语音温度计的设计.doc

第 2 页 共 59 页目 录引言 11 设计内容及要求 21.1 设计内容 21.2 设计要求 22 方案设计与选取 22.1 方案设计 22.2 方案选取 33 硬件部分 33.1 电源部分 33.2 温度采集部分 43.3 键盘部分 123.4 核心控制部分 133.5 显示部分 173.6 扬声器部分 214 软件部分 214.1 软件设计需要完成的任务 214.2 软件设计要点 224.3 凌阳音频压缩算法 224.4 程序流程图 264.4.1系统程序流程图 264.4.2DS18B20程序流程图 274.4.3LCD1602程序流程图 274.4.4语音播放程序流程图 285 系统测试 285.1 SPCE061A简易开发板的测试 285.2 电源部分测试 295.3 键盘部分测试 295.4 液晶显示部分测试 296 调试总结 306.1 硬件部分调试 306.2 软件部分调试 307 总结 31谢 辞 32参考文献: 33附 录1 34附 录2 53附 录3 57第 62 页 共 58 页引言在日常生活中，我们一般采用温度计对环境温度进行测量。

而在某些特殊领域，比如工业、医疗等，我们要采用温度传感器等来测量在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度另外一般监控现场的电磁环境都非常恶劣，各种干扰信号较强，模拟温度信号容易受到干扰而产生测量误差，影响测量精度因此，在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效方案，新型数字温度传感器DS18B20具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果随着微电子技术的迅速发展，目前各公司研制出了试用于各种应用领域的单片机高性能单片机芯片市场也异常活跃，不断采用新技术，使单片机的种类、性能不断提高，应用领域不断扩大SPCE061A 型单片机是凌阳科技公司推出的一款16 位微处理器，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，2K字（Word）SRAM，内置十位ADC、DAC，有多达十四个的中断源等丰富的片内资源，处理速度高，能够很方便地完成普通单片机的功能，尤其适用于数字语音播报和识别应用领域，是数字语音识别与语音信号处理的理想产品，在数字语音播报和识别应用领域得到了广泛的应用。

本方案使用具有语音处理功能的凌阳16 位单片机SPCE061A，充分发挥SPCE061A 语音处理能力，再配合1602 液晶显示器等来实现语音温度计系统的设计1 设计内容及要求1.1 设计内容结合生产实际,在洗衣机，空调等家用电器的设计当中，大都采用了温度报警技术课题要解决对外界环境的温度采集，用单片机来实现对所测温度结果的分析，对所测温度进行显示，且能语音报告用户可自行设定报警的温度限，通过按键控制可对它进行加、减设置，随时可以改变报警的温度设限值1.2 设计要求1.熟练掌握Protel的使用方法2.使用单片机等器件设计电路3.掌握数字电路、接口电路的设计方法4.可通过按键来设定并控制温度5.温度测量范围为:0—99°C摄氏度2 方案设计与选取2.1 方案设计方案一：语音温度计采用AT89S51 单片机作为控制核心，对温度传感器DS18B20 控制，读取温度信号并进行计算处理，分析并作出是否进行报警的判断，如果超过报警温度限则用扬声器报警控制语音芯片例如ISD1420 或者ISD1760等语音专用芯片实现语音的录放，使用按键实时播报温度和对报警温度的调整，并送入液晶显示器1602 显示。

方案一的系统设计框图如图所示：语音模块:包括录音和放音部分)电源电路键盘电路温度传感电路路路路液晶显示器扬声器51系列单片机图2.1 方案一的系统设计框图方案二：语音温度计采用SPCE061A单片机作为控制核心，对温度传感器DS18B20 控制，读取温度信号并进行计算处理，分析并作出是否进行报警的判断，如果超过报警温度限则用扬声器报警但是不同的是语音方面使用SPCE061A单片机自身带有的语音录放音功能，使用按键实时播报温度和对报警温度的调整，并送入液晶显示器1602显示方案二的系统设计框图如图所示：电源电路键盘电路温度传感电路路路路液晶显示器扬声器SPCE061A单片机图2.2 方案二系统设计框图2.2 方案选取方案一中使用的是51系列单片机作为控制器，但是51系列单片机不具备处理语音信号的能力，还需要加上具有语音处理功能的专用编码和解码芯片才能够完成语音信号的数字化处理而方案二使用的是SPCE061A作为控制器的，而SPCE061A自身是一款具有语音功能的16位单片机，而且SPCE061A还配有专用的语音压缩函数，只需要扩展少部份外围电路就能完成语音信号的数字化处理因此本系统采用方案二来实现语音温度计的设计。

