畢業(yè)論文：語音電子溫度計(jì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

大連東軟信息學(xué)院 高職畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系 所： 專 業(yè)： 學(xué)生姓名： 學(xué)生學(xué)號： 指導(dǎo)教師： 導(dǎo)師職稱： 論文題目：語音電子溫度計(jì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 大連東軟信息學(xué)院 Dalian Neusoft University of Information 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） Abstract 語音電子溫度計(jì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 摘 要 隨著自動化水平在工業(yè)生產(chǎn)過程中的日益提高，智能化已經(jīng)成為一種趨勢。人們 越來越希望，生產(chǎn)生活中能夠最大限度的趨于自動化和智能化，并且具有一定的人機(jī) 交互性。大規(guī)模語音處理集成電路的發(fā)展，使得語音播報(bào)系統(tǒng)在實(shí)際生活生產(chǎn)中的應(yīng) 用越來越廣泛。語音播報(bào)技術(shù)體現(xiàn)了智能化，人性化，它不僅在需要用聲音傳遞信息 的環(huán)境中擔(dān)當(dāng)信息傳輸紐帶的重要作用，還在繁忙的日常生產(chǎn)服務(wù)中通過溫馨、親切 的語音提示方式調(diào)節(jié)受用者心情。語音播報(bào)技術(shù)的相關(guān)研究也已成為一個熱門領(lǐng)域， 現(xiàn)今生產(chǎn)生活中其相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用隨處可見。 本設(shè)計(jì)在實(shí)際工程中最為直觀的產(chǎn)品就是語音智能電子體溫計(jì)。體溫是觀測人體 機(jī)能是否正常的重要指標(biāo)之一， 也是人體生命活動的基本特征。在日常生活中， 在用 水銀體溫計(jì)測量體溫時， 是通過讀取刻讀值來判斷溫度的高低。當(dāng)光線較暗或年紀(jì)較 大，就看不清或不能準(zhǔn)確的讀出體溫計(jì)的讀數(shù); 同時在測量時需要等待較長時間，只有 使水銀溫度計(jì)充分受熱，才能基本準(zhǔn)確反應(yīng)其實(shí)際溫度值， 水銀溫度計(jì)給測量者帶來 了諸多不便。而語音智能電子體溫計(jì)不僅克服了傳統(tǒng)體溫計(jì)的許多缺陷，它可以快速 的進(jìn)行體溫測量， 而且以語音報(bào)出測量的體溫值; 同時可以將測量值保存起來，具有記 憶功能。具有較高的靈 敏度，可以在幾秒鐘內(nèi)測得結(jié)果，對于視力不佳而無法讀取數(shù) 值的人群或老年人顯得更為重要. 此外，本設(shè)計(jì)可靈活調(diào)試，結(jié)合其他技術(shù)解決更多工程中的問題。如結(jié)合紅外技 術(shù)應(yīng)用于交通、安檢中，或結(jié)合其他類傳感器應(yīng)用于濕度、光照度的檢測中等。 關(guān)鍵詞：智能化，語音播報(bào)，溫度測量 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） Abstract Design and Implementation of Vocal Electronic Temperature Broadcaster Abstract With the increasing level of automation in the industrial production process, intelligence has become a trend. People increasingly want to produce life tends to maximize automation and intelligent, and has a human-computer interaction. Development of large scale integrated circuit voice processing, making the voice broadcast system in real-life production more widely. Voice broadcast technology embodied intelligent, humane, it is not only the need to use sound to communicate important information in the environment play a role in information transmission link, the service is still busy daily production is good enough for those in the mood by adjusting the warm, friendly voice prompts way . Voice broadcast technologies related research has become a hot area, now living in their application-related production technology everywhere. The design of the actual project is the most intuitive voice intelligent electronic products thermometer. One of the basic characteristics of the observed temperature is normal body functions important