單片機(jī)控制鍋爐系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、摘要摘要 鍋爐是在生產(chǎn)和生活中廣泛使用而又具有爆炸危險(xiǎn)的設(shè)備。鍋爐的爆炸 又常造成慘重的損失。為加強(qiáng)鍋爐運(yùn)行的安全性，在實(shí)際中必須嚴(yán)格地控制 爐膛內(nèi)的溫度、水位和蒸汽壓力，實(shí)時(shí)對(duì)這三個(gè)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)某一參數(shù) 越界，及時(shí)產(chǎn)生報(bào)警。論文根據(jù)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，詳盡地闡述了基于單 片機(jī)的語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全過(guò)程。該系統(tǒng)采用了單片機(jī) at89c2051 作為 cpu，它是系統(tǒng)的控制核心。本系統(tǒng)采用的音頻合成器件是美國(guó) isd 公司生產(chǎn) 的 isd1420 語(yǔ)音芯片，對(duì)于它的特點(diǎn)和管腳功能及在本系統(tǒng)中的應(yīng)用作了詳 細(xì)介紹。在系統(tǒng)優(yōu)化階段，為溫度和水位增設(shè)了顯示功能，完善了系統(tǒng)的設(shè) 計(jì)。系統(tǒng)軟件采用匯編

2、語(yǔ)言編寫(xiě)，主要由主程序、報(bào)警語(yǔ)音輸出子程序、語(yǔ) 音錄入子程序和顯示子程序四部分組成，程序簡(jiǎn)潔、運(yùn)行可靠。在完成硬件 設(shè)計(jì)和軟件的編制后，對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試，系統(tǒng)的正常運(yùn)行驗(yàn) 證了設(shè)計(jì)的正確性。最后，用 protel 99 繪制了電路原理圖，并制作了 pcb 電路板。 關(guān)鍵字 語(yǔ)音報(bào)警；單片機(jī)；語(yǔ)音芯片 abstract boiler is abroadly used in production and living, but it can easily explode and usually bring disaster. in order to enhance security,

3、it must strictly control temperature, water level and steam pressure. its necessary to check the three parameters periodly. if found one slop over, it can produce alarming signal in time. with developing trend of alarming system, the paper expatiates the whole designing process of voice alarming sys

4、tem that is based on singlechip microcontroller. at89c2051 is cpu of system, and it is core of system. audio- synthesizer of the system is isd1420 that is made in isd company of american. the paper detailedly explains its characteristic and application in the designed system. in the period of optimi

5、zing design, display circuit is added for temperature and water level. this perfects the whole design. software is programmed by assembly language. the software system includes main program, subprogram of voice output, subprogram of voice input and subprogram of display. after designing hardware of

6、the system and programming the software, building hardware of the system and debugging online. it validates correctness in the design. in the end,circuit drawing and circuit board is made by protel 99. key words voice alarm；microcontroller；voice chip 目錄目錄 摘要.i abstract.ii 第 1 章 緒論.1 1.1 鍋爐的作用和工作原理.1

7、 1.2 鍋爐事故的分類(lèi)和原因.1 1.3 鍋爐報(bào)警的現(xiàn)狀及研究意義.2 1.4 本論文的工作和特點(diǎn).3 1.5 本章小節(jié).3 第 2 章 鍋爐報(bào)警系統(tǒng)的硬件分析與設(shè)計(jì).5 2.1 系統(tǒng)的硬件分析.5 2.1.1 信號(hào)采集器.5 2.1.2 微控制器 cpu.7 2.1.3 語(yǔ)音報(bào)警電路.7 2.1.4 顯示電路.7 2.2 at89c2051 的應(yīng)用.8 2.2.1 at89c2051 簡(jiǎn)介.8 2.2.2 at89c2051 在本系統(tǒng)中的應(yīng)用.10 2.3 isd1420 的應(yīng)用.11 2.3.1 isd1420 簡(jiǎn)介.11 2.3.2 isd1420 在本系統(tǒng)中的應(yīng)用.14 2.4 顯示

8、電路.16 2.4.1 led 簡(jiǎn)介.16 2.4.2 led 在本系統(tǒng)中的應(yīng)用.17 2.5 本章小節(jié).18 第 3 章 軟件設(shè)計(jì).19 3.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)原則.19 3.2 軟件實(shí)現(xiàn)功能.19 3.3 本章小節(jié).26 第 4 章 硬件焊接及系統(tǒng)調(diào)試.27 4.1 硬件焊接.27 4.2 調(diào)試.27 4.2.1 硬件調(diào)試方法.27 4.2.2 軟件調(diào)試方法.28 4.3 本章小結(jié).29 第 5 章 protel 99 繪制電路原理圖和制作 pcb 板 .30 5.1 protel 99 簡(jiǎn)介 .30 5.1.1 protel 99 的歷史及其操作風(fēng)格.30 5.1.2 protel 99

9、的強(qiáng)大功能.30 5.2 protel電路設(shè)計(jì)的基本方法和步驟.31 5.2.1 設(shè)計(jì)電路原理圖.31 5.2.2 制作 pcb 電路板.32 5.3 使用 protel 99 的經(jīng)驗(yàn)總結(jié) .33 5.4 本章小節(jié).35 結(jié)論.36 參考文獻(xiàn).37 致 謝.38 第第 1 1 章章 緒論緒論 1.1 鍋爐的作用和工作原理 （1）鍋爐在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用 火力發(fā)電是電力工業(yè)的主要組成部分。目前在世界上多數(shù)國(guó)家及我國(guó)電 力工業(yè)中，火力發(fā)電約占總發(fā)電量的 70?；鹆Πl(fā)電雖然成本較高，但基建 投資較少，一般不受地區(qū)限制，建設(shè)時(shí)間較短，能較快地滿足工農(nóng)業(yè)發(fā)展的 需要。因此火力發(fā)電建設(shè)的規(guī)模將是巨大的。鍋爐

10、是火力發(fā)電廠主機(jī)之一， 火力發(fā)電的發(fā)展要求鍋爐工業(yè)以相應(yīng)的速度發(fā)展，因此，鍋爐工業(yè)的任務(wù)也 是巨大的。 在各種工業(yè)企業(yè)的動(dòng)力設(shè)備中，鍋爐是重要的組成部分。鍋爐生產(chǎn)的蒸 汽供工業(yè)生產(chǎn)直接需用，還供取暖使用。工業(yè)鍋爐數(shù)量大、分布廣，每年燃 煤量約大于全國(guó)煤炭總產(chǎn)量的四分之一。因此，提高效率 提高機(jī)化 自動(dòng)化 水平以及防止環(huán)境污染等，均是工業(yè)鍋爐的重大研究課題。 鍋爐工業(yè)本身也在不斷發(fā)展。目前國(guó)外工業(yè)鍋爐的涵義已從蒸發(fā)量為每 每小時(shí)幾噸的鍋爐發(fā)展到蒸發(fā)量為每小時(shí) 200 噸的鍋爐。電站鍋爐已由高壓， 超高壓鍋爐發(fā)展到大量亞臨界壓力和超臨界壓力鍋爐，單臺(tái)容量達(dá) 1300mw。鍋爐除一般工業(yè)鍋爐與電站鍋

