基于SPCE061A電壓在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計畢業(yè)論文

1、基于spce061a電壓在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計摘 要為保證工礦企業(yè)等用電單位在生產(chǎn)時設(shè)備的可靠運(yùn)行，需要一種能監(jiān)測電網(wǎng)中的電壓值、電壓狀況的智能儀表，而基于凌陽spce061a單片機(jī)就開發(fā)了一種監(jiān)測電壓的智能儀表，該儀表可實(shí)時采集、記錄、顯示電網(wǎng)中的電壓值，并存儲電網(wǎng)中的電壓跳變的時間和進(jìn)行聲光報警。另外，該儀表通過無線通信的方式，將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)端操作站的上位機(jī)，由上位機(jī)的監(jiān)控軟件對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行處理1。該系統(tǒng)解決了人工完成時所帶來的兩大難題：一是現(xiàn)場環(huán)境差，尤其是在高壓中，人們不適合長期工作；二是人工記錄存在較大的誤差，且數(shù)據(jù)統(tǒng)計、處理都費(fèi)時費(fèi)力。并且該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)“無人值守”，降低了工人

2、的勞動強(qiáng)度； 能及時準(zhǔn)確地了解各監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)；查詢條件靈活多樣，查詢結(jié)果既可以是單個監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，也可以是單個監(jiān)測點(diǎn)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)或多個監(jiān)測點(diǎn)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)；使用方便，操作簡單。此方案主要有以下幾個步驟：首先，對單片機(jī)原理進(jìn)行深層研究，熟悉單片機(jī)的原理及編程技術(shù)；其次，參考文獻(xiàn)資料無線通信進(jìn)一步的了解；再次，編寫基于單片機(jī)的電壓監(jiān)測測試程序，完成軟件設(shè)計；最后，設(shè)計框圖，完成電壓監(jiān)測儀的硬件設(shè)計2。關(guān)鍵詞：工礦企業(yè)，電網(wǎng)，電壓監(jiān)測儀，單片機(jī)控制，實(shí)時傳輸spce061a based online monitoring system voltageabstractin order to ensu

3、re industrial and mining enterprises and other electricity production units in the reliable operation of equipment, need a way to monitor the power grid voltage, the voltage status of intelligent instruments, and based on sunplus spce061a mcu to monitor the voltage developed a smart meter,the instru

4、ment can be real-time collection, recording, display grid voltage value, and store the grid voltage transition time and the sound and light alarm.in addition, the instrument by way of wireless communications, will be on-site collection of data sent to the remote operator station pc, the pc monitorin

5、g software for processing field data.the complete system solutions manual brought two challenges: first, on-site environment is poor, especially in the high-pressure, people are not suitable for long-term work; second, larger error manual records and statistics, are time-consuming processingeffort.a

6、nd that the system can achieve lights-out and reduce labor intensity; to timely and accurate understanding of the monitoring data of the monitoring points; flexible query, the query results that can be a single monitoring point of the monitoring data, it can bestatistical data on a single monitoring

7、 point or more monitoring points of statistical data; easy to use, easy to operate. this program primarily designed from the following aspects: first, the deep study of the scm principle, familiar with the principles of microcontroller and programming techniques; secondly, reference materials for py

8、roelectric infrared sensors and wireless communications to further the understanding, familiar with the infrared heat releasethe working conditions of electrical sensors, optical isolation coupling circuit design and signal processing circuit; again, the preparation of the test based on single chip

9、voltage monitoring program, to complete the software design; finally, the design diagram, complete the voltage monitor in the hardware design.key words: industrial and mining enterprises，grid，voltage detector， scm control, real-time transmission目 錄第一章 緒論11.1 電壓在線監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)狀11.2 spce061a單片機(jī)電壓在線監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)21.

10、3 本設(shè)計的主要內(nèi)容2第二章 spce061a簡介32.1 spce061a概論32.2 spce061a的芯片介紹32.3 spce061a的低電壓監(jiān)測/低電壓復(fù)位（lvd/lvr）62.4 spce061a的開發(fā)方法72.5 “61板”基本組成介紹72.6 spec061a最小系統(tǒng)72.7凌陽音頻解碼簡介8第三章 硬件設(shè)計123.1系統(tǒng)的總體設(shè)計方案123.2 電壓監(jiān)測儀的實(shí)現(xiàn)133.3系統(tǒng)硬件的實(shí)現(xiàn)133.4系統(tǒng)硬件設(shè)計14第四章 軟件設(shè)計164.1系統(tǒng)的總體程序流程164.2系統(tǒng)的中斷程序設(shè)計17第五章 結(jié) 論19參考文獻(xiàn)20致 謝21附 錄22第一章 緒論隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會的進(jìn)步，

