本科畢業(yè)設(shè)計室內(nèi)溫濕度語音播報系統(tǒng)的設(shè)計

1、吉吉 林林 農(nóng)農(nóng) 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計論文題目： 室內(nèi)溫濕度語音播報系統(tǒng)的設(shè)計 學(xué)生姓名： 專業(yè)年級：電子信息科學(xué)與技術(shù) 指導(dǎo)教師： 職稱： 講 師 2008 年 6 月 3 日i目目 錄錄題目.i摘要及關(guān)鍵字.i1 前言.11.1 題目的來源與開發(fā)意義.11.2 系統(tǒng)功能概述.12 方案的提出及論證.12.1 溫濕度傳感器的選擇.12.2 語音錄放電路的選擇.23 系統(tǒng)硬件設(shè)計.33.1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計概述.33.2 系統(tǒng)框圖.33.3 系統(tǒng)各模塊的設(shè)計.43.3.1 溫濕度測量模塊.43.3.2 語音錄放模塊.43.3.3 顯示模塊.53.3.4 時鐘模塊.

2、63.3.5 鍵盤控制模塊.73.4 硬件電路主要器件.73.4.1 at89c51 單片機.73.4.2 溫濕度傳感器 sht11.73.4.3 isd4003 系列語音芯片.113.4.4 ds1302 的結(jié)構(gòu)及工作原理 .144 系統(tǒng)軟件設(shè)計.164.1 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計思想.164.2 各功能模塊的軟件設(shè)計.164.2.1 溫濕度測量的程序設(shè)計.164.2.2 語音播報的程序設(shè)計.174.2.3 溫濕度顯示的程序設(shè)計.185 系統(tǒng)調(diào)試.195.1 硬件電路調(diào)試.195.2 各功能模塊軟件調(diào)試.196 結(jié)論.19參考文獻.20致 謝.20ii附錄一:系統(tǒng)總體電路原理圖 .21附錄二：程序

3、流程圖.22吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計i室內(nèi)溫濕度語音播報系統(tǒng)的設(shè)計學(xué) 生： 專 業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù) 指導(dǎo)教師：摘摘 要：要：本設(shè)計主要是研究室內(nèi)溫濕度的測量并實現(xiàn)語音播報的功能，在該系統(tǒng)中采用at89c52單片機作主控制器，采用瑞士scnsirion 公司推出的高度集成的溫濕度傳感器芯片sht-11，實現(xiàn)室內(nèi)溫濕度的測量并通過單片機的串行口進行靜態(tài)顯示，再通過采用語音芯片isd4003所組成的語音電路實現(xiàn)溫濕度的語音播報，另外本系統(tǒng)還兼有多功能時鐘功能。本設(shè)計采用靜態(tài)顯示大大節(jié)省了單片機的i/o資源，軟件部分用c語言編寫，易讀、可移植性好。本系統(tǒng)主要包括溫濕度測量模塊、語音錄放模塊、溫濕度

4、顯示模塊、時鐘模塊和鍵盤控制模塊五個部分。關(guān)關(guān)鍵詞鍵詞： ：單片機；sht-11；isd4003；溫濕度測量；語音播報the design of indoor temperature and humidityvoice broadcast systemname:he haitao major:electronics information science and technologytutor:gong heabstract: this design mainly researches for the measurement of indoor temperature and humidity

5、 and achieves the function of the voice broadcast, in which, at89c2 scm is used as master controller and a highly integrated temperature and humidity sensor chip sht-11 developed by switzerland scnsirion company is adopted to achieve the measurement of indoor temperature and humidity and make a stat

6、ic display through the serial interface of scm, then voice broadcast of temperature and humidity is achieved through the use of voice circuit composed of voice chip isd4003.in addition, the system also features the function of muti-functional clock. this design adopts a static display to save the i/

7、o resources of scm significantly. software is compiled with c-language partially, easy to be read and has a good portability. this system mainly includes five parts of temperature and humidity measurement module, voice recording module, temperature and humidity display module, clock module and keybo

8、ard control module.keywords: scm；sht-11；isd4003；measurement of temperature and humidity；voice broadcast吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計11 前言1.1 題目的來源與開發(fā)意義作為獲取信息的手段傳感器技術(shù)得到了顯著的進步，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，對其要求越來越高，需求越來越迫切。傳感器技術(shù)已成為衡量一個國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標志之一。因此，了解并掌握各類傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特性是非常重要的。傳感器主要用于測量和控制系統(tǒng)，它的性能好壞直接影響系統(tǒng)的性能。因此，不僅必須掌握各類傳感器的結(jié)構(gòu)、原理及

9、其性能指標，還必須懂得傳感器經(jīng)過適當?shù)慕涌陔娐氛{(diào)整才能滿足信號的處理、顯示和控制的要求，而且只有通過對傳感器應(yīng)用實例的原理和智能傳感器實例的分析了解，才能將傳感器和信息通信和信息處理結(jié)合起來，適應(yīng)傳感器的生產(chǎn)、研制、開發(fā)和應(yīng)用。為了提高對傳感器的認識和了解，尤其是對溫濕度傳感器的深入研究以及其用法與用途，基于實用、廣泛和典型的原則而設(shè)計了本系統(tǒng)，在生產(chǎn)和生活中應(yīng)用性都比較強。本文利用單片機結(jié)合傳感器技術(shù)和語音技術(shù)而開發(fā)設(shè)計了這一室內(nèi)溫濕度語音播報系統(tǒng)。本設(shè)計不僅可以顯示室內(nèi)的溫濕度，而且能夠?qū)崿F(xiàn)溫濕度的語音播報，使其更人性化，操作方便，控制靈活。1.2 系統(tǒng)功能概述本設(shè)計系統(tǒng)主要包括溫濕度測量

