摘要隨著單片機控制系統的迅速發展，用單片機來控制溫度的問題已越來越受人們的關注。各種該類別的系統與產品也層出不窮的出現在工業、水利、安檢、旅游等各個生產和民用行業措施方面。現如今，高品質的單片機器件為語音測溫系統的設計與發展提供了便利的條件，具有極其廣闊的發展空間。基于單片機的語音報溫系統的研究是基于對溫度傳感器、A/D轉換、單片機、語音芯片及顯示系統的綜合應用。本課題欲研究開發一小型基于單片機的語音報溫系統，方便人們在多種環境下對溫度的檢測和應用。關鍵詞：溫度傳感器A/D轉換語音系統單片機實時時鐘文檔由全能交通旅游搜索引擎專家達達搜分享達達搜簡介：達達搜作為新一代的交通搜索引擎，首創結合三網合一（海、陸、空）的出行搜索方式，實現對全球路徑的搜索和導航、對票價、里程、歷時的比較和排序，旨在為用戶提供不僅是優惠的更是即時真實的、方便快捷的出行方式，同時提供酒店、旅游等配套服務，達到出行各方面的需求。現在的互聯網上有著海量的出行、旅游、票務信息，我們去哪兒，乘飛機、火車、巴士或輪船等，就分別上哪個網站，沒有一個檢索的工具和一站式的服務；全國有超過十萬多個海陸空交通旅行票務問訊電話，乘巴士、火車、飛機或輪船就分別撥打相關問訊，沒有一個統一的客服（這個客服不僅僅是全國某個交通工具的統一，而是海陸空全部的統一）。這就是我們出行面臨的各種問題。有沒有解決問題的辦法或你只需按一下鼠標或電話，其余的交給我們呢？達達搜可以搜索國內所有城市及海外主要城市間的任意兩點之間的所有海陸空到達方式，配套了國內外電子機票訂購、火車票余票查詢和訂購、全國幾乎所有長途巴士的全部路徑查詢和主要城市巴士電子客票訂購。達達搜董事長劉友常說，海陸空客服中心也推出在即。達達搜要做的，是打造行業的專業的垂直的實時動態的全球交通搜索引擎和全程一站式的服務。無論您在哪里？是直達或是換乘、是國內還是國外，在出發地都能拿到海陸空全程電子客票。這種服務不僅可以在網上實施也可撥打客服完成。方便所有旅客出行，節約時間成本和人力成本。達達交通搜索引擎將顛覆人們的出行方式，帶給我們的將是一個全新便捷的出行體驗和行業垂直搜索的革命！去哪兒？上——達達搜！ABSTRACTWiththequickdevelopmentofthesinge-chipmicrocomputercontrolsystem,theproblemthatusesaSCMtocontrolthetemperaturearealreadypaidattentiontobypeoplemoreandmore.Variousemergencethatthesystemandproductofthecategoryalsopilesuponeafteranothereachproducewiththeprofessionmeasureaspectintheindustry,thewaterconservancy,thesafetycheck,thetourandthepublic...etc.Nowaday,thehigh-qualitySCMpartsofanapparatusprovidestheconditionoftheconvenienceforthedesignanddevelopmentthatthespeechtemperature'smeasuringsystem,havinganextremelybroadspacefordevelopment.Temperaturebasedonsinglechipvoicemessagesystemofthestudyisbasedontemperaturesensor,A/Dconverter,microcontroller,voicechipsandthedisplaysystemofintegratedapplications.Forresearchanddevelopmentofthisissueforasmalltemperaturebasedonsinglechipvoicemessagesystem,convenientforpeopleinavarietyofenvironmentsandapplicationsonthetemperatureofthetest.Keywords:TemperatureSensorA/DConverterVoiceSystemSCM，RealTimeClock目錄TOC\o"1-2"\u第一章緒論 11.1引言 11.2語音測溫系統的發展狀況 11.3論文的研究目的和內容 1第二章系統設計各部分理論基礎 22.1溫度傳感器部分 22.2信號放大及模數轉換部分 32.3單片機部分 42.4語音錄放系統部分 52.5電子時鐘系統部分 12第三章硬件部分的設計 153.1溫度采集及模擬信號轉換的設計 153.2ADC0809與89C51的接口設計 163.3單片機接口擴展設計 173.4ISD1420與89C51的接口設計 183.5DS12C887與89C51的接口設計 203.6時鐘鍵盤、顯示器與89C51的接口設計 21第四章軟件部分的設計 224.1A/D轉換及信號識別的程序設計 234.2語音報警的程序設計 244.3實時時鐘的程序設計 27結論 30參考文獻 30致謝 31第一章緒論1.1引言近年來，隨著工業生產及人民生活水平的逐步提高，高效與安全越來越被人們所重視。