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1、本 科 毕 业（设计）论 文（二八 届）题 目： 基于61单片机的温度采集系统设计 分院系部： 专 业： 电子信息工程 姓 名： 导师姓名： 导师职称： 二八 年 六 月基于61单片机的的温度采集系统设计（）摘 要：随着微处理器和大规模集成电路的发展及其在测试技术方面的广泛应用，仪器设备的智能化已成为自动化技术发展方向。数据采集与温度检测的自动化将取代传统的方法。本文采用16位单片机SPCE061A为微处理器，制作了温度采集器。该设计的采集精度为0.001，采集范围受制于传感器的测温范围，传感器的测温范围为-55+150；操作方便、简单。系统采用电流型温度传感器AD590和集成运放OP07设计
2、了温度采集模块，采用扬声器或者是液晶显示器SPLC501作为显示采集结果的显示模块，本系统可实现对数据的采集和播报，经过生产加工将成为日常生活中的比温度计更有趣的检测温度的器件，在生产时可在里面加入不同的音乐以增加此器件的趣味性。关键词：SPCE061A，温度采集，液晶显示，语音播报Temperator Acquisition System Design based on the 61 SCMRongRong Bai(Dept. of Computer and Information Science, Southwest Forestry College, Kunming, Yunan, 65
3、0224, China) Abstract: With microprocessors and large-scale integrated circuits in the development and testing the wider use of technology, equipment has become the intelligent automation technology development direction. Temperature data acquisition and testing of automation will replace traditiona
4、l methods.In this paper, a 16-bit microcontrollers SPCE061A for microprocessors, produced a temperature of the collector. The design of the collection for the accuracy of 0.001 , the scope of acquisition subject to the temperature of the sensor, the temperature sensor range of -55 - +150 ; easy to o
5、perate, simple. Current systems use temperature sensors and integrated transport AD590-OP07 design temperature acquisition module, using loudspeakers or LCD display SPLC501 as a result of the acquisition modules, the system can achieve the data collection and reporting, through production and proces
6、sing will become a day-to-day Life of the thermometer is more interesting than the temperature detection devices, could be in production by adding different inside the music to increase this devices interesting.Key words: SPCE061A, Temperature, LCD, Voice broadcast目 录1前言11.1国内外发展现状11.2本文的主要研究内容22系统的
