具有語音播報(bào)功能的水溫控制系統(tǒng)

畢業(yè)設(shè)計(jì)具有語音播報(bào)功能的水溫控制系統(tǒng)學(xué)院：專業(yè)：學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：2012年6月摘要本文所描述的具有語音播報(bào)功能的水溫控制系統(tǒng)是以成熟的框架為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)的,當(dāng)前系統(tǒng)框架下,設(shè)計(jì)之中的區(qū)別主要在于系統(tǒng)各個(gè)部分單元電路選用的器件的不同.因此,本文將首先從整體框架中硬件的選擇來確定總體電路,之后將描述各單元電路可行的元器件,在對(duì)比中確定優(yōu)先項(xiàng)。之后將根據(jù)設(shè)計(jì)要就進(jìn)行軟件程序的設(shè)計(jì)。文中確定了已AT89C51單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，AT89C51的強(qiáng)大功能將完成接收鍵盤的指令信號(hào)，接受數(shù)據(jù)收集芯片的收集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理之后將要顯示的部分傳送至LED顯示屏，并可根據(jù)需要控制語音輸出，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的指令控制實(shí)現(xiàn)電路調(diào)整水溫。語音播報(bào)部分采用集成芯片，進(jìn)行語音對(duì)外傳輸，選用ISD4004在很大程度上優(yōu)化了系統(tǒng)，ISD4004采用的是“直接模擬量存儲(chǔ)”技術(shù)，該技術(shù)優(yōu)勢明顯可以直接進(jìn)行模擬數(shù)據(jù)的錄入，即語音播報(bào)部分內(nèi)容可以直接輸入，無需模數(shù)裝換，存儲(chǔ)，再數(shù)模裝換，不但簡化了流程，而且最大限度的減少失真，輸出效果較好。數(shù)據(jù)采集模塊將使用DS18B20數(shù)字化溫度傳感器，DS18B20突出的特點(diǎn)是無需數(shù)模裝換，可以直接接入單片機(jī)，減少信號(hào)失真?？刂茖?shí)現(xiàn)部分將使用繼電器，由單片機(jī)數(shù)的小電流經(jīng)繼電器完成對(duì)大電流控制。依靠以上設(shè)計(jì)，系統(tǒng)將高效、穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、輸出，實(shí)現(xiàn)語音播報(bào)、溫度控制與恒定。關(guān)鍵字：語音播報(bào)，水溫控制，單片機(jī)，芯片，繼電器

AbstractPaperdescribeswithspeechfunctionofthewatertemperaturecontrolsystemisthebasisofmatureframeworkdesign,thecurrentsystemframe,designofthemaindifferenceliesinthesystemofeachpartoftheunitcircuitchoosedifferentdevices.So,thispaperwillfirstfromthewholeframeworkofthechoiceofhardwaretosettheoverallcircuit,thenwilldescribeeachunitcircuitfeasiblecomponents,incontrasttodetermineapriority.Accordingtothedesigntoaftersoftwareprogramdesign.AredeterminedalreadyAT89C51single-chipmicrocomputerasthecoreofthesystemdesign,thestrongfunctionofAT89C51willcompletethesignalsreceivedkeyboard,acceptdatacollectionofchiptocollectdatainrealtime,todealwiththatistobereveaLEDafterthepartissenttoadisplayscreen,,andbasedontheneedtocontrolspeechoutput,accordingtothepredeterminedcommandcontrolrealizationcircuittemperatureadjustment.Speechbroadcastoftheintegratedchip,forvoiceforeigntransmission,chooseISD4004largelyoptimizesthesystem,ISD4004USESisthe"directsimulationamountstorage"technology,thistechnologycandirectlytotheadvantageofthesimulationdataentry,namelyspeechbroadcastcontentcandirectinputpart,withoutmodulusoutfitchange,storage,andmathematicalmodelwithchange,notonlysimplifytheprocess,andminimizedistortion,outputeffectisgood.DataacquisitionchipwilluseDS18B20,DS18B20outstandingcharacteristicisnomathematicalmodelwithchange,candirectlyaccessmicrocontroller,reducesignaldistortion.Controlrealizepartwillusetherelay,thenumberofsinglechipmicrocomputerbysmallelectriccurrentflowsthroughtorelaytocontrol.Relyontheabovedesign,thesystemwillbeefficient,stablerealizedataacquisition,processing,output,andrealizethespeechbroadcast,temperaturecontrolandconstant.Keywords:speechbroadcast，watertemperaturecontrol，single-chipmicrocomputer，chip，relay目錄摘要 IAbstract II目錄 III第一章引言 11.1課題背景及意義 11.2主要設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)與參數(shù) 21.2.1基本要求 21.2.2主要性能指標(biāo) 21.2.3主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 2第二章系統(tǒng)總體框圖和方案對(duì)比論證 32.1總體方案的對(duì)比論證 32.2系統(tǒng)框圖 32.3單元電路方案的對(duì)比論證 42.3.1數(shù)采集模塊 