生產方面，測溫系統廣泛應用于在倉庫儲存報溫，電機工作溫度報警，機車安全系統，地質勘測溫度檢測等多種安全系統中，起到了不可或缺的作用。生活中，測溫系統更廣泛的應用于住宅家居、商場市場、辦公會議等場所的防火防電報警，水溫、氣溫、保溫控制等。語音測溫系統的開發與研究是近幾年新興的科研成果及應用，它的語音報警大量滿足了工業安全生產和人民日常生活的及時性、可靠性與普及性。1.2語音測溫系統的發展狀況經社會調查得知了許多語音芯片及傳感器和單片機之間的系統設計與應用。例如，多通道紅外溫度報警系統曾應用于抗非典時期的各個交通部門，確保了我國的交通運輸在特殊情況下的正常運作；分布式光纖溫度傳感系統是近幾年發展起來的一種用于實時測量空間溫度場分布的高新技術，他能夠連續測量光纖沿線所在處的溫度，測量距離在幾公里的范圍，空間定位精度達到米的數量級，能夠進行不間斷的自動測量，特別適用于需要大范圍多點測量的應用場合，曾應用于監測三峽大壩混凝土溫度場對大壩進行溫度控制，減小壩體溫度梯度，防止裂縫，確保了大壩安全。同時，各種語音芯片的產品也層出不窮，電子語音萬年歷，電子語音保溫杯，電力系統開關柜語音報警系統等等。可見，測溫系統與語音播報系統的綜合應用有著極為廣泛的發展前景，并能夠在工業生產，生活學習，旅游交通等各個方面發揮著重要的作用。1.3論文的研究目的和內容本題目是設計一個基于單片機的語音報溫系統，用以對一個溫度范圍進行安全控制（溫度范圍的確定可通過修改程序來實現），精度為攝氏度，誤差為±℃，要具有較好的快速性與準確性，具有十進制數顯示所測量溫度及語音報警等功能。例如，水溫在45攝氏度到75攝氏度之間為正常，當溫度低于45攝氏度時語音報溫“溫度過低”并用顯示器顯示具體數值，當溫度高于75攝氏度時報溫“溫度過高”并顯示具體數值。為增強設計的多元化和實用性，另增加一電子日歷時鐘系統，用以24小時制顯示年、月、日、時、分、秒等。第二章系統設計各部分理論基礎2.1溫度傳感器部分溫度傳感器的發展·溫度傳感器，使用范圍廣，數量多，居各種傳感器之首。溫度傳感器的發展大致經歷了以下3個階段：1.傳統的分立式溫度傳感器（含敏感元件）——熱電偶傳感器，主要是能夠進行非電量和電量之間轉換。熱電偶傳感器是工業測量中應用最廣泛的一種溫度傳感器，它與被測對象直接接觸，不受中間介質的影響，具有較高的精度；測量范圍廣，可從-50～1600℃進行連續測量,特殊的熱電偶如金鐵——鎳鉻，最低可測到-269℃，鎢——錸最高可達2800℃。2.模擬集成溫度傳感器/控制器。集成傳感器是采用硅半導體集成工藝制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。模擬集成溫度傳感器是在20世紀80年代問世的，它將溫度傳感器集成在一個芯片上、可完成溫度測量及模擬信號輸出等功能。模擬集成溫度傳感器的主要特點是功能單一（僅測量溫度）、測溫誤差小、價格低、響應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等，適合遠距離測溫，不需要進行非線性校準，外圍電路簡單。它是目前在國內外應用最為普遍的一種集成傳感器，典型產品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。模擬集成溫度控制器主要包括溫控開關、可編程溫度控制器，典型產品有LM56、AD22105和MAX6509。某些增強型集成溫度控制器(例如TC652/653)中還包含了A/D轉換器以及固化好的程序，這與智能溫度傳感器有某些相似之處。但它自成系統，工作時并不受微處理器的控制，這是二者的主要區別。3.智能溫度傳感器。目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式想數字式、集成化向智能化及網絡化的方向發展。智能溫度傳感器(亦稱數字溫度傳感器）是在20世紀90年代中期問世的。它是微電子技術、計算機技術和自動測試技術（ATE_）的結晶。目前，國際上已開發出多種智能溫度傳感器系列產品。智能溫度傳感器內部包含溫度傳感器、A/D傳感器、信號處理器、存儲器（或寄存器）和接口電路。有的產品還帶多路選擇器、中央控制器（CPU）、隨機存取存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）。