indicator, but also activities of human life. In everyday life, when measuring the temperature with a mercury thermometer, engraved by reading the temperature readings to determine the level. When the light is dim or older, you can not accurately see or read thermometer readings; while in the measurement need to wait a long time, only the mercury thermometer is heated sufficiently to accurately reflect the actual temperature of the basic values of mercury thermometer to measure who brought a lot of inconvenience. The voice of intelligent electronic thermometer not only overcome the many shortcomings of traditional thermometer, which can measure body temperature quickly and reported to the voice of the temperature measurement; while the measured values can be saved together with memory function. Has high sensitivity, measured in a few seconds you can get a result, poor vision and can not read the values of the crowd or the elderly is even more important. In addition, the flexible design debugging, combined with other techniques to solve engineering problems more. If combined with infrared technology used in transportation, security, or in combination with other type of sensor used in humidity, light detection medium. 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） Abstract Key words: Intelligent ,Voice Broadcast, Temperature Measurement 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄 目 錄 摘 要 .II ABSTRACT.III 第 1 章 項(xiàng)目概述 1 1.1 項(xiàng)目背景 .1 1.2 項(xiàng)目簡介 .2 1.3 應(yīng)用范圍 .2 第 2 章 項(xiàng)目實(shí)施方案 .4 2.1 概述 .4 2.1.1 語音溫度播報(bào)器系統(tǒng)框圖 .4 2.1.2 主控模塊的選擇 .4 2.1.3 顯示模塊的選擇 .5 2.1.4 溫度模塊的選擇 .5 2.1.5 LED 數(shù)碼管驅(qū)動方式 6 2.1.6 語音錄放模塊 .7 2.2 開發(fā)環(huán)境 .8 2.3 硬件設(shè)計(jì) .8 2.3.1 硬件系統(tǒng)框圖 8 2.3.2 原理圖設(shè)計(jì) .9 2.4 軟件設(shè)計(jì) 9 2.4.1 軟件系統(tǒng)框圖 .9 第 3 章 項(xiàng)目實(shí)施過程 11 3.1 硬件實(shí)現(xiàn)過程 11 3.1.1 繪制原理圖 .11 3.1.2 焊接電路 11 3.1.3 硬件測試 .12 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄 3.2 軟件實(shí)現(xiàn)過程 12 3.2.1 建立 KEIL 工程文件 12 3.2.2 軟件核心代碼 .14 3.3 硬件調(diào)試過程 .15 第 4 章 項(xiàng)目成果 16 4.1 硬件成果物 16 4.2 軟件成果物 16 第 5 章 結(jié) 論 18 參考文獻(xiàn) 18 致 謝 20 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） -1- 第 1 章 項(xiàng)目概述 伴隨著當(dāng)今社會電子信息技術(shù)的發(fā)展，尤其是現(xiàn)在集成電路大規(guī)模的產(chǎn)生，給人 們的生活帶來了巨大的變化。人類生活的自動化因?yàn)榭删幊炭刂破鞯某霈F(xiàn)而迎來了一 場革命，而單片機(jī)語音芯片的發(fā)展更是給人們?nèi)狈ι实纳钪袔砹艘粓鲂碌母锩?語音播報(bào)。 在日常生活中，人們需要不同溫度的水來滿足日常生活，同時如今有許多產(chǎn)品都實(shí) 現(xiàn)了語音功能，它更能滿足人們的需要，當(dāng)然也獲得更多人的喜愛。本課題通過對具 有語音播報(bào)功能的水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，來深切體會現(xiàn)代微電子技術(shù)的發(fā)展對人們?nèi)粘?生活帶來的便利和深遠(yuǎn)的影響。 1.1 項(xiàng)目背景 本設(shè)計(jì)語音播報(bào)功能的電子溫度計(jì)在我們的生活生產(chǎn)中較比傳統(tǒng)溫度計(jì)克服了諸 多的不利因素。