基于凌阳单片机的温度检测系统设计

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）BasedonSunplussingle-chipoftemperaturedetectionsystemdesignAbstractTemperatureisoneofthemostbasicparametersinindustrialproductionandlife,intheirdailylivesandindustrialprocesscontrol,oftenneedtomeasuretemperature,andanalysetheresultsofthetemperatureinordertomakethedeal,whichhasanimportantroletoincreaseproductivitionefficiencyandqualityoflife.ThedesignusesPt100asthetemperaturesensor,usessingle-chipSPCE061Aasthehardwarecomponents,designedanewtypeoftemperaturedetectionsystem,whilehasthefunctionswiththeinitialtemperatureset,temperaturevoicebroadcast,temperaturedisplay,manualresetandcorrecttheerrorautomatically.Thissystemstructureissimple,thevolumeissmall,thecostislow,thesceneadaptivenessisstrong,theexaminationisaccurate,thereliabilityishigh.Thisdesignhasmainlycompletedthetemperatureexaminationoverallconceptdesign,thesystem'smastercontrolhardwareflowchart,thesensorelectriccircuitwhichiscomposedoftheelectricbridgeandthedifferenceamplifyingcircuit,themonolithicintegratedcircuit'ssmallestsystemcircuit,theaudiofrequencyoutputcircuit,thesystemmasterroutinesoftwaredesignandthesysteminitialization,A/Dtransformationandthepronunciationprocessingsmallsteelyardproceduresoftwaredesign.Keywords：Single-chipSunplus，Pt100，voicebroadcast内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）目录摘要 IAbstract II第一章绪论 11.1引言 11.2国内外温度检测技术概述 21.2.1温度检测技术简介 21.2.2温度检测技术的发展 31.3本设计的主要内容 4第二章总体方案设计 52.1温度传感器设计方案选择 52.2单片机选择 52.3系统总体框图 6第三章硬件电路设计 73.1基于单片机的温度采集系统 73.1.1采集系统简介 73.1.2温度检测电路 73.1.3Pt100热电阻简介 83.1.4差分放大电路 93.2SPCE061A电路 103.2.1SPCE061A芯片简介 103.2.2系统时钟 133.2.3锁相环PLL(PhaseLockLoop)振荡器 143.2.4CPU实时钟 143.2.5时间基准信号 143.2.6SPCE061A最小系统 153.2.7CPU复位电路 153.3音频输出电路 163.3.1语音背景介绍 163.3.2SPY0030简介 183.3.3音频放大电路 183.4键盘电路 193.5LED显示电路 203.5.1数码管简介 203.5.2显示电路 223.6电源电路 22第四章软件设计 244.1软件结构 244.2主程序流程图 244.3A/D转换实现 264.3.1A/D输入接口的结构 264.3.2A/D采样处理 274.4显示流程图 284.4.1显示部分流程图 284.4.2IRQ6_TMB2中断 304.5键盘设置流程图 304.6语音程序 314.6.1语音播放过程 314.6.2语音程序流程图 324.6.3语音中断流程图 33第五章抗干扰分析和系统调试 355.1抗干扰分析 355.1.1系统干扰的基本分析 355.1.2干扰源及其一般分类 355.1.3抗干扰措施 365.2系统调试 385.2.1调试环境 385.2.2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1.1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。