基于SPCE061A的環(huán)境測(cè)試儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)基于SPCE061A的環(huán)境測(cè)試儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 摘 要環(huán)境測(cè)試儀是人們生活中經(jīng)常用到的電子測(cè)量?jī)x，本文對(duì)基于SPCE061A的環(huán)境測(cè)試儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的研究。環(huán)境測(cè)試儀主要用于環(huán)境溫度測(cè)量和光線強(qiáng)度測(cè)試，借以發(fā)現(xiàn)溫度與光線強(qiáng)弱是否符合我們的生理需要。雖然現(xiàn)今市面上有很多環(huán)境測(cè)試儀，但針對(duì)人們學(xué)習(xí)生活需要的環(huán)境測(cè)試儀卻很少，尤其是光線強(qiáng)度的測(cè)量，因此設(shè)計(jì)出可見(jiàn)光范圍內(nèi)的光線測(cè)試儀十分必要。本設(shè)計(jì)以凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)作為控制平臺(tái)，以紅外線作為傳輸介質(zhì)。系統(tǒng)采用熱敏電阻作為溫度傳感器，光敏電阻作為光線傳感器，實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度值和光線強(qiáng)度值的測(cè)量，測(cè)試結(jié)果表明了環(huán)境溫度高低和

2、光線狀態(tài)，并由語(yǔ)音播報(bào)以提醒人們保護(hù)眼睛。該環(huán)境測(cè)試儀在視距范圍內(nèi)可以獨(dú)立靈活使用，而不受物理位置影響。本測(cè)試儀在測(cè)量時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行十次測(cè)量，再取平均值，大大提高了測(cè)量精度。最后，通過(guò)對(duì)硬件和軟件的調(diào)試，系統(tǒng)達(dá)到了本設(shè)計(jì)的要求。關(guān)鍵詞 SPCE061A；溫度測(cè)量；光線測(cè)量；傳感器AbstractEnvironmental testing for peoples lives is often used in the electronic measuring instrument, the paper-based environment SPCE061A instrument design and

3、implementation of a detailed study. Environmental testing is mainly used for measuring ambient temperature and light intensity test to find temperature and light intensity is in accordance with our physiological needs. Although many of todays market environment tester, but for people to study the ne

4、eds for environmental testing are few, especially light intensity measurement, designed within the framework of the visible light tester is very necessary. The design Sunplus SPCE061A SCM is a control platform to the infrared as a transmission medium. The system uses the thermistor to take the tempe

5、rature sensor, photosensitive resistance takes the optical fiber sensor, to achieve environmental temperature and light intensity of the measurement, test results showed that the ambient temperature and lighting levels, and by the voice broadcast to remind people of eye protection. The test environm

6、ent within the framework of flexibility in the use of independent, free from the physical location of impact in-the-horizon. The test instrument in the measurement, the measurement system is takes 10 times the average, greatly improving the measurement accuracy. Finally, the hardware and software de

7、bugging, the system reached the design requirements.Keywords SPCE061A; Temperature measurement; Light measurement; Sensors; 目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒論11.1 課題背景11.1.1 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)11.1.2 環(huán)境測(cè)試儀的研究現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)11.2 課題研究的目的和意義21.3 本文主要內(nèi)容與結(jié)構(gòu)2第2章 方案概述42.1 設(shè)計(jì)的要求42.2 方案簡(jiǎn)介42.2.1 方案選擇42.2.2 方案原理52.3 開(kāi)發(fā)環(huán)境62.4 本章小結(jié)7第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)

8、計(jì)83.1 SPCE061A概述83.1.1 性能特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域93.1.2 SPCE061A的結(jié)構(gòu)103.2 傳感器模組123.2.1 溫度傳感器133.2.2 光線傳感器143.2.3 傳感器模組結(jié)構(gòu)示意圖143.3 SPLC501液晶顯示143.4 硬件電路163.4.1 SPCE061A最小系統(tǒng)163.4.2 61板按鍵電路163.4.3 傳感器模組電路173.4.4 液晶顯示模組電路193.5 本章小結(jié)20第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)214.1 主程序214.2 按鍵掃描程序234.3 語(yǔ)音播放任意三位整數(shù)程序234.4 溫度測(cè)量程序254.5 光線監(jiān)測(cè)程序274.6 紅外發(fā)射及接收程序29

9、4.7 本章小結(jié)31結(jié) 論32參考文獻(xiàn)33致 謝34附錄1I附錄2V附錄3VIII第1章 緒論1.1 課題背景 隨著人們生活水平的提高，各種電子產(chǎn)品進(jìn)行著突飛猛進(jìn)的發(fā)展，電子測(cè)量?jī)x也逐漸豐富起來(lái)，原來(lái)的模擬產(chǎn)品逐步向數(shù)字化轉(zhuǎn)化，并且不斷走向人性化。本文中設(shè)計(jì)的環(huán)境測(cè)量系統(tǒng)充分發(fā)揮了人性化的特質(zhì)，該環(huán)境測(cè)量系統(tǒng)由SPCE061A控制，配合傳感器模組設(shè)計(jì)而成，利用SPCE061A的語(yǔ)音功能，配合傳感器模組，測(cè)量溫度或者光線，并且語(yǔ)音播放測(cè)量結(jié)果，并提醒人們保護(hù)眼睛。 1.1.1 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集(即傳感器技術(shù))、信息傳輸(通信技術(shù))和信息處理(計(jì)算機(jī)技術(shù))。傳感器屬于

10、信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器和光線傳感器，被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域，數(shù)量高居各種傳感器之首?，F(xiàn)在人們的生活水平不斷提高，對(duì)生活質(zhì)量的要求也逐漸增強(qiáng)，因而對(duì)于生活產(chǎn)品的要求也隨之加強(qiáng)?，F(xiàn)階段，各種電子測(cè)量?jī)x發(fā)展迅猛，產(chǎn)品更新速度快，原來(lái)的模擬產(chǎn)品逐步向數(shù)字化、綜合化轉(zhuǎn)化，并且不斷走向人性化。對(duì)于電子測(cè)量?jī)x，隨著人們的需求加大，不管是從技術(shù)還是外型，發(fā)展空間還很大。我研究的課題就是利用SPCE061A的語(yǔ)音功能配合傳感器模組，實(shí)現(xiàn)帶語(yǔ)音播報(bào)功能的環(huán)境測(cè)試儀。該測(cè)試儀主要應(yīng)用溫度傳感器和光線強(qiáng)度傳感器。最新開(kāi)發(fā)的智能溫度傳感器(例如MAX6654、LM83)還增加了傳感

11、器故障檢測(cè)功能，能自動(dòng)檢測(cè)外部晶體管溫度傳感器(亦稱(chēng)遠(yuǎn)程傳感器)的開(kāi)路或短路故障。MAX6654還具有選擇“寄生阻抗抵消”(Parasitic Resistance Cancellation，PRC)模式，能抵消遠(yuǎn)程傳感器引線阻抗所引起的測(cè)溫誤差，即使引線阻抗達(dá)到100歐姆，也不會(huì)影響測(cè)量精度。遠(yuǎn)程傳感器引線可采用普通雙絞線或者帶屏蔽層的雙絞線。而光線強(qiáng)度傳感器則是利用語(yǔ)音播報(bào)功能使環(huán)境測(cè)試儀趨于人性化、智能化發(fā)展1。1.1.2 環(huán)境測(cè)試儀的研究現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)隨著信息社會(huì)的發(fā)展，人類(lèi)要求更舒適、便捷、高效的生活環(huán)境，而信息家電和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展也使這一要求越來(lái)越變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。目前，國(guó)際上環(huán)境測(cè)試

