【畢業(yè)學(xué)位論文】（Word原稿）基于ISD4004的語音報(bào)值交直流電壓表的設(shè)計(jì)

基于 語音報(bào)值 交直流電壓表的設(shè)計(jì) 西安交通大學(xué) 指導(dǎo)教師： 2004年 9 月 摘要：本文介紹了 基于語音芯片 語音報(bào)值交直流電壓表的設(shè)計(jì)。 電路由 數(shù)據(jù)采集部分， A/D 轉(zhuǎn)換部分，鍵盤與顯示部分，單片機(jī)控制部分 ， 語音報(bào)值部分 和擴(kuò)展功能部分 組成。電路使用了并行與串行總線 相 結(jié)合的方式， 使 設(shè)計(jì)與編程靈活簡便。創(chuàng)意新穎有趣，富于人性化，避免了頻繁觀察儀器顯示之苦，對減輕工程技術(shù)人員的工作量和提高工作效率 現(xiàn)實(shí)意義。 關(guān)鍵詞：單片機(jī)， 積分 A/一、 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 設(shè)計(jì)一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示和語音報(bào)數(shù)雙功能的簡易交直流數(shù)字電壓表， 基本框圖如下： 數(shù) 據(jù) 采 集阻 容 元 件 與 運(yùn) 放A / D 轉(zhuǎn) 換I C L 7 1 3 5數(shù) 據(jù) 分 析A T 8 9 S 5 2數(shù) 字 顯 示Z L G 7 2 9 0語 音 播 放I S D 4 0 0 4基本要求： 1、 測量范圍：直流 0 12V，交流最大允許輸入 10V； 2、 頻率測量范圍： 10100 3、 三位半數(shù)碼管顯示電壓值； 4、 分辨率： 5、 準(zhǔn)確度 : 1% 1字 ; 6、 帶顯示的數(shù)字穩(wěn)定后同時(shí)用語音報(bào)出所顯 示的電壓值 。 發(fā)揮部分： 1、 測量直流電流的數(shù)字式電流表，最大測量值為 2002、 能根據(jù)數(shù)字顯示的測量值，用語音報(bào)出數(shù)據(jù) 。 二、 方案論證與設(shè)計(jì) 根據(jù)題目要求，各模塊方案論證如下： （一） 數(shù)據(jù)采集部分 直流電壓測量采用簡單的電阻分壓方式實(shí)現(xiàn)分檔，電流測量采用取固定電阻兩端電壓的方法實(shí)現(xiàn)， 這是一種 。交流電壓與電流測量部分方案論證如下： 方案一： 采用簡單的二極管半波或全波整流實(shí)現(xiàn) 。 電路簡單，頻率響應(yīng) 較好，但是 二極管會有 壓降，導(dǎo)致 電壓表 故沒有采用此方案。 方案二 :采用由高性能運(yùn)算放大器 波 電路實(shí)現(xiàn)。運(yùn)放構(gòu)成的電路可以避免 壓降， 采用高頻性能比較好的檢波二極管，能夠在克服非線性失真的基礎(chǔ)上保證 頻率 響應(yīng) 。我們最終選擇了這個(gè)方案。 （二） A/D 轉(zhuǎn)換部分 方案一： 采用常用的逐次比較式 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 ,電路成熟， 與單片機(jī)接口簡單 ， 轉(zhuǎn)換速率快，但是如果要滿足任務(wù)要求中的 3位半精度必須選用 12 位以上分辨率的器件，這種器件抗干擾性能較差，而且成本很高購買比較困難，故沒有采用。 方案 二 ： 采用常用 4位半雙積分 A/ 分轉(zhuǎn)換方式，比逐次比較式 轉(zhuǎn)換精度高 ， 4位半相當(dāng)于 14位的分辨率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足任務(wù)的設(shè)計(jì)要求， 而且價(jià)格低廉。盡管雙積分式 A/是任務(wù)對精度要求比較高， 對轉(zhuǎn)換速率并沒有提出要求，而且經(jīng)過軟件編程，實(shí)現(xiàn)了 且雙積分形式的 A/夠完全消除平均值為 0的干擾， 所以我們采用了這個(gè)方案。 （三） 數(shù)字顯示與鍵盤輸入部分 方案一： 使用單片機(jī)本身 I/種方法不需要 外圍硬件，接口簡單，但需要占用大量 I/O 口與單片機(jī)內(nèi)部資源，容易造成各個(gè)功能模塊之間的沖突，使系統(tǒng)的反應(yīng)速度下降，而且編程比較復(fù)雜，故沒有采用。 方案二 :使用通用并行鍵盤顯示控制電路 8279 或用 8255 擴(kuò)展 I/種方法技術(shù)比較成熟，但占用 I/路比較繁冗，而且 成本 較高，考慮到成本與簡潔性，沒有采用。 方案三： 使用周立功公司的專用顯示與鍵盤控制芯片 采用 夠同時(shí)驅(qū)動 8位共陰數(shù)碼管和 64個(gè)按鍵，提供光標(biāo)閃爍等多種便捷控制功能，而且成本低廉。使用 該 芯片可以大大降 低 顯示與鍵盤部分 對 I/作量 ，所以我們選擇了這種方案。 （四） 語音播放部分 方案一： 使用通用 A/后保存到數(shù)據(jù)存儲器地址單元當(dāng)中，放音時(shí)將不同地址單元的語音信息進(jìn)行組合，通過 D/種方案思路清晰，但外擴(kuò) 接 口比較復(fù)雜，如果使用高精度與高速的轉(zhuǎn)換器件， 數(shù)據(jù)量很大，單片機(jī)處理比較困難 ；如果使用低精度低速的轉(zhuǎn)換器件，語音質(zhì)量將大打折扣，故沒有采用。 方案二： 使用專用的語音處理設(shè)備與語音編程設(shè)備實(shí)現(xiàn)。先將模擬音頻信號通過語音處理設(shè)備轉(zhuǎn) 換為相應(yīng)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，然后用專用的語音編程設(shè)備將該數(shù)據(jù)燒寫到單片機(jī)的程序存儲器當(dāng)中，然后在程序中對語音數(shù)據(jù)進(jìn)行查表組合，再經(jīng)過 D/種方案編程容易，語音銜接流暢，但是對器件和設(shè)備要求高，在短時(shí)間和一般條件下不易實(shí)現(xiàn)，故沒有采用。 方案三： 使用專用語音錄放芯片實(shí)現(xiàn)。專用芯片有很多型號，這里我們選擇了現(xiàn)有產(chǎn)品中性能最好的 芯片能夠連續(xù)錄音 8 分鐘，可分 2400 段，同時(shí)采用 行總線接口，便于與單片機(jī)連接， 8于任務(wù)要求的完成已經(jīng)游刃有余，所以我們選擇了這個(gè)方案。 （五） 數(shù)據(jù)分析部分 方案一 :使用 8031外擴(kuò)程序存儲器，這種方案復(fù)雜落后，已經(jīng)被淘汰，故沒有采用。 方案二： 使用 自帶 我們使用了業(yè)界比較著名的 持 系統(tǒng)編程，方便了調(diào)試過程，使用效果令人滿意，故沒有考慮其他類型的單片機(jī) 。 三、 理論計(jì)算 （一） 數(shù)據(jù)采集部分 1、 直流電壓 測量通過 A/D 轉(zhuǎn)換直接進(jìn)行。 電 流測量部分 主要使用歐姆定律進(jìn)行計(jì)算。直流電壓測量分為三檔，我們設(shè)定 滿量程輸入為 0 以第一檔 0 量可以直接將輸入信號通過限流電阻輸入 二檔為 0 三檔為 0以要經(jīng)過電阻進(jìn)行分壓衰減，檔位設(shè)置如圖 以第二檔為例描述計(jì)算過程，按計(jì)算公式（ 求得輸入電壓量程為測試電壓的 10 倍，故可以測量到 12 0 . 11 2 3b in R 公式 （ 圖 壓表檔位與測量示意圖 由于任務(wù)沒有給出對于輸入阻抗的具體要求， 而且 入電流只有 此 我們在此處設(shè)定輸入阻抗為 2+0 每一檔按 10倍衰減。直流電流測量我們采用 0 0電阻兩端電壓的方法測量 0 200電流，計(jì)算方法過于簡單，從略。因?yàn)槿蝿?wù)未對電流表內(nèi)阻提出要求，而且我們設(shè)置 V，無法輕易改變，故電流表內(nèi)阻設(shè)置為 10。 2、交流電壓與電流的測量采用先將輸入的交流信號整 流為直流信號，然后再測量相應(yīng)直流信號的方法獲得。此處我們采用了由 高頻二極管 和 高性能 運(yùn)放組成的精密 整流電路。 