基于单片机的语音播报数字电压表设计

基于单片机的语音播报数字电压表设计内容摘要：

性，为以后功能的扩展打下了基础。 黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） 5 第 3 章 硬件设计 A/D 转换电路 A/D 转换芯片的选择 A/D 转换器是模拟量输入通道中的一个环节，单片机通过 A/D 转换器把输入模拟量变成数字量再处理。 随着大规模集成电路的发展，目前有许多种型号的 A/D 转换器，来满足不同的应用场合的需要。 如果按照转换原理换分，主要有三种类型，即双积分 A/D 转换器、逐次逼近式 A/D 转换器以及并行式 A/D 转换器。 现阶段最常用的是 双 积分和逐次逼近式。 双积分 A/D 转换器：具有精度高、抗干扰性好、价格低廉等优点，但转换 速度慢，近年来在单片机应用领域中也得到广泛应用。 但是，与双积分相比逐次逼近式的转换速度更快，而且精度更高，他们通常具有 8 路模拟 传 统开关以及地址译码、锁存电路，他们能直接与单片机系统连接，将数字量输送入单片机进行分析和显示。 一般逐次比较型 A/D转换器用的比较多， ADC0804就是这类单片集成 A/D转换器。 ADC0804 是一个 8 位、单通道、低价格的 A/D 转换器，主要特点是：模数转换时间短；方便与 TTL或 CMOS 标准接口连接；可以满足差分电压输入；具有参考电压输入端；内含时钟发生器；单电源工作时（ 0～ 5V）输入 电压范围是 0～ 5V；不需要调零等等。 ADC0804 是一款早期的 AD 转换器，因其价格低廉而在要求不高的场合得到广泛应用。 ADC0804 转换原理的介绍 逐次逼近式 ADC 实际采用的方法是从高到底开始逐位设定，比较模拟量输出，再来确定原设定位的是否正确。 逐次比较型 ADC 原理结构图如图 31 所示。 其中主要由采集保持器电路、电压比较器、逐次比较寄存器、数 /模装换器和锁存器等部分组成。 图 31 ADC 内 部结构图 它的工作原理如下： 黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） 6 最开始，被测的模拟电压通过逐次比较寄存器，将传递进的脉冲 CP 信号转换成数字信号，该数字量在经过数 /模转换器生成对应的模拟量。 当获得了模拟量的数字达到并且接近被测电压所对应值后，就可以检测出电压比较器完成最后的反转。 此时，逐次比较寄存器的计数值就是被测电压所对应的数字量，从而完成模拟量转换。 以上的原理表明，逐次比较法，归根到底是数 /模转换，采用逐次与模拟量的进行比较后得到最 精的数字标定值。 ADC0804 芯片介绍 ADC0804 是一种 8 位的逐次逼近型 A/D 转换器。 带 8 个模拟量输入通道，芯片内有通道地址译码锁存器，有输出三态数据锁存器，启动信号为脉冲启动，可以与单片机接口直接连接。 ADC0804 的引脚图，如图 32 所示： 图 32 ADC0804 引脚图 /CS：芯片片选信号，低电平有效，即 /CS=0， 该芯片才能正常工作，在外接多个ADC0804 芯片时，该信号可以作为选择地址使用，通过不同的地址信号使能不同的ADC0804 芯片，从而可以实现多个 ADC 通道的分时复用。 /WR:启动 ADC0804 进行 ADC 采样，该信号低电平有效，即 /WR 信号由高电平变成低电平时，触发一 次 ADC 转换。 /RD:低电平有效，即 /RD=0 时，可以通过数据端口 DB0～ DB7 读出本次的采样结果。 UIN（ +）和 UIN（ ）：模拟电压输入端，模拟电压输入接 UIN（ +）端， UIN（ ）端接地。 双边输入时 UIN（ +）、 UIN（ ）分别接模拟电压信号的正端和负端。 当输入的模拟电压信号存在 “零点漂移电压 ”时，可在 UIN（ ）接一等值的零点补偿电压，变换时将自动从 UIN（ +）中减去这一电压。 黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） 7 VREF/2：参考电压接入引脚，该引脚可外接电压也可悬空，若外界电压，则 ADC的参考电压为该外界电压的两倍，如不外接， 则 Vref 与 Vcc 共用电源电压，此时 ADC的参考电压即为电源电压 Vcc 的值。 CLKR 和 CLKIN：外接 RC 电路产生模数转换器所需的时钟信号，时钟频率 CLK = 1/，一般要求频率范围 100KHz～。 AGND 和 DGND：分别接模拟地和数字地。 /INT:中断请求信号输出引脚，该引脚低电平有效，当一次 A/D 转换完成后，将引起 /INT=0，实际应用时，该引脚应与微处理器的外部中断输入引脚相连（如 51 单片机的 INT0， INT1 脚），当产生 /INT 信号有效时，还需等待 /RD=0 才能正确 读出 A/D 转换结果，若 ADC0804 单独使用，则可以将 /INT 引脚悬空。 DB0~DB7：输出 A/D 转换后的 8 位二进制结果。 ADC0804 与单片机之间的接口方法 图 33 ADC 连接电路图 由 ADC0804 电路原理图（图 33）可以看出， ADC 的 D0D7 直接与单片机总线 相连。 /CS， /RD， /WR 与单片机 相连并与语音模块相连。 单片机的介绍 单片机的介绍 单片机（ Single chip microputer）是一种 集成 电路 芯片 ，是采用 超大规模集成电路 技术把具有数据处理能力的 中央处理器 CPU、 随机存储器 RAM、 只读存储器 ROM、多种 I/O 口和 中断系统 、 定时器 /计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、 脉宽调制 黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） 8 电路、模拟多路 转换器 、 A/D 转换器 等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统 ，在 工业 控制领域广泛应用。 从上世纪 80 年代，由当时的 4 位、 8 位单片机 ，发展到现在的 300M 的高速单片机。 单片机有着体积小，功耗低，功能性强，性价比高，易于推广应用等显著优点；在自动化装置、智能化仪器仪表、过程控制以及家用电器等领域得到广泛的应用。 采用 AT89C52 的原因 在众多的单片机中，要算 ATMEL 公司的 AT89C51 更加实用，它是由北京集成电路设计中心在 MSC51 单片机的基础上精 心设计的，由美国生产的至今为止世界上比较新型的高性能八位单片机。 但是我们要选用 AT89C52 单片机，因为它不仅与 AT89C51单片机指令、管脚完全一样，同时也能兼容 MCS51 指令系统，而且其性能大大领先于AT89C51 单片机，在 52 中 RAM 空间的增大，内部 FLASH 的变大，中断源的增加，使之远远领先于 51 单片机。 