11、生產(chǎn)管理自動化水平的不斷提高，特別是網(wǎng)絡(luò)的日益普及，電壓監(jiān)控系統(tǒng)在社會各行各業(yè)得到越來越廣泛的應(yīng)用，尤其是在電力系統(tǒng)及其設(shè)施中。由于需要監(jiān)控的范圍廣、監(jiān)控點(diǎn)分散，需要花費(fèi)大量的人力、物力和財力對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和維修。維護(hù)人員不足和維護(hù)手段落后已經(jīng)成為管理中的薄弱環(huán)節(jié)。因此，為提高維護(hù)管理自動化水平、保障設(shè)備的安全和正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)電壓在線監(jiān)測和實(shí)時報警已勢在必行，而國外很多國家也應(yīng)用了電壓監(jiān)測儀這種系統(tǒng)，如美國則利用很多先進(jìn)的電壓監(jiān)測儀監(jiān)測線路中的電壓，以防止電壓出現(xiàn)跳變3。據(jù)統(tǒng)計，以前我國工礦企業(yè)的電壓監(jiān)測大都需要人工來完成，這樣必然產(chǎn)生如下弊端：一是現(xiàn)場環(huán)境差，尤其是在高壓中，人們不適合長期工

12、作；二是人工記錄存在較大的誤差，且數(shù)據(jù)統(tǒng)計、處理都費(fèi)時費(fèi)力。因此出現(xiàn)了電壓監(jiān)測儀這種“無人值守”的系統(tǒng)，降低了工人的勞動強(qiáng)度，為公司和各個企業(yè)帶來了很大的方便。1.1 電壓在線監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)狀我國現(xiàn)有的電壓監(jiān)測儀存在很多問題4：（1）時間精度和事件順序的正確性不高；系統(tǒng)停電時，儀器時鐘芯片大都選擇后備電池供電。在電網(wǎng)頻繁停電、閃變、打雷、閃電等惡劣條件下，時鐘容易出錯，導(dǎo)致統(tǒng)計結(jié)果出錯。（2）通訊方式和接口落后；儀器大多采用的串行通訊接口，往往速率低，誤碼率高， 接口已經(jīng)很難適用信息技術(shù)迅速發(fā)展的今天。并且，新型的筆記本電腦已經(jīng)不配備這種口，從而影響裝置與電腦的匹配；還有采用定時打印電壓數(shù)據(jù)或i

13、c(integrated circuit)卡讀取電壓數(shù)據(jù)，安裝調(diào)試方便，但是需要人工抄錄統(tǒng)計數(shù)據(jù)，也有利用無線通信系統(tǒng)或電話modem傳輸方式，雖然使用方便，但需要自己對通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行維護(hù)或租用公共網(wǎng)，費(fèi)用高。(3)儀器規(guī)格多且大多屬于單相電壓測量，應(yīng)用范圍窄；由于電網(wǎng)電壓有10 kv，35 kv，110 kv，220 kv等多種規(guī)格，以往電壓監(jiān)測儀一般1臺儀器只能適用1種電網(wǎng)電壓規(guī)格，造成儀器規(guī)格種類多。(4)版本升級困難、功耗大、精度低等，難以滿足統(tǒng)計和控制的精度要求；大多數(shù)裝置不能實(shí)現(xiàn)在線寫入程序，工作電壓為5 v損耗較大，模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc (analog to digitalconver

14、ter)轉(zhuǎn)換精度往往是8位或10位，誤差相對較大，難以滿足統(tǒng)計和控制的精度要求。1.2 spce061a單片機(jī)電壓在線監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)基于凌陽spce061a單片機(jī)開發(fā)的一種監(jiān)測電壓的智能儀表，可實(shí)時采集、記錄、顯示電網(wǎng)中的電壓值，并存儲電網(wǎng)中的電壓跳變的時間和進(jìn)行聲光報警。另外，該儀表通過無線通信的方式，將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)端操作站的上位機(jī)，由上位機(jī)的監(jiān)控軟件對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對公司和各個企業(yè)帶來了很大的方便4。該系統(tǒng)可以解決人工完成時所帶來的兩大難題：一是現(xiàn)場環(huán)境差，尤其是在高壓中，人們不適合長期工作；二是人工記錄存在較大的誤差，且數(shù)據(jù)統(tǒng)計、處理都費(fèi)時費(fèi)力。并且該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)“無人值守”

15、，降低了工人的勞動強(qiáng)度； 能及時準(zhǔn)確地了解各監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)；查詢條件靈活多樣，查詢結(jié)果即可以是單個監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，也可以是單個監(jiān)測點(diǎn)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)或多個監(jiān)測點(diǎn)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)；使用方便，操作簡單1.3 本設(shè)計的主要內(nèi)容利用凌陽spce061a單片機(jī)設(shè)計一款可以解決現(xiàn)在電壓在線監(jiān)測系統(tǒng)不足的現(xiàn)狀，解決電壓監(jiān)測儀的許多問題。首先，要學(xué)習(xí)和了解spce061a單片機(jī)的基本知識；其次，參考文獻(xiàn)對電壓在線監(jiān)測系統(tǒng)做進(jìn)一步的了解，熟悉它們的工作環(huán)境，提出有效的設(shè)計工作方案；再次，查閱大量文獻(xiàn)資料進(jìn)行硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的設(shè)計，編輯程序，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試；最后，設(shè)計框圖，完成設(shè)計。第二章 spce0