圖 a） 為反相精密整流和檢波電路。由圖可知， 當(dāng) 時(shí)， 則 則 ，則 公式 （ 圖 反相精密整流和檢波電路 優(yōu)點(diǎn)：輸入信號電壓很?。?，電路仍能進(jìn)行正常的線性整流（或檢波）； 缺點(diǎn)：輸入信號的工作頻率受集成電路帶寬和上升速率的限制。 （ 二 ） A/D 轉(zhuǎn)換部分 我們采用的 ，現(xiàn)將雙積分 A/階段 介紹如下： 第一階段： 自動調(diào)零 在此階段 第一，將 外部引線斷開，并將緩沖器的同相輸入端與模擬地短接，使芯片內(nèi)部的輸入電壓 為零。 第二，把積分器反相輸入端與比較器輸出端短接，此時(shí)反映到比較器輸出端的總失調(diào)電壓對自動調(diào)零電容 以補(bǔ)償緩沖 器、 積分器和比較器本身的失調(diào)電壓，可保證輸入失調(diào)電壓小于 10 V； 第三，基準(zhǔn)電壓 基準(zhǔn)電容 電，使之被充到 反向積分 做 準(zhǔn)備。 第二階段： 正向積分 (亦稱信號積分或采樣 ) 此 時(shí)切斷自動調(diào)零電路并去掉短路線， 分別被接通，積分器和比較器開始工作。被測電壓 緩沖器和積分電阻后送至積分器。積分器在固定時(shí)間 ，以 (的斜率對 行定時(shí)積分。令計(jì)數(shù)脈沖的頻率為 期為 則 000計(jì)數(shù)器計(jì)滿 1000 個(gè)脈沖時(shí)，積分器的輸出電壓為 公式 (式中， 數(shù)， 叫采樣時(shí)間。在正向積分結(jié)束時(shí)， 極性即被判定。 第三階段： 反向積分，亦稱解積分 在此階段控制邏輯在對 行極性判斷之后，接通相應(yīng)極性的模擬開關(guān)，將 已充好的基準(zhǔn)電壓接相反極性代替 行反向積分，斜率變成 V (R C 經(jīng)過時(shí)間 分器的輸出又回到零電平，參見圖 圖分別繪出對負(fù)極性輸入電壓 (V 的積分波形。當(dāng)反向積分結(jié)束時(shí)，有關(guān)系式 公式（ 圖 積分輸出電壓示意圖 將 公 式 (代入 公 式 (中整理后得到 公式（ 假定在 間內(nèi)計(jì)數(shù)值 (即儀表顯示值，不考慮小數(shù)點(diǎn) ) 為 N，則 入 公 式 (得到 公式（ 分析式 (可知，因 是固定不變的，故計(jì)數(shù)值 N 僅與被測電壓 正比，由此實(shí)現(xiàn)了模擬量 - 數(shù)字量轉(zhuǎn)換。 圖 A/A/D 轉(zhuǎn)換器的時(shí)序波形如圖 個(gè)階段的時(shí)間分配如下： 自 動調(diào)零時(shí)間： 1000正向積分時(shí)間 30001=1000 反向積分時(shí)間 0每個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換周期為 4000合 160001 是固定不變的， 隨 為 000, 選基準(zhǔn)電壓 000以由 公 式 (得到 V 公式 (3. 6 ) 只要將小數(shù)點(diǎn) 定在 萬 位后邊，便可直讀結(jié)果。滿量程時(shí) N = 2000， 式 (導(dǎo)出滿量程電壓 基準(zhǔn)電壓的關(guān)系式 V M = 2V R 公式 (3. 7) 1000 ， 2V。 4位半 9999，滿量程時(shí)將顯示過 載符號“ 1” 。 轉(zhuǎn)換值的關(guān)系式為： 轉(zhuǎn)換值 =(待測輸入電壓 考電壓 100000。 公式（ 例如參考電壓 轉(zhuǎn)換值 =（ ）*10000=17320。 為提高雙積分?jǐn)?shù)字儀表抑制工頻干擾的能力，所選采樣時(shí)間 為工頻周期的整倍數(shù)。利用正向積分階段對輸入電壓取平均的特點(diǎn)，即可消除外界引入的工頻干擾。我國采用 50流電網(wǎng)，其周期為 20選 n 20干擾的抑制能力愈強(qiáng)，但 A/量速率降低，例如可取時(shí)鐘頻率 40 1000100是 20 5 倍 。 