智能溫度傳感器能輸出溫度數據及相關的溫度控制量，適配各種微控制器（MCU），并且可通過軟件來實現測試功能，即智能化取決于軟件的開發水平。目前，國際上新型傳感器正沖模擬式向數字式、從集成化向智能化的方向發展。智能化集成溫度傳感器于20世紀90年代中期問世以來，正在國內外迅速推廣應用。集成溫度傳感器集成溫度傳感器實質上是一種半導體集成電路，它是利用晶體管的b-e結壓降的不飽和值V與熱力學溫度T和通過發射極電流I的下述關系實現對溫度的檢測：（）式中，K—波爾茲常數；q—電子電荷絕對值。集成溫度傳感器具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便等優點，得到廣泛應用。集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出和電流輸出兩種。電壓輸出型的靈敏度一般為10mV/K，溫度0℃時輸出為0，溫度25℃V。電流輸出型的靈敏度一般為1mA/K。2.2信號放大及模數轉換部分2.2.1放大器能夠把微弱的信號放大的電路叫做放大電路或放大器。放大器有交流放大器和直流放大器。交流放大器又可按頻率分為低頻、中頻和高頻；按輸出信號強弱分成電壓放大、功率放大等。此外還有用集成運算放大器和特殊晶體管作器件的放大器。它是電子電路中最復雜多變的電路。集成運算放大器是一種把多級直流放大器做在一個集成片上，只要在外部接少量元件就能完成各種功能的器件。因為它早期是用在模擬計算機中做加法器、乘法器用的，所以叫做運算放大器。它有十多個引腳，一般都用有3個端子的三角形符號表示。它有兩個輸入端、1個輸出端，上面的輸入端叫做反相輸入端，用“-”作標記，下面的叫同相輸入端，用“+”作標記。．集成運算放大器可以完成加、減、乘、除、微分、積分等多種模擬運算，也可以接成交流或直流放大器應用。2.2.2轉換器A/D轉換器是將模擬量轉換為數字量的器件，這個模擬量泛指電壓、電阻、電流、時間等參量，但在一般情況下，模擬量是指電壓而言的。A/D轉換器常用以下幾項技術指標來評價其質量水平：1.分辨率與量化誤差分辨率是衡量A/D轉換器分辨輸入模擬量最小變化程度的技術指標。A/D轉換器的分辨率取決于A/D轉換器的位數，所以習慣上以輸出二進制數或BCD碼數的位數來表示。量化誤差是由于A/D轉換器有限長數字量對輸入模擬量進行離散取樣（量化）而引起的誤差，其大小在理論上為一個單位，所以量化誤差和分辨率是統一的，即提高分辨率可以減小量化誤差。2.轉換精度轉換精度反映了一個實際A/D轉換器與一個理想A/D轉換器在量化值上的差值，用絕對誤差或相對誤差來表示。轉換精度指標有時以綜合誤差指標的表達方式給出，有時又以分項誤差指標的表達方式給出。通常給出的分項誤差有：偏移誤差、滿刻度誤差、非線性誤差、微分非線性誤差等。3.轉換速率轉換速率是指A/D轉換器在每秒鐘內所能完成的轉換次數。這個指標也可表述為轉換時間，即A/D轉換從啟動到結束所需的時間，兩者互為倒數。4.滿刻度范圍滿刻度范圍是指A/D轉換器所允許最大的輸入電壓范圍。如（0～5）V，（0～10）V，（-5～+5）V等。2.3單片機部分AT89C51是一種帶4K字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。其主要特性為：圖89C51管腳·8031CPU與MCS-51兼容·4K字節可編程FLASH存儲器(壽命：1000寫/擦循環)·全靜態工作：0Hz-24KHz·三級程序存儲器保密鎖定·128*8位內部RAM·32條可編程I/O線·兩個16位定時器/計數器·6個中斷源·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片內振蕩器和時鐘電路2.4語音錄放系統部分ISD1420是美國ISD公司出品的優質單片20s語音錄放芯片，內電路由振蕩器、語音存儲單元、前置放大器、自動增益控制電路、抗干擾濾波器、輸出放大器等組成。一個最小的錄放系統僅由一個話筒、一個揚聲器、兩個按鍵、一個電源及少數阻容元件便可組成。它采用直接模擬存儲技術（DASTTM）將錄音內容存入永久性存儲單元FEPROM存儲器，提供零功率信息存儲；不僅語音質量好，而且斷電后，語音信息可永久保持。主要特性?使用簡單的單片錄放音電路?高保真語音/音頻處理?開關接口放音可以是脈沖觸發或電平觸發?錄放周期為16和20秒?自動功率節約模式—當一個錄音或放音周期結束后自動進入掉電狀態—掉電狀態的典型電流為uA?零功率存儲—不需要電池備份電路?處理復雜信息可使用地址操作?100年信息保存典型?片上時鐘?不需要編程器和開發系統?+5V供電?提供裸片DIPSOIC封裝?提供工業級別溫度型號-40到85攝氏度圖ISD1420內部結構功能描述1、語音質量ISD1420系列提供K和K取樣頻率，用戶可以根據語音質量加以選擇。取樣的語音直接存儲到片內的不揮發存儲器內部，不需要數字化和壓縮的其它手段。