16、61a簡介2.1 spce061a概論spce061a是凌陽科技研發(fā)生產(chǎn)的性價比很高的一款十六位單片機(jī)，具有易學(xué)易用且效率較高的一套指令系統(tǒng)和集成開發(fā)環(huán)境。在此環(huán)境中支持標(biāo)準(zhǔn)c語言，可以實(shí)現(xiàn)c語言與匯編語言的相互調(diào)用，并且提供了語音錄放和語音識別的函數(shù)庫，只要了解函數(shù)庫的使用方法，就可以很容易得完成語音錄放，為軟件開發(fā)提供了方便的條件。spce061a主要包括輸入/輸出端口、定時器/計數(shù)器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、串行設(shè)備輸入/輸出、通用異步串行接口、低電壓監(jiān)測和復(fù)位等電路，并且內(nèi)置在線仿真電路ice接口，使其能夠快速的處理復(fù)雜的數(shù)字信號5。2.2 spce061a的芯片介紹61 板的核心是凌

17、陽16 位單片機(jī)spce061a。spce061a 是凌陽科技研發(fā)生產(chǎn)的性價比很高的一款十六位單片機(jī)，它采用高性能的凌陽科技自主知識產(chǎn)權(quán)的n sp 內(nèi)核，具有豐富的硬件資源，并集成了ice（在線仿真電路）接口，可以直接利用該接口對芯片進(jìn)行下載（燒寫）、仿真、調(diào)試等操作，spce061a的結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。spce061a芯片的特性參數(shù)6：（1）工作電壓：(cpu) vdd 為2.43.6v ，(i/o) vddh 為vdd5.5v；（2）cpu 工作速率：0.32mhz49.152mhz；（3）cpu：16 位n sp 內(nèi)核，支持16 位加法運(yùn)算、1616 位硬件乘法、dsp 的內(nèi)積濾波運(yùn)算

18、；（4）sram 容量：2k 字ram；（5）程序存儲器容量：32k 字flash；（6）并行i/o 端口：2 組16 位可編程輸入/輸出端口：ioa150，iob150；（7） adc：7 通道10 位電壓adc（line_ in）和單通道10 位聲音adc（mic _ in）；（8）單通道聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動增益控制(agc)功能；（9）dac：2 個10 位dac(數(shù)-模轉(zhuǎn)換)輸出通道音頻輸出方式；（10）中斷源：14 個中斷源，分別來自timer a/b、時基信號發(fā)生器、外部中斷、觸鍵喚醒；（11）定時器/計數(shù)器：雙16 位可編程定時器/計數(shù)器(可自動預(yù)置初始

19、計數(shù)值)；雙通道pwm 輸出；（12）uart：提供了一個全雙工uart 接口；（13）sio：提供了一個串行同步設(shè)備接口；（14）晶振采用32768hz；（15）具備清除時間周期為0.75 秒的看門狗；（16）節(jié)電功能：具備弱振方式、睡眠方式；（17）具有凌陽格式語音播放、語音錄放和語音識別功能；（18）具有低電壓復(fù)位、低電壓監(jiān)測、保密功能等。 16位微控制器unsptm+iceflashram鎖相環(huán)cpu時鐘振蕩器 實(shí)時時鐘低電壓監(jiān)測/低電壓復(fù)位雙16位定時器/計數(shù)器時基中斷控制7通道10位adc單通道adc+agc雙通道10位dac串行輸入輸出接口32管腳通用輸入輸出端口mic-inau

20、d1aud2iob0iob1ice-envcpxi/rice-sckk xoice_sda圖2-1 spce061a的結(jié)構(gòu)另外，spce061a單片機(jī)具有易學(xué)易用的效率較高的一套指令系統(tǒng)和集成開發(fā)環(huán)境。在此環(huán)境中，支持標(biāo)準(zhǔn)c語言，可以實(shí)現(xiàn)c語言與凌陽匯編語言的互相調(diào)用，并且提供了語音錄放的庫函數(shù)，只要了解庫函數(shù)的使用，就會很容易完成語音錄放。 spce061a具有plcc84和lqfp80兩種封裝形式7，其中封裝形式為plcc84的spce061a共有84個引腳，在84個引腳中有空腳15個，引腳功能見表2-1。表2-1 引腳功能表引腳名引腳功能ioa0ioa15(4148,53,5460腳)i