實(shí)際上考慮到交流電網(wǎng)的頻率也會有一定 波動 (例如在 50 圍內(nèi)變化 )，一般情況下并不要求時(shí)鐘頻率嚴(yán)格等于規(guī)定值，允許有一定的偏差。但時(shí)鐘頻率的穩(wěn)定性應(yīng)盡量高，否則在 2 兩個(gè)時(shí)間內(nèi) 等，會影響轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度。 （三） 數(shù)據(jù)分析部分 單片機(jī)讀入 一位的 過運(yùn)算取得 5位十進(jìn)制數(shù)字，然后通過 終顯示 5位數(shù)值， 3 2 1 02 2 2 2B C B C D 公式（ 例如 011，經(jīng)過運(yùn) 算以后得到十進(jìn)制數(shù)字 3。 （四） 數(shù)字顯示部分 此部分由 論計(jì)算部分已體現(xiàn)在集成電路設(shè)計(jì)上，在此我們不做相應(yīng)的解釋。 （五） 語音播放部分 我們選用的 音時(shí)間 8分鐘，內(nèi)部分 2400段信息，每一段 200址范圍為 0000地址計(jì)算公式為： 0 0 . 2E N X 公式（ 其中 此公式可唯一確定錄放起始地址和準(zhǔn)確的錄放時(shí)間。 四 、 電路圖及設(shè)計(jì)文件 （一） 電路結(jié)構(gòu)與工作原理 1、 穩(wěn)壓電源 部分 鑒于系統(tǒng)使用了單片機(jī)也同時(shí)使用了運(yùn)算放大器，我們選擇了 5單片機(jī) 供電 ， 運(yùn)算放大器使用正負(fù)9電路由簡單實(shí)用的三端穩(wěn)壓器構(gòu)成，輸入電壓 12V，輸出電流最大可以達(dá)到 1A，電壓調(diào)整率為 50足大部分電路的要求，對于 A/準(zhǔn)電壓輸入端，我們沒有采用 三端穩(wěn)壓器輸出 ，而是使用了高精度電壓基準(zhǔn)，這一點(diǎn)后文會有說明。穩(wěn)壓電源部分 見 下，由于使用了全橋，電壓輸入既可以使用交流輸入，又可以使用 正負(fù)直流輸入，能夠防止由于極性接反造成的事故。濾波電容使用電解 電容 與小電容并聯(lián)的方式，能夠有效消除高頻自激現(xiàn)象 。 發(fā)光 二極管接到正負(fù)電源之間，如果正負(fù)電源輸出有一 極不正常，發(fā)光二極管都會出現(xiàn)工作異常 ，提示電源部分故障。 12340 0 u 0 0 u 3 3 1 u C 2C 1 01 00 0 u 0 0 u 3 3 1 u E 2123 N 3V i o 0 9 - D P D 0 90 0 u 1 u 21 00 0 u 10 .1 u EV i o 0 50 0 5圖 壓電源部分 2、模擬量測量接口部分 針對題目要求，我們在此部分中設(shè)計(jì)了 5個(gè)不同測量檔位 ，其中交直流電壓與電流測量為題目任務(wù)要求，電阻測量，二極管壓降測量，三極管 放大系數(shù) 們額外添加的功能，使之更接近于成品萬用表的性能。圖 分電路圖： R 2 490 21 00 0 V 32184U 8 3 5 3567U 8 3 5 3 O D O D 71 0 92 0 3 1 00 6 1 0 81 0 Ci n p u S P D 110電流電壓電流0 2 350 0R 1 810R 1 62 20 72 20 4 3 1 - 6 W A - 6 W A 36 00V C 流電阻電壓三極管三極管11223344 2V C 3 4 3 4 0S W - 6 W A 電流 1電阻 1電壓 1三極管 1567U 1 3 5 332184U 1 3 5 3 1 51 5電阻電流1電阻1電壓1二極管1三極管1V C h1 h2 h3 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 N 14圖 模擬量測量接口部分 該接口電路電壓測量分為 0 0 0 于交流電壓來說，顯示的是交流電壓經(jīng)過精密整流電路整流以后的直流電壓，交直流電壓測量由一個(gè)開關(guān)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，量程選擇開關(guān)與小數(shù)點(diǎn)移位開關(guān)聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)量程轉(zhuǎn)換的指示。