号，由单片机控制双向可控硅过零脉冲数目。当在其输入端参加撤离控制信号时，输出端接通断开。图3-13 继电器控制电路即本电路的工作原理是：高电平导通，线圈有电，电池结构触点吸合；低电平断开，线圈无电，电池结构触点别离，线路断开。从而控制热得快与电源的通断，来到达加热或冷却水温的目的，最终实现使水温度稳定在设定值上。3 数码显示电路本电路采用共阴极数码管LED5361AS见附录7进行动态显示，LED5361AS具有三位数码管，这三个数码管的段选a、b、c、d、e、f、g、dp分别接在一起，每一个都拥有一个共阴的位选端，通过动态显示方式显示设置温度与测量温度，这有利于节省I/O口

46、。用IOB0IOB8口作为位选控制， IOA8IOA15口传输要显示的数据，数据线和位选线直接接凌阳SPCE061A单片机的I/O口即可，因为I/O口输出电流很小不会对LED造成损坏，它的电压值却足以驱动LED，这不像别的单片机还要外接驱动电路和电阻，采用凌阳SPCE061A单片机大大减化了设计过程和硬件电路。图3-14 数码显示电路此处使用的电阻起限流和稳流作用。LED1显示下限温度值，LED2显示实测温度值，LED3显示上限温度值。3 超温报警电路电路接法如图3-15所示：三极管选定NPN8050，基级b连接一个20欧的电阻后接IOB15，发射极e连接地，集电极c连接蜂鸣器后接5v电压。当

47、实测温度超过所设定的上限温度值时，IOB15口输出高电平，此时三极管导通，导通后蜂鸣器与电源正极连通，构成一个工作回路，从而发出滴滴的报警响声；反之实测温度低于上限温度值时，IOB15口输出低电平，三极管截止，报警响声停止。其中电阻R23在电路里起分压限流的作用，NPN8050三极管起到模拟开关和放大信号的作用。图3-15 超温报警电路3 音频输出电路凌阳SPCE061A单片机自带双通道DAC音频输出， DAC1、DAC2转换输出的模拟量电流信号分别通过AUD1和AUD2管脚输出， DAC输出为电流型输出，所以DAC输出经过SPY0030音频放大，以驱动喇叭放音，这为单片机的音频设计提供了极大

48、方便。本系统的音频局部的原理图如图3-16所示，在图中可以看到一个两针的连接器，其作用在于方便单通道与双通道音频输出的选择。可以选择DAC1或DAC2单通道音频输出，输出音质较差；也可以选择DAC1和DAC2双通道音频输出，输出音质较好。图3-16 音频输出电路本电路使用SPY0030功率放大器，主要是将SPCE061A两路音频输出端通过SPY0030放大，经喇叭播放。SPY0030相当于 LM386但是比386 音质好，而且它的工作电压范围为6V，此处电路只需要2.4V，最大输出功率就可达850mW。而386的工作电压要求至少4V，且输出功率只有100mW。3 下载程序电路本次设计采用ISP

49、 下载方式，此方式使用了SPCE061A的异步串行端口UART实现与PC通信，下载程序时通过电平转换电路将计算机的串口与SPACE061A单片机的IOB7和IOB10连接。电平转换电路通过MAX232模组实现，通信速率为9600波特率，数据5秒传输一次。具体电路连接如下：如图3-17将MAX232模组的Vcc与SPACE061A单片机I/O口的“+连接，GND与 SPACE061A单片机I/O口的“-连接，Tx1与SPACE061A单片机的IOB10口连接，Rx1与SPACE061A单片机的IOB7口连接。图3-17 计算机MAX232 模组与 SPACE061A连接示意图4 系统软件设计4.

