畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書----智能紅外測(cè)溫計(jì)總體電路設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　傳統(tǒng)的溫度計(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，這種方法不太方便，且測(cè)量需要的時(shí)間較長。本項(xiàng)目提供一種新的溫度測(cè)量方案，采用具有SPI（Serial Peripheral Interface 串行外圍接口）接口的TN系列紅外溫度傳感器來測(cè)量溫度信號(hào)，可同時(shí)測(cè)量目標(biāo)溫度和環(huán)境溫度，并將

2、測(cè)量的數(shù)據(jù)送給SPCE061A單片機(jī)處理，之后送數(shù)碼管顯示，同時(shí)利用SPCE061A單片機(jī)的語音功能播報(bào)溫度值。紅外測(cè)溫打破了傳統(tǒng)的測(cè)溫模式，它響應(yīng)快、測(cè)量精度高、可靠性高、范圍廣，為非接觸測(cè)量，因而不易損壞。該溫度計(jì)以其準(zhǔn)確快捷的測(cè)量功能、清晰易懂的數(shù)字化顯示方便人們?nèi)粘Ｉ钍褂?，語音播報(bào)功能使其更加智能化、人性化。</p><p>　　關(guān)鍵詞：紅外測(cè)溫；SPCE061A單片機(jī)；語音播報(bào)</p>

3、<p>　　A Design of Intelligent Infrared Thermometer</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Most of the traditional thermometers adopts mercury column which has the physical principle

4、that it expands with heat and contracts with cold along with the change of temperature, and we can read the temperature out according to the infinity. This method is not convenient, and it takes a long time to measure. T

5、his paper proposes a new thermometer project to measure the temperature signal by using the TN series infrared temperature sensor which has the SPI (Serial Peripheral Interface). The senso</p><p>　　Key words

6、: infrared thermometry; SPCE061A microcontroller; voice report</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 前言1</b></p><p>　　1.1 選題的目的和意義1</p><p>　　1.2 紅

7、外測(cè)溫技術(shù)的發(fā)展和國內(nèi)外研究概況1</p><p>　　1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求3</p><p>　　1.3.1 設(shè)計(jì)任務(wù)3</p><p>　　1.3.2 設(shè)計(jì)要求3</p><p><b>　　2 概述4</b></p><p>　　2.1 紅外測(cè)溫概況4</p>&

8、lt;p>　　2.1.1 紅外測(cè)溫的基礎(chǔ)理論4</p><p>　　2.1.2 紅外測(cè)溫的特點(diǎn)7</p><p>　　2.2 智能化測(cè)量儀表概述7</p><p>　　2.2.1 智能化測(cè)量儀表的基本組成及其發(fā)展8</p><p>　　2.2.2 智能化測(cè)量儀表的設(shè)計(jì)方法9</p><p>　　3 系統(tǒng)

9、方案論證11</p><p>　　3.1 任務(wù)分析11</p><p>　　3.2 方案選擇11</p><p>　　3.2.1 方案一11</p><p>　　3.2.2 方案二11</p><p>　　3.3 系統(tǒng)工作原理12</p><p>　　4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)14</

10、p><p>　　4.1 主控模塊14</p><p>　　4.1.1 SPCE061A簡介14</p><p>　　4.1.2 SPCE061A精簡開發(fā)板15</p><p>　　4.1.3 主控模塊電路16</p><p>　　4.2 電源和音頻輸出電路16</p><p>　　4.2.

11、1 電源電路16</p><p>　　4.2.2 音頻輸出電路16</p><p>　　4.3 紅外測(cè)溫模塊16</p><p>　　4.3.1 紅外測(cè)溫模塊的引腳介紹18</p><p>　　4.3.2 紅外測(cè)溫模塊時(shí)序圖18</p><p>　　4.3.3 紅外測(cè)溫模塊溫度值的計(jì)算19</p>

12、;<p>　　4.4 鍵盤顯示模塊20</p><p>　　4.4.1 鍵盤顯示電路20</p><p>　　4.4.2 模塊功能及接口說明20</p><p>　　4.5 系統(tǒng)總體硬件電路圖21</p><p>　　5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)22</p><p>　　5.1 主程序22</p&g

13、t;<p>　　5.2 測(cè)溫程序22</p><p>　　5.3 播報(bào)顯示程序22</p><p>　　5.4 中斷服務(wù)程序22</p><p>　　5.5 軟件結(jié)構(gòu)22</p><p>　　6 抗干擾技術(shù)29</p><p>　　6.1 單片機(jī)抗干擾技術(shù)概述29</p><

14、;p>　　6.1.1 干擾的來源和后果29</p><p>　　6.1.2 硬件抗干擾技術(shù)30</p><p>　　6.1.3 軟件抗干擾技術(shù)32</p><p>　　6.2 本系統(tǒng)采用的抗干擾技術(shù)34</p><p><b>　　7 結(jié)論36</b></p><p><b&

15、gt;　　致謝37</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)38</b></p><p>　　附錄一 智能紅外測(cè)溫計(jì)的程序39</p><p><b>　　1 主程序39</b></p><p>　　2 讀測(cè)量數(shù)據(jù)的用戶函數(shù)41</p><p>　

16、　3 紅外測(cè)溫模塊驅(qū)動(dòng)函數(shù)43</p><p>　　4 顯示并播放溫度值函數(shù)46</p><p>　　5 共陰數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)程序48</p><p>　　6初始化鍵盤函數(shù)和掃描鍵盤函數(shù)55</p><p>　　7 中斷服務(wù)程序57</p><p>　　附錄二 系統(tǒng)總體硬件電路圖59</p>&

17、lt;p><b>　　1 前言</b></p><p>　　1.1 選題的目的和意義</p><p>　　體溫是人體生命活動(dòng)的基本特征，也是觀察人體機(jī)能是否正常的重要指標(biāo)之一。在目前的日常生活中，人們使用最廣的水銀體溫計(jì)是根據(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，它有著諸多缺點(diǎn)：傳統(tǒng)溫度計(jì)在使用時(shí)，要和被測(cè)量者接觸，往往要等待較長時(shí)間，以

18、期讓其充分受熱，當(dāng)測(cè)量結(jié)束后還要將水銀重新甩入水銀泡中。由于水銀泡是由很薄的玻璃制成極易破碎，而且其中的水銀蒸汽對(duì)人體有著極強(qiáng)的毒害作用，報(bào)紙上就曾多次刊登小孩因咬碎水銀泡而誤吞水銀造成中毒的事件，可見普通的水銀體溫計(jì)有著非常嚴(yán)重的安全隱患。</p><p>　　紅外測(cè)溫為測(cè)量人體溫度提供了快速、非接觸測(cè)量手段，可廣泛、有效地用于密集人群的體溫測(cè)量。非接觸紅外測(cè)溫計(jì)針對(duì)特定人群，比如兒童或老人，極其方便。且利用單

19、片機(jī)技術(shù)開發(fā)的語音功能便可克服傳統(tǒng)體溫計(jì)的許多缺陷。它不但可以以數(shù)字的方式顯示出測(cè)量結(jié)果，使測(cè)量過程變得直觀，而且可以根據(jù)需要以語音播報(bào)出當(dāng)前的溫度值，除此之外，語音體溫計(jì)還具有較高的靈敏度，可以在幾秒鐘內(nèi)測(cè)得結(jié)果，且壽命長，是較為理想的測(cè)溫儀器。</p><p>　　智能紅外測(cè)溫計(jì)的設(shè)計(jì)，其內(nèi)容涉及電子技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)等多方面內(nèi)容。紅外測(cè)溫為測(cè)量人體體溫提供了快速、非接觸測(cè)量手段，可廣泛、有效地用于密

20、集人群的體溫排查，例如2003年“非典”期間，紅外測(cè)溫得到了廣泛的應(yīng)用。非接觸測(cè)量計(jì)對(duì)特定人群，比如兒童或老年人，有很好的效果。紅外測(cè)溫技術(shù)也是一門很實(shí)用和前沿的技術(shù)，以此作為畢業(yè)設(shè)計(jì)，利于理論聯(lián)系實(shí)際，形成個(gè)人在這一方面的知識(shí)體系，是對(duì)本科階段學(xué)習(xí)內(nèi)容的升華，特別是對(duì)單片機(jī)控制、傳感器技術(shù)知識(shí)深入，它對(duì)學(xué)生自身綜合素質(zhì)與工程能力的培養(yǎng)也有重要意義。</p><p>　　1.2 紅外測(cè)溫技術(shù)的發(fā)展和國內(nèi)外研究概況