11、爐之外，還包括一切動(dòng)力工業(yè)中用 以產(chǎn)生蒸汽的換熱設(shè)備，如核反應(yīng)堆蒸汽發(fā)生器及太陽(yáng)能鍋爐等?？傊?，隨 著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鍋爐工業(yè)將發(fā)揮愈來(lái)愈重要的作用。 （2）鍋爐的一般工作原理 鍋爐是一種生產(chǎn)蒸汽的換熱設(shè)備。它通過(guò)煤 油或燃?xì)獾热剂系娜紵尫?出化學(xué)能，并通過(guò)傳熱過(guò)程將能量傳遞給水，使水轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?，蒸汽，蒸?直接供給工業(yè)生產(chǎn)中所需的熱能，或通過(guò)蒸汽動(dòng)力機(jī) 能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī) 能，或通 過(guò)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。所以鍋爐的中心任務(wù)是把燃料中的化學(xué)能最有效 地轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝臒崮?。因此，近代鍋爐亦稱(chēng)為蒸汽發(fā)生器。 鍋爐的主要部件包括爐膛 燃燒器 水冷壁 過(guò)熱器省煤器 空氣預(yù)熱器 鋼 架爐墻等，這些被稱(chēng)為鍋爐本

12、體。此外，鍋爐還有重要的輔助裝置：（1）磨 煤裝置，包括磨煤機(jī) 排粉機(jī) 粗粉及細(xì)粉分離器以及媒粉輸送管道；（2）送 風(fēng)裝置，包括送風(fēng)機(jī)及風(fēng)道，送風(fēng)機(jī)將空氣通過(guò)空氣預(yù)熱器送往爐子中； （3）引風(fēng)裝置，包括引風(fēng)機(jī)及煙囪，將爐子中排出的煙氣送入大氣中； （4）給水裝置，包括給水泵 給水管及水處理裝置；（5）燃料供應(yīng)裝置，將 燃料由儲(chǔ)煤場(chǎng)送到鍋爐房，包括裝卸和運(yùn)輸機(jī)等；（6）除渣裝置，從鍋爐中 除去灰渣并送出電廠；（7）除塵裝置，除去鍋爐煙氣中的飛灰，改善環(huán)境衛(wèi) 生；（8）自動(dòng)控制與儀表，包括熱工測(cè)量?jī)x表及自動(dòng)控制裝置。 1.2 鍋爐事故的分類(lèi)和原因 （1）鍋爐事故分類(lèi) 鍋爐運(yùn)行中出現(xiàn)的事故大致可分成

13、 3 類(lèi)： a.爆炸事故：鍋爐中的主要受壓部件鍋筒（鍋殼） 、集箱、爐膽、管板 等發(fā)生破裂爆炸的事故。這種事故常導(dǎo)致設(shè)備 廠房損失和人身傷亡，造成重 大損失。 b. 重大事故：鍋爐無(wú)法維持正常運(yùn)行而被迫停爐的事故，主要有缺水事故 滿水事故 汽水共沸 爐管爆裂 過(guò)熱器損壞 省煤氣管損壞 水擊 爐膛爆炸 二 次燃燒等事故。這類(lèi)事故雖不象鍋爐爆炸事故嚴(yán)重，但也常常造成設(shè)備損壞 和人身傷亡，并使鍋爐被迫停運(yùn)，導(dǎo)致用汽部門(mén)局部或全部停工停產(chǎn)，造成 嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。 c.一般事故：在運(yùn)行中可以排除的事故或經(jīng)過(guò)短暫停爐即可排除的事故，其 影響和損失較小。 （2）事故的發(fā)生原因 a. 超壓：由于安全閥、壓力表不

14、齊全、損壞或裝設(shè)錯(cuò)誤，操作人員擅離崗 位或放棄監(jiān)視責(zé)任，操作人員有意無(wú)意關(guān)閉或關(guān)小出汽通道 無(wú)承壓能力的生 活鍋爐改作承壓蒸汽鍋爐等原因，致使鍋爐主要受壓元件筒體、封頭、管板、 爐膽等承壓的壓力超過(guò)其承載力，而造成鍋爐事故。 b. 缺陷：鍋爐承受的壓力并未超過(guò)額定壓力，但因鍋爐主要受壓元件出現(xiàn) 裂紋 嚴(yán)重變形、腐蝕、組織變化等情況，導(dǎo)致主要受壓元件喪失承壓能力， 突然大面積破裂。 b. 缺水：鍋爐一旦缺水，主要受壓元件得不到正常冷卻，甚至被干燒，金 屬溫度急劇上升甚至燒紅。這樣的缺水情況是嚴(yán)禁加水的，應(yīng)立即停爐。 由上可見(jiàn)，在鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，其爐內(nèi)的水位，溫度和蒸汽壓力是要嚴(yán) 格地控制在安全工

15、作的允許范圍內(nèi)，否則將可能發(fā)生或小或大的事故，輕則 停爐，重則造成人身傷亡。 1.3 鍋爐報(bào)警的現(xiàn)狀及研究意義 （1） 鍋爐報(bào)警的現(xiàn)狀 鍋爐是生產(chǎn)建設(shè)和人民生活中廣泛使用的熱力設(shè)備。因?yàn)殄仩t有較高的 溫度和壓力，發(fā)生爆炸等危險(xiǎn)的可能也就比較大，即使是些微的漏汽，漏水 或者操作失常，有時(shí)也會(huì)造成嚴(yán)重的傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。因此，鍋爐的安全運(yùn) 行備受關(guān)注。而與鍋爐安全工作密切相關(guān)的三個(gè)參數(shù)是爐膛內(nèi)的溫度、水位 和蒸汽壓力。因此，針對(duì)這三個(gè)參數(shù)設(shè)計(jì)的報(bào)警器就有了現(xiàn)實(shí)意義。 目前國(guó)內(nèi)的許多鍋爐還在采用玻璃管式水位表，溫度計(jì)和各種壓力表來(lái) 顯示水位、溫度和壓力，工作人員需要頻繁地觀察各種表的視數(shù)，這是一個(gè) 十

16、分繁重的工作。由于工作人員的粗心，可能造成或輕或重的鍋爐事故。也 有一些鍋爐安裝了簡(jiǎn)單的報(bào)警裝置，它們主要是由無(wú) cpu 的硬件電路驅(qū)動(dòng) 蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，電路的性能不是非常穩(wěn)定，所以工作人員不能完全依 賴報(bào)警信號(hào)來(lái)判斷鍋爐的工作情況。 （2） 研究意義 自單片機(jī)出現(xiàn)至今，單片機(jī)技術(shù)已走過(guò)了 30 多年的發(fā)展路程?？v觀 30 年來(lái)單片機(jī)發(fā)展歷程可以看出，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展以微處理器（mpu）技術(shù) 及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展為先導(dǎo)，以其高可靠性、高性能價(jià)格比，在 工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、智能化儀器儀表、辦公自動(dòng)化等諸多領(lǐng)域得 到極為廣泛的應(yīng)用。 基于單片機(jī)的鍋爐報(bào)警系統(tǒng)以單片微機(jī)為控制核心

