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，语音播报目录1 前言 (1)1.1 国内外发展现状.............................. 错误！未定义书签。

1.2 本文的主要研究内容 (4)2 系统的组成及工作原理 (5)2.1 系统的设计要求及技术指标 (5)2.2 系统功能分析 (5)2.3 系统组成框图 (5)3 系统硬件电路的设计 (1)3.1 方案论证和比较 (1)3.1.1 单片机选择 (1)A. SPCE061A单片机简介 (1)3.1.2 温度数据采集模块 (3)3.1.3 A/D转换部分 (4)3.1.4 数字显示部分 (5)3.2 温度采集电路 (6)3.2.1 温度采集电路工作原理 (6)3.2.2 AD590电流输出型集成温度传感器 (7)3.3 微处理器MCU (11)3.4 模/数转换ADC (13)3.5 LCD显示电路设计 (14)3.6 电源电路 (17)4 系统软件设计 (18)4.1 语言的选择 (18)4.2 设计总体框图 (19)4.3 系统子程序的设计 (23)4.3.1 A/D转换子程序 (23)4.3.2 语音播放子程序 (24)5 结论 (25)5.1 实现功能.................................... 错误！未定义书签。

5.2 不完善之处.................................. 错误！未定义书签。

5.3 改进意见.................................... 错误！未定义书签。

参考文献 .............................................. 错误！未定义书签。

致谢 ................................................ 错误！未定义书签。

一、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/D转换，并通过扬声器播报温度，或通过LCD液晶显示。

二、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：数据采集SPCE061AMCU语音播报结果LCD显示图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。

三、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方案论证和比较单片机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μ'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μ'nSP能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号。

因此，以μ'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2.6V～3.6V工作电压范围内的工作速度范围为0.32MHz～49.152MHz，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m’nSP微处理器；■工作电压：VDD为2.4~3.6V(cpu), VDDH为2.4~5.5V(I/O)；■CPU时钟：32768Hz~49.152MHz ；■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2mA@3.6V；■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）；■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。