毕业设计基于单片机的语音报温系统设计.docx

资源描述

毕业设计基于单片机的语音报温系统设计.docx

《毕业设计基于单片机的语音报温系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计基于单片机的语音报温系统设计.docx（38页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

毕业设计基于单片机的语音报温系统设计.docx

毕业设计基于单片机的语音报温系统设计

摘要

随着单片机控制系统的迅速发展，用单片机来控制温度的问题已越来越受人们的关注。

各种该类别的系统与产品也层出不穷的出现在工业、水利、安检、旅游等各个生产和民用行业措施方面。

现如今，高品质的单片机器件为语音测温系统的设计与发展提供了便利的条件，具有极其广阔的发展空间。

基于单片机的语音报温系统的研究是基于对温度传感器、A/D转换、单片机、语音芯片及显示系统的综合应用。

本课题欲研究开发一小型基于单片机的语音报温系统，方便人们在多种环境下对温度的检测和应用。

关键词：

温度传感器A/D转换语音系统单片机实时时钟

文档由全能交通旅游搜索引擎专家达达搜分享

达达搜简介：

达达搜作为新一代的交通搜索引擎，首创结合三网合一（海、陆、空）的出行搜索方式，实现对全球路径的搜索和导航、对票价、里程、历时的比较和排序，旨在为用户提供不仅是优惠的更是即时真实的、方便快捷的出行方式，同时提供酒店、旅游等配套服务，达到出行各方面的需求。

现在的互联网上有着海量的出行、旅游、票务信息，我们去哪儿，乘飞机、火车、巴士或轮船等，就分别上哪个网站，没有一个检索的工具和一站式的服务；全国有超过十万多个海陆空交通旅行票务问讯电话，乘巴士、火车、飞机或轮船就分别拨打相关问讯，没有一个统一的客服（这个客服不仅仅是全国某个交通工具的统一，而是海陆空全部的统一）。

这就是我们出行面临的各种问题。

有没有解决问题的办法或你只需按一下鼠标或电话，其余的交给我们呢？

达达搜可以搜索国内所有城市及海外主要城市间的任意两点之间的所有海陆空到达方式，配套了国内外电子机票订购、火车票余票查询和订购、全国几乎所有长途巴士的全部路径查询和主要城市巴士电子客票订购。

达达搜董事长刘友常说，海陆空客服中心也推出在即。

达达搜要做的，是打造行业的专业的垂直的实时动态的全球交通搜索引擎和全程一站式的服务。

无论您在哪里？

是直达或是换乘、是国内还是国外，在出发地都能拿到海陆空全程电子客票。

这种服务不仅可以在网上实施也可拨打客服完成。

方便所有旅客出行，节约时间成本和人力成本。

达达交通搜索引擎将颠覆人们的出行方式，带给我们的将是一个全新便捷的出行体验和行业垂直搜索的革命！

去哪儿？

上——达达搜！

ABSTRACT

Withthequickdevelopmentofthesinge-chipmicrocomputercontrolsystem,theproblemthatusesaSCMtocontrolthetemperaturearealreadypaidattentiontobypeoplemoreandmore.Variousemergencethatthesystemandproductofthecategoryalsopilesuponeafteranothereachproducewiththeprofessionmeasureaspectintheindustry,thewaterconservancy,thesafetycheck,thetourandthepublic...etc.Nowaday,thehigh-qualitySCMpartsofanapparatusprovidestheconditionoftheconvenienceforthedesignanddevelopmentthatthespeechtemperature'smeasuringsystem,havinganextremelybroadspacefordevelopment.

Temperaturebasedonsinglechipvoicemessagesystemofthestudyisbasedontemperaturesensor,A/Dconverter,microcontroller,voicechipsandthedisplaysystemofintegratedapplications.Forresearchanddevelopmentofthisissueforasmalltemperaturebasedonsinglechipvoicemessagesystem,convenientforpeopleinavarietyofenvironmentsandapplicationsonthetemperatureofthetest.

