PAGE9PAGE9單片機智能溫度計系統(tǒng)的硬件電路設計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u14521.1單片機最小系統(tǒng)電路設計 2206471.1.1最小系統(tǒng)電路 275681.1.2晶振和復位電路 2167671.2傳感器電路設計 3146271.2.1MLX90614紅外測溫傳感器介紹 3239521.2.2MLX90614傳感器電路 4279451.3液晶顯示電路設計 4109931.1.1LCD液晶顯示介紹 4169761.1.2LCD液晶顯示電路 517241.4ISD4004語音電路設計 6255471.4.1ISD4004語音芯片介紹 6122461.4.2音頻功率放大器介紹 7152301.4.3ISD4004語音電路 8155791.5、人口統(tǒng)計的硬件電路圖 9124701.6聲光報警電路設計 10323831.7基于MAX232的RS-232串口電路設計 1096101.7.1MAX232電平轉換芯片介紹 1166281.7.2MAX232串口電路 11287581.8電源電路設計 12本設計以單片機作為核心，將所有的部分分成七個大模塊。而單片機作為各個模塊的之間的樞紐將各個模塊緊密聯系在一起所以第一大模塊便是單片機工作處理的模塊。而紅外數字測溫傳感器在這個設計中取值至關重要的作用，可以說沒有它整個設計將無法進行，所以第二大模塊便是紅外測溫模塊。第三是顯示模塊，液晶顯示能把人的體溫數據實時顯示出來，有著非常重要的作用。接下來是語言模塊，和報警模塊，最后是串口和電源模塊。這樣將整個設計模塊化進行，能把整個復雜的電路簡單化，正是應用了大而化小，小二化無的思想。讓每一步的設計都變得清晰簡明。所以本章將以這種方式詳細介紹每一個模塊的設計與分析。1.1單片機最小系統(tǒng)電路設計1.1.1最小系統(tǒng)電路本次設計的核心器件是單片機，最終發(fā)給液晶顯示和語音播報模塊我們才能真正得知溫度的集體情況。然而單片機在處理數據前必須還得有一定的運行環(huán)境和工作的空間，就如人必須一定的生活環(huán)境才能正常去上班工作一樣。單片機的這個工作條件我們把它叫做單片機最小系統(tǒng)，及單片機要想正常工作我們必須給他接一定的外部電路。這個電路如下圖1.1,其中這個電路必須含有時鐘電路，和復位電路。圖1.1單片機最小系統(tǒng)1.1.2晶振和復位電路晶振電路在單片機最小系統(tǒng)中起著非常重要的作用，就如人的心臟在每時每刻都給我們的身體輸送血夜一樣。且單片機要以晶振穩(wěn)定的評率作為它的工作速度使工作同步進行，就像一個同步時序電路。一般情況下石英晶體要和兩個補償的電容構成能發(fā)出穩(wěn)定頻率脈沖信號的自激震蕩電路，自激震蕩電路要接在單片機的XTAL2和XTAL1端來為單片機提供工作信號的脈沖如下圖1.2。圖1.2晶振電路復位電電路主要是使系統(tǒng)恢復初始值，我們可以有兩種方法來使復位。方法一，接上有效電源后自動恢復初始狀態(tài)復位，它是通過電容的充放電源了來實現的。當接上電源以后由于電容的充電效應使得RST端的點位保持一樣，既高電平。按下復位鍵后，單片機恢復到初始狀態(tài)，松開后電容放電RST端口處的電壓逐漸恢復到低電平。另外一個方式是直接按復位按鈕，按下后RST電壓抬升，單片機復位。其原理圖如下圖所示。圖1.3復位電路1.2傳感器電路設計1.2.1MLX90614紅外測溫傳感器介紹MLX90614溫度傳感器里面由多個部分組成，一開始的是熱電堆把檢測到的溫度信號輸出到它里面所集成的高品質音源模塊。