21、/o口，共16個iob0iob15(51,8176,6864腳)i/o口，共16個osc32i(13腳)振蕩器輸入，外接晶體振蕩器的一個輸入腳osc32o(12腳)振蕩器輸出，外接晶體振蕩器的一個輸出腳xresb(6腳)復(fù)位輸入，如這個腳輸入低電平，會使控制器被重置復(fù)位xice（16腳）ice使能端，接在線調(diào)試器probe的使能腳ice_enxicesck(17腳)ice時鐘腳，接在線調(diào)試器probe的時鐘腳ice_sckxicesda(18腳)ice數(shù)據(jù)腳，接在線調(diào)試器probe的數(shù)據(jù)腳ice_sdapvin（20腳）程序保密設(shè)定腳pfuse（29腳）程序保密設(shè)定腳dac1（21腳）音頻輸出

22、通道1dac2（22腳）音頻輸出通道2vref2（23腳）2v參考電壓輸出腳agc（25腳）語音輸入自動增益控制引腳opi（26腳）microphone的第二運(yùn)放輸入腳micout（27腳）microphone的第一運(yùn)放輸出腳micn（28腳）microphone的負(fù)向輸入腳micp（33腳）microphone的正向輸入腳vrtpad（35腳）a/d轉(zhuǎn)換外部參考電壓輸入腳vcm（34腳）add參考電壓輸出腳vmic（37腳）microphone電源xsleep（63腳）睡眠狀態(tài)指示腳。當(dāng)cpu進(jìn)入睡眠狀態(tài)時，該腳輸出一個高電平vcp(8腳)鎖相環(huán)壓控振蕩器的阻容輸入xromt、pvpp、xt

23、est(61、69、14腳)出廠測試用引腳，懸空即可vddh(51、52、75腳)i/o邏輯電平參考，該點(diǎn)輸入一個5v的參考電壓，則i/o輸入輸出高電平為5vvdd(7腳)pll鎖相環(huán)電源vss(9腳)鎖相環(huán)地vdd(36腳)模擬電源vss(19、24腳)模擬地vss(38、49、50、62腳)數(shù)字地vdd(15腳)數(shù)字電源2.3 spce061a的低電壓監(jiān)測/低電壓復(fù)位（lvd/lvr）spce061a可通過編程來啟用低電壓監(jiān)測和低電壓復(fù)位功能，可對系統(tǒng)的電源電壓進(jìn)行監(jiān)控，使系統(tǒng)能運(yùn)行在一個正常、可靠的工作環(huán)境，一旦出現(xiàn)電源異常的情況能立即采取相應(yīng)的措施，使系統(tǒng)及時恢復(fù)正常。如圖2-2所示。

24、1001 lvd00lvrresult of lvd2.2v(lvr)3.2v2.8v2.4vb0 b1 of p_lvd-_ctrl(w) ($7019h)圖2-2低電壓監(jiān)測/低電壓復(fù)位（1）低電壓監(jiān)測lvd 低電壓監(jiān)測功能可以提供系統(tǒng)內(nèi)部電源電壓的使用情況。如果系統(tǒng)電壓vcc低于用戶設(shè)定的低限電壓vlvd，p_lvd_ctrl單元的第15位(lvd監(jiān)測標(biāo)志位)將被置為1；反之，當(dāng)vccvlvd時，該位被置為0。（2）低電壓復(fù)位lvr當(dāng)電源電壓低于2.2v時，系統(tǒng)會變得不穩(wěn)定且容易出錯，導(dǎo)致電源電壓過低的原因很多，如電壓的反跳、負(fù)載過重、電池電量不足等情況。如果電源電壓低于2.2v時，會在4

25、個時鐘周期之后產(chǎn)生一個復(fù)位信號。2.4 spce061a的開發(fā)方法spce061a的開發(fā)是通過在線調(diào)試器probe實(shí)現(xiàn)的。它既是一個編程器（即程序燒寫器），又是一個實(shí)時在線調(diào)試器。用它可以替代在單片機(jī)應(yīng)用項(xiàng)目的開發(fā)過程中常用的軟件工具硬件在線實(shí)時仿真器和程序燒寫器。它利用spce061a片內(nèi)置的在線仿真電路ice（in- circuit emulator）接口和凌陽公司的在線串行編程技術(shù)。probe工作于凌陽ide集成開發(fā)環(huán)境軟件包下，其5芯仿真頭直接連接到目標(biāo)電路板spce061a相應(yīng)管腳，直接在目標(biāo)電路板上的cpuspce061a調(diào)試、運(yùn)行用戶編制的程序。probe的另一頭是標(biāo)準(zhǔn)25針打印

26、機(jī)接口，直接連接到計算機(jī)打印口與上位機(jī)通訊，在計算機(jī)ide集成開發(fā)環(huán)境軟件包下，完成在線調(diào)試功能。2.5 “61板”基本組成介紹“61板”是spce061a enu board 的簡稱，是以16位單片機(jī)spce061a為核心的精簡開發(fā)仿真實(shí)驗(yàn)板，是凌陽大學(xué)計劃專為大學(xué)生與電子愛好者設(shè)計的簡易開發(fā)裝置，也可作為單片機(jī)項(xiàng)目初期研發(fā)使用，“61板”除了具備單片機(jī)最小系統(tǒng)電路外還包括有電源電路、音頻電路（含mic輸入部分和dac音頻輸出部分）、復(fù)位電路等，而且體積小，采用電池供電。 “61板”具體能完成以下實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：（1）20多個基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)：內(nèi)含單片機(jī)常用的功能，包括i/o、中斷、定時、a/d轉(zhuǎn)換和d/