12、儀正由模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。本設(shè)計(jì)以凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)作為控制平臺(tái)，以紅外線作為傳輸介質(zhì)。系統(tǒng)采用光敏電阻和熱敏電阻作為傳感器，通過(guò)紅外遙控測(cè)試儀實(shí)現(xiàn)環(huán)境光線強(qiáng)度值的測(cè)量，測(cè)試結(jié)果表明了環(huán)境狀態(tài)并由語(yǔ)音播報(bào)以提醒人們保護(hù)眼睛。該環(huán)境測(cè)試儀在視距范圍內(nèi)可以獨(dú)立靈活使用，而不受物理位置影響。智能溫度傳感器(亦稱(chēng)數(shù)字溫度傳感器)是在20世紀(jì)90年代中期問(wèn)世的。它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)的結(jié)晶2。目前，國(guó)際上已開(kāi)發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器(或寄存器)和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路

13、選擇器、中央控制器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器和只讀存儲(chǔ)器。智能溫度傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器；并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開(kāi)發(fā)水平3-6。1.2 課題研究的目的和意義環(huán)境測(cè)試儀主要是應(yīng)用于人們生活中，應(yīng)用簡(jiǎn)單方便。本環(huán)境測(cè)試儀可以通過(guò)測(cè)量進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)，提醒人們保護(hù)眼睛，使其更加人性化，更適合人們生活中應(yīng)用。通過(guò)對(duì)環(huán)境測(cè)試儀的設(shè)計(jì)，使我更加了解了SPCE061A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，了解了其溫度/光線測(cè)量的原理，對(duì)電子測(cè)量?jī)x的工作原理有了簡(jiǎn)單的了解，對(duì)其研究也產(chǎn)生了很大的興趣。本次設(shè)計(jì)加強(qiáng)了我對(duì)以前所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)的認(rèn)識(shí)并加以鞏固，并

14、學(xué)以之用，初步了解了現(xiàn)實(shí)生活中簡(jiǎn)單電子產(chǎn)品的工作原理。1.3 本文主要內(nèi)容與結(jié)構(gòu)本文對(duì)基于SPCE061A的環(huán)境測(cè)試儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的研究。環(huán)境測(cè)試儀主要用于環(huán)境溫度測(cè)量和光線強(qiáng)度測(cè)試，借以發(fā)現(xiàn)溫度與光線強(qiáng)弱是否符合我們的生理需要。本設(shè)計(jì)以凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)作為控制平臺(tái)，以紅外線作為傳輸介質(zhì)。系統(tǒng)采用熱敏電阻作為溫度傳感器，光敏電阻作為光線傳感器，實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度值和光線強(qiáng)度值的測(cè)量，測(cè)試結(jié)果表明了環(huán)境溫度高低和光線狀態(tài)，并由語(yǔ)音播報(bào)以提醒人們保護(hù)眼睛。本文結(jié)構(gòu)如下：第一章介紹了環(huán)境測(cè)試儀的課題背景，國(guó)內(nèi)外研究的動(dòng)態(tài)和環(huán)境測(cè)試儀的發(fā)展現(xiàn)狀，從總體上對(duì)課題的發(fā)展進(jìn)行了概述。第二章系統(tǒng)

15、介紹了環(huán)境測(cè)試儀的設(shè)計(jì)方案，從總體上講述了環(huán)境測(cè)試儀的工作原理以及實(shí)現(xiàn)功能。第三章介紹了環(huán)境測(cè)試儀設(shè)計(jì)中應(yīng)用到的硬件部分。環(huán)境測(cè)試儀的核心元件是SPCE061A，本章主要介紹了SPCE061A的性能特點(diǎn)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對(duì)其內(nèi)部的主要部分：A/D轉(zhuǎn)換、并行I/O口、看門(mén)狗等。SPCE061A與傳感器、液晶模塊相連，通過(guò)61按鍵測(cè)量環(huán)境溫度。下面介紹了傳感器模組和液晶顯示的工作原理以及各模塊的電路。第四章介紹了環(huán)境測(cè)試儀的軟件設(shè)計(jì)，通過(guò)各個(gè)功能實(shí)現(xiàn)程序的流程圖系統(tǒng)介紹了內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的原理。最后是本文的結(jié)論。第2章 方案概述2.1 設(shè)計(jì)的要求本方案利用61板作為控制板，通過(guò)傳感器模組進(jìn)行溫度和光線的測(cè)量，并

16、能實(shí)現(xiàn)溫度值和光線狀況的播放功能：SPCE061A監(jiān)測(cè)環(huán)境光線狀況，并根據(jù)光線強(qiáng)弱進(jìn)行溫馨提示：如果光線太弱，系統(tǒng)播報(bào)“光線太弱，請(qǐng)注意保護(hù)眼睛”，如果光線太強(qiáng)，系統(tǒng)播報(bào)“光線太強(qiáng)，請(qǐng)注意保護(hù)眼睛”； 通過(guò)61板的KEY3鍵啟動(dòng)測(cè)量，并播放當(dāng)前環(huán)境的溫度值和光線狀態(tài)；溫度測(cè)量最小單位為1C；光線監(jiān)測(cè)分為三個(gè)等級(jí)：光線太強(qiáng)、光線太弱、光線柔和；液晶顯示測(cè)量結(jié)果。2.2 方案簡(jiǎn)介2.2.1 方案選擇采用常規(guī)單片機(jī)如89C51實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)軟件編程自由度大，可用編程實(shí)現(xiàn)各種控制，但89C51需要外界模數(shù)傳感器來(lái)滿足數(shù)據(jù)采樣，如果系統(tǒng)增加語(yǔ)音播報(bào)功能，還需要語(yǔ)音芯片，對(duì)外圍電路來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜，且軟件實(shí)現(xiàn)也

17、比較麻煩。另外89C51單片機(jī)需要用仿真器來(lái)實(shí)現(xiàn)軟硬件的調(diào)試，較為繁瑣。利用51單片機(jī)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，硬體開(kāi)發(fā)系統(tǒng)要求很多，如仿真器、燒錄器、開(kāi)發(fā)板等。軟體開(kāi)發(fā)工具有富蘭克林、Keil51等。61板是SPCE061A的硬體開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，用戶只采用61板就可以進(jìn)行開(kāi)發(fā)，與61板配套的軟體開(kāi)發(fā)工具名稱(chēng)為凌陽(yáng)十六位單片機(jī)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(nSP)，SPCE061A是繼nSP系列產(chǎn)品SPCE500A等之后，凌陽(yáng)科技推出的又一個(gè)16位結(jié)構(gòu)的微控制器，此單片機(jī)內(nèi)置8路ADC，2路DAC，且集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中，配有很多語(yǔ)音播報(bào)函數(shù)，用SPCE061A實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播報(bào)極為方便。SPCE061A中包括2K字的SRAM和32K字的閃存