7、组成及工作原理32.1系统的设计要求及技术指标32.2系统功能分析32.3系统组成框图33系统硬件电路的设计53.1方案论证和比较53.1.1单片机选择5A.SPCE061A单片机简介53.1.2温度数据采集模块73.1.3A/D转换部分83.1.4数字显示部分93.2温度采集电路103.2.1温度采集电路工作原理103.2.2AD590电流输出型集成温度传感器113.3微处理器MCU153.4模/数转换ADC173.5LCD显示电路设计183.6电源电路214系统软件设计234.1语言的选择234.2设计总体框图234.3系统子程序的设计284.3.1A/D转换子程序284.3.2语音播放子
8、程序285结论305.1实现功能305.2不完善之处305.3改进意见305.4心得体会31参考文献32指导教师简介33致 谢34附 录351 前言1.1 国内外发展现状随着现代生活水平的提高，自动化技术也在不断发展，与此同时，电子技术与自动化控制理论也紧密结合，此时我们可以把严谨的自动化科学领域和现代化生活有效的结合起来，让现代化生活更有趣，该系统的语音功能就突出了这一特点。设计的目的和意义：本设计应用性比较强，设计系统可以作为温度监控系统，如果稍微改装可以作热水器温度调节系统、实验室温度监控系统等诸多温度采集系统。课题主要任务是完成环境温度检测，利用单片机实现温度调节并且显示温度数据。设计
9、后的系统具有操作方便，控制灵活等优点。随着“信息时代”的到来，作为获取信息的手段，传感器技术得到了显著的进步，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本文利用单片机结合传感器技术而开发设计了这一温度监控系统。文中传感器理论和单片机实际应用有机结合，详细地讲述了利用热电阻作为温度传感器探测环境温度的过程，以及实现热电转换的原理过程。单片机是
10、将微处理器、存储器、定时/计数器、I/O接口电路等集成在一个芯片上的大规模集成电路，本身即是一个小型化的微机系统。单片机技术与传感器测量技术、信号与系统分析技术、电路设计技术、可编程逻辑应用技术、微机接口技术、数据库技术以及数据结构、计算机操作系统、汇编语言程序设计、高级语言程序设计、软件工程、数据网络通信、数字信号处理、自动控制、误差分析、仪器仪表结构设计和制造工艺等的结合，使得单片机的应用非常广泛。同时，单片机具有较强的管理功能。采用单片机对整个测量电路进行管理和控制，使得整个系统智能化、功耗低、使用电子元件较少、内部配线少、成本低，制造、安装、调试及维修方便。国内外发展概况：随着计算机技
11、术的发展和在控制系统中的广泛应用，以及设备向小型化、智能化发展，作为高新技术之一的单片机以其体积小、功能强、价格低廉、使用灵活等优势，显示出了很强的生命力。进入21世纪以来，开发推出单片机的公司很多，各种高性能单片机芯片市场也异常活跃，新技术的不断采用，更加使单片机的种类、性能以及应用领域不断扩大和提高。台湾凌阳科技公司最近推出了一种新型16位单片机SPCE061A。该单片机的问世，使得16位单片机的科技含量及应用跃上一个新的台阶。单片机在国内的三大领域中应用得十分广泛：第一是家用电器业，例如全自动洗衣机、智能玩具；第二是通讯业，包括电话、手机和BP机等等；第三是仪器仪表和计算机外设制造，例如
12、软盘、硬盘、收银机、电表。除了上述传统领域外，汽车、电子工业在国外也是单片机应用十分广泛的一个领域。它成本低、集成度高、功耗低、控制功能多，能灵活的组装成各种智能控制装置，由它构成的智能仪表解决了长期以来测量仪器中的误差的修正、线性处理等问题。自从1976年Intel公司推出第一批单片机以来，80年代单片机技术进入快速发展时期，近年来，随着大规模集成电路的发展，单片机继续朝快速、高性能方向发展，从4位、8位单片机发展到16位、32位单片机。单片机主要用于控制，它的应用领域遍及各行各业，大到航天飞机，小至日常生活中的冰箱、彩电，单片机都可以大显其能。1.2 本文的主要研究内容本系统研发主要包括了
13、系统硬件和系统软件的设计。硬件的设计主要包括了各个功能模块的方案论证和电路设计，PCB板设计和制作，各模块的硬件电路调试和总体调试。软件的设计主要包括主程序，LCD显示，温度采集、语音播报等子程序编制。本系统针对的是-50+150的测温范围，温度显示精度为0.001；根据此项技术指标，硬件设计工作主要包括了：掌握温度传感器、LCD液晶显示屏幕、放大器等器件的工作原理，并由此设计具体的硬件电路；在软件方面则是利用单片机组成控温系统，编程实现温度数据采集及实现显示的功能。本系统以SPCE061A单片机为微处理器，利用传感器与单片机组成测温系统，检测当前温度并通过单片机实现对采集到的温度数据进行A/