另一方面，信號經過高品質音源模塊放大處理后經過DC-AC的轉變再通過Low-passfilter進行濾波，最后才能將傳感器信號轉變成易于處理的數字信號。第三，處理過的信號將發(fā)送給數字脈沖寬度調制電路，最終以PWM的方式輸給單片機。圖1.4MLX90641內部結構框圖下面是MLX90614S的簡易引腳圖：圖1.5MLX90614S的簡易引腳圖表1.1MLX90614S引腳功能表1.2.2MLX90614傳感器電路我們需要為MLX90614加上兩個上拉電阻來避免漏級開路的問題，電路圖如下圖1.6。且我們只需將SCL/VZ和PWM/SDA口和單片機的P1.0和P1.1相接。即可通過這兩個I/O口完成相互之間的數據交換。圖1.6MLX90914傳感器電路1.3液晶顯示電路設計1.1.1LCD液晶顯示介紹在帶有漢字庫的LCD12864顯示電路單元模塊中，是一個四位/八位并行、雙線或三線串行多路光柵圖形顯示模塊，包含128×648192個漢字16*16和128個16*8ASCII字符集的國家一級和二級簡化字體標準庫。利用靈活的界面模式和簡單方便的描述本模塊的操作，它的使用電壓低因而功耗也非常的低能大大減低電源的工作負擔，且它完成圖形顯示的漢字是。與同類圖形矩陣液晶顯示器相比，用他來完成的顯示電流要相對比較簡單，還有就是成不也會下降很多，性價比比同類的顯示器高，下圖1.7是LCD12864引腳功能圖。圖1.7LCD128864芯片引腳表1.2LCD128864引腳功能表1.1.2LCD液晶顯示電路RW可以決定LCD12864的DB0~DB7的八位雙向數據總線的方向讀寫，因此可以和單片機的端口直接連接，且它的RB0到RB7的八個雙向端口還可以和單片機的P0.0~P0.7相連。但是因為單片機的P0口要想驅動NMOS和其他的負載時必須要接上一個上拉電阻來讓該點位高電平有效。如下圖1.8所示在他們的之間接了10k的上拉排阻。圖1.8LCD12864液晶顯示電路由于LCD12864液晶顯示器的對比度由VO端的電壓來決定，電壓也高對比度也高，電壓越低對比度越低。所我們可以通過一個20K左右電位器來調節(jié)VO端的電壓，從而避免了因為VO端接正電源時對比度太高而而產生隨影和VO端接地電源而導致模糊不清的情況。RS端可以接單片機的P2.7的端口，因此我們就可以通過編程來控制選擇的寄存器。RW端在高電平時可以直接對輸入進來時的信號進行讀數，且直接和單片機P2.6口相連。E使能端當電平由高轉低時執(zhí)行命令顯示出數據，它可以直接和單片機的P2.5的端口直接相接。BLK和BLA端口分別接地和接電源正極而點亮背光。1.4ISD4004語音電路設計1.4.1ISD4004語音芯片介紹ISD4004芯片的工作電壓比較低僅為3V，而且它在8分鐘~16分鐘的單次錄制的錄制時間和音質都很符合我們的要求。它是通過微控制器來控制的，它的串行接口能送入我們的操作命令，它采樣CMOS技術，擁有強大的功能里面集成得有振蕩器，濾波器，放大器，等。除此之外它還使用了多點屏直接模擬存儲技術，因此它能避免量化噪音和和“金屬聲”。它采用的評率也非常的多，可以選擇4.0,5.3,6.4KHz不止，但是它雖然在低頻率的時候錄音會比較長，可音質會相對變得比較差。還有就是他的斷點數據保持時間很長可以達到100之久，錄音次數更是能達到10萬次之多。下面1.9是它的芯片引腳圖。圖1.9ISD4004芯片引腳圖表1.3ISD4004引腳功能表1.4.2音頻功率放大器介紹LM386有很多的優(yōu)點如它的功耗非常低，電壓范圍還很大等。