42.3.2語音播報(bào)模塊 52.3.3控制實(shí)現(xiàn)模塊 6第三章硬件單元電路設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù) 93.1單片機(jī)AT89C51模塊 93.1.1主要性能參數(shù)： 93.1.2功能特性概述: 93.1.3引腳功能說明: 103.2按鍵模塊 123.3數(shù)據(jù)采集模塊 133.3.1DS18B20主要特性 133.3.2封裝及引腳排列、功能 133.3.3單片機(jī)訪問DS18B20流程 143.3.4DS18B20測溫原理 153.3.5單片機(jī)與DS18B20的連接 163.4LED顯示模塊 163.5語音播報(bào)模塊 173.5.1ISD4004外部引腳 183.5.2工作參數(shù) 193.5.3語音播放單元電路 193.6執(zhí)行模塊 203.6.1固態(tài)繼電器SSR工作原理 203.6.2固態(tài)繼電器SSR的特點(diǎn) 213.6.3繼電器控制電路圖 223.7時(shí)鐘和復(fù)位電路 223.7.1時(shí)鐘 223.7.2復(fù)位電路 233.8主電源電路 24第四章系統(tǒng)各單元模塊程序設(shè)計(jì) 234.1主程序流程圖 234.2鍵盤模塊程序流程圖 244.3數(shù)據(jù)采集模塊程序流程圖 244.4顯示模塊程序流程圖 254.5語音播報(bào)模塊程序流程圖 264.6執(zhí)行模塊程序流程圖 27結(jié)論 28參考文獻(xiàn) 29致謝及聲明 30附錄 31附錄一：整機(jī)電路圖 31附錄二：部分程序 33第一章引言1.1課題背景及意義水溫控制系統(tǒng)起源于早期的溫度控制，而溫度控制最早的應(yīng)用是在大工業(yè)生產(chǎn)時(shí)期的工廠中，例如鋼鐵生產(chǎn)，鋼材的等級(jí)、型號(hào)等技術(shù)指標(biāo)的區(qū)分在于對(duì)不同溫度鋼水控制來實(shí)現(xiàn)。之后在隨著技術(shù)的革新進(jìn)步，生產(chǎn)活動(dòng)的擴(kuò)大，越來越多的行業(yè)開始應(yīng)用溫度控制，而溫度控制也不再限于單一介質(zhì)，空氣、水、化工染料都會(huì)成為被控制對(duì)象。通過控制介質(zhì)，來保證產(chǎn)品的質(zhì)量或者用來生產(chǎn)不同的產(chǎn)品，例如芯片制造，對(duì)溫度、濕度的要求就極其嚴(yán)格；在紡織領(lǐng)域，不同溫度的水處理過的紡織線，在性質(zhì)上具有極大的差別，具體表現(xiàn)在絲線的韌度、彈性有很大不同。隨著生產(chǎn)力的發(fā)展與進(jìn)步，溫度控制不再單單應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)上，越來越多日常生活設(shè)施開始使用溫度控制系統(tǒng)，進(jìn)一步改善人類生活環(huán)境，提高生活質(zhì)量。例如，現(xiàn)代化的泳池，當(dāng)前社會(huì)在實(shí)用性的基礎(chǔ)上更加講究舒適性，表現(xiàn)在室內(nèi)泳池上，就是泳池的水溫要保持在一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，以使身處泳池之中人的體表感官保持舒適；在家居生活中，技術(shù)較新的產(chǎn)品為了在性能上出眾，以達(dá)到增加銷量的目的，越來越多的人性化設(shè)計(jì)開始使用到家電之中，以電飯煲為例，現(xiàn)在的電飯煲不在簡簡單單的能煮飯，如果飯煮好后主人沒能及時(shí)將飯盛出，電飯煲會(huì)根據(jù)溫度進(jìn)行自身調(diào)節(jié)，以使其中的飯始終保持在適宜食用的溫度范圍內(nèi)，這其中用到的就是溫度控制。溫度控制系統(tǒng)經(jīng)歷了較長的發(fā)展歷程，技術(shù)越來越成熟，其理論框架基本不會(huì)再有較大的改動(dòng)，而電子科技的發(fā)展為其性能的提升創(chuàng)造了空間。集成化、微型化、多功能化、高效化、低碳化、簡便化成為當(dāng)下溫度控制的目標(biāo)。本文將從溫度控制中應(yīng)用最為廣泛的水溫控制系統(tǒng)為例，將較為先進(jìn)集成芯片用到系統(tǒng)中以實(shí)現(xiàn)多種功能。本設(shè)計(jì)定位為具有語音播報(bào)功能的水溫控制系統(tǒng)，系統(tǒng)是將AT89C51單片機(jī)作為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)的，AT89C51的強(qiáng)大功能將完成接收鍵盤的指令信號(hào)，接受數(shù)據(jù)收集芯片的收集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理之后將要顯示的部分傳送至顯示屏，并可根據(jù)需要控制語音輸出，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的指令控制實(shí)現(xiàn)電路調(diào)整水溫。語音播報(bào)部分采用集成芯片，進(jìn)行語音對(duì)外傳輸，選用ISD4004在很大程度上優(yōu)化了系統(tǒng)，ISD4004采用的是“直接模擬量存儲(chǔ)”技術(shù)，該技術(shù)優(yōu)勢明顯可以直接進(jìn)行模擬數(shù)據(jù)的錄入，即語音播報(bào)部分內(nèi)容可以直接輸入，無需模數(shù)裝換、存儲(chǔ)、再數(shù)模裝換的復(fù)雜流程，不但簡化了流程，而且最大限度的減少失真，輸出效果較好。數(shù)據(jù)采集芯片將使用DS18B20，DS18B20突出的特點(diǎn)是無需數(shù)模裝換，可以直接接入單片機(jī)，減少信號(hào)失真，而軟件部分程序設(shè)計(jì)將十分簡單。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以下功能：·鍵盤輸入及控制系統(tǒng)運(yùn)作·預(yù)先溫度設(shè)定，系統(tǒng)將根據(jù)設(shè)定的溫度進(jìn)行控制·語音播報(bào)·實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度1.2主要設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)與參數(shù)1.2.1基本要求控制對(duì)象為1升凈水，水溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，并能在環(huán)境溫度降低時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，以保持設(shè)定的溫度基本不變。1.2.2主要性能指標(biāo)（1）以單片機(jī)為控制核心。（2）達(dá)到設(shè)定的水溫時(shí)，進(jìn)行語音播報(bào)。