直接模擬存儲能提供真實自然的語音、音樂、聲音，不象其它的固態數字錄音質量要受到影響。2、錄放音時間ISD1420能提供16秒和20秒的錄放音時間。3、FEPROM存儲ISD1420的ChipCorder技術使用片上不揮發存儲器，斷電后信息可以持續保存100年。器件可以重復錄制10萬次。4、基本操作ISD1420ChipCorder系列由一個單錄音信號REC實現錄音操作，兩個放音信號其中的一個實現放音操作，PLAYE（觸發放音），PLAYL（電平放音）。ISD1420可以配置成單一信息的應用。如果使用地址線也可以用于復雜信息的處理。5、自動掉電模式在錄音或放音操作的結束，ISD1420將自動進入低功率等待模式，消耗0.5uA電流。在放音操作中，當信息結束時器件自動進入掉電模式；在錄音操作中，REC信號釋放變為高電平時器件進入掉電模式。6、尋址（可選）作為處理單一信息的補充，ISD1420提供了全地址的尋址功能。2.4.3管腳描述圖ISD1420管腳1、電源輸入VCCA、VCCDISD1420內部的模擬電路和數字電路使用不同的電源回路以減小噪聲的干擾，這些電源回路通過不同的引腳引出。2、地輸入VSSA、VSSD同VCCA，VCCD類似，ISD1420內部模擬地和數子地也使用不同的回路。3、錄音RECREC輸入是低電平有效錄音信號。當REC為低時開始錄音。在錄音過程中REC必須保持為低電平。REC信號優先于放音信號（PLAYE和PLAYL）。如果在放音過程中REC被拉低，放音將立即終止，錄音開始。當REC變高或內部存儲器已錄滿信息，錄音操作結束。錄制完畢后，在結束處會記錄一個結束標志，這樣在分段放音時會結束放音。當REC變高后，器件會自動進入掉電模式。注：REC信號將被延遲50ms防止開關抖動引起重復觸發。4、PLAYE觸發放音當此管腳上檢測到低電平跳變時，將開始放音操作，遇到結束標志（EOM）或存儲器的尾部放音將停止。結束放音后，器件自動進入掉電等待模式。在放音過程中將PLAYE變高不會終止當前的放音操作。5、PLAYL電平放音當此管腳的信號由高變為0時，將開始放音操作。PLAYL變為高電平，遇到結束標志（EOM）或存儲器的尾部放音將停止。結束放音后，器件自動進入掉電等待模式。注：在放音中，如果遇到結束標志或到達存儲器尾部，如PLAYL或PLAYE保持為低電平，器件仍將進入掉電等待模式，內部時鐘和時序停止。但是，PLAYE和PLAYL的上升沿沒有防抖動延遲，任何下降時序（特別是開關抖動）將會引起另外一次的放音。6、錄音LED輸出（RECLED）當處于錄音操作時，RECLED輸出為低電平。它可以驅動一個LED顯示表明現在正處于錄音狀態。另外，在放音中，如果遇到結束標志（EOM），RECLED將輸出一個短的低脈沖。7、麥克輸入MIC麥克輸入將信號傳送到前置放大器，增益由自動增益電路（AGC）控制，增益在-15dB到24dB。外部的麥克必須是AC耦合，通過一個電容連接到該腳。電容的數值和該管腳器件內部的電阻（10K）決定ISD1420輸入的低頻截止頻率。8、麥克基準（MICREF）MICREF是麥克前置放大的反向輸入。當器件使用該輸入腳并以差分形式連接到麥克時，能減低噪聲和實現共模抑制。9、自動增益控制（AGC）AGC動態調整前置放大器的增益，能在一個很寬的范圍內適應麥克的輸入電平。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的起控時間由電路內部的一個5K電阻，和一個外部連接的電容（連接在AGC管腳和和模擬地VSSA之間）決定，釋放時間由外部的電阻和電容決定二者并聯連接在AGC管腳和VSSA模擬地之間。在大多數應用中，470K歐姆和4.7uF的取值能較好的滿足需要。10、模擬輸出（ANAOUT）此管腳為用戶提供前置放大器的輸出。前置放大器的電壓增益由AGC管腳上的電平決定。11、模擬輸入（ANAIN）ANAIN將輸入的信號傳送到錄音電路。對于麥克輸入，ANAOUT腳必須通過外部電容連接到ANAIN腳。這個電容的數值與ANAIN內部的3.0K歐姆的輸入電阻能提供又一個音頻帶寬的低頻截止頻率。如果輸入信號來自麥克以外，可以通過電容直接耦合到ANAIN管腳。12、外部時鐘輸入（XCLK）ISD1420系列的外部時鐘輸入管腳內部設有下拉電阻。ISD1420在出廠時配置成使用內部時鐘，能保證最小的錄放音時間。以ISD1420來講，在參數規定的范圍內使用能保證20秒的錄放音時間。在商業級溫度范圍內和規定的操作電壓范圍內，取樣時鐘有±2.25%的變化，但能保證規定最小的錄放音時間。對于一些器件，實際的錄放音時間可能會比通常的錄放音時間要多。13、喇叭輸出（SP+，SP-）SP+和SP-能直接驅動低至10歐姆的喇叭。也可以使用單輸出，但需要注意：對于直接驅動發聲裝置，使用兩個反極性的輸出的功率是使用單輸出功率的4倍。