14、D转换，并通过扬声器播报温度，或通过LCD液晶显示。2 系统的组成及工作原理2.1 系统的设计要求及技术指标本次毕业设计所研制系统的设计要求和技术指标：1.该系统需要自动对温度进行采集，并对采集到的数据进行显示；2.数据的采集精度要求为0.001；3.控温范围为-55+150；2.2 系统功能分析根据研制系统的要求和技术指标，在分析整个系统的组成的基础上，采用了单片机作为系统的控制核心，主要实现有两个基本功能，一是对温度数据的采集，另一个是对采集到的温度值的显示。在实现第一个功能时，通过温度传感器AD590采集温度模拟信号，经过OP07放大后进而由A/D转换器转换为数字信号。实现第二个功能主要
15、是通过单片机将转换出的数字信号经过扬声器播报出来。2.3 系统组成框图根据上文所述的各个功能模块，系统硬件组成分为以下几个部分：控制核心部分、温度数据采集部分、显示部分。其中温度数据采集部分又包括有信号前端的采集、信号放大和信号模数转换三个方面，其中61单片机自带了10路A/D转换通道，所以这里可以省去信号模数转换电路。系统原理框图如图2.1所示： 图2.1 系统组成框图通过系统组成框图可以看出系统的各个模块及其模块间的关系。按照本课题的设计要求分析组成框图：启动系统后，首先由温度传感器AD590采集数据，经过转换后，由61单片机送到扬声器播报结果。其中61单片机作为整个系统的MCU，温度数据
16、采集可实现本次设计的基本功能之一，同时扬声器连接并实现了采集部分的直观化。3 系统硬件电路的设计由于控制过程中各项功能是由几个基本的电路实现的，即采样电路、放大电路、显示电路组成。所以在综合考虑了本设计的基本要求及系统各项功能实现情况后，在一些具体模块中提出几个对比参考方案和功能进行讨论，以实现设计的合理化，最小成本化和实用化。3.1 方案论证和比较3.1.1 单片机选择智能化仪器仪表中单片机的选择原则：1.字长与速度；2.单片机的功能与内部资源；3.开发工具和技术支持状况；4.性能价格比；利用凌阳已有的液晶显示模组和SPCE061A板本身强大的语音播报功能，并配有K9F1208外部存储器，声
17、貌并重不仅可以实现，也可以利用软件擦除存储器来实现动态存储，更重要的是，它的价格将会永远低于3080元。A. SPCE061A单片机简介SPCE061A是凌阳科技开发的采用nSP内核的16位结构的微控制器，SPCE061A里内嵌32K字的闪存FLASH ROM。较高的处理速度使nSP能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号。因此，以nSP为核心的SPCE061A微控制器也适用于数字语音识别应用领域。 SPCE061A在2.6V3.6V工作电压范围内的工作速度范围为0.32MHz49.152MHz，较高的工作速度使其应用领域更加拓宽。2K字SRAM和32K字闪存ROM仅占一页存储空间，32位可编
18、程的多功能I/O端口；两个16位定时器/计数器；32768Hz实时时钟；低电压复位/监测功能；8通道10位模-数转换输入功能并具有内置自动增益控制功能的麦克风输入方式；双通道10位DAC方式的音频输出功能。SPCE061A是数字声音和语音识别产品的一种最经济的应用。主要性能如下：16位mnSP微处理器；工作电压：VDD为2.43.6V(cpu), VDDH为2.45.5V(I/O)；CPU时钟：32768Hz49.152MHz ；内置2K字SRAM、内置32K FLASH；可编程音频处理；32位通用可编程输入/输出端口；32768Hz实时时钟，锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号；2个16位可编
19、程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)；2个10位DAC(数-模转换)输出通道；7通道10位电压模-数转换器(ADC)和单通道语音模-数转换器；声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器自动增益控制(AGC)功能；系统处于备用状态下(时钟处于停止状态)耗电小于2mA3.6V；14个中断源：定时器A / B，2个外部时钟源输入，时基，键唤醒等；具备触键唤醒的功能；使用凌阳音频编码SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容纳210秒的语音数据；具备异步、同步串行设备接口；具有低电压复位(LVR)功能和低电压监测(LVD)功能；内置在线仿真电路接口ICE（In- Circuit Emulator