精密整流電路由運(yùn)放和整流二極管構(gòu)成，為了保證高的輸入阻抗和任務(wù)要求的輸入帶寬，我們選用了高輸入阻抗高速運(yùn)算放大器 入阻抗高達(dá) 910 歐姆，轉(zhuǎn)換速率 13V/益帶寬積 3全可以滿足要求。 一般的二極管無法滿足頻率帶寬的要求，使用快恢復(fù)和肖特基二極管效果也不是很好，而且成本比較高，我們用 9018的集電結(jié)代替高頻二極管取得了非常好的效果。 電流測量電路是在電壓測量的基礎(chǔ)上，在電路中串聯(lián)一個(gè) 10 的電阻，通過測量電阻兩端的電壓達(dá)到測量 電流的目的，電壓測量使用的是0 以電流測量的量程為 0 足任務(wù)要求。 電阻測量部分 我們用兩只特性比較接近的 9015三極管構(gòu)成恒流源電路，通過測量流過被測電阻兩端的電壓間接達(dá)到測量電阻的目的。根據(jù)接入電阻的不同，能夠構(gòu)成的恒流源電流為 1100101應(yīng)電阻檔最大量程為 2000、 2020200 二極管壓降測量部分也是建立在電壓測量的基礎(chǔ)上，通過測量二極管導(dǎo)通之后的兩端電壓達(dá)到測量的目的，測量范圍 三極管放大系數(shù) 理是恒壓源通過限流電阻和三極管發(fā)射結(jié)形成恒定電流，通過測量三極管 集電極 輸出電流 達(dá)到測量 3、 A/電路部分采用 4位半雙積分 A/對題目要求，測量準(zhǔn)確度與分辨率游刃有余。 A/002個(gè)周期的時(shí)間，輸入時(shí)鐘頻率越高，其轉(zhuǎn)換速度也越快，但是考慮到系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度，時(shí)鐘不宜高過 1 ，振蕩頻率可調(diào)，為數(shù)百 過測試，我們選擇了 250電路，作用是濾除高頻干擾和限制輸入電流。 V，為防止過高的電壓損壞芯片，我們在輸入端反向接入了兩只保護(hù) 二極管 ，當(dāng)輸入電壓高于電源電壓，電流將流入電源正極而不流入芯片，當(dāng)輸入電壓低于地，電流將從地流出而不從芯片流出，這樣就起到了保護(hù)芯片的作用。 我們設(shè)置參考電壓為 則根據(jù)理論計(jì)算得出基本測量范圍為 0 *滿度測量量程為 此 范圍內(nèi)，準(zhǔn)確度為 1個(gè)字。 *能夠自動調(diào)零，保證在 0V 輸入時(shí)讀數(shù)為“ 0000”。（最高位自動消隱）。 *輸入阻抗高于 910 ，輸入漏電流僅僅 1 型值） ,允許差分輸 入方式。 （本 電壓表 按共地方式輸入）。 *采用多位分時(shí)掃描顯示技術(shù)，簡化硬件連接和節(jié)省驅(qū)動功率。所有輸出電平與 平兼容。 電路原理圖 如 圖 V E 027R 3 51 00 41 00 T O U I F F O U I N +10V+11 S O C K I R O B 6I C L 7 13 54 71231 4 3 1 11 01 0A 1 1A 1 2T R I O L O L S C H S E T V C 5V C 86 R 5 91 1 u 02 00I N T 0A 1 4A 1 5D 1 0 D I O D E 1R 5 71 00 I O D I O D A/電路工作原理： 數(shù)字之后，由 選信號由 2、 有數(shù)據(jù)鎖存功能。 轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù) 輸出的同時(shí)，此腳輸出一個(gè)很窄的負(fù)脈沖，用以引起單片機(jī)中斷， 單片機(jī)程序進(jìn)入中斷服務(wù)函數(shù)以后從 位讀入 一位被選中則輸入高電平，然后讀入 位 1、 過轉(zhuǎn)換獲得相應(yīng)的數(shù)值 。 