18、ROM，僅占一頁(yè)存儲(chǔ)空間。另外，該芯片內(nèi)置在線仿真、編程接口，可以方便實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試，這大大加快了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與調(diào)試3。鉑熱電阻的物理化學(xué)性雖然能在高溫和氧化性介質(zhì)中很穩(wěn)定，它能用作工業(yè)測(cè)溫元件，且此元件線性較好，但反應(yīng)相應(yīng)得較慢。熱敏電阻是一種新型半導(dǎo)體感溫元件，具有靈敏度高、體積小、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻具有負(fù)的溫度特性，當(dāng)溫度升高時(shí)，電阻值減??；當(dāng)溫度降低時(shí)，電阻值增大。熱敏電阻阻值溫度曲線是非線性的，在實(shí)際應(yīng)用只使用其線性度較好的一段。本方案選用的熱敏電阻其線性度較好的一段是-20+80，精度為1。2.2.2 方案原理這次設(shè)計(jì)主要是以凌陽(yáng)單片機(jī)SPCE061A為控制核心。SPCE

19、061A單片機(jī)款式新穎，而且性?xún)r(jià)比高。SPCE061A在2.6V3.6V工作電壓范圍內(nèi)的工作速度范圍為0.32MHz49.152MHz；2K字SRAM和32K字FLASH僅占一頁(yè)存儲(chǔ)空間；32位可編程的多功能I/O端口；兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；低電壓復(fù)位/監(jiān)測(cè)功能；8通道10位模/數(shù)轉(zhuǎn)換輸入功能并具有內(nèi)置自動(dòng)增益控制功能的麥克風(fēng)輸入方式；雙通道10位DAC方式的音頻輸出功能；指令系統(tǒng)提供具有較高運(yùn)算速度的16位16位的乘法運(yùn)算指令和內(nèi)積運(yùn)算指令，為其應(yīng)用增添了DSP功能。較高的處理速度使SPCE061A能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)。開(kāi)發(fā)數(shù)字聲音和語(yǔ)音識(shí)別產(chǎn)品，選擇SPCE061A

20、是一種經(jīng)濟(jì)的選擇。環(huán)境測(cè)試儀是通過(guò)凌陽(yáng)單片機(jī)SPCE061A與傳感器模組進(jìn)行溫度和光線的測(cè)量，并利用SPCE061A的語(yǔ)音功能，實(shí)現(xiàn)溫度值和光線狀況的播放功能，通過(guò)與液晶顯示模塊相連顯示當(dāng)前溫度值。溫度測(cè)量最小單位為1攝氏度，光線監(jiān)測(cè)分為三個(gè)等級(jí)：光線太強(qiáng)、光線太弱、光線柔和。該環(huán)境測(cè)試儀通過(guò)傳感器模組中光敏電阻和熱敏電阻的電壓值來(lái)測(cè)量環(huán)境的溫度和光線狀況，這些電壓值是通過(guò)SPCE061A的ADC模塊進(jìn)行采集的。為了提高測(cè)量的精度，系統(tǒng)進(jìn)行十次測(cè)量，也就是取端口電壓十次，然后求和取平均，通過(guò)SPCE061A的模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，把測(cè)量的結(jié)果輸出，并通過(guò)61板自帶的揚(yáng)聲器語(yǔ)音播報(bào)。通過(guò)SPCE061A

21、來(lái)監(jiān)測(cè)環(huán)境光線狀況，并根據(jù)光線強(qiáng)弱進(jìn)行溫馨提示：如果光線太弱，系統(tǒng)播報(bào)“光線太弱，請(qǐng)保護(hù)眼睛”；如果光線太強(qiáng)，系統(tǒng)播報(bào)“光線太強(qiáng)，請(qǐng)保護(hù)眼睛”。本環(huán)境測(cè)量系統(tǒng)充分發(fā)揮了人性化的性質(zhì)，利用SPCE061A的語(yǔ)音播報(bào)功能，配合傳感器模組，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播報(bào)功能。通過(guò)61板進(jìn)行溫度測(cè)量，并能實(shí)現(xiàn)播報(bào)當(dāng)前溫度值和光線狀況，播放溫度值的格式為“溫度，XX攝氏度”。對(duì)于液晶顯示，由于點(diǎn)陣式液晶顯示模塊功耗低、體積小，且可以顯示各種字符、漢字以及圖形，因而可廣泛應(yīng)用于數(shù)字式儀表和各種低功耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中4。這次設(shè)計(jì)就是利用SPLC501液晶顯示測(cè)量結(jié)果當(dāng)SPCE061A送出數(shù)據(jù)到I/O口時(shí)，通過(guò)軟件驅(qū)動(dòng)顯示器把文字顯

22、示出來(lái)。圖2-1為環(huán)境測(cè)試儀的硬件連接圖。 圖2-1 環(huán)境測(cè)試儀的硬件連接圖2.3 開(kāi)發(fā)環(huán)境61板是以16位單片機(jī)SPCE061A為核心的精簡(jiǎn)開(kāi)發(fā)仿真實(shí)驗(yàn)板，是“凌陽(yáng)大學(xué)計(jì)劃”專(zhuān)為大學(xué)生、電子愛(ài)好者等進(jìn)行電子實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、電子制作及電子競(jìng)賽所設(shè)計(jì)的，61板的主要特點(diǎn)是：簡(jiǎn)單、易學(xué)、實(shí)用。它采用的是精簡(jiǎn)指令集，共有41條指令，指令功能簡(jiǎn)單且容易掌握?！?1板”除了具備單片機(jī)最小系統(tǒng)電路外還包括有電源電路、音頻電路(含MIC輸入部分和DAC音頻輸出部分)、復(fù)位電路等，而且體積小、采用電池供電，方便隨身攜帶。61板開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境叫做集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，它具備以下功能：程序編寫(xiě)，可以在開(kāi)發(fā)環(huán)

23、境里錄入程序；編譯程序，負(fù)責(zé)把程序翻譯成機(jī)器碼；程序下載，把機(jī)器碼下載到仿真板或開(kāi)發(fā)系統(tǒng)上；可以組織多個(gè)程序文件形成一個(gè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目，這樣更有利于一些大型系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和各功能模塊的模塊化，同時(shí)它還結(jié)合SPCE061A單片機(jī)的硬件提供各類(lèi)在線調(diào)試窗口，使調(diào)試程序變得更加直觀和簡(jiǎn)單，除此之外，它還提供一些軟件模擬SPCE061A單片機(jī)仿真的功能，在沒(méi)有硬件的情況下也可以完成一些簡(jiǎn)單程序的調(diào)試。在此環(huán)境中，支持標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言，可以實(shí)現(xiàn)C語(yǔ)言與凌陽(yáng)匯編語(yǔ)言的互相調(diào)用，并且提供了語(yǔ)音錄放的庫(kù)函數(shù)，只要了解庫(kù)函數(shù)的使用，就會(huì)很容易完成語(yǔ)音錄放，這些都為軟件開(kāi)發(fā)提供了方便的條件?？梢酝ㄟ^(guò)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境使用C語(yǔ)言和