Keywords:

TemperatureSensorA/DConverterVoiceSystemSCM，

RealTimeClock

参考文献30

致谢31

第一章绪论

1.1引言

近年来，随着工业生产及人民生活水平的逐步提高，高效与安全越来越被人们所重视。

生产方面，测温系统广泛应用于在仓库储存报温，电机工作温度报警，机车安全系统，地质勘测温度检测等多种安全系统中，起到了不可或缺的作用。

生活中，测温系统更广泛的应用于住宅家居、商场市场、办公会议等场所的防火防电报警，水温、气温、保温控制等。

语音测温系统的开发与研究是近几年新兴的科研成果及应用，它的语音报警大量满足了工业安全生产和人民日常生活的及时性、可靠性与普及性。

1.2语音测温系统的发展状况

经社会调查得知了许多语音芯片及传感器和单片机之间的系统设计与应用。

例如，多通道红外温度报警系统曾应用于抗非典时期的各个交通部门，确保了我国的交通运输在特殊情况下的正常运作；分布式光纤温度传感系统是近几年发展起来的一种用于实时测量空间温度场分布的高新技术，他能够连续测量光纤沿线所在处的温度，测量距离在几公里的范围，空间定位精度达到米的数量级，能够进行不间断的自动测量，特别适用于需要大范围多点测量的应用场合，曾应用于监测三峡大坝混凝土温度场对大坝进行温度控制，减小坝体温度梯度，防止裂缝，确保了大坝安全。

同时，各种语音芯片的产品也层出不穷，电子语音万年历，电子语音保温杯，电力系统开关柜语音报警系统等等。

可见，测温系统与语音播报系统的综合应用有着极为广泛的发展前景，并能够在工业生产，生活学习，旅游交通等各个方面发挥着重要的作用。

1.3论文的研究目的和内容

本题目是设计一个基于单片机的语音报温系统，用以对一个温度范围进行安全控制（温度范围的确定可通过修改程序来实现），精度为摄氏度，误差为±℃，要具有较好的快速性与准确性，具有十进制数显示所测量温度及语音报警等功能。

例如，水温在45摄氏度到75摄氏度之间为正常，当温度低于45摄氏度时语音报温“温度过低”并用显示器显示具体数值，当温度高于75摄氏度时报温“温度过高”并显示具体数值。

为增强设计的多元化和实用性，另增加一电子日历时钟系统，用以24小时制显示年、月、日、时、分、秒等。

第二章系统设计各部分理论基础

2.1温度传感器部分

温度传感器的发展·

温度传感器，使用范围广，数量多，居各种传感器之首。

温度传感器的发展大致经历了以下3个阶段：

1.传统的分立式温度传感器（含敏感元件）——热电偶传感器，主要是能够进行非电量和电量之间转换。

热电偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种温度传感器，它与被测对象直接接触，不受中间介质的影响，具有较高的精度；测量范围广，可从-50～1600℃进行连续测量,特殊的热电偶如金铁——镍铬，最低可测到-269℃，钨——铼最高可达2800℃。

2.模拟集成温度传感器/控制器。

集成传感器是采用硅半导体集成工艺制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。

模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出等功能。

模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。

它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器，典型产品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。

模拟集成温度控制器主要包括温控开关、可编程温度控制器，典型产品有LM56、AD22105和MAX6509。

某些增强型集成温度控制器（例如TC652/653）中还包含了A/D转换器以及固化好的程序，这与智能温度传感器有某些相似之处。

但它自成系统，工作时并不受微处理器的控制，这是二者的主要区别。

3.智能温度传感器。

目前，国际上新型温度传感器正从模拟式想数字式、集成化向智能化及网络化的方向发展。

智能温度传感器（亦称数字温度传感器）是在20世纪90年代中期问世的。

它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ATE_）的结晶。

目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。

智能温度传感器内部包含温度传感器、A/D传感器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路。

有的产品还带多路选择器、中央控制器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。

智能温度传感器能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU），并且可通过软件来实现测试功能，即智能化取决于软件的开发水平。