10、模塊、語音錄放模塊、溫濕度顯示模塊、時鐘模塊和鍵盤控制模塊五個部分。采用高度集成的溫濕度傳感器芯片sht-11測量室內(nèi)溫濕度，經(jīng)由顯示模塊進行顯示，并通過語音錄放模塊實現(xiàn)溫濕度的語音播報，采用at89c51單片機作為主控制器，最后通過程序?qū)ζ渫鈬娐愤M行控制。實現(xiàn)溫濕度的語音播報是本設(shè)計的創(chuàng)新之處，使其實用性更強。 2 方案的提出及論證2.1 溫濕度傳感器的選擇在本設(shè)計中，傳感器是實現(xiàn)測量的首要環(huán)節(jié)，是測量系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，如果沒有傳感器對原始被測信號進行準確可靠的捕捉和轉(zhuǎn)換，一切準確的測量都將無法實現(xiàn)。方案一：采用熱電阻溫度傳感器。熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性制成的測溫元件。現(xiàn)應(yīng)用較

11、多的有鉑、銅、鎳等熱電阻。其主要的特點為精度高、測量范圍大、便于遠距離測量。鉑的物理、化學(xué)性能極穩(wěn)定，耐氧化能力強，易提純，復(fù)制性好，工業(yè)性好，電阻率較高，因此，鉑電阻用于工業(yè)檢測中高精密測溫和溫度標準。缺點是價格貴，溫度系數(shù)小，受到磁場影響大，在還原介質(zhì)中易被玷污變脆。按 iec 標準測溫范圍-200650，吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計2百度電阻比 w（100）=1.3850 時，r0 為 100 和 10，其允許的測量誤差 a 級為（0.15+0.002 |t|），b 級為（0.3+0.005 |t|）。銅電阻的溫度系數(shù)比鉑電阻大，價格低，也易于提純和加工；但其電阻率小，在腐蝕性介質(zhì)中使用穩(wěn)定

12、性差。在工業(yè)中用于-50180測溫。這種溫度傳感器采集的是模擬信號，需要 a/d 轉(zhuǎn)換器，因此外圍電路比較復(fù)雜，性能也不穩(wěn)定。采用 hos-201 濕敏傳感器。hos-201 濕敏傳感器為高濕度開關(guān)傳感器，它的工作電壓為交流 1v 以下，頻率為 50hz1khz，測量濕度范圍為 0100%rh，工作溫度范圍為 050，阻抗在 75%rh（25）時為 1m。這種傳感器原是用于開關(guān)的傳感器，不能在寬頻帶范圍內(nèi)檢測濕度，因此，主要用于判斷規(guī)定值以上或以下的濕度電平。然而，這種傳感器只限于一定范圍內(nèi)使用時具有良好的線性，而且該傳感器也是采集的模擬信號。方案二：溫度測量傳感器采用 dallas 公司 d

13、s18b20 的單總線數(shù)字化溫度傳感器1，2，測溫范圍為-5525，可編程為 9 位12 位 a/d 轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率達到 0.0625，采用寄生電源工作方式， 單片機只需一根口線便能與 ds18b20 通信，占用單片機口線少，可節(jié)省大量引線和邏輯電路。 采用 hs1100/hs1101 濕度傳感器3。hs1100/hs1101 電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。不需校準的完全互換性，高可靠性和長期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時間，專利設(shè)計的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，由頂端接觸（hs1100）和側(cè)面接觸（hs1101）兩種封裝產(chǎn)品，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種

14、電路，適宜于制造流水線上的自動插件和自動裝配過程等。相對濕度在 1%100%rh 范圍內(nèi)；電容量由 16pf 變到 200pf，其誤差不大于2%rh；響應(yīng)時間小于 5s；溫度系數(shù)為0.04 pf/，因此該濕度傳感器的精度是較高的。但要將測量的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，需加 a/d 轉(zhuǎn)換器。方案三：采用瑞士 scnsirion 公司推出的基于 cmosenstm 技術(shù)的新型智能溫濕度傳感器sht114，5，集溫、濕度傳感器、信號放大和調(diào)理、a/d 轉(zhuǎn)換、i2c 總線接口于一個芯片上，帶有工業(yè)標準 i2c 總線數(shù)字輸出接口。sht11 智能溫濕度傳感器具有數(shù)字式輸出，并具有免調(diào)試、免標定、免外圍電路

15、及可全互換等特點。從而克服了傳統(tǒng)模擬式濕度傳感器需要設(shè)計信號調(diào)理電路，以及所需要的復(fù)雜校準和標定過程，同時也大大提高了濕度傳感器的測量精度。該芯片只需兩根口線與單片機相連，節(jié)省了單片機的 i/o 資源，而且不需要 a/d 轉(zhuǎn)換電路，電路簡單。從硬件電路的難易程度、性能和控制靈活性上考慮，我選擇了方案二。2.2 語音錄放電路的選擇方案一：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計3at89c52單片機溫濕度測量電路靜態(tài)顯示電路語音播報電路鍵盤控制電路時鐘電路采用中青世紀公司 2003 年最新開發(fā)的智能語音產(chǎn)品 pm50 系列語音芯片，它既是語音播放電路，也是智能單片機，其開發(fā)設(shè)計簡單、智能控制簡單，音質(zhì)效果好。該

