【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 壓提供對(duì)比調(diào)節(jié)負(fù)電壓4A0數(shù)據(jù)/指令選擇A0=0選擇數(shù)據(jù)通道A0=1選擇指令通道5R/W讀/寫(xiě)選擇信號(hào)R/W=0寫(xiě)操作R/W=1讀操作6E1讀寫(xiě)使能1E1=0禁用E1=1允許7E2讀寫(xiě)使能2E2=0禁用E2=1允許8NC空9~16DB0~DB7三太數(shù)據(jù)總線MGLS12032A共有16個(gè)管腳，非常容易通過(guò)接口被訪問(wèn)液晶顯示器采用內(nèi)置的SED 1520作為控制驅(qū)動(dòng)器。模組上的圖形等，且有4級(jí)灰度可調(diào)。 MGLS12032A顯示字符的方法要在液晶顯示塊上顯示一個(gè)字符，需要三個(gè)最基本的控制操作：分別向兩個(gè)SED1520控制器寫(xiě)指令代碼、寫(xiě)顯示數(shù)據(jù)和讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。完成這三星操作的前提是相應(yīng)SED1520處于準(zhǔn)備好的狀態(tài)，當(dāng)SED1520處于忙的狀態(tài)時(shí)，除了讀狀態(tài)字之外，其他指令均不起作用，因此在訪問(wèn)SED1520之前，就要先讀取控制器的當(dāng)前狀態(tài)，判斷是否準(zhǔn)備好。MGLS12032A液晶顯示塊中液晶顯示區(qū)為120*32點(diǎn)陣，每8個(gè)像素行組成一頁(yè)，整個(gè)顯示區(qū)分為4頁(yè)；顯示區(qū)的左半?yún)^(qū)收E1控制器的60個(gè)列驅(qū)動(dòng)器控制，右半?yún)^(qū)受E2控制器的60個(gè)列驅(qū)動(dòng)器控制。當(dāng)字符的輸出的指定位置出現(xiàn)在E1和E2的交界線附近時(shí)，如不進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚淼脑?，字符是無(wú)法被完整顯示的，因此必須加入切換控制區(qū)以及換頁(yè)的自動(dòng)處理，得到完整顯示的字符的輸出。 語(yǔ)音壓縮算法選擇 音頻概述音頻是個(gè)專業(yè)術(shù)語(yǔ)，人類可以聽(tīng)到的所有聲音都稱之為音頻。聲音先被錄制下來(lái)以后，無(wú)論是說(shuō)話聲、歌聲、樂(lè)器都可以通過(guò)相關(guān)軟件處理，或是將其制作成CD，它的聲音沒(méi)有改變，這是因?yàn)镃D本來(lái)就是音頻文件的一種類型。而音頻只是儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)里的聲音。如果由計(jì)算機(jī)再加上相應(yīng)的音頻卡——就是我們經(jīng)常說(shuō)的聲卡，我們可以把所有的聲音錄制下來(lái)，聲音的聲學(xué)特性如音的高低等都可以用計(jì)算機(jī)硬盤(pán)文件的方式儲(chǔ)存下來(lái)。反過(guò)來(lái)，我們也可以把儲(chǔ)存下來(lái)的音頻文件用一定的音頻程序播放，還原以前錄下的聲音。 數(shù)字音頻的采樣與量化將模擬的聲音波形數(shù)字元化（離散化），以便利數(shù)字計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理的過(guò)程，主要包括采樣和量化兩個(gè)方面。只有經(jīng)過(guò)了這樣一個(gè)過(guò)程，單片機(jī)才能對(duì)于語(yǔ)音進(jìn)行不同的處理。數(shù)字音頻的質(zhì)量取決于：采樣頻率和量化位數(shù)這兩個(gè)重要參數(shù)。此外，聲道的數(shù)目、相應(yīng)的音頻設(shè)備也是影響音頻質(zhì)量的原因。 