24、匯編語(yǔ)言對(duì)SPCE061A進(jìn)行編程，之所以會(huì)有語(yǔ)言的出現(xiàn)主要是因?yàn)閱纹瑱C(jī)或電腦只認(rèn)識(shí)“0”和“1”，但人就難于理解，所以后來(lái)人們就發(fā)明了一種用文字助記符來(lái)表示機(jī)器指令的符號(hào)語(yǔ)言，這就是所謂的匯編語(yǔ)言，當(dāng)然用匯編語(yǔ)言寫(xiě)的程序必需通過(guò)編譯器翻譯成機(jī)器碼才能被單片機(jī)認(rèn)識(shí)和執(zhí)行。人常用的語(yǔ)言是更上一層的高級(jí)語(yǔ)言，比如C，BASIC。這些語(yǔ)言編寫(xiě)的程序更容易理解，并且一般都能在多種電腦上運(yùn)行(多種電腦上運(yùn)行就是所謂平臺(tái)概念，可方便的實(shí)現(xiàn)資源重復(fù)利用)，但同樣必須先由一個(gè)叫作編譯器或者是解釋器的軟件將高級(jí)語(yǔ)言程序翻譯成特定的機(jī)器語(yǔ)言程序。匯編語(yǔ)言主要優(yōu)點(diǎn)是占用硬件資源少、程序直接對(duì)硬件操作加快了處理速度。

25、但是不同的單片機(jī)，其匯編語(yǔ)言可能有所差異，所以不利于資源重復(fù)利用。C語(yǔ)言是一種比匯編更高級(jí)語(yǔ)言。其優(yōu)點(diǎn)是可以很好的組織程序，并且容易讀懂，可以在多種單片機(jī)上運(yùn)行，是普遍使用的一種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。缺點(diǎn)是占用硬件資源較多，處理速度和效率沒(méi)有匯編高，當(dāng)然這也取決于編譯器的翻譯結(jié)果。2.4 本章小結(jié)本章主要講述了環(huán)境測(cè)試儀的設(shè)計(jì)方案以及環(huán)境測(cè)試儀設(shè)計(jì)中選擇的元件。本方案選用SPCE061A，其實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播報(bào)極為方便，系統(tǒng)介紹了環(huán)境測(cè)試儀實(shí)現(xiàn)的功能。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)圖3-1為環(huán)境測(cè)試儀的系統(tǒng)框圖，系統(tǒng)采用SPCE061A作為主控制器，通過(guò)傳感器模組測(cè)量溫度或者光線，并通過(guò)61板配帶的揚(yáng)聲器播放測(cè)量結(jié)果。該

26、環(huán)境測(cè)試儀通過(guò)傳感器模組中光敏電阻和熱敏電阻的電壓值來(lái)測(cè)量環(huán)境的溫度和光線狀況，這些電壓值是通過(guò)SPCE061A的ADC模塊進(jìn)行采集的；61板上的按鍵KEY3主要是用來(lái)啟動(dòng)溫度的測(cè)量，測(cè)量的結(jié)果都通過(guò)61板子帶的揚(yáng)聲器播放出來(lái)，并由SPLC051液晶顯示模組顯示測(cè)量的溫度值。圖3-1 環(huán)境測(cè)量?jī)x系統(tǒng)框圖3.1 SPCE061A概述SPCE061A 是凌陽(yáng)科技開(kāi)發(fā)的采用nSP內(nèi)核的16位結(jié)構(gòu)的微控制器。SPCE061中內(nèi)嵌32K字的閃存FLASH ROM。較高的處理速度使nSP能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)。因而，以nSP為核心的SPCE061A微控制器也適用在數(shù)字語(yǔ)音識(shí)別應(yīng)用領(lǐng)域。S

27、PCE061A在2.63.6V工作電壓范圍內(nèi)的工作頻率范圍為0.3249.152MHZ，較高的工作速度使其應(yīng)用領(lǐng)域更加拓寬。SPCE061A中包括2K字的SRAM和32K字的閃存ROM，僅占一頁(yè)存儲(chǔ)空間；32位可編程的多功能I/O端口；兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；32768 Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘；低電壓復(fù)位/低電壓監(jiān)測(cè)功能，8通道10位模/數(shù)轉(zhuǎn)換輸入并具有內(nèi)置自動(dòng)增益控制功能的麥克風(fēng)輸入方式；雙通道10位DAC方式的音頻輸出功能等。SPCE061A尤其適合于數(shù)字聲音和語(yǔ)音識(shí)別領(lǐng)域。3.1.1 性能特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域SPCE061A是凌陽(yáng)科技公司研制的一個(gè)16位結(jié)構(gòu)的微控制器。它的性能特點(diǎn)有：(1) 16位n

28、SP內(nèi)核的微處理器；(2) 工作電壓：內(nèi)核工作電壓VDD為3.03.6V(CPU)，I/O口工作電壓 VDDH為VDD5.5V(I/O)；(3) CPU時(shí)鐘：0.32MHz49.152MHz；(4) 內(nèi)置2K字的靜態(tài) RAM；(5) 置32K字閃存ROM；(6) 可編程音頻處理；(7) 鎖相環(huán)晶體振蕩器或RC振蕩器，為系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)；(8) 系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時(shí)鐘處于停止?fàn)顟B(tài))，耗電可降至3.6V電源電壓下的2A；(9) 2個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(可自動(dòng)重預(yù)置初始計(jì)數(shù)值)；(10) 2個(gè)10位DAC(數(shù)-模轉(zhuǎn)換)輸出通道；(11) 32位通用可編程輸入/輸出端口；(12) 14個(gè)中斷

29、源，兩級(jí)優(yōu)先級(jí)，中斷可來(lái)自系統(tǒng)時(shí)鐘、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、時(shí)間基準(zhǔn)發(fā)生器、外部中斷、鍵喚醒、通用異步串行通信及軟中斷；(13) 具備觸鍵喚醒的功能；(14) 使用凌陽(yáng)音頻編碼SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容納210秒的語(yǔ)音數(shù)據(jù)；(15) 鎖相環(huán)PLL振蕩器提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)；(16) 內(nèi)置32768Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘；(17) 7通道10位電壓模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器；(18) 聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動(dòng)增益控制功能；(19) 具備串行設(shè)備接口；(20) 低電壓復(fù)位(LVR)功和低電壓監(jiān)測(cè)(LVD)功能；(21) 內(nèi)置在線仿真板(ICE，In- Cir

30、cuit Emulator)接口；(22) 運(yùn)行/睡眠方式下的看門(mén)狗功能5。SPCE061A的應(yīng)用領(lǐng)域有：(1) 語(yǔ)音識(shí)別類(lèi)產(chǎn)品；(2) 智能語(yǔ)音交互式玩具；(3) 寓教于樂(lè)類(lèi)玩具；(4) 電子故事書(shū)類(lèi)產(chǎn)品；(5) 通用語(yǔ)音合成器類(lèi)產(chǎn)品；(6) 需較長(zhǎng)語(yǔ)音持續(xù)時(shí)間類(lèi)產(chǎn)品。3.1.2 SPCE061A的結(jié)構(gòu)SPCE061A是凌陽(yáng)科技公司研制的一個(gè)16位結(jié)構(gòu)的微控制器。它的內(nèi)核采用公司最新推出的16位微處理器芯片，工作電壓范圍為2.65.5V，系統(tǒng)工作頻率為0.375-49.152MHz。它不僅具有微處理器的功能，還具有DSP運(yùn)算功能。較高的處理速度使nSP能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)