在對周圍的環(huán)境溫度進(jìn)行測量時，該語音電子溫度計(jì)可以通過語音播 報(bào)功能以及數(shù)字顯示功能完美的實(shí)現(xiàn)溫度測控，而其自身的測量精度可以同各國軟硬 件支持的相關(guān)功能及特定的算法來調(diào)節(jié)，從而大大提高了設(shè)計(jì)的靈活性。此類溫度計(jì) 測溫性能方面快捷精確;顯示方式是清晰易懂的數(shù)字化類型，方便了人們的日常生活的 使用；語音播報(bào)功能是其更加智能化、人性化。近年來，隨著集成電路的飛速發(fā)展， 單片語音集成電路領(lǐng)域出現(xiàn)重大變革，產(chǎn)生了許多新的技術(shù)和產(chǎn)品，開拓了更廣泛的 應(yīng)用領(lǐng)域，并朝著更大容量、更優(yōu)音質(zhì)、更高智能、更具靈活性的發(fā)展。通信設(shè)備電 話機(jī)、智能儀器儀表、治安報(bào)警系統(tǒng)、語音報(bào)站/報(bào)數(shù) /報(bào)價器、語音講解系統(tǒng)、便攜式 語音記錄裝置、語音復(fù)讀機(jī)、教學(xué)儀器、智能玩具和高檔電子禮品等語音產(chǎn)品飛進(jìn)了 我們的生活里。 語音播報(bào)溫度也在一些產(chǎn)品中出現(xiàn)，但是主要是在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，在我們 平常生活中出現(xiàn)得比較少，這主要是因?yàn)檎Z音技術(shù)是一門新興技術(shù)，實(shí)現(xiàn)起來比較難； 在工業(yè)化生產(chǎn)中，程序都已經(jīng)被固定，不用根據(jù)個人的需要重新調(diào)節(jié)，因此能應(yīng)用于 其中。 但是隨著ISD語音芯片的不斷發(fā)展，個人調(diào)節(jié)語音變得越來越容易實(shí)現(xiàn)。其語音和 音頻信號不經(jīng)過轉(zhuǎn)換直接以原來狀態(tài)存儲到內(nèi)部存儲器，可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的語音復(fù)制。 采用單片機(jī)來對水溫進(jìn)行控制，具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)。 單片機(jī)同語音芯片一起實(shí)現(xiàn)語音播報(bào)功能的水溫控制系統(tǒng)是完全能在我們?nèi)粘Ｉ?大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） -2- 活中實(shí)現(xiàn)的，并且我們還可以調(diào)節(jié)水溫的范圍來滿足我們的需要。 1.2 項(xiàng)目簡介 傳統(tǒng)溫度計(jì)多采用物理原理，根據(jù)水銀等隨溫度升降的熱脹冷縮的性質(zhì)，通過讀 取刻度值來判斷溫度值，此類方法準(zhǔn)確度比較低，不易實(shí)現(xiàn)自動化，溫度計(jì)容易損壞。 并且測量需要的時間長，容易受到外界諸多物理因素的影響。本作品發(fā)明了一種安全 實(shí)用、測量結(jié)果準(zhǔn)確的多功能電子溫度計(jì)，可替代傳統(tǒng)的水銀體溫計(jì)測量溫度，還可 測量室內(nèi)外溫度、冰箱溫度。 作品采用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 檢測溫度，并將數(shù) 字化的溫度信號傳至單片機(jī)；單片機(jī)將計(jì)算、校正后的當(dāng)前溫度值及時間經(jīng)串行口送 液晶顯示器顯示；按下儲存鍵會產(chǎn)生音響提示并存儲將當(dāng)前溫度值。 創(chuàng)新點(diǎn)及技術(shù)關(guān) 鍵：不增加存儲芯片，巧妙利用 DS18B20 的溫度上下限存儲單元記憶溫度；采用軟件 對溫度傳感器進(jìn)行校正，提高了測量精度。 主要技術(shù)指標(biāo)： 測溫范圍：- 55100 ，誤差： 0.1，電源：46v 直流電（干電池）功 耗：工作狀態(tài)下約 40 毫瓦。 1.3 應(yīng)用范圍 工業(yè)方面。本設(shè)計(jì)可重點(diǎn)解決工程中人力資源浪費(fèi)問題、實(shí)時溫度監(jiān)控問題以及 測溫速度問題。工程中對溫度的檢測要求往往非常高，電子溫度計(jì)測量靈敏快速的特 性使其成為工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中的主流測溫儀器。而且，很多工業(yè)場所對溫度即時測量的 要求極高，一般都需要人為的監(jiān)測當(dāng)前的溫度。而需要工作人員長時間的耗費(fèi)大量的 時間和精力來防止發(fā)生意外事故。另外，對于一些環(huán)境條件惡劣、對人體健康造成危 害的場所，則無法用人為的監(jiān)測溫度。而此類語音播報(bào)溫度表可通過單片機(jī)功能實(shí)現(xiàn) 遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控，播報(bào)系統(tǒng)又可簡潔快速的提供溫度的即時測量信息。而且，本設(shè)計(jì)可 配合通信技術(shù)進(jìn)行電話語音報(bào)警，充分利用已有通信資源的同時，使警情信息迅速傳 到相關(guān)人員，從而使監(jiān)控系統(tǒng)更為智能化。 農(nóng)業(yè)方面。本設(shè)計(jì)可解決工程中除工業(yè)常見問題外的產(chǎn)品價格問題。本系統(tǒng)溫度 控制精確，可實(shí)時監(jiān)測溫度，并節(jié)省大量的人力資源，在諸如戶外大棚生產(chǎn)中，避免 人力長期守候監(jiān)測溫度的窘境。