21、</p><p>　　1800年，英國天文學(xué)家威·赫謝耳在研究太陽光譜部分的熱效應(yīng)時(shí),發(fā)現(xiàn)熱效應(yīng)最大的位置在紅光之外，當(dāng)時(shí)稱之為“不可見光”。到1935年，安培稱之為紅外線，也可稱之為紅外輻射。之后，人們花了一百多年時(shí)間認(rèn)識(shí)紅外輻射的電磁本質(zhì)，并建立了熱輻射的基本規(guī)律,為紅外技術(shù)的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。近代紅外技術(shù)始于二戰(zhàn)，推動(dòng)技術(shù)發(fā)展的原因主要是由于軍事上的迫切需要和航天工程的蓬勃開展。半個(gè)世紀(jì)以來隨著

22、光學(xué)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)的發(fā)展，紅外技術(shù)也日趨完善，其中紅外測(cè)溫技術(shù)也形成了完整的理論并成功的應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、工農(nóng)業(yè)、礦業(yè)等領(lǐng)域。</p><p>　　我國的紅外技術(shù)研究起步于60年代，70年代后期開始了紅外玻璃測(cè)溫計(jì)的研究，并取得了可喜成果，但至今未形成系列產(chǎn)品，工業(yè)應(yīng)用僅在近幾年才開始。國外的紅外測(cè)溫技術(shù)發(fā)展較早，技術(shù)比較成熟，紅外測(cè)溫產(chǎn)品種類繁多，測(cè)溫精度及分辨率較高。表1.1和表1.2分別是國內(nèi)和國外紅

23、外測(cè)溫產(chǎn)品性能的簡單比較。</p><p>　　表1.1 國內(nèi)紅外測(cè)溫產(chǎn)品性能</p><p>　　表1.2 國外紅外測(cè)溫產(chǎn)品性能</p><p>　　從表中可以看出，國內(nèi)紅外測(cè)溫技術(shù)相對(duì)來說技術(shù)落后，產(chǎn)品種類比較單一，測(cè)溫精度及測(cè)溫分辨率也不如國外產(chǎn)品在技術(shù)性能上國內(nèi)產(chǎn)品與國外產(chǎn)品相比還有一定差距，但隨著紅外產(chǎn)品在國內(nèi)應(yīng)用得更加普及，會(huì)有更多廠家和科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行這方

24、面的研究，會(huì)推動(dòng)我國紅外測(cè)溫產(chǎn)品性能的提高，以滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要。2003年，一場(chǎng)“非典”疫情襲擊我國，要求快速而非接觸的體溫測(cè)量技術(shù)，由此紅外測(cè)溫技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，催生出很多紅外測(cè)溫儀器。</p><p>　　1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求</p><p>　　1.3.1 設(shè)計(jì)任務(wù)</p><p>　　利用單片機(jī)作為控制板，控制紅外測(cè)溫模組實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量，并能實(shí)現(xiàn)溫度

25、的顯示和播放功能，完成一個(gè)完整的智能化紅外溫度計(jì)設(shè)計(jì)：</p><p>　　1.3.2 設(shè)計(jì)要求</p><p>　　1. 通過I/O口控制啟動(dòng)測(cè)溫，利用鍵盤控制溫度測(cè)量，并能顯示溫度值，同時(shí)語音播報(bào)測(cè)量值；</p><p>　　2. 可以測(cè)量目標(biāo)溫度和環(huán)境溫度；</p><p>　　3. 測(cè)量結(jié)果表示的精度為小數(shù)點(diǎn)后兩位。測(cè)量結(jié)果表示的精度

26、，并非測(cè)量精度，測(cè)量精度以傳感器的性能決定。</p><p><b>　　2 概述</b></p><p>　　2.1 紅外測(cè)溫概況</p><p>　　2.1.1 紅外測(cè)溫的基礎(chǔ)理論</p><p>　　紅外線是電磁波譜的一個(gè)部分，這一波段位于可見光和微波之間。根據(jù)普朗克輻射定理，凡是絕對(duì)溫度大于零度的物體都能輻射電磁

27、能，物體的輻射強(qiáng)度與溫度及表面的輻射能力有關(guān)，輻射的光譜分布也與物體溫度密切相關(guān)。在電磁波譜中，我們把人眼可直接感知的0.4～0.75微米波段稱為可見光波段，而把波長從0.75至1000微米的電磁波稱為紅外波段，紅外波段的短波端與可見光紅光相鄰，長波端與微波相接?？梢姽廨椛渲饕獊碜愿邷剌椛湓?，如太陽、高溫燃燒氣體、灼熱金屬等，而任何低溫、室溫或加熱后的物體都有紅外輻射。</p><p><b>　　1.

28、 生物波譜</b></p><p>　　生物波譜，又叫生物頻譜，是生物自身發(fā)出的生物物理信息的光波或頻率的綜合稱謂，它構(gòu)成生物體周圍的生物信息場(chǎng)?？茖W(xué)研究表明，生物體（包括人體）可產(chǎn)生溫度場(chǎng)、電場(chǎng)和磁場(chǎng)等，統(tǒng)稱為生物信息場(chǎng)，可以用物理學(xué)中的電磁波譜頻率或波長、溫度等物理因子來表述。 </p><p>　　生物波譜的波長覆蓋范圍在電磁波譜中的紫外線到弱微波之間，人體的生

29、物波譜則主要在紅外線到弱微波區(qū)域，尤其集中在紅外線波段范圍。因此它遵循電磁波的一切特性。 </p><p>　　生物波譜的這種物理信息的存在、變化是與生物體自身功能狀態(tài)密切相關(guān)的，同樣可以反映生物體的健康狀態(tài)?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，生物體自身是一個(gè)天然的能量和信息輻射源，在其活體狀態(tài)下，它每時(shí)每刻都在向周圍環(huán)境發(fā)射著這種特定的生物波譜信號(hào)，只是其能量相對(duì)于其它輻射源較弱而已。從醫(yī)學(xué)角度看，人體是一個(gè)生物體，從物

30、理學(xué)角度看，人體是一個(gè)天然的特定生物信息輻射源，中醫(yī)所謂的“氣”，也就是人體發(fā)出的生物信息的特定方式。</p><p>　　2. 人體的生物波譜</p><p>　　在人體生物信息場(chǎng)已知物理參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量中，對(duì)輻射能量比較集中的波譜分布，取得比較一致的數(shù)值結(jié)果，J·D哈里認(rèn)為，人體輻射能量與皮膚表面溫度及比輻射率有關(guān)。活體皮膚光譜范圍約為3-50μm，其中8-14μm波段的輻射量

31、占總能量的46%，峰值波長約為9.5μm，雖然人體生物波譜分布范圍較寬，從可見光到微波波段，但在非能量集中區(qū)域，信號(hào)強(qiáng)度較低，尤其在遠(yuǎn)端的數(shù)值極其微弱。</p><p>　　經(jīng)科學(xué)檢測(cè)，不管人的膚色如何，干燥皮膚的紅外輻射率(emissivity)均為0.98,近似為黑體。根據(jù)Planck定律，其波長主要分布在2.5-25μm紅外波段范圍內(nèi)，根據(jù) Wien 定律λm·T＝2898（Kμm），人體皮膚輻射

32、的峰值波長約9.5μm 。</p><p>　　3. 紅外輻射的發(fā)射及其規(guī)律</p><p>　　先簡單介紹一下黑體的紅外輻射規(guī)律。所謂黑體，簡單講就是在任何情況下對(duì)一切波長的入射輻射吸收率都等于1的物體，也就是說全吸收。顯然，因?yàn)樽匀唤缰袑?shí)際存在的任何物體對(duì)不同波長的入射輻射都有一定的反射（吸收率不等于1），所以，黑體只是人們抽象出來的一種理想化的物體模型。但黑體熱輻射的基本規(guī)律是紅外研