（3）電路可以采用集成電路也可以采用分立式電路（4）用十進(jìn)制數(shù)碼顯示水的實(shí)際溫度1.2.3主要設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）給出電路設(shè)計(jì)總體框圖（2）給出單元電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算，并分析單元電路的工作原理（3）將單元電路進(jìn)行級(jí)聯(lián)形成總體電路，并分析工作原理第二章系統(tǒng)總體框圖和方案對(duì)比論證2.1總體方案的對(duì)比論證本設(shè)計(jì)的目標(biāo)是具有語音播報(bào)功能的水溫控制系統(tǒng)。要求控制對(duì)象為1升凈水，水溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，并能在環(huán)境溫度降低時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，以保持設(shè)定的溫度基本不變。以單片機(jī)為控制核心,達(dá)到設(shè)定的水溫時(shí)，進(jìn)行語音播報(bào)。電路可以采用集成電路也可以采用分立式電路。用十進(jìn)制數(shù)碼顯示水的實(shí)際溫度。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，有以下方案可供選擇：方案1：以十六位單片機(jī)SPCE061A為核心，采用常見的分立式設(shè)計(jì)完成外圍電路功能。方案2：以單片機(jī)AT89C51為核心，采用集成芯片完成外圍電路功能。方案對(duì)比：方案1使用的SPCE061A單片機(jī)，其優(yōu)勢在于自身配備語音播放函數(shù)，可以簡單快捷的實(shí)現(xiàn)語音播放；芯片內(nèi)置在線仿真、編程接口，對(duì)于在線調(diào)試較為有用。方案2使用的AT89C51單片機(jī)，優(yōu)勢在于軟件編程自由度大，可用編程實(shí)現(xiàn)各種控制算法和邏輯控制。二者各有千秋，但是SPCE061A單片機(jī)與我們?nèi)粘＝佑|的51系列在指令系統(tǒng)上面差別很大，同時(shí)單片機(jī)使用的是PID算法，在目前的知識(shí)儲(chǔ)備中未曾接觸過這種算法，在軟件編程上存在困難。而方案2使用的AT89C51單片機(jī)在以前接觸過，較為了解，使用起來比較簡單方便。結(jié)論：基于以上對(duì)比，本設(shè)計(jì)采用方案2。2.2系統(tǒng)框圖系統(tǒng)主要包含三部分：輸入模塊（按鍵輸入、數(shù)據(jù)采集模塊的信息輸入）、輸出模塊（語音播報(bào)、LED顯示）、控制實(shí)現(xiàn)模塊（繼電器、電爐），另外，電路還需要時(shí)鐘電路和復(fù)位電路以及電源電路提供外圍輔助。系統(tǒng)框圖如圖2.1所示。單片機(jī)單片機(jī)AT89C51LED顯示語音播報(bào)ISD4004繼電器電爐盛水容器數(shù)據(jù)采集DS18b20按鍵時(shí)鐘與復(fù)位電路圖2-1系統(tǒng)框圖2.3單元電路方案的對(duì)比論證該部分將從系統(tǒng)框圖中的模塊出發(fā)，分析各單元電路的可行方案，通過對(duì)比分析選擇最優(yōu)方案，同時(shí)也是從技術(shù)角度出發(fā)，說明總體方案是最優(yōu)選項(xiàng)。2.3.1數(shù)采集模塊數(shù)據(jù)采集模塊是顯示模塊的前提，同時(shí)也是控制電路執(zhí)行模塊反饋形成的必要條件。數(shù)據(jù)采集模塊在很大程度上要求，具有高精度、高靈敏性，數(shù)據(jù)采集模塊的精度影響到處理過程的誤差波動(dòng)，靈敏性影響到反饋的形成。數(shù)據(jù)采集模塊有以下三個(gè)方案：方案1：采用分立式的設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)采集模塊由溫度傳感器鉑電阻Pt1000和運(yùn)算放大器HT9274，該運(yùn)算放大器為電壓差動(dòng)運(yùn)算放大，通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻可以完成調(diào)零。鉑熱電阻的突出性能是在高溫和氧化性介質(zhì)中很穩(wěn)定，線性度非常好，因此它通常用于工業(yè)測溫。鉑電阻傳感器將測得的溫度線號(hào)傳到信號(hào)放大器，進(jìn)行電壓信號(hào)放大，之后由單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理并做出反應(yīng)。工作電路如圖2.2所示。方案2：采用集成式的設(shè)計(jì),由DS18B20數(shù)字化溫度傳感器獨(dú)立完成數(shù)據(jù)采集工作。DSB1820突出的特點(diǎn)是可以直接接入單片機(jī)，無需數(shù)模裝換，能夠直接讀出被測溫度,減少信號(hào)失真，而軟件部分程序設(shè)計(jì)將十分簡單。其讀數(shù)方式是數(shù)字式的,有效寬度(9-12位)完全可以滿足需求,而且讀數(shù)時(shí)間極短,在一秒鐘之內(nèi)就可以完成,芯片的讀寫都依賴于一個(gè)總線,簡化了電路,其功耗也比較低。圖2-2由PT1000和HT9274構(gòu)成的測溫電路方案對(duì)比：方案1應(yīng)用的是鉑電阻，鉑電阻線性好，但是需要進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，在一定程度上影響了數(shù)據(jù)精度，相比較而言，方案2更為合適。結(jié)論：基于以上對(duì)比，數(shù)據(jù)采集模塊選用方案2。2.3.2語音播報(bào)模塊語音播報(bào)模塊實(shí)現(xiàn)的途徑是通過單片機(jī)控制語音播放器件傳輸?shù)綌U(kuò)音器,將預(yù)先設(shè)定好的語音播放出來?？尚械姆桨赣幸韵聝蓚€(gè)：方案1：以SK040G語音芯片直接驅(qū)動(dòng)的0.5W的擴(kuò)音器。SK040G語音芯片是一次性可編程語音芯片，語音輸出有PWM和DAC兩種模式，可以選擇控制模式，控制模式有三種并口控制、串口控制、按鍵控制等。該語音芯片內(nèi)部自帶濾波功率放大器，直接連接擴(kuò)音器也不會(huì)影響音質(zhì)。方案2：以AT89C51單片機(jī)為核心，由ISD4004語音芯片配合音頻功率放大器LM386、麥克風(fēng)、擴(kuò)音器等簡單外圍器件完成語音播放工作，單片機(jī)只需要提供工作信號(hào)，在信號(hào)驅(qū)動(dòng)下語音芯片便可通過揚(yáng)聲器將預(yù)先設(shè)定的語音內(nèi)容播放出來，而所播放的語音內(nèi)容可以以錄音的方式直接收錄進(jìn)語音芯片便可，這得益于ISD4004語音芯片所特有的“直接模擬量存儲(chǔ)”專利技術(shù)。方案比較：兩個(gè)方案從功能上來說都能順利完成任務(wù)，但是方案1中SK040G是可編程語音芯片，要完成語音播放任務(wù)需要預(yù)先的編程，增加了工作量；另外，雖然該芯片的價(jià)格只有幾元錢，但是其是一次性可編程的，完成一次變成后期編程功能即喪失，經(jīng)濟(jì)性好，但性價(jià)比低。方案2中使用的ISD4004語音芯片因其所特有直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù)，大大簡化了工作量，并且可以反復(fù)使用。結(jié)論：基于以上比較，語音播放模塊選擇方案2。