单片机的温度播报系统设计
【摘要】单片机控制系统指的是以单片机芯片作为控制器并结合其他必要功能模块的角色而实现的一种能够实现测量、报警、显示等功能的自动控制系统，它的出现和普及大大改变了人们的生活方式，因此本次毕业设计将以单片机控制系统作为研究对象，设计了一款能够实现温度测量、报警以及真人语音播报等功能的温度播报等功能的电子系统。在硬件系统上使用了目前在大学教学和市场上最受欢迎的51单片机作为控制器芯片，在其片外配置了ADT7410以及SC8035语音芯片等功能模块；在软件上通过C语言编写了程序代码，并通过Keil软件环境进行了程序代码的优化和编译。在硬件系统和软件系统都设计完毕后，对这款控制系统进行了大量的测试和优化，在测试过程中系统表现出了非常高的稳定性和使用价值，非常适合进行大量生产并逐步取代相关产品。
目录
目录 4
一、 引言 1
（一） 课题的发展背景 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 1
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 温度播报系统的硬件结构框图设计 3
（二） AT89C51单片机简要介绍 3
（三） ADT7410温度传感器介绍 4
（四） LCD1602液晶显示器介绍 5
（五） SC8035语音芯片电路设计 6
三、 硬件系统设计 8
（一） AT89C51单片机最小系统设计 8
1. 复位电路设计 8
2. 时钟电路设计 8
（二） ADT7410温度传感器电路设计 9
（三） 液晶显示器电路设计 9
（四） SC8035语音芯片电路设计 10
（五） 蜂鸣器电路设计 10
四、 软件系统设计 12
（一） 温度播报系统的软件工作流程设计 12
（二） ADT7410温度传感器工作流程设计 13
（三） 液晶显示器工作流程设计 14
（四） 语音芯片驱动流程设计 15
五、 Proteus软件仿真 16
总 结 19
参考文献 20
致
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
谢 21
附录一 原理图 22
附录二 元件列表 23
附录三 源程序 24
引言
课题的发展背景
温度播报器控制系统就是指一种内部嵌入单片机等微处理器作为主控芯片，在单片机片外搭配语音播报模块、高精度温度传感器、高精度液晶屏、按键、报警器以及某些无线收发模块，这些系统所表现出的特点往往是以单片机作为核心部分，在软件上以SPI、IIC或者串口等一些典型接口进行相互之间数据收发。本课题将要设计的这种温度播报器控制系统主要为了完成对温度的快速高精度检测并且通过语音播报芯片进行温度播报等功能，能够实现这种功能的系统或者机械结构在很早以前就已经出现了，较早期的温度播报器系统在组成上以机械结构占据主要部分，在功能的实现上也主要是以机械结构来实现的，随着电子技术逐渐发展后，设计者将一些简易的电子功能融入到传统温度播报器系统中，虽然这些功能在实现难度上非常容易，但是诸如语音播报以及无线发送测温结果等功能的加入，使得传统温度播报器系统更加具有实用性。
国内外发展现状
温度播报器控制系统在我国的研究起步期相对较晚，其开始时间大约可以追溯到二十世纪初，当时单片机控制系统在国内飞速普及后，使得国内一些技术从业人员开始将目光对准了将单片机系统嵌入到温度播报器控制系统内部，国内的相关技术人员不断从国外一些先进的成熟系统中进行学习，在此基础上能够实现一些简单的开环控制系统，但是对于温度播报器系统的复杂控制，相对于当时国外一些发达国家还有一定的差距。目前国内外对于温度播报器控制系统的研究仍旧处于一种热情的状态，由于微处理器技术不断发展，这在很大程度上不断促进温度播报器系统向前发展，得益于微处理器的处理速度、处理性能、生产成本以及稳定性的逐渐提升，使得温度播报器系统也在不断提高其性价比。
本文主要研究内容
在对温度播报控制系统的发展背景以及国内外的研究现状进行了简要的介绍后，下面对本文的结构安排进行阐述，以便于更加清晰的对本系统的设计过程进行展现。论文的第一部分是引言部分节，该部分节主要对温度播报控制系统的发展背景等进行了介绍，并通过对设计现状的对比确立了本系统的设计目标；在接下来的第二部分，将对系统的总体设计方案进行设计，包括对几种常用控制器的对比，并对所要使用的元器件进行了简要介绍；在对主控器件以及外围元器件进行确立后，第三部分将对硬件系统进行设计，通过Altium designer绘制了相关模块的电路原理图从而进行设计思路的讲解；硬件系统设计完毕后，第四部分开始对系统的软件部分进行设计，并通过Visio软件绘制了相应的软件流程图。
本课题主要实现以下功能：
1、能够实现温度的实时测量。