目前，国际上新型传感器正冲模拟式向数字式、从集成化向智能化的方向发展。

智能化集成温度传感器于20世纪90年代中期问世以来，正在国内外迅速推广应用。

集成温度传感器

集成温度传感器实质上是一种半导体集成电路，它是利用晶体管的b-e结压降的不饱和值V与热力学温度T和通过发射极电流I的下述关系实现对温度的检测：

（）

式中，K—波尔兹常数；q—电子电荷绝对值。

集成温度传感器具有线性好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便等优点，得到广泛应用。

集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。

电压输出型的灵敏度一般为10mV/K，温度0℃时输出为0，温度25℃V。

电流输出型的灵敏度一般为1mA/K。

2.2信号放大及模数转换部分

2.2.1放大器

能够把微弱的信号放大的电路叫做放大电路或放大器。

放大器有交流放大器和直流放大器。

交流放大器又可按频率分为低频、中频和高频；按输出信号强弱分成电压放大、功率放大等。

此外还有用集成运算放大器和特殊晶体管作器件的放大器。

它是电子电路中最复杂多变的电路。

集成运算放大器是一种把多级直流放大器做在一个集成片上，只要在外部接少量元件就能完成各种功能的器件。

因为它早期是用在模拟计算机中做加法器、乘法器用的，所以叫做运算放大器。

它有十多个引脚，一般都用有3个端子的三角形符号表示。

它有两个输入端、1个输出端，上面的输入端叫做反相输入端，用“-”作标记，下面的叫同相输入端，用“+”作标记。

．集成运算放大器可以完成加、减、乘、除、微分、积分等多种模拟运算，也可以接成交流或直流放大器应用。

2.2.2转换器

A/D转换器是将模拟量转换为数字量的器件，这个模拟量泛指电压、电阻、电流、时间等参量，但在一般情况下，模拟量是指电压而言的。

A/D转换器常用以下几项技术指标来评价其质量水平：

1.分辨率与量化误差

分辨率是衡量A/D转换器分辨输入模拟量最小变化程度的技术指标。

A/D转换器的分辨率取决于A/D转换器的位数，所以习惯上以输出二进制数或BCD码数的位数来表示。

量化误差是由于A/D转换器有限长数字量对输入模拟量进行离散取样（量化）而引起的误差，其大小在理论上为一个单位，所以量化误差和分辨率是统一的，即提高分辨率可以减小量化误差。

2.转换精度

转换精度反映了一个实际A/D转换器与一个理想A/D转换器在量化值上的差值，用绝对误差或相对误差来表示。

转换精度指标有时以综合误差指标的表达方式给出，有时又以分项误差指标的表达方式给出。

通常给出的分项误差有：

偏移误差、满刻度误差、非线性误差、微分非线性误差等。

3.转换速率

转换速率是指A/D转换器在每秒钟内所能完成的转换次数。

这个指标也可表述为转换时间，即A/D转换从启动到结束所需的时间，两者互为倒数。

4.满刻度范围

满刻度范围是指A/D转换器所允许最大的输入电压范围。

如（0～5）V，（0～10）V，（-5～+5）V等。

2.3单片机部分

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

其主要特性为：

图89C51管脚

·8031CPU与MCS-51兼容

·4K字节可编程FLASH存储器（寿命：

1000写/擦循环）

·全静态工作：

0Hz-24KHz

·三级程序存储器保密锁定

·128*8位内部RAM

·32条可编程I/O线

·两个16位定时器/计数器

·6个中断源

·可编程串行通道

·低功耗的闲置和掉电模式

·片内振荡器和时钟电路

2.4语音录放系统部分

ISD1420是美国ISD公司出品的优质单片20s语音录放芯片，内电路由振荡器、语音存储单元、前置放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、输出放大器等组成。