2.3.3控制實(shí)現(xiàn)模塊控制實(shí)現(xiàn)模塊的方案理論上的方案都是通過繼電器銜接電爐，完成弱電信號(hào)對(duì)強(qiáng)電的控制，而使用什么樣的繼電器對(duì)電路的完成效率有著很大的影響，主要由以下兩種選擇：方案1：使用傳統(tǒng)電磁式繼電器，電磁式繼電器結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用，單片機(jī)傳送高電平信號(hào)至三極管，三極管正向?qū)ㄐ盘?hào)傳至2號(hào)接口，繼電器電流輸入口兩個(gè)反向電壓作用，磁性消失，原本被吸附彈片落下，連接高壓兩端電路，電路導(dǎo)通，開始加熱。圖2-3傳統(tǒng)繼電器方案2：使用較為新型的固態(tài)繼電器，完成強(qiáng)弱電信號(hào)銜接。單片機(jī)接口連接一個(gè)快速反相器，再連接到固態(tài)繼電器上，固態(tài)繼電器另一端連接220V電源，正向信號(hào)傳送至反相器導(dǎo)通，固態(tài)繼電器工作，強(qiáng)電電路導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)電爐工作。圖2-4固態(tài)繼電器方案比較：方案設(shè)計(jì)要求中并沒有對(duì)加熱裝置的使用做出明確要求，但是控制對(duì)象明確為1L水，加熱非常簡單，普通的1Kw電爐就可以勝任。外界的電壓為220V,繼電器及其連接部應(yīng)該有兩倍的耐壓性，并能保證繼電器電路本身不會(huì)對(duì)前級(jí)電路造成影響。方案2的SSR繼電器具有過零控制功能，可以實(shí)現(xiàn)。結(jié)論：基于以上對(duì)比，控制實(shí)現(xiàn)單元采用方案2.第三章硬件單元電路設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù)3.1單片機(jī)AT89C51模塊AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的高性能8位CMOS單片機(jī)，單片機(jī)ROM采用具有可快速擦寫功能的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM），容量為4Kbytes，而RAM為128bytes大小的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，ATMEL公司的在8951身上使用了高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)，單片機(jī)兼容標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)，片內(nèi)CPU為通用8位中央處理器，并置有flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大。AT89C51單片機(jī)因其高性價(jià)比適用廣泛，為各種控制領(lǐng)域所青睞。3.1.1主要性能參數(shù)：·具有良好的兼容性，MCS-51系列產(chǎn)品的指令系統(tǒng)完全可應(yīng)用于AT89C51·flash閃速存儲(chǔ)器容量較大,可達(dá)4K字節(jié)·數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擦鞋周期長,最高可達(dá)1000次·靜態(tài)操作頻率寬,下限0Hz,上限24MHz·程序存儲(chǔ)器可進(jìn)行三級(jí)加密·內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）為128*8字節(jié)·四組8引腳可編程的I/O口·16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器2個(gè)·中斷源6個(gè)·可編程串行UART通道·低功耗空閑和掉電模式3.1.2功能特性概述:AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：內(nèi)含兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu),其向量數(shù)為5，通信口為串行全雙工通信，帶有內(nèi)部時(shí)鐘電路，但是精度較低。同時(shí)，AT89C51可在0Hz狀態(tài)下進(jìn)行靜態(tài)邏輯操作，該單片機(jī)提供兩種節(jié)電模式，模式選擇由軟件完成。當(dāng)單片機(jī)處于空閑方式，其CPU將停止工作，在此期間RAM的讀取不受影響，定時(shí)／計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。單片機(jī)掉電后，能自動(dòng)保存RAM中的內(nèi)容，與此同時(shí)，振蕩器將停止提供時(shí)鐘信號(hào)，在下一個(gè)硬件復(fù)位前，所有部件都會(huì)被禁止。3.1.3引腳功能說明:圖3-1AT89C51引腳排列（PDIP）P0口：P0口是雙向I/O口，具有八個(gè)引腳，各引腳為漏極開路型，是地址或者數(shù)據(jù)總線復(fù)位口，低八位地址線和數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用。P1口：P1口同樣是雙向I/O口，引腳也是八個(gè)，但是P1口各引腳的不同之處在于其帶內(nèi)部上拉電阻的，P1可以通過吸收或輸出電流的方式由其輸出緩沖級(jí)完成對(duì)TTL邏輯門電路的驅(qū)動(dòng)，可以驅(qū)動(dòng)的個(gè)數(shù)為4個(gè)。P2口：P2口的性質(zhì)功能與P1口基本相同，不同之處在于在進(jìn)行Flash編程和程序校檢時(shí)，P2口可以獲取16位地址的外部數(shù)據(jù)，但是P1口只能獲取低8位地址P3口：P3口是的性質(zhì)功能與P1、P2口重疊，但是P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表3.1所示:表3-1P3口的第二功能端口引腳第二功能P3.0Rxd(串行輸入口)P3.1Txd(串行輸出口)P3.2^int0(外中斷0)P3.3^int1(外中斷1)P3.4t0(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0)P3.5t1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1)P3.6^WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)P3.7^RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)除此之外，P3口還可以接收控制信號(hào)，這些控制信號(hào)一般用于f閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)。RST：復(fù)位信號(hào)輸入端，外部復(fù)位電路提供復(fù)位信號(hào)，復(fù)位電路的形式分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種。