2、通过语音芯片实现温度值真人语音播报。
3、能够通过按键设置温度。
4、具有显示功能。
方案选择及元器件介绍
温度播报系统的硬件结构框图设计
本部分开始进行温度播报控制系统的硬件系统设计，主要涉及到对单片机最小系统的搭建以及外围其他模块的电路配置等，并最终将各个模块进行连接，使其形成一个信号传递有序并能够稳定工作的系统。下图的系统原理框图首先对本系统的各个模块进行分割，将其以一个个独立模块的形式呈现出来，通过箭头朝向表达了各模块之间的工作关系以及模块之间的连接关系等，下面对各模块的作用进行简要讲解。
首先需要说明的是51单片机芯片、复位电路以及时钟电路三个模块，这三个模块的有机组合构成了温度播报控制系统的单片机最小系统，之所以称为最小系统，是因为笔者消耗了很少的器件就使得51单片机能够正常工作（下文将对单片机最小系统进行详细讲解）；按键模块是为了实现报警温度的设置，该模块主要由机械按键组成；温度检测部分由ADT7410温度传感器来完成，检测结果将通过数字信号传送给51单片机进行处理；报警模块用于实现当温度超过报警温度时发出蜂鸣式报警声音，主要由MOS管以及有源蜂鸣器来构成；语音芯片模块选用了SC8035高清晰度真人语音芯片，实现对温度值的真人语音播报效果，喇叭用于实现电声转换。液晶显示模块采用了LCD1602屏幕，通过这款具有32个字符显示能力的液晶屏对系统中的相关参数进行呈现。
图1 原理框图设计
AT89C51单片机简要介绍
下图所示的芯片就是本系统将要使用到的AT89C51单片机芯片，这款单片机是一款历史较为悠久的8位控制器（所谓8位则是指其内部CPU在处理一次数据时，能够同时对八位二进制数据进行处理），在数据处理能力上，虽然相对于现在的16位以及32位单片机来说，其处理速度相差甚远，但是它的内部结构以及处理稳定度还是很值得肯定的。
下面对这款单片机的内部资源以及处理性能进行简要介绍，首先需要着重介绍是AT89C51单片机的代码存储能力，这款单片机采用了FLASH作为代码存储介质，因此属于一种较为典型的FLASH型器件，用户能够通过简单的下载线缆进行快速地程序代码烧写（下载），无需专用的复杂设备。其内部的FLASH模块具有4K字节的空间，即有足够的能力来存放中小型控制系统的程序代码，不需要配置另外的程序代码存放芯片；AT89C51单片机的另一个存储设备是RAM，这种结构的存储设备对于数据的存储是临时性的，但是AT89C51内部CPU对它的数据读写速度是FLASH的数十倍，因此许多频繁使用到的数据要存放到RAM中，RAM的大小也直接影响到单片机的数据处理速度，AT89C51芯片中集成的RAM大小为512字节，相对于其他一些低端单片机来说，它的空间大小具有足够的优势。
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一、 引言 1
（一） 课题的发展背景 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 1
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 温度播报系统的硬件结构框图设计 3
（二） AT89C51单片机简要介绍 3
（三） ADT7410温度传感器介绍 4
（四） LCD1602液晶显示器介绍 5
（五） SC8035语音芯片电路设计 6
三、 硬件系统设计 8
（一） AT89C51单片机最小系统设计 8
1. 复位电路设计 8
2. 时钟电路设计 8
（二） ADT7410温度传感器电路设计 9
（三） 液晶显示器电路设计 9
（四） SC8035语音芯片电路设计 10
（五） 蜂鸣器电路设计 10
四、 软件系统设计 12
（一） 温度播报系统的软件工作流程设计 12
（二） ADT7410温度传感器工作流程设计 13
（三） 液晶显示器工作流程设计 14
（四） 语音芯片驱动流程设计 15
五、 Proteus软件仿真 16
总 结 19
参考文献 20
致
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
谢 21
附录一 原理图 22
附录二 元件列表 23
附录三 源程序 24
引言
课题的发展背景
温度播报器控制系统就是指一种内部嵌入单片机等微处理器作为主控芯片，在单片机片外搭配语音播报模块、高精度温度传感器、高精度液晶屏、按键、报警器以及某些无线收发模块，这些系统所表现出的特点往往是以单片机作为核心部分，在软件上以SPI、IIC或者串口等一些典型接口进行相互之间数据收发。本课题将要设计的这种温度播报器控制系统主要为了完成对温度的快速高精度检测并且通过语音播报芯片进行温度播报等功能，能够实现这种功能的系统或者机械结构在很早以前就已经出现了，较早期的温度播报器系统在组成上以机械结构占据主要部分，在功能的实现上也主要是以机械结构来实现的，随着电子技术逐渐发展后，设计者将一些简易的电子功能融入到传统温度播报器系统中，虽然这些功能在实现难度上非常容易，但是诸如语音播报以及无线发送测温结果等功能的加入，使得传统温度播报器系统更加具有实用性。