每一次中斷讀取一位數(shù)據(jù)， 5次以后輸出全部數(shù)值。 R/轉(zhuǎn)換控制引腳，該腳為 ， 正負(fù)極性判斷引腳，該腳為 超出量程報(bào)警端，當(dāng)所測電壓超出量程范圍之后，該腳變高。 4、單片機(jī)控制部分 我們使用了 系統(tǒng)的控制芯片，它有 856個(gè)外部中斷，工作頻率 12本系統(tǒng)來說，資源已經(jīng)足夠?？刂撇糠蛛娐吩韴D 如圖 V S C C K O U 6 3E A / V S E T 012I N T 11301P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E E / 89 C 5 1P 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06P 07 0A 1 1A 1 2A 1 3A 1 4A 1 5 33 0 43 0 . 1P 1. 2P 1. 3P 1. 44 00 4 / C S . 7P 1. 0R E S E 0 06 T 1I N T 0 O D O D . 7 68 3 4 5 6 7 8 9J 18C O N 9V C 1S W - P u S E 電流 1電阻 1電壓 1三極管 1R 5 11 0 21 0 31 0 41 0 53 R 5 63 V C 單片機(jī)控制部分 復(fù)位部分我們使用了簡單的 阻容復(fù)位，取典型值 22反復(fù)實(shí)驗(yàn)證明復(fù)位效果良好。 22線一共掛了 3個(gè)器件，故使用了 3上拉電阻給總線提供驅(qū)動電流，實(shí)驗(yàn)證明 3個(gè)器件 來任務(wù)并沒有要求時(shí)鐘部分，但是考慮到系統(tǒng)的擴(kuò)展性以及對系統(tǒng)資源的充分利用，我們添加了時(shí)鐘部分，在電壓表無測量任務(wù)的時(shí)候顯示時(shí)間，并 考慮 擴(kuò)展 語音報(bào)時(shí)功能，增加了功能性和趣味性。 位作為 A/位作為小數(shù)點(diǎn)位置讀取輸入端， 這 4個(gè)口外接上拉電阻以保證高低電平的準(zhǔn)確性 ， 當(dāng)選中某個(gè)檔位時(shí)，該腳被拉為低電平， 讀入 位即可判斷小數(shù)點(diǎn)的位置，進(jìn)而在語音播放中做相應(yīng)的調(diào)整。 位作為 A/合對 位讀取，就可以獲得 A/ A/制與判斷，不再贅述。 檔位選擇信息的讀入由各個(gè)對應(yīng) I/線請參看 圖 如選擇了電流檔，則電流檔對應(yīng)的 I/余檔為高，則程序中 進(jìn)行相應(yīng) 操作。 5、 顯示與鍵盤控制部分 為了節(jié)省單片機(jī)的 I/時(shí)便于編程和控制，我們選擇了周立功公司的基于 編程工作量大大減少，控制功能卻明顯提高。 位共陰的數(shù)碼管和 64個(gè)按鍵，每個(gè)按鍵有唯一的編號，編程相當(dāng)簡單。 關(guān)于 存器與指令詳解請參看相關(guān)數(shù)據(jù)手冊，我們在這里不做描述。 位后可以清除數(shù)碼管顯示和顯存的內(nèi)容。時(shí)鐘使用 8率越高響應(yīng)與刷新速度越快，但最高不要超過 10們用它驅(qū)動 6個(gè)共 陰數(shù)碼 管 和 8個(gè)按鍵，沒有使用它的一些特殊功能，編程相對簡單。我們在程序里對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后通過 來由單片機(jī)完成的譯碼與掃描過程都交由 高了 有任意一鍵按下， 示有鍵按下，單片機(jī)可以用中斷的方式也可以用查詢的方式處理按鍵過程，然后讀出按鍵對應(yīng)的編號，即可進(jìn)行編程。電路原理 如圖 D i g 713D i g 612D i g 521D i g 422D i g 33D i g 24D i g 15D i g 06S D I N e g e g e g e g e g e g e g e g C 218O S C 117/ R E 4Z L G 7 2 9 0R 4 13 k 3R 4 33 k 3R 4 43 k 3R 4 53 k 3i g 7D i g 6D i g 5D i g 4D i g 3D i g 2D i g 1D i g 0P 1. 