17、，它接收傳感器發(fā)來(lái) 的數(shù)據(jù)（以轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量） ，并將這些數(shù)據(jù)存放到相應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)中。然后，單 片機(jī)將周期性地提取部分?jǐn)?shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的臨界值比較，當(dāng)有數(shù)據(jù)越界，將產(chǎn)生 相應(yīng)的報(bào)警。從這一過(guò)程可以看出，整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)是在單片機(jī)的控制下，有 節(jié)拍地進(jìn)行工作的?；趩纹瑱C(jī)的鍋爐報(bào)警系統(tǒng)工作可靠、可擴(kuò)展性強(qiáng)、性 能價(jià)格比高。 在現(xiàn)代大多工業(yè)控制系統(tǒng)中，對(duì)顯示、報(bào)警儀器儀表多采用數(shù)碼、指示 燈、光子牌、光柱等來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示，對(duì)聽(tīng)覺(jué)信號(hào)大多采用電鈴、蜂鳴等來(lái)實(shí)現(xiàn)。 如果在顯示報(bào)警儀表上采用數(shù)字語(yǔ)言技術(shù)、使適合用聽(tīng)覺(jué)傳送的信息用語(yǔ)言 傳送，就可以發(fā)揮聽(tīng)覺(jué)的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)完全用視覺(jué)信號(hào)傳遞信息的不足。因此 語(yǔ)言數(shù)字方式可以成為

18、工業(yè)儀表中人機(jī)聯(lián)系的一個(gè)友好界面，如把非常熟練 的操作者的經(jīng)驗(yàn)，后者是領(lǐng)域?qū)＜覍?duì)此問(wèn)題的評(píng)判及處理措施，用語(yǔ)言對(duì)現(xiàn) 行操作者以提示、指導(dǎo)，使該系統(tǒng)具有一定的智能，具有這種功能的報(bào)警器 將會(huì)在現(xiàn)代工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛。 1.4 本論文的工作和特點(diǎn) 本論文探討了一種符合未來(lái)報(bào)警技術(shù)發(fā)展方向的鍋爐報(bào)警系統(tǒng)的軟硬件 設(shè)計(jì)，并對(duì)其關(guān)鍵部位予以仿真實(shí)現(xiàn)，驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性。 1論文所作的工作 （1） 報(bào)警系統(tǒng)的整體規(guī)劃 （2） 完成鍋爐語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)（包括語(yǔ)音報(bào)警電路，及在系 統(tǒng)優(yōu)化時(shí)增加的顯示電路的設(shè)計(jì)） （3） 完成鍋爐語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)（包括主程序、語(yǔ)音報(bào)警輸出 程序、錄音程序

19、和顯示程序的編制） （4） 搭建硬件電路并進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了報(bào)警輸出功能。 （5） 利用 protel 99 繪制了電路原理圖并制作了 pcb 電路板。 2主要特點(diǎn) （1） 是基于單片機(jī)的報(bào)警系統(tǒng)，系統(tǒng)的可擴(kuò)展性好 （2） 采用了 isd1420 語(yǔ)音芯片作為音頻合成器，是一個(gè)語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng) （3） 系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，并增加了顯示功能 1.5 本章小節(jié) 本章作為論文的開(kāi)始，介紹了有關(guān)課題背景方面的知識(shí)。首先強(qiáng)調(diào)了鍋 爐在生產(chǎn)和生活中的重要作用，然后對(duì)鍋爐事故的分類(lèi)及其發(fā)生原因進(jìn)行了 簡(jiǎn)要的介紹，接著討論了鍋爐報(bào)警的現(xiàn)狀和研究的重要意義，最后，對(duì)本論 文所作的工作及論文的特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)。 第第 2

20、2 章章 系統(tǒng)分析與系統(tǒng)分析與介紹介紹 2.12.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 一個(gè)最基本的鍋爐報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)包括信號(hào)采集器，cpu，語(yǔ)音報(bào)警器三部分 組成。其中信號(hào)采集器包括傳感器和 a/d 轉(zhuǎn)換電路。在系統(tǒng)的優(yōu)化階段，又 為系統(tǒng)添加了顯示電路。整個(gè)系統(tǒng)的工作原理如圖 21 所示。 圖 21 鍋爐報(bào)警系統(tǒng)工作原理圖 cpu 控制著傳感器的工作。當(dāng) cpu 發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，傳感器開(kāi)始工 作，它輸出與被測(cè)的量相應(yīng)的電壓/電流信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)過(guò)放大電路放大后， 被送到 a/d 轉(zhuǎn)換電路，a/d 轉(zhuǎn)換電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送入 cpu，cpu 一方面將采樣值存入規(guī)定的存儲(chǔ)單元中，以供 cpu 查詢是否有越界

21、 發(fā)生，若發(fā)生越界，則控制語(yǔ)音報(bào)警電路發(fā)出相應(yīng)的語(yǔ)音報(bào)警信號(hào)；另一方 面，cpu 對(duì)采樣值進(jìn)行計(jì)算，處理后，驅(qū)動(dòng)顯示電路顯示出被測(cè)量的數(shù)值， 以供用戶察看。 2.22.2 信號(hào)采集器 2.2.1 傳感器 此處的傳感器包括溫度傳感器、水位傳感器和氣壓傳感器三種。首先， 介紹一下傳感器的定義。 人們通常將能把非電量信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏啃畔⒌钠骷Q(chēng)為傳感器 ，傳感器 實(shí)質(zhì)上是一種功能塊，其作用是將來(lái)自外界的各種信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。它是 實(shí)現(xiàn)測(cè)試與自動(dòng)控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。如果沒(méi)有傳感器對(duì)原始參數(shù)進(jìn)行精確 可靠的測(cè)量，那么，無(wú)論是信號(hào)轉(zhuǎn)換或信息處理，或是最佳數(shù)據(jù)的顯示和控 制都將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。傳感器技術(shù)是現(xiàn)代信息技

22、術(shù)的主要內(nèi)容之一，信息技術(shù)包 括計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和傳感器技術(shù)。計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)發(fā)展極快，相當(dāng) cpu 傳感器 a/d 轉(zhuǎn)換電路 語(yǔ)音報(bào)警電路語(yǔ)音報(bào)警電路 顯示電路 成熟，對(duì)此運(yùn)用自如的工程技術(shù)人員也非常多，但精通而靈活使用傳感器技 術(shù)的工作者卻很少，這是因?yàn)閭鞲衅鲬?yīng)用技術(shù)都需要使用模擬技術(shù)，而模擬 技術(shù)有很多問(wèn)題難以解決。為了適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，世界眾多國(guó)家都 把傳感器技術(shù)列為現(xiàn)代的關(guān)鍵技術(shù)之一。 傳感器干差萬(wàn)別，即便對(duì)于相同種類(lèi)的測(cè)定量也可采用不同工作原理的 傳感器，因此，要根據(jù)需要選用最適宜的傳感器。 a. 測(cè)量條件 如果誤選傳感器，就會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性。為此，要從系統(tǒng)總體考慮，

23、明確使用的目的以及采用傳感器的必要性，絕對(duì)不要采用不適宜的傳感器與 不必要的傳感器。測(cè)量條件列舉如下，即測(cè)量目的，測(cè)量量的選定，測(cè)量的 范圍，輸入信號(hào)的帶寬，要求的精度，測(cè)量所需要的時(shí)間，過(guò)輸入發(fā)生的頻 繁程度。 b. 傳感器的性能 選用傳感器時(shí)，要考慮傳感器的下述性能，即精度，穩(wěn)定性，響應(yīng)速度， 模擬信號(hào)或者數(shù)字信號(hào)，輸出量及其電平，被測(cè)對(duì)象特性的影響，校準(zhǔn)周期， 過(guò)輸入保護(hù)。 c. 傳感器的使用條件 傳感器的使用條件即為設(shè)置的場(chǎng)所，環(huán)境(濕度、溫度、振動(dòng)等)，測(cè)量 的時(shí)間，與顯示器之間的信號(hào)傳輸距離，與外設(shè)的連接方式，供電電源容量。 2.2.2 a/d 轉(zhuǎn)換器 在設(shè)計(jì)及選擇 a/d 轉(zhuǎn)換電

