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傳統的伏特表在我們的日常生活及科學研究中起到了其獨特的作用，但是在科學技術日新月異、集成芯片在日常生活中的應用越來越廣泛的今天顯得比較落伍：①它們的量程往往在出廠以前就限定好的，不能根據具體使用場合進行相應調整；②測量精度有限；③不能夠將測量結果用語音播放出來。本文將介紹一種由單片機最小系統、模－數轉換電路 、語音電路、LED顯示電路組成的單片機式語音播報伏特表。 1、硬件設計 整個系統的組成可以分成四大部分：單片機、模－數轉換電路、語音電路、LED顯示電路。下面就主要的部分進行具體介紹。 1．1、單片機 目前流行的單片機很多,其中89C51自帶有片內ROM和一定數量的RAM，一般不需要擴展片外的存儲器，并且能和MCS—51產品兼容。本設計選擇89C51單片機，如下圖所示： 圖1 89C51單片機 本設計選用簡單基本的經典復位電路，它利用電容和電阻的充放電來產生一個達到時間要求的連續低電壓，并輸入到單片機的復位管腳。 1．2、 模－數轉換電路 模－數轉換選擇8位的ADC即AD0809，模塊分布如圖 1－2，測量范圍由REF(-)和REF(+)接的電壓決定，使用的時候可以根據具體的需求更改測量量程。 工作原理如下：首先，地址控制模塊中，由單片機送來“通道控制信號”選擇我們所需要的通道，隨后ALE信號鎖定該通道。此時，外界的模擬輸入就可以通過“模擬輸入開關”進入AD轉換器。這時，只要START信號一有效馬上就開始進行AD轉換。 AD轉換的過程其實就是一個“和參考電壓比較，逐次逼近”的過程。由“256電阻階梯”模塊提供參考電壓，并在“開關陣列”的控制下，和輸入進行比較，直到在“S．Ａ．Ｒ．”模塊中得到一個比較精確的數字化輸出值，這時由“控制/定時模塊”發送EOC信號通知外部AD轉換完畢。所的到的數字信號存于“輸出鎖存模塊”中，只要單片機來一個OUTPUT ENABLE信號即可輸出數據。 ADC芯片如下： 圖 1－3 ADC芯片圖 模－數轉換工作主要是由硬件完成的，其軟件部分相當簡單。 1．3、 語音播報 從設計的要求、芯片的性能等方面考慮，設計時選擇了ISD1400。它的功能齊全，控制信號只使用89C51的I/O控制線。內含64K/128K EEPROM存儲器、消除噪聲的話筒前置放大器和自動增益調節AGC電路、適合語音的專用濾波電路、具有極高溫度穩定性能的時鐘振蕩電路及全部語音處理電路。這種電路還提了多種應用方式選擇和接口，并可方便地應用到各種集成化電子語音系統中。語音錄放組件可用于各種一段式語音留言裝置、語音報警及語音提示裝置中，能夠在電源斷開的情況下，長期保存信息。設計時具體的連接如下： 圖 1－4 語音系統 ISD1420可分段存貯20秒語音信息，按每秒鐘可讀3個漢字計算，20秒可分段貯存609多個漢字語音。將ISD1420的A2～A7與單片機CPU的I/O口連接，這樣可單獨提取64段語音信息，并在軟件的支持下可自動組合成若干段完整的長短語句。接通電源，電路自動進入節電準備狀態。按住錄音鍵(REC保持低電平)，電路進入錄音狀態，錄音指示燈亮，直至REC變高或存儲器錄滿，錄音結束進入準備狀態。錄音完畢即可使用。 1．4、 LED顯示方案 顯示方案常用的有兩種：串口和并口。由于設計中，對于89C51的I/O口利用緊張的關系，我們選用串口來顯示。為了能夠同時顯示3個LED數碼管，本系統需要增加三個74LS164做串——并轉換。同時，由于電壓的關系，還需要加上限流電阻。在譯碼方面有硬件和軟件兩種方式，為了減小硬件的復雜程度，設計采用軟件查表譯碼的方法。 2 軟件設計 軟件的設計實行模塊化，主要由模數轉換、誤差判斷（如果一直測同一值即誤差很小就不二次播報）、碼制轉換、LED顯示、語音播報幾大模塊構成。軟件流程圖如下： 3、軟件調試 本系統的軟件系統全部采用Ｃ51來編寫，由于一般的仿真器對Ｃ51的支持有一定的缺陷，軟件調試比較復雜．除了語法差錯外，當確認程序沒問題時，通過直接下載到單片機來調試．采取的是自下到上的調試方法，即單獨調試好每一個模塊，然后再連接成一個完整的系統調試。 4、硬件調試 調試時使用標準電源，digital multimeter DT9505數字萬用表可以判定系統測量的精度。系統供電電壓：5V（標準）對所測的數據進行分析可以得出以下結論：用標準的５伏電壓供電的時候，所測的電壓只在個別的電壓范圍內有0.01伏的誤差，其他范圍幾乎沒有誤差。由于軟件算法的限制，最大誤差在５伏處，為0.02伏。 5、軟硬件聯調 通過設定仿真器的屬性，從而通過仿真器實現軟硬件聯調。對應每個模塊功能在硬件電路實現，通過仿真器的單步執行或斷點執行及全速執行，來觀察硬件電路的反應是否正常。在調試過程中對出現的問題進行修改和改進，為硬件的脫機運行打下基礎。 焊接硬件電路在認真檢查的基礎上，還要掌握好焊接的時間。為避免虛焊，要求焊錫與導線充分接觸，但我們均采用膠皮導線，過高的溫度會使膠皮脫落，在與其他導線交叉的情況下容易造成兩導線的短接，產生不可靠性。在焊接時，亦容易將座子的塑膠材料燒壞。 使用模擬仿真頭與使用真實仿真頭調試有點區別。模擬仿真頭調試的時候不易出現真實仿真頭調試時產生的硬調故障。真實仿真頭要接收硬件電路的中斷信號，并進入中斷服務子程序完成相應的動作。所以，本設計軟件中本應該用定時器精確延時的地方，不得不用軟件延時，導致設計未能夠充分利用資源，增大了CPU的負擔。 6、結論 研究的基于MCS—51單片機的語音播報伏特表，采用串口擴展（LED部分）、實時轉換（ADC部分）、按鍵復位等技術，可以對直流電壓進行比較高精度的測量并用語音播報該值。系統的運行可靠、穩定。對系統測量結果分析可以看出：用標準的５伏電壓供電時，所測的電壓誤差在0.01伏范圍內。 伏特表的量程調整也是很方便的，在實際的運用過程中，不同的用戶可以根據自己的實際需要，更改REF（-）和REF（+）值便可調整量程。 |