50、1 程序结构说明任何一个系统的软件设计【7】都离不开硬件电路的连接，所以本课题硬件设计【8】的高度模块化决定了软件设计的模块化。硬件接口连接如下：IOA0-IOA2KEY1KEY3IOA4IOA6zhishidengIOA7DS18B20IOA8-15LEDa-dp.IOB0-IOB8LED1-3IOB7 IOB10UARTIOB14SSRIOB15baojing由此可知其程序结构应包括：主控程序模块、键盘扫描及处理子程序、采样数据处理子程序、语音播报及显示等子程序几个局部。结构框图如图4-1所示。主控程序模块键盘扫描键值处理温度采样及上传语音播报数码显示声光报警继电控制图4-1 程序结构主控

51、程序模块在整个结构中充当管理者，管理所有子程序的调用，就相当于个人计算机的操作系统。它主要负责初始化各个I/O口，等待键盘事件的发生，并做出相应的处理。并在适当的时候调用数据采样程序，将采样到的数据与键盘设定值比拟，用以控制继电器的开断，从而控制热得快的输出功率，来到达水温调整，并调用语音播报程序，播报水的温度。4.2 程序流程图4 主程序程序按照模块化设计，所有功能都可通过调用子程序完成，主程序较简单，流程图如图4-2所示。NY开始系统初始化键盘扫描温度显示是否有采样数据处理N语音播报超温报警继电器控制Y取键值键值处理图4-2 主程序流程图4.2.2 按键扫描及处理子程序图4-3为按键扫描及

52、处理子程序。通过此子程序可以预设系统的上下限温度值。当S1键按下时，经过扫描、延时、再扫描，进行去抖处理。当S1键松开时，标识为1选通下限十位，再次按下松开S1键时，标识增1为2选通下限个位，以此类推，最后标识为7时退出选通功能。在此期间当检测到S2或S3键按下时，显示的数字将会加1或减1。在按键的同时会有相应的语音提示。7YS1按下否？S1按下否？显示下限十位，播1显示下限个位，播2显示上限十位，播4显示上限个位，播5显示上限小数位，播6显示下限小数位，播3NNYYNYN1Y2Y3Y4Y5Y6Y调用Delay程序延时退出选通，播ok调用Delay程序S1释放否？S2或S3按下否？返回数字加或

53、减1，播显示数字开始图4-3 按键扫描及处理子程序流程图4 数据采集子程序数据采集子程序流程图如图4-4所示。在测温时首先设置DS18B20的I/O口为高电平，然后初始化DS18B20，在成功后DS18B20接收单片机的命令，然后再次初始化DS18B20在成功后启动测温，返回。NYY开始设置I/O口为1初始化DS18B20是否成功？写DS18B20命令长时间延时初始化DS18B20是否成功？写DS18B20命令，开始测温循环取得温度返回N图4-4 数据采集子程序流程图4 数码显示子程序数码显示子程序流程图如图4-5所示。系统利用数码管进行数值的显示，为了节省IO口，在这里采用动态扫描模式【6】

54、。具体就是向IOB口和IOA口分别送待显示的七段数码管的段码和位码，然后延时一段时间。然后进行下一位数字的显示。如果要显示的三位数字都显示完毕，那么循环显示第一个要显示的数字单元。如此循环，到达稳定显示的目的。开始动态显示初始化送显示位位代码送显示位段代码调用Delay延时程序指向下个显示缓冲单元三位显示结束？结束YN图4-5 数码显示子程序流程图4.2.5 语音播放子程序图4-6为语音播放子程序。语音播放的原理很简单，具体过程是将单片机中存储的语音数据顺序取出，解码后，以8kHz的速率进行D/A转换输出，经电容滤波后，恢复原始语音波形，通过三极管驱动扬声器放音。播放循环开始开始播放停止播放语

55、音资源中断效劳播放队列返回设置中断YN播放完毕？解码，填入播放队列播放初始化定时中断从播放队列取出数据送DAC输出图4-6 语音播放子程序流程图4 超温报警与继电器控制子程序图4-7为超温报警与继电器控制子程序。此子程序主要是通过比拟实测温度与预设的上下限温度的大小来控制报警电路及继电器电路。当实测温度小于下限值时，黄灯亮警示，同时继电器接通。当实测温度在上下限之间时，绿灯亮说明温度正常，假设标识CC=1时，继电器接通，而CC=0时，继电器断开。当实测温度大于上限值时，红灯亮说明超温，同时蜂鸣器滴滴报警，继电器断开。CC=0CC=1YYNN实测温度大于下限值？实测温度小于上限值？绿灯亮黄灯亮红