1.2国内外温度检测技术概述1.2.1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1~2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，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，1.2.2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用前景[2]。1.3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。第二章总体方案设计2.1温度传感器设计方案选择方案一：采用热敏电阻，可满足40℃~90℃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-55~+125℃，在-10~+85℃范围内,精度为±0.5℃。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0~100℃时，最大非线性偏差小于0.5℃。铂电阻与温度关系是；其中Rt是温度为t℃时的电阻；R0是温度为0℃时的电阻；t为任意温度值，A、2.2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。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]。2.3系统总体框图本系统总体设计方案框图如图2.1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。图2.1基于凌阳单片机的温度检测系统总体框图第三章硬件电路设计3.1基于单片机的温度采集系统3.1.1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。3.1.2温度检测电路如图3.1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）。3.1温度检测电路3.1.3Pt100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0~100℃之间变化时，最大非线性偏差小于0.5℃。（1）-200<t<0℃时，（2）0≤t≤850℃时，式中，A=0.00390802；B=-0.000000580；C=0.0000000000042735。可见Pt100在常温0~100℃之间变化时线性度非常好，其阻值表达式可近似简化为：RPt=100（1+At），当温度变化1℃，Pt100阻值近似变化0.Pt100温度传感器的主要技术参数如下：测量范围：-200℃～+850℃允许偏差值△℃：A级±（0.15＋0.002│t│），B级±（0.30＋0.005│t│）；热响应时间<30s；最小置入深度：热电阻的最小置入深度≥200mm；允通电流≤5mA。另外，Pt100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。如下表3.1所示为Pt100的分度表（0℃~100℃表3.1Pt100分度℃0123456780100.0100.3100.7101.1101.5101.9102.3102.7103.110103.9104.2104.6105.0105.4105.8106.2106.6107.020107.7108.1108.7108.9109.3109.7110.1110.5110.930111.6112.0112.4112.8113.2113.6114.9114.3114.740115.5115.9116.3116.7117.0117.4117.8118.2118.650119.4119.7120.1120.5120.9121.3121.7122.0122.460123.2123.6124.0124.3124.7125.1125.5125.9126.370127.0127.4127.8128.2128.6128.9129.3129.7130.180130.8131.2131.6132.0132.4132.8133.1133.5133.990134.7135.0135.4135.8136.2136.6136.9137.3137.7100138.5138.8139.2139.6140.0140.3140.7141.1141.5测量电路采用电桥电路，电桥电路能够很好的抑制温度漂移影响，同时为了对电压信号的波动也能起到很好的抑制，电桥供电采用三端可编程并联稳压二极管TL431，能够产生稳定的2.5V直流电压基准。为了使温度变化时电桥输出的信号尽可能大,选择，这里取R2=100,R3=R4=150。同时为了避免流过Pt100传感器的电流过大使其发热进而导致非线性失真增大，电桥电流不宜太高，一般要求Im<5mA。所以在电桥上边加了一个限流电阻R23。3.1.4差分放大电路放大电路采用两级差分放大，采用LM358集成运算放大器，LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关[6]。