此外，現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中的相關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂 貴，無法在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛推廣；而此系統(tǒng)在保證應(yīng)有功能的基礎(chǔ)上價格合理，操作 方便，模塊化設(shè)計(jì)決定本系統(tǒng)可根據(jù)需要添減硬件，達(dá)到效率最大化的效果。 醫(yī)用方面。本設(shè)計(jì)在實(shí)際工程中最為直觀的產(chǎn)品就是智能語音電子溫度計(jì)。測量 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） -3- 我們?nèi)祟愺w質(zhì)技能是否正常的指標(biāo)是體溫，而體溫還是人類體質(zhì)生命活動的基本特征。 在我們的生活中，基本都需要用水銀溫度計(jì)來測量我們的體溫，而水銀溫度計(jì)需要水 銀充分受熱，讀數(shù)也需要觀看刻度來了解體溫?cái)?shù)值的變化，而當(dāng)光線條件不好的情況 下，還有一些老年人使用的情況下，就會帶來諸多不便。智能電子語音溫度計(jì)克服了 傳統(tǒng)溫度計(jì)的各個缺點(diǎn)，能夠快速的測量溫度，還可以進(jìn)行語音播報(bào)出測量是數(shù)值。 同時也能將測量的溫度數(shù)值儲存起來，具有數(shù)值儲存功能。擁有很高的靈敏度，在短 時間便可測量出結(jié)果，對于大多數(shù)老年人與一些視力不好而讀數(shù)困難的人群顯得更為 重要。 具有語音播報(bào)的溫度控制系統(tǒng)在控制溫度的同時還可以語音播報(bào)這樣既能滿足不 同使用者或不同場合對溫度的控制，還能方便使用者了解實(shí)時溫度，提醒使用者安全 信息。 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） -4- 第 2 章 項(xiàng)目實(shí)施方案 2.1 概述 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)由 STC89C52 單片機(jī)、溫度傳感器 DS18B20、ISD4002 語音芯片和 LED 數(shù)碼顯示等部分組成。以 STC89C52 單片機(jī)為控制核心，溫度傳感器 DS18B20 提 供測量到的溫度信息，經(jīng)過單片機(jī)數(shù)據(jù)處理后，傳至 LED 數(shù)碼管顯示，同時將溫度信 息對應(yīng)的語音地址輸入 ISD2590 語音芯片中，驅(qū)動喇叭播報(bào)出語音，進(jìn)而完全播報(bào)出 當(dāng)前的溫度值，并最終實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示功能和語音播報(bào)功能。 2.1.1 語音溫度播報(bào)器系統(tǒng)框圖 智 能 電 子 語 音 溫 度 播 報(bào)器主 控 模 塊 設(shè) 置 模 塊 播 放 音 量 儲 存 模 塊 錄 音 模 塊 顯 示 模 塊 測 溫 模 塊 圖 2.1 語音溫度播報(bào)器系統(tǒng)框圖 2.1.2 主控模塊的選擇 本設(shè)計(jì)的主控模塊單片機(jī)選擇 STC 公司生產(chǎn)的 STC89C52，該單片機(jī)是 CM0S8 位 微控制器，具有高性能、低功耗的特點(diǎn)，在系統(tǒng)擁有 8K 可編程的 Flash 儲存器。使用 了經(jīng)典的 MCS-51 內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng) 51 單片機(jī)不具備的功能。 在系統(tǒng)可編程 Flash 和單獨(dú)芯片上，擁有靈活的 8 為 CPU。這些特點(diǎn)讓 STC89C52 在 大多數(shù)以嵌入式為基礎(chǔ)控制的系統(tǒng)應(yīng)用提供了有效與靈活的解決方案。它具有下列的 基本功能，512 字節(jié)的 RAM，32 為 I/O 口線，F(xiàn)lash 為 8K 字節(jié)，擁有看門狗定時器 3 個 16 位定時器/計(jì)數(shù)器，4 個外部中斷，4KB EEPROM，復(fù)位電路 MAX810，一個 7 向量 4 級中斷結(jié)構(gòu)，雙工串行口。此外在靜態(tài)邏輯操作時可降至 0Hz，有兩種選擇模 式。空閑模式，節(jié)點(diǎn)模式情況下，CPU 停止工作。但中斷、串口、計(jì)數(shù)器與定時器、 RAM 繼續(xù)工作。斷電保護(hù)狀態(tài)下，RAM 中的內(nèi)容保存，凍結(jié)振蕩器，停止單片機(jī)的 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） -5- 工作，知道下一個硬件復(fù)位或中斷，單片機(jī)才可運(yùn)行。最高運(yùn)作頻率 35MHz，6T/12T 可選。 STC89C52 單片機(jī)擁有 8K 字節(jié)程序儲存空間，512 字節(jié)數(shù)據(jù)儲存空間，而且自帶 2K 字節(jié)的 EEPROM 儲存空間，可直接使用串口下載。AT89S52 單片機(jī)擁有 8K 字節(jié) 程序存儲空間，256 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間，并自帶 2KB 的 EEPROM 存儲空間。 2.1.3 顯示模塊的選擇 三極管 9012 是一種小功率的普通 PNP 型硅管，TO-92 標(biāo)準(zhǔn)封裝，這個管子很常見 在收音機(jī)以及各種放大電路中經(jīng)?？吹?。它的集電極電流 IC 最大值可以達(dá)到 500mA， 它的工作溫度在-55到 150，集電極-基極電壓 Vcbo 為 40V。 三極管的工作原理三極管是一種控制元件，主要用來控制電流的大小，以共發(fā)射 極接法為例（信號從基極輸入，從集電極輸出，發(fā)射極接地） ，當(dāng)基極電壓 UB 有一個 微小的變化時，基極電流 IB 也會隨之有一小的變化，受基極電流 IB 的控制，集電極 電流越小，集電極電流也越小，即基極電流控制集電極電流的變化。