24、路時(shí)，有如下幾個(gè)研究項(xiàng)目： (1) 輸入通道數(shù) 有若干個(gè)測(cè)量信號(hào)時(shí)，a/d 轉(zhuǎn)換電路中通常用多路調(diào)制器（mpx）切換輸 入。一個(gè)多路調(diào)制器最多可切換 16 個(gè)通道。 (2) 輸入電壓范圍 多數(shù) a/d 轉(zhuǎn)換器本身的輸入電壓只能在 0-+5v、0 一+10v、-5 一+5v、- 10+10v 范圍內(nèi)變換。所以，輸入電壓太大或太小時(shí)，應(yīng)適當(dāng)?shù)丶尤胨p器 或放大器。 (3) 轉(zhuǎn)換時(shí)間 進(jìn)行 a/d 轉(zhuǎn)換需要一定時(shí)間，因此，模擬信號(hào)的頻率范圍以及在一定時(shí) 間內(nèi)可轉(zhuǎn)換的信號(hào)數(shù)是有限制的。 (4) 轉(zhuǎn)換方式 a/d 轉(zhuǎn)換有各種各樣的方式，這些方式在轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度（轉(zhuǎn)換時(shí) 間）等方面都各有特點(diǎn)。 (5)

25、 分辨率 所謂分辨率是指模擬輸入信號(hào)能夠轉(zhuǎn)換成多少位的數(shù)字輸出。這種分辨 率由位數(shù)來(lái)決定。例如：8 位的分辨率為滿刻度的 1/256，12 位的分辨率為 滿刻度的 1/4096。低于這種分辨率的值就無(wú)法表示了，我們把它稱(chēng)為量化誤 差。 (6) 非線性精度 由于 ad 轉(zhuǎn)換器電路各組成部分的精度、溫度系數(shù)和漂移等因素的影響， ad 轉(zhuǎn)換器會(huì)存在誤差，使輸入和輸出偏離線性關(guān)系。表征這種偏離的特性 就是非線性精度。 (7) 數(shù)字接口形式 根據(jù)是并行輸出還是串行輸出、是“cpu 兼容”型(內(nèi)含輸出數(shù)據(jù)鎖存) 還是“非 cpu 兼容”型，是分配到 i/o 口地址還是分配到存貯器地址，以及 是否采用插入等

26、等，所設(shè)計(jì)的數(shù)字接口形式是各不相同的。 傳感器和 a/d 轉(zhuǎn)換器不作為本論文討論的重點(diǎn)內(nèi)容，所以不作過(guò)多的闡 述，對(duì)于本系統(tǒng)中所使用的傳感器沒(méi)有給出具體型號(hào)，這要根據(jù)鍋爐的具體 工作情況來(lái)選定。 2.32.3 微控制器 cpu 微控制器 cpu 是鍋爐報(bào)警系統(tǒng)的核心，完成數(shù)據(jù)處理、控制報(bào)警等功能， 選擇通用性強(qiáng)、功耗小、性能穩(wěn)定良好的 8 位 cmos 微處理器芯片 at89c2051,它 與常用 mcs51 型單片機(jī)兼容，工作電壓為 2.7v6v，具有 16 條可編程 i/o 端口,2 個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，1288 位內(nèi)部 ram，內(nèi)帶 2k 字節(jié)快閃 eeprom 的特點(diǎn)，大大簡(jiǎn)化了

27、電路的設(shè)計(jì)。 at89c2051 有兩個(gè) 16 位可編程的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，128 字節(jié) ram，5 個(gè)中 斷源，1 個(gè)全雙工串行通訊口，1 個(gè)精密模擬比較器以及片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電 路，操作電壓為 2.7v 至 5.5v，主頻為 11.0592mhz。此外,89c2051 是用可降 到 0 頻率的靜態(tài)邏輯操作設(shè)計(jì)的,并支持兩種可選的軟件節(jié)電工作方式。 at89c2051 內(nèi)部采用了 flash 存儲(chǔ)器,是采用了 atmel 的高密非易失存儲(chǔ) 技術(shù)制造的。通過(guò)在單塊芯片上組合通用的 pl 和 flash 存儲(chǔ)器,使 at89c2051 成為一款強(qiáng)勁的微型計(jì)算機(jī)。它為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了高 度靈

28、活和低成本的解決辦法。因而,在 89c2051 芯片的使用過(guò)程中,錯(cuò)誤編程 之后仍可以重新編程,直到正確為止?？梢苑磸?fù)進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)。每次試驗(yàn)可以 編入不同的程序,這樣可以保證用戶的系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)。而且隨著用戶的需 要和產(chǎn)品的更新?lián)Q代,還可以不斷地進(jìn)行修改,使系統(tǒng)能夠不斷追隨用戶的最 新要求,與時(shí)俱進(jìn)。在一般情況下,可以重新使用 1000 次左右。 現(xiàn)將 at89c2051 的特點(diǎn)總結(jié)如下: 指令與 mcs-51 芯片兼容 內(nèi)含 2k 字節(jié)的可編程閃速存儲(chǔ)器 工作電壓范圍：2.7v 至 6v 內(nèi)含 128 位 ram 15 條可編程控制 io 線 片內(nèi)模擬電壓比較器 2 個(gè) 16 位定時(shí)器計(jì)數(shù)

29、器寄存器 6 個(gè)中斷源 可編程串行 urat 通道 直接 led 驅(qū)動(dòng)輸出 低功耗的閑置和掉電模式 二級(jí)程序存儲(chǔ)器加鎖 壽命：1000 次寫(xiě)擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10 年 管腳功能介紹： 端口 p1：可以用作為 8 位雙向 i/o 引腳控制,p1.2 至 p1.7 提供內(nèi)部提升 電阻，p1.0 及 p1.1 則需要外加提升電阻，p1.0 也作為內(nèi)部模擬比較器的負(fù) 端(aini)輸入，p1 的輸出緩沖器可以吸入 20ma 而直接驅(qū) led 顯示器，p1.6 是比較器輸出端。 端口引腳 p3.0-p3.5 及 p3.7 可以作為 7 位雙向 i/o 引腳控制，并提供內(nèi) 部提升電阻。 at89c20

30、51 的管腳圖如圖 22 所示。 圖 22 at89c2051 的管腳圖 2.42.4 語(yǔ)音報(bào)警電路 本系統(tǒng)是一個(gè)語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)，這是設(shè)計(jì)上的一個(gè)最大特色。采用了美國(guó) isd 公司生產(chǎn)的 isd1420 語(yǔ)音芯片作為系統(tǒng)的音頻合成存儲(chǔ)器件，這一款語(yǔ) 音芯片采用了 isd 公司的專(zhuān)利技術(shù)直接模擬存儲(chǔ)技術(shù)（dast tm）來(lái)存儲(chǔ) 語(yǔ)音信號(hào)，它具有重現(xiàn)優(yōu)質(zhì)原聲，沒(méi)有常見(jiàn)的背景噪聲；使用方便，外部元 件少；無(wú)耗電信息存儲(chǔ)，省掉備用電池；信息可保存 100 年，可反復(fù)錄放 10 萬(wàn)次；具有較強(qiáng)的分段選址能力可處理多達(dá) 160 斷信息等等，這些優(yōu)點(diǎn)是選 擇它的依據(jù)。 isd1420 為優(yōu)質(zhì)單片語(yǔ)音錄放電路，