數(shù)字音頻的壓縮基礎(chǔ)語(yǔ)音壓縮編碼中的數(shù)據(jù)量是指：數(shù)據(jù)量=（采樣頻率量化位數(shù)）/8（字節(jié)數(shù)）聲道數(shù)目。壓縮編碼的目的：通過(guò)對(duì)資料的壓縮，達(dá)到高效率存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換資料的結(jié)果，即在保證一定聲音質(zhì)量的條件下，以最小的資料率來(lái)表達(dá)和傳送聲音信息。壓縮編碼的必要性：實(shí)際應(yīng)用中，未經(jīng)過(guò)壓縮編碼的音頻資料量很大，進(jìn)行傳輸或存儲(chǔ)時(shí)不現(xiàn)實(shí)的。所以要通過(guò)對(duì)信息趨勢(shì)的預(yù)測(cè)和冗余信息處理，進(jìn)行資料的壓縮，這樣就可以使我們用較少的資源建立更多的信息。 壓縮分類及壓縮算法的選擇凌陽(yáng)音頻壓縮算法根據(jù)不同的壓縮比分為以下幾種：SACMA2000： 壓縮比為8:1， 8:， 8:SACMS480： 壓縮比為80:3，80:SACMS240： 壓縮比為80:它們按音量的排序?yàn)椋篈2000S480S240SACM_A2000壓縮算法壓縮比較?。?:1）所以具有高質(zhì)量、高碼率的特點(diǎn)適用于高保真音樂(lè)和語(yǔ)音。SACM_S240壓縮算法的壓縮比較大80:，價(jià)格低，適用于對(duì)保真度要求不高的場(chǎng)合，如玩具類產(chǎn)品的批量生產(chǎn)。SACM_S480壓縮算法壓縮比較大80：3，存儲(chǔ)容量大，音質(zhì)介于A2000和S240之間，適用于語(yǔ)音播放，如“文曲星”詞庫(kù)。綜上所述：綜合在壓縮比例和音質(zhì)上的考慮，本設(shè)計(jì)選用了SACM_S480壓縮算法，它既可以保證較高的語(yǔ)音清晰度，又能保證語(yǔ)音文件不會(huì)占用過(guò)大的存儲(chǔ)空間。 本章小結(jié)本章主要在信息采集器件、顯示器件和語(yǔ)音壓縮算法的選擇上做了必要的闡述，通過(guò)本章論述和說(shuō)明最終確立出了這三大主要模塊的實(shí)現(xiàn)方法：傳感器采用MQ3酒精傳感器、顯示器件選用MGLS12032A液晶顯示模塊、語(yǔ)音壓縮算法采用SACMS480壓縮算法。第五章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容基于凌陽(yáng)單片機(jī)SPCE061A所設(shè)計(jì)的酒精濃度檢測(cè)儀在信息的整體流程上可以主要分為信號(hào)的采集放大、信息的控制與處理、處理結(jié)果的顯示和語(yǔ)音播報(bào)等模塊。而本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)充分利用了凌陽(yáng)公司為大學(xué)生所提供的61板，因此，主控模塊和語(yǔ)音播報(bào)模塊便得到了相應(yīng)的解決。在此基礎(chǔ)上本系統(tǒng)在硬件上的主要設(shè)計(jì)終點(diǎn)便放在了信號(hào)的采集放大，液晶顯示模塊和外擴(kuò)的鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì)上。 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 外部復(fù)位及時(shí)鐘電路通過(guò)某種方式使單片機(jī)內(nèi)存及各寄存器的值變?yōu)槌跏贾档牟僮鞣Q為復(fù)位，復(fù)位是對(duì)61板內(nèi)部的硬件初始化，61板本身具有上電復(fù)位功能，即通電就自動(dòng)復(fù)位，另外，還具有外部復(fù)位電路，即在引腳6上外加一個(gè)低電平就可令其復(fù)位。SPCE061A復(fù)位電路如圖51所示。在SPCE061A單片機(jī)RES_B（第6腳）端加上一個(gè)低電平就可令其復(fù)位。圖51 復(fù)位電路原理圖如圖51所示為SPCE061A時(shí)鐘電路的接線圖。