另外，同時使用SP+和SP-可以不使用喇叭的耦合電容。對于使用單個輸出，必須在SP+和喇叭之間接一個耦合電容。在錄音狀態中，兩個喇叭輸出為高阻狀態；在掉電模式中保持為VSSA。14、地址輸入（A0-A7）根據A6、A7的電平不同，電路可以進入兩種不同的工作模式：地址模式和操作模式。如果A7、A6至少有一位為低電平，則電路認為A0-A7全部為地址位，A0-A7的數值將作為本次錄音或放音操作的起始地址。A0-A7全部為純輸入引腳，不會像操作模式中A0-A7還可能輸出內部地址信息。輸入的A0-A7的信息在PALYE，PLAYL或REC的下降沿被電路鎖存到內部使用。操作模式ISD1420內部具備有多種操作模式，并能以最少的元件實現較多的功能，下面將詳細描述。操作模式的選擇使用是使用地址管腳來實現，但實際的地址在ISD1420的有效地址外部。當地址的最高兩位A7、A6為高電平時，其余的地址位將被成為狀態標志位而不再是地址位。因此操作模式和尋址模式不能兼容，也就是說不能同時使用。在使用操作模式時必須注意兩點。第一，所有的操作開始于地址0，也就是ISD1420的起始地址。以后的操作根據操作模式的不同可以從其它地址開始。另外，在操作模式中當A4=1，從錄音變換到放音而不是從放音到錄音，器件地址指針復位到0。第二，操作模式的執行必須是A7、A6為高電平，在PALYL，PLAYE或REC變為低電平時開始執行。當前的操作模式將一致有效，直到下一次的控制信號變低，并取樣地址線上的信息開始新的操作。操作模式描述：可以使用微處理器來控制操作模式，也可以直接使用直接連線來實現需要的功能。A0–信息檢索信息檢索允許用戶在內容跳轉瀏覽，而不必關系每個信息的實際物理位置。每個控制信號的低電平脈沖將內部地址指針轉移到下一個信息位置。這種模式只能在放音中使用，通常與A4操作同時應用。A1–刪除EOM結尾標志A1操作模式允許多次記錄的信息組合成一個信息，結束標志只出現在最后錄制信息的結尾。當配置成這種模式后，多次錄制的信息在放音時會形成連續的信息。A2–沒有使用A3–循環播放A3操作模式能夠實現自動連續的信息播放，播放的信息處于的地址空間的開始。如果一個信息充滿了ISD1420，則用循環模式可以從頭到尾連續的播放。PALYE脈沖可以啟動播放，PLAYL脈沖可以結束播放。A4–連續尋址在通常的操作中，當放音操作遇到結尾標志（EOM）時，地址指針將復原到0。A4操作模式將禁止地址指針的復位，允許信息能連續錄制和播放。當電路處于靜止狀態，不是處于錄音或放音狀態，即可的設置該腳為低電平將復位地址指針。A5–沒有使用相關圖表芯片工作的時序圖、最大絕對參數和操作條件見以下圖表。圖錄音時序圖圖放音時序圖注：1在放音期間REC必須保持為高電平2RECLED在放音期間有結束標志EOM的功能表最大絕對參數（裸片）注：超出上述范圍將會引起器件的永久性損壞。處于絕對值會引起器件可靠性降低。在這些條件下器件的參數將不能得到保證。表操作條件(裸片)注：VCC=VCCA=VCCD.VSS=VSSA=VSSD.圖(a)典型參數隨電壓和溫度的變化圖2.6(b)典型參數隨電壓和溫度的變化2.5電子時鐘系統部分在目前許多的單片機應用系統中，通常進行一些與時間有關的控制測量，根據測控對象的不同，可以用兩種方法來進行時間控制：一是利用單片機內部的定時/計數器，二是利用單片機外圍的實時時鐘芯片RTC（REALTIMECLOCK）。前者利用單片機內部的定時器，所以無需再接外圍芯片，只需通過軟件編程就可以實現對時間的控制和測量，具有性價比高、接口電路簡單等優點，但時間控制精度受到晶振頻率和所選擇的數據傳輸方式等方面的影響，從而導致精度不高，所以常用于測控精度不是很高的應用控制系統中；而后者是利用外部實時時鐘芯片，雖具有接口電路相對復雜等缺點，但是它具有定時精度高、掉電保護、功能強大、使用靈活和誤差較小等優點，日益受到用戶的青睞。2.5.1實時時鐘芯片的類型目前的實時時鐘芯片，根據芯片與單片機接口的不同，可以將其分為兩大類型：一是串行方式的實時時鐘芯片，這種芯片大多數是將地址線、數據線、控制線合為一根串行傳輸數據的信號線，例如：DS1302、PCF8583等。這種方式的優點是：信號線少、電路連接簡單、節省系統資源和電路板面積等。但是它的缺點：程序編寫復雜、工作量比較大和操作速度較慢等。二是并行方式的實時時鐘芯片，這種芯片與單片機的連接是將地址線、數據線、控制線并行與單片機連接。例如：DS12C887、MC146818等。這種方式由于數據和地址的并行傳送，所以它具有操作方便、快速、編程簡單等優點，缺點就是硬件電路相對的復雜。不同的實時時鐘芯片具有不同的功能，現在的大多數時鐘芯片具有時鐘日歷/鬧鐘兩種功能，如PCF8583。但是在現在的測控應用系統中，只是具有這兩種功能已遠遠不能滿足用戶的需求，所以現在許多芯片增加了方波輸出功能，使實時時鐘芯片的應用更具廣泛。