33、究及應(yīng)用的基礎(chǔ)，它揭示了黑體發(fā)射的紅外熱輻射隨溫度及波長變化的定量關(guān)系。下面，我著重介紹其中的三個(gè)基本定律。</p><p>　　(1) 輻射的光譜分布規(guī)律-普朗克輻射定律</p><p>　　一個(gè)絕對(duì)溫度為T(K)的黑體，單位表面積在波長附近單位波長間隔內(nèi)向整個(gè)半球空間發(fā)射的輻射功率(簡稱為光譜輻射度) 與波長、溫度T滿足下列關(guān)系： </p><p>　

34、　式中，分別為第一、第二輻射常數(shù)。   </p><p>　　普朗克輻射定律是所有定量計(jì)算紅外輻射的基礎(chǔ)。</p><p>　　斯忒藩（德）—玻爾茲曼（奧）（ Stefan-Boltzmann）定律：</p><p>　　物體的總輻射率，即單位面積發(fā)射總功率與黑體溫度的四次方及材料表面的發(fā)射率成正比。數(shù)學(xué)表示為：</p>

35、<p><b>　　（2-2）</b></p><p>　　其中：，為 Stefan-Boltzmann常數(shù)，ε為材料表面發(fā)射率。1879年斯特藩從實(shí)驗(yàn)上總結(jié)而得到該公式，1884年玻耳茲曼從理論上證明了它。 </p><p>　　斯蒂芬-玻耳茲曼定律表明，凡是溫度高于開氏零度的物體都會(huì)自發(fā)地向外發(fā)射紅外熱輻射，而且，黑體單位表面積

36、發(fā)射的總輻射功率與開氏溫度的四次方成正比。而且，只要當(dāng)溫度有較小變化時(shí)，就將會(huì)引起物體發(fā)射的輻射功率很大變化。那么，我們可以想象一下，如果能探測(cè)到黑體的單位表面積發(fā)射的總輻射功率，不是就能確定黑體的溫度了嗎？因此，斯蒂芬-玻耳茲曼定律是所有紅外測(cè)溫的基礎(chǔ)。</p><p>　　輻射的空間分部規(guī)律——朗伯余弦定律</p><p>　　所謂朗伯余弦定律，就是黑體在任意方向上的輻射強(qiáng)度與觀測(cè)方向

37、相對(duì)于輻射表面法線夾角的余弦成正比：   </p><p><b>　　（2-3）</b></p><p>　　此定律表明，黑體在輻射表面法線方向的輻射最強(qiáng)。因此，實(shí)際做紅外檢測(cè)時(shí)。應(yīng)盡可能選擇在被測(cè)表面法線方向進(jìn)行，如果在與法線成角方向檢測(cè)，則接收到的紅外輻射信號(hào)將減弱成法線方向最大值的倍。</p>

38、<p>　　4. 實(shí)際物體的紅外輻射規(guī)律</p><p>　　（1）基爾霍夫輻射定律：</p><p>　　德國物理學(xué)家基爾霍夫（Gustav Robert Kirchhoff,1824～1887）通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在相同的溫度下，各種物體在同一波長的發(fā)射率與吸收率的比值都相等，并等于該溫度下黑體在同一波長的發(fā)射率。數(shù)學(xué)表示為： </p><p><

39、b>　?。?-4）</b></p><p>　　其中λ為波長、 T為物體絕對(duì)溫度，表示黑體在特定溫度和波長下的本領(lǐng)，為常數(shù)。該定律指出物體發(fā)射本領(lǐng)和吸收率之間的普遍關(guān)系，通俗地說就是輻射能力越強(qiáng)的物體，其吸收能力也越強(qiáng)。</p><p>　　物體的輻射出射度M(T)和吸收本領(lǐng)的比值M/與物體的性質(zhì)無關(guān)，等于同一溫度下黑體的輻射出射度M0(T)。其表明，吸收本領(lǐng)大的物體，其

40、發(fā)射本領(lǐng)大，如果該物體不能發(fā)射某一波長的輻射能，也決不能吸收此波長的輻射能。</p><p><b>　　（2）發(fā)射率</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)際物體的輻射度除了依賴于溫度和波長外，還與構(gòu)成該物體的材料性質(zhì)及表面狀態(tài)等因素有關(guān)。這里，我們引入一個(gè)隨材料性質(zhì)及表面狀態(tài)變化的輻射系數(shù)，則就可把黑體的基本定律應(yīng)用于實(shí)際物體。這個(gè)輻射系數(shù)，就是常說的發(fā)射率，或

41、稱之為比輻射率，其定義為實(shí)際物體與同溫度黑體輻射性能之比。</p><p>　　2.1.2 紅外測(cè)溫的特點(diǎn)</p><p>　　1. 遠(yuǎn)距離和非接觸測(cè)量</p><p>　　紅外測(cè)溫不需要與被測(cè)物體接觸，并可遠(yuǎn)距離測(cè)量，它特別適合于對(duì)高速運(yùn)動(dòng)物體、旋轉(zhuǎn)體、帶電體和高溫高壓下物體的溫度測(cè)量。</p><p><b>　　2. 響應(yīng)速度

42、快</b></p><p>　　紅外測(cè)溫不象熱電偶、溫度計(jì)那樣，需要與被測(cè)量體接觸以達(dá)到熱平衡，只要接到目標(biāo)的紅外輻射即可測(cè)量，其響應(yīng)時(shí)間在毫秒甚至微秒數(shù)量級(jí)。</p><p><b>　　3. 靈敏度高</b></p><p>　　因物體溫度的微小變化會(huì)引起輻射功率的較大變化，容易被探測(cè)器探出，故紅外測(cè)溫的可測(cè)溫差很小，可達(dá)零點(diǎn)幾

43、攝氏度。</p><p><b>　　4. 準(zhǔn)確度高</b></p><p>　　紅外測(cè)溫是非接觸測(cè)量，不破壞物體本身的溫度分布，因而所測(cè)溫度真是、準(zhǔn)確、誤差可達(dá)0.1oC以下。</p><p><b>　　5. 測(cè)溫范圍廣</b></p><p>　　測(cè)溫范圍可從負(fù)幾十?dāng)z氏度到正幾千攝氏度。<

44、;/p><p>　　2.2 智能化測(cè)量儀表概述</p><p>　　隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，微處理器芯片的集成度越來越高，已經(jīng)可以在一塊芯片上同時(shí)集成CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、并行和串行接口、甚至A/D轉(zhuǎn)換器等。人們把這種超大規(guī)模集成電路稱作單片微控制器（MCU，Single Chip Microcontroller），簡稱為單片機(jī)。單片機(jī)的出現(xiàn)，引起了儀器儀表結(jié)構(gòu)的根本性變革，以單片

45、機(jī)為主體取代傳統(tǒng)儀器儀表的常規(guī)電子線路，可以很容易地將計(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)量控制技術(shù)結(jié)合在一起，組成新一代所謂的“智能化測(cè)量控制儀表”。這種新型的智能儀表在測(cè)量過程中自動(dòng)化，測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理以及功能的多樣化方面都取得了巨大的進(jìn)展。目前在研制高精度、高性能、多功能的測(cè)量控制儀表時(shí)，幾乎沒有不考慮采用微處理器使之成為智能儀表的，而目前在儀器儀表中使用最多的微處理器就是單片機(jī)。在測(cè)量控制儀表中采用單片機(jī)技術(shù)使之成為智能儀表后能解決許多傳統(tǒng)儀表不能

46、或不易解決的難題，同時(shí)還能簡化儀表電路，提高儀表的可靠性，降低儀表的成本以及加快新產(chǎn)品的開發(fā)速度。這類儀表的設(shè)計(jì)重點(diǎn)已經(jīng)從模擬和邏輯電路設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向?qū)Ｓ玫膯纹瑱C(jī)模板或功能部件、接口電路以及輸入/輸出通道的設(shè)計(jì)、通用或?qū)Ｓ密浖绦虻拈_發(fā)。</p><p>　　2.2.1 智能化測(cè)量儀表的基本組成及其發(fā)展</p><p>　　以單片機(jī)為核心的智能化測(cè)量儀表的基本組成如圖2.1所示。單片機(jī)是儀表的主