16、芯片由專用的語音單片機和 flashram 存儲器集合構(gòu)成，它既有幾秒到 100 秒的多段語音播放功能，也有單片機可編程的智能特性，大規(guī)模復(fù)雜電路已經(jīng)縮微到只有 cob28 封裝（18*36mm）的印板上，可以方便地作為 dip28 封裝的標準集成電路來使用。方案二：采用isd公司生產(chǎn)的isd4000系列中的isd4003-04語音芯片6，它既可以放音也可以錄音。該芯片采用cmos技術(shù),內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列。芯片設(shè)計是基于所有操作必須由微控制器控制,操作命令可通過串行通信接口(spi或microwire)送入。芯片采用多電平直接模

17、擬量存儲技術(shù), 每個采樣值直接存貯在片內(nèi)閃爍存貯器中,因此能夠非常真實、自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)和效果聲,避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和“金屬聲”。雖然pm50系列語音芯片的性價比要優(yōu)于isd4000系列，但考慮到pm50系列無錄音功能，無法錄制自己想要的語音，因此我選擇了方案二。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計概述本設(shè)計系統(tǒng)的硬件部分主要包括溫濕度測量模塊、語音錄放模塊、溫濕度顯示模塊、時鐘模塊和鍵盤控制模塊五個部分。硬件部分是以at89c51單片機作為主控制器，通過溫濕度傳感器sht11對室內(nèi)溫濕度進行測量，可以提供全標定的溫濕度數(shù)字輸出，通過串行口用6個數(shù)碼

18、管組成的靜態(tài)顯示電路分別顯示溫度和濕度，并且該系統(tǒng)還兼具多功能時鐘的功能。為了使該系統(tǒng)實用性更強，更人性化，采用isd4003組成的語音模塊對溫濕度進行語音播報，并用按鍵加以控制，按一下鍵就能將當前室內(nèi)的溫度和濕度播報出來。3.2 系統(tǒng)框圖本系統(tǒng)的總體框圖如圖3-1所示：圖 3-1 系統(tǒng)總體框圖fig. 3-1 overall system block diagram吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計43.3 系統(tǒng)各模塊的設(shè)計3.3.1 溫濕度測量模塊溫濕度測量模塊采用溫濕度傳感器sht11，通過引腳data和sck與單片機進行數(shù)據(jù)通信。sck用于單片機與sht11之間的通訊同步；data三態(tài)門用于數(shù)據(jù)

19、的讀取。data在sck時鐘下降沿之后改變狀態(tài)，并僅在sck時鐘上升沿有效。數(shù)據(jù)傳輸期間，在sck時鐘高電平時，data必須保持穩(wěn)定。為避免信號沖突，單片機應(yīng)驅(qū)動data在低電平，需要一個外部的上拉電阻。圖中在data 端接入了一只4.7 k 的上拉電阻，同時還在vdd 及gnd 端接入了一只0.1 f的去耦電容。硬件電路圖如圖3-2所示5：圖3-2 溫濕度測量模塊電路圖fig .3-2 temperature and humidity measurements circuit3.3.2 語音錄放模塊語音錄放模塊采用 isd4003 芯片，整個語音錄放電路由錄音電路和放音電路組成。從圖中可以看

20、到 isd4003 與單片機的連線較少，p2.2 接 isd4003 的片選引腳，控制ssisd4003 是否選通；p2.0 接 isd4003 的串行輸出引腳 miso；p2.1 接 isd4003 的串行輸入引腳 mosi，從該引腳讀入放音的地址；p2.3 和 p3.2 分別接 isd4003 的串行時鐘引腳sclk 和中斷引腳。isd4003 的輸出端接一個 lm386 的功率放大器，以提高輸出語int音的功率。lm386 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，在 6v 電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為 24mw，使得 lm386 特別適用于電池供電的場合。硬件電路圖如圖3-3 所示6：

21、吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計5 圖3-3 語音錄放電路圖fig. 3-3 voice recording and playback circuit3.3.3 顯示模塊顯示模塊采用串行靜態(tài)顯示，通過引腳 rxd(p3.0，串行數(shù)據(jù)接收引腳)和引腳txd(p3.1，串行數(shù)據(jù)發(fā)送引腳)進行數(shù)據(jù)傳輸，經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換器 74ls164 并行輸出數(shù)據(jù)。采用串行輸出可以大大節(jié)省單片機的內(nèi)部資源，串并轉(zhuǎn)換器采用 74ls164，驅(qū)動七段數(shù)碼管8，低電平時允許通過 8ma 的電流，無需添加其他的驅(qū)動電路，采用較小的驅(qū)動電流就可以得到較高的顯示亮度，其電路圖如圖 3-4 所示7，8：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計6 圖3-4

22、顯示電路圖fig. 3-4 show circuit3.3.4 時鐘模塊 時鐘電路由時鐘芯片 ds1302 及其外圍電路組成，由于 ds1302 是串行時鐘芯片，與單片機的連線少，只需要三根口線分別與ds1302串行總線的i/o，sclk，相連。rst其電路圖如圖3-5所示：圖3-5 時鐘電路圖fig. 3-5 clock circuit吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計73.3.5 鍵盤控制模塊整個系統(tǒng)的工作通過按鍵進行控制，按下 an1 鍵顯示當前室內(nèi)溫濕度值并語音播報；按下 an2 鍵顯示當前時間并語音播；按下 an4 鍵顯示當前室內(nèi)溫度值并語音播報；按下 an5 鍵顯示當前室內(nèi)濕度值并語音播報；