31、由振蕩器、語(yǔ)音存儲(chǔ)單元、前置放 大器、自動(dòng)增益控制電路、抗干擾濾波器、輸出放大器組成。一個(gè)最小的錄 放系統(tǒng)僅由一個(gè)麥克風(fēng)、一個(gè)喇叭、兩個(gè)按鈕、一個(gè)電源、少數(shù)電阻電容組 成。錄音內(nèi)容存入永久存儲(chǔ)單元，提供零功率信息存儲(chǔ)，這個(gè)獨(dú)一無(wú)二的方 法是借用于美國(guó) isd 公司的專(zhuān)利直接模擬存儲(chǔ)技術(shù)（dast tm）實(shí)現(xiàn)的。 利用它，語(yǔ)音和音頻信號(hào)被直接存儲(chǔ)，以其原本的模擬形式進(jìn)入 eeprom 存儲(chǔ) 器。直接模擬存儲(chǔ)允許使用一種單片固體電路方法完成其原本語(yǔ)音的再現(xiàn)。 不僅語(yǔ)音質(zhì)量?jī)?yōu)勝，而且斷電語(yǔ)音保護(hù)。 (1) 特點(diǎn)： 使用方便的單片錄放系統(tǒng)，外部元件最少 重現(xiàn)優(yōu)質(zhì)原聲，沒(méi)有常見(jiàn)的背景噪聲 放音可由邊沿或

32、電平觸發(fā) 無(wú)耗電信息存儲(chǔ)，省掉備用電池 信息可保存 100 年，可反復(fù)錄放 10 萬(wàn)次 無(wú)需專(zhuān)用編程或開(kāi)發(fā)系統(tǒng) 較強(qiáng)的分段選址能力可處理多達(dá) 160 段信息 具有自動(dòng)節(jié)電模式 錄或放后立即進(jìn)入維持狀態(tài)，僅需 0.5ua 電流 單一 5 伏電源供電 (2) 電特性 工作電壓：5v 靜態(tài)電流：典型值 0.5ua,最大值 2ua 工作電流：典型值 15ma，最大值 30 ma（16 歐姆） (3) 功能描述 語(yǔ)音質(zhì)量：isd1420 語(yǔ)音芯片提供 6.4k 取樣頻率。取樣的語(yǔ)音直接 存儲(chǔ)到片內(nèi)的不揮發(fā)存儲(chǔ)器內(nèi)部。直接模擬存儲(chǔ)能提供真實(shí)自然的語(yǔ) 音，音樂(lè)，聲音，不象其它的固態(tài)數(shù)字錄音質(zhì)量要受到影響。

33、錄放音時(shí)間：isd1420 能提供20 秒的錄放音時(shí)間。 eeprom 存儲(chǔ)：isd 的chipcorder 技術(shù)使用片上不揮發(fā)存儲(chǔ)器，斷電 后信息可以持續(xù)保存100 年。器件可以重復(fù)錄制10 萬(wàn)次。 基本操作：isd1420 chipcorder 由一個(gè)單錄音信號(hào)rec 實(shí)現(xiàn)錄音操 作，兩個(gè)放音信號(hào)其中的一個(gè)實(shí)現(xiàn)放音操作，playe （觸發(fā)放音）， playl（ 電平放音）。isd1420 可以配置成單一信息的應(yīng)用。如果使 用地址線也可以用于復(fù)雜信息的處理。器件的操作在下面解釋。 自動(dòng)掉電模式：在錄音或放音操作的結(jié)束，isd1420 將自動(dòng)進(jìn)入低功 率等待模式，消耗0.5ua 電流。在放音操

34、作中，當(dāng)信息結(jié)束時(shí)器件自 動(dòng)進(jìn)入掉電模式；在錄音操作中，rec 信號(hào)釋放變?yōu)楦唠娖綍r(shí)器件進(jìn) 入掉電模式。 尋址（可選）：作為處理單一信息的補(bǔ)充，isd1420 提供了全地址的 尋址功能。isd1400 系列內(nèi)部存儲(chǔ)陣列有160 個(gè)可尋址的段，能實(shí)現(xiàn) 下面的功能。參考isd1400 應(yīng)用信息的地址表。 (4) 芯片管腳圖及管腳功能說(shuō)明： 圖圖 27 isd1420isd1420 管腳圖管腳圖 2.52.5 顯示電路 顯示電路是在系統(tǒng)優(yōu)化階段完成的，它是對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的完善。 led 顯示器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的輸出器件。它是由若干個(gè)發(fā)光二 極管組成的，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫(huà)發(fā)亮

35、?？刂撇?同組合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。常用的 led 顯示器有 7 段和 “米”字段之分。這種顯示器有共陽(yáng)極和共陰極兩種。共陰極 led 顯示器的 發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的 陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。同樣，共陽(yáng)極 led 顯 示器的發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起，通常此公共陽(yáng)極接正電壓，當(dāng)某個(gè)發(fā) 光二極管的陰極接低電平時(shí)，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。 led 顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。 1led 靜態(tài)顯示方式 led 顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時(shí)，各位的共陰極（或共陽(yáng)極）連接在一 起并接地（或+5v） ；每位

36、的段選線（adp）分別與一個(gè) 8 位的鎖存器輸 出相連。所以稱(chēng)為靜態(tài)顯示。各個(gè) led 的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存器 的輸出將維持不變，直到顯示另一個(gè)字符為止。也正因?yàn)槿绱?，靜態(tài)顯示 器的亮度都較高。 2led 動(dòng)態(tài)顯示方式 在多位 led 顯示時(shí)，為了簡(jiǎn)單硬件電路，通常將所有位的段選線相應(yīng)地 并聯(lián)在一起，由一個(gè) 8 位 i/o 口控制，形成段選線的多路復(fù)用。而各位的共 陽(yáng)極或共陰極分別由相應(yīng)的 i/o 線控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。即在同一時(shí) 刻，只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其它各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)， 同時(shí)，段選線上輸出相應(yīng)位要顯示字符的段碼。這樣，雖然這些字符是在不 同時(shí)刻出現(xiàn)的

37、，而且同一時(shí)刻，只有一位顯示，其他各位熄滅，但由于 led 顯示器的余暉和人眼的視覺(jué)暫留作用，只要每位顯示間隔足夠短，則可造成 多位亮的假象，達(dá)到同時(shí)顯示的目的。 本系統(tǒng)采用是共陽(yáng)極 led 顯示器，由于需要 8 個(gè) led 顯示器來(lái)顯示被測(cè) 的三個(gè)量，所以采用動(dòng)態(tài)顯示方式，這節(jié)省了輸出端口，同時(shí)也節(jié)約了電能。 2.6 本章小節(jié) 本章主要介紹了系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中，將系統(tǒng)分為了四大模 塊，包括 cpu 模塊，語(yǔ)音報(bào)警模塊，顯示模塊，信息采集模塊。分別對(duì)各個(gè) 模塊進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，并對(duì)前三個(gè)模塊所選用的器件作了介紹。 第第 3 章章 硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)在第二章中已經(jīng)