因阻容振蕩的電路時(shí)鐘不如外接晶振準(zhǔn)確，故采用了外接晶振的方式。其頻率采用的是32768Hz。圖52 時(shí)鐘電路原理圖32768Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘通常用于鐘表、實(shí)時(shí)時(shí)鐘延時(shí)以及其他與時(shí)間相關(guān)產(chǎn)品。SPCE061A通過(guò)對(duì)32768Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘源分頻，提供了多種實(shí)時(shí)時(shí)鐘中斷源。 音頻輸出接口電路凌陽(yáng)的SPCE061A是16位單片機(jī)，具有DSP功能，有很強(qiáng)的信息處理能力，最高時(shí)鐘可達(dá)到49M，具備運(yùn)算速度高的優(yōu)勢(shì)等等，這為語(yǔ)音的播放、錄放、合成及辨識(shí)提供了條件。另外SPCE061A單片機(jī)具有32K閃存，事先把所需要的語(yǔ)音信號(hào)錄制好，整個(gè)語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)凌陽(yáng)SACM_S480壓縮算法壓縮只占有很小的存儲(chǔ)空間，對(duì)凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)綽綽有余。凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)自帶雙通道DAC音頻輸出、自動(dòng)增益（AGC）控制。圖53中J3是語(yǔ)音輸出接口，一個(gè)2pin的插針外接喇叭，當(dāng)測(cè)量的結(jié)果比較穩(wěn)定時(shí)，語(yǔ)音播報(bào)電路開(kāi)始播報(bào)測(cè)量結(jié)果。由DAC輸出引腳21或22經(jīng)語(yǔ)音集成放大器SPY0030A放大，然后輸出。SPY0030是凌陽(yáng)的一款芯片，功能相當(dāng)于LM386，但是比LM386音質(zhì)好，~，最大輸出功率可達(dá)700mW(LM386必須工作在4V以上，而且功率只有100mW)。圖53 語(yǔ)音輸出接口 在線調(diào)試PROBE和EZ_PROBE接口電路圖37中J4為PROBE的接口，該接口有5pin，我們就是通過(guò)它將PROBE與PC機(jī)連接起來(lái)進(jìn)行調(diào)試、仿真和下載程序的，這樣，就不需要再用仿真器和編程器了。圖54中J11是EZ_PROBE的接口，我們采用一根下載線一端連接PC機(jī)的25pin并口，另外一端接61板的5pinEZ_PROBE接口便可實(shí)現(xiàn)程序的下載。IEC基本運(yùn)作方式是通過(guò)控制clock及通過(guò)ICE喂入指令方式，來(lái)控制CPU的運(yùn)行及緩存器資料和內(nèi)存資料的存取，因此必須透過(guò)控制緩存器值得設(shè)定來(lái)控制目前CPU的動(dòng)作。每個(gè)相連接的不同ICE模塊都擁有自己獨(dú)特的3bitID，當(dāng)PC在傳送control信號(hào)時(shí)都會(huì)先傳送該3bitID，只有ICE本身的ID和control信號(hào)的ID相同時(shí)才會(huì)執(zhí)行該命令或回傳資料。61板上的74HC244主要在我們選用下載線的時(shí)候起作用，主要起緩存的作用和完成SDA是作為數(shù)據(jù)回送還是數(shù)據(jù)下傳的選擇。圖54 在線調(diào)試與編程下載原理圖 電源接口電路圖37中J10是電源接口，而I/。所以，在板子上具有兩種工作電壓：。對(duì)應(yīng)的引腳中1對(duì)于I/O端口的電壓55這兩種電平的選擇通過(guò)跳線J5來(lái)選擇。