20、）；具有保密能力；具有WatchDog功能（由具体型号决定）其外围电路如图3.1所示： 图3.1 SPCE061A外围电路其具体管脚说明，在后面有介绍。3.1.2 温度数据采集模块从系统要求分析，要求对温度和与温度有关的参量进行检测，应该考虑用热电阻传感器。按照热电阻的性质可以分为半导体热电阻和金属热电阻两大类，前者通常称为热敏电阻，后者称为热电阻。方案1：采用热敏电阻，这种电阻是利用对温度敏感的半导体材料制成，其阻值随温度变化有明显的改变。负温度系数热敏电阻器通常是由锰、钴的氧化物烧制成半导体陶瓷制成，其特点是，在工作温度范围内电阻阻值随温度的升高而降低。可满足4090测量范围，但热敏电阻精
21、度、重复性、可靠性较差，不适用于检测小于1的信号；而且线性度很差，不能直接用于A/D转换，应该用软件或硬件对其进行线性度补偿。方案2：采用温度传感器铂电阻pt1000.铂热电阻的物理化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测温原件，且此原件线性较好。在0100时，最大非线性偏差小于0.5。铂电阻与温度的关系是：Rt=R0(1+At+Btt) （3-1）其中Rt是温度为t摄氏度时的电阻，R0是温度为0摄氏度时的电阻，t为任意温度值，A、B为温度系数。但其成本太贵，不适合做普通设计。方案3：采用集成温度传感器，如常用的AD590和LM35。AD590是电流型温度传感器。这种器件以电流作为输
22、出量指示温度，其典型的电流温度灵敏度是1uA/K。它是二端器件，使用非常方便，作为一种高阻电流源，它不需要严格考虑传输线上的电压信号损失和噪声干扰问题，因此特别适合作为远距离测量或控制用。另外，AD590也特别适用于多点温度测量系统，而不必考虑选择开关或CMOS多路转换开关所引起的附加电阻造成的误差。由于采用了一种独特的电路结构，并利用最新的薄膜电阻激光微调计数校准，使得AD590具有很高的精度。并且应用电路简单，便于设计。方案选择：选择方案3。理由：电路简单稳定可靠、无需调试，与A/D连接方便。3.1.3 A/D转换部分模数转换器是一种将连续的模拟量转换成离散的数字量的一种电路或器件。模拟信
23、号转换为数字信号一般需要经过采样保持和量化编码两个过程。针对不同的采样对象，有不同的A/D转换器（ADC）可供选择，其中有通用的也有专用的。有些ADC还包含有其他功能，在选择ADC器件时需要考虑多种因素，除了关键参数、分辨率和转换速度以外，还应考虑其他因素，如静态与动态精度、数据接口类型、控制接口与定时、采样保持性能、基本要求、校准能力、通道数量、功耗、使用环境要求、封装形式以及与软件有关的问题。ADC按功能划分，可以分为直接转换和非直接转换两大类，其中非直接转换又有逐次分级转换、积分式转换等类型。A/D转换器在实际应用时，除了要设计适当的采样/保持电路、基准电路和多路模拟开关等电路外，还应根
24、据实际选择的具体芯片进行输入模拟信号极性转换等设计。方案1：采用分级式转换器，这种转换采用两步或多步进行分辨率的闪烁式转换，进而快速地完成“模拟-数字”信号的转换，同时可以实现较高的分辨率。例如,在利用两步分级完成N位转换的过程中，首先完成M位的粗转换，然后使用精度至少为M位的数/模转换器（DAC）将此结果转换达到1/2的精度并且与输入信号比较。对此信号用一个K位转换器（K+MN）转换，最后将两个输出结果合并。方案2：采用双积分型A/D转换器，如ICL7135等。双积分型A/D转换器转换精度高，但是转换速度不太快，若用于温度测量，不能及时地反映当前的温度值，而且多数双积分型A/D转换器其输出端
25、都不是二进制码，而是直接驱动数码管的。所以，若直接将其输出端接I/O接口会给软件设计带来极大的不方便。方案3：采用逐次逼近式转换器，对于这种转换方式，通常是用一个比较器输入信号与作为基准的N位DAC输出进行比较，并执行N次1位转换。这种方法类似于天平上用二进制砝码称量物质。采用逐次逼近寄存器，输入信号仅与最高位（MSB）比较，确定DAC的最高位（DAC满量程的一半）。确定后结果（0或1）被锁存，同时加到DAC上，以决定DAC的输出（0或1/2）。逐次逼近型A/D转换器，如ADC0809、AD574等，其特点是转换速度快，精度也比较高，输出为二进制码，直接接I/O口，软件设计方便。ADC0809
26、芯片内包含8位模/数转换器、8通道多路转换器微控制器兼容的控制逻辑。8通道多路转换器能直接连同8个单端输入信号中的任何一个。由于ADC0809设计时考虑到若干种模/数转换技术的优点，所以该芯片非常适合于过程控制、微控制器输入通道的结合口电路、只能仪器和机床控制等应用场合，并且价格低廉，降低设计成本。方案选择：选择方案3。理由：用61单片机采样速度快，配合温度传感应用方便，成本低，在SPCE061A芯片内部的ADC内，由DAC0和逐次逼近式寄存器SAR组成逐次逼近式模-数转换器。3.1.4 数字显示部分在实际应用种由很多显示器件，常用显示器件有LED数码管显示器，CRT显示器以及LCD液晶显示器