47、體，對(duì)于小型儀表來說，單片機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)器已經(jīng)足夠；大型儀表要進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，或者要完成復(fù)雜的控制功能，其監(jiān)控程序較大，測(cè)量、處理的數(shù)據(jù)很多，這是需要在單片機(jī)外部擴(kuò)展片外存儲(chǔ)器，被測(cè)量的模擬信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換之后，通過輸入通道進(jìn)入單片機(jī)內(nèi)部；單片機(jī)根據(jù)由鍵盤置入的各種命令，或者送往打印機(jī)打印，或者經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后成為能夠完成某種控制的模擬電壓。通信接口的功能是通過接口總線與其他儀器儀表甚至計(jì)算機(jī)作遠(yuǎn)距離通信，以達(dá)到資源共享的目的。&l

48、t;/p><p>　　現(xiàn)在傳感器也正在受著微電子技術(shù)的影響，不斷發(fā)展變化。傳感器正朝著小型、固態(tài)、多功能和集成化的方向發(fā)展。有許多國家正致力于將微處理器與傳感器集成于一體，以構(gòu)成超小型、廉價(jià)的測(cè)量儀器的主體。</p><p>　　近20年來，由于微電子學(xué)的進(jìn)步以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用的日益廣泛，智能化測(cè)量控制儀表已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)展。從技術(shù)背景上來說，硬件集成電路的不斷發(fā)展和創(chuàng)新是一個(gè)重要因素，各種集成

49、電路芯片都在朝大規(guī)模、全CMOS化的方向發(fā)展。CMOS電路具有功耗低、工作溫度范圍寬的特點(diǎn)。一個(gè)全CMOS電路系統(tǒng)的功耗只是普通TTL系統(tǒng)功耗的1/10，采用這種CMOS芯片組成的智能化測(cè)量控制儀表可以采用干電池供電，從根本上解決了市電干擾的問題。同時(shí)還可以使儀器小型化，便于攜帶。</p><p>　　2.2.2 智能化測(cè)量儀表的設(shè)計(jì)方法</p><p>　　智能化測(cè)量控制儀表設(shè)計(jì)的主要內(nèi)

50、容通常包含硬件(連同單片機(jī)在內(nèi)的全部電子線路)、軟件(包括監(jiān)控管理程序及各種功能模塊)及儀表結(jié)構(gòu)工藝三大部分。設(shè)計(jì)者應(yīng)該熟悉要設(shè)計(jì)儀表的工作原理和技術(shù)性能，應(yīng)能對(duì)儀表的硬件部分獨(dú)立進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算；能夠根據(jù)該儀表的各項(xiàng)測(cè)量功能獨(dú)立進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)；還要能夠根據(jù)所設(shè)計(jì)的原理電路，綜合考慮儀表的性能和技術(shù)要求，合理地布置元器件，繪制出儀表的線路圖；最后，對(duì)所設(shè)計(jì)的儀表進(jìn)行總調(diào)，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤之處及時(shí)修正，直至所設(shè)計(jì)的智能化測(cè)量控制儀表達(dá)到預(yù)期的

51、要求。</p><p>　　在智能化測(cè)量控制儀表的設(shè)計(jì)研制過程中，要按儀表的功能把硬件和軟件分成若干個(gè)模塊，對(duì)各個(gè)模塊采用“自頂向下”的順序分別進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試，最后將各模塊連接起來進(jìn)行總調(diào)。首先要對(duì)智能化測(cè)量控制儀表進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。按儀表應(yīng)完成的任務(wù)確定其功能。</p><p>　　在智能化測(cè)量控制儀表中，單片機(jī)是核心，因此在硬件設(shè)計(jì)時(shí)首先要考慮單片機(jī)的選擇，然后再確定與之配套的外圍芯片。在

52、選擇單片機(jī)時(shí)，要考慮的因素有字長、尋址能力、指令功能、執(zhí)行速度、中斷能力以及市場(chǎng)對(duì)該種單片機(jī)的軟、硬件支持狀況等。</p><p>　　在充分考慮上述各種因素正確選擇了單片機(jī)之后，還要進(jìn)行輸入和輸出接口和其他功能組件的設(shè)計(jì)。輸入/輸出接口是智能化測(cè)量控制儀表與外部設(shè)備交換信息的通道，它包括A/D和D/A轉(zhuǎn)換接口、鍵盤顯示器接口、打印機(jī)接口以及各種通訊接口等。</p><p>　　軟件設(shè)計(jì)也

53、是智能化測(cè)量控制儀表的一個(gè)主要內(nèi)容。設(shè)計(jì)者不僅應(yīng)能熟練地進(jìn)行各種硬件電路設(shè)計(jì)，同時(shí)還必須掌握軟件的設(shè)計(jì)方法。通常的軟件設(shè)計(jì)方法是先畫出程序流程圖，然后根據(jù)流程圖寫出程序。常用的程序設(shè)計(jì)方法有模塊法、自頂向下設(shè)計(jì)法、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)三種。</p><p><b>　　3 系統(tǒng)方案論證</b></p><p><b>　　3.1 任務(wù)分析</b><

54、;/p><p>　　從設(shè)計(jì)任務(wù)及要求來看，整個(gè)設(shè)計(jì)要求我們完成一個(gè)智能紅外測(cè)溫計(jì)的設(shè)計(jì)。這個(gè)測(cè)溫計(jì)能夠通過按鍵來啟動(dòng)紅外測(cè)溫，之后需要將測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)送單片機(jī)處理，得到溫度值；這一溫度值又需要顯示并且語音播報(bào)出來，從而實(shí)現(xiàn)其智能化和人性化。從這一分析來看，整個(gè)系統(tǒng)需要這樣幾個(gè)功能模塊：單片機(jī)主控模塊、紅外測(cè)溫模塊、鍵盤顯示模塊以及語音輸出模塊。其中單片機(jī)機(jī)型的選擇至關(guān)重要，因?yàn)樗倪x擇關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜和難易程度。<

55、;/p><p><b>　　3.2 方案選擇</b></p><p>　　根據(jù)前面的任務(wù)分析，我們知道方案選擇的關(guān)鍵是單片機(jī)機(jī)型的選擇。目前市場(chǎng)上主流單片機(jī)是8位和16位的單片機(jī)，而且現(xiàn)在主要都是采用帶有閃存或其他功能的新型單片機(jī)，如8位的有美國Atmel公司的AT89C51、AT89S51等，PHLIPS公司的89C51RD2等等，16位的有臺(tái)灣凌陽科技研發(fā)的SPCE0

56、61A等，因而這里主要介紹兩種方案。</p><p><b>　　3.2.1 方案一</b></p><p>　　采用MCS-51系列單片機(jī)外接數(shù)字式紅外探頭進(jìn)行溫度的數(shù)字化采集，并將結(jié)果通過LED/LCD模塊顯示，并需要給其設(shè)計(jì)相應(yīng)的鍵盤電路和語音輸出電路。同樣也可以采用其它的8位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，方案結(jié)構(gòu)如圖 3.1所示。</p><p><

57、;b>　　3.2.2 方案二</b></p><p>　　采用SPCE061A單片機(jī)外接數(shù)字式紅外探頭進(jìn)行溫度的數(shù)字化采集，并通過內(nèi)部語音算法將結(jié)果播報(bào)出來。方案結(jié)構(gòu)如圖3.2所示。</p><p>　　比較方案一和方案二：方案一采用8位單片機(jī)，資源比較適中，但是如果需要實(shí)現(xiàn)語音功能則比較困難，擴(kuò)展電路比較復(fù)雜，而且還需要專用的仿真器；方案二采用SPCE061A單片機(jī)，該

