語(yǔ)音電冰箱微控制器的研制

語(yǔ)音電冰箱微控制器的研制第一頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三微控制器微控制器微控制器微控制器是將微型計(jì)算機(jī)的主要部分集成在一個(gè)芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī)。微控制器誕生于20世紀(jì)70年代中期，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，其成本越來(lái)越低，而性能越來(lái)越強(qiáng)大，這使其應(yīng)用已經(jīng)無(wú)處不在，遍及各個(gè)領(lǐng)域。例如電機(jī)控制、條碼閱讀器/掃描器、消費(fèi)類電子、游戲設(shè)備、電話、HVAC、樓宇安全與門禁控制、工業(yè)控制與自動(dòng)化和白色家電（洗衣機(jī)、微波爐）等。第二頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三電子技術(shù)的發(fā)展,特別是微電子技術(shù)在家用電器方面的廣泛應(yīng)用,為模糊控制、語(yǔ)音的數(shù)字化采集和保存提供了技術(shù)基礎(chǔ)?，F(xiàn)有的電子溫控電冰箱溫度控制簡(jiǎn)單,功能單一。隨著微電子的發(fā)展,電冰箱向著智能化、保鮮、多功能、豪華型方向發(fā)展第三頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三VFDVFD的發(fā)展歷史真空熒光顯示屏（VacuumFluorescentDisplay，簡(jiǎn)稱VFD）是20世紀(jì)60年代發(fā)明的一種自發(fā)光平板顯示器，由于其特有的高亮度、廣視角、耐環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，在顯示器家族中獨(dú)樹一幟，常被用作人機(jī)對(duì)話的終端顯示器VFD的技術(shù)原理普通的VFD是三極管結(jié)構(gòu)的電子管，至少在一個(gè)方向可以看到透明的真空容器內(nèi)，置有燈絲（直熱式氧化物陰極）、柵極（柵網(wǎng)）以及陽(yáng)極（涂覆有顯示圖形的熒光粉的導(dǎo)體）等基本電極，還置有各種金屬零部件，及通過(guò)厚膜或薄膜技術(shù)形成的膜層等。第四頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三VFDVFD的發(fā)展歷史真空熒光顯示屏（VacuumFluorescentDisplay，簡(jiǎn)稱VFD）是20世紀(jì)60年代發(fā)明的一種自發(fā)光平板顯示器，由于其特有的高亮度、廣視角、耐環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，在顯示器家族中獨(dú)樹一幟，常被用作人機(jī)對(duì)話的終端顯示器VFD的技術(shù)原理普通的VFD是三極管結(jié)構(gòu)的電子管，至少在一個(gè)方向可以看到透明的真空容器內(nèi)，置有燈絲（直熱式氧化物陰極）、柵極（柵網(wǎng)）以及陽(yáng)極（涂覆有顯示圖形的熒光粉的導(dǎo)體）等基本電極，還置有各種金屬零部件，及通過(guò)厚膜或薄膜技術(shù)形成的膜層等。第五頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三VFD結(jié)構(gòu)圖燈絲是在不妨礙顯示的極細(xì)鎢絲蕊在線，涂覆上鋇（Ba）、鍶（Sr）、鈣（Ca）的氧化物（三元碳酸鹽），再以適當(dāng)?shù)膹埩Π惭b在燈絲支架（固定端）與彈簧支架（可動(dòng)端）之間，在兩端加上規(guī)定的燈絲電壓，使陰極溫度達(dá)到6000C左右而放射熱電子。柵極也是在不妨礙顯示的原則下，將不銹鋼等的薄板予以光刻蝕（PHOTO-ETHING）后成型的金屬網(wǎng)格（MESH），在其上加上正電壓，可加速并擴(kuò)散自燈絲所放射出來(lái)的電子，將之導(dǎo)向陽(yáng)極；相反地，如果加上負(fù)電壓，則能攔阻游向陽(yáng)極的電子，使陽(yáng)極消光。陽(yáng)極是指在形成大致顯示圖案的石墨等導(dǎo)體上，依顯示圖案的形狀印刷熒光粉，于其上加上正電壓后，因前述柵極的作用而加速，擴(kuò)散的電子將會(huì)互相沖擊而激發(fā)熒光粉，使之發(fā)光。第六頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三VFD的工作原理圖技術(shù)分類按VFD的結(jié)構(gòu)、顯示形式、顯示內(nèi)容、驅(qū)動(dòng)方式來(lái)分類，如圖所示，已達(dá)到商品化的具體組合的品種有數(shù)千種之多。第七頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三VFD的分類圖產(chǎn)品特點(diǎn)自發(fā)光，顯示清晰容易實(shí)現(xiàn)多色顯示圖形設(shè)計(jì)自由度大工作電壓比較低可靠性高（環(huán)境適應(yīng)性好）應(yīng)用領(lǐng)域由于它可以做多色彩顯示，亮度高，又可以用低電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)，易與集成電路配套，所以被廣泛應(yīng)用在如下領(lǐng)域：汽車VFD面板家電VFD面板音響、VTRVFD面板事務(wù)機(jī)用VFD面板計(jì)量?jī)x器用VFD面板通信設(shè)備用VFD面板第八頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三1主要技術(shù)與功能指標(biāo)(1)有斷電自動(dòng)延時(shí)保護(hù)功能,電冰箱壓縮機(jī)每次啟動(dòng)前,檢查壓縮機(jī)是否延時(shí)3~6分鐘