DS12C887具有時鐘、鬧鐘和方波輸出的功能。他具有功能強大、編程簡單和定時精確較高等優點，特別適用現在的測控系統。所以掌握DS12C887與單片機的接口及編程技術，把它嵌入到多樣化的應用環境中去，有較大的實用價值。2.5.2DS12C887性能簡介DS12C887是DALLAS公司推出的8位并行帶RAM的實時時鐘芯片，它的功能強大，應用廣泛。它是適用于同單片機接口的新一代實時時鐘芯片。DS12C887采用24引腳雙列直插式封裝。其振蕩電路、充電電路和可充電鋰電池等一起封裝在芯片的上方。它斷電后能運行10年之久而不丟失數據。DS12887時鐘芯片引腳排列如圖所示。圖DS12887時鐘芯片引腳時鐘芯片DS12887共有24個引腳，主要引腳分別為：DS數據讀寫信號端；R/W數據寫信號端；AS地址鎖存信號端；選通信號端，低電平有效；MOT計算機總線選擇端；RESET復位端；AD0～AD7地址/數據（雙向）總線。地址分配DS12887內存由存放實時時鐘的時間、日歷、鬧鐘RAM以及用于控制的狀態查詢的寄存器和用戶RAM組成，其中前10個單元用于存放實時時鐘，緊接著4個單元為4個控制寄存器，余下的114字節為用戶RAM。除以下情況為只讀狀態外，所有128字節可直接讀寫：1.寄存器C和寄存器D。2.寄存器A的bit.7位。3.秒字節的高位。寄存器及RAM的說明從00H—09H10個單元為時鐘、日歷、鬧鐘單元，其內容可由程序寫入或讀出。其初始值在芯片初始化時由程序寫入，可用二進制值或BCD碼表示。時間顯示可采用每天12小時制或24小時制。以上功能均由B寄存器相關位決定。三個鬧鐘單元（即01H，03H，05H）有兩種用法：根據寫入到三個鬧鐘單元的值產生中斷。在各鬧鐘單元寫入“自由（don’tcare）碼”=0C0H—0FFH，，即最高兩位為1時為“自由”狀態，可產生周期性的鬧鐘中斷。寄存器A的主要功能：提供時間更新標志，確定在何時讀出正確的時間。提供分頻控制功能。可選擇輸出的方波頻率以及周期中斷頻率。寄存器B的主要功能：具有初始化設置功能。初始化時必需將相關位置1，才能初始化時間和日歷字節。對相關位進行設置，可使系統具有周期中斷、鬧鐘中斷、更新結束中斷功能。可控制方波的輸出。可控制時間的顯示模式，并可自動執行夏令時制。寄存器C的主要功能：提供中斷請求、周期中斷、鬧鐘中斷以及更新結束中斷標志，以及CPU查詢。寄存器D的主要功能：提供有效RAM和時間標志。該標志位出廠前由DALLAS公司置狀態1。這一位不可寫，應總讀出為1。如果出現0，表明內部電池耗盡。第三章硬件部分的設計根據以上所總結調查的知識與資料，將本設計的系統硬件結構構思如下圖所示：5151單片機語音播報系統顯示電子日歷時鐘芯片檢測電路鍵盤傳感器放大器圖系統原理框圖系統結構主要由信號采集、模數轉換、單片機及其擴展系統、語音系統及其鍵盤、時鐘系統、時鐘鍵盤、顯示系統幾部分構成。這里將分步對這幾部分的具體設計進行闡述。參照各單片接口資料設計總體電路圖，見附錄二。3.1溫度采集及模擬信號轉換的設計AD590是美國模擬器件公司生產的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：1、流過器件的電流值等于期間所處環境的熱力學溫度（開爾文）值，即∣Ir∕T∣=1，式中：Ir為流過器件（AD590）的電流，單位為μA，T為熱力學溫度，單位為K。2、AD590的測溫范圍為-55～+150℃。3、AD590的電源電壓范圍為4～30V。電源電壓可在4～6V范圍變化，電流Ir變化1μA，相當于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。4、輸出電阻為710МΩ。5、精度高，AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55～150℃范圍內，非線行誤差為±℃。圖溫度信號采集轉化圖由于采用的A/D轉換器ADC0809分辨率為，且允許的最大輸入電壓為5V，因此他能分辨輸入模擬電壓的最小變化量為5V0.4%=20mV；AD590的測量特性為電流Ir變化1μA，相當于溫度變化1K，因此如要測量-溫度范圍為0℃到100℃，即流過傳感器AD590的電流為（273—373）μA，保留范圍（250—400）μA。該電流經上圖所示電路應得到一個A/D可識別的電壓,即最小電壓變化為20mV。這里將溫度傳感器AD590與10K電阻串聯，取其壓降。測量溫度范圍為0℃到100℃VV。將壓降送入LMV參考電壓，送入第三個運放反相端；第三個運放構成減法電路，當同相端輸入電阻和反向端輸入電阻相等、同相端接地電阻和反向端反饋電阻相等時，輸出電壓為：（）根據公式（），本系統要求運放輸出0～5V電壓時，輸出電壓變化系數為10mV/μA，因此，可調整可變電阻使放大倍數為2倍，即可滿足最小分辨率20mV/μA的變化。