但是集電極電流 的變化比基極電流的變化大得多，這就是三極管的放大作用。IC 的變化量與 IB 變化量 之比叫做三極管的放大倍數(shù) （ =IC/IB, 表示變化量。 ） ， 三極管的放大倍數(shù) 一般在幾十到幾百倍。 三極管在放大信號時，首先要進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，即要先建立合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，也 叫建立偏置，否則會放大失真。在三極管的集電極與電源之間接一個電阻，可將電流 放大轉(zhuǎn)換成電壓放大：當(dāng)基極電壓 UB 升高時，IB 變大，IC 也變大，IC 在集電極電阻 RC 的壓降也越大，所以三極管集電極電壓 UC 會降低，且 UB 越高，UC 就越低， UC=UB。 2.1.4 溫度模塊的選擇 (1) 本設(shè)計(jì)的溫度模塊是采用 DS18B20 溫度傳感器，Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化 溫度傳感器 DS1820 是世界上第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳感器。現(xiàn)在，新一 代的“DS18B20” 體積更小、更經(jīng)濟(jì)、更靈活，它具有微型化，低功耗，高性能，抗干 擾能力強(qiáng)，易配微處理器等特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用 DS18B20 作為可編程的溫度傳感器。特 別接口方式為單線接口，DS18B20 在連接微處理器的時候需要一跳串口線即可實(shí)現(xiàn)與 微處理器與 DS18B20 通訊的雙向?qū)ā?（2）任何外圍原件不在 DS18B20 中使用。 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） -6- （3）可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍： 3.0“ 5.5 V。 （4）測溫范圍：-55 “ 125 。分辨率在測溫時固定為 0.5 。 （5）9-12 位的讀數(shù)方式可通過編程來實(shí)現(xiàn)。 （6）支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測 溫。 （7）負(fù)壓特性，反接電源極性時，不會因?yàn)榘l(fā)熱而使溫度計(jì)燒毀，但不能正常工 作。 DS18B20 可編程溫度傳感器有 3 個管腳。GND 為接地線,DQ 為數(shù)據(jù)輸入輸出接 口,通過一個較弱的上拉電阻與單片機(jī)相連。VDD 為電源接口,既可由數(shù)據(jù)線提供電源, 又可由外部提供電源,范圍 3.05.5 V。本系統(tǒng)使用外部電源供電。 主要特點(diǎn)有: (1)能測量- 55 + 125 之間的溫度。 (2)- 10 + 85 溫度內(nèi)測溫的精確度為 0.5 。 (3)9-12 位的讀數(shù)方式可通過編程來實(shí)現(xiàn)，可在至多 750ms 之間內(nèi)使溫度變?yōu)?12bit 的數(shù)字，分辨率測溫時可達(dá)到 0.0625 。 (4)特別接口方式為單線接口，DS18B20 在連接微處理器的時候需要一跳串口線即 可實(shí)現(xiàn)與微處理器與 DS18B20 通訊的雙向?qū)ā?DS18B20 單片機(jī)中的模塊,主要由 4 部分組成:64 位光刻 ROM、不易丟失數(shù)據(jù)的 溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL 、溫度傳感器、配置寄存器。 ROM 中的 64 位序列號是出廠前被光刻好的,他可以看作是該 DS18B20 的地址序 列碼,每個 DS18B20 的 64 位序列號均不相同。 高低溫報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL , 配置寄存器均由一個字節(jié)的 E2PROM 組成,使用一 個存儲器功能命令可對 TH , TL 或配置寄存器寫入或讀出。 2.1.5 LED 數(shù)碼管驅(qū)動方式 用驅(qū)動電路驅(qū)動各個段碼，才能使數(shù)碼管顯示正常，才能顯示出當(dāng)然的數(shù)字，所 以數(shù)碼管可分為兩大類型，靜態(tài)式和動態(tài)式。根據(jù)驅(qū)動數(shù)碼管的方式不同。 顯示驅(qū)動為靜態(tài)：也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是由單片機(jī)的 I/O 端口對每一個數(shù) 碼管的段碼進(jìn)行驅(qū)動，或者驅(qū)動時使用 BCD 碼二至十進(jìn)制譯碼器進(jìn)行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動 的優(yōu)點(diǎn)從多，它具有編程簡潔，顯示亮度高。而缺點(diǎn)是 I/O 端口的占用，如靜態(tài)顯示 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） -7- 驅(qū)動 4 個數(shù)碼管顯示需要 4x8=32 根 I/O 口用來驅(qū)動，而在實(shí)際驅(qū)動時要增加譯碼驅(qū)動 器，從而使電路更加復(fù)雜化。 顯示驅(qū)動為動態(tài)：單片機(jī)應(yīng)用最多的顯示方式之一就是數(shù)碼管的動態(tài)顯示，動態(tài) 顯示是把 8 個顯示比劃“a,b,c,d,e,f,g,dp”的數(shù)碼管同名端連接在一起，此外還需要增加 位選控制電路在每個數(shù)碼管的 COM 端，I/O 線的控制各自獨(dú)立，在單片機(jī)有字形碼輸 出的時候，所有的數(shù)碼管同時收到字形碼，單片機(jī)的對位選同 COM 端電路的控制，取 決于那個字形碼顯示在那個數(shù)碼管上，所以只要打開數(shù)碼管的選通控制，就會在該位 置顯示字形，沒有選通的就不會發(fā)亮。