38、介紹，系統(tǒng)組成方框圖見(jiàn)圖 21 所示。 具體硬件電路是按照這一方案分模塊設(shè)計(jì)的。下面詳細(xì)地介紹各個(gè)模塊。 3 3.1 1 cpucpu 模塊模塊 系統(tǒng)的 cpu 采用了 8 位單片機(jī) at89c2051，它的特點(diǎn)和管腳功能在上一 章中已經(jīng)介紹，這里主要講解它在本系統(tǒng)中的應(yīng)用。 at89c2051 的 p1 口與 isd1420 的 8 位地址端相連，用于向語(yǔ)音芯片提供 放音/錄音段的首地址。cpu 從 p1 口輸出首地址給語(yǔ)音芯片，當(dāng)語(yǔ)音芯片接 到放音或錄音控制時(shí)，它就從這一首地址開(kāi)始放音或錄音，直到放音或錄音 操作結(jié)束為止。at89c2051 的 p3.5 與 isd1420 的 rec 端

39、口相連，用于控制語(yǔ) 音芯片何時(shí)錄音。rec 為低電平時(shí)，錄音開(kāi)始，當(dāng) rec 變?yōu)楦唠娖交蚴莾?nèi)部 存儲(chǔ)器已錄滿信息時(shí)，錄音結(jié)束。at89c2051 的 p3.7 與 isd1420 的 playl 端 口相連，用于控制語(yǔ)音芯片何時(shí)放音。playl 為低電平時(shí)，放音開(kāi)始，當(dāng) playl 變?yōu)楦唠娖交蛴龅浇Y(jié)束標(biāo)志或是到達(dá)存儲(chǔ)器尾部時(shí)，放音結(jié)束。 at89c2051 的 p3.3 口通過(guò)一反相器 7406 與一 led 相連，這是正常工作指示 燈。當(dāng)正常工作時(shí)，指示燈亮起；當(dāng)有報(bào)警輸出時(shí)，這一指示燈熄滅。 at89c2051 的 rxd 端作為串行輸出端與 74ls164 的串行輸入端相接，rxd

40、端口 每次串行輸出 8 位數(shù)據(jù)，而 74ls164 將從輸入端接收到的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)椴?行數(shù)據(jù)輸出。電路中用了兩片 74ls164，其一用于并行輸出位碼數(shù)據(jù)，另一 用于并行輸出段碼數(shù)據(jù)。txd 端口與兩片 74ls164 的時(shí)鐘端相連，用于輸出 移位脈沖。p3.4 口用于控制三態(tài)緩沖器 74ls244 的開(kāi)啟與關(guān)閉。at89c2051 的復(fù)位電路采用的是上電自動(dòng)復(fù)位電路，它是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電 來(lái)實(shí)現(xiàn)的。時(shí)鐘電路采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，需要在芯片引腳 xtal1 和引腳 xtal2 間跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，以構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器， 其中，電路中的兩電容的典型值通常選擇為 30pf

41、 左右，晶體的振蕩頻率的范 圍通常是在 1.2mhz12mhz 之間。電源電路設(shè)計(jì)上，先通過(guò)工頻變壓器將市 電降壓，在經(jīng)過(guò)整流、平滑濾波、穩(wěn)壓、二極管降壓，最后輸出所要求的 5v 直流電壓。 at89c2051 是本系統(tǒng)的控制核心，它與外部的連接情況如圖 26 所示。 具體電路圖請(qǐng)見(jiàn)附錄 1。 p1.5-p1.7 at89c2051 isd 的 a5-a7 正常指示 燈 圖 31 at89c2051 的連接情況示意圖 系統(tǒng)的時(shí)鐘電路采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，具體電路見(jiàn)圖 23 所示。 圖 32 片內(nèi)振蕩器的時(shí)鐘電路 系統(tǒng)的復(fù)位電路采用上電自動(dòng)復(fù)位，這是最簡(jiǎn)單的復(fù)位電路。在通電瞬 間，由于 rc 的充電

42、過(guò)程，在 rst 端出現(xiàn)一定寬度的正脈沖，只要該脈沖能 保持 10ms 以上，就能使單片機(jī)復(fù)位。具體電路見(jiàn)圖 34 所示。 rst xtal2 xtal1 vcc p3.3 p3.5 p3.7 rxd txd p3.4 復(fù)位電路 電源電路 時(shí)鐘電路 顯示電路 isd 的 playl isd 的 rec 圖 33 上電自動(dòng)復(fù)位電路 系統(tǒng)的電源電路要求輸出5v 直流電壓，在將市電轉(zhuǎn)變?yōu)樗栎敵鰰r(shí)， 需要經(jīng)過(guò)變壓、整流、平滑濾波和穩(wěn)壓。這里，整流電路采用的是橋式整流 電路，穩(wěn)壓器件選用了穩(wěn)壓三極管 7806。電源電路見(jiàn)圖 35 所示。 圖34 電源電路 3 3.2 語(yǔ)音報(bào)警模塊語(yǔ)音報(bào)警模塊 語(yǔ)音報(bào)警

43、模塊的關(guān)鍵部件是語(yǔ)音芯片 isd1420，它是系統(tǒng)的語(yǔ)音合成存 儲(chǔ)器件。 isd1420 是可以分段錄/放音的，最小分段：20s/160 段=0.125s/段，可 分段 160 段。而錄/放音的起始地址是由地址位 a0a7 來(lái)控制的。硬件設(shè)計(jì) 上，把 isd1420 的地址端 a0a7 分別與 at89c2051 的 p1.0p1.7 相接，這 就實(shí)現(xiàn)了由 cpu 控制錄/放音的起始地址。isd1420 在本系統(tǒng)中采用電平放音 方式，用 p3.7 口控制放音，低電平開(kāi)啟，高電平關(guān)閉。用 p3.5 口控制錄音， 低電平開(kāi)啟，高電平關(guān)閉。這樣，cpu 既能控制語(yǔ)音芯片何時(shí)工作、何時(shí)停 止，又控制了

44、語(yǔ)音芯片在指定的存儲(chǔ)空間中存入相應(yīng)的語(yǔ)音信息，還能控制 語(yǔ)音芯片從何處開(kāi)始放音。此時(shí)語(yǔ)音芯片就可以按照 cpu 的指示工作。 isd1420 與 at89c2051 的連接如圖 28 所示。 圖 35 isd1420isd1420 與 at89c2051at89c2051 的連接示意圖 isd1420 的驅(qū)動(dòng)能力有限（0.5w） ，直接接到揚(yáng)聲器上效果不是太理想， 若接 1w 以上的揚(yáng)聲器將發(fā)生失真現(xiàn)象。通常 1w 以上的揚(yáng)聲器可用 lm386、dd2283、dd2822、mc34119、ta7368 等芯片驅(qū)動(dòng)；1w10w 的揚(yáng)聲器 用 tda2003、la4440 芯片驅(qū)動(dòng)。注意：對(duì)于直接

45、驅(qū)動(dòng)發(fā)聲裝置，使用兩個(gè)反 極性的輸出的功率是使用單輸出功率的 4 倍。另外，同時(shí)使用 sp+和 sp-可以 不使用喇叭的耦合電容。對(duì)于使用單個(gè)輸出，必須在 sp+和喇叭之間接一個(gè) 耦合電容。在錄音狀態(tài)中，兩個(gè)喇叭輸出為高阻狀態(tài)；在掉電模式中保持為 vssa。 isd1420 的喇叭驅(qū)動(dòng)電路如圖 29 所示。 isd1420 a5 a6 a7 playl rec p3.7 p3.5 p1.5 p1.6 p1.7 圖 36 喇叭驅(qū)動(dòng)電路圖 外部的麥克必須是 ac 耦合，通過(guò)一個(gè)電容連接。電容的數(shù)值和 mic 管 腳內(nèi)部的電阻（10k）決定 isd1420 輸入的低頻截止頻率。mic ref 是麥克