27、a轉(zhuǎn)換等方面。（2）綜合實(shí)驗(yàn)：配合學(xué)校要求學(xué)生動手環(huán)節(jié)，要求搭配必要的電路來完成，包括鍵盤、數(shù)碼管、液晶、usb及外擴(kuò)flash等模組的實(shí)驗(yàn)。（3）語音處理實(shí)驗(yàn)：提供包括三種應(yīng)用于不同場合、不同壓縮比的放音，錄音(dvr)及語音辨識等實(shí)驗(yàn)。另外，spce061a具有1616位的乘法運(yùn)算和內(nèi)積運(yùn)算的dsp功能，這不僅為它進(jìn)行復(fù)雜的語音數(shù)字信號的壓縮編碼與解碼提供了便利，還可以做數(shù)字濾波器。2.6 spec061a最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)接線8如圖2-4所示，在osc0、osc1端接上晶振及諧振電容，在鎖相環(huán)壓控振蕩器的容阻輸入vcp端接上相應(yīng)的電容電阻后即可工作。其它不用的電源端和地端接上0.1uf的去

28、藕電容以提高抗干擾能力。圖2-4 spce061a最小系統(tǒng)2.7凌陽音頻解碼簡介spce061a內(nèi)置了專用的mic輸入通道和音頻輸出dac9，并具有較高的處理速度，非常適合對音頻信號的處理。未經(jīng)處理的音頻資源數(shù)據(jù)較大，對于單片機(jī)來說，數(shù)據(jù)的存儲和傳輸都比較困難，這使得音頻壓縮編碼變成音頻處理的重要環(huán)節(jié)。為方便用戶將spce061a應(yīng)用于語音產(chǎn)品，凌陽公司提供了多種音頻編解碼算法及其api函數(shù)庫，即sacm_lib（文件名為sacmv26e.lib，26e為版本號）。如下為sacm_lib庫中包含的常用音頻解碼算法如圖表2-2所示12。表2-2 sacm-lib庫中模塊及其算法類型模塊名稱語音壓

29、縮編碼率類型特點(diǎn)sacm-a200016kb/s,20kb/s,24kb/s高質(zhì)量、高碼率、適于高保真語音/音樂sacm-s2402.4kb/s壓縮比大，計算量大，音質(zhì)不高，廉價sacm-s4804.8kb/s,7.2kb/s綜合參數(shù)和波形編碼的優(yōu)點(diǎn)表 2-3 sacm_as480庫函數(shù)函數(shù)名稱 功能參數(shù)返回值sacm_s480_initial語音播放初始化init_ index：0-手動方式，1-自動方式1：初始化失敗0：初始化成功sacm_s480_serviceloop從資源中獲取語音資料，填入解碼隊(duì)列中，并進(jìn)行解碼等操作。無無sacm_s480_play開始播放speech _inde

30、x：語音索引號 channel：1-通過dac1播放，2-通過dac2播放，3-通過dac1和dac2同時播放 ramp_set：0-禁止淡入淡出效果，1-聲音淡入，2-聲音淡出，3-聲音淡入淡出無sacm_s480_stop停止播放語音無無sacm_s480_pause暫停播放語音volume_index：音量大小，范圍為0-15無sacm_s480_resume恢復(fù)暫停播放的語音無bit0=0： 語音播放完成bit0=1：語音在播放中sacm_s480_volume設(shè)置播放音量channel：1-通過dac1播放，2-通過dac2播放，3-通過dac1和dac2同時播無sacm_s480_

31、status獲取語音播放的狀態(tài)無bit0=0： 語音播放完成bit0=1： 語音在播放中sacm_s480_initdecode初始化譯碼隊(duì)列channel：1-通過dac1播放，2-通過dac2播放，3-通過dac1和dac2同時播放無sacm_s480_decode對語音資源進(jìn)行譯碼無無sacm_s480_fillqueue將語音編碼資源填入語音隊(duì)列中等候譯碼處理encoded_data：語音編碼資源無sacm_s480_testqueue獲取語音隊(duì)列的狀態(tài)無0： 語音隊(duì)列不空不滿1： 語音隊(duì)列滿 2：語音隊(duì)列空f_fiq_service_sacm_s480中斷服務(wù)子程序，將解碼后的語音資