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。LM358特点如下：（1）内部频率补偿；（2）直流电压增益高(约100dB)；（3）单倍增益频带宽(约1MHz)；（4）电源电压范围宽：单电源(3—30V)；双电源(±1.5一±15V)；（5）低功耗电流，适合于电池供电；（6）低输入失调电压和失调电流；（7）共模输入电压范围宽，包括接地；（8）差模输入电压范围宽，等于电源电压范围；（9）输出电压范围大(0至Vcc-1.5V)；为了防止单级放大倍数过高带来的非线性误差，放大电路采用两级放大，如图3.1所示，前一级为6倍放大，后一级为3倍放大，总体的线性放大性能良好。温度在0~100℃变化，当温度上升时，RPt阻值变大，桥路中一端电压降低，而另一端保持不变，运放U1的差模输入信号变大，所以U1的输出端电压变大，U2的差模输入信号随之变大，所以放大电路的最终放大电压输出U03.2SPCE061A电路3.2.1SPCE061A芯片简介（1）总体特征SPCE061A的结构比较简单，在芯片内部集成了ICE仿真电路接口、FLASH程序存储器、SRAM数据存储器、通用I/O端口、定时器/计数器、中断控制、CPU时钟、模-数转换器A/D、DAC输出、通用异步串行输入输出接口、串行输入输出接口、低电压监测/低电压复位等若干部分，并且各个部分之间存在着直接或间接的联系。（2）µ’nSP的内核µ’nSP的内核由总线、算术逻辑运算单元、寄存器组、中断系统及堆栈等部分组成。µ’nSP是16位单片机，它具有16位数据线和22位地址线。由此决定其基本数据类型是16位的“word”型，而不是8位的“Byte”型；因而每次存储器都是按“word”操作的，22位地址线最多可寻访4M字的存储容量。µ’nSP与大多数CPU类似，提供了基本的算术运算与逻辑操作指令，加、减、比较、取补、异或、或、与、测试、写入、读出等16位算术逻辑运算及数据传送操作。µ’nSP的CPU寄存器组里有8个16位寄存器，可分为通用型寄存器和专用型寄存器两大类别。通用型寄存器包括：R1~R4，作为算术逻辑运算的源及目标寄存器。专用型寄存器包括SP、BP、SR、PC，是与CPU特定用途相关的寄存器[7]。（3）存储器SPCE061A有2K字的SRAM(包括堆栈区)，其地址范围从0x0000到0x07FF。前64个字，即0x0000～0x003F地址范围内可采用6位地址直接地址寻址方法，寻访速度为2个CPU时钟周期；其余0x0040～0x07FF地址范围内存储器的寻访速度则为3个CPU时钟周期。SPCE061A是一个用闪存替代掩膜ROM的MTP(多次编程)芯片，具有32K字(32K*16bit)闪存容量。用户可用闪存来存储用户程序。为了安全起见，不对用户开放整体擦除功能。用户必须通过向P_Flash_Ctrl(写)($7555H)单元写入0xAAAA，来激活闪存的存取功能，从而访问闪存。然后，向P_Flash_Ctrl(写)($7555H)单元写入0x5511，来擦除页的内容。写入0x5533，对闪存编程。这些指令不能被任何其他的操作包括中断、ICE的单步跟踪动作打断。这是因为闪存控制器必须保证闪存处于编程状态。如果一些其它的进程插入到当前的执行队列里，闪存的状态将发生改变，擦除页和编程的操作不能再继续进行。此外，为保证程序的正确编写，用户必须在编程之前擦除页的内容。页大小为0x100。第一页地址范围：0x8000～0x80FF，最后一页的地址范围：0xFF00～0xFFFF。0xFC00～0xFFFF范围内的地址由系统保留，用户最好不要用本范围内的地址。32K字的内嵌式闪存被划分为128个页(每个页存储容量为256个字)，它们在CPU正常运行状态下均可通过程序擦除或写入。全部32K字闪存均可在ICE工作方式下被编程写入或被擦除。（4）输入/输出接口输入/输出接口（也可简称为I/O口）是单片机与外设交换信息的通道。输入端口负责从外界接收检测信号、键盘信号等各种开关量信号。输出端口负责向外界输送由内部电路产生的处理结果、显示信息、控制命令、驱动信号等。µ’nSP内有并行和串行两种方式的I/O口。并行口线路成本较高，但是传输速率也很高；与并行口相比，串行口的传输速率较低但可以节省大量的线路成本。SPCE061A有两个16位通用的并行I/O口：A口和B口。这两个口的每一位都可通过编程单独定义成输入或输出口[7]。SPCE061A提供了位控制结构的32位I/O端口，每一位都可以被单独定义用于输入或输出数据。通常，对某一位的设定包括以下三个基本项：数据向量Data、属性向量Attribution和方向控制向量Direction。分别由[P_IOA(B)_Data]、[P_IOA(B)_Dir]和[P_IOA(B)_Attrib]等单元来设置。3个端口内每个对应的位组合在一起，形成一个控制字，用来定义相应I/O口位的输入输出状态和方式。A口和B口的Data、Attribution和Direction的设定值均在不同的寄存器里，编程时需要对其地址声明。（5）WatchDogSPCE061A的WatchDog清除时间周期为0.75s。