23、按下 an3 鍵進入時間調(diào)整狀態(tài)，此時按下 an4 鍵調(diào)整小時位，按下 an5 鍵調(diào)整分位；an6 鍵為時間調(diào)整確認/音樂鍵。圖3-6 按鍵控制電路圖fig. 3-6 keyboard control circuit3.4 硬件電路主要器件3.4.1 at89c51 單片機at89c51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低電壓，高性能cmos8位微處理器，俗稱單片機。at89c51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100

24、次。該器件采用atmel高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)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，at89c2051是它的一種精簡版本。at89c51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。主要特性：與mcs-51兼容；4k字節(jié)可編程閃爍存儲器，壽命：1000寫/擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時間：10年；全靜態(tài)工作：0hz-24hz；三級程序存儲器鎖定；128*8位內(nèi)部ram；32可編程i/o線；兩個16位定時器/計數(shù)器；5個中斷源；可編程串行通道；低功耗的閑置和掉電模式；片內(nèi)振蕩器和

25、時鐘電路。3.4.2 溫濕度傳感器 sht11sht11 溫濕度傳感器的主要特性如下：將溫濕度傳感器、信號放大調(diào)理、a/d轉(zhuǎn)換、i2c總線接口全部集成于一芯（cmosenstm技術(shù)）；可給出全校準相對濕度及溫度值輸出；帶有工業(yè)標準的i2c總線數(shù)吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計8字輸出接口；具有露點值計算輸出功能；具有卓越的長期穩(wěn)定性；濕度值輸出分辨率為14位，溫度值輸出分辨率為12位，并可編程為12位和8位；小體積（7.655.0823.5mm），可表面貼裝；具有可靠的crc數(shù)據(jù)傳輸校驗功能；片內(nèi)裝載的校準系數(shù)可保證100%互換性;電源電壓范圍為2.4-5.5v;電流消耗,測量時為550ua，平均為2

26、8ua，休眠時為3ua。sht11溫濕度傳感器采用smd(lcc)表面貼片封裝形式，管腳排列及典型應(yīng)用電路如圖3-7所示。引腳說明如下：gnd：接地端；data：雙向串行數(shù)據(jù)線；data三態(tài)門用于數(shù)據(jù)的讀取。data在sck時鐘下降沿之后改變狀態(tài)，并僅在sck時鐘上升沿有效。數(shù)據(jù)傳輸期間，在sck時鐘高電平時，data必須保持穩(wěn)定。為避免信號沖突，微處理器應(yīng)驅(qū)動data在低電平。需要一個外部的上拉電阻（例如：10k）將信號提拉至高電平。sck：串行時鐘輸入；vdd電源端：0.45.5v電源端；電源引腳（vdd，gnd）之間可增加一個100nf的電容，用以去耦濾波。nc：空管腳。 圖 3-7 s

27、ht11 引腳圖及典型應(yīng)用電路 fig.3-7 sht11 foot map and typical application circuit工作原理sht11的濕度檢測運用電容式結(jié)構(gòu)，并采用具有不同保護的“微型結(jié)構(gòu)”檢測電極系統(tǒng)與聚合物覆蓋層來組成傳感器芯片的電容，除保持電容式濕敏器件的原有特性外，還可抵御來自外界的影響。由于它將溫度傳感器與濕度傳感器結(jié)合在一起而構(gòu)成了一個單一的個體，因而測量精度較高且可精確得出露點，同時不會產(chǎn)生由于溫度與濕度傳感器之間隨溫度梯度變化引起的誤差。cmosenstm技術(shù)不僅將溫濕度傳感器結(jié)合在一起，而且還將信號放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、校準數(shù)據(jù)存儲器、標準i2c總線等

28、電路全部集成在一個芯片內(nèi)。sht11傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3-8所示：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計9圖3-8 sht11內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 fig.3-8 sht11 internal structure diagramsht11的每一個傳感器都是在極為精確的濕度室中校準的。sht11傳感器的校準系數(shù)預(yù)先存在otp內(nèi)存中。經(jīng)校準的相對濕度和溫度傳感器與一個14位的a/d轉(zhuǎn)換器相連，可將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字溫濕度值送給二線i2c總線器件，從而將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為符合i2c總線協(xié)議的串行數(shù)字信號。濕度值輸出sht11可通過i2c總線直接輸出數(shù)字量濕度值，其相對濕度數(shù)字輸出特性曲線圖3-8所示。由圖3-9可看出，sht

29、11的輸出特性呈一定的非線性，為了補償濕度傳感器的非線性，可按如下公式修正濕度值：rhlinear =c1 +c2*sorh +c3*sorh 式中sorh為傳感器相對濕度測量值，系數(shù)取值如下:12 位:sorh:c1=，c2=0.040，c3=462.8 108 位:sorh:c1=，c2=0.648，c3= 447.2 10圖3-9 從sorh轉(zhuǎn)換到相對濕度fig.3-9 conversion from sorh to relative humidity吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計10溫度值輸出5由于sht11溫度傳感器的線性非常好， 故可用下列公式將溫度數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換成實際溫度值: t=d1+

30、d2*sot當電源電壓為5v，且溫度傳感器的分辨率為14位時: d1 =， d2 =0. 0140當溫度傳感器的分辨率為12位時: d1=， d2 =0. 0440sht11傳感器共有5條用戶命令，具體命令格式見表3-1所列。表3-1 sht11命令集tab. 3-1 sht11 list of commands命令編碼說明測量溫度00011溫度測量測量濕度00101濕度測量讀寄存器狀態(tài)00111“讀”狀態(tài)寄存器寫寄存器狀態(tài)00110“寫”狀態(tài)寄存器軟啟動11110重啟芯片，清楚狀態(tài)記錄器的錯誤記錄11毫秒后進入下一個命令當發(fā)出了溫濕度測量命令后，控制器就要等到測量完成。使用8/12/14位的