58、16位單片機(jī)運(yùn)算能力強(qiáng)，操作簡單，而且?guī)в姓Z音功能，可以非常快捷地實(shí)現(xiàn)語音輸出功能，提高了集成度，并且能實(shí)現(xiàn)在線仿真、調(diào)試，帶來了諸多便利，所以最終選擇方案二。</p><p>　　系統(tǒng)的顯示方案有數(shù)碼管顯示和液晶顯示，本設(shè)計(jì)中我們采用數(shù)碼管來顯示。臺(tái)灣凌陽公司同時(shí)開發(fā)了很多功能模塊，可供我們選擇，為我們完成紅外測(cè)溫計(jì)的設(shè)計(jì)提供了很多便利。本設(shè)計(jì)中主要采用了其生產(chǎn)的61板、紅外測(cè)溫模塊和鍵盤顯示模塊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

59、如圖3.3所示。</p><p>　　3.3 系統(tǒng)工作原理</p><p>　　61板作為整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，負(fù)責(zé)控制啟動(dòng)溫度的測(cè)量、接受測(cè)量</p><p>　　數(shù)據(jù)、計(jì)算溫度值，并根據(jù)取得的鍵值控制播報(bào)顯示過程，同時(shí)通過音頻輸出通道播報(bào)溫度值；紅外測(cè)溫模塊負(fù)責(zé)溫度的測(cè)量、采集，并將采集數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)端口傳送到SPCE061A單片機(jī)；鍵盤顯示模塊控制按鍵操作和<

60、;/p><p>　　溫度的顯示。通過按鍵啟動(dòng)紅外測(cè)溫模塊，測(cè)量結(jié)束返回測(cè)量結(jié)果，待MCU運(yùn)算處理得出目標(biāo)溫度和環(huán)境溫度后將溫度對(duì)結(jié)果進(jìn)行語音播報(bào)。利用鍵盤可以控制測(cè)溫計(jì)的靈活性，按K1鍵，測(cè)量、播報(bào)和顯示目標(biāo)溫度與環(huán)境溫度；按K2鍵，僅測(cè)量、播報(bào)和顯示目標(biāo)溫度；按K3鍵，僅測(cè)量、播報(bào)和顯示環(huán)境溫度。系統(tǒng)功能框圖如圖3.4所示。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b

61、></p><p>　　該紅外測(cè)溫系統(tǒng)主要由SPCE061A精簡開發(fā)板（61板）、具有SPI接口的TN系列紅外測(cè)溫模塊、鍵盤顯示模塊以及電源和揚(yáng)聲器組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與連接圖如圖4.1所示。</p><p>　　該系統(tǒng)以16位單片機(jī)SPCE061A作為控制核心，由于紅外測(cè)溫模塊具有SPI接口，故可以直接與單片機(jī)的I/O口相連接，不需要信號(hào)放大及調(diào)理電路。鍵盤電路可以控制溫度的測(cè)量，并把測(cè)

62、得的溫度通過數(shù)碼管顯示出來。揚(yáng)聲器可以實(shí)現(xiàn)溫度的語言播報(bào)，超過設(shè)定值會(huì)自動(dòng)報(bào)警。電源模塊為整個(gè)系統(tǒng)提供電源，該電源模塊為三節(jié)五號(hào)電池及電池盒組成。</p><p><b>　　4.1 主控模塊</b></p><p>　　4.1.1 SPCE061A簡介</p><p>　　1 SPCE061A簡介</p><p>　　

63、SPCE061A 是繼µ’nSP?系列產(chǎn)品SPCE500A等之后凌陽科技推出的又一款16位結(jié)構(gòu)的微控制器。與SPCE500A不同的是，在存儲(chǔ)器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以及便于程序調(diào)試等功能，SPCE061A里只內(nèi)嵌32K字的閃存（FLASH）。較高的處理速度使µ’nSP?能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)。因此，與SPCE500A相比，以µ’nSP?為核心的SPCE061A微控制器是適用于數(shù)

64、字語音識(shí)別應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品的一種最經(jīng)濟(jì)的選擇。</p><p><b>　　2 部分性能簡介</b></p><p>　　◎ 工作電壓(CPU) VDD為2.4～3.6V (I/O) VDDH為2.4～5.5V</p><p>　　◎ CPU時(shí)鐘：0.32MHz～49.152MHz ；</p><p>　　◎ 可編程音頻處理

65、；</p><p><b>　　◎ 晶體振蕩器;</b></p><p>　　◎ 系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時(shí)鐘處于停止?fàn)顟B(tài))，耗電僅為2µA@3.6V；</p><p>　　◎ 2個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(可自動(dòng)預(yù)置初始計(jì)數(shù)值)；</p><p>　　◎ 2個(gè)10位DAC(數(shù)-模轉(zhuǎn)換)輸出通道；</p&g

66、t;<p>　　◎ 32位通用可編程輸入/輸出端口；</p><p>　　◎ 14個(gè)中斷源可來自定時(shí)器A / B，時(shí)基，2個(gè)外部時(shí)鐘源輸入，鍵喚醒；</p><p>　　◎ 具備觸鍵喚醒的功能；</p><p>　　◎ 使用凌陽音頻編碼SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容納210秒的語音數(shù)據(jù)；</p><p>　　◎

67、鎖相環(huán)PLL振蕩器提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)；</p><p>　　◎ 32768Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘；</p><p>　　◎ 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；</p><p>　　◎ 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(AGC)功能；</p><p>　　◎ 具備串行設(shè)備接口；</p>&l

68、t;p>　　◎ 具有低電壓復(fù)位(LVR)功能和低電壓監(jiān)測(cè)(LVD)功能；</p><p>　　◎ 內(nèi)置在線仿真電路ICE（In- Circuit Emulator）接口；</p><p><b>　　◎ 具有保密能力；</b></p><p>　　◎ 具有WatchDog功能。</p><p>　　4.1.2 SP

69、CE061A精簡開發(fā)板</p><p>　　SPCE061A精簡開發(fā)板（簡稱61板），是以凌陽16位單片機(jī)SPCE061A為核心的精簡開發(fā)－仿真－實(shí)驗(yàn)板，是“凌陽科技大學(xué)計(jì)劃”專為大學(xué)生、電子愛好者等進(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，也可作為單片機(jī)項(xiàng)目初期研發(fā)使用。</p><p>　　61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

70、部分和DAC音頻輸出部分）、復(fù)位電路等，采用電池供電，方便隨身攜帶。61板上有調(diào)試器接口（Probe接口）以及下載線（EZ_Probe）接口，分別可接凌陽科技的在線調(diào)試器、簡易下載線，配合unSP IDE，可方便地在板上實(shí)現(xiàn)程序的下載、在線仿真調(diào)試。</p><p>　　4.1.3 主控模塊電路</p><p>　　本系統(tǒng)以SPCE061A單片機(jī)為主控機(jī)，因而主控模塊實(shí)際上就是SPCE06

71、1A單片機(jī)的最小系統(tǒng)。最小系統(tǒng)主要包括SPCE061A芯片及其外圍的基本電路：晶振輸入電路（OSC）、鎖相環(huán)電路（PLL）、復(fù)位電路（RESET）、指示燈（LED）等，這些電路都做在61板中。主控模塊電路如圖4.2所示。</p><p>　　4.2 電源和音頻輸出電路</p><p>　　4.2.1 電源電路</p><p>　　SPCE061A的內(nèi)核供電為3.3V

72、，而I/O端口可接3.3V也可以接5V，所以在電源模塊（61板上）有個(gè)電源選擇跳線J5，本系統(tǒng)需要的端口高電平為3.3V，跳線在1、2上，電源電路如圖4.3所示。</p><p>　　4.2.2 音頻輸出電路</p><p>　　SPCE061A內(nèi)置2路10位精度的DAC，只需要外接功放電路即可完成語音的播報(bào)。圖4.4是音頻輸出電路圖，可以直接接揚(yáng)聲器輸出聲音。圖中的SPY0030也是凌陽

73、公司的產(chǎn)品，何LM386相比，它還具有下列優(yōu)勢(shì)：LM386工作電壓需要4V以上，SPY0030僅需2.4V即可工作；LM386輸出功率100mW以下，SPY0030約700mW。</p><p>　　4.3 紅外測(cè)溫模塊</p><p>　　紅外測(cè)溫模塊采用非接觸測(cè)溫手段，解決了傳統(tǒng)測(cè)溫中需要接觸的問題，具有回應(yīng)速度快、測(cè)量精度高、測(cè)量范圍廣以及可同時(shí)測(cè)量目標(biāo)溫度和環(huán)境溫度的特點(diǎn)。測(cè)量回應(yīng)

74、時(shí)間大約為0.5s，而且，它具備SPI接口，可以很方便地與MCU傳輸數(shù)據(jù)。紅外測(cè)溫模塊參數(shù)如表4.1所示。</p><p>　　表4.1 紅外測(cè)溫模塊的參數(shù)</p><p>　　4.3.1 紅外測(cè)溫模塊的引腳介紹</p><p>　　紅外測(cè)溫模塊的引腳圖如圖4.5所示，</p><p>　　其中： V為電源電壓引腳VCC，VCC一般為3V到5

75、V之間的電壓，一般取VCC為3.3V；</p><p>　　D為數(shù)據(jù)接收引腳，沒有數(shù)據(jù)接收時(shí)D為高電平；</p><p>　　C為2KHz Clock輸出引腳；</p><p><b>　　G為接地引腳；</b></p><p>　　A為測(cè)溫啟動(dòng)信號(hào)引腳，低電平有效。</p><p>　　4.3.