32、料送入dac通道播放無無本設(shè)計中采用sacm_s480，故只介紹此模塊：sacm_s480壓縮算法的壓縮比較大，雖然音質(zhì)沒有sacm_a2000好，但是適用于對音質(zhì)要求不是很高的語音播放場合。常用的sacm_as480庫函數(shù)如表 2-3：sacm_s480語音播放也分為“自動”和“手動”兩種模式?！白詣印迸c“手動”指的是程序獲取語音資源的方法。自動播放模式調(diào)用庫函數(shù)自動從flash中獲取語音資源并填入隊(duì)列，程序簡潔易用；而在手動播放模式中，語音資源要通過用戶程序手動獲取，增強(qiáng)了程序的靈活性。而本系統(tǒng)采用自動播放流程，圖2-5是自動播放程序流程。sacm_s480初始化將語音資料壓縮播放獲取語音

33、數(shù)據(jù)并解碼等待中斷播放圖2-5 語音播放流程無論自動播放還是手動播放，將解碼后的語音數(shù)據(jù)通過dac播放出來的過程都是在中斷服務(wù)程序中完成的。sacm_s480在播放初始化時會打開fiq_ timer a 中斷，并將timer a溢出頻率設(shè)置為16khz。sacm_s480自動放音流程如圖2-6所示，用戶需要在fiq_tma中斷服務(wù)程序中調(diào)用f_fiq_service_sacm_s480函數(shù)完成語音播放。開始用語音播放初始化函數(shù)sacm_s480_initial（）調(diào)用語音播準(zhǔn)備播放函數(shù)sacm_s480_play（）判斷語音播放是否結(jié)束sacm_s480_status（）調(diào)用語音播放系統(tǒng)服務(wù)函

34、數(shù)sacm_s480_serviceloop（）清看門狗停止語音播放sacm_s480_stop（）返回yn圖 2-6 sacm-s480 自動播放流程第三章 硬件設(shè)計3.1系統(tǒng)的總體設(shè)計方案 軟件時鐘模塊算法運(yùn)算及數(shù)據(jù)處理串口通信a/d轉(zhuǎn)換i/o接口傳感器led顯示操作按鈕聲光報警數(shù)傳電臺數(shù)傳電臺串口通信個人計算機(jī)（pc）無線通信現(xiàn)場電壓凌陽spce061a圖3-1 基于spce061a電壓在線監(jiān)測設(shè)計方案電壓監(jiān)測儀是基于spce061a單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的，其主要的系統(tǒng)工作原理是：通過改變電壓，使不同的電壓值經(jīng)變送器或傳感器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電壓模擬量信號，凌陽spce061a單片機(jī)采集該模擬量信號并進(jìn)

35、行a/ d 轉(zhuǎn)換，處理、存儲a/ d 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，并與原來設(shè)定的電壓范圍相比較，當(dāng)現(xiàn)場電壓值不在原來設(shè)定的范圍值內(nèi)時，單片機(jī)spce061a便會驅(qū)動聲光報警，通過led 顯示出當(dāng)時的電壓值。同時通過軟件時鐘模塊記錄電壓出現(xiàn)跳變的時間，通過rs232串口與本端的數(shù)傳電臺連接，發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)傳電臺是連接現(xiàn)場電壓監(jiān)測儀與遠(yuǎn)端上位機(jī)的橋梁。在本系統(tǒng)中，通過無線通信的方式完成數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程通信。pc 機(jī)負(fù)責(zé)接收、處理無線通信發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。應(yīng)用vb6. 0 編寫的監(jiān)控軟件，可實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫管理和曲線顯示等功能10。3.2 電壓監(jiān)測儀的實(shí)現(xiàn)電壓監(jiān)測儀硬件電路的核心元件是spce061a ，它是凌陽科

36、技推出的一款16 位微控制器。其主要特點(diǎn)就是高度的功能集成，并且易于擴(kuò)展。幾個關(guān)鍵的性能參數(shù)如下：工作電壓為2. 63. 6 v ；工作頻率為0. 3248. 152 mhz ；2 k的sram和32 k的fal sh rom ；32 位可編程的多功能i/ o 端口；2 個16 位定時器/ 計數(shù)器；32 768 hz實(shí)時時鐘；8 通道10 位模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換輸入并具有內(nèi)置自動增益控制功能的麥克風(fēng)輸入方式；雙通道10 位dac 方式的音頻輸出功能;通用異步全雙工串行通信接口uart ；具有rs232 標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)送/ 接收時序；串行設(shè)備接口sio ；可與串行外圍設(shè)備進(jìn)行串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?.3系統(tǒng)硬件的實(shí)

37、現(xiàn)系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)參考圖 3-1，核心控制部分采用61板，傳感器采用霍爾電壓傳感器來采集不同的電壓值。電壓傳感器11有五只接線端子。其中兩只為原邊端子：被測電壓輸入端十；被測電壓輸入端一。另外三只為副邊端子：+端：電源+15v；端：電源-15v；m 端：信號輸出端。電壓傳感器12的接線方法：+ht + chv-100 m-ht 15v15vout公共地vprrm圖3-2 電壓傳感器接線圖3.4系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)組成如圖 3-1，主要由單片機(jī)、傳感器組、顯示電路、語音輸出電路、pc機(jī)控制電路等部分組成。（1）led顯示電路設(shè)計led顯示可分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示，該系統(tǒng)采用動態(tài)顯示。在空閑狀態(tài)下，le