ALE/PROG：ALE（地址所存允許）引腳有兩個(gè)作用，當(dāng)CPU訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，輸出脈沖信號(hào)，用于低8位字節(jié)地址的鎖存；當(dāng)CPU對(duì)flash存儲(chǔ)器進(jìn)行編程時(shí)，該引腳可以完成編程脈沖（^PROG）信號(hào)的輸入。^PSEN：^PSEN是程序存儲(chǔ)允許，其作用是輸出外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)，允許兩次讀取外部程序存儲(chǔ)器。EA/VPP:EA保持低電平時(shí)，單片機(jī)的CPU只能訪問外部程序存儲(chǔ)器，當(dāng)EA保持高電平時(shí)，需要接VCC端，CPU就只能訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器XTAL1:振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸出端。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。3.2按鍵模塊按鍵的功能是完成對(duì)系統(tǒng)初始溫度的設(shè)定,實(shí)現(xiàn)這樣的要求最少需要三個(gè)鍵,一個(gè)功能鍵,另外兩個(gè)鍵調(diào)節(jié)溫度。各個(gè)鍵的功能描述如表3-2所示。表3-2按鍵控制描述按鍵名稱功能描述K2加一鍵每按一次鍵，數(shù)字加1K3減一鍵每按一次鍵，數(shù)字減1K4功能鍵按鍵按下,系統(tǒng)處于設(shè)定狀態(tài),再次按下,系統(tǒng)設(shè)定完成。圖3-2按鍵輸入模塊按鍵與單片機(jī)AT89C51的連接方式是，三個(gè)按鍵的一端都接地，另一端分別接10K的上拉電阻，電阻另一端接+5V的直流電源。從硬件電路來看，正常情況下，直流電源、電阻、單片機(jī)構(gòu)成通路，單片機(jī)與按鍵單元連接的引腳始終處于低電平狀態(tài)，只有當(dāng)某個(gè)按鍵按下的時(shí)候，才會(huì)有高電平信號(hào)輸入對(duì)應(yīng)引腳。從軟件的工作原理來看，按鍵單元采用軟件查詢和外部中斷相結(jié)合的方法，由單片機(jī)直接對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，低電平有效。按鍵K4與P1.5相連，采用外部中斷方式，并且優(yōu)先級(jí)定為最高；K2和K3分別與P1.7和P1.6相連，采用軟件查詢的方式。3.3數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)采集模塊采用的是美國Dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20，其特性是可以直接把溫度轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的數(shù)字量，該溫度傳感器特備適合于各種計(jì)算機(jī)組成單線多點(diǎn)溫度測量系統(tǒng)。3.3.1DS18B20主要特性·溫度轉(zhuǎn)化與輸出過程全部采用數(shù)字量

·一根數(shù)據(jù)總線完成輸入輸出通信·數(shù)據(jù)采集精度,溫度誤差不超過0.5攝氏度·在最大分辨率下,工作周期為750毫秒

·供電方式采用獨(dú)立供電或寄生供電

·適用溫度范圍較寬,下限為–55°C上限為·內(nèi)部帶有EEPROM，并具備限溫報(bào)警功能

·內(nèi)部只讀存儲(chǔ)器(ROM)含有64位產(chǎn)品序列號(hào)

·多樣的封裝形式3.3.2封裝及引腳排列、功能DS18B20有多種封裝形式，如管道式、磁鐵吸附式、不銹鋼封裝式等，所以可以適應(yīng)不同的工作環(huán)境，如高爐水循環(huán)測溫、鍋爐測溫等。在本設(shè)計(jì)中，采用不銹鋼封裝式的DS18B20，為保證測溫精度,需要用傳感器對(duì)被測試對(duì)象(1L水)進(jìn)行直接接觸式測溫,不銹鋼形式的封裝可以保護(hù)傳感器不受腐蝕。圖3-3DS18B20引腳排列及封裝DS18B20外形看起來像一只三極管，引腳如圖3-3，引腳名稱及功能如下：GND接地端DQ數(shù)字輸入輸出，與TTL電平兼容。VDD可選電源端。每只DS18B20都可以設(shè)置成兩種供電方式，即數(shù)據(jù)總線供電（寄生電源供電）和外部供電。采用數(shù)據(jù)總線供電時(shí)，VDD接地，這樣的方式有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)，一是可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離測溫，省去外部電源；二是可以在沒有外接電源的情況下完成測溫程序執(zhí)行；三是節(jié)省一根傳輸線，簡化了電路，但缺點(diǎn)是采用寄生供電方式會(huì)延長測溫時(shí)間，并且對(duì)外部電源的穩(wěn)定性要求較高，需要電源長時(shí)間穩(wěn)定在+5V；采取外部供電方式時(shí)，VDD需要接5V直流電源，優(yōu)點(diǎn)是可以提高測量速度，并且該方式下對(duì)電源要求寬泛，當(dāng)工作中電壓從+5V降到+3V芯片仍然能夠正常工作，但是該狀態(tài)下，GND引腳絕對(duì)不能懸空，否則程序會(huì)進(jìn)入死循環(huán)，讀取的溫度值始終是85攝氏度。3.3.3單片機(jī)訪問DS18B20流程單片機(jī)是DS18B20的控制器，在控制器的指令引導(dǎo)下，溫度傳感器完成溫度采集和數(shù)據(jù)傳輸工作。單片機(jī)通過一線總線訪問DS18B20的話，需要經(jīng)過以下幾個(gè)步驟：復(fù)位單片機(jī)上電后，向DS18B20發(fā)送不少于480us的低電平信號(hào)，DS18B20會(huì)在最長60us的時(shí)間內(nèi)向的單片機(jī)返回一個(gè)脈沖信號(hào)，證明數(shù)據(jù)采集芯片正在待命，復(fù)位完成。執(zhí)行ROM指令復(fù)位完成后，單片機(jī)向DS18B20發(fā)送ROM指令，功能是讀取DS18B20內(nèi)部序列號(hào)，當(dāng)然，讀取序列號(hào)的過程是為了區(qū)分單總線上的多個(gè)DS18B20，當(dāng)總線上連接單個(gè)DS18B20溫度傳感器時(shí)，可以執(zhí)行跳過ROM指令。在本設(shè)計(jì)中僅掛接一片溫度傳感器，就可以執(zhí)行跳過命令。執(zhí)行DS18B20功能指令（RAM指令）在ROM指令發(fā)送完畢后，單片機(jī)直接向DS18B20發(fā)送RAM指令，RAM指令一共有六條，分別是，寫RAM數(shù)據(jù)、讀取RAM數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)復(fù)制并發(fā)送到EEPROM，進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換、EEPROM回傳數(shù)據(jù)給RAM、進(jìn)行工作方式的切換，DS18B20具體要進(jìn)行什么樣的工作，由單片機(jī)發(fā)送的不同命令決定。