一个最小的录放系统仅由一个话筒、一个扬声器、两个按键、一个电源及少数阻容元件便可组成。

它采用直接模拟存储技术（DASTTM）将录音内容存入永久性存储单元FEPROM存储器，提供零功率信息存储；不仅语音质量好，而且断电后，语音信息可永久保持。

主要特性

•使用简单的单片录放音电路

•高保真语音/音频处理

•开关接口放音可以是脉冲触发或电平触发

•录放周期为16和20秒

•自动功率节约模式

—当一个录音或放音周期结束后自动进入掉电状态

—掉电状态的典型电流为uA

•零功率存储

—不需要电池备份电路

•处理复杂信息可使用地址操作

•100年信息保存典型

•片上时钟

•不需要编程器和开发系统

•+5V供电

•提供裸片DIPSOIC封装

•提供工业级别温度型号-40到85摄氏度

图ISD1420内部结构

功能描述

1、语音质量

ISD1420系列提供K和K取样频率，用户可以根据语音质量加以选择。

取样的语音直接存储到片内的不挥发存储器内部，不需要数字化和压缩的其它手段。

直接模拟存储能提供真实自然的语音、音乐、声音，不象其它的固态数字录音质量要受到影响。

2、录放音时间

ISD1420能提供16秒和20秒的录放音时间。

3、FEPROM存储

ISD1420的ChipCorder技术使用片上不挥发存储器，断电后信息可以持续保存100年。

器件可以重复录制10万次。

4、基本操作

ISD1420ChipCorder系列由一个单录音信号REC实现录音操作，两个放音信号其中的一个实现放音操作，PLAYE（触发放音），PLAYL（电平放音）。

ISD1420可以配置成单一信息的应用。

如果使用地址线也可以用于复杂信息的处理。

5、自动掉电模式

在录音或放音操作的结束，ISD1420将自动进入低功率等待模式，消耗0.5uA电流。

在放音操作中，当信息结束时器件自动进入掉电模式；在录音操作中，REC信号释放变为高电平时器件进入掉电模式。

6、寻址（可选）

作为处理单一信息的补充，ISD1420提供了全地址的寻址功能。

2.4.3管脚描述

图ISD1420管脚

1、电源输入VCCA、VCCD

ISD1420内部的模拟电路和数字电路使用不同的电源回路以减小噪声的干扰，这些电源回路通过不同的引脚引出。

2、地输入VSSA、VSSD

同VCCA，VCCD类似，ISD1420内部模拟地和数子地也使用不同的回路。

3、录音REC

REC输入是低电平有效录音信号。

当REC为低时开始录音。

在录音过程中REC必须保持为低电平。

REC信号优先于放音信号（PLAYE和PLAYL）。

如果在放音过程中REC被拉低，放音将立即终止，录音开始。

当REC变高或内部存储器已录满信息，录音操作结束。

录制完毕后，在结束处会记录一个结束标志，这样在分段放音时会结束放音。

当REC变高后，器件会自动进入掉电模式。

注：

REC信号将被延迟50ms防止开关抖动引起重复触发。

4、PLAYE触发放音

当此管脚上检测到低电平跳变时，将开始放音操作，遇到结束标志（EOM）或存储器的尾部放音将停止。

结束放音后，器件自动进入掉电等待模式。

在放音过程中将PLAYE变高不会终止当前的放音操作。

5、PLAYL电平放音

当此管脚的信号由高变为0时，将开始放音操作。

PLAYL变为高电平，遇到结束标志（EOM）或存储器的尾部放音将停止。

结束放音后，器件自动进入掉电等待模式。

注：

在放音中，如果遇到结束标志或到达存储器尾部，如PLAYL或PLAYE保持为低电平，器件仍将进入掉电等待模式，内部时钟和时序停止。

但是，PLAYE和PLAYL的上升沿没有防抖动延迟，任何下降时序（特别是开关抖动）将会引起另外一次的放音。

6、录音LED输出（RECLED）

当处于录音操作时，RECLED输出为低电平。

它可以驱动一个LED显示表明现在正处于录音状态。

另外，在放音中，如果遇到结束标志（EOM），RECLED将输出一个短的低脉冲。

7、麦克输入MIC

麦克输入将信号传送到前置放大器，增益由自动增益电路（AGC）控制，增益在-15dB到24dB。

外部的麦克必须是AC耦合，通过一个电容连接到该脚。

电容的数值和该管脚器件内部的电阻（10K）决定ISD1420输入的低频截止频率。

8、麦克基准（MICREF）

MICREF是麦克前置放大的反向输入。

当器件使用该输入脚并以差分形式连接到麦克时，能减低噪声和实现共模抑制。

9、自动增益控制（AGC）

AGC动态调整前置放大器的增益，能在一个很宽的范围内适应麦克的输入电平。

AGC电路能以很小的失真记录宽范围的声音，例如从很低的声音到很高的声音。

AGC的起控时间由电路内部的一个5K电阻，和一个外部连接的电容（连接在AGC管脚和和模拟地VSSA之间）决定，释放时间由外部的电阻和电容决定二者并联连接在AGC管脚和VSSA模拟地之间。