31、。低電壓、較高的系統(tǒng)工作頻率使該單片機(jī)可以快速的處理復(fù)雜的數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)。片內(nèi)集成了具有自動(dòng)增益控制功能的麥克風(fēng)輸入方式以及DAC音頻輸出功能，使用凌陽(yáng)音頻編碼SACMS240方式(2.4Kb/s)。它還提供了豐富的C函數(shù)庫(kù)和語(yǔ)音處理函數(shù)庫(kù)，因此非常適合數(shù)字語(yǔ)音和語(yǔ)音識(shí)別產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。SPCE061A主要包括并行輸入/輸出口(I/O)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、串行設(shè)備輸入輸出、通用異步串行接口、低電壓監(jiān)測(cè)和復(fù)位等部分，并且內(nèi)置在線仿真電路ICE接口，較高的處理速度使其能夠快速的處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)。SPCE061A單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，例如應(yīng)用在家用電器控制器、工業(yè)控制、通信產(chǎn)

32、品、醫(yī)療設(shè)備以及電子書(shū)籍等諸多方面。SPCE061A還具有喚醒功能，即當(dāng)輸入電平發(fā)生變化時(shí)會(huì)觸發(fā)CPU中斷。在電池供電、追求低功耗的應(yīng)用場(chǎng)合，可以讓CPU進(jìn)入睡眠模式(利用軟件控制)以降低功耗，需要時(shí)才喚醒CPU，使其進(jìn)入工作狀態(tài)，這樣既可以節(jié)省能耗，又可以延長(zhǎng)機(jī)器的使用壽命。正因?yàn)橛幸陨咸攸c(diǎn)，我們可以說(shuō)SPCE061A微處理器是適用于數(shù)字語(yǔ)音識(shí)別應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品的一種理想、經(jīng)濟(jì)的選擇。目前，SPCE061A主要應(yīng)用于家用電器控制器、工業(yè)控制、智能玩具、通信產(chǎn)品、醫(yī)療設(shè)備以及語(yǔ)音識(shí)別類(lèi)產(chǎn)品等領(lǐng)域。SPCE061A的結(jié)構(gòu)圖如圖3-2所示。圖3-2 SPCE061A內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖3-2中，輸入/輸出接口

33、是單片機(jī)與外設(shè)交換信息的通道。輸入端口負(fù)責(zé)從外界接收檢測(cè)信號(hào)、鍵盤(pán)信號(hào)等各種開(kāi)關(guān)量信號(hào)。輸出端口負(fù)責(zé)向外界傳送由內(nèi)部電路產(chǎn)生的處理結(jié)果、顯示信息、控制命令、驅(qū)動(dòng)信號(hào)等。nSP內(nèi)有并行和串行兩種方式的I/O口。并行口線路成本較高，但是傳輸速率也較高；與并行口相比，串行端口的傳輸速率較低但可以節(jié)省大量的線路成本。SPCE061A有兩個(gè)16位的通用并行I/O口：A口和B口。這兩個(gè)端口的每一位都可通過(guò)編程單獨(dú)定義成輸入或輸出口。A口的IOA0IOA7作為輸入端口時(shí)，具有喚醒功能，即當(dāng)輸入電平發(fā)生變化時(shí)，會(huì)觸發(fā)CPU中斷。在電池供電、追求低耗電的應(yīng)用場(chǎng)合，可以讓CPU進(jìn)入睡眠模式(利用軟件控制)以降低功

34、耗，需要時(shí)才以按鍵來(lái)喚醒CPU，使其進(jìn)入工作狀態(tài)。例如：手持遙控器、電子字典、PDA、計(jì)算器、無(wú)線電話等。另外，在由單片機(jī)構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，由于單片機(jī)的工作常常會(huì)受到來(lái)自外界電磁場(chǎng)的干擾，造成程序的跑飛，而陷入死循環(huán)，程序的正常運(yùn)行被打斷，由單片機(jī)控制的系統(tǒng)無(wú)法繼續(xù)工作，會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的陷入停滯狀態(tài)，發(fā)生不可預(yù)料的后果，所以出于對(duì)單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的考慮，便產(chǎn)生了一種專(zhuān)門(mén)用于監(jiān)測(cè)單片機(jī)程序運(yùn)行狀態(tài)的芯片，俗稱(chēng)“看門(mén)狗”?？撮T(mén)狗電路的應(yīng)用，使單片機(jī)可以在無(wú)人狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作，其工作原理是：看門(mén)狗芯片和單片機(jī)的一個(gè)I/O引腳相連，該I/O引腳通過(guò)程序控制它定時(shí)地往看門(mén)狗的這個(gè)引腳上

35、送入高電平(或低電平)，這一程序語(yǔ)句是分散地放在單片機(jī)其他控制語(yǔ)句中間的，一旦單片機(jī)由于干擾造成程序跑飛后而陷入某一程序段不進(jìn)入死循環(huán)狀態(tài)時(shí)，寫(xiě)看門(mén)狗引腳的程序便不能被執(zhí)行，這個(gè)時(shí)候，看門(mén)狗電路就會(huì)由于得不到單片機(jī)送來(lái)的信號(hào)，便在它和單片機(jī)復(fù)位引腳相連的引腳上送出一個(gè)復(fù)位信號(hào)，使單片機(jī)發(fā)生復(fù)位，即程序從程序存儲(chǔ)器的起始位置開(kāi)始執(zhí)行，這樣便實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)的自動(dòng)復(fù)位。 SPCE061A的Watch Dog的清除時(shí)間周期為0.75秒。因?yàn)閃atch Dog 的溢出復(fù)位信號(hào)Watch Dog_Reset是由4Hz時(shí)基信號(hào)經(jīng)4 分頻之后產(chǎn)生的，即每4個(gè)4Hz時(shí)基信號(hào)(1秒)將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)Watch Dog_

36、Reset信號(hào)。 Watch Dog功能是上電時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)，不能被關(guān)閉。因此用戶使用時(shí)，注意要在0.75秒內(nèi)，進(jìn)行清除Watch Dog的操作。 要清除Watch Dog，只需要將“xxxx xxxx xxxx xx01b”寫(xiě)入P_Watch Dog_Clear單元即可，xx代表任意數(shù)值。如果沒(méi)有在0.75秒內(nèi)清除Watch Dog，或者將不是“xxxx xxxx xxxx xx01b”的數(shù)值寫(xiě)入P_Watch Dog_Clear單元，CPU將會(huì)進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位。如果在備用狀態(tài)下，32768Hz振蕩器仍工作，則看門(mén)狗計(jì)數(shù)器功能仍有效。用戶可以在掩模時(shí)選擇設(shè)置或取消看門(mén)狗監(jiān)視器功能。當(dāng)系統(tǒng)處于睡眠模式

37、(sleep mode)時(shí)，Watch Dog功能將會(huì)被關(guān)閉。3.2 傳感器模組本設(shè)計(jì)中使用的另一重要器件傳感器模組也是凌陽(yáng)公司的產(chǎn)品。它可以測(cè)量溫度，測(cè)量光線，檢測(cè)障礙物，還能接收來(lái)自遙控器的信號(hào)以及模擬簡(jiǎn)易遙控器3。在本次設(shè)計(jì)中， 模組工作電壓設(shè)置為：3V5.5V，工作溫度設(shè)置為060。在使用傳感器模組時(shí)應(yīng)注意到以下幾點(diǎn)：測(cè)量溫度時(shí)，測(cè)量到的是與熱敏電阻直接接觸物體(包含空氣)的溫度，熱敏電阻有一定的反應(yīng)時(shí)間；測(cè)量光線時(shí)，最好把整個(gè)光敏電阻暴露于測(cè)量環(huán)境下；如果想用手遮住光線測(cè)量光敏電阻是否正常工作時(shí)，最好用手掌而不要用手指，因?yàn)槭种竷蓚?cè)會(huì)漏一些光線；紅外接收頭的最低工作電壓是3V；紅外發(fā)