3.3.4DS18B20測溫原理DS18B20內(nèi)部有四個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件，其中包括帶有64位序列號(hào)的光刻只讀存儲(chǔ)器ROM，溫度傳感器，溫度傳感器的儲(chǔ)存器，配置寄存器。溫度傳感器測量溫度的過程實(shí)際上是由一只熱敏電阻組成電路完成的，該熱敏電阻接入一個(gè)電橋中，基準(zhǔn)溫度下，電橋處于平衡狀態(tài)。當(dāng)熱敏電阻感受到溫度后，會(huì)產(chǎn)生阻值變化，電橋的平衡被打破輸出端產(chǎn)生電壓，即溫度的模擬量值，該模擬量對(duì)應(yīng)一個(gè)十進(jìn)制數(shù)量值。之后，得到溫度轉(zhuǎn)換命令后，DS18B20根據(jù)傳感器測得的數(shù)量值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，形成二進(jìn)制的數(shù)字化溫度值，其計(jì)算過程為，測得溫度t，若為正值，則T=t/0.0625,直接將T轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制T1，如溫度t等于+125，T=2000，降T轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制為0000011111010000，十六進(jìn)制表示是07D0H，若所的溫度為負(fù)值，如t=-0.5，則T=-8，其二進(jìn)制表示過程為，8D=0000000000001000B，取反為1111111111110111，加1后的T1，T1=1111111111111000，十六進(jìn)制表示為FFF8H。該溫度值被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，在單片機(jī)對(duì)DS18B20進(jìn)行讀取時(shí)，溫度值傳輸至單片機(jī)內(nèi)。3.3.5單片機(jī)與DS18B20的連接前面已經(jīng)對(duì)DS18B20的引腳進(jìn)行了介紹,該數(shù)據(jù)采集芯片只有三個(gè)引腳:GND接地端,DQ數(shù)字輸入/輸出端,VDD可選端,VDD可以接地也可以接5V直流電源,當(dāng)VDD接地時(shí)會(huì)影響到讀數(shù)速度,所以在進(jìn)行連接時(shí),1820VDD端口選擇接5V直流電源。單片機(jī)與數(shù)據(jù)采集芯片的連接如圖3.4所示。圖3-4DS18B20與AT89C51單片機(jī)的接口電路3.4LED顯示模塊圖3-5數(shù)碼管的共陽極電路圖根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，顯示模塊的電路要完成動(dòng)態(tài)顯示功能，其顯示的溫度用十進(jìn)制表示，由于實(shí)際中并沒有對(duì)精度提出明確要求，我們可以將步進(jìn)值設(shè)置為1攝氏度，由兩片LED構(gòu)成電路，完成從0-99℃的溫度顯示。由于AT89C51單片機(jī)帶有32個(gè)引腳，無需端口擴(kuò)展。顯示模塊需要的器件有，兩片8段LED數(shù)碼管，一個(gè)8路三態(tài)反相驅(qū)動(dòng)器74HC241，兩個(gè)與非門74LS01，8個(gè)10K電阻。LED顯示模塊的電路連接圖如圖3-6所示，數(shù)碼管采用共陽極電路，+5V直流電源接8個(gè)10K上拉電阻接入74HC241反相驅(qū)動(dòng)器，74HC241接P0口，用作字形驅(qū)動(dòng)，數(shù)碼管8位引腳接入電阻與反相驅(qū)動(dòng)器之間，74LS01用作位選驅(qū)動(dòng)。數(shù)碼管是8段共陽極，所以發(fā)光時(shí)，字形驅(qū)動(dòng)“0”有效，，位選驅(qū)動(dòng)“1工作時(shí)，位選信號(hào)每次僅有一路輸出是“0”，另一路是“1”，同時(shí)P2口選通的數(shù)碼管相對(duì)應(yīng)的字形碼信號(hào)。事實(shí)上，兩只數(shù)碼管輪流通電，僅有一只數(shù)碼管顯示數(shù)字，由于數(shù)碼管發(fā)光具有余暉特性及人眼的視覺暫留作用，選取循環(huán)掃描頻率，在視覺上是所有數(shù)碼管同時(shí)點(diǎn)亮的。圖3-6顯示電路的數(shù)碼管與單片機(jī)連接圖3.5語音播報(bào)模塊語音播報(bào)模塊是以ISD4004為核心的，ISD4004是ISD4000系列語音芯片的一種,4000系列還有ISD4002、ISD4003等，個(gè)位上的數(shù)字表示語音錄放時(shí)間，4004的錄放時(shí)間為8、10、12、16，不同小類錄放時(shí)間不同。ISD系列芯片與其他語音芯片相比，有一項(xiàng)獨(dú)有技術(shù)——多電平直接模擬專利技術(shù)該技術(shù)的使用是4004在語音采集的過程中，將采集到的模擬量采樣值直接存儲(chǔ)到閃速存儲(chǔ)器中，避免了A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)壓縮過程中導(dǎo)致的信號(hào)損失與誤差，因此由ISD4004存儲(chǔ)播放的語音顯得真實(shí)、自然，效果極佳，一般的固體錄音電路在量化和壓縮過程中造成的量化噪聲和金屬聲不會(huì)在ISD身上出現(xiàn)。3.5.1ISD4004外部引腳語音芯片ISD4004的外部引腳圖如圖3-7所示。圖3-7ISD4004外部引腳圖引腳說明：（1）同相模擬輸入（ANA

IN+）錄音信號(hào)的同相輸入端（2）反相模擬輸入（ANA

IN-）錄音信號(hào)的反相輸入端。（3）音頻輸出（AUD

OUT）音頻經(jīng)該端口輸出，可驅(qū)動(dòng)5kΩ的負(fù)載。

（4）片選（）端口低電平有效，即控制器向該口發(fā)送信號(hào)選中芯片。（5）串行輸入（MOSI）串行輸入端，主控制器向該口發(fā)送的控制信號(hào)，ISD4004獲得信號(hào)輸入。（6）串行輸出（MISO）ISD4004串行輸出端，芯片未處于工作狀態(tài)，該端口呈高阻狀態(tài)。（7）串行時(shí)鐘（SCLK）由控制器將時(shí)鐘信號(hào)通過該口發(fā)送給ISD4004。（8）中斷（）漏極開路輸出端口。（9）外部時(shí)鐘（XCLK）沒有接外部時(shí)鐘時(shí)，此端必須接地。（10）自動(dòng)靜噪（AM