是美國nationalsemiconductorcorporation公司生產的音頻功率放大器為了最小化外圍組件，電壓增益嵌入20。通過在接點1和接點8之間添加額外的電阻和電容器，電電壓的增益就可以根據我們需要調整到任意的值但最高為200，輸入值可做為參考，輸出值自動轉換為一半的電源電壓。因為它是24mW的電源，6V電源的靜態(tài)功率讓它很適合用電池來為他供電。如圖1.10所示。針腳2是反向輸入，針腳3是相同相位的輸入，針腳5是輸出和負載的外部輸出電容器，針腳6和4分別是電源和地面，針腳1和8是電壓增益參考針腳，如果使用旁路電容器，針腳7和地面之間通常是10uf.圖1.10LM386低功耗放大器在使用這款芯片時我們應該注意它的電壓范圍有4~12V和5~18V，靜態(tài)電流和電壓的增益分別是4mA和20~200dB，LM386應用程序非常簡單，但在使用時我們也需要小心對待，尤其是在設備通電、斷電或運行穩(wěn)定的情況下，某些操作(如直接音頻插頭和旋轉音量調節(jié)按鈕)會產生短暫的影響，可能會在揚聲器中產生非常麻煩的噪音.1.4.3ISD4004語音電路在這里我們使用ISD4004作為主要的控控制芯片，通過使用單片機和按鍵開關的聯合操作控制，使用話筒接收語音的方式來進行錄音，和控制放音等等。在這里我們還需要用到LM386來進行音頻功率的放大，因為由芯片推動的聲音的音頻是非常小的。之后的聲音通過外置的揚聲器來進行輸出。如下圖1.11是音頻的輸入電路圖，1.12是輸出的電路圖。ISD4004芯片使您可以選擇信號的SS針，并將其連接到AT89S51宏處理器的I/0P2.2端口。程序命令生成有效的低級信號。串行數據塊的pin和MISO串行數據輸出的pin分別連接到P2.1和P2.0，串行接收和傳輸的數據信息由程序指令控制，并被片內移動寄存器鎖定。模擬和數字分別通過系統(tǒng)的線路，盡可能在電源附近連接，然后分別是通向ISD4004芯片的VSSA和VSSD引腳，去耦電容器也應盡可能接近芯片。在實際設計中，可以根據不同的情況預先錄制不同的聲音，其具體錄制方案如圖1.11所示，為ISD4004音頻輸入方案。寫電路主要由語音芯片ISD4004、錄音麥克風Mmk1和相所需的關外圍電路組成。音頻信號經MK1變換換成電信號，在經過電容C16、C21耦合后，由相同的模擬輸入IN加和反向模擬輸入ISD4004中的IN引腳提供，由ISD4004采樣并保存。模擬VCA電源和數字VCD電源分別連接到1.3V電源，連接到C13(0.1uF)和C14(22uF)濾波電容器，使電源供電更加穩(wěn)定。智能非接觸式體溫計的設計_學習資料共享網-《網頁》智能非接觸式體溫計的設計_學習資料共享網-《網頁》圖1.11ISD4004音頻輸入電路圖以上原理圖展現了語音模塊的接線方法。當連接音頻增益模塊時，應在1引腳和8引腳之間連接電容C24(1引腳到電容加極點)，以改變增益。選擇音量控制電位器時的電阻值不能太大，R20是最合適的10K值，太大會影響音質。第七個支柱必須用電解電容器C26接地，以消除噪音。此外，錄像機控制開關，根據單片機的評估，需要一種狀態(tài)，即錄音、音頻、運行和停止4種狀態(tài)。具體電路圖詳見附錄A。圖1.12ISD4004的音頻輸出電路1.5、人口統(tǒng)計的硬件電路圖如圖1.15所示，主要由6n137光電、LM324電壓比較和部分外圍設備組成。