因为WatchDog的溢出复位信号WatchDog_Reset是由4Hz时基信号经4分频之后产生的，即每4个4Hz时基信号(1s)将会产生一个WatchDog_Reset信号，如图2.22所示。而清除WatchDog的WatchDog_Clear信号却可以发生在4Hz信号(0.25s)之间的任意一个时刻点上。假如WatchDog_Clear信号发生在4Hz信号尾端的0.01s即第0.25s时刻，此时虽然WatchDog被清掉，但由于它发生在4Hz信号之后，再经3个4Hz信号即0.75s，如果一直没有WatchDog_Clear信号，便会产生出一个WatchDog_Reset信号。注意：SPCE061A的看门狗功能是上电自动使能，不能够被屏蔽。因此用户使用时，注意要在0.75s内，进行清狗操作。当然，如果WatchDog_Clear信号发生在4Hz信号始端的0.01s，则经过0.99s若无WatchDog_Clear信号便会产生WatchDog_Reset信号。因此，清除WatchDog的时间周期为0.75s清除WatchDog只需写入P_WatchDog_Clear单元‘0x0001’即可。此外，若32768Hz振荡器被打开，则在空闲方式期间WatchDog功能是被激活的。3.2.2系统时钟不同型号的μ’nSP™单片机，其系统时钟提供的方式不同，例如SPMC701FM0A，其外部时钟振荡器有两个，一个是6MHz晶振或者RC振荡电路，另一个是32768Hz晶振。6MHz晶振用于提供给内部的锁相环振荡器，32768Hz晶振用于提供时间基准信号。而SPCE061A单片机的系统时钟与SPMC701又有不同，SPCE061A的系统时钟由时钟发生器（32768hz晶振）、锁相环（PLL）和时基信号（RTC）组成[7]。32768Hz的晶体振荡器经过PLL倍频电路产生系统时钟频率(Fosc)，Fosc再经过分频得到CPU时钟频率(CPUCLK)。默认的Fosc、CPUCLK分别为24.576MHz和Fosc/8。此外，32768Hz振荡器有两种工作方式：强振模式和自动弱振模式。处于强振模式时，RTC振荡器始终运行在高耗能的状态下。处于自动弱振模式时，系统在上电复位后的前7.5S内处于强振模式，然后自动切换到弱振模式以降低功耗[8]。CPU被唤醒后默认的时钟频率为Fosc/8，用户可以根据需要调整该值。3.2.3锁相环PLL(PhaseLockLoop)振荡器PLL电路的作用是将系统提供的实时时钟的基频(32768Hz)进行倍频，调整至49.152MHz、40.96MHz、32.768MHz、24.576MHz或20.480MHz。系统默认的PLL自激振荡频率为24.576MHz，PLL的作用如图3.2所示。图3.2PLL作用3.2.4CPU实时钟SPCE061A的实时钟电路采用晶体振荡器电路。如图3.3为SPCE061A时钟电路的接线图。外接32768Hz晶振和两个20pF电容。SPCE061A通过对32768Hz实时钟分频，提供多种实时钟中断。推荐使用外接32768Hz晶振，因阻容振荡的电路时钟不如外接晶振准确。图3.3时钟电路3.2.5时间基准信号时间基准信号，简称时基信号，来自于32768Hz实时时钟，通过频率选择组合而成。时基信号发生器可以通过分频产生2Hz，4Hz，8Hz，16Hz，32Hz，1024Hz、2048Hz以及4096Hz的时基信号。3.2.6SPCE061A最小系统最小系统接线如图3.4所示，在OSC0、OSC1端接上晶振及谐振电容，在锁相环压控振荡器的阻容输入VCP端接上相应的电容电阻后即可工作。其它不用的电源端和地端接上0.1μF的去藕电容提高抗干扰能力[9]。图3.4SPCE061A最小系统电路3.2.7CPU复位电路SPCE061A复位电路如图3.5所示，只要在RESB端加上一个低电平就可令其复位。该电路可实现手动复位和上电复位两种功能。图3.5复位电路当电源电压低于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有很多，如电压反跳、负载过重、电池电量不足等。LVR电路在检测到电源电压低于2.2V的4个时钟周期之后产生一个复位信号，使系统复位[9]。3.3音频输出电路3.3.1语音背景介绍（1）音频的概述（特点、分类）我们所说的音频是指频率在20Hz～20kHz的声音信号，分为：波形声音、语音和音乐三种，其中波形声音就是自然界中所有的声音，是声音数字化的基础。语音也可以表示为波形声音，但波形声音表示不出语言、语音学的内涵[10]。语音是对讲话声音的一次抽象。是语言的载体，是人类社会特有的一种信息系统，是社会交际工具的符号。音乐与语音相比更规范一些，是符号化了的声音。但音乐不能对所有的声音进行符号化。乐谱是符号化声音的符号组，表示比单个符号更复杂的声音信息内容。（2）WAVE语音文件简介WAVE文件使用三个参数来表示声音它们是：采样位数、采样频率和声道数。在计算机中采样位数一般有8位和16位两种，而采样频率一般有11025Hz（11KHz），22050Hz（22KHz）、44100Hz（44KHz）三种。我们以单声道为例，则一般WAVE文件的比特率可达到88K—704Kbps。