每個數(shù)碼管的 COM 端需要分時輪流控制，輪流 控制顯示，這就叫數(shù)碼管的動態(tài)驅(qū)動。在數(shù)碼管的顯示過程中，各個數(shù)碼管發(fā)亮的時 間為 12ms,由于人類的視覺有暫留現(xiàn)象，實(shí)際上數(shù)碼管并非同時發(fā)亮，只是閃爍的速 度超過了人類的視覺暫留，所以人們在看到數(shù)碼管的時候也會覺得持續(xù)發(fā)亮。 動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O 端口，而且功耗更低。 本系統(tǒng)中，顯示位數(shù)只有 5 位，因此將 P2 口作為控制數(shù)碼管公共極電位的 I/O 口， p0 口控制各位數(shù)碼管的顯示字形，采用動態(tài)驅(qū)動方式。 2.1.6 語音錄放模塊 語音錄放模塊采用 ISD 芯片，ISD 芯片不需要 A/D 轉(zhuǎn)換和壓縮發(fā)出聲音，為了避 免 A/D 轉(zhuǎn)換時所產(chǎn)生的誤差，直接在閃爍儲存器中儲存每個采樣；能夠真實(shí)、清晰地 播放語音、效果與音樂的聲音。采用了 CM0S 技術(shù)，之中包含了平滑濾波器、自動凈 噪、防混疊濾波器、晶體振蕩器、高密度閃爍儲存陣列與功率放大器等，語音的錄放 效果只要很少的外圍器件就可以完美的構(gòu)成。而操作指令通信接口或 microwire 送入； 頻率為 4.0Hz、5.3Hz 、6.4Hz、8.0Hz，頻率越低，錄放聲音的時間就越長，從而導(dǎo)致 音質(zhì)的下降；在閃爍儲存器中的信息，在斷電的情況下可保持 100 年，可以錄音 10 萬 次；工作電流為 2530mA，工作電壓為 3V，音質(zhì)好，適用于 手機(jī)及其他便攜式筆記本 電腦等。本設(shè)計(jì)使用的芯片型號為 ISD4002，單片錄放時間為 120 s。 ISD4002 在 SPI 串口接口工作，SPI 是一個傳輸協(xié)議，該協(xié)議假設(shè)在 SCLK 的微控 制器的 SPI 移位寄存器下降躲著。ISD4002 在上升時鐘沿索春 MOSI 引腳數(shù)據(jù)，在 MISO 引腳送入下降沿?cái)?shù)據(jù)，協(xié)議具體內(nèi)容如下： SS 保持高電平時在兩條指令之間，在傳輸時保持低電平； 在 SS 下降沿開始串行數(shù)據(jù)傳輸； SS 變低，在輸入指令和地址時，ISD 開始錄音與放音動作； 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） -8- 時鐘上升沿時數(shù)據(jù)移入，時鐘下降沿時數(shù)據(jù)移出； 指令的格式為 6 位地址碼加 10 位地址碼； 在操作 ISD 時如果遇到 OVF 或者 EOM 則產(chǎn)生中斷，中斷時清除 SPI 下一個 SPI 周 期； 在讀取命令時會讓中斷狀態(tài)一處 ISD 的 MISO 引腳時，控制及地址數(shù)據(jù)也同步從 MOSI 移入； 所有操作在運(yùn)行位(RUN)置 1 時開始，置 0 時結(jié)束； 所有指令都在 SS 上升沿開始執(zhí)行。 2.2 開發(fā)環(huán)境 我所用的軟件開發(fā)環(huán)境是 KEIL，keilC51 是 51 系列兼容單片機(jī) C 語言開發(fā)系統(tǒng)， 在與其他匯編語言比較，C 語言的優(yōu)勢在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、易維護(hù)性上。從 而成為被人們所接受，keil 提供了連接器、C 語言編譯器、宏匯編、庫管理和一個功能 強(qiáng)大的方針調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過（uVision）集成開發(fā)環(huán)境將所有部分 組合到一起。Keil 原件在 WIN98、NT、WIN2000、WINXP 操作系統(tǒng)上運(yùn)行，keil 是 所有編程人員的最佳選擇，方便易懂的環(huán)境會讓你的編程更加簡單。 單片機(jī)開發(fā)最重要的就是原理圖，有了原理圖我們做東西才會事半功倍。我用的 軟件是 Altium Designer， Altium Designe 是原 Protel 軟件開發(fā)商 Altium 公司推出的一 體化的電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，主要運(yùn)行在 Windows 操作系統(tǒng)。這個軟件主要是把電路仿 真、原理圖設(shè)計(jì)、PCB 繪制編輯、信號的設(shè)計(jì)與分析、拓?fù)溥壿嬜詣硬季€等技術(shù)的完 美融合，為人們提供了更加完美的解決方案，可以讓設(shè)計(jì)人員更加輕松的完成任務(wù)。 2.3 硬件設(shè)計(jì) 2.3.1 硬件系統(tǒng)框圖 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） -9- 主 控 模 塊STC89C52 儲 存 模 塊 播 放 模 塊顯 示 模 塊 溫 度 檢 測 模 塊DS18B20 重 置 模 塊 圖 2.2 硬件系統(tǒng)框圖 2.3.2 原理圖設(shè)計(jì) 圖 2.3 原理圖設(shè)計(jì) 2.4 軟件設(shè)計(jì) 2.4.1 軟件系統(tǒng)框圖 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） -10- 根據(jù)需求調(diào)研結(jié)果確定本系統(tǒng)主要包括以下功能模塊，如圖 2.4.1 所示。 開 始 儲 存 ？ 儲 存 數(shù) 據(jù) 播 放 ？ 重 置 ？ 