语音温度播报控制器设计毕业论文.docx

语音温度播报控制器设计毕业论文.docx

《语音温度播报控制器设计毕业论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《语音温度播报控制器设计毕业论文.docx（79页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

语音温度播报控制器设计毕业论文

语音温度播报控制器设计毕业论文

摘要III

abstractIV

第1章.前言1

1.1.引言1

1.2.研究的意义与目的1

1.3.国外发展状况1

第2章.系统总体设计3

2.1.系统结构3

2.2.系统功能设计与分析4

2.2.1.度采集温5

2.2.2.数字显示功能5

2.2.3.语音播放功能6

2.2.4.温度控制系统7

第3章.硬件电路设计9

3.1.电源模块9

3.2.单片机模块9

3.2.1.微处理器（MCU）AT89S529

3.2.2.单片机硬件电路11

3.3.温度采集模块12

3.3.1.数字化温度传感器DS18B20功能简介12

4.3.2DS18B20硬件电路19

3.4.数字显示模块19

3.4.1.LED数码管19

3.4.2.LED数码管硬件电路20

3.5.语音播报模块20

3.5.1.单片语音芯片ISD259020

3.5.2.ISD2590硬件电路25

3.6.温度控制模块26

3.6.1.继电器26

3.6.2.继电器控制电路27

第4章.软件设计28

4.1单片机主程序设计28

4.2DS18B20软件设计29

4.3LED数码管显示软件设计30

4.4ISD2590软件设计33

4.5继电器软件设计37

第5章.pcb的制作和实物38

5.1.Protel的功能和使用38

5.2.原理图的绘制38

5.3.PCB板的制作38

5.3.1.打印38

5.3.2.转印39

5.3.3.蚀刻39

5.3.4.钻孔40

5.4.元件的认识和检测40

5.5.元器件安装的基本要求与原则41

5.5.1.元器件的安装要求41

5.5.2.元器件的安装原则41

5.6.元器件的焊接42

5.6.1.点的基本要求42

5.6.2.焊接前的准备42

5.6.3.焊接操作43

5.7.系统调试与分析43

第6章.总结44

致谢46

参考文献47

附录A系统原理图48

附录B实物图49

附录C元器件清单50

附录D原理PCB52

附录E程序清单53

摘要

随着电子技术的发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化。

可编程控制器的出现给人类生活的自动化带来了一次革命，而单片语音芯片的发展更是给人们的烦闷生活中带来了一场新的革命——语音播报

本设计系统由AT89S52单片机、温度传感器DS18B20、ISD2590语音芯片和LED数码显示等部分组成。

以AT89S52单片机为控制核心，温度传感器DS18B20提供测量到的温度信息，经过单片机数据处理后，传至LED数码管显示，同时将温度信息对应的语音地址输入ISD2590语音芯片中，驱动喇叭播报出语音，进而完全播报出当前的温度值，并最终实现数字显示功能和语音播报功能；另一方面，单片机根据实测温度控制电磁继电器，进而决定是否驱动电热器工作，从而实现温度控制功能。

透过本系统的研究设计，我们可以自豪地说：

“人类生活的新革命已经到来！

”

关键词：

单片机；温度传感器；语音播报

abstract

Withthedevelopmentofelectronictechnology,particularlywiththeformationoflarge-scaleintegratedcircuits,tothepeople'slifehasbroughtfundamentalchanges.

PLCtotheemergenceoftheautomationofhumanlifebroughtaboutarevolution,andthedevelopmentofmonolithicvoicechipisFanmentopeople'slifehasbroughtanewrevolution——voicebroadcast

ThisdesignsystemfromAT89S52SCM,temperaturesensorsDS18B20,ISD1420voicechipandLEDdigitaldisplayandothercomponents.AT89S52forthecontrolofthemicrocontrollercore,thetemperaturesensorDS18B20tomeasurethetemperaturetoprovideinformation,theMCUdata-processing,spreadtotheLEDdigitaldisplay,whilethecorrespondingtemperatureinformationaddressvoiceinputISD1420voicechip,driveLoudspeakerbroadcastavoice,thenbroadcasttoallthecurrenttemperatureand,ultimately,thedigitaldisplayandvoicebroadcastfeatureontheotherhand,themeasuredtemperaturecontrolSCMelectromagneticrelays,todeterminewhethertheelectricdriveforwork,therebyTemperaturecontrol.

Throughthissystemofdesign,wecanproudlysay:

"Humanlifeofthenewrevolutionhasarrived!