38、射信號(hào)不可以長(zhǎng)期維持高電平，否則紅外發(fā)射管會(huì)被燒掉；如果用紅外發(fā)射接收管檢測(cè)障礙物，檢測(cè)距離會(huì)隨著電壓的減小而縮短4。3.2.1 溫度傳感器溫度傳感器：鉑熱電阻的物理化學(xué)性雖然能在高溫和氧化性介質(zhì)中很穩(wěn)定，它能用作工業(yè)測(cè)溫元件，且此元件線性較好，但反應(yīng)相應(yīng)的較漫。熱敏電阻是一種新型半導(dǎo)體感溫元件，具有靈敏度高、體積小、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻具有負(fù)的溫度特性，當(dāng)溫度升高時(shí)，電阻值減小;當(dāng)溫度降低時(shí)，電阻值增大。熱敏電阻的阻值溫度曲線是非線性的，在實(shí)際應(yīng)用只使用其線性度較好的一段。本方案選用的熱敏電阻其線性度較好的一段是-20T-8090 T，精度為1%。熱敏電阻是開(kāi)發(fā)早、種類(lèi)多、發(fā)展較

39、成熟的敏感元器件。熱敏電阻由半導(dǎo)體陶瓷材料組成，利用的原理是溫度引起電阻變化，溫度升高時(shí)，電阻可能變大也可能變小。 熱敏電阻包括正溫度系數(shù)和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，以及臨界溫度熱敏電阻。 熱敏電阻的主要特點(diǎn)是：靈敏度較高，其電阻溫度系數(shù)要比金屬大點(diǎn) 10100倍以上；工作溫度范圍寬，常溫器件適用于-55315，高溫器件適用溫度高于315(目前最高可達(dá)到2000)，低溫器件適用于-27355；體積小，能夠測(cè)量其他溫度計(jì)無(wú)法測(cè)量的空隙、腔體及生物體內(nèi)血管的溫度；使用方便，電阻值可在0.1100k間任意選擇；易加工成復(fù)雜的形狀，可大批量生產(chǎn)；穩(wěn)定性好、過(guò)載能力強(qiáng)6。 由于半導(dǎo)體熱敏電阻有獨(dú)特的性能，所以

40、在應(yīng)用方面，它不僅可以作為測(cè)量元件(如測(cè)量溫度、流量、液位等)，還可以作為控制元件(如熱敏開(kāi)關(guān)、限流器)和電路補(bǔ)償元件。熱敏電阻廣泛用于家用電器、電力工業(yè)、通訊、軍事科學(xué)、宇航等各個(gè)領(lǐng)域，發(fā)展前景極其廣闊。傳感器有很多不同的種類(lèi)，下面介紹幾種。PTC(Positive Temperature Coeff1Cient)是指在某一溫度下電阻急劇增加、具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻現(xiàn)象或材料，可專(zhuān)門(mén)用作恒定溫度傳感器。NTC(Negative Temperature Coeff1Cient)是指隨溫度上升電阻呈指數(shù)關(guān)系減小、具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻現(xiàn)象和材料該材料是利用錳、銅、硅、鈷、鐵、鎳、鋅等兩種或兩

41、種以上的金屬氧化物進(jìn)行充分混合、成型、燒結(jié)等工藝而成的半導(dǎo)體陶瓷，可制成具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。臨界溫度熱敏電阻CTR(Crit1cal Temperature Resistor)具有負(fù)電阻突變特性，在某一溫度下，電阻值隨溫度的增加激劇減小，具有很大的負(fù)溫度系數(shù)。構(gòu)成材料是釩、鋇、鍶、磷等元素氧化物的混合燒結(jié)體，是半玻璃狀的半導(dǎo)體，也稱(chēng)CTR為玻璃態(tài)熱敏電阻。3.2.2 光線傳感器光敏電阻器又叫光感電阻，是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換(將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化)。通常，

42、光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu)，以便吸收更多的光能。當(dāng)它受到光的照射時(shí)，半導(dǎo)體片(光敏層)內(nèi)就激發(fā)出電子空穴對(duì)，參與導(dǎo)電，使電路中電流增強(qiáng)。根據(jù)光敏電阻的光譜特性，可分為三種光敏電阻器：紫外光敏電阻器：對(duì)紫外線較靈敏，包括硫化鎘、硒化鎘光敏電阻器等，用于探測(cè)紫外線。紅外光敏電阻器：主要有硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛。銻化銦等光敏電阻器，廣泛用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、天文探測(cè)、非接觸測(cè)量、人體病變探測(cè)、紅外光譜，紅外通信等國(guó)防、科學(xué)研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中?？梢?jiàn)光光敏電阻器：包括硒、硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、砷化鎵、硅、鍺、硫化鋅光敏電阻器等。主要用于各種光電控制系統(tǒng)，如光電自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)戶，航標(biāo)燈、路燈和其他照明系統(tǒng)的自動(dòng)亮滅，

43、自動(dòng)給水和自動(dòng)停水裝置，機(jī)械上的自動(dòng)保護(hù)裝置和“位置檢測(cè)器”，極薄零件的厚度檢測(cè)器，照相機(jī)自動(dòng)曝光裝置，光電計(jì)數(shù)器，煙霧報(bào)警器，光電跟蹤系統(tǒng)等方面。3.2.3 傳感器模組結(jié)構(gòu)示意圖傳感器模組結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-3所示：當(dāng)61板上按鍵KEY3按下，傳感器模組則開(kāi)始工作。通過(guò)發(fā)射接收模塊，測(cè)量出熱敏電阻和光敏電阻的電壓值，計(jì)算出當(dāng)前溫度值和光線強(qiáng)度。3.3 SPLC501液晶顯示SPLC051是凌陽(yáng)的一款液晶顯示模組，此液晶模組為128*64點(diǎn)陣，面板采用SIN(Super Twisted Nematic)超扭曲相列技術(shù)制成，并且由128segment和64common組成。LCM非常容易通過(guò)接口被

44、訪問(wèn)。環(huán)境測(cè)試儀采用SPLC501液晶顯示模組顯示測(cè)量溫度結(jié)果。此模組接口簡(jiǎn)單，應(yīng)用方便，功耗低，且可以完成較多液晶特效功能。其中，它的數(shù)據(jù)口IO0IO7從SPCE061A的IOA8IOA15中提取數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。顯示過(guò)程通過(guò)IOB1IOB3控制。當(dāng)SPCE061A送出數(shù)據(jù)到I/O口時(shí)，通過(guò)軟件驅(qū)動(dòng)顯示器把文字顯示出來(lái)。圖3-3 傳感器模組結(jié)構(gòu)示意圖液晶驅(qū)動(dòng)控制器SPLC 501具有65個(gè)行驅(qū)動(dòng)輸出和132個(gè)列驅(qū)動(dòng)輸出，內(nèi)置65132位DDRAM，實(shí)際上只用到64個(gè)行驅(qū)動(dòng)輸出和128個(gè)列驅(qū)動(dòng)輸出和64128位DDRAM，DDRAM中的每1位數(shù)據(jù)控制液晶屏上一個(gè)像素的亮暗狀態(tài)(1：表示亮；0：表示