以上電路系統部分的最主要作用就是生成的減法器將溫度傳感器采集到的開爾文溫度值轉換為了攝氏溫度值。ADC0809與89C51的接口設計圖A/D0809與單片機的接口圖模擬信號經IN0一路通過A/D轉換器，將數字信號送入單片機。上圖是通過查詢方式完成A/D啟動和轉換的。89C51提供的地址鎖存允許信號ALE經D觸發器二分頻后獲得時鐘頻率，ALE腳的頻率是單片機時鐘頻率的1/6。地址譯碼引腳C、B、A分別與地址總線的三位Q6、Q5、Q4相連，以選通IN0～IN7中的一個通路。本設計可使三位地址全置0，選通IN0。將P作為片選信號，在啟動A/D轉換時，由單片機寫信號WR和P控制ADC的地址鎖存和轉換啟動，由于ALE與START相連，因此ADC在鎖存通道地址的同時啟動并轉換。在讀取轉換結果時，用低電平的讀信號RD和P腳經一級或非門后，產生的正脈沖作為OE信號，用以打開三態輸出鎖存器。3.3單片機接口擴展設計圖8255A單片擴展接口圖經考慮及之后的設計需要，故將89C51的P0口擴展成上圖所示。上圖中8255A只有3根線與地址線連接。片選端、地址選擇端A1、A0，分別接于P0.7、P0.1、P0.0，其他地址線全懸空。此時，只要保證P0.7為低電平時，選中該8255A，若P0.1、P0.0再為“00”則選中8255A的A口；同理，P0.1、P0.0為“01”、“10”、“11”則分別選中B口、C口及控制口。若地址用16位表示，其他無用端全設為“1”，則8255A的A、B、C及控制口地址分別為：FF7CH、FF7DH、FF7EH、FF7FH。3.4ISD1420與89C51的接口設計ISD1420的工作過程為：1、錄制信息將REC電平變低，將從內部存儲器空間的開始錄制信息。如果REC保持低電平，錄音一直持續直到存儲器空間錄滿，這時錄音結束。如果REC變為高電平，電路將自動進入掉電模式。2、邊緣啟動放音將PLAYE變低，將從存儲器開始或選定的位置開始放音。PLAYE的上升沿對操作沒有影響。如果存儲器內部全部錄滿信息，則可以播放內部全部的信息。如果到達結束標志EOM，電路將停止放音并自動進入掉電模式。一個新的PLAYE下降沿將觸發另外一個從起始地址的放音。3、電平觸發放音將PLAYE變低，將從存儲器開始或選定的位置開始放音。如果存儲器內部全部錄滿信息，則可以播放內部全部的信息。如果到達結束標志EOM，電路將停止放音并自動進入掉電模式。一個新的PLAYL下降沿將觸發另外一個從起始地址的放音。4、電平觸發放音（夭折）在放音過程中，如果PLAYL電平變為高電平，電路將停止放音進入掉電模式。另一個PLAYL的下降沿將觸發另外一次從起始地址的放音操作。5、錄音（中斷放音）REC引起的錄音操作優先與其它操作。任何時間REC信號的變低將引起一次新的錄音操作，地址從起始地址或指定的地址。不管當前是否進行其它操作。6、錄制信息，只占用部分地址空間如果錄制的信息不能占滿整個存儲空間，可以在錄制中將REC變為高電平，這將導致錄音結束并放置EOM結束標志。電路進入掉電模式。7、播放錄制的信息，整個信息沒占滿整個空間將PALYE或PLAYL變為低電平將啟動一次放音，當遇到結束標志EOM時放音結束，電路進入掉電模式。8、RECLED操作在錄音操作時，RECLED將輸出低電平有效的信號，可以驅動一個LED，表明現在正在進行錄音操作。如果整個存儲器空間錄滿，或REC變為高電平結束錄音，則RECLED將變為高電平。另外，在放音過程中，如果遇到一個EOF標志，RECLED總是輸出一個低電平脈沖。9、時間顯示錄音設定ISD1420為20s可分段語音芯片,是一種新型單片語音錄放集成電路.利用它,語音和音頻信號被直接存儲,省去了數字變換、數字壓縮、語音合成等處理手段。該器件具有較大的信息存儲量,不需專門的語音編輯開發系統和燒結固化器支持,并具有多種信息取址方式可供用戶選用。片內的EEPROM陣列通過地址A0～A7的有效組合最多可分為160個存儲空間,實現分段錄放功能。本系統主要部分是語音報溫部分.對通常測溫系統來說,所報出的語音由以下14個特征字組成,即“零”、“壹”、“貳”、“叁”、“肆”、“伍”、“陸”、“柒”、“捌”、“玖”、“拾”、“百”、“點”、“度”等。即所有的溫度可由這14個單字組成.根據一般的語言速度,每個單字語音段需占用0.4s,總的錄放時間應在6s左右.而ISD1416共有160個存儲單元,其分辨率為100ms,共計可存儲16s的信息。該系統僅需要6s時間,只需占用160個存儲單元中的一部分。按每個語音段占計,每個語音段要占用4個存儲單元,共計4×14=56個存儲單元。1416的地址輸入端為0～7,有效的取值范圍為00000000～10011111,即最多可劃分為160個存儲單元,用來錄放多段語音。0～7決定每個語音段的起始地址。