2P 1. 1I N T 1V C 61 00 34 70 90 . 1 u T O 1D I O D 2D I O D M H 12 2 22 2 1A M B E R C 2A M B E R C 3A M B E R C 4A M B E R C 5A M B E R C 6A M B E R C i g 5 D i g 4 D i g 3 D i g 2 D i g 1 D i g 0R 2 52 2 0R 2 62 2 0R 2 72 2 0R 2 82 2 0R 2 92 2 0R 3 02 2 0R 3 12 2 0C 3 02 20 u 22 20R 4 72 20R 4 82 20R 4 92 20d N G W A 圖 顯示與鍵盤控制部分 6、語音播放部分 因?yàn)橐瓿烧Z音報(bào)值，所以語音芯片是本系統(tǒng)中的核心器件，這里我們選用了性能優(yōu)良的錄放芯片 聲音錄放采用了 利技術(shù) ,即聲音無須 A/ D 轉(zhuǎn)換和壓縮就可直接存儲 , 沒有 A/ D 轉(zhuǎn)換誤差 , 在一個(gè)記錄位可存儲多達(dá) 250 級聲音信號 ， 相當(dāng)于通常 A/ 倍。錄音時(shí)間 8 16分鐘，時(shí)間長短由采樣頻率決定，采樣頻率越高記錄時(shí)間越短但音質(zhì)越好，我們的系統(tǒng)采用了 8分鐘的芯片，取得了較好的音質(zhì)。其內(nèi)部語音存儲器共 分為 2400段，每段占用時(shí)間為 200對 8分鐘芯片 )，分段地址范圍為 0000內(nèi)集成了 晶體振蕩器、麥克風(fēng)前置放大器、自動增益控制、抗混疊濾波器、平滑濾波器、聲音功率放大器等 , 只需很少的外圍器件 , 就可以構(gòu)成一個(gè)完整的聲音錄放系統(tǒng)。 3 伏電壓供電 , 電流小 : 待機(jī)時(shí) 1 A , 放音時(shí) 30錄音時(shí) 25 / C S S S S S C A L C L I N S C +17I N D 4 00 4 4 0 01 4 0 01 4 0 01C 2 62 2U 81 0U 93 02 20 U 61 U 74 10 7C 2 20 50 51 0 91 010R 1 41 0 5L M 3 86V C 0 4 / C . 2M I S . 1V C . 7I N T 1 O N E J A C K S T E R E O S 語音播放部分 由于 以 必 須要將 5V，典型電路使用 是很難買到，我們也考慮過使用 是感覺相對麻煩成本較高，最后我們采用了電源串聯(lián) 3只二極管的方案，利用 其 輸出電壓為 好達(dá)到 于 且實(shí)驗(yàn)證明此種方法可以使其可靠的工作，所以我們 采用了此種方案。 然它的供電電壓只有 3V，但是單片機(jī)可以 準(zhǔn)確地識別接口的高低電平，不會發(fā)生錯(cuò)誤。 線構(gòu)成，分別為片選端 時(shí)鐘輸入端 行數(shù)據(jù)輸入端 行數(shù)據(jù)輸出端 于詳細(xì)的 7、溫度測量電路部分 這一部分是對數(shù)字電壓表的擴(kuò)展，我們采用了 的溫度測量精度可以達(dá)到 只有一條數(shù)據(jù)時(shí)鐘復(fù)用總線，遵從 1訊協(xié)議與單片機(jī)通訊，大 大節(jié)約了單片機(jī) I/于 一總線的通訊協(xié)議請自行查閱相關(guān)手冊。我們只設(shè)計(jì)了一個(gè)接口，使用時(shí)可以直接將 這里使用 ， 電路圖如 圖 123 N 3V C 21 0度測量電路部分 8、紅外遙控接口 部分 我們只是用了一個(gè)一體化的紅外探頭作為紅外線遙控接口，可以實(shí)現(xiàn)用紅外線 遙控 報(bào)值。