播 放 聲 音 數(shù) 據(jù) 重 置 錄 音 錄 音 數(shù) 據(jù) 顯 示 結(jié) 束 溫 度 檢 測 圖 2.4 軟件系統(tǒng)框圖 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） -11- 第 3 章 項(xiàng)目實(shí)施過程 3.1 硬件實(shí)現(xiàn)過程 3.1.1 繪制原理圖 使用 Altium Designer Winter 09 進(jìn)行原理圖繪制，畫出單片機(jī)系統(tǒng)， DS18B20 等模 塊的原理圖。 工復(fù)位電路如圖 3.1 所示，VCC 上電的時候，電容 C 充電，在 10K 電阻上出現(xiàn)電 壓，使得單片機(jī)復(fù)位；幾個毫秒后，電容 C 充滿，10K 電阻上的電流降為 0，電壓也 變?yōu)?0，使得單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。作期間，按下開關(guān) S，電容 C 放電，在 10K 電阻 上出現(xiàn)電壓，使單片機(jī)復(fù)位。 圖 3.1 復(fù)位電路原理圖 溫度電路如圖 3.2 所示，根據(jù)相對濕度的變化，產(chǎn)生相應(yīng)的改變阻值，輸出電阻信號。 圖 3.2 溫度電路原理圖 3.1.2 焊接電路 在安裝元件前要先認(rèn)識和檢測元件，一些常見元件的認(rèn)識與檢測如下： 色環(huán)電阻：在此使用的是四個色環(huán)標(biāo)準(zhǔn)的電阻。此類電阻前兩環(huán)表示有效數(shù)字， 第三環(huán)表示倍率，與前三環(huán)距離較大的第四環(huán)表示允許偏差。 二極管：在此裝置中要用到普通二極管和發(fā)光二極管，在普通二極管中有白色環(huán) 標(biāo)志的那頭為負(fù)極。對于發(fā)光二極管一般引腳長的那端為正極，引腳短的那端為負(fù)極。 電容：電容在這里用到的是瓷片電容和電解電容，其外圍上面都有標(biāo)記，只需檢 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） -12- 測其好壞。在利用萬用表檢測時要注意如果為電解電容紅表筆應(yīng)接正極，黑表筆接負(fù) 極。對于 2200pF 一下的電容用萬用表 R10K或 R100K測量，2200pF 以上可以用 R1K或 R100K檔測量。檔次調(diào)整好了和表筆接好后，觀察萬用表指針是否較大 的偏轉(zhuǎn)，然后由最大的偏轉(zhuǎn)慢慢的減小至最小值（或零） ，如果時上述情況則證明該電 容有充、放電的功能，為好電容。如果發(fā)現(xiàn)萬用表指針不偏轉(zhuǎn)說明該電容開路。當(dāng)萬 用表指針偏轉(zhuǎn)至最大（阻值為零）說明該電容已擊穿。不過，一般對于新電容是不需 檢測的。 購買元器件，根據(jù)焊接板電路。焊接時注意首先焊接小元器件，比如貼片電容電 阻，二極管；最后焊接大元器件，比如開關(guān)和按鍵。 3.1.3 硬件測試 制造電子產(chǎn)品，可靠性與安全是二個重要因素,而零件的安裝對于保證產(chǎn)品的安全 可靠是至關(guān)重要的。如何疏忽都可能造成整機(jī)工作失常，甚至導(dǎo)致更為嚴(yán)重的后果。 元件安裝時要保證導(dǎo)通與絕緣的電器性能、保證機(jī)械強(qiáng)度、抱著那個傳熱的要求和安 裝時接地與屏蔽要充分利用。為達(dá)到產(chǎn)品的可靠與安全，安裝時應(yīng)遵循一些基本的要 求與原則。 在焊接完電路板之后，要對電路進(jìn)行硬件測試，首先用萬用表二極管檔測試硬件 電路是否通暢，有無短路和斷路以及虛焊等現(xiàn)象；然后接通電源檢查各個部分電壓是 否正常，如有不正常關(guān)閉電源，進(jìn)行調(diào)試，知道電源正常再進(jìn)行下一步；待電壓正常 以后插上芯片，用萬用表檢查插上芯片后電路板電壓是否正常；最后下載測試程序看 各個模塊能否正常工作。 3.2 軟件實(shí)現(xiàn)過程 在硬件測試完成之后，就要開始編寫相應(yīng)的程序，來實(shí)現(xiàn)本次畢設(shè)的時鐘顯示功 能，首先需要編寫一些測試程序來測試硬件電路是否好用，比如通過編寫簡單的讓 LED 來回閃爍的程序測試單片機(jī)是否能正常工作，做好相應(yīng)準(zhǔn)備工作之后就可以開始 軟件編程了。 3.2.1 建立 KEIL 工程文件 如圖 3.6 所示，首先進(jìn)入 KEIL，點(diǎn)擊菜單欄的 Project 按鈕，建立一個工程。 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） -13- 圖 3.6 建立工程 然后進(jìn)入單片機(jī)選擇頁面，如圖 3.7 所示，選擇 Atmel 公司的 STC89C52 系列單片 機(jī)，點(diǎn)擊 OK 按鈕確認(rèn)。 圖 3.7 選擇單片機(jī) 然后右鍵點(diǎn)擊出現(xiàn)的工程文件夾，出現(xiàn)如圖 3.8 所示菜單欄，點(diǎn)擊 Add Files to Group，建立一個你所需要的文本進(jìn)去，比如.C 的文本和 .H 的文本。 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） -14- 圖 3.8 添加文本到工程 最后開始編寫本設(shè)計(jì)的程序，在編寫的過程中要不斷的調(diào)試代碼和硬件，來達(dá)到最 好的設(shè)計(jì)效果。 