圖55中的VDDH3給SPCE061A的I/O供電，VDD_P為PLL鎖相環(huán)供電，VDD為數(shù)字電源，VDD為數(shù)字電源，VDD_A為模擬電源，VSS是數(shù)字地，AVSS1是模擬地，AVSS2接音頻輸出的地，電源部分電路原理圖如圖55所示：圖55 電源電路原理圖其中的前后兩組電容用來(lái)去耦濾波，使其供給芯片的電源更加干凈平滑。兩個(gè)二極管，是為防止誤將電源接反造成不必要損失而設(shè)置的，在操作過(guò)程中千萬(wàn)不要將電源接反，因?yàn)榉聪螂妷撼^(guò)一定的值，二極管將會(huì)被損壞，達(dá)不到保護(hù)的目的。后面的零電阻及其電源、地分成不同的幾路是為減少電磁干擾設(shè)置的。 鍵盤(pán)電路鍵盤(pán)輸入電路如圖56所示，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，SPCE061A通過(guò)鍵盤(pán)掃描程序便可讀出相應(yīng)的鍵值并作出相應(yīng)的操作。在本系統(tǒng)中，除了61板自身所帶的復(fù)位按鍵外，又?jǐn)U展了五個(gè)按鍵，它們的功能分別是：開(kāi)始按鍵、存儲(chǔ)按鍵、求平均值按鍵、上查按鍵和下查按鍵，它們分別對(duì)應(yīng)SSSSS6。圖56 鍵盤(pán)電路原理圖系統(tǒng)之所以將鍵盤(pán)模塊搭接在IOA口上，是因?yàn)椋喝敉ㄟ^(guò)口位的組合對(duì)IOA進(jìn)行設(shè)置，可使輸入口引入外部中斷源或喚醒源事件，使端口具有中斷或喚醒之特殊功能，這樣，使系統(tǒng)在無(wú)輸入的情況下處于低功耗狀態(tài)，這正符合了便攜式系統(tǒng)對(duì)低功耗電路的要求。 放大電路電流/電壓轉(zhuǎn)換電路及放大電路的分析（1）電流/電壓轉(zhuǎn)換電路電流/電壓轉(zhuǎn)換電路能將輸入的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出，又成為互阻放大器。通常利用反向輸入的放大器構(gòu)成，如圖57所示：圖57 電壓轉(zhuǎn)換參照?qǐng)D由于 U+=U=0 （51）所以 Is = Ir （52） U0=IsR=KIs （53）式（53）中K=R為變換系數(shù)，輸出電壓U0與負(fù)載電阻R1無(wú)關(guān)，在電路參數(shù)一定時(shí)，U0與輸入電流Is成正比，故可將其視為電流/電壓轉(zhuǎn)換電路。（2）放大電路圖58 電壓串聯(lián)負(fù)反饋如圖58的連接方法是以同向比例運(yùn)算電路。輸入信號(hào)Ui從同向輸入端輸入，Rf是電路引入了一個(gè)電壓串聯(lián)負(fù)反饋。根據(jù)： ，可得 （54） （55） （56）于是 （57）所以此電路的電壓放大倍數(shù)為： （58）式（58）說(shuō)明輸出電壓與輸入電壓的大小成正比且相位相同，電路實(shí)現(xiàn)了同向比例運(yùn)放。Auf只取決于電阻Rf和R1的比值，與集成電路的內(nèi)部參數(shù)無(wú)關(guān)，故比例運(yùn)放的精度和穩(wěn)定性只取決于這兩個(gè)電阻的穩(wěn)定程度。由于引入了深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，因此電路的輸入阻抗很高。對(duì)于理想運(yùn)放，輸入電阻為無(wú)窮。同樣輸出電阻為零。在同向比例的實(shí)際運(yùn)用電路中，為了保持兩個(gè)輸入端處于平衡狀態(tài)，也常常使使電路的具體設(shè)計(jì)（1）電流/電壓轉(zhuǎn)換電路采用電流/電壓轉(zhuǎn)換電路可以將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓值。在此我們采用1K的電阻，這樣，傳感器所輸出的電流信號(hào)經(jīng)電流/電壓轉(zhuǎn)換電路后所輸出的電壓信號(hào)約為0至200mv。（2）電壓放大電路在凌陽(yáng)單片機(jī)的VRT(35腳)。