"

Keywords:

Micyoco;Temperaturesensor;Voicebroadcast

第1章.前言

1.1.引言

随着电子技术的发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化。

可编程控制器的出现给人类生活的自动化带来了一次革命，而单片语音芯片的发展更是给人们的烦闷生活中带来了一场新的革命——语音播报

在日常生活中，人们需要不同温度的水来满足日常生活，同时如今有许多产品都实现了语音功能，它更能满足人们的需要，当然也获得更多人的喜爱。

本课题通过对具有语音播报功能的水温控制系统设计，来深切体会现代微电子技术的发展对人们日常生活带来的便利和深远的影响。

1.2.研究的意义与目的

水，生命之源。

我们日常生活需要不同温度的水，比如：

我们洗澡时水温是40℃到50℃；我们矿泉水饮水机中热水保温围是85℃到96℃，冰水的温度围是5℃到10℃；等等。

同时热水器烧开水时，我们很多时候是并不知道的，结果浪费了许多资源，更有甚者在水烧干后引发了安全隐患。

具有语音播报的水温控制系统能在控制水温的同时能语音播报，这样既能满足不同使用者或不同使用场合对水温的控制，还能方便使用者了解实时温度，提醒使用者安全信息。

1.3.国外发展状况

近年来，随着集成电路的飞速发展，单片语音集成电路领域出现重大变革，产生了许多新的技术和产品，开拓了更广泛的应用领域，并朝着更大容量、更优音质、更高智能、更具灵活性的发展。

通信设备机、智能仪器仪表、治安报警系统、语音报站/报数/报价器、语音讲解系统、便携式语音记录装置、语音复读机、教学仪器、智能玩具和高档电子礼品等语音产品飞进了我们的生活里。

语音播报温度也在一些产品中出现，但是主要是在现代化的工业生产中，在我们平常生活中出现得比较少，这主要是因为语音技术是一门新兴技术，实现起来比较难；在工业化生产中，程序都已经被固定，不用根据个人的需要重新调节，因此能应用于其中。

但是随着ISD语音芯片的不断发展，个人调节语音变得越来越容易实现。

其语音和音频信号不经过转换直接以原来状态存储到部存储器，可以实现高质量的语音复制。

采用单片机来对水温进行控制，具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点。

单片机同语音芯片一起实现语音播报功能的水温控制系统是完全能在我们日常生活中实现的，并且我们还可以调节水温的围来满足我们的需要。

第2章.系统总体设计

2.1.系统结构

图2-1系统结构图

本次设计选择ATMEL公司AT89系列的AT89S52单片机为MCU，主要是因为其造价低廉，且拥有256字节的片RAM存，其8K大的ROM采用Flash型，可以在调试程序的时候重复擦写程序，一方面可以直接用硬件进行调试，节省调试时间，增加系统的可靠性、稳定性，另一方面也节省了因修改程序而换芯片的成本。

如图2-1，系统主要由AT89S52，数字化温度传感器DS18B20，显示模块LED数码管，单片语音芯片ISD2590，以及按键和电磁继电器等器件组成。

2.2.系统功能设计与分析

图2-2系统总体功能框图

本设计系统总功能框图如图2-2所示，本系统以AT89S52单片机为控制核心，温度传感器DS18B20提供温度信息，经过数据处理，传至LED数码管显示，同时将温度信息对应的语音地址输入ISD2590语音芯片中，驱动喇叭播放出语音，进而完全播报出当前的温度值，并最终实现数字显示功能和语音播报功能。

单片机根据实测温度控制电磁继电器的工作进而控制电热器以实现温度控制功能。

主要包括：

温度采集、TH（报警高值）、TL（报警低值）值设置

数字显示功能

语音播放功能

温度控制功能

这四个大的系统功能。

2.2.1.度采集温

温度采集和TH、TL值设置功能的实现，主要是依靠温度传感器DS18B20,如图2-3：

DS18B20测量温度围为-55℃~+125℃，而水在标准大气压下的温度围为0℃~+100℃,因此在该系统设计中用DS18b20作为温度传感器是完全可以的。

又在-10℃~+85℃测量围，DS18b20的精度是±0.5℃，在测量水温方面这样的误差是允许的。

首先单片机向DS18B20发出复位信号和其他的控制信号，继而DS18B20做出相应的响应，如：

温度转换、用暂存器存储单片机设置的TH、TL值、将暂存器的值拷贝到部EEPROM进行固化、将部EEPROM值拷贝到暂存器中、将暂存器中的当前温度值和TH、TL值传给单片机等。