CAP）1μF電容構(gòu)成內(nèi)部峰值檢測電路的一部分，檢測出的峰值電平與內(nèi)部設(shè)定的閾值作比較，決定自動(dòng)靜噪電路的工作與否。3.5.2工作參數(shù)·工作電壓：單電源+3V直流電壓,耐受范圍較寬·語音錄放時(shí)間：8—16min·工作電流：25-30mA·維持電流：1uA·錄音周期：10萬次·采樣頻率：8KHz（頻率可選：4.0,5.3,6.4,8.0KHz，頻率越低，錄放時(shí)間越長，但是音質(zhì)會(huì)下降）3.5.3語音播放單元電路MK1為駐極體話筒（MIC），用于語音信號(hào)錄入，LS為麥克風(fēng)，功率為0.5w，用于語音信號(hào)播放。在播放語音的部分中，輸出端OUT接低電壓通用集成功率放大器LM386M，放大器用于驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器LS。圖3-8所示的功放與揚(yáng)聲器的連接是LM368的典型電路，LM386M兩個(gè)GAIN腳間外接10μF的旁路電容，可以使電路的放大倍數(shù)提高200倍。圖3-8語音播放電路圖3.6執(zhí)行模塊執(zhí)行模塊的功能是將單片機(jī)傳送來的驅(qū)動(dòng)信號(hào)送至繼電器，控制繼電器工作，由繼電器完成弱電流和強(qiáng)電流的銜接，使電爐轉(zhuǎn)為工作狀態(tài)，對(duì)容器中的水進(jìn)行加熱，使水溫恢復(fù)到設(shè)定溫度,選用的型號(hào)是240D10固態(tài)繼電器。3.6.1固態(tài)繼電器SSR工作原理系統(tǒng)執(zhí)行模塊采用固態(tài)繼電器SSR進(jìn)行控制,SSR內(nèi)部可以劃分為三個(gè)部分：輸入電路、耦合電路、輸出電路。設(shè)計(jì)中采用的240D10輸入電路為兩端直流輸入，前端加阻性負(fù)載，抑制大電流產(chǎn)生，保障控制信號(hào)穩(wěn)定；在耦合電路中使用光耦合器，實(shí)現(xiàn)輸入端與輸出端的隔離控制，消除負(fù)載端大電流的串?dāng)_；輸出電路使用單向可控硅SCR和雙向可控硅Triac,控制負(fù)載電源的通斷，輸出端也是兩端接口。在輸入端加控制信號(hào)完成對(duì)輸出端負(fù)載的“通”“斷”控制SSR內(nèi)部的光耦合器OPTOS01輸入端的負(fù)載是發(fā)光二極管，這決定了輸入端與輸入信號(hào)電平匹配，使用時(shí)，SSR輸入端直接與單片機(jī)輸出口連接，由“1”與“0”邏輯電平控制。觸發(fā)電路的功能是通過產(chǎn)生合適的觸發(fā)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路工作，這種情況下，將產(chǎn)生射頻干擾信號(hào)并以高次諧波或尖峰等干擾電路，為此設(shè)計(jì)了“過零控制電路”。所謂“過零”是指，輸入端加控制信號(hào)，交流電壓過零時(shí)，固態(tài)繼電器即為通態(tài)；而當(dāng)斷開控制信號(hào)后，固態(tài)繼電器要等待交流電的正半周與負(fù)半周的交界點(diǎn)(零電位)時(shí)，固態(tài)繼電器才為斷態(tài)。下圖為一種典型的交流型SSR的電路原理圖，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3-9所示。3.6.2固態(tài)繼電器SSR的特點(diǎn)（1）SSR通過弱信號(hào)對(duì)強(qiáng)電信號(hào)進(jìn)行控制。（2）SSR全部由固態(tài)電子元件組成，工作可靠性高、壽命長。（3）交流型SSR采用過零觸發(fā)技術(shù)，避免了對(duì)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的干擾。（4）SSR可以承受的浪涌電流可達(dá)額定電流十倍左右。圖3-9繼電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖3-10繼電器控制模塊及加熱裝置3.6.3繼電器控制電路圖下圖是一個(gè)控制電阻絲加熱的電路圖，單片機(jī)通過P3.1口的輸出控制繼電器的開合并進(jìn)行通訊,當(dāng)繼電器的開關(guān)閉合時(shí)，晶閘管的門極觸發(fā)電路導(dǎo)通，即晶閘管導(dǎo)通，220V的交流電壓直接加在加熱裝置，加熱裝置為日常用的1kw電阻性電爐，進(jìn)行加熱，其電路圖如圖3-10所示。3.7時(shí)鐘和復(fù)位電路前面各單元電路都是以各種集成器件為核心,完成個(gè)單元承擔(dān)的任務(wù),在本單元索要設(shè)計(jì)的是即使外圍輔助單元。單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)和復(fù)位需要本單元電路的3.7.1時(shí)鐘51單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)可以由外部時(shí)鐘提供，也可以有內(nèi)部時(shí)鐘提供。內(nèi)部時(shí)鐘的特點(diǎn)是，時(shí)鐘電路由單片機(jī)自身內(nèi)置的放大器與外部諧振構(gòu)成自激振蕩器電路，完成時(shí)鐘信號(hào)提供，減少外圍電路，但缺點(diǎn)是精度略差；外部時(shí)鐘的特點(diǎn)是精確度高，穩(wěn)定好，但是會(huì)大大增加外圍電路。由于本設(shè)計(jì)對(duì)精度要求不高，從簡化電路角度考慮，我們?cè)诒驹O(shè)計(jì)中選擇內(nèi)部時(shí)鐘電路。AT89C51內(nèi)置高增益反相放大器，該放大器外接一組諧振就可構(gòu)成時(shí)鐘電路，放大器的引腳是XTAL1和XTAL2，分別代表輸入端和輸出端。外部諧振可以選擇石英晶體也可以選擇陶瓷諧振，考慮到成本，設(shè)計(jì)中采用石英晶體諧振電路，電路中有兩個(gè)電容C5，C7，諧振電路電容的大小影響振蕩頻率、穩(wěn)定性、和起振。AT89C51的資料中建議使用30PF的電容，石英晶振要盡可能的提高頻率以增加精度，所以選用12MHz的石英晶體。3.7.2復(fù)位電路復(fù)位電路為單片機(jī)提供復(fù)位信號(hào)，復(fù)位的方式由系統(tǒng)的工作原理決定，由于水溫控制系統(tǒng)的水溫設(shè)定是有手動(dòng)完成，所以單片機(jī)的復(fù)位最好也由手動(dòng)完成。因此在復(fù)位電路是按鍵電平復(fù)位，設(shè)置復(fù)位鍵K1，K1與+5V高電平相連，按下復(fù)位鍵，復(fù)位信號(hào)經(jīng)電阻傳至單片機(jī)復(fù)位端，完成復(fù)位過程，中間的時(shí)間僅需要2個(gè)機(jī)器周期。時(shí)鐘電路和復(fù)位電路如圖3-11所示。圖3-11定時(shí)控制器和復(fù)位電路圖3.8主電源電路由前面對(duì)各單元電路的描述可知，按鍵模塊、數(shù)據(jù)采集模、顯示模塊、執(zhí)行模塊和復(fù)位電路均需要外接+5V的直流電源，而語音播報(bào)模塊需要提供+3V左右的直流電源。其中數(shù)據(jù)采集模塊的DS18B20數(shù)字化溫度傳感器采用的是外部供電工作模式，要求外部電源有較好的穩(wěn)定性；除此之外，繼電器既連接低電平直流電源，又連接著的高電壓交流電源，容易造成信號(hào)串?dāng)_；從這兩方面考慮，系統(tǒng)中應(yīng)該有獨(dú)立的電源為各個(gè)模塊單獨(dú)供電。主電源電路分為兩部分，一部分提供+5V直流電源，另一部分提供+3V直流電源。兩部分結(jié)構(gòu)相同，都是由變壓器、橋式全波整流電路、電容(C1、C2、C8、C9)濾波電路、三端固定輸出的集成穩(wěn)壓器78LXX構(gòu)成，一端接直流電源，另一端輸出直流電源，不同之處在于+5V電路采用的是78L05，+3.3V采用的是78L33。下圖電路是，78L05和78L33的典型應(yīng)用電路。系統(tǒng)的供電電源電路如圖3.12所示。