国内外发展现状
温度播报器控制系统在我国的研究起步期相对较晚，其开始时间大约可以追溯到二十世纪初，当时单片机控制系统在国内飞速普及后，使得国内一些技术从业人员开始将目光对准了将单片机系统嵌入到温度播报器控制系统内部，国内的相关技术人员不断从国外一些先进的成熟系统中进行学习，在此基础上能够实现一些简单的开环控制系统，但是对于温度播报器系统的复杂控制，相对于当时国外一些发达国家还有一定的差距。目前国内外对于温度播报器控制系统的研究仍旧处于一种热情的状态，由于微处理器技术不断发展，这在很大程度上不断促进温度播报器系统向前发展，得益于微处理器的处理速度、处理性能、生产成本以及稳定性的逐渐提升，使得温度播报器系统也在不断提高其性价比。
本文主要研究内容
在对温度播报控制系统的发展背景以及国内外的研究现状进行了简要的介绍后，下面对本文的结构安排进行阐述，以便于更加清晰的对本系统的设计过程进行展现。论文的第一部分是引言部分节，该部分节主要对温度播报控制系统的发展背景等进行了介绍，并通过对设计现状的对比确立了本系统的设计目标；在接下来的第二部分，将对系统的总体设计方案进行设计，包括对几种常用控制器的对比，并对所要使用的元器件进行了简要介绍；在对主控器件以及外围元器件进行确立后，第三部分将对硬件系统进行设计，通过Altium designer绘制了相关模块的电路原理图从而进行设计思路的讲解；硬件系统设计完毕后，第四部分开始对系统的软件部分进行设计，并通过Visio软件绘制了相应的软件流程图。
本课题主要实现以下功能：
1、能够实现温度的实时测量。
2、通过语音芯片实现温度值真人语音播报。
3、能够通过按键设置温度。
4、具有显示功能。
方案选择及元器件介绍
温度播报系统的硬件结构框图设计
本部分开始进行温度播报控制系统的硬件系统设计，主要涉及到对单片机最小系统的搭建以及外围其他模块的电路配置等，并最终将各个模块进行连接，使其形成一个信号传递有序并能够稳定工作的系统。下图的系统原理框图首先对本系统的各个模块进行分割，将其以一个个独立模块的形式呈现出来，通过箭头朝向表达了各模块之间的工作关系以及模块之间的连接关系等，下面对各模块的作用进行简要讲解。
首先需要说明的是51单片机芯片、复位电路以及时钟电路三个模块，这三个模块的有机组合构成了温度播报控制系统的单片机最小系统，之所以称为最小系统，是因为笔者消耗了很少的器件就使得51单片机能够正常工作（下文将对单片机最小系统进行详细讲解）；按键模块是为了实现报警温度的设置，该模块主要由机械按键组成；温度检测部分由ADT7410温度传感器来完成，检测结果将通过数字信号传送给51单片机进行处理；报警模块用于实现当温度超过报警温度时发出蜂鸣式报警声音，主要由MOS管以及有源蜂鸣器来构成；语音芯片模块选用了SC8035高清晰度真人语音芯片，实现对温度值的真人语音播报效果，喇叭用于实现电声转换。液晶显示模块采用了LCD1602屏幕，通过这款具有32个字符显示能力的液晶屏对系统中的相关参数进行呈现。
图1 原理框图设计
AT89C51单片机简要介绍
下图所示的芯片就是本系统将要使用到的AT89C51单片机芯片，这款单片机是一款历史较为悠久的8位控制器（所谓8位则是指其内部CPU在处理一次数据时，能够同时对八位二进制数据进行处理），在数据处理能力上，虽然相对于现在的16位以及32位单片机来说，其处理速度相差甚远，但是它的内部结构以及处理稳定度还是很值得肯定的。
下面对这款单片机的内部资源以及处理性能进行简要介绍，首先需要着重介绍是AT89C51单片机的代码存储能力，这款单片机采用了FLASH作为代码存储介质，因此属于一种较为典型的FLASH型器件，用户能够通过简单的下载线缆进行快速地程序代码烧写（下载），无需专用的复杂设备。其内部的FLASH模块具有4K字节的空间，即有足够的能力来存放中小型控制系统的程序代码，不需要配置另外的程序代码存放芯片；AT89C51单片机的另一个存储设备是RAM，这种结构的存储设备对于数据的存储是临时性的，但是AT89C51内部CPU对它的数据读写速度是FLASH的数十倍，因此许多频繁使用到的数据要存放到RAM中，RAM的大小也直接影响到单片机的数据处理速度，AT89C51芯片中集成的RAM大小为512字节，相对于其他一些低端单片机来说，它的空间大小具有足够的优势。
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