具体介绍如下：首先，WAVE格式是Microsoft公司开发的一种声音文件格式，它符合RIFF（ResourceInterchangeFileFormat）文件规范，用于保存Windows平台的音频信息资源，被Windows平台及其应用程序所广泛支持。其次，WAVE格式支持MSADPCM、CCITTALaw、CCITTμLaw和其它压缩算法，支持多种音频位数、采样频率和声道，是PC机上最为流行的声音文件格式，但其文件尺寸较大，多用于存储简短的声音片段。（3）语音压缩编码基础语音压缩编码中的数据量是指：数据量=(采样频率×量化位数)/8(字节数)×声道数目。压缩编码的目的：通过对资料的压缩，达到高效率存储和转换资料的结果，即在保证一定声音质量的条件下，以最小的资料率来表达和传送声音信息。实际应用中，未经压缩编码的音频资料量很大，进行传输或存储是不现实的。所以要通过对信号趋势的预测和冗余信息处理，进行资料的压缩，这样就可以使我们用较少的资源建立更多的信息。常见的几种音频压缩编码：波形编码是将时间域信号直接变换为数字代码，力图使重建语音波形保持原语音信号的波形形状。波形编码的基本原理是在时间轴上对模拟语音按一定的速率抽样，然后将幅度样本分层量化，并用代码表示。译码是其反过程，将收到的数字序列经过译码和滤波恢复成模拟信号。波形编码特点：高话音质量、高码率，适于高保真音乐及语音。参数编码是指参数编码又称为声源编码，是将信源信号在频率域或其它正交变换域提取特征参数，并将其变换成数字代码进行传输。译码为其反过程，将收到的数字序列经变换恢复特征参量，再根据特征参量重建语音信号。具体说，参数编码是通过对语音信号特征参数的提取和编码，力图使重建语音信号具有尽可能高的准确性，但重建信号的波形同原语音信号的波形可能会有相当大的差别。混合编码是指混合编码使用参数编码技术和波形编码技术，计算机的发展为语音编码技术的研究提供了强有力的工具，大规模、超大规模集成电路的出现，为语音编码的实现提供了基础[10]。3.3.2SPY0030简介SPY0030A为音频功率放大集成电路，它的放大倍率由外接电阻进行调整，最大功放倍数为20倍。适用于凌阳SPCE、SPL、SPF系列芯片。SPY0030A应用简单，也适用于其它类产品芯片。其性能特点为：宽电压工作范围2.4V～6V；双输出模式；低失真；最低工作电流为1.0µA[11]。SPY0030A音频放大器的引脚结构图如下图3.6所示。其中的3、8脚为这个器件的电源输入口，其中3脚为接地端，8脚为电源端；1、2脚分别为音频输出负端和正端，4、5脚分别为音频输入的负端和正端，6脚为参考电压，7脚为芯片使能端。其管脚图功能见下表：表3.2SPY0030管脚功能管脚表示类型（O输入,I输出）描述1SPNO音频输出负端2SPPO音频输出正端3VSSI地4INNI音频输入负端5ACINI音频输入正端6VREFO参考电压7CEI芯片使能端8VDDI电源3.3.3音频放大电路凌阳的SPCE061A是16位单片机，具有DSP功能，有很强的信息处理能力，最高时钟可达到49M，具备运算速度高的优势等等，这为语音的播放、录放、合成及辨识提供了条件。另外SPCE061A单片机具有32k闪存，用凌阳CompressTool事先把所需要的语音信号录制好，本系统共包括十多个语音资源，整个语音信号经凌阳SACM_S480压缩算法压缩只占有13.2K，对凌阳SPCE061A单片机的存储系统来说绰绰有余。凌阳SPCE061A单片机自带双通道DAC音频输出，SPCE061A芯片已经集中了音频输入专用ADC以及AGC放大电路，因此芯片的外部电路比较简单。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，经SPY0030音频放大，即可驱动喇叭放音，放大电路如图3.6(只列出了DAC1,DAC2类似)。在DAC1、DAC2后面接一个简单的音频放大电路和喇叭就能实现语音播报功能，这为单片机的音频设计提供了极大方便，音频的具体功能主要通过程序来实现[12]。图3.7音频放大电路3.4键盘电路IOA0接KEY1,IOA1接KEY2,IOA2接KEY3,IOA3接KEY3。KEY1:设置温度的十位数；0—9KEY2:设置温度的个位数；0--9KEY3:温度设置确认并播报温度设定值和检测值；KEY3用于触发AD。系统上电后，数码管全部显示为零，根据按KEY1次数,十位的数码管顺序增加。同样KEY2,也如此。按KEY3后，系统开始测温并语音播报变化的整数值温度。按KEY3系统开始进行AD采样。其键盘电路如图3.8所示：图3.8按键电路3.5LED显示电路3.5.1数码管简介LED数码显示是一种由LED发光二极管组合显示字符的显示器件。它使用了8个LED发光二极管,其中7个用于显示字符,1个用于显示小数点,故通常称之为7段(也有称作8段)发光二极管数码显示器。其内部结构如图3.9所示。图3.9LED数码管内部结构图(1)LED数码显示器有两种连接方法：共阳极接法：把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极，使用时公共阳极接+5V,每个发光二极管的阴极通过电阻与输入端相连。共阴极接法：把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极，使用时公共阴极接地。