45、暗)。液晶顯示控制器SPLC501中的所有寄存器與存儲(chǔ)單元均以字節(jié)為單位尋址。用戶如要點(diǎn)亮LCD屏上的某一個(gè)點(diǎn)時(shí)，實(shí)際上就是對(duì)該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的顯示RAM區(qū)中的某一個(gè)位進(jìn)行置1操作；所以就要確定該點(diǎn)所處的行地址、列地址。SPLC501液晶顯示模組的行地址實(shí)際上就是Page的信息，每一個(gè)Page應(yīng)有8行；而列地址則表示該點(diǎn)的橫坐標(biāo)，在屏上為從左到右排列，Page中的一個(gè)Byte對(duì)應(yīng)的是一列(8行，即8個(gè)點(diǎn))，達(dá)128列?？梢愿鶕?jù)這樣的關(guān)系在程序中控制LCD顯示屏的顯示。該液晶模組可以顯示字符、漢字、圖形等，且有4級(jí)灰度可調(diào)。其特點(diǎn)有：內(nèi)置 8580 位顯示 RAM。RAM中的一位數(shù)據(jù)控制液晶屏上的一個(gè)

46、象素點(diǎn)的亮、暗狀態(tài)?！?”亮“0”暗；具有65行驅(qū)動(dòng)輸出和132列驅(qū)動(dòng)輸出；可以直接與 80系列和68系列微處理器相連；內(nèi)置晶振電路，也可以外接晶振工作溫度范圍為40攝氏度85攝氏度。SPLC501液晶顯示模組的顯示器上的顯示點(diǎn)與驅(qū)動(dòng)控制芯片中的顯示緩存RAM是一一對(duì)應(yīng)的；SPLC501A芯片中共有65(8 Page x 8 bit+1)X 132 個(gè)位的顯示RAM區(qū)。而顯示器的顯示點(diǎn)陣大小為64X128點(diǎn)，所以實(shí)際上在SPLC501液晶顯示模組中有用的顯示RAM區(qū)為64 X 128個(gè)位；按byte為單位劃分，共分為8個(gè)Page，每個(gè)Page為8行，而每一行為128個(gè)位(即128列)。 SPL

47、C501液晶顯示模組中，驅(qū)動(dòng)控制芯片的顯示RAM區(qū)每個(gè)byte的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)屏上的點(diǎn)的排列方式為：縱向排列，低位在上高位在下7。3.4 硬件電路3.4.1 SPCE061A最小系統(tǒng)本方案使用61板作為彈片即最小系統(tǒng)。61板包括SPCE061A芯片及其外圍的基本模塊，外圍模塊包括：晶振輸入模塊、鎖相環(huán)外圍電路、復(fù)位電路、指示燈等。其中，PLL 鎖相環(huán)的作用是將系統(tǒng)提供的實(shí)時(shí)時(shí)鐘基頻(32768Hz)進(jìn)行倍頻，調(diào)整至49.152MHz、40.96MHz、32.768MHz、24.576MHz 或20.480MHz14。3.4.2 61板按鍵電路本系統(tǒng)直接使用61板上的按鍵，61板按鍵電路如圖3-4所示

48、。圖3-4 61板按鍵電路61板上的KEY1按鍵與溫度傳感器的電壓輸出接口(TO)相連，KEY2按鍵與光線傳感器電壓輸出接口(LO)相連。通過(guò)KEY3鍵，啟動(dòng)溫度/光線的測(cè)量，通過(guò)對(duì)傳感器模組中光敏電阻和熱敏電阻的電壓值的測(cè)量來(lái)計(jì)算環(huán)境的溫度和光線狀況，這些電壓值通過(guò)SPCE061A的ADC模塊進(jìn)行采集最后得到測(cè)量值。3.4.3 傳感器模組電路傳感器模組的電路有電源模塊、紅外發(fā)射接收(發(fā)射接收對(duì)管)模塊、溫度及光線測(cè)量模塊、紅外接收頭模塊和接口模塊。3.4.3.1 溫度/光線檢測(cè)模塊電路 溫度/光線檢測(cè)模塊電路如圖 3-5所示。 圖3-5 溫度/光線檢測(cè)模塊電路圖3-5中，電源電壓經(jīng)穩(wěn)壓管TL

49、431穩(wěn)壓到2.5V，提供給由R8和熱敏電阻R9組成的分壓電路以及R10和光敏電阻R11組成的分壓電路，熱敏電阻R9分得的電壓通過(guò)TO輸出，光敏電阻R11分得的電壓通過(guò)LO輸出?？梢灾苯影裇PCE061A單片機(jī)ADC的任一通道與TO或LO連接，利用單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并計(jì)算出對(duì)應(yīng)的溫度和光線強(qiáng)度。測(cè)量溫度時(shí)，測(cè)量到的是與熱敏電阻直接接觸物體(包含空氣)的溫度，熱敏電阻有一定的反應(yīng)時(shí)間。 測(cè)量光線時(shí)，最好把整個(gè)光敏電阻暴露于測(cè)量環(huán)境下；如果想用手遮住光線測(cè)量光敏電阻是否正常工作時(shí)，最好用手掌而不要用手指，因?yàn)槭种竷蓚?cè)會(huì)漏一些光線4-6,11。 3.4.3.2 紅外發(fā)射接收電路 紅外發(fā)射電路由電

50、阻R2、三極管Q2、電阻R3與紅外發(fā)射二極管D1構(gòu)成，紅外接收頭的最低工作電壓是3V； 如果用紅外發(fā)射接收管檢測(cè)障礙物，檢測(cè)距離會(huì)隨著電壓的減小而縮短。圖3-6 紅外發(fā)射接收電路接收電路由紅外接收管和放大電路組成，如圖 3-6。Q4接收到紅外信號(hào)后，經(jīng)過(guò)三極管Q1進(jìn)行第一級(jí)放大，放大后的信號(hào)送入三極管Q3進(jìn)行第二級(jí)放大，通過(guò)Rx就可以得到放大后的紅外接收信號(hào)3,7。圖3-7 紅外接收頭電路3.4.3.3 紅外接收頭電路 該電路的主要部分是HS0038B3V紅外接收頭，圖3-7為HS0038B3V的典型應(yīng)用電路。HS0038B3V的工作電壓是36V，所以很方便配合SPCE061A單片機(jī)使用。，H

51、S0038B3V可接收來(lái)自任何38KHz調(diào)制遙控器的信號(hào)，并把調(diào)制信號(hào)解調(diào)，通過(guò)RS輸入單片機(jī)。3.4.3.4 接口電路 模組提供了兩個(gè)接口J1、J2 ，如圖3-8所示。10 GND10 GND圖3-8 接口電路其是紅外發(fā)射接收電路的發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)接口，可以用10Pin排線直接和SPCE061A的IOB高八位連接，通過(guò)SPCE061A的IOB8輸出38KHz的調(diào)制波；J2為熱敏電阻、光敏電阻分壓信號(hào)和紅外接收頭信號(hào)接口，可以用10Pin排線直接和SPCE061A的IOA低八位連接，通過(guò)IOA0和IOA1采集熱敏電阻和光敏電阻上分到的電壓。3.4.4 液晶顯示模組電路SPLC501液晶顯示模