图2-3温度采集框图

2.2.2.数字显示功能

在本系统中，显示功能是依靠LED数码管来实现的。

如图2-4：

图2-4数字显示框图

在本系统中，数码管将显示数字字符0~9和小数点以及字母字符“L”“H”“—”“F”。

单片机的P0口为数码管提供显示字符的数据信息，而P2口为数码管提供片选信号，获得低电平的数码管将发光，其余不发光。

在系统上电后，单片机将检测是否有DS18B20，如没有检测到，数码管将显示字符“F”，在我们看来，五个数码管都将显示为“F”。

在温度显示时，数码管的第一位显示当前的温度是过高“H”，偏低“L”和适合“0”，而其余数码管显示温度值，第四位数码管的小数点将一直发光。

在TH、TL值设置时，第一位数码管显示当前设置温度是TH值“H”,还是TL值“L”,最后一、二或者三位是设置温度值，其余位显示字符“—”。

2.2.3.语音播放功能

本系统的语音功能是通过语音芯片ISD2590和喇叭实现的，如图2-5：

图2-5语音播放框图

系统中需要播放的语音有：

“请检查传感器！

”、0~9、“十”、“百”、“负”、“点”、“度”、“现在温度是”、“温度过高！

”、“温度偏低！

”这些语音都已经先录制到语音芯片中的不同地址。

语音播放时，单片机将语音地址数据传给ISD2590，同时也传送了控制播放信号，而喇叭就播放出语音芯片中的语音。

在语音播放时，单片机将采取延时来等待下个语音的到来。

2.2.4.温度控制系统

系统通过电磁继电器控制电热器加热与否，进而实现温度的自动控制，如图2-6：

图2-6温度控制框图

单片机通过控制P1.3这位的高低电平，控制继电器的工作，进而控制电热器，最终实现水温的自动控制。

第3章.硬件电路设计

3.1.电源模块

图3-1系统电源电路

如图3-1，在电源电路中，首先220V的交流电经过变压器T0将电压降低，然后经过四个二极管组成的桥式整流电路D0整流，此时电流已经成为直流。

直流电流通过C0组成的滤波电路，电压将趋于稳定电压12V，这部分是用直流电源实现。

12V的直流电通过由三端稳压器7805组成的直流稳压电路将电压稳定在VCC——5V。

发光二极管DS1在系统上电（S0闭合）时发光，表示电路已接通。

3.2.单片机模块

3.2.1.微处理器（MCU）AT89S52

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

外部引脚介绍：

VCC:

电源

GND:

地

P0口：

P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。

作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。

对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。

在这种模式下，P0具有部上拉电阻。

P1口：

P1口是一个具有部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P1端口写“1”时，部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

P2口：

P2口是一个具有部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P2端口写“1”时，部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVXDPTR）时，P2口送出高八位地址。

在这种应用中，P2口使用很强的部上拉发送1。

在使用8位地址（如MOVXRI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的容。

P3口：

P3口是一个具有部上拉电阻的8位双向I/O口，p2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P3端口写“1”时，部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用。

3.2.2.单片机硬件电路

图3-3系统单片机电路

如图3-3，在整个硬件电路中，有

单片机最小系统：

1）电源和地的连接；2）单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体以及C3和C2就构成了自激振荡器并在单片机部产生时钟脉冲信号；3）RST引脚外接C1、R1、R2和K0构成了上电与按键均有效的复位电路。

4）

引脚连接VCC表明使用部8K的FALSH作为程序存储器。

与DS18B20连接口——P1.0：

1）采集的温度数据从P1.0输入单片机，然后单片机进行BCD处理；2）设置、修改的TH和TL值通过P1.0拷贝到DS18B20中。

数码管显示利用P0、P2口：

1）P0口为数码管显示提供段选信号；2）P2中的P2.3至P2.7为数码管显示提供位选信号。

语音芯片连接的P3口：

1）P3.0~P3.5为ISD2590放音提供地址数据；2）P3.6控制喇叭的停放音。

3.3.温度采集模块

3.3.1.数字化温度传感器DS18B20功能简介

（1）Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。

现在，新一代的“DS18B20”体积更小、更经济、更灵活。

本设计采用DS18B20作为可编程的温度传感器。

独特的单线接口方式：

DS18B20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。

（2）在使用中不需要任何外围元件。

（3）可用数据线供电，电压围：

3.0"5.5V。

（4）测温围：

-55"125℃。

固有测温分辨率为0.5℃。

（5）通过编程可实现9"12位的数字读数方式。

（6）用户可自设定非易失性的报警上下限值。

（7）支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。

（8）负压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作

3.3.1.1.管脚及特点

DS18B20可编程温度传感器有3个管脚。

GND为接地线,DQ为数据输入输出接口,通过一个较弱的上拉电阻与单片机相连。

VDD为电源接口,既可由数据线提供电源,又可由外部提供电源,围3.0～5.5V。

本系统使用外部电源供电。

主要特点有:

（1）用户可自设定非易失性的报警上下限温度值。

（2）不需要外部组件,能测量-55～+125℃围的温度。

（3）-10℃～+85℃围的测温准确度为±0.5℃。

（4）通过编程可实现9～12位的数字读数方式,可在至多750ms将温度转换成12bit的数字,测温分辨率可达0.0625℃。

（5）独特的单总线接口方式,与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现与微处理器双向通讯。

3.3.1.2.部结构

DS18B20部功能模块如图3-4所示,主要由4部分组成:

64位光刻ROM、温度传感器、非易失性的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。

ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的,他可以看作是该DS18B20的地址序列码,每个DS18B20的64位序列号均不相同。

高低温报警触发器TH和TL,配置寄存器均由一个字节的E2PROM组成,使用一个存储器功能命令可对TH,TL或配置寄存器写入或读出。

图3-4DS18B20部功能模块

3.3.1.3.存结构

如图3-5,DS18B20温度传感器的部高速缓存存储器，包含了9个连续字节,前两个字节是测得的温度信息,第1个字节的容是温度的低8位,第2个字节是温度的高8位。

第3个和第4个字节是TH,TL的拷贝，在每一次上电复位时被刷新。

接着就是配置寄存器。

第9个字节是冗余检验字节,校验前面所有8个字节的CRC码,可用来保证通信正确。

其余字节为保留字节。

配置寄存器中R1,R0决定温度转换的精度位数:

R1R0=“00”,9位精度,最大转换时间为93.75ms;R1R0=“01”,10位精度,最大转换时间为187.5ms;R1R0=“10”,11位精度,最大转换时间为375ms;R1R0=“11”,12位精度,最大转换时间为750ms。

（1）64b闪速ROM的结构如下：

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）非易市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E2RAM。

后者用于存储TH，TL值。

数据先写入RAM，经校验后再传给E2RAM。

而配置寄存器为高速暂存器中的第5个字节，他的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：

低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1所示（DS18B20出厂时被设置为12位）。

设定的分辨率越高，所需要的温度数据转换时间就越长。

因此，在实际应用中要在分辨率和转换时间权衡考虑。

高速暂存存储器除了配置寄存器外，还有其他8个字节组成，其分配如下所示。

其中温度信息（第1，2字节）、TH和TL值第3，4字节、第6～8字节未用，表现为全逻辑1；第9字节读出的是前面所有8个字节的CRC码，可用来保证通信正确。

当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。

转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1，2字节。

单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式以00625℃/LSB形式表示。

温度值格式如下：

对应的温度计算：

当符号位S=0时，直接将二进制位转换为十进制；当S=1时，先将补码变换为原码，再计算十进制值。

表2是对应的一部分温度值。

DS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与TH，TL作比较，若T>TH或T　＜　TL,则将该器件的告警标志置位，并对主机发出的告警搜索命令作出响应。

因此，可用多只DS18B20同时测量温度并进行告警搜索。

（4）CRC的产生在64bROM的最高有效字节中存储有循环冗余校验码（CRC）。

主机根据ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20中的CRC值做比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。

图3-5DS18B20部存储器结构

图3-6配置寄存器各位示意图

3.3.1.4.操作流程

由于DS18B20采用1-Wire总线协议方式,即在一根数据线实现数据的双向传输,因此发送接收口必须是三态的。

而对AT89S52单片机,硬件上并不支持单总线协议,因此,必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序,完成对DS18B20芯片的访问。

DS18B20有严格的通信协议保证各位数据传输的正确性和完整性。

该协议定义了几种信号的时序:

初始化时序、读时序、写时序。

所有时序都是将主机作为主设备,单总线器件作为从设备。

而每一次命令和数据的传输都是从主机启动写时序开始,如果要求单总线器件回送数据,在进行写命令后,主机需启动读时序完成数据接收。

主机操作单线器件DS18B20必须遵循下面的顺序。

（1）复位及初始化

如图3-7时序图所示，主机通过拉低单线480us以上，产生复位脉冲，然后释放该线。

主机释放总路线时，会产生一个上升沿。

单线器件DS18B20检测到该上升沿后，延时15~60μs，通过拉低总线60~240μs来产生应答脉冲。

主机接收到从机的应答脉冲，就证明有单线器件在线。

图3-7DS18B20初始化时序图

（2）ROM操作命令

一旦总线主机检测到应答脉冲，便可以发起ROM操作命令。

ROM操作命令有：

①ReadRom（读ROM），用于总线上只有单个DS18B20器件的情况；②MatchRom（匹配ROM），寻址多挂接总线上的对应DS18B20；③SkipRom