圖ISD1420語音芯片與89C51的接口圖表3.1地址與語音段的對應關系按鍵錄音“溫度過低”和“溫度過高”，其首地址分別自動形成并存放于41H、42H中。將PLAYL與單片機P口連接，用以傳輸放音信號（低電平），并在程序初始化過程中將P置高，即（SETBP）。3.5DS12C887與89C51的接口設計圖DS12887時鐘芯片與89C51的接口圖DS12887本身帶有地址鎖存功能，所以與各種微處理器的接口十分簡單。模式選擇腳MOT接地，選擇INTEL時序，選擇DS12887時鐘芯片的地址總線及AS端口和89C51單片機擴展的PC口及ALE端直接連接；而DS、R/W讀寫控制線與單片機的、控制線連接；DS12887的高位地址由89C51的P2.6口來片選，則DS12887的高8位地址定為40H，而其低8位則由芯片內部各單元的地址來決定。時鐘鍵盤、顯示器與89C51的接口設計圖3.7顯示模塊OCMJ與89C51的接口圖實時時鐘部分按鍵主要有設置、增、減、鬧鈴開關鍵，以實現時間調整、設置等功能。為節省口線，采用并行輸入、串行輸出移位寄存器74LS165擴展接口。鍵盤數據讀入由單片機P3.0、P3.1、P3.2控制，其中P3.2作數據封鎖信號，P3.0為數據輸入，P3.1為時鐘信號。本設計需要顯示信息較多，如年、月、日、時、分、秒、鬧鐘設定時間等時間信息以及溫度值。為充分明確顯示數據，采用OCMJ4×8中文液晶顯示模塊，該模塊內含GB231216×16點陣國標一級簡體漢字和ASCⅡ碼，可實現文本顯示。OCMJ4×8中文模塊不需初始化，設置初始化的工作都在上電時自動完成，實現了“即插即用”。其用戶硬件接口采用REQ/BUSY握手協議，簡單可靠。BUSY高電平有效，表示OCMJ忙，不能接受命令；BUSY=0時，表示OCMJ空閑。同時REQ=1時通知OCMJ處理當前數據線上的數據。該顯示模塊具有直接讀取地址線中十進制數據的功能，極大的減化了顯示程序量。第四章軟件部分的設計軟件部分程序主流程：圖主流程框圖4.1A/D轉換及信號識別的程序設計圖A/D轉換及數據處理框圖此段程序如下：MAIN：MOVR1，#30MOVDPTR，#7F8FHLOOP：MOVX@DPTR，AMOVR6，#0AHDELAY：NOPNOPNOPDJNZR6，DELAYMOVXA，@DPTRMOV@R1，AMOVB，#10DIVABSWAPAADDABMOVDPTR，#0FF7DHMOVX@DPTR，AMOVA，@R1SUBBA，2DHJCDEALLOWMOVA，@R1SUBBA，4BHJNCDEALHIGH以上程序是將溫度傳感器采集到的模擬信號通過A/D處理后，再與溫度范圍（45℃～75℃）進行比較。不在范圍內的溫度送語音芯片處理，進行報警；采樣溫度轉換為十進制數，送擴展口PB，連接到顯示模塊。89C51提供的地址鎖存允許信號ALE經D觸發器二分頻后獲得時鐘頻率，ALE腳的頻率是單片機時鐘頻率的1/6。地址譯碼引腳C、B、A分別與地址總線的三位Q6、Q5、Q4相連，以選通IN0～IN7中的一個通路。本設計可使三位地址全置0，選通IN0。將P作為片選信號，在啟動A/D轉換時，由單片機寫信號WR和P控制ADC的地址鎖存和轉換啟動，由于ALE與START相連，因此ADC在鎖存通道地址的同時啟動并轉換。在讀取轉換結果時，用低電平的讀信號RD和P腳經一級或非門后，產生的正脈沖作為OE信號，用以打開三態輸出鎖存器。4.2語音報警的程序設計圖4.3語音報警程序框圖DEALLOW：MOVDPTR，#0FF7EHMOVA，#41HMOVX@DPTR，ACLRP2.1ACALLDELAYRETDEALHIGH：MOVDPTR，#0FF7EHMOVA，#42HMOVX@DPTR，AACALLDELAYRETDEALY：MOVR7，#0AHLOOP：NOPNOPNOPDJNZR7，LOOPRET以上程序是將上級程序判斷送出的警報信號在ISD1420中激活所錄的“高、低警報”音。41H、42H是兩句錄音的首地址，與口連接的PLAYL檢測到一段下降沿的跳變后放音。ISD1420內部具備有多種操作模式，并能以最少的元件實現較多的功能，下面將詳細描述。操作模式的選擇使用是使用地址管腳來實現，但實際的地址在ISD1420的有效地址外部。當地址的最高兩位A7、A6為高電平時，其余的地址位將被成為狀態標志位而不再是地址位。因此操作模式和尋址模式不能兼容，也就是說不能同時使用。在使用操作模式時必須注意兩點。第一，所有的操作開始于地址0，也就是ISD1420的起始地址。以后的操作根據操作模式的不同可以從其它地址開始。另外，在操作模式中當A4=1，從錄音變換到放音而不是從放音到錄音，器件地址指針復位到0。第二，操作模式的執行必須是A7、A6為高電平，在PALYL，PLAYE或REC變為低電平時開始執行。當前的操作模式將一致有效，直到下一次的控制信號變低，并取樣地址線上的信息開始新的操作。實時時鐘的