31、分辨率測量分別需要大約11/55/210ms的時間。為表明測量完成，sht11會使數(shù)據(jù)線為低，此時控制器必須重新啟動sck，然后傳送兩字節(jié)的測量數(shù)據(jù)與1字節(jié)crc校驗和。控制器必須通過使data為低來確認每一個字節(jié)，所有的量均從右算，msb列于第一位。通訊在確認crc數(shù)據(jù)位后停止。如果沒有用crc-8校驗和，則控制器就會在測量數(shù)據(jù)lsb后保持ack為高以停止通訊，sht11在測量和通訊完成后會自動返回睡眠模式。需要注意的是：為使sht11的溫升低于0.1，此時的工作頻率不能大于標定值的15%（如:12位精確度時，每秒最多進行3次測量）。測量溫度和濕度命令所對應(yīng)的時序如圖3-10所示。吉林農(nóng)業(yè)大

32、學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計11圖3-10 測量時序概覽 (ts = 啟動傳輸) fig3-10 overview of measurement sequence (ts = transmission start)寄存器配置sht11傳感器中的一些高級功能是通過狀態(tài)寄存器來實現(xiàn)的，寄存器各位的類型及說明見表3-4所列。表3-2 sht11狀態(tài)寄存器位tab. 3-2 sht11 status register bits位類型說明缺省備注7預(yù)留06讀電量不足 (低電壓檢測)0對應(yīng)vdd 2.471對應(yīng) vdd 2.47x無默認值,此位僅在測量結(jié)束后更新5預(yù)留04預(yù)留03僅供測試, 不使用02讀/寫加熱0關(guān)1讀

33、/寫不從 otp 加載0加載0讀/寫1= 8位相對濕度/12位溫度分辨率0=12相對濕度/14位溫度分辨率012位相對濕度14位溫度3.4.3 isd4003 系列語音芯片引腳圖及引腳描述吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計12 圖 3-11 isd4003 引腳圖fig.3-11 isd4003 foot map電源：(vcca,vccd) 為使噪聲最小,芯片的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線,并且分別引到外封裝的不同管腳上,模擬和數(shù)字電源端最好分別走線,盡可能在靠近供電端處相連,而去耦電容應(yīng)盡量造近器件。 地線：(vssa,vssd) 芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線。幾個 vssa 盡量在引

34、腳焊盤上相連,并用低阻通路連至電源上,vssd 也用低阻通路連至電源上。這些接地通路要足以使 vssa 與 vssd 之間的阻值小于 3。芯片的背面是通過襯底電阻連接到 vss 的,在做 cob 時托盤須接 vss 或懸空。 同相模擬輸入：(ana in+) 這是錄音信號的同相輸入端。輸入放大器可用單端或差分驅(qū)動。單端驅(qū)動時,信號由耦合電容輸入,最大幅度為峰峰值 32mv,耦合電容和本端的3k 電阻輸入阻抗決定了芯片頻帶的低端截止頻率。差分驅(qū)動時,信號最大幅度為峰峰值 16mv。反相模擬輸入：(ana in-)差分驅(qū)動時, 這是錄音信號的反相輸入端。信號通過耦合電容輸入,最大幅度為峰峰值 16

35、mv。音頻輸入：(aud out)提供音頻輸出，可驅(qū)動 5k 的負載。片選：( ss)此端為低，即向該 isd4003 芯片發(fā)送指令，兩條指令之間為高電平。串行輸入：(mosi)此端為串行輸入端，主控制器應(yīng)在串行時鐘上升沿之前半個周期將數(shù)據(jù)放到本端，供 isd 輸入。串行輸出：(miso) isd 的串行輸出端。isd 未選中時,本端呈高阻態(tài)。串行時鐘：(sclk) isd 的時鐘輸入端,由主控制器產(chǎn)生,用于同步 mosi 和 miso 的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)在 sclk 上升沿鎖存到 isd,在下降沿移出 isd。中斷：(/int) 本端為漏極開路輸出。isd 在任何操作(包括快進)中檢測到 eo

36、m 或ovf 時,本端變低并保持。中斷狀態(tài)在下一個 spi 周期開始時清除。中斷狀態(tài)也可用rint 指令讀取。 ovf 標志-指示 isd 的錄、放操作已到達存儲器的未尾。 eom 標志-只在放音中檢測到內(nèi)部的 eom 標志時,此狀態(tài)位才置 1。行地址時鐘：(rac) 漏極開路輸出。每個 rac 周期表示 isd 存儲器的操作進行了一行(isd4003 系列中的存貯器其 1200 行)。該信號 175ms 保持高電平,低電平為 25ms?？爝M模式下,rac 的 218.75s 是高電平,31.25s 為低電平。該端可用于存儲管理技術(shù)。 外部時鐘（xclk）：本端內(nèi)部有下拉元件。芯片內(nèi)部的采樣時