38、d 顯示當(dāng)前時間；查詢狀態(tài)下，顯示電壓出現(xiàn)跳變的時間和出現(xiàn)跳變的次數(shù)；可通過操作按鈕前后翻查。在多位led顯示時，為了簡化電路、降低成本，將所有位的段選碼并聯(lián)在一起，由一個8位i/o控制，而共陰極點(diǎn)或共陽極點(diǎn)分別由相應(yīng)的i/o口線控制，圖3-3所示為一個8位led動態(tài)顯示器電路。led數(shù)碼管原理：led1led2led3led4led5led6dpefabgcddpefabgcddpefabgcddpefabgcddpefabgcdabcdefgdp輸出端輸入端segdig1dig2dig3dig4dig5dig6dpefabgcd圖3-3 led動態(tài)顯示器電路從led顯示器的原理可知，為了顯

39、示字母與數(shù)字，必須最終轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的段選碼，這種轉(zhuǎn)換可以通過硬件譯碼器或軟件進(jìn)行譯碼。（2）鍵盤模塊鍵盤電路如圖3-4所示。k1k2ioa0ioa1+5vs1s2圖3-4 鍵盤電路兩個按鍵所代表的含義如下：正常運(yùn)行狀態(tài)下：key1：空閑狀態(tài)，顯示當(dāng)前時間。key2：返回正常運(yùn)行狀態(tài)。查詢狀態(tài)：key1：顯示電壓出現(xiàn)跳變的時間和出現(xiàn)跳變的次數(shù)。（3）聲光報警聲光報警是指當(dāng)電網(wǎng)中電壓出現(xiàn)跳變時，同時用燈光和聲音對現(xiàn)場操作人員進(jìn)行提示，聲光報警的指示燈接ioa11 。語音報警是指語音輸出模塊將spce061a 單片機(jī)由dac1 輸出的語音信號由外接喇叭輸出，其揚(yáng)聲器報警電路如圖3-5所示。圖3-5 揚(yáng)

40、聲器報警電路第四章 軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)的總體程序流程系統(tǒng)的總體程序流程：開機(jī)后執(zhí)行主程序，先通過軟件初始化，輸入/輸出（i/o）口和adc轉(zhuǎn)換，然后設(shè)置、啟動中斷，其次掃描按鍵，若有按鈕按下，led顯示查詢狀態(tài)，若沒有按鈕按下，led顯示空閑狀態(tài)，最后返回中斷處，進(jìn)行下一次的掃描。圖4-1所示為主程序的流程圖。主程序初始化i/o設(shè)置和adc轉(zhuǎn)換設(shè)置、啟動中斷有無按鈕按下？led顯示空閑狀態(tài)led顯示查詢狀態(tài)yn圖4-1 主程序流程圖4.2系統(tǒng)的中斷程序設(shè)計（1）中斷程序設(shè)計：當(dāng)程序檢測到有中斷源時，將執(zhí)行中斷程序，圖 4-2為中斷流程圖。中斷程序軟件時鐘啟動a/d轉(zhuǎn)換連續(xù)采樣8次，平均值濾波串

41、口通信返回圖4-2 中斷程序spce061a的結(jié)構(gòu)有三種類型的中斷：軟件中斷、異常中斷和事件中斷。而本設(shè)計中采用的是事件中斷。事件中斷可分為兩種方式：快速中斷請求即fiq中斷和中斷請求即irq中斷。該系統(tǒng)通過timer a溢出信號產(chǎn)生fiq 中斷，每0. 25 s中斷一次。并在中斷服務(wù)子程序做相應(yīng)的操作：如軟件時鐘、a/ d轉(zhuǎn)換、串口通信等（2）a/d轉(zhuǎn)換spce061a內(nèi)置8通道10位模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中7個通道用于將模擬量信號（如電壓信號）轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號，可以直接通過引線（ioa0-6）輸入；另一個通過ioa7只應(yīng)用于語音輸入，即通過內(nèi)置自動增益控制的麥克風(fēng)通道輸入。實(shí)際上，可以把模數(shù)轉(zhuǎn)換

42、器(adc)看作是一個實(shí)現(xiàn)模/數(shù)信號轉(zhuǎn)換的編輯器，在adc內(nèi)，由數(shù)模轉(zhuǎn)換器dac0和逐次逼近寄存器sar組成逐次逼近式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。向p_adc_ctrl(寫)單元第0位（ade）寫入1可激活adc。系統(tǒng)默認(rèn)adc采用自動方式工作，用那個鍵adc的最高速率限定為（fosc/32/12）hz，如果速率超過此值，當(dāng)從p_adc(讀)單元讀出數(shù)據(jù)時會發(fā)生錯誤。 當(dāng)10位a/d轉(zhuǎn)換完成時，rdy會被置為1。此時，用戶通過讀取p_adc(7014h)或p_adc_mux_data(702ch)單元就可以獲得10位a/d轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。從該單元讀取數(shù)據(jù)后，又會使rdy自動清0來重新開始進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。若未讀取