52、組采用GPG12063YS3 LCD模塊，此模塊內(nèi)嵌SPLC501A芯片，采用先進(jìn)的COG(Chip On Glass)，將芯片嵌在LCD玻璃上。SPLC501芯片與SPCE061A的I/O口相連，顯示測(cè)量結(jié)果。SPLC501模組接口簡(jiǎn)單，應(yīng)用方便，功耗低，且可以完成較多液晶特效功能。其中，它的數(shù)據(jù)口IO0IO7從SPCE061A的IOA8IOA15中提取數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。顯示過(guò)程主要通過(guò)IOB1IOB3控制。當(dāng)SPCE061A送出數(shù)據(jù)到I/O口時(shí)，通過(guò)軟件驅(qū)動(dòng)顯示器把文字顯示出來(lái)10。其與SPCE061A的連接電路如圖3-9所示。圖3-9 SPCE061A與液晶模組連接圖3.5 本章小結(jié)環(huán)境測(cè)試

53、儀主要包括SPCE061A、傳感器模塊、SPLC501液晶顯示模塊。本章根據(jù)環(huán)境測(cè)試儀的系統(tǒng)框圖，從總體上介紹了環(huán)境測(cè)試儀的實(shí)現(xiàn)功能，介紹了各個(gè)模塊的電路及原理。第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)以凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)作為控制平臺(tái)，以紅外線作為傳輸介質(zhì)。系統(tǒng)采用光敏電阻和熱敏電阻作為傳感器，通過(guò)測(cè)試儀實(shí)現(xiàn)環(huán)境光線強(qiáng)度值的測(cè)量，測(cè)試結(jié)果表明了環(huán)境狀態(tài)并由語(yǔ)音播報(bào)以提醒人們保護(hù)眼睛。該環(huán)境測(cè)試儀在視距范圍內(nèi)可以獨(dú)立靈活使用，而不受物理位置影響。環(huán)境測(cè)量系統(tǒng)充分發(fā)揮了人性化的特質(zhì)，該環(huán)境測(cè)量系統(tǒng)由SPCE061A控制，配合傳感器模組設(shè)計(jì)而成，利用SPCE061A的語(yǔ)音功能，配合傳感器模組，測(cè)量溫度或者

54、光線，并且語(yǔ)音播放測(cè)量結(jié)果，并提醒人們保護(hù)眼睛。 本系統(tǒng)軟件中包括下面程序模塊：主程序：監(jiān)測(cè)光線狀況，并根據(jù)監(jiān)測(cè)狀態(tài)進(jìn)行語(yǔ)音提示；按鍵掃描，判斷KEY3鍵是否按下，如果按下，測(cè)量溫度值，播報(bào)當(dāng)前溫度值和光線狀態(tài)，并進(jìn)行液晶顯示；按鍵掃描程序：掃描按鍵，返回掃描結(jié)果；語(yǔ)音播放程序：播放光線狀態(tài)和溫度值；溫度測(cè)量程序：測(cè)量溫度，返回溫度值；光線檢測(cè)程序：測(cè)量光線狀況，返回光線狀況；紅外發(fā)射和接收程序：發(fā)射和接收數(shù)據(jù)。4.1 主程序主程序流程如圖4-1，程序運(yùn)行后開(kāi)始檢測(cè)光線狀況，并根據(jù)檢測(cè)的狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的語(yǔ)音提示。如果光線太強(qiáng)，播報(bào)“光線太強(qiáng)，請(qǐng)保護(hù)眼睛”；如果光線太弱，播報(bào)“光線太弱，請(qǐng)保護(hù)眼睛

55、”；檢測(cè)過(guò)程中如果檢測(cè)到KEY3鍵按下，則開(kāi)始測(cè)量溫度，并語(yǔ)音播報(bào)當(dāng)前溫度值以及光線狀態(tài)，并進(jìn)行相應(yīng)的溫馨提示保護(hù)眼睛。在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，溫度值和光線狀況的測(cè)量和計(jì)算，是通過(guò)測(cè)量第三章的圖3-8中的電阻兩端電壓得道的，即熱敏電阻R9與光敏電阻R11兩端的電壓值，從而得出一個(gè)相應(yīng)的電信號(hào)，然后再通過(guò)與SPCE061A連接的A/D轉(zhuǎn)換模塊，把獲得的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，如此反復(fù)，系統(tǒng)進(jìn)行十次測(cè)量后，把測(cè)量的十次結(jié)果相加求和并且取平均值，得到最后的測(cè)量結(jié)果，即計(jì)算出了對(duì)應(yīng)的溫度值和光線強(qiáng)度狀態(tài)12，最后進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)。采用這種方法不僅大大提高了測(cè)量的精度，而且也達(dá)到了具有友好的操作和非常低的成本的設(shè)計(jì)要

56、求。圖4-1 環(huán)境測(cè)試儀主程序流程圖4.2 按鍵掃描程序本系統(tǒng)用到了三個(gè)按鍵。61板上的KEY1按鍵與溫度傳感器的電壓輸出接口(TO)相連，KEY2按鍵與光線傳感器電壓輸出接口(LO)相連。61板上的KEY3鍵，這個(gè)鍵和IOA2連接。按鍵掃描程序流程如圖4-2所示。當(dāng)IOA2口讀到高電平，利用延時(shí)去抖的方法，先取一次端口數(shù)據(jù)，延時(shí)一段時(shí)間，一般延時(shí)幾十毫秒即可，再取一次端口數(shù)據(jù)，如果二者相同，說(shuō)明取到了正確的鍵值。圖4-2 按鍵掃描程序流程圖4.3 語(yǔ)音播放任意三位整數(shù)程序語(yǔ)音播放任意三位數(shù)流程如圖4-3所示。圖4-3 語(yǔ)音播放任意三位數(shù)流程圖任意輸入三位整數(shù)，分別判斷數(shù)據(jù)的百位、十位、個(gè)位，

57、若百位為不“0”，則輸出百位；若百位為“0”，則判斷十位，若十位不為“0”，則輸出十位；若十位為“0”，則重新判斷百位，百位不為“0”，則十位輸出“0”；若百位為“0”，則用同樣的方法判斷個(gè)位，最后完成語(yǔ)音播放9。4.4 溫度測(cè)量程序 溫度測(cè)量函數(shù)的程序流程如圖 4-4所示： 圖4-4 溫度測(cè)量函數(shù)程序流程圖 該函數(shù)返回測(cè)量溫度值。系統(tǒng)進(jìn)行十次測(cè)量，把測(cè)量的十次結(jié)果相加求和取平均值，得到最后的電壓測(cè)量結(jié)果，通過(guò)查表計(jì)算出對(duì)應(yīng)的溫度值。這種方法，提高了測(cè)量的精度，函數(shù)在10ms內(nèi)測(cè)量10次，取平均值，返回測(cè)量溫度值。LINE1通道的A/D轉(zhuǎn)換程序程序流程如圖4-5所示。該程序負(fù)責(zé)把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，即把測(cè)量函數(shù)中的電信號(hào)轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)。程序開(kāi)始時(shí)，選擇ADC通道，選擇LINE1通道，并啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，開(kāi)始取數(shù)據(jù)，判斷轉(zhuǎn)換是否完成，若完成，則取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)；若未完成，則重新啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)