電路圖 如圖 V C N G W A 0C O N 4 圖 紅外遙控接口部分 （二） 軟件設(shè)計(jì) 軟件部分全部采用嵌入式 發(fā)環(huán)境為 序燒寫使用自制的并口在線編程燒寫器，燒 寫軟件為 51 完成主要功能的軟件流程圖 如圖 開 始 ， 系 統(tǒng) 復(fù) 位播 放 開 場 音 樂讀 取 功 能 檔 位 信 息確 定 待 測 模 擬 量是 否 得 到 A / D 轉(zhuǎn) 換器 中 斷 ？讀 取 轉(zhuǎn) 換 結(jié) 果送 交 Z L G 7 2 9 0 顯 示經(jīng) 過 運(yùn) 算 得 出 語 音 播放 的 地 址 組 合開 始 放 音放 音 結(jié) 束是否圖 要功能軟件流程圖 （ 三 ） 相關(guān)設(shè)計(jì)文檔清單 01 電路設(shè)計(jì)項(xiàng)目文件：語音報(bào)值電壓表 中包括電路圖文件：語音報(bào)值電壓表 制電路板文件：語音報(bào)值電壓表 件清單列表：語音報(bào)值電壓表 02 軟件編程項(xiàng)目文件：語音報(bào)值電壓表 中包括源程序文件： 語音報(bào)值電壓表 程序燒寫文件：語音報(bào)值電壓表 （ 四 ） 實(shí)際作品描述 1、 整個(gè)系統(tǒng)由控制與人機(jī)界面部分（見圖 電源與數(shù)據(jù)采集與接口部分組成 (見圖 整機(jī)成品見圖 圖 制與人機(jī)界面部分 圖 源與數(shù)據(jù)采集與接口部分 圖 機(jī)實(shí)物圖 2、 人機(jī)界面檔位選擇說明請參見圖 圖 位選擇開關(guān)示意圖 使用時(shí)請選擇您要測量的物理量檔位，并且估計(jì)物理量的大小，選擇合適的量程，請勿超出量程使用，否則一切后果由使用者承擔(dān)。 3、 工作 流程 開機(jī)后 播放開機(jī)音樂與作者介紹 。播放結(jié)束顯示轉(zhuǎn)換結(jié)果，待顯示穩(wěn)定后播放顯示的數(shù)值。顯示是否穩(wěn)定是一個(gè)模糊的概念，這里我們判斷讀數(shù)穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)是如果連續(xù)兩次轉(zhuǎn)換結(jié)果的高 3位相等，就認(rèn)為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換已經(jīng)穩(wěn)定，然后讀取最后一次轉(zhuǎn)換值進(jìn)行顯示。 五 、 指標(biāo)測量與數(shù)據(jù)分析 （一） 測試儀器清單 序號 名稱 型號 規(guī)格與使用檔位 生產(chǎn)廠家 01 臺式萬用表 44 位，交直流電壓電流測量， 電阻值測量，交流信號 允許輸入 頻率 2050灣 2 數(shù)字示波器 10 60交流信號整流后波形測量 美國泰克 03 直流穩(wěn)壓電源 路直流 0 30石家莊無線電十廠 （二） 測試項(xiàng)目與方法 1、儀器連接示意圖 待 測 物 理 量 ： 交 直 流 電 壓， 交 直 流 電 流 ， 電 阻 ， 二極 管 壓 降臺 式 數(shù) 字 萬 用 表數(shù) 字 示 波 器語 音 報(bào) 值 數(shù) 字 萬 用 表切 換 開 關(guān)2、測試原理 用開關(guān)切換 344位高精度臺式數(shù)字萬用表和系統(tǒng)板 ，分別測量 對應(yīng)數(shù)據(jù)，將結(jié)果記錄并進(jìn)行比較，通過 數(shù)據(jù)分析 得出誤差數(shù)據(jù)。 如果不用切換開關(guān)而直接并聯(lián)測試儀器和被測系統(tǒng)，則可能因?yàn)樨?fù)載的變化造成測 量精度下降。 3、儀器精度等級分析 344位臺式萬用表 直流電壓 準(zhǔn)確度 ： 5005V, 50V, 500V 檔 +(讀值 + 4 位數(shù) )、 1200V 檔 +(讀值 + 9 位數(shù) ) 交流電壓絕對有效值 (交流或交流加直流絕對有效值 ) 準(zhǔn)確度： 50050V 共 3 檔 2045+(1% 讀值 + 15 位數(shù) ) 452+(讀值 + 15 位數(shù) ) 2 10+(1% 讀值 + 15 位數(shù)