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1、智能体温计（C题）摘要：本智能体温计采用AT89S52作为核心器件实现对系统的自动控制，采用双单片机串行处理结构。外界温度经AD590集成温度传感器采集，温度变化转换为线性电压信号，再经由OP07构成高精度低温漂的放大电路处理后，作为ADC0809的模拟输入信号，由ADC0809完成AD转换，得到8位的数字信号送入单片机1（AT89S52）。单片机1将采集到温度值在LED数码管上显示出来，也通过串口通信将温度信号传到单片2（AT89S52）。此外温度预制，报警电路模块功能也由单片机1完成。单片机2完成温度值的语音播放功能。通过系统的设计与实现说明本设计方案切实可以，能够完成题目所要求的基本功能
2、部分，并留有相应的接口，为完成扩展功能打下基础。关键字：单片机 AD590 ADC0809 ISD2560 一、主要模块的方案论证与比较1、温度传感器的选择方案一：采用热敏电阻。热敏电阻价格便宜，对温度灵敏，原理简单，但线性度不好，如不进行线性补偿，对于本设计归一化输出的要求，难于达到设计精度；如要对非线性进行补偿，则电路结构复杂，难于调整。故不采用。方案二：采用热电偶。热电偶在测温范围内热电性质稳定，不随时间变化而变化，电阻温度系数小，导电率高，比热小，但热电偶一般体积较大，使用不方便，价格相对较高。作为一个智能体温计的温度传感器，要求体积小，使用方便，便于携带，故此方案不合适。方案三：采用
3、集成温度传感器。集成温度传感器一般且有具有线性好、精度高、灵敏度高、体积小、使用方便等优点。根据实验室现有材料可选取AD590。AD590的测温范围为-55+150，能满足本设计的050度测量要求。根据相关技术资料：AD590线性电流输出为1A/K,正比于绝对温度；AD590的电源电压范围为4V30V，并可承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。该方案能完全满足此设计的要求，故采用此方案。2、AD转换器的选择方案一：选用AD574。AD574的数字量位数可设成8位也可以设为12位，且无需外接CLOCK时钟，转换时间达到25s，输出模拟电压可以是单极性的010V或020V，
4、也可以是双极性的5V或10V之间。AD574精度高，但与8位的单片机接口较复杂，且价格昂贵，考虑到体温计是对温度的测量，其响应时间的要求不高。故不选用此方案。方案二：选用ICL7135。这类芯片比较适合于低速测量仪器，适用于精度高，速度要求不高的系统设计中。ICL7135的输出为动态扫描BCD码，与单片机的接口较复杂。且它的满量程输入为2V电压，如在本设计中使用要进行衰减，较难保证转换精度。方案三：选用ADC0809。ADC0809数字量是8位，转换时间为100s，输入模拟电压为单极性的05V。由于本设计的要求精度不是很高，ADC0809可以达到要求，故选用此方案。3、语音提示模块方案一：通过
5、A/D转换器、单片机，存储器，DA转换器实现声音信号的采样、处理、存储和实现。首先将声音信号放大，通过AD转换器采样将语音模拟信号转换成数字信号，并由单片机和处理存放到存储器中，实现录音操作。在录、放音过程中由单片机控制D/A转换器，将存储器中的数据转化成声音信号。此方案安装调试复杂，集成度低。 方案二：采用ISD2560语音录放集成电路。这是一种永久记忆型语音录放电路，录音时间为60S，可重复录放10万次。该芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术，每个采样值可直接存储在片内单个EEPROM单元中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声。此外，ISD2560还省去了A/D和D/A转
6、换器。其集成度较高，内部包括前置放大器、内部时钟、定时器、采样时钟、滤波器、自动增益控制、逻辑控制、模拟收发器、解码器和480K 字节的EEPROM。ISD2560内部EEPROM存储单元均匀分为600行，有600个地址单元，每个地址单元指向其中一行，每一个地址单元的地址分辨率为100ms 。ISD2560可不分段，也可按最小段长为单位来任意组合分段。因此，选择方案二。 二、总系统设计方案1、总系统方案设计描述： 根据题目要求，将系统分为若干模块，以单片机为核心，完成多项功能。图1 系统框图系统框图如图1，AD590把采集的外部温度信号转换成相应的电压，再经过OP07运放放大后作为ADC080
7、9的模拟输入信号，ADC0809将此模拟信号转换成数字信号，通过并口送入到单片机1。单片机1把这些信号处理后通过LED数码管显示出来。同时单片机1还处理按键、报警模块。单片机1把温度值通过串行通信传送给单片机2，控制语音芯片报出相对应的温度值。2、系统电路原理图图2 系统电路原理图如图2所示，该电路主要由电源电路，温度检测、放大电路，AD转换电路，双单片机串行通信电路，按键输入、报警电路，数码管扫描显示电路以及语音芯片电路组成。三、主要电路设计与参数计算1、电源电路模块图3 电源电路图如图3所示，220V交流电经变压器市降压、桥式整流、电容滤波后由7812、7805、7905三端集成稳压管分别
8、得到12V、+5V、-5V电压。给整个电路供电。2、温度检测、放大模块图4 AD590温度检测、放大电路图如图4所示，温度检测、放大电路主要器件的作用：OP1:电压跟随器；OP2：电压跟随器；OP3：差分放大电路；AD590：温度传感器；SVR：零位调整。 （1）AD590简介AD590是电流输出型的半导体温度感测组件，主要特性如下：1.具有线性输出电流。2.宽广的操作温度范围(-55150)。3.宽广的工作电压范围(+4V+30V)。4.良好的隔离性。AD590的包装与等效电路如图4所示，是TO-52型金属外壳包装。他是两端子的半导体温度感测组件，另有一端子是外壳接脚，可接地以减少噪声干扰。