43、數(shù)據(jù)，rdy繼續(xù)保持為1，不會啟動下一次的a/d轉(zhuǎn)換。而外部信號是由lin_in1-7，即ioa0-6或通道m(xù)ic_in輸入。實(shí)際程序中，連續(xù)采樣8 次現(xiàn)場數(shù)據(jù)，進(jìn)行平均值濾波,，該平均值為a/ d 轉(zhuǎn)換結(jié)果。（3）串口通信設(shè)計spce061a內(nèi)置有2個串行通信模塊，一個是通用異步串行通信uart，主要用于異步串行通信；另一個是串行外圍設(shè)備模塊sio，主要用于擴(kuò)展串行存儲器。該系統(tǒng)采用的是spce061a 單片機(jī)的uart的串行接口13，該接口為全雙工標(biāo)準(zhǔn)的串行接口，用于完成spce061a與外設(shè)（如pc機(jī)）之間的串行通訊。借助于iob口得特殊功能和uart irq中斷可以同時完成數(shù)據(jù)的接收和

44、發(fā)送。而uart模塊的接收管腳rx和發(fā)送管腳tx分別與iob7和iob10 共用。在進(jìn)行通信時，為保證uart 的正常通信，必須將 iob7 和iob10 應(yīng)分別被設(shè)置成輸入和輸出口。雖然，計算機(jī)的rs-232端口與一般計算機(jī)上的uart接口從數(shù)據(jù)收發(fā)的時序上看是一樣的協(xié)議，但是表示邏輯的“1”，“0”的規(guī)定電平是不一樣的，即電平是不兼容的，故單片機(jī)不能直接與計算機(jī)的串行口通信，故單片機(jī)應(yīng)采用rs-232c通信標(biāo)準(zhǔn)。第五章 結(jié) 論根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，本系統(tǒng)采用了相關(guān)領(lǐng)域的新技術(shù)和新器件，結(jié)合了基于spce061a單片機(jī)的電壓監(jiān)測儀具有可實(shí)時采集、記錄、顯示電網(wǎng)中的電壓值，并存儲電網(wǎng)中的電壓跳變

45、的時間和進(jìn)行聲光報警的優(yōu)點(diǎn)，另外，該儀表通過無線通信的方式，將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)端操作站的上位機(jī)，由上位機(jī)的監(jiān)控軟件對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使其成為對監(jiān)測電壓的理想系統(tǒng)。該智能監(jiān)測系統(tǒng)具有多種功能，通過對本系統(tǒng)的研制和測試，該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、靈敏度高、智能化等特點(diǎn)，研究結(jié)果表明：本系統(tǒng)對于高壓電路以及遠(yuǎn)程控制的電網(wǎng)可以準(zhǔn)確計數(shù)、顯示，并將計數(shù)結(jié)果進(jìn)行存儲和處理，且能與計算機(jī)實(shí)行實(shí)時傳輸，方快捷、易操作，為電壓監(jiān)測管理提供原始數(shù)據(jù)。然而，隨著社會的進(jìn)步，該系統(tǒng)還有很多需要改進(jìn)的地方，例如：電壓在發(fā)生跳變時，不能過濾隨機(jī)干擾的系統(tǒng)電壓，不能提高采集精度，缺乏安全可靠的數(shù)據(jù)備份等等，在這

46、些方面都需要有很好的改進(jìn)。參考文獻(xiàn)1 李戰(zhàn)勝,方康玲,付旭.基于spce061a單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的電壓在線監(jiān)測系統(tǒng)d.湖北:武漢工業(yè)學(xué)院電氣信息工程系,2005 2 凌陽科技.凌陽16位單片機(jī)開發(fā)實(shí)例m.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006:8-223宗建華,電測與儀表j.電測與儀表,2002,第8期:31-354王文珍,高宏,張萍.一種基于msp430單片機(jī)技術(shù)的新型電壓監(jiān)測儀d.山西:山西電力科學(xué)研究院,20075孔祥洪,董昌春,王令群.凌陽16位單片機(jī)實(shí)訓(xùn)教程m.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2009:110-1806侯媛彬,袁益民,霍漢平,王勇,鄭英華.凌陽單片機(jī)原理及其畢業(yè)設(shè)計精選m.北京:科學(xué)出版社,2006:133-1677凌陽16位單片機(jī)在2005年全國大學(xué)生電子競賽中的應(yīng)用d.凌陽:凌陽教育科技推廣中心,20068畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)手冊d.凌陽:凌陽教育科技推廣中心,20069李光弟.單片機(jī)基