3 硬件部分3.1 电源部分图3.1 LM7805构成的5V稳压电源图如图所示电路为输出电压+5V、输出电流1.5A的稳压电源它由电源变压器B，桥式整流电路D1～D4，滤波电容C1、C3，防止自激电容C2、C4和一只固定式三端稳压器(7805)极为简捷方便地搭成的 220V交流电通过电源变压器变换为交流低压，再经过桥式整流电路D1～D4和滤波电容C1的整流和滤波，在固定式三端稳压器LM7805的Vin和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压(该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化)此直流电压经过LM7805的稳压和C3的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压LM7805是常用的三端稳压器，一般使用的是TO-220封装，能提供DC 5V的输出电压，应用范围广，内含过流和过载保护电路带散热片时能持续提供1A的电流，如果使用外围器件，它还能提供不同的电压和电流本稳压电源可作为单片机电路的电源三端稳压器是一种标准化、系列化的通用线性稳压电源集成电路，以其体积小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用简捷方便等特点，成为目前稳压电源中应用最为广泛的一种单片式集成稳压器件。

桥式整流是对二极管半波整流的一种改进半波整流利用二极管单向导通特性，在输入为标准正弦波的情况下，输出获得正弦波的正半部分，负半部分则损失掉桥式整流器利用四个二极管，两两对接输入正弦波的正半部分是两只二极管导通，得到正的输出；输入正弦波的负半轴部分时，另两只管导通，由于这两只二极管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半部分桥式整流器对输入正弦波的利用效率比半波整流高一倍桥式整流是交流电转换成直流电的第一个步骤桥式整流电路的整流效率和直流输出与全波整流电路相同，变压器的利用率最高现在常用的全桥整流，不用单独的四只二极管而用一只全桥，其中包括四只二极管，但是要标清符号，有交流符号的两端接变压器输出，+、-两端接入整流电路 需要特别指出的是，二极管作为整流元件，要根据不同的整流方式和负载大小加以选择如选择不当，则或者不能安全工作，甚至烧了管子；或者大材小用，造成浪费78系列在降压电路中应注意以下事项：1、输入输出压差不能太大,太大则转换效率急速降低，而且容易击穿损坏； 2、输出电流不能太大，1.5A 是其极限值大电流的输出，散热片的尺寸要足够大，否则会导致高温保护或热击穿；3、输入输出压差也不能太小,太小效率很差。

3.2 温度采集部分数字温度传感器DS18B20测量温度，直接输出数字信号便于单片机处理及控制，节省硬件电路且该芯片的物理化学性稳定，此元件线形性能好，在0～100℃时，最大线形偏差小于1摄氏度DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20 和SPCE061A构成的温度测量装置，它直接输出温度的数字信号到微控制器每只DS18B20 具有一个独有的不可修改的64位序列号，根据序列号可访问不同的器件这样一条总线上可以挂接多个DS18B20 传感器，实现多点温度测量，轻松的组建传感网络DS18B20温度传感器是美国DALLAS 半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12 位的数字值读数方式DS18B20的主要特点：（1）适应电压范围更宽，电压范围：3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电（2）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯（3）DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温（4）DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内（5）温度范围－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃（6）可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温（7）在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快（8）测量结果直接输出数字温度信号，以"一线总线"串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力（9）负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。

DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器DS18B20引脚定义： (1)DQ为数字信号输入/输出端； (2)GND为电源地； (3)VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）图3.2 DS18B20内部结构图 ( 1) 64位ROM的结构如下:表3.1 64位ROM的结构开始8位是产品类型的编号, 接着是每个器件的惟一的序号, 共有48位, 最后8位是前56位的CRC校验码, 这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因 2) 非易失性温度报警触发器TH和TL, 可通过软件写入用户报警上下限 3) 高速暂存存储器DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EP2RAM后者用于存储TH, TL值数据先写入RAM, 经校验后再传给EP2RAM而配置寄存器为高速暂存器中的第5个字节,他的内容用于确定温度值的数字转换分辨率, DS18B20工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值该字节各位的定义如下:表3.2 字节各位的定义后5位一直都是1, TM是测试模式位, 用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式, 在DS18B20出厂时该位被设置为0,用户不要去改动, R1和R0决定温度转换的精度位数, 即是来设置分辨率, 如表所示(DS18B20出厂时被设置为12位) :表3.3 R1和R0模式表由表可见, 设定。