46、前 置放大的反向輸入。當(dāng)器件使用該輸入腳并以差分形式連接到麥克時(shí)，能減 低噪聲和實(shí)現(xiàn)共模抑制。在麥克選擇上，應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)駐極體麥克。 isd1420 的麥克接入電路如圖 210 所示。 圖 3 37 7 麥克接入電路 agc 阻容盡量靠近 isd 芯片，且連線盡量短。agc 電路能以很小的失真記 錄寬范圍的聲音，例如從很低的聲音到很高的聲音。agc 的起控時(shí)間由 電路內(nèi)部的一個(gè) 5k 電阻和一個(gè)外部連接的電容決定。 圖 38 agc 端口阻容接法電路 ana out 腳必須通過(guò)外部電容連接到 ana in 腳。這個(gè)電容的數(shù)值與 ana in 內(nèi)部的 3.0k 歐姆的輸入電阻能提供又一個(gè)音頻帶寬的

47、低頻截止頻率。 3.3 顯示電顯示電路路 顯示部分主要由串入并出移位寄存器 74ls164、三態(tài)緩沖器 74ls244、 三極管 和數(shù)碼管組成，具體電路見(jiàn)圖 39 所示。 圖 39 顯示電路圖 電路工作原理如下：?jiǎn)纹瑱C(jī)的串行口發(fā)送一幀數(shù)據(jù)時(shí)，由 rxd 端口一位 一位地輸出數(shù)據(jù)，而 rxd 與第一片 74ls164 的輸入端相連，74ls164 將這樣 串行輸入的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿休敵?。串行口先發(fā)送段碼數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)送完畢后， 這一段碼數(shù)據(jù)就在第一片 74ls164 的輸出端并行輸出，但是此時(shí) 74ls244 處 于關(guān)閉狀態(tài)，數(shù)據(jù)是不能通過(guò)它被送出。接著，串行口再發(fā)送位碼數(shù)據(jù)，當(dāng) 第一片 74ls16

48、4 接收到第 8 位數(shù)據(jù)時(shí)，先前發(fā)送的段碼數(shù)據(jù)就移位到第二片 74ls164 輸出，由于采用的是動(dòng)態(tài)顯示方式，所有數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一 起，與第二片 74ls164 的輸出端相連。這樣，各個(gè)數(shù)碼管都收到相同的段碼 數(shù)據(jù)，至于哪一個(gè)數(shù)碼管亮起，就要看哪一個(gè)數(shù)碼管的位選線被選通。在位 碼數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，利用軟件打開(kāi) 74ls244，這時(shí) 74ls244 將處于直通狀態(tài)， 輸出的數(shù)據(jù)和輸入的數(shù)據(jù)保持一致。輸出的數(shù)據(jù)中僅有一位是 0，其余都為 1，輸出為 0 的那一位將會(huì)使三極管導(dǎo)通，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)。 其余為 1 的位將不能使三極管導(dǎo)通，就不能夠驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。 3.4 本章小節(jié) 本章詳細(xì)

49、講述了硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中，將硬件系統(tǒng)分為三大模塊， 包括 cpu 模塊、語(yǔ)音報(bào)警模塊和顯示模塊。其中顯示模塊是對(duì)系統(tǒng)的優(yōu)化， 是在優(yōu)化階段完成的。針對(duì)各個(gè)模塊，分別給出了電路連接示意圖或是電路 圖，并對(duì)電路的工作原理作了詳細(xì)的講解。整體電路圖請(qǐng)見(jiàn)附錄 1。 第第 4 4 章章 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) 4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)原則 由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件的進(jìn)步和飛速發(fā)展，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，耗用了大量的 開(kāi)發(fā)時(shí)間，充分發(fā)揮軟件功能，盡可能擴(kuò)展軟件的應(yīng)用范圍，這就相對(duì)地簡(jiǎn) 化了硬件結(jié)構(gòu)，降低了成本，提高了系統(tǒng)的性能。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)情況，軟 件設(shè)計(jì)應(yīng)具備如下功能： 取參比較 報(bào)警語(yǔ)音輸出 語(yǔ)音錄入 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示

50、系統(tǒng)軟件全部采用匯編語(yǔ)言編制，節(jié)約了硬件資源，同時(shí)提高了系統(tǒng)的 實(shí)時(shí)性。 4.2 軟件編制 系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。程序模塊主要包括主 程序，報(bào)警語(yǔ)音輸出子程序，語(yǔ)音錄入子程序和顯示子程序。 (1) 主程序 主程序流程圖如圖 31 所示。主程序模塊完成系統(tǒng)初始化,取參比較， 置位相應(yīng)的報(bào)警標(biāo)志，并控制相應(yīng)操作等功能。 在編制主程序時(shí)，設(shè)一個(gè)報(bào)警模型標(biāo)志單元 20h,在沒(méi)有報(bào)警信號(hào)輸出時(shí)， 20h 單元中的內(nèi)容是 00h，當(dāng)有報(bào)警輸出時(shí)，會(huì)置 20h 單元的相應(yīng)標(biāo)志位為 1，在程序中，如果溫度高于上限，則置位 20h.0；如果溫度低于下限，則置 位 20h.1；如果水位高于上

51、限，則置位 20h.2；如果水位低于下限，則置位 20h.3；如果蒸汽壓力低于下限，則置位 20h.4。此標(biāo)志單元的作用是方便 cpu 查詢是否有報(bào)警發(fā)生，如沒(méi)有報(bào)警發(fā)生，則亮起正常工作指示燈。溫度 上限值放置在 30h 單元，溫度下限值放置在 31h 單元，水位上限值放置在 32h 單元，水位下限值放置在 33h 單元，蒸汽壓力下限值放置在 34h 單元。 溫度傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)在經(jīng)過(guò) a/d 轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字量，被送給 cpu 后放置在 40h 存儲(chǔ)單元中，水位傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)也經(jīng)過(guò) a/d 轉(zhuǎn)換變成數(shù)字量，送到 cpu 后放置在 41h 單元中，壓力傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)也被變?yōu)閿?shù)字量，在送給 c

52、pu 后，被放置在 42h 單元中。三個(gè)傳感器經(jīng)過(guò) a/d 轉(zhuǎn)換器送來(lái)的數(shù)據(jù)除了 被送到規(guī)定的存儲(chǔ)單元中，還要進(jìn)行拆分運(yùn)算，分別將拆分得到的個(gè)位、十 位、百位存入規(guī)定的存儲(chǔ)單元中。溫度的百位存放在 50h 單元中，溫度的十 位存放在 51h 單元中，溫度的個(gè)位存放在 52h 單元中，水位的十位存放在 53h 單元中，水位的個(gè)位存放在 54h 單元中，壓力的百位存放在 55h 單元中， 壓力的十位存放在 56h 單元中，壓力的個(gè)位存放在 57h 單元中。主程序一開(kāi) 始，首先要初始化相應(yīng)的端口，這包括將控制放音的端口（p3.7） 、控制錄音 的端口（p3.5） 、控制顯示的端口（p3.4）置 1，