每个发光二极管的阳极通过电阻与输入端相连。为了显示字符,要为LED显示器提供显示段码(或称字形代码)，组成一个“8”字形字符的7段,再加上1个小数点位,共计8段,因此提供给LED显示器的显示段码为1个字节[13]。各段码位的对应关系如下：表3.3数字、字母与7段代码关系表字型共阳极段码共阴极段码字型共阳极段码共阴极段码0C0H3FH990H6FH1F9H06HA88H77H2A4H5BHb83H7CH3B0H4FHCC6H39H499H66HdA1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF84H71H7F8H07H空白FFH00H880H7FHP8CH73H(2)单片机与LED数码显示器有以硬件为主和以软件为主的两种接口方法。硬件接口方法：LED数码管与译码器相连，通过硬件译码。软件接口方法:它是以软件查表代替硬件译码,不但省去了译码器,而且还能显示更多的字符。但是驱动器是必不可少的,因为仅靠接口提供不了较大的电流供LED显示器使用,对于以软件为主的接口电路来说,其显示方法有静态显示和动态显示两种。动态显示：如果要在同一时刻显示不同的字符,从电路上看,这是办不到的。因此只能利用人眼对视觉的暂留效应,采用动态扫描显示的方法,逐个地循环点亮各位数码管,每位显示1ms左右，使人看起来就好象在同时显示不同的字符一样。在进行动态扫描显示时,往往事先并不知道应显示什么内容,这样也就无从选择被显示字符的显示段码。为此,一般采用查表的方法,由待显示的字符通过查表得到其对应的显示段码。这种方式耗电少、硬件成本低，但需占用较多的CPU时间，故在工业控制中应用较少。静态显示：所谓静态显示,就是在同一时刻只显示1种字符,或者说被显示的字符在同一时刻是稳定不变的。其显示方法比较简单,就是利用锁存器将各显示单元锁定，直到更新显示内容为止。它的优点是软件不必动态扫描，送出段码后可锁存，直到需更改显示字符，软件简单，占用CPU时间较少，工作可靠，同时由于始终保持显示而亮度较好。由于本系统需要对控制信号进行实时操作，故采用静态显示方式以减少CPU的负担。3.5.2显示电路图3.9LED显示电路如图3.9所示。本系统采用三位数码管显示，该显示通过三极管控制LED片选。LED显示器中每个发光二极管要通过5mA—20mA电流才能达到正常亮度，SPCE061A的输入电流可达到12mA，输出可达5mA，实际上不用驱动电路即可达到正常亮度，这里为了可靠性设计采用晶体管构成驱动电路。整个显示过程中采用动态显示，即三位显示器逐一轮流显示，每位持续1ms，10ms或20ms之内循环一遍，当然可以适当进行更改，但刷新速度不要小于每秒三十桢。这样，由于视觉暂留现象，我们看到的便是3只显示器同时在显示。3.6电源电路SPCE061A内核电压要求为3.3V，而I/O端口的电压可以选择3.3V也可以选择5V。所以，在板上具有两种工作电压：5V和3.3V.如图3.10所示为电源部分电路原理图。图3.10电源电路原理图如图所示其中的前后两组电容用来去耦滤波，使其供给芯片的电源更加干净平滑。为了获得标准的3.3V电压，在板子上加入SPY0029三端稳压器。后面的零电阻及其电源、地分成不同的几路是为减少电磁干扰设置的。采用零电阻，目的在于实现单点接地的抗干扰技术。由于加入了零电阻，电源分为了模拟电源、PPL电路电源、喇叭驱动电源、数字电源，共计四种电源；而地线则被分为了模拟地、数字地、喇叭驱动地这三种地线。不同的电源线由于有着不同的线号，功率消耗最大的是喇叭，并且在放音的时候，会引起电压的波动，所以需要单独为其提供一条电源线与地线，目的在于减小对其它器件的干扰。另外，3.3V的稳压芯片SPY0029可以把输入电压5V稳压到3.3V。SPY0029具有静态电流低，驱动能力强，线性调整出色等特点[17]。图中的VDDH3为SPCE061A的I/O电平参考点，如果该引脚接SPCE061A的51脚，可使I/O输出高电平为3.3V；VDDP为锁相环电源，接SPCE061A的7脚；VDD与VDDH分别为数字电源和模拟电源，分别接SPCE061A的15脚和36脚；VSSA是模拟地接SPCE061A的24脚，VSSDAC是数字地接SPCE061A的38脚，VSSP接音频输出电路的AVSS2。 第四章软件设计4.1软件结构图4.1软件结构框图如图4.1所示为其软件结构，图中可以看出各文件之间的调用关系。下面简要介绍一下各个程序文件的功能：（1）main.c主程序文件，实现系统的初始化，整个系统的运行控制，键值的处理和语音处理。（2）Led.asm数码管显示文件，包含显示的端口初始化，显存的刷新。（3）Key.asm按键函数文件，按键的初始化、扫描及获取键值。（4）hardware.asm语音的API函数文件，内含语音播放必须的用户接口函数（5）isr.asm中断服务函数文件：系统的显示刷新、AD采样定时、语音的解码均通过中断完成。4.2主程序流程图程序的控制思想：系统运行后首先初始化I/O，Timer等部件,初始化完成之后，将进行温度的采样，并执行温度比较，如果温度大于设定温度，将进行超温语音提示。主程序循环过程中不断的扫描按键，如果有按键触发将会调用键值处理函数。