AT89C52 的主要功能参数 兼容 MCS51 指 令系统 ； 8kB 可反复擦写（大于 1000 次） Flash ROM； 32 个双向 I/O 口； 256x8bit 内部 RAM； 3 个 16 位可编程定时 /计数器中断； 时钟频率 024MHz； 2 个串行中断，可编程 UART 串行通道； 2 个外部中断源，共 8 个中断源； 2 个读写中断口线， 3 级加密位； 低功耗空闲和掉电模式， 软件 设置睡眠和唤醒功能； 1有 PDIP、 PQFP、 TQFP 及 PLCC 等几种封装形式，以适应不同产品的需求。 AT89C52 的功能介绍 AT89C52 是美国 Atmel 公司生产的低电压、高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8KB的可反复 擦 写的程序存储器 和 12B 的随机存取 数据存储 器（ RAM），器件采用 Atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS51 指令系统 ，片内配置通用 8位 中央处理器 （ CPU）和 Flash存储单元 ，功能强大的 AT89C52 单片机可灵活应用于各黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） 9 种控制领域。 AT89C52单片机属于 AT89C51单片机 的增强型，与 Intel 公司的 80C52在 引脚 排列、硬件组成、工作特点和 指令系统 等方面兼容。 其主要工作特性是： 片内程序存储器内含 8KB 的 Flash程序存储器，可擦写寿命为 1000 次； 片内 数据存储 器内含 256 字节的 RAM； 具有 32 根可编程 I/O 口线； 具有 3 个可编程 定时器 ； 中断系统是具有 8 个中断源、 6 个中断矢量、 2 个级 优先权 的中断结构； 串行口 是具有一个 全双工 的可编程 串行通信 口； 具有一个数据指针 DPTR； 低功耗工作模式有空闲模式和掉电模式； 具有可编程的 3 级程序锁定位； AT89C52 工作电源电压为 5（ 1+） V，且典型值为 5V； AT89C52 最高工作频率为 24MHz。 AT89C52 芯片引脚介绍以及分配 AT89C52 单片机引脚结构图，如图 34； 图 34 单片机引脚图 引脚介绍： 黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） 10 P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也即地址 /数据总线 复用口。 作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路， 对端口 P0 写 “1”时，可作为高阻抗输入端用。 在访问 外部数据 存储器 或 程序存储器 时，这组口线分时转换地址（低8 位 ）和 数据总线 复用，在访问期间激活内部上拉电阻。 在 Flash编程 时， P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻 P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL逻辑门电路。 对端口写 “1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。 作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个 引脚 被外部信号拉低时会输出一个电流（ IIL）。 与 AT89C51 不同之处是， 和 还可分别作为定时 /计数器 2 的外部计数输入（ ）和输入（ ）， Flash编程和程序校验期间， P1 接收低 8 位地址。 P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位 双向 I/O 口， P2 的 输出 缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL逻辑门电路。 对端口 P2 写 “1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（ IIL）。 在访问外部 程序存储器 或 16 位地址的外部数据存储器时， P2 口送出高 8 位地址数据。 在访问 8 位地址的外部数据 存储器 时， P2 口输出P2 锁存器 的内容。 Flash编程 或校验时， P2 亦接收高位地址和一些 控制信号。 P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。 P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路。 对 P3 口写入 “1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。 此时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流（ IIL）。 P3 口除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能 P3 口还接收一些用于 Flash闪速存储器 编程 和程序校验的 控制信号。 复位输入（ RST）。 当振荡器工作时， RST 引脚 出现两个 机器周期 以上高电平将使单片机 复位。 当访问外部 程序存储器 或数据存储器时， ALE（ 地址锁存 允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。 一般情况下， ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。 要注意的是：每当访问 外部数据 存储器 时将跳过一个 ALE 脉冲。 黑龙江东方学院本科毕业论文（设计） 11 对 Flash存储器 编程 期间，该 引脚 还用于输入编程脉冲（ PROG）。 如有必要，可通过对 特殊功能寄存器 （ SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。 该位置位后，只有一条 MOVX 和 MOVC 指令才能将 ALE 激活。 此外，该 引脚 会被微弱拉高， 单片机 执行外部程序时，应设置 ALE 禁止位无效。 程序储存允许（ PSEN）输出是外部程序 存储器 的读选通信号，当 AT89C52 由外部程序存储器 取指令（或数据）时，每个 机器周期 两次 PSEN 有效，即输出两。