53、即將它們關(guān)閉。接著要清零 報(bào)警模型標(biāo)志單元。然后，調(diào)用顯示程序來(lái)顯示當(dāng)前的溫度、水位和壓力值， 以供用戶觀察。然后從 40h 存儲(chǔ)單元中取出采樣值 x1，放在累加器 a 中，分 別將累加器 a 中的數(shù)與溫度的上限和下限比較，看是否發(fā)生越界，如果發(fā)生， 則置相應(yīng)的報(bào)警標(biāo)志位，并輸出相應(yīng)的報(bào)警語(yǔ)音。當(dāng)所有的參數(shù)比較完畢， 查看報(bào)警標(biāo)志單元 20h 是否為 00h，不為 00h 時(shí)則將熄滅正常工作指示燈。 因?yàn)閱纹瑱C(jī)是要循環(huán)不斷地執(zhí)行這樣的操作，所以在執(zhí)行一次后，延時(shí)一段 時(shí)間，開(kāi)始執(zhí)行下一次。 n 取采樣值 x2 輸出溫度 上限報(bào)警 置位溫度下 限報(bào)警標(biāo)志 開(kāi)始 初始化 調(diào)顯示子程序 清除報(bào)警模型

54、標(biāo)志單元 x1max1? 取采樣值 x1 y 輸出溫度 上限報(bào)警 置位溫度上 限報(bào)警標(biāo)志 x1max2? y 輸出溫度 上限報(bào)警 置位水位上 限報(bào)警標(biāo)志 x2min2? y 輸出溫度 上限報(bào)警 置位水位下 限報(bào)警標(biāo)志 n 取采樣值 x3 x3min3? 置位壓力下 限報(bào)警標(biāo)志 n 全部參數(shù)有報(bào)警 嗎？ y 輸出溫度 上限報(bào)警 熄滅正 常指示 燈 輸出水位 上限報(bào)警 輸出水位 下限報(bào)警 輸出壓力 下限報(bào)警 圖 31 主程序流程圖 (2) 報(bào)警語(yǔ)音輸出程序 報(bào)警語(yǔ)音輸出子程序完成所需語(yǔ)音的播放功能，流程圖如圖 32 所示。 寄存器 r6 中存放要播放內(nèi)容的起始地址，寄存器 r7 中存放播放時(shí)間。

55、在主程序調(diào)用報(bào)警語(yǔ)音輸出子程序時(shí)，已將相應(yīng)的放音首地址存入寄存器 r6，將所需的播放時(shí)間存入寄存器 r7。從 p1 口輸出放音首地址給 isd1420， 當(dāng)開(kāi)啟放音時(shí)，語(yǔ)音芯片就從這一首地址開(kāi)始放音，直到關(guān)閉放音為止。在 放音期間，需要調(diào)用延時(shí)程序，延時(shí)時(shí)間要和放音時(shí)間相同。放音所需的時(shí) 間是和語(yǔ)音段的長(zhǎng)短及語(yǔ)速有關(guān)的。 isd1420 的編程相對(duì)較簡(jiǎn)單，主要考慮不同的錄音尋址和語(yǔ)音信息的播 放。具體程序如下： /*語(yǔ)音播放子程序*/ play: mov p1,r6 ；送首地址 clr playl ；開(kāi)始播放 acall delay ；延時(shí)相應(yīng)的播放時(shí)間 setb playl ；播放完，則停止

56、 mov r7,#01 ；延時(shí) 50ms acall delay ret (3) 語(yǔ)音錄入子程序 isd1420 可以實(shí)現(xiàn)分段錄音，分段錄音時(shí) a0a7 用作地址線，a6、a7 不 可同時(shí)為高電平，所以地址范圍為 0000000010111111，即為十進(jìn)制碼 0159 共 160 個(gè)數(shù)值，這表明 isd1420 的 eeprom 最多可被劃分為 160 個(gè)存 貯單元，可錄放多達(dá) 160 段語(yǔ)音信息。由 a0a7 決定每段是： t0.125（128a764a6+32a5+16a4+8a34a22a11a 0） （1） 例如選擇從 5 秒處開(kāi)始放音，則所需的地址為 5/0.12540，換算為二

57、進(jìn)制地址為 00101000b，因此只要將上述地址配置給 a0a7 即可。在本報(bào)警 器的設(shè)計(jì)中將 20 秒的存儲(chǔ)時(shí)間分為 5 段，平均分配，每一段為 4 秒，第一段 的錄放起始地址為 00000000b，用于存儲(chǔ)有關(guān)溫度上限的報(bào)警信息；第二段 的錄放起始地址為 00100000b，用于存儲(chǔ)有關(guān)溫度下限的報(bào)警信息；第三段 的錄放起始地址為 01000000b，用于存儲(chǔ)有關(guān)水位上限的報(bào)警信息；第四段 的錄放起始地址為 01100000b，用于存儲(chǔ)有關(guān)水位下限的報(bào)警信息；第五段 的錄放起始地址為 10000000b，用于存儲(chǔ)有關(guān)壓力下限的報(bào)警信息。由這 3 段地址可以看出，a4、a3、a2、a1、a

58、0 均為 0，因此可以將它們接地，只用 at89c2051 的 3 根口線進(jìn)行控制即可。程序清單如下： /*語(yǔ)音錄入子程序*/ record： record1： mov r6,#00 ；賦溫度上限報(bào)警錄音首地址給 r6 mov r7,#80 ；延時(shí) 4 秒 acall voice ；調(diào) voice 子程序 record2： mov r6,#32 ；賦溫度下限報(bào)警錄音首地址給 r6 mov r7,#80 ；延時(shí) 4 秒 acall voice ；調(diào) voice 子程序 record3： mov r6,#64 ；賦水位上限報(bào)警錄音首地址給 r6 mov r7,#80 ；延時(shí) 4 秒 acall v

59、oice ；調(diào) voice 子程序 record4： mov r6,#96 ；賦水位下限報(bào)警錄音首地址給 r6 mov r7,#80 ；延時(shí) 4 秒 acall voice ；調(diào) voice 子程序 record： mov r6,#128 ；賦壓力下限報(bào)警錄音首地址 給 r6 mov r7,#80 ；延時(shí) 4 秒 acall voice ；調(diào) voice 子程序 ret voice： mov p1,r6 ；送首地址 clr p3.5 ；開(kāi)始錄音 acall delay ；延時(shí)相應(yīng)的錄音時(shí)間 setb p3.5 ；錄音結(jié)束 mov r7,#01 ；延時(shí) 50ms acall delay ret

60、(4) 顯示子程序 傳感器數(shù)據(jù)在經(jīng)過(guò) a/d 轉(zhuǎn)換后，被送到 cpu，cpu 一方面將采樣值放到規(guī) 定的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中，另一方面對(duì)采樣值進(jìn)行拆分運(yùn)算，分別將采樣值 的百位、十位和個(gè)位放到規(guī)定的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中，以方便顯示。這里， 設(shè)定溫度的百位存放在 50h 單元中，溫度的十位存放在 51h 單元中，溫度的 個(gè)位存放在 52h 單元中，水位的十位存放在 53h 單元中，水位的個(gè)位存放在 54h 單元中，壓力的百位存放在 55h 單元中，壓力的十位存放在 56h 單元中， 壓力的個(gè)位存放在 57h 單元中。所以，顯示子程序所要顯示的數(shù)據(jù)被放在 50h-57h 存儲(chǔ)單元中，顯示時(shí)分別將這些數(shù)