56、灯亮返回报警继电器接通继电器接通继电器断开继电器断开开始图4-7 超温报警与继电器控制子程序流程图5 安装调试及误差测试5.1 安装调试工具电脑、5V电源、数字万用表、温度计0100、小喇叭、下载线、连接线假设干、焊接工具一套。5.2 硬件调试本系统是采用模块式设计的，包括电源、单片机最小系统、数码显示、音频输出、温度采集、超温报警及执行装置七大模块。对本系统进行安装硬件调试时，可以分模块进行，安装完一个模块之后调试一个模块，这样可以更容易找出硬件中存在的问题。1硬件调试过程：第一步：调试电源模块，连接5V稳压源，当电源接通时，红色的发光二极管会点亮，此时用数字万用表检测输出电压，正常的输出电

57、压应为3.3V。第二步：调试单片机最小系统模块，连接3.3V电源，在电脑上编一个用按键控制二极管亮灭的简单程序，然后把它下载进单片机里面运行，假设能正常工作，说明单片机的最小系统模块没有问题。第三步：调试数码显示模块，将数码管的数据传送IO口和选通IO口用连接线连接5V稳压源，送入高电平，此时数码管应能被点亮。第四步：调试音频输出模块，结合程序进行调试，编一个简单的语音输出播报程序，下载进单片机运行，看能否正常播报。第五步：对温度采集，超温报警及执行装置模块进行调试，因这3个模块电路较简单，设计一般不会出现问题，所以只需用数字万用表检测其电路有无短路和断路即可。2硬件调试过程中遇到的问题及解决

58、方法问题一：调试电源模块时，电源接通后，红色的发光二极管没有点亮，输出电压为零。解决方法：由以上现象判断可能是电路中出现了短路故障。认真检测一遍电路之后，发现两个稳压二极管正负接反了，导致短路。把稳压管正常连接之后，电源模块恢复了正常工作。问题二：单片机最小系统没有工作。解决方法：因单片机共有84个引脚，电路较复杂，布线时电路宽度设计比拟小，单片机最小系统没有工作，电路中出现短路或断路的可能性很大。用数字万用表认真检测了一遍电路，最后确定确实是电路中出现了多处断路及引脚焊接不到位。一一改正之后，单片机最小系统恢复了正常。问题三：数码管没有被点亮。解决方法：此现象一般是电路或三极管出现了问题，用

59、数字万用表检查电路之后没有发现问题，接着检查三极管，发现三极管1、3管脚接反了，改正之后数码管点亮了。5.3 软件调试本系统使用到的程序由主程序和按键扫描处理、语音播报、数码显示、温度采集、超温报警、执行装置控制6个子程序组成。1软件调试过程：对本系统进行软件调试时，采用unSP IDE D编程软件来编写程序，编写好各个子程序进行编译与链接，然后分别下载到单片机里运行，根据运行的结果修改程序，直到能实现所要求的功能为止。最后把各个子程序整合起来，完善成一个程序。2软件调试过程中遇到的问题及解决方法问题一：显示的温度值一直不停地闪烁。解决方法：查阅相关资料后得知，发现是运行完程序之后，没有及时清

60、看门狗而导致一直复位造成的，加上清看门狗相关程序后，温度显示稳定了。问题二：显示的温度值出现十位与个位重叠的现象。解决的方法：本次数码显示采用动态扫描方式，出现重叠现象，有可能是位与位之间扫描延时太短，导致扫描过快，温度值的十、个位都被送到了同一个数码管而发生重叠。根据这一思路，相应的加长了延时时间，最后发现温度显示正常了。问题三：按键反响不灵敏，需按几下才做出反响。解决的方法：认真检查几遍程序之后终于发现是按键的检测程序出现了问题，修改前的思路是当检测到控制按键的IO口不为低电平时，确定有按键被按下，这样会导致按键按下时系统同时扫描所有控制按键的IO口之后才做出判断，产生了一定延时而导致按键