其软件流程图如图4.2所示：图4.2主程序流程图4.3A/D转换实现4.3.1A/DSPCE061A内置8通道10位模-数转换器，其中7个通道用于将模拟量信号转换为数字量信号，可以直接通过引线(IOA[0~6])输入。另外一个通道IOA7只用于语音输入，即通过内置自动增益控制的麦克风通道(MIC_IN)输入。实际上可以把模数转换器看作是一个实现模/数信号转换的编码器。在ADC内，由数模转换器DAC0和逐次逼近寄存器SAR组成逐次逼近式模-数转换器。向P_ADC_Ctrl(写)($7015H)单元第0位(ADE)写入“1”用以激活ADC。系统默认设置为ADE=0，即屏蔽ADC。ADC采用自动方式工作。硬件ADC的最高速率限定为(Fosc/32/12)Hz，如果速率超过此值，当从P_ADC(读)($7014H)单元读出数据时会发生错误。在ADC自动方式被启用后，会产生出一个启动信号，即RDY=0。此时，DAC0的电压模拟量输出值与外部的电压模拟量输入值进行比较，以尽快找出外部电压模拟量的数字量输出值。逐次逼近式控制首先将SAR中数据的最高有效位试设为“1”，而其它位则全设为“0”即1000000000B。这时DAC0输出电压VDAC0就会与输入电压Vin进行比较。如果Vin>VDAC0，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Vin>VDAC0，则仍保持原先设置位的值，否则便清“0当10位A/D转换完成时，RDY会被置“1”。此时，用户通过读取P_ADC(7014H)或P_ADC_MUX_Data(702CH)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_ADC(7014H)或P_ADC_MUX_Data(702CH)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_IN[1~7]即IOA[0~6]或通道MIC_IN输入。从LIN_IN[1~7]输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。4.3.2AAD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_Sum=2，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：fT=adc_data*K。A/D转换子程序流程图如图4.3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。图4.34.4显示流程图4.4.1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。显示子程序流程图如图4.4所示。图4.4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。4.4.2IRQ6_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4.6所示。图4.5IRQ6_TMB2中断流程图4.5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4.7(b)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4.7（a）所示：图4.6(a)键盘扫描初始化流程、去抖流程和取键值流程图4.6(b)键盘扫描程序流程图4.6语音程序4.6.1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。图4.7手动播放过程4.6.2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_address(intn)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。图4.8语音程序流程图4.6.3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4.11所示。该服务子程序的作用是通过前台子程序（自动方式的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4.9所示。图4.9FIQ中断程序流程图第五章抗干扰分析和系统调试5.1抗干扰分析5.1.1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。5.1.2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号直接通过电源、信号线的传输进入电路引起的。5.1.3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1000pF～0.1μF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。5.2系统调试5.2.1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