光學耦合輸入是一致的邏輯傳輸，R7限制流量，LED的工作電流為不大于250微安，此時分為兩種情況：第一、當光敏二極管截止的時候，LED工作時電壓損失一般為1.5±0.3V，而工作電流一般不超過11±4.5毫安這個范圍；第二、當光敏二極管正常受光時，在電源為5V的情況下減去二極管處的壓損1.2V受到工作電流范圍的限制需要增加阻值為380Ω的限流電阻R7。如果沒有限流的電阻，仍可使用6n137，但LED的傳導電流較高，會對電源產生很大影響。尤其是數碼波形陡峭時，增減范圍非常廣，產生了相當大的峰值噪聲。峰值可能會達到100mV的最大值，在這么大的尖峰電流的沖擊下,A/D數模轉換器是無法工作的，所以我們希望R7大一點會比較好。R7時速5公里。6n137發(fā)射機連接到R6(1lm)電阻。DCR6負反饋有助于穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點。集中電極與極化電壓加5V相連。輸出電平是用LM324操作放大器作為電壓比較器確定的。掃描一個人時，發(fā)射機6n137處于低電平。LM324電壓比較器的三個針腳位于較低的層次，兩個針腳位于較高的層次。比較后，pin輸出處于較低級別。LM324的pin1連接到MCU的pinp1.2(輸入中斷)。當檢測到測量溫度的人時，微控制器處理后會自動添加液晶屏。特定硬件電路如圖1.15所示。圖1.15人數統(tǒng)計電路圖1.6聲光報警電路設計圖1.16是聲光報警硬件連接圖。聲音報警聲音命令從微控制器PC1.7輸出，當紅外傳感器檢測到的人的溫度低于設定的最低值或高于設定的最高值時，單片機控制P3.7發(fā)送到低電平，U7蜂鳴器發(fā)出報警，相應的LED發(fā)光二極管也亮起。當P1.7輸出高時，開關晶體管Q1關斷。在圖中R19為晶體管基保護電阻，保護電阻R20，電阻為330時，保證LED工作在最好的狀態(tài)。圖3.16所示的特定硬件電路:圖1.16聲光報警電路1.7基于MAX232的RS-232串口電路設計串行通信通常是指我們使用的主機與外部設備、主機系統(tǒng)與主機系統(tǒng)之間進行傳輸串行數據交換。如果使用串行端口，則發(fā)送和接收的每個字符都以1或0位為單位進行傳輸。RS?232是計算機和通信行業(yè)最常用的串行接口。在低速串行通信中，它被定義為增加通信距離的單向標準。大學生論文聯合庫-《大學生論文聯合庫》-2017大學生論文聯合庫-《大學生論文聯合庫》-20171.7.1MAX232電平轉換芯片介紹本次設計采用MaximIntegrated公司推出的一款高性能ups模塊，熱耗散較低，而且兼顧了RS-232多通道通信、具有信息接收功能的MAX232高集成化模塊。因為具有工作電壓4±1.5V彈性范圍廣，在零下二十九度到七十五度的范圍內仍具有良好的性能。這個芯片的組成部分有一個電容穩(wěn)壓器，在TTL電壓供電的同時保證使EIA-232接口正常工作，使用它可以成功的實現3V-5V電壓之間的任意轉換。電壓反相器、TXD-RXD數據接口，增壓模塊MAX232構成了一個完整的芯片。外部接口見下面圖示：圖1.17MAX232T1、T2兩個輸入引腳的接收電壓在0到5V之間，將外部的門電路信號通過這兩個接收引腳送到芯片內部。R1、R2兩個輸出引腳的輸出電壓一般也在0到5V之間，其作用恰好與T1、T2輸入引腳相反，既用來將內部產生的門電路信號送到與其相連的模塊。T1、T2兩個輸出引腳肩負著轉換信號的重任，其轉換質量直接影響到通信接口，直接與TXD和RXD數據總線相連其電平一般為12V，R1、R2兩個輸入引腳的工作電壓為12V用于接收來自計算機輸出端的TTL信息。1.7.2MAX232串口電路在核心通信電路MAX232上搭建的TXD-RXD數據交換電