在大多数应用中，470K欧姆和4.7uF的取值能较好的满足需要。

10、模拟输出（ANAOUT）

此管脚为用户提供前置放大器的输出。

前置放大器的电压增益由AGC管脚上的电平决定。

11、模拟输入（ANAIN）

ANAIN将输入的信号传送到录音电路。

对于麦克输入，ANAOUT脚必须通过外部电容连接到ANAIN脚。

这个电容的数值与ANAIN内部的3.0K欧姆的输入电阻能提供又一个音频带宽的低频截止频率。

如果输入信号来自麦克以外，可以通过电容直接耦合到ANAIN管脚。

12、外部时钟输入（XCLK）

ISD1420系列的外部时钟输入管脚内部设有下拉电阻。

ISD1420在出厂时配置成使用内部时钟，能保证最小的录放音时间。

以ISD1420来讲，在参数规定的范围内使用能保证20秒的录放音时间。

在商业级温度范围内和规定的操作电压范围内，取样时钟有±2.25%的变化，但能保证规定最小的录放音时间。

对于一些器件，实际的录放音时间可能会比通常的录放音时间要多。

13、喇叭输出（SP+，SP-）

SP+和SP-能直接驱动低至10欧姆的喇叭。

也可以使用单输出，但需要注意：

对于直接驱动发声装置，使用两个反极性的输出的功率是使用单输出功率的4倍。

另外，同时使用SP+和SP-可以不使用喇叭的耦合电容。

对于使用单个输出，必须在SP+和喇叭之间接一个耦合电容。

在录音状态中，两个喇叭输出为高阻状态；在掉电模式中保持为VSSA。

14、地址输入（A0-A7）

根据A6、A7的电平不同，电路可以进入两种不同的工作模式：

地址模式和操作模式。

如果A7、A6至少有一位为低电平，则电路认为A0-A7全部为地址位，A0-A7的数值将作为本次录音或放音操作的起始地址。

A0-A7全部为纯输入引脚，不会像操作模式中A0-A7还可能输出内部地址信息。

输入的A0-A7的信息在PALYE，PLAYL或REC的下降沿被电路锁存到内部使用。

操作模式

ISD1420内部具备有多种操作模式，并能以最少的元件实现较多的功能，下面将详细描述。

操作模式的选择使用是使用地址管脚来实现，但实际的地址在ISD1420的有效地址外部。

当地址的最高两位A7、A6为高电平时，其余的地址位将被成为状态标志位而不再是地址位。

因此操作模式和寻址模式不能兼容，也就是说不能同时使用。

在使用操作模式时必须注意两点。

第一，所有的操作开始于地址0，也就是ISD1420的起始地址。

以后的操作根据操作模式的不同可以从其它地址开始。

另外，在操作模式中当A4=1，从录音变换到放音而不是从放音到录音，器件地址指针复位到0。

第二，操作模式的执行必须是A7、A6为高电平，在PALYL，PLAYE或REC变为低电平时开始执行。

当前的操作模式将一致有效，直到下一次的控制信号变低，并取样地址线上的信息开始新的操作。

操作模式描述：

可以使用微处理器来控制操作模式，也可以直接使用直接连线来实现需要的功能。

A0–信息检索

信息检索允许用户在内容跳转浏览，而不必关系每个信息的实际物理位置。

每个控制信号的低电平脉冲将内部地址指针转移到下一个信息位置。

这种模式只能在放音中使用，通常与A4操作同时应用。

A1–删除EOM结尾标志

A1操作模式允许多次记录的信息组合成一个信息，结束标志只出现在最后录制信息的结尾。

当配置成这种模式后，多次录制的信息在放音时会形成连续的信息。

A2–没有使用

A3–循环播放

A3操作模式能够实现自动连续的信息播放，播放的信息处于的地址空间的开始。

如果一个信息充满了ISD1420，则用循环模式可以从头到尾连续的播放。

PALYE脉冲可以启动播放，PLAYL脉冲可以结束播放。

A4–连续寻址

在通常的操作中，当放音操作遇到结尾标志（EOM）时，地址指针将复原到0。

A4操作模式将禁止地址指针的复位，允许信息能连续录制和播放。

当电路处于静止状态，不是处于录音或放音状态，即可的设置该脚为低电平将复位地址指针。

A5–没有使用

毕业设计 基于单片机的语音报温系统设计.docx

毕业设计基于单片机的语音报温系统设计.docx