圖3-12主電源電路第四章系統(tǒng)各單元模塊程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件由主程序和各單元模塊的分支程序構(gòu)成，單元模塊的程序分別有：鍵盤模塊程序、數(shù)據(jù)采集模塊程序、顯示模塊程序、語音播報(bào)模塊程序、執(zhí)行模塊程序4.1主程序流程圖系統(tǒng)上電后,首先開啟中斷,對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描,如果鍵盤正在進(jìn)行設(shè)定,則顯示模塊顯示設(shè)定值,若未處于設(shè)定狀態(tài),則調(diào)用數(shù)據(jù)采集模塊,傳送實(shí)際溫度給顯示模塊,執(zhí)行模塊通過不間斷地對(duì)比實(shí)際溫度與設(shè)定溫度決定是否進(jìn)行加熱,語音播報(bào)款則根據(jù),實(shí)際值與設(shè)定值的對(duì)比決定是否播報(bào)語音。開始開始化調(diào)用鍵盤掃描模塊程序調(diào)用數(shù)據(jù)采集模塊程序開中斷調(diào)用顯示模塊程序調(diào)用執(zhí)行模塊程序調(diào)用語音播報(bào)模塊程序中斷關(guān)中斷調(diào)用顯示模塊程序圖4-1主程序流程圖4.2鍵盤模塊程序流程圖系統(tǒng)上電以后掃描鍵盤，若鍵盤的確認(rèn)鍵K4按下，則系統(tǒng)處于設(shè)定狀態(tài)，調(diào)用顯示模塊，將掃描K2，K3鍵的結(jié)果傳送至顯示模塊，使其顯示顯示設(shè)定的溫度值，當(dāng)K4鍵再次按下，設(shè)定完成，將設(shè)定值送單片機(jī)存儲(chǔ)。調(diào)用顯示模塊調(diào)用顯示模塊初始化掃描按鍵送設(shè)定值儲(chǔ)存并顯示開始K4鍵按下YN返回下YN圖4-2按鍵模塊程序流程圖4.3數(shù)據(jù)采集模塊程序流程圖系統(tǒng)上電后，對(duì)DS18B20發(fā)出搜索器件的序列號(hào)命令，讀取DS18B20的序列號(hào)，之后啟動(dòng)DS18B20作溫度轉(zhuǎn)換并讀取溫度值。第一溫度采集后，再次執(zhí)行溫度采集模塊時(shí)，跳過讀取序列號(hào)的過程，直接進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換并讀取溫度值。圖4-3數(shù)據(jù)采集模塊流程圖4.4顯示模塊程序流程圖該模塊首先判斷系統(tǒng)是否處于設(shè)定狀態(tài)，如果處于設(shè)定狀態(tài)則顯示設(shè)定溫度，否則顯示當(dāng)前實(shí)際溫度。顯示子程序的功能是將顯示緩沖區(qū)內(nèi)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)先轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的BCD碼，分別存入十位和個(gè)位顯示區(qū)，然后通過串行通信口送出顯示。顯示模塊程序的流程見圖4-4設(shè)定狀態(tài)有效效設(shè)定狀態(tài)有效效開始顯示實(shí)際溫度調(diào)用二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成BCD碼程序初始化設(shè)置串口方式設(shè)置顯示位數(shù)串口發(fā)送顯示返回YN圖4-4顯示模塊流程圖4.5語音播報(bào)模塊程序流程圖語音播報(bào)模塊的響應(yīng)系統(tǒng)前，首先要完成語音數(shù)據(jù)的錄入工作，之后進(jìn)入工作狀態(tài)，對(duì)比實(shí)際溫度與設(shè)定溫度是否相同，相同則進(jìn)行語音播報(bào)，不同則返回信號(hào)，20s之后再次進(jìn)行檢測，重復(fù)上一輪工作。調(diào)用鍵盤設(shè)定溫度值調(diào)用鍵盤設(shè)定溫度值開始調(diào)用數(shù)據(jù)采集模塊程序，讀取溫度值初始化存儲(chǔ)語音信號(hào)實(shí)際溫度值與設(shè)定溫度相等播放存貯的語音信號(hào)返回否是圖4-5語音播報(bào)模塊程序流程圖4.6執(zhí)行模塊程序流程圖讀取18B20的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與設(shè)定值的比較，開始進(jìn)行加熱，在加熱的過程中需要進(jìn)行每20秒一次的跟蹤檢測，并把檢測到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與設(shè)定值比較，根據(jù)比較結(jié)果判斷是否進(jìn)行加熱，其具體流程如圖4-6所示。每隔每隔20秒檢測1次實(shí)際溫度與設(shè)定溫度相等加熱YN讀18B20,調(diào)用實(shí)際溫度值Y圖4.7溫度檢測與控制流程圖圖4-6溫度檢測與控制流程圖調(diào)用按鍵設(shè)定溫度值初始化開始結(jié)論本論文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)為核心的成熟框架，在語音播報(bào)模塊和數(shù)據(jù)采集模塊應(yīng)用了較為先進(jìn)的ISD4004語音芯片和DS18B20數(shù)據(jù)采集芯片。ISD4004采用直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù)，可以將錄入的語音信號(hào)直接存儲(chǔ)，無需A/D和數(shù)據(jù)壓縮過程，減少了信號(hào)失真。DS18B20是數(shù)字化溫度傳感器，其測得的溫度數(shù)據(jù)在器件內(nèi)部直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并將數(shù)字量出輸給控制器，大大簡化了，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化過程，提高了集成度，增強(qiáng)了系統(tǒng)功能，簡化了電路。電路執(zhí)行部分，采用的是SSR固態(tài)繼電器，性能優(yōu)越。電路采用獨(dú)立電源供電，為電路提供穩(wěn)定的直流電源。電路設(shè)計(jì)中由于考慮到成本，沒有完全發(fā)揮各器件的功能，如ISD4004芯片，其電源端分為VSSD和VSSA兩類，VSSD代表數(shù)字電路電源端，而VSSA是模擬電路電源端，最好是單獨(dú)供電，可以最大限度的降低噪聲，但是電路中并沒有設(shè)置兩組+3V的直流電源。在軟件設(shè)計(jì)部分由于AT89C51程序設(shè)計(jì)自由度較大，各單元模塊的程序設(shè)計(jì)可變動(dòng)性較強(qiáng)。語音模塊和數(shù)據(jù)采集模塊的程序在芯片的介紹中都已經(jīng)給出，但是這兩個(gè)程序非常的復(fù)雜，通過調(diào)整以適應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，難度很大，故這兩部分程序沒有在論文中給出。參考文獻(xiàn)[1]姜志海，黃玉清.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.[2]董曉紅.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].西安：西安電子