76、2 紅外測(cè)溫模塊時(shí)序圖</p><p>　　紅外測(cè)溫模塊的時(shí)序圖如圖4.6所示，為SPI數(shù)據(jù)格式，在CLOCK的下降沿接收數(shù)據(jù)，一次溫度測(cè)量需接收5個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，這五個(gè)字節(jié)中：Item為0x4c表示測(cè)量目標(biāo)溫度，為0x66表示測(cè)量環(huán)境溫度；MSB為接收溫度的高八位數(shù)據(jù)；LSB為接收溫度的低八位數(shù)據(jù)；Sum為驗(yàn)證碼，接收正確時(shí)Sum=Item+MSB+LSB；CR為結(jié)束標(biāo)志，當(dāng)CR為0x0dH時(shí)表示完成一次溫度數(shù)據(jù)

77、接收。 </p><p>　　接收5個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，這五個(gè)字節(jié)中：Item為0x4c表示測(cè)量目標(biāo)溫度，為0x66表示測(cè)量環(huán)境溫度；MSB為接收溫度的高八位數(shù)據(jù)；LSB為接收溫度的低八位數(shù)據(jù)；Sum為驗(yàn)證碼，接收正確時(shí)Sum=Item+MSB+LSB；CR為結(jié)束標(biāo)志，當(dāng)CR為0x0dH時(shí)表示完成一次溫度數(shù)據(jù)接收。</p><p>　　一幀數(shù)據(jù)包括5個(gè)Byte，每個(gè)Byte代表含義如下： <

78、;/p><p>　　Item： “L”(4CH): 代表此幀為目標(biāo)溫度 </p><p>　　“f”(66H): 代表此幀為環(huán)境溫度 </p><p>　　MSB： 8 bit Data Msb </p><p>　　LSB： 8 bit Data Lsb </p><p>　　Sum： Item+MSB+LS

79、B=SUM </p><p>　　CR： 0DH,結(jié)束碼 </p><p>　　4.3.3 紅外測(cè)溫模塊溫度值的計(jì)算</p><p>　　無論測(cè)量環(huán)境溫度還是目標(biāo)溫度，只要檢測(cè)到Item為0x4cH或0x66H同時(shí)檢測(cè)到CR為0x0dH，它們的溫度的計(jì)算方法都相同。計(jì)算公式為 ：</p><p>　　溫度 = Temp/16 – 273

80、.15 （4-1）</p><p>　　其中Temp為十進(jìn)制， 而測(cè)量結(jié)果為16進(jìn)制，把它直接轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制即可。比如MSB為0x14H，LSB為0x2aH，測(cè)量結(jié)果為0x142aH，十進(jìn)制表示為5162，則測(cè)得溫度值為5162/16-273.15=49.475℃。</p><p>　　4.4 鍵盤顯示模塊</p><p>　　4.4

81、.1 鍵盤顯示電路</p><p>　　本設(shè)計(jì)中采用6位數(shù)碼管顯示，3個(gè)按鍵控制。整個(gè)電路我們采用凌陽公司的LED鍵盤顯示模塊。設(shè)計(jì)中用到的硬件電路如圖4.7所示。</p><p>　　4.4.2 模塊功能及接口說明</p><p>　　凌陽公司的LED鍵盤顯示模塊基本特性和主要功能如下：</p><p>　　1. LED鍵盤模塊采用DC5V

82、供電，也可以采用DC3.3V供電；</p><p>　　2. 擴(kuò)展了6位8段數(shù)碼管，顯示范圍為-99999～999999；</p><p>　　3. 8個(gè)發(fā)光二極管，可作為顯示狀態(tài)信息使用； </p><p>　　4. 8個(gè)按鍵，可以組成1×8鍵盤也可組成2×4鍵盤；</p><p>　　5. 一個(gè)電位器，可以提供0～5V

83、的模擬電壓信號(hào)或者0～3.3V的模擬電壓,與模組輸入的VDD有關(guān)。 </p><p>　　在本設(shè)計(jì)中只用到了三個(gè)按鍵和六位數(shù)碼管顯示，下面簡單介紹一下用到的相關(guān)器件：</p><p>　　1. ULN2003A </p><p>　　其內(nèi)部為三極管陣列，其IN腳相當(dāng)于三極管的B極，OUT較相當(dāng)于三極管的C極。若IN腳輸入高電平，對(duì)應(yīng)的OUT腳接地；IN腳輸入低電平，

84、對(duì)應(yīng)的OUT腳截止輸出。 圖中：IN1～I(xiàn)N7為輸入信號(hào)，OUT1～OUT7為輸出信號(hào)，輸入信號(hào)高電平有效。 </p><p>　　2. LG5621CH </p><p>　　共陰極2位數(shù)碼管。其中a～dp為數(shù)碼管的段信號(hào)，G1、G2為2位數(shù)碼管的位信號(hào)。段信號(hào)高有效，位信號(hào)低有效。</p><p>　　3. LG5643EH</p><p&g

85、t;　　共陰極4位數(shù)碼管。其中a～dp為數(shù)碼管的段信號(hào)，d1、d2為時(shí)鐘冒號(hào)的段信號(hào)；G1～G4為4位數(shù)碼管的位信號(hào)，G5為時(shí)鐘冒號(hào)的位信號(hào)。段信號(hào)高有效，位信號(hào)低有效。</p><p>　　設(shè)計(jì)中按鍵和顯示功能采用LED鍵盤模組實(shí)現(xiàn)，其中按鍵選擇1×8獨(dú)立按鍵，顯示采用6位8段數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，電路原理如圖4.7所示。圖中三極管的主要作用是用來放大驅(qū)動(dòng)電流，從而增加顯示亮度。在連接時(shí)要注意：按鍵公共端都

86、接VCC，在鍵盤模塊上注意把ROW1和ROW2用跳線短接起來。IOB口高八位連接8個(gè)按鍵的COL8～COL1，IOA口低八位控制數(shù)碼管的段信號(hào)，IOB的低八位分別控制數(shù)碼管的位信號(hào)、發(fā)光二極管的公共端和第4位數(shù)碼管后時(shí)鐘冒號(hào)D_DP的位信號(hào)，其中IOB的低六位控制位信號(hào)DIG1～DIG6，IOB6控制發(fā)光二極管的公共端（本方案中沒有用到發(fā)光二極管模塊），IOB7控制第4位數(shù)碼管后時(shí)鐘冒號(hào)D_DP的位信號(hào)，該信號(hào)低電平有效，配合時(shí)鐘冒號(hào)D

87、_DP的段信號(hào)就可以點(diǎn)亮或者熄滅時(shí)鐘冒號(hào)。</p><p>　　4.5 系統(tǒng)總體硬件電路圖</p><p>　　系統(tǒng)的總體硬件電路圖見附錄二。</p><p><b>　　5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　根據(jù)結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的要求，我們編程時(shí)采用模塊化和結(jié)構(gòu)化編程。根據(jù)這一要求以及系統(tǒng)的功能要求，軟件結(jié)構(gòu)主要