9、AD590如同一个随温度而改变输出电流的定电流源，输出电流与外壳的开氏(K)温度成正比。开氏温度与摄氏温度的单位相等，0等于273.2K，100等于373.2K。当温度为0时，AD590的输出电流是273.2A。而温度为100时，输出电流是373.2A。温度每升高1，输出电流增加1A，及温度系数为1A/。图5 AD590包装与等效电路图（2）、图2温度检测、放大电路原理AD590当温度增加1时，其输出电流会增加1A。即AD590的温度系数为1A/。所以在T()时的电流I1(T)为，而温度每变化1时，V2的电压变化是为，表示温度每增加1，V2会增加10mV。在0时V2就已经有电压存在，其值为，则
10、T()时，。如图3所示，OP3组成差动放大器，电压增益为。零位调整SVR1则用于抵补0的电压值，由差动放大器的公式可得知，若调整SVR1使V1的电压为2.732V，则0时，差动放大器的输出VO为0V。也就是说，若温度是在0至50之间，则差动放大器的输出电压是在0V至5V之间，亦即每0.1V的输出代表温度上升1。与设计要求相符合。3、A/D转换模块 如图6：ADC0809把从放大电路传送过来的模拟信号转变成数字信号，并行传送给单片机的P0口，让单片机处理。 图6 A/D转换电路图4、温度设制、显示及报警电路模块如图7：通过按键可以事先设定报警温度值，当显示的温度值超过设定的温度值时，单片机就会从
11、INT0脚发出一连串脉冲，驱动蜂鸣器发出报警声。图7 温度设制、显示及报警电路图5、串行通信模块如图8所示，单片机1把温度值发送数据到单片机2,单片机2接收数据并控制语音芯片报出当前的温度值。 图8 串行通信电路图6、语音播放模块 语音播放模块如图9所示。主要由单片机AT89S51与语音芯片ISD2560组成。图9 录音、放音电路图（1）录音、放音简介如图9所示，首先通过麦克风向语音芯片ISD2560录入“0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10，点，度”等音符。当单片机2接收到单片机串行发送过来的温度值时，就会自动地去寻找相对应音符的地址，并把这些音符通过扬声器播放出来。（2）ISD25
12、60简介ISD2560为28脚的DIP器件封装，如图10.图10 ISD2560管脚图各引脚功能如下： 17：A0/M0A6/M6地址/模式选择； 810： A7A9输入地址线 ；11： AUX IN辅助输入 ；12、13 ：VSSD、VSSA数字地和模拟地 14、15 ：SP 、SP-扬声器输出 .16 ：VCCA模拟信号电源正极 17、18：M IC、MIC REF 麦克风输入端和输入参考端 19 、AGC自动增益控制 20、21 ANA IN、ANA OUT 模拟信号输入和输出 22、 OUF 溢出 23 、CE 片选（低电平允许芯片工作）24 、PD 芯片低功耗状态控制 25 、EOM
13、 录放音结束信号输出 26、 XCLK 外部时钟 27、P/R 录/放控制选择 28 、VCCD 数字信号电源正极（3）芯片工作原理 ISD2560有10个地址输入端A0A9，录址能力可达1024位，地址空间为01023。其分配情况是：地址0299作为分段用，地址600767未使用，地址7681023为工作模式选择（即A8、A9均为高）。2500系列的地址线有两种用途，一是作为工作模式控制，二是作为分段录放音的起始段地址。当最高位地址（MSB）A8、A9都为高电平时（即地址7681023），地址端A0A6就作为工作模式选择端M0M6，对应7种工作模式。当A8、A9任一位为低或都为低时（即地址0
14、599），只要在分段录/放音操作前（不少于300ns）给地址A0A9赋值，操作就从该地址开始。 ISD2560将480K的EEPROM分为600个信息段，每段800个字节。作为一个整体单位进行寻址和控制，应给每个信息段分配一个供外部控制的地址，而不是对每个字节进行寻址，否则至少需要19个地址端口。这样，大大减少了信息检索所需要的地址线。对较长的语音信号可以跨越多个信息段进行录音，不受内部存储信息段的限制，且内部的信息段址会自动增加。在每个语音段的尾部自动增加一个结束标志EOM，组合放音时，通过检测EOM来控制各语音段的结束和下一段的开始。 每个信息段的录放音时间等于总时间除以600。如ISD2
15、560的总时间为60s，则每个信息段的录放音时间为100ms；ISD25120的总时间为120s，则每个信息段的时间为200ms。因此可以利用该时间长度作为一个段地址，通过单片机定时器的计时平行地映射信息段的地址，从而得到每段录音的起始地址。这样，就需要设置一个地址计数器。一般录音从0地址开始，首先通过CPU将它赋给A0A9，然后通过单片机控制ISD启动录音，同时启动单片机的定时器开始计时，每到一个信息段的时间，就给地址计数加1。当单片机停止控制ISD录音时，同时停止定时器计时。此时地址计数器的值即为该段语音的未地址，加1即为下一段语音的首地址，并将它存在EEPROM中，为下一将放音提供的地址信息。通过CPU将该地址赋给A0A9，即可录制下一段语音。依次下去，即可在录制完所有语音段的同时得到各段的起始地址。如果不是从0地址开始的语音段，只需将初始地址赋给A0A9，加上地址计数器的值，即可得到语音段的末地址。这里不用同时保存各语音段的起始地址和结束地址，因为各个段是相邻的，前一段的末地址加1即是本段的起始地址，且每个语音段的结尾均有EOM标志，并可发出中断。放音时利用它和保存在EEPROM中各语音