37、 鐘在出廠前已調(diào)校,誤差在+1%內(nèi)。 商業(yè)級芯片在整個溫度和電壓范圍內(nèi), 頻率變化在+2.25%內(nèi)。工業(yè)級芯片在整個溫度和電壓范圍內(nèi),頻率變化在-6/+4%內(nèi),此時建議使用穩(wěn)壓電源。若要求更高精吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計13度,可從本端輸入外部時鐘(如前表所列)。由于內(nèi)部的防混淆及平滑濾波器已設(shè)定,故上述推薦的時鐘頻率不應(yīng)改變。輸入時鐘的占空比無關(guān)緊要,因內(nèi)部首先進行了分頻。在不外接地時鐘時,此端必須接地。 自動靜噪（amcap)：當錄音信號電平下降到內(nèi)部設(shè)定的某一閾值以下時,自動靜噪功能使信號衰弱,這樣有助于養(yǎng)活無信號(靜音)時的噪聲。通常本端對地接 1f 的電容,構(gòu)成內(nèi)部信號電平峰值檢測電路

38、的一部分。檢出的峰值電平與內(nèi)部設(shè)定的閾值作比較,決定自動靜噪功能的翻轉(zhuǎn)點。大信號時,自動靜噪電路不衰減,靜音時衰減 6db。1f 的電容也影響自動靜噪電路對信號幅度的響應(yīng)速度。本端接 vcca 則禁止自動靜噪。isd4003 工作于 spi 串行接口。spi 協(xié)議是一個同步串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,協(xié)議假定微控制器的 spi 移位寄存器在 sclk 的下降沿動作,因此對 isd4003 而言,在時鐘止升沿鎖存 mosi 引腳的數(shù)據(jù),在下降沿將數(shù)據(jù)送至 miso 引腳。信息快進：用戶不必知道信息的確切地址,就能快進跳過一條信息。信息快進只用于放音模式。放音速度是正常的 1600 倍,遇到 eom 后停止

39、,然后內(nèi)部地址計數(shù)器加 1,指向下條信息的開始處。上電順序：器件延時 tpud(8khz 采樣時,約為 25 毫秒)后才能開始操作。因此,用戶發(fā)完上電指令后,必須等待 tpud,才能發(fā)出一條操作指令。例如：從 00 從處發(fā)音,應(yīng)遵循如下時序：發(fā) power up 命令；等待 tpud(上電延時);發(fā)地址值為 00 的 setplay 命令；發(fā)play 命令。器件會從此 00 地址開始放音,當出現(xiàn) eom 時,立即中斷,停止放音。如果從 00 處發(fā)音,則按以下時序：發(fā) power up 命令；等待 tpud(上電延時)；發(fā)power up 命令；等待 2 倍 tpud；發(fā)地址值為 00 的 se

40、trec 命令;發(fā) rec 命令。器件便從 00 地址開始錄音,一直到出現(xiàn) ovf(存貯器末尾)時,錄音停止。表3-3 指令表 tab. 3-3 opcode summary指令5 位控制碼操作摘要powerup00100上電:等待 tpud 后器件可以工作set play11100從指定地址開始放音。必須后跟 play 指令使放音繼續(xù)play11110從當前地址開始放音(直至 eom 或 ovf)set rec10100從指定地址開始錄音。必須后跟 rec 指令錄音繼續(xù)rec10110從當前地址開始錄音(直至 ovf 或停止)set mc11101從指定地址開始快進。必須后跟 mc 指令快進

41、繼續(xù)mc11111執(zhí)行快進,直到 eom.若再無信息,則進入ovf 狀態(tài)吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計14stop0x110停止當前操作stop wrdn0x01x停止當前操作并掉電rint0x110讀狀態(tài):ovf 和 eom注：快進只能在放音操作開始時選擇。 spi 控制寄存器控制器件的每個功能,如錄放、錄音、信息檢索(快進)、上電/掉電、開始和停止操作、忽略地址指針等。詳見下表： 表 3-4 spi 控制寄存器tab. 3-4 spi control register位值功 能位值功 能run=10允許/禁止操作開始停止pu =10電源控制上電掉電p/r=10錄/放模式放取錄iab=10操作是否

42、使用指令地址忽略輸入地址寄存的內(nèi)容使用輸入地址寄存的內(nèi)容mc=10快進模式允許快進禁止p10-p0a10-a0行指針寄存器輸出輸入地址寄存器注：iab 置 0 時,錄、放操作從 a9-a0 地址開始。為了能連貫地錄、放到后續(xù)的存儲空間,在操作到達該行末之前,應(yīng)發(fā)出第二個 spi 指令將 iab 置 1,否則器件在同一地址上反復(fù)循環(huán)。這個特點對語音提示功能很有用。rac 腳和 iab 位可用于信息管理。吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計153.4.4 ds1302 的結(jié)構(gòu)及工作原理ds1302是美國dallas公司推出的一種高性能、低功耗、帶ram 的實時時鐘芯片，它可以對年、月、日、星期、時、分、秒進行

43、計時，且具有閏年補償功能，工作電壓寬達2.55.5v。采用三線接口與cpu進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或ram 數(shù)據(jù)。ds1302內(nèi)部有一個318的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的ram 寄存器。ds1302是ds1202的升級產(chǎn)品，與ds1202兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。引腳功能及結(jié)構(gòu)圖ds1302的引腳如圖3-12所示：圖 3-12 ds1302 引腳圖 fig.3-12 ds1302-pin mapvcc1為后備電源，vcc2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。ds1302由vcc1或vcc2

44、兩者中的較大者供電。當vcc2大于vcc1+0.2v時，vcc2給ds1302供電。當vcc2小于vcc1時，ds1302由vcc1供電。x1、x2為振蕩源，外接32.768hz晶振。rst是復(fù)位，片選線，通過把rst輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。輸入有兩種功能：(1) 接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；rstrst(2) rst提供了終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳rst送被初始化，允許對ds1302進行操作。如果在傳送過程中置rst為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，并且i/o引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在vcc2.5v之前，必須保持低rst電