88、包含以下的程序模塊：主程序模塊、測(cè)溫程序模塊、播報(bào)顯示程序模塊以及中斷程序模塊。</p><p><b>　　5.1 主程序</b></p><p>　　主程序流程圖如圖5.1所示：初始化紅外測(cè)溫模塊，初始化鍵盤；進(jìn)入主程序循環(huán)，調(diào)用鍵盤掃描程序掃描鍵盤，根據(jù)鍵值散轉(zhuǎn)，進(jìn)行相應(yīng)的處理。</p><p><b>　　5.2 測(cè)溫程序&l

89、t;/b></p><p>　　主程序中，調(diào)用了測(cè)溫程序，其流程圖如圖5.2所示。程序中定義了一個(gè)返回變量，根據(jù)這個(gè)返回變量在主程序中可以根據(jù)該變量判斷是否測(cè)量到正確數(shù)據(jù)；調(diào)用啟動(dòng)測(cè)溫程序啟動(dòng)測(cè)溫；調(diào)用讀測(cè)量數(shù)據(jù)程序讀取測(cè)量數(shù)據(jù)；判斷第一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)是否為0x4c或0x66，也就是判斷是否測(cè)量到目標(biāo)溫度或環(huán)境溫度，是則依次取第二個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)和第三個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，如果第五個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)為0x0d，則在證明讀到正確數(shù)據(jù)，根

90、據(jù)溫度計(jì)算公式計(jì)算溫度值，并給返回變量賦0，表明已經(jīng)讀到正確的溫度值；否則直接返回。</p><p>　　5.3 播報(bào)顯示程序</p><p>　　該系統(tǒng)采用自動(dòng)播報(bào)方式，播報(bào)顯示程序流程圖如圖5.3所示，百位顯示在第二位數(shù)碼管，十位顯示在第三位數(shù)碼管，個(gè)位顯示在第四位數(shù)碼管，小數(shù)點(diǎn)后第一、二分別顯示在第五、六位數(shù)碼管。</p><p>　　5.4 中斷服務(wù)程序&l

91、t;/p><p>　　該系統(tǒng)中用到了兩個(gè)中斷，一個(gè)是FIQ中斷，在這個(gè)中斷里調(diào)用F_FIQ_Service_SACM_S480函數(shù)進(jìn)行語音解碼播報(bào)；另一個(gè)是用到的中斷是IRQ4_4KHz，用于刷新顯示。FIQ中斷服務(wù)程序流程圖和IRQ4中斷服務(wù)程序流程圖分別如圖5.4和圖5.5所示。</p><p><b>　　5.5 軟件結(jié)構(gòu)</b></p><p&

92、gt;　　因?yàn)橄到y(tǒng)的硬件并不復(fù)雜，而且集成度較高，因而很多功能都需要軟件編程來實(shí)現(xiàn)，所以系統(tǒng)中涉及的軟件程序較多，需要很多實(shí)現(xiàn)獨(dú)立功能 的子程序。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖如圖5.6所示，圖中可以看出各文件之間的調(diào)用關(guān)系。</p><p>　　各函數(shù)及其功能如下：</p><p>　　TNDriverUser.c文件里包含了TN_IR_GetData函數(shù)合一個(gè)延時(shí)函數(shù)，TN_IR_GetData函數(shù)的

93、功能是讀取測(cè)量結(jié)果并計(jì)算溫度值。這是一個(gè)用戶端函數(shù)，直接調(diào)用TN_IR_GetData函數(shù)就可以得到測(cè)量數(shù)據(jù)。</p><p>　　TNRFDriver.asm文件是底層驅(qū)動(dòng)文件，包含了紅外模塊初始化函數(shù)TN_InitalIO、紅外模塊啟動(dòng)函數(shù)TN_IRACK_EN和讀測(cè)量數(shù)據(jù)函數(shù)TN_ReadData；其中TN_InitalIO函數(shù)主要進(jìn)行控制口初始化，TN_IRACK</p><p>

94、　　_EN函數(shù)用來啟動(dòng)測(cè)溫，TN_ReadData函數(shù)用來讀取測(cè)量數(shù)據(jù)。</p><p>　　PlayData.c文件里包含PlaySnd_Auto自動(dòng)播放語音函數(shù)和F_TempplayAndShow溫度值顯示播報(bào)函數(shù)，在主函數(shù)里直接調(diào)用F_TempplayAndShow就可以播放并且顯示已經(jīng)計(jì)算好的溫度值。</p><p>　　Key.c是一個(gè)鍵盤底層驅(qū)動(dòng)文件，包含鍵盤控制端口初始化函數(shù)

95、Key_Init和鍵盤掃描函數(shù)KeyScan函數(shù)。</p><p>　　Dig.asm是數(shù)碼管底層驅(qū)動(dòng)文件，包含數(shù)碼管控制端口初始化函數(shù)DIG_Init，設(shè)置數(shù)碼管的某一位的顯示內(nèi)容函數(shù)DIG_Set，設(shè)置所有數(shù)碼管的顯示內(nèi)容函數(shù)DIG_SetAll，獲取某一位數(shù)碼管的顯示內(nèi)容函數(shù)DIG_Get，獲取所有數(shù)碼管顯示內(nèi)容函數(shù)DIG_GetAll，數(shù)碼管顯示函數(shù)DIG_Drive，停止數(shù)碼管顯示函數(shù)DIG_Off和恢

96、復(fù)數(shù)碼管顯示函數(shù) DIG_On。</p><p>　　isr.asm文件里定義了各個(gè)中斷函數(shù)，其中在_FIQ中斷服務(wù)函數(shù)里調(diào)</p><p>　　用F_FIQ_Service_SACM_S480函數(shù)播放語音，在_IRQ4的4KHz中斷里調(diào)用數(shù)碼管顯示函數(shù)DIG_Drive實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)刷新顯示。</p><p>　　main.c文件里包含了main()一個(gè)函數(shù)，

97、函數(shù)調(diào)用鍵盤掃描程序掃描鍵盤，根據(jù)返回的鍵值，調(diào)用TN_IR_GetData得到測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算成溫度值后進(jìn)行播放并顯示。</p><p><b>　　6 抗干擾技術(shù)</b></p><p>　　6.1 單片機(jī)抗干擾技術(shù)概述</p><p>　　單片機(jī)廣泛應(yīng)用于各種儀器儀表中，構(gòu)成智能儀器，從而使儀器儀表的性能得到極大改善，但是單片機(jī)抗干擾措施不

98、解決,其它工作也是白費(fèi)勁。要解決單片機(jī)抗干擾措施,必須先找出干擾源,然后采用單片機(jī)軟、硬件技術(shù)來解決。</p><p>　　6.1.1 干擾的來源和后果</p><p>　　干擾是以脈沖的形式進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)，其主要的渠道有三條，即空間干擾，供電系統(tǒng)干擾，過程通道干擾。空間干擾多發(fā)生在高電壓、大電流、高頻電磁場(chǎng)附近，并通過靜電感應(yīng)，電磁感應(yīng)等方式侵入系統(tǒng)內(nèi)部；供電系統(tǒng)干擾以電源的噪聲干擾引起

99、的；過程通道干擾是干擾通過前向通道和后向通道進(jìn)入系統(tǒng)。干擾源主要來自外部電源、內(nèi)部電源、印制板自身干擾、空中、周圍電磁場(chǎng)干擾、外部干擾通過I/O口輸入等。干擾一般沿各種線路侵入系統(tǒng)。系統(tǒng)接地裝置不可靠，也是產(chǎn)生干擾的重要原因；各類傳感器，輸入輸出線路的絕緣損壞均有可能引入干擾。干擾產(chǎn)生的后果：</p><p>　　1. 數(shù)據(jù)采集誤差的加大</p><p>　　當(dāng)干擾侵入單片機(jī)系統(tǒng)的前向通道

100、疊加在信號(hào)上，會(huì)使數(shù)據(jù)采集誤差增大，特別是前向通道的傳感器接口是小電壓信號(hào)輸入時(shí)，此現(xiàn)象會(huì)更加嚴(yán)重。</p><p><b>　　2. 程序運(yùn)行失常</b></p><p>　　(1) 控制狀態(tài)失靈</p><p>　　在單片機(jī)系統(tǒng)中，由于干擾的加入使輸出誤差加大，造成邏輯狀態(tài)改變，最終導(dǎo)致控制失常。</p><p>&

