51單片機設計方案TOP10（六）

　　1、硬件設計

　　整個(gè)系統的組成可以分成四大部分：?jiǎn)纹瑱C、模-數轉換電路、語(yǔ)音電路、LED顯示電路。下面就主要的部分進(jìn)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(chǎn)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(jiǎn)單基本的經(jīng)典復位電路，它利用電容和電阻的充放電來(lái)產(chǎn)生一個(gè)達到時(shí)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(shí)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(lái)“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(shí)，外界的模擬輸入就可以通過(guò)“模擬輸入開(kāi)關(guān)”進(jìn)入AD轉換器。這時(shí)，只要START信號一有效馬上就開(kāi)始進(jìn)行AD轉換。

　　AD轉換的過(guò)程其實(shí)就是一個(gè)“和參考電壓比較，逐次逼近”的過(guò)程。由“256電阻階梯”模塊提供參考電壓，并在“開(kāi)關(guān)陣列”的控制下，和輸入進(jìn)行比較，直到在“S.A.R.”模塊中得到一個(gè)比較精確的數字化輸出值，這時(shí)由“控制/定時(shí)模塊”發(fā)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(lái)一個(gè)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(jiǎn)單。

　　1.3、 語(yǔ)音播報

　　從設計的要求、芯片的性能等方面考慮，設計時(shí)選擇了ISD1400。它的功能齊全，控制信號只使用89C51的I/O控制線(xiàn)。內含64K/128K EEPROM存儲器、消除噪聲的話(huà)筒前置放大器和自動(dòng)增益調節AGC電路、適合語(yǔ)音的專(zhuān)用濾波電路、具有極高溫度穩定性能的時(shí)鐘振蕩電路及全部語(yǔ)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(yǔ)音系統中。語(yǔ)音錄放組件可用于各種一段式語(yǔ)音留言裝置、語(yǔ)音報警及語(yǔ)音提示裝置中，能夠在電源斷開(kāi)的情況下，長(cháng)期保存信息。設計時(shí)具體的連接如下：

　　圖 1-4 語(yǔ)音系統

　　ISD1420可分段存貯20秒語(yǔ)音信息，按每秒鐘可讀3個(gè)漢字計算，20秒可分段貯存609多個(gè)漢字語(yǔ)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(yǔ)音信息，并在軟件的支持下可自動(dòng)組合成若干段完整的長(cháng)短語(yǔ)句。接通電源，電路自動(dòng)進(jìn)入節電準備狀態(tài)。按住錄音鍵(REC保持低電平)，電路進(jìn)入錄音狀態(tài)，錄音指示燈亮，直至REC變高或存儲器錄滿(mǎn)，錄音結束進(jìn)入準備狀態(tài)。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(guān)系，我們選用串口來(lái)顯示。為了能夠同時(shí)顯示3個(gè)LED數碼管，本系統需要增加三個(gè)74LS164做串——并轉換。同時(shí)，由于電壓的關(guān)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(shí)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(yǔ)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(lái)編寫(xiě)，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(yǔ)法差錯外，當確認程序沒(méi)問(wèn)題時(shí)，通過(guò)直接下載到單片機來(lái)調試.采取的是自下到上的調試方法，即單獨調試好每一個(gè)模塊，然后再連接成一個(gè)完整的系統調試。

　　4、硬件調試

　　調試時(shí)使用標準電源，digital multimeter DT9505數字萬(wàn)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(jìn)行分析可以得出以下結論：用標準的5伏電壓供電的時(shí)候，所測的電壓只在個(gè)別的電壓范圍內有0.01伏的誤差，其他范圍幾乎沒(méi)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(lián)調

　　通過(guò)設定仿真器的屬性，從而通過(guò)仿真器實(shí)現軟硬件聯(lián)調。對應每個(gè)模塊功能在硬件電路實(shí)現，通過(guò)仿真器的單步執行或斷點(diǎn)執行及全速執行，來(lái)觀(guān)察硬件電路的反應是否正常。在調試過(guò)程中對出現的問(wèn)題進(jìn)行修改和改進(jìn)，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(shí)間。為避免虛焊，要求焊錫與導線(xiàn)充分接觸，但我們均采用膠皮導線(xiàn)，過(guò)高的溫度會(huì )使膠皮脫落，在與其他導線(xiàn)交叉的情況下容易造成兩導線(xiàn)的短接，產(chǎn)生不可靠性。在焊接時(shí)，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(shí)仿真頭調試有點(diǎn)區別。模擬仿真頭調試的時(shí)候不易出現真實(shí)仿真頭調試時(shí)產(chǎn)生的硬調故障。真實(shí)仿真頭要接收硬件電路的中斷信號，并進(jìn)入中斷服務(wù)子程序完成相應的動(dòng)作。所以，本設計軟件中本應該用定時(shí)器精確延時(shí)的地方，不得不用軟件延時(shí)，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(yǔ)音播報伏特表，采用串口擴展(LED部分)、實(shí)時(shí)轉換(ADC部分)、按鍵復位等技術(shù)，可以對直流電壓進(jìn)行比較高精度的測量并用語(yǔ)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(shí)，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(shí)際的運用過(guò)程中，不同的用戶(hù)可以根據自己的實(shí)際需要，更改REF(-)和REF(+)值便可調整量程。