27、等。根据本课题的实际显示需要，设计了一些开机界面，这就需要显示器件进行汉字和字符的显示。据此，设计了三种方案：方案一：常用的数码管显示器由八个发光二极管组成，其中七个发光二极管ag控制七个笔画（段）的亮或暗，另一个控制一个小数点的亮和暗，这种笔画式的七段显示器能显示的字符较少，字符的形式有些失真，但控制简单，使用方便。如图3.2所示：图3.2 数码管显示器方案二：还有一种点阵式的发光显示器，发光二极管排成一个NM（例如57）的矩阵，一个发光二极管控制点阵中的一个点，这种显示器显示的字形逼真，能显示的字符比较多，但控制比较复杂。方案三：液晶显示器（Liquid Crystal Display,L
28、CD）已被广泛应用于计算机、电视及智能仪表中，它的主要优点是功耗低、控制电压低、集成电路容易控制。它的工作原理如下：在两个电极之间填充有机大分子物质，在电势作用下有机大分子排列有序，可以透光；在无电场作用的情况下，有机大分子无序排列，不能透光，对光线有全反射作用。透光部分人眼看到的效果是黑色，而全反射部分人眼看到的效果是白色。当有机大分子包含一定颜色的大分子时，加不同电平时对不同颜色的光有不同的反射作用。液晶显示器具有液体的流动性和晶体的某些光学特性，它本身不发光，而指示调制环境光，越是亮的地方显示越清晰，黑暗中不能显示。通过编程，可以清晰地显示各种字符和汉字。LCD显示器的缺点也是明显的：其
29、一，由于有机大分子有一定的厚度，人眼从不同的角度观察光线的反射效果是不一样的；其二，有机大分子在紫外线照射下容易失效；其三，温度高低对有机大分子也有明显影响；其四，长时间加一个恒定电压时大分子也会分解失效。因为前两种方案所选择的显示器属于数码管显示，无法进行汉字的显示而只能作为字符的显示器件。虽然液晶显示器的编程较为复杂，并且有一些缺点，但是它可以满足提出的设计要求，直观便捷的进行操作编程和进行多种汉字、字符的显示，可以实时显示系统的工作状态，并具有良好的“人机对话”界面。通过对以上显示器的比较，本次设计选择了方案三：液晶显示器。3.2 温度采集电路3.2.1 温度采集电路工作原理温度数据采集
30、是整个系统的最重要也是最核心的部分，采集到的实时温度数据经过MCU处理后送LCD显示。在温度采集电路中主要包括了采样电路、放大电路和A/D转换电路。其中采样电路选用了AD590电流型集成温度传感器作为前端的温度数据采集器件；在放大电路部分采用了OP07的电压跟随器和运算放大器的典型接法，实现信号的稳定传输和放大。温度数据采集电路如下图3.3所示：图3.3 温度数据采集电路3.2.2 AD590电流输出型集成温度传感器基于集成温度传感器的线性好、精度适中、灵敏度高、使用方便等特点，本系统采用AD590系列温度传感器。AD590是AD公司利用PN结正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器
31、。实际上，中国也开发出了同类型的产品SG590。这种器件在被测温度一定时，相当于一个恒流源。该器件具有良好的线性和互换性，测量精度高，并具有消除电源波动的特性。即使电源在5V15V之间变化，其电流只是在1uA一下作微小变化。集成温度传感器实质上时一种半导体集成电路，它时利用晶体管的be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： V= （3-2）式中：K为波尔兹常数；q为电子电荷绝对值。AD590是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值。根据特性分档，AD590的后缀以I、J、K、L、M表示。AD590L、AD590M一般用于精密温度测量电路，
32、其外形管脚图如图3.4所示：图3.4 AD590管脚图它的主要特性如下：1、流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：mA/K式中： 流过器件（AD590）的电流，单位为mA； T热力学温度，单位为K。2、AD590的测温范围为-55+150。3、AD590的电源电压范围为4V30V。电源电压可在4V6V范围变化，电流变化1mA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。4、输出电阻为710MW。5、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55+150范围内，非线性误差为0.3。由于A