101、lt;b>　　(2) 死機(jī)</b></p><p>　　在單片機(jī)系統(tǒng)受強(qiáng)干擾后，造成程序計(jì)數(shù)器PC值的改變，破壞程序正常運(yùn)行。</p><p>　　3. 系統(tǒng)被控對(duì)象誤操作</p><p>　　(1) 單片機(jī)內(nèi)部程序指針錯(cuò)亂，指向了其它地方，運(yùn)行了錯(cuò)誤的程序；</p><p>　　(2) RAM中的某些數(shù)據(jù)被沖亂或者特殊寄存

102、器的值被改變，使程序計(jì)算出錯(cuò)誤的結(jié)果。</p><p>　　(3) 中斷誤觸發(fā)，使系統(tǒng)進(jìn)行錯(cuò)誤的中斷處理。</p><p>　　4. 被控對(duì)象狀態(tài)不穩(wěn)定</p><p>　　鎖存電路與被控對(duì)象間的線路(包括驅(qū)動(dòng)電路)受干擾，從而造成被控對(duì)象狀態(tài)不穩(wěn)定。</p><p><b>　　5. 定時(shí)不準(zhǔn)</b></p>

103、;<p>　　(1) 單片機(jī)內(nèi)部程序指針錯(cuò)亂，使中斷程序運(yùn)行超出定時(shí)時(shí)間；</p><p>　　(2) RAM中計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)被沖亂，使程序計(jì)算出錯(cuò)誤的結(jié)果。</p><p><b>　　6. 數(shù)據(jù)發(fā)生變化</b></p><p>　　在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，由于外部RAM是可讀寫的，在干擾的侵入下，RAM中數(shù)據(jù)有可能發(fā)生改變，雖然ROM能

104、避免干擾破壞，但單片機(jī)片內(nèi)RAM以及片內(nèi)各種特殊功能寄存器等狀態(tài)都有可能受干擾而變化，甚至EEROM中的數(shù)據(jù)也可能誤讀寫，使程序計(jì)算出錯(cuò)誤的結(jié)果。</p><p>　　針對(duì)上述干擾源，我們可以從硬件和軟件上采取措施來減少干擾。</p><p>　　6.1.2 硬件抗干擾技術(shù)</p><p><b>　　1. 供電系統(tǒng)</b></p>

105、<p>　　(1) 防止從電源系統(tǒng)引入干擾，可采取交流穩(wěn)壓器保證供電的穩(wěn)定性，防止電源的過壓和欠壓。使用隔離變壓器濾掉高頻噪聲，低通濾波器濾掉工頻干擾。</p><p>　　(2) 采用開關(guān)電源并提供足夠的功率余量，主機(jī)部分使用單獨(dú)的穩(wěn)壓電路，必要時(shí)輸入，輸出供電分別采用DC-DC模塊隔離，以避免各個(gè)部分相互干擾。</p><p>　　2. 注意印制電路板的布線與工藝<

106、/p><p>　　(1) 盡量采用多層印制電路板，多層板可提供良好的接地網(wǎng)，可防止產(chǎn)生地電位差和元件之間的耦合。</p><p>　　(2) 印制電路板要合理分區(qū)。模擬電路區(qū)、數(shù)字電路區(qū)、功率驅(qū)動(dòng)區(qū)要盡量分開，地線不能相混，分別和電源端的地線相連。</p><p>　　(3) 元件面和焊接面應(yīng)采用相互垂直、斜交、或者彎曲走線，避免相互平行以減小寄生耦合：避免相鄰導(dǎo)線平行

107、段過長；加大信號(hào)線間距。高頻電路互聯(lián)導(dǎo)線盡量短，使用45°或者圓弧折線布線，不要使用90°折線，以減小高頻信號(hào)的發(fā)射。</p><p>　　(4) 印制電路板要按單點(diǎn)接電、單點(diǎn)心接地的原則送電。三個(gè)區(qū)域的電源線、地線分三路引出。地線、電源線要盡量粗，噪聲元件與非噪聲元件要盡量離遠(yuǎn)一些。時(shí)鐘振蕩電路、特殊高速邏輯電路部分用地線圈起來，讓周圍電場(chǎng)趨近于零。</p><p>

108、　　(5) 使用滿足系統(tǒng)要求的最低頻率的時(shí)鐘，時(shí)鐘產(chǎn)生器要盡量靠近用到該時(shí)鐘的器件。石英晶體振蕩器外殼要接地，時(shí)鐘線盡量短，時(shí)鐘線要遠(yuǎn)離I/O線，在石英晶體振蕩器下面要加大接地的面積而不應(yīng)該走其它信號(hào)線。</p><p>　　(6) I/O驅(qū)動(dòng)器件、功率放大器件盡量靠近印制板的邊、靠近引出接插件。重要的信號(hào)線盡量短并要盡量粗，并在兩側(cè)加上保護(hù)地。將信號(hào)通過扁平電纜引出時(shí)，要使用地線—信號(hào)—地線相間的結(jié)構(gòu)。<

109、/p><p>　　(7) 原則上每個(gè)IC元件要加一個(gè)0.01—0.1µF去耦電容，布線時(shí)去耦電容應(yīng)盡量靠近IC的電源腳和接地腳。要選高頻特性好的獨(dú)石電容或瓷片電容作去耦電容。去耦電容焊在印制電路板上時(shí)，引腳要盡量短。</p><p>　　(8) 閑置不用的IC管腳不要懸空以避免干擾引入。不用的運(yùn)算放大器正輸入端接地，負(fù)輸入端接輸出。單片機(jī)不用的I/O口定義成輸出。單片機(jī)上有一個(gè)以上電

110、源、接地端，每個(gè)都要接上，不要懸空。</p><p>　　3. 輸入輸出干擾的抑制</p><p>　　(1) 輸入、輸出信號(hào)加光電耦合器隔離，可以將主機(jī)部分和前向、后向通道及其它部分切斷電路的聯(lián)系，可有效的防止干擾進(jìn)入主機(jī)系統(tǒng)。</p><p>　　(2) 雙絞線傳輸和終端阻抗匹配</p><p>　　在數(shù)字信號(hào)的長線傳輸時(shí)利用雙絞線，可對(duì)

111、噪聲干擾有較好的抑制效果?？膳c光電耦合器聯(lián)合使用或者使用平衡輸入接收器和輸出的驅(qū)動(dòng)器。在發(fā)送和接收信號(hào)端必須有末端電阻，雙絞線應(yīng)該阻抗匹配。</p><p><b>　　4. 屏蔽</b></p><p>　　對(duì)容易產(chǎn)生干擾和被干擾的部件使用金屬盒進(jìn)行屏蔽以使干擾電磁波短路接地。</p><p>　　5. 提高器件的驅(qū)動(dòng)能力</p>

112、<p>　　一般1個(gè)TTL可推動(dòng)8個(gè)TTL或10多個(gè)CMOS，而一個(gè)CMOS可推動(dòng)1-2個(gè)TTL或20多個(gè)CMOS。如果輸出負(fù)載過重，會(huì)降低輸出電平，使電平處于或低于被驅(qū)動(dòng)器件的輸入門檻電平，從而造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。</p><p>　　6. 提高元器件的可靠性</p><p>　　(1) 選用質(zhì)量好的電子元件并進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試、篩選和老化。</p><p>

113、;　　(2) 設(shè)計(jì)時(shí)元件技術(shù)參數(shù)要有一定的余量。</p><p>　　(3) 提高印制板和組裝的質(zhì)量。</p><p>　　6.1.3 軟件抗干擾技術(shù)</p><p>　　硬件抗干擾措施往往并不能完全消除干擾，單片機(jī)系統(tǒng)仍會(huì)受到侵害，軟件抗干擾技術(shù)可進(jìn)一步減小各種干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。目前軟件抗干擾技術(shù)有多種：常用的有指令冗余、設(shè)置陷阱、軟件“看門狗”技術(shù)、輸入多