3.2.2 軟件核心代碼 uint Read_DS18B20_TEMP(void) /讀取溫度 uchar Temp_L = 0; uchar Temp_H = 0; uint Temp = 0; float tt=0; RESET_DS18B20(); Display(); Write_DS18B20_DATA(0 xCC); Write_DS18B20_DATA(0 x44); RESET_DS18B20(); Display(); Write_DS18B20_DATA(0 xCC); Write_DS18B20_DATA(0 xBE); Display(); Temp_L = Read_DS18B20_DATA(); Temp_H = Read_DS18B20_DATA(); Display(); 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） -15- Temp = Temp_H; Temp =8; Temp = Temp | Temp_L; tt=Temp*0.0625; Temp= tt*10+0.5; return Temp; 3.3 硬件調(diào)試過程 在對硬件進(jìn)行調(diào)試的是后發(fā)現(xiàn)了芯片不能正常工作的現(xiàn)象，經(jīng)過用萬用表反復(fù)測 量，發(fā)現(xiàn)在芯片附近有虛焊現(xiàn)象，導(dǎo)致芯片電源接觸不良，造成芯片電源供電不住， 芯片無法正常工作；發(fā)現(xiàn)問題后，及時作出修改，用電烙鐵對虛焊的地方進(jìn)行工作， 來完成硬件調(diào)試部分的工作。 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） -16- 第 4 章 項(xiàng)目成果 4.1 硬件成果物 圖 4.1 語音電子溫度計(jì) 4.2 軟件成果物 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） -17- 圖 4.2 軟件運(yùn)行程序 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） -18- 第 5 章 結(jié) 論 近年來，隨著集成電路的飛速發(fā)展，單片語音集成電路領(lǐng)域出現(xiàn)重大變革，產(chǎn)生 了許多新的技術(shù)和產(chǎn)品，開拓了更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，并朝著更大容量、更優(yōu)音質(zhì)、更 高智能、更具靈活性的發(fā)展。通信設(shè)備電話機(jī)、智能儀器儀表、治安報(bào)警系統(tǒng)、語音 報(bào)站/ 報(bào)數(shù)/報(bào)價器、語音講解系統(tǒng)、便攜式語音記錄裝置、語音復(fù)讀機(jī)、教學(xué)儀器、智 能玩具和高檔電子禮品等語音產(chǎn)品飛進(jìn)了我們的生活里。 語音技術(shù)的發(fā)展使得許多系統(tǒng)更加友好，更方便我們對他們的控制。幾乎在各個 方面都可以充分發(fā)揮它的優(yōu)勢，比如本文中的具有語音播報(bào)功能的水溫控制系統(tǒng)，當(dāng) 然在其他方面也可以有很好的應(yīng)用，比如說具有語音功能的鍵盤、有語音功能的計(jì)算 機(jī)控制系統(tǒng)、語音功能的家電、玩具等等。 語音功能的實(shí)現(xiàn)，可以減少事故的發(fā)生，更可以節(jié)省資源的利用。所以說，語音 功能的實(shí)現(xiàn)有助于生活的改善。有著良好的市場前景。 然而，此設(shè)計(jì)畢竟有它的局限性。它并不能隨時修改語音芯片中的存儲信息，根 據(jù)個人的喜好來放音。因?yàn)槠湔Z音地址對于普通人來說是不可知的和不可操作的。 在手機(jī)應(yīng)用中，已經(jīng)可以用自己的或者是下載的鈴聲來作為來電聲。因此，語音 系統(tǒng)必將朝著有操作系統(tǒng)的嵌入式方向發(fā)展，來滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求。 新的時代已經(jīng)來臨，嵌入式系統(tǒng)同語音系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合將越來越方便人類的利用， 個人個性的需求也將得到很好的滿足！ 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） -19- 參考文獻(xiàn) 1 支長義，程志平，焦留成，語音智能電子體溫計(jì)設(shè)計(jì)J. 鄭州大學(xué)， 2007，23（1-1） 2 曹文祥，AT89c51 單片機(jī)數(shù)字體溫計(jì)的設(shè)計(jì)J. 湖北：武漢工程職業(yè)技術(shù)院， 2012，24(3) 3 程建英，王云娟，李志偉，玻璃體溫計(jì)測量體溫的研究進(jìn)展J. 護(hù)理研究, 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J，San Diego. California 92121-2733 USA.2000 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 致 謝 在本設(shè)計(jì)完成的此時，我要感謝我的指導(dǎo)教師肖樂老師授給予我的指導(dǎo)與幫助， 在老師的幫助指導(dǎo)下，我有序的完成了本設(shè)計(jì)的焊接工作和代碼編譯工作。還有在設(shè) 計(jì)過程中一直積極參與本設(shè)計(jì)討論的朋友與同學(xué)，他們在我的設(shè)計(jì)過程中給予了很多 指導(dǎo)和幫助。使我順利完成了該設(shè)計(jì)，在此表示衷心的感謝。 經(jīng)過幾個月的畢業(yè)設(shè)計(jì)工作后，我對單片機(jī)的理解和設(shè)計(jì)的興趣更加濃厚了。在 敲下最后一行代碼時，我深深地感受到親自完成一個項(xiàng)目成功的喜悅，這種快樂是無 法用語言表達(dá)的。而同時，我又通過這次項(xiàng)目感受到這個世界上還有許多人需要我們 的幫助，在今后的學(xué)習(xí)生活中我也要以此鼓勵自己，讓自己為社會獻(xiàn)出自己的一份力 量。 同時感謝在我三年大學(xué)生活中教導(dǎo)過我的老師和幫助過我的同學(xué)。最后，感謝答 辯組的老師百忙中對我設(shè)計(jì)的閱覽和指導(dǎo)。