45、平。只有在sclk為低電平時，才能將rst置為高電平。i/o為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，下文有詳細說明。sclk為時鐘輸入端。dsl302的控制字節(jié)說明ds1302的控制字節(jié)如表3-5所示，最高有效位(位7)必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫入到ds1302中；位6如果為0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取ram 數(shù)據(jù)；位5至位1指示操作單元的地址；最低有效位(位0)如為0表示要進行寫操作，為1表示進行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。表3-5 ds1302控制字節(jié) tab. 3-5 ds1302 control bytes765432101ram a4a3a2a1a0rd吉林

46、農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計16/ck/wr數(shù)據(jù)輸入輸出io在控制指令字輸入后的下一個sclk時鐘的上升沿時數(shù)據(jù)被寫入ds1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個sclk脈沖的下降沿讀出ds1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位0位至高位7。dsl302的寄存器ds1302共有12個寄存器，其中有7個寄存器與日歷、時鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為bcd碼形式，其日歷、時間寄存器及其控制字如表3-6所列。表3-6 ds1302寄存器分配表 tab. 3-6 ds1302 register allocation 命令字各位內(nèi)容寄存器名寫操作讀操作取值范圍76543210秒寄存器80h8

47、1h0059啟動十位個位分寄存器82h83h00590十位個位時寄存器84h85h0112或002312/24010十位個位日寄存器86h87h0128，29，30，3100十位個位月寄存器88h89h011200010m個位周寄存器8ah8bh010700000個位年寄存器8ch8dh0099十位個位此外，ds1302還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與ram 相關(guān)的寄存器等。時鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內(nèi)容。ds1302與ram 相關(guān)的寄存器分為兩類，一類是單個ram 單元，共31個，每個單元組態(tài)為一個8位的字節(jié)，其命令控制字為c0hfdh

48、，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的ram 寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的ram 的31個字節(jié)，命令控制字為feh(寫)、ffh (讀)。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計思想為了便于程序的調(diào)用和程序的調(diào)試，軟件的設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計的邏輯關(guān)系更加簡潔明，使硬件在軟件的控制下協(xié)調(diào)運作。電路在上電后，程序首先完成溫濕度傳感器sht11的初始化，然后進入溫濕度測量子程序，從sht11讀出當前室內(nèi)的溫濕度數(shù)據(jù)，在此時如果數(shù)據(jù)已經(jīng)傳遞完畢，則ack=1，終止通訊，否則繼續(xù)；之后調(diào)用溫濕度轉(zhuǎn)換程序，將溫濕度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成攝氏溫度/吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計17相對濕度。在

49、此期間查詢按鍵狀態(tài)，如果有按鍵按下，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行該按鍵指向的工作程序，語音播報當前室內(nèi)的溫濕度。4.2 各功能模塊的軟件設(shè)計4.2.1 溫濕度測量的程序設(shè)計當一個sck高電平時，data 出現(xiàn)低電平，然后sck變?yōu)榈碗娖?，接著當sck 高電平時data變?yōu)楦唠娖絼t表示開始數(shù)據(jù)讀寫(啟動序列)。然后是3 b的地址+5 b的命令，然后在sck繼續(xù)發(fā)送一個周期的時鐘表示ack，這時傳感器開始測量，約1155210 ms(分別對應(yīng)81214位精度)后，傳感器在data上送出低電平表示測量結(jié)束，然后送出測量數(shù)據(jù)和校驗值。為保證測量的可靠，應(yīng)核對校驗值。下面是sht11的讀寫程序：/* 函數(shù)名稱： iics

50、endbyte 入口參數(shù)： ch 函數(shù)功能： 發(fā)送一個字節(jié)*/void iicsendbyte(unsigned char ch) unsigned char idata n=8; /* 向sda上發(fā)送一位數(shù)據(jù)字節(jié)，共八位*/ while(n-) if(ch&0 x80) = 0 x80) /* 若要發(fā)送的數(shù)據(jù)最高位為1則發(fā)送位1 */ sda = 1; /* 傳送位1 */scl = 1;scl = 0; else sda = 0; /* 否則傳送位0 */scl = 1;scl = 0; ch = ch1; /* 數(shù)據(jù)左移一位*/* 返回接收的數(shù)據(jù) 函數(shù)功能： 接收一字節(jié)子程序吉林

51、農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計18*/unsigned char iicreceivebyte(void)unsigned char idata n=8; /* 從sda線上讀取一上數(shù)據(jù)字節(jié)，共八位*/unsigned char tdata;while(n-) sda = 1; scl = 1; tdata = tdata1; /* 左移一位，或_crol_(temp,1) */ if(sda = 1) tdata = tdata|0 x01; /* 若接收到的位為1，則數(shù)據(jù)的最后一位置1 */ else tdata = tdata&0 xfe; /* 否則數(shù)據(jù)的最后一位置0 */ scl=0;

52、return(tdata);4.2.2 語音播報的程序設(shè)計isd4003工作于spi串行接口，spi協(xié)議要求數(shù)據(jù)在時鐘上升沿移入、在下降沿移出，即在時鐘上升沿鎖存mosi引腳的數(shù)據(jù)，寫入命令字，在下降沿將數(shù)據(jù)送至miso引腳，讀端口的狀態(tài)字和命令字。命令字的高5位為操作碼，低11位為操作地址。等上電后，直接指定地址放音，后跟從當前地址放音，完成放音操作。但由于我們無法知道每段錄音的具體地址，所以我在錄音后通過放音程序指定播放地址找到每段錄音的首地址，放在一個緩沖區(qū)里，以便選音播放時調(diào)用。下面是isd4003的串行發(fā)送子程序：/* isd4003 spi串行發(fā)送子程序，8位數(shù)據(jù)*/void sp