根據(jù)電流/電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓可知，若采用10倍的放大電路，可將此電壓放大到0~2000mv的范圍內(nèi)波動(dòng)，這樣基本滿足了SPCE061A模數(shù)轉(zhuǎn)換的要求。圖59 電壓放大電路 顯示電路本設(shè)計(jì)采用了內(nèi)置MGLS12032A點(diǎn)陣式圖形液晶顯示模塊，液晶顯示示器((LCD)以其重量輕、體積小、電壓低、功耗小、顯示內(nèi)容豐富等優(yōu)點(diǎn)，逐漸在儀器儀表、工業(yè)控制等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[isl。其功能強(qiáng)，使用方便，能直接與單片機(jī)接口，可方便地實(shí)現(xiàn)顯示字符、數(shù)字、漢字、圖形等功能。其連接驅(qū)動(dòng)電路如圖510所示。圖510 顯示電路圖510中的MAX1677是電壓轉(zhuǎn)換芯片，輸入為3V, 輸出兩路電壓，分別為+5和一10,MAX 1677是電壓轉(zhuǎn)換芯片，它們作為系統(tǒng)電源和液晶顯示模塊的電源；Ll，L2為磁心電感，電感值為l0uh；D1, D2位肖特基二極管，也可以選用其他型號(hào)，只要反向耐壓值大于16V即可。 電阻R 1, R2的比值決定了LCD對(duì)比度輸出的電壓值Vlcd，其中R1的取值范圍為SOOK~2M；R3,R4的比值決定住輸出電壓值Vout,，其中R4的取值范圍為1 OK~200K；RS,R6的比值決定系統(tǒng)欠電壓的門(mén)檻電壓值Vtrip，其中，R6=130K。當(dāng)電池電壓正常時(shí)，輸出管腳LBO輸出保持高電平。 一旦電池電壓低于門(mén)檻電壓Vtrip，LBO管腳輸出變?yōu)榈碗娖?。如果不用欠電壓檢測(cè)的話，只需將第三管腳（LBI）接地。地址的分配和連接: Vin是電源電路的輸入端，連接到61板的3V電壓輸出端，形成便攜式儀表的電源。.Voutl連接MAX1677的16管腳，輸出+5V電壓作為系統(tǒng)的電源電壓。Vout2連接MAX 1677的10管腳，輸出—10V電壓作為液晶顯示模塊的背光電源電壓。LBO連接MAX1677的4管腳，輸出電源電壓不足時(shí)的報(bào)警信號(hào)。內(nèi)置MGLS12032A點(diǎn)陣式圖形液晶顯示模塊由液晶驅(qū)動(dòng)控制器SED15LCD顯示器和與外部設(shè)備的接口等幾部分組成，液晶驅(qū)動(dòng)控制器SED1520集行、列驅(qū)動(dòng)器、顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和控制器于一體，廣泛用于小規(guī)模顯示系統(tǒng)。它與單片機(jī)的具體連接圖如圖511所示。圖511 MGLS12032A與SPCE061A接口電路圖 本章小結(jié)本章主要是在硬件電路的設(shè)計(jì)上闡述了基于SPCE061A的酒精濃度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)，采用分模塊的介紹方法分別對(duì)各個(gè)模塊作了詳細(xì)的論證和說(shuō)明，并達(dá)到了設(shè)計(jì)的各項(xiàng)這表要求。硬件電路設(shè)計(jì)完畢。第六章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)當(dāng)打開(kāi)系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)首先要經(jīng)過(guò)I/0口的初始化和系統(tǒng)時(shí)鐘的初始化。完了以后要進(jìn)行系統(tǒng)信息的顯示以及鍵盤(pán)的掃描過(guò)程，若在這時(shí)沒(méi)有按鍵按下，則系統(tǒng)將一直處在這一過(guò)程的進(jìn)行中，知道有按鍵按下而進(jìn)入不同的處理子程序。單片機(jī)所能夠接受和處理的信號(hào)只能是電信號(hào)，因此首先需要傳感器將酒精濃度這一客觀