33、D590采集的输出数据是模拟量电流，而且很小，不易测量，所以我们要将电流量转换成电压量，这样有利于后面的放大及D/A转换。我们改用一个固定电阻（100）和一个电位器(950)串接的方法，这样可以通过调节电位器使得每路输出电压基本一致。如以0为参考值则应使其电压输出为2.73V；如以25为参考值，则应使其电压输出为2.98V。如上所述，因为流过AD590的电流与热力学温度成正比，当电阻R1和电位器R2的电阻之和为1K时，输出电压V0随温度的变化为1mV/K。AD590测出的温度、电压、电流三者之间的计算关系为： t=U-T （3-3）其中t为摄氏温度值，单位为，U为AD590测出的电压值，单位为
34、mV，T（273.15）为开尔文温度，单位为K，U，I关系为： U=IR （3-4）其中R=1K，I的单位为uA，U的单位为mV。由此可得出与AD590有关的I、R、U、T（摄氏温度）四者之间的关系图如下图3.5所示：图3.5-1 I、R、U、T关系图图3.5-2 I、R、U、T关系图但由于AD590的增益有偏差，电阻也有误差，因此应对电路进行调整。其调整方法如下：先将AD590置于冰水混合物中，调整可变电阻R1，直到输出电压为2.732V，然后将AD590置于室温（25）下，调整可变电阻，直到输出电压为2.982V。但这样调整只可保证在0或25附近有较高精度。其调整电路如下图3.6所示：图3
35、.6 AD590的调整电路3.3 微处理器MCU该系统的MCU采用凌阳开发的新型16位单片机SPCE061A，其引脚图如下图3.7所示:图3.7 SPCE061A引脚图整个61板的原理图如下图3.8所示：图3.8 61板原理图其引脚功能表如下表3-1所示：表3-1 61板引脚功能表引脚名称引脚编号类型描述IOA15:86053输入输出IOA15:8:双向IO端口IOA7:04841输入输出IOA7:0:通过编程可设置成唤醒引脚IOA6:0:与ADCLine_In输入共用IOA15:116468输入输出IOB15:11:双向IO端口。IOB100除用作普通IO端口外，还可作其它用途（如下所示）I
36、OB1076输入输出IOB10:通用异步串行数据发送引脚TxIOB977输入输出IOB9:TimerB脉宽调制输出引脚BPWMOIOB878输入输出IOB8: TimerA脉宽调制输出引脚APWMOIOB779输入输出IOB7: 通用异步串行数据接收引脚RxIOB680输入输出IOB6: 双向IO端口IOB581输入输出IOB5: 外部中断源EXT2的反馈引脚IOB41输入输出IOB4: 外部中断源EXT1的反馈引脚IOB32输入输出IOB3: 外部中断源EXT2IOB23输入输出IOB2: 外部中断源EXT1IOB14输入输出IOB1: 串行接口的数据传送引脚IOB05输入输出IOB0: 串
37、行接口的时钟信号DAC121输出DAC1数据输出引脚DAC222输出DAC2数据输出引脚OSC31I13输入32768HZ晶振输入引脚续表3-1 61板引脚功能表OSC32O12输出32768HZ晶振输出引脚AGC25输入AGC的控制引脚MICN28输入麦克风负向输入引脚MICP33输入麦克风正向输入引脚MICOUT27输出麦克风1阶放大器输出引脚，引脚外接电阻决定AGC增益倍数OPI26输入麦克风2阶放大器输入引脚XICE16输入激活ICE(高电平激活)XICECLK17输入ICE串行接口时钟引脚XICESDA18输入输出ICE串行接口数据引脚PFUSE29输入程序保密设定脚。接+5VPVI
38、N20输入程序保密设定脚。接GNDXRESB6输入低电平有效的复位引脚SLEEP63输出睡眠模式（高电平激活）VREF223输出2V参考电压输出脚VRTPAD35输入AD转换外部参考电压输入脚。它决定AD转换输入电压上限值。若该点输入一个2.5V参考电压，则AD转换电压输入范围为0V2.5V。外部AD最高参考电压3.3VVCM34输出ADC参考电压输出脚VMIC37输出麦克风电源VCP8输入锁相环压控振荡器的阻容输入XROMT、PVPP、XTEST61、69、14出厂测试用引脚，悬空即可VDDH51、52、75输入I/O电平参考。若该点输入一个5V的参考电压，则I/O输入输出高电平为5VVDD
39、7输入锁相环电源VSS9输入锁相环地VSS19、24输入模拟地VSS38、49、50、62输入数字地VDD15、36输入数字电源3.4 模/数转换ADC前面已经介绍过，本系统采用的A/D转换方式是逐次逼近式ADC转换，且使用SPCE061A为微处理器，而SPCE061A有8路可复用的10位ADC通道。其中一路通道（MIC_IN）用于语音输入，模拟信号经过自动增益控制器和放大器放大后进行A/D转换。其余7路通道（Line_IN）和IOA0IOA6引脚复用，可以直接通过引线（IOA0IOA6）输入，用于将输入的模拟信号（如电压信号）转换成数字信号。SPCE061A的A/D转换范围是整个输入范围，及