53、i_send(unsigned char isdx) unsigned char isx_counter; ss=0; /*ss=0，打開spi通信端*/ sclk=0; for(isx_counter=0;isx_counter1; sclk=1; delayus(2); sclk=0; delayus(2); 4.2.3 溫濕度顯示的程序設(shè)計測量的溫濕度采用靜態(tài)顯示，利用單片機的串行口 rxd（p3.0）和 txd（p3.1）進行數(shù)據(jù)通訊。將 sht11 采集到的溫濕度數(shù)據(jù)進行處理，得到各個位上的數(shù)值，調(diào)用顯示子程序進行顯示。下面是串行口的顯示子程序12：void displaysled(

54、int q,int dp)uchar code distab.13=0 x0ee,0 x28,0 x0cd,0 x6d,0 x2b,0 x67,0 x0e7,0 x02c,0 x0ef,0 x6f, 0 x0, 0 xab,0 x86; /* 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 消隱碼 h t */ scon=0; if(dp=1) sbuf=distab.q|0 x10; /*產(chǎn)生小數(shù)點*/ else sbuf=distab.q; while(ti=0); ti=0;5 系統(tǒng)調(diào)試5.1 硬件電路調(diào)試硬件電路的調(diào)試在系統(tǒng)設(shè)計中占有很重要的地位，是對設(shè)計的電路能否正常工作，是否能達到設(shè)計的要

55、求的檢查和測量。調(diào)試過程就是利用符合指標要求的各種儀器，例如萬用表、示波器、信號發(fā)生器、邏輯分析儀等各種測量儀器，對焊接好的電路進行調(diào)整吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計20和測量，以判斷其性能好壞13。首先，電路焊接完成后，不急于通電，先認真檢查接線是否正確，找出是否有遺漏或者接錯的地方。然后用萬用表檢查電路中是否有短路和斷路的現(xiàn)象，并檢查所有的電源線是否導(dǎo)通，所有的地線是否導(dǎo)通。接通電源，用萬用表檢測各部分電路的電壓和電流是否正常。在前三步都沒有錯誤后，編寫相應(yīng)的程序來檢查各個功能模塊是否正常工作，只到確認硬件電路沒有問題為止。5.2 各功能模塊軟件調(diào)試硬件電路檢查無誤后，需要對系統(tǒng)的各個模塊進行軟

56、件與硬件相結(jié)合的調(diào)試。使用wave 系列仿真器，將仿真器接入硬件電路中，并和電腦的串行口相連。把編寫的各個模塊的程序先單獨調(diào)試，通過 wave 軟件觀察定義的各個量的數(shù)據(jù)是否是預(yù)計的，如果不是，經(jīng)過逐步調(diào)試查出錯誤所在，并加以更正。在各個模塊的程序都正常工作后，將其建立成一個工程，并編寫主程序，再加以調(diào)試，最后得到正確結(jié)果，實現(xiàn)系統(tǒng)功能。6 結(jié)論本次設(shè)計由于自己理論知識的有限和實踐經(jīng)驗的不足，使得本設(shè)計還存在著一些不足與缺陷，但是基本實現(xiàn)了設(shè)計要求的功能。通過本次畢業(yè)設(shè)計，收獲的不僅是理論方面的知識，更重要的是鍛煉了實際動手能力，還有初步掌握了設(shè)計一個系統(tǒng)時需要的設(shè)計思想和方法，這對以后的學(xué)習(xí)

57、和工作都是一個很大的幫助。參考文獻1 樓然苗，李光飛.單片機課程設(shè)計指導(dǎo)m.第 1 版. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007：55762 萬光毅，嚴義，邢春香. 單片機實驗與實踐教程(一) m. 第 2 版. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006：1932073 蔣敏蘭,胡生清,幸國全.ad590 溫度傳感器的非線性補償及應(yīng)用j.傳感器技術(shù),2001,20(10)：54554 孟臣,李敏. sht71數(shù)字式溫濕度傳感器原理與應(yīng)用j. 世界電子元器件，2003，(8)：66685 孟臣,李敏,李愛傳. i2 c總線數(shù)字式溫濕度傳感器sht11及其在單片機系統(tǒng)的應(yīng)用 j . 國外電子元器件,

58、 2004，(3)：5054.6 2006 數(shù)碼語音芯片、產(chǎn)品及應(yīng)用電路資料匯編m.中青世紀科技，2006：36407 李華.mcs-51 單片機實用接口技術(shù)m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，23458 英國guiyun tian.單片機原理及應(yīng)用（英文版）m.北京：高等教育出版社， 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計21gain1-input2+input3gnd4gain8bypa ss7v6vout 5lm386ss1mos12mos03vssd4nc5nc6nc7nc8nc9nc10vssa11vssa12andout13amcap14scl k28vccd27xclk26int25rac24v

59、ssa23nc22nc21nc20nc19vcca18ana in+17ana in-16nc15isd40030.1uf1.0uf4.7ufle dmicrophonepot2speaker1.0uf1.0uf0.1uf0.1ufnpn10k100k0.1uf10k1k10uf1k+5v2.2uf8.2k12mhz0.01uf0.01ufdata2sck3vdd4gnd1sht 114.7k0.1ufa1b2q03q14q25q36q410q511q612q713clk8mr974ls164a1b2q03q14q25q36q410q511q612q713clk8mr974ls164a1b2q03q14q25q36q410q511q612