40、最大的模拟信号输入电压范围0VAVdd。非法的模拟信号（超过Vdd+0.3V/低于Vss-0.3V）将影响转换电路的工作范围，从而降低ADC的性能。ADC的最大输入电压由P_ADC_Ctrl(写)（$7015H）的第七位和第八位的值决定。第七位VEXTREF控制着ADC的参考电压，即AVdd/外部参考电压，。第八位V2VREFB控制着2V电压源是否起作用。如果起作用，用户可向VEXTREF引脚输入2V电压。此反馈回路把ADC的最高参考电压设置为2V。如果用户指定的参考电压源的值不超过AVdd，它还可以被当作ADC的最高参考电压。在ADC内，由DAC0和逐次逼近寄存器SAR组成逐次逼近式模/数转
41、换器。向P_ADC_Ctrl（写）（$7015H）单元第0位写入“1”，可以激活ADC。系统默认的设置为屏蔽ADC（ADE=0）。当ADE=1时，应对P_ADC_Ctrl(写)（$7015H）和P_ADC_MUX_Ctrl(写)（702BH）的其他控制位进行合理的设置。ADC输入接口的结构图如下图3.9所示：图3.9 ADC输入接口的结构3.5 LCD显示电路设计本系统采用的液晶显示器为SPLC501，SPLC501是凌阳公司生产的一个LCD驱动电路，SPLC501的结构图如下图3.10所示：图3.10 SPLC501结构图其模组接口电路原理图如下图3.11所示：图3.11 SPLC501模组
42、接口电路原理图其模组接口实物对照图如下图3.12所示：图3.12 SPLC501模组接口实物对照图SPLC501液晶显示模组中，接口引脚：“+”、“V3”分别为电源输入端和高电平引针（供时序选择跳线用），而“-”、“GND”都是接地引脚。 其模组接口定义表如下表3-2所示：表3-2 模组接口定义表引脚符号类型说明/CS1I片选（低电平有效）/RESI复位（低电平有效）R/WI对于6800系列MPU的读/写信号（R/W）对于8080系列MPU的写信号AOI数据命令控制位EPI对于6800系列MPU的时钟信号使能脚（EP）对于8080系列MPU的读信号（RD）DB0I/O8位数据总线DB1DB2D
43、B3DB4DB5DB6DB7VRI端口输出电压C86IC86=H，选择6800MPU系列C86=L，选择8080MPU系列PSI串并行时序选择SPCE061A的I/O端口与液晶显示模块的连接图如下图3.13所示：图3.13 SPCE061A的I/O端口与液晶显示模块的连接图3.6 电源电路由于直流供电的需要，本设计中制作了将220V交流点转换为正负5V直流电的电源电路，其电路原理图如下图3.14所示：图3.14正负5V电源电路的制作该电路的四个二极管从1脚右边开始顺时针方向依次定义为D1、D2、D3、D4，该电源电路由一个电源变压器、四只整流二极管D1-D4，一个7805、一个7905、四个电
44、容组成，称为桥式整流，桥式整流电路的工作原理如下：在1、3端之间电压的正半周，D1、D3导通，D2、D4截止，电流由T1次级上端经D1 7805 7905 D3回到T1次级下端，在7805、7905上得到一半波整流电压，在1、3端之间电压的负半周，D1、D3截止，D2、D4导通，电流由T1次级的下端经D2到到7805、7905，最后回到T1次级上端，在负载7805、7905 上得到另一半波整流电压。这样就在负载7805、7905上得到一个与全波整流相同的电压波形，其电流的计算与全波整流相同，即输出电压为0.9U2，U2为1、3端之间的电压。4 系统软件设计4.1 语言的选择我们知道，MCS-5
45、1 编程语言常用的有两种，一种是汇编语言，而SPCE061A也是一样，除了汇编语言，SPCE061A的开发环境还支持C语言，提供了C函数库，并支持C和汇编函数的相互调用。汇编语言的机器代码生成效率很高，但是可读性并不强，复杂一点的程序就更是难读懂，而C 语言在大多数情况下其机器代码生成效率和汇编语言相当，但可读性和可移植性却远远超过了汇编语言，而且C 语言还可以嵌入汇编来解决高实效性的代码编写问题。对于开发周期来说，C 语言的开发周期通常小于汇编语言很多。C 语言是一种结构化语言。它层次清晰，便于按模块化方式组织程序，易于调试和维护，这种语言的表现能力和处理能力极强，它不仅具有丰富的运算符和数据类型，便于实现各类复杂的数据结构。它还可以直接访问内存的物理地