(2)當(dāng)冷藏室門或冷凍室門打開超過(guò)3分鐘時(shí),語(yǔ)音提示報(bào)警,VFD上的報(bào)警燈閃亮。

(3)按鍵有效操作,蜂鳴提示;關(guān)鍵操作語(yǔ)音提示(4)設(shè)定功能、冷藏室和冷凍室均有三大溫區(qū)(弱、中、強(qiáng))共12個(gè)檔位供調(diào)節(jié)

(5)采用微處理器進(jìn)行短時(shí)語(yǔ)音提示。

(6)具有智能化快速冷藏和快速冷凍功能運(yùn)行。

(7)通過(guò)VFD進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度及運(yùn)行狀態(tài)等顯示。

(8)具有自動(dòng)故障診斷功能,并將故障顯示在VFD上及故障(9)使用溫度測(cè)溫范圍是-40~+60。自運(yùn)行功能。第九頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三

2系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)電冰箱控制方案的選擇,依據(jù)技術(shù)參數(shù)要求,本著線路簡(jiǎn)單、可靠性高和成本低等原則進(jìn)行。根據(jù)語(yǔ)音電冰箱微控制器的主要功能要求和技術(shù)參數(shù)要求,按照功能可將硬件電路分為:微處理器最小應(yīng)用系統(tǒng)、溫度傳感器組、鍵盤輸入電路、顯示電路、語(yǔ)音處理電路、壓縮機(jī)控制電路、壓縮機(jī)斷電時(shí)間檢測(cè)保護(hù)電路、開門超時(shí)報(bào)警電路、電磁閥控制電路、門狀態(tài)檢測(cè)、門燈控制電路及電源電路等部分電路組成。第十頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三

(1)最小系統(tǒng)采用臺(tái)灣凌陽(yáng)科技公司SPCE061A系列的16位微處理器組成。

(2)人機(jī)對(duì)話控制面板電路主要包括真空熒光顯示(VFD)面板和鍵盤接口電路。VFD顯示當(dāng)前冷藏冷凍室溫度、快速冷藏冷凍狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)、語(yǔ)音狀態(tài)以及在故障代碼等功能。鍵盤用于設(shè)定溫度檔位、智能運(yùn)行、快速冷藏冷凍狀態(tài)及語(yǔ)音放音等功能。

(3)檢測(cè)電路包括冷藏室/冷凍室溫度檢測(cè)電路門狀態(tài)檢測(cè)電路、、延時(shí)檢測(cè)電路等。

(4)控制電路主要包括壓縮機(jī)控制電路、電磁閥控制電路及蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路等。

(5)語(yǔ)音處理電路等。第十一頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三語(yǔ)音電冰箱微控制器硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

第十二頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三

2.1VFD顯示電路設(shè)計(jì)整個(gè)電冰箱控制器系統(tǒng)由主板和顯示板組成,主板主要是SPCE061A及主控電路,顯示板采用9線(包括信號(hào)線與電源線等)與主板通訊。顯示采用真空熒光顯示(VFD),顯示屏由專門的VFD控制/驅(qū)動(dòng)芯片PD16311驅(qū)動(dòng)。PD16311芯片上可帶有412按鍵控制電路,該系統(tǒng)采用了其中的6個(gè)按鍵進(jìn)行控制,VFD顯示屏的陽(yáng)柵極分別與相對(duì)應(yīng)的PD16311的8格、18段直接相連,由PD16311驅(qū)動(dòng)VFD顯示屏顯示,其VFD顯示原理方框圖見圖2第十三頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三第十四頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.2語(yǔ)音處理電路設(shè)計(jì)

SPCE061A的D/A轉(zhuǎn)換通道的硬件實(shí)現(xiàn)大致有兩類,一類是直接采用數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC方式,另一類是采用脈寬調(diào)制PWM驅(qū)動(dòng)方式,SPCE061A音頻輸出的結(jié)構(gòu)就是由兩個(gè)DAC通道或一個(gè)PWM驅(qū)動(dòng)通道構(gòu)成。兩類實(shí)現(xiàn)方式實(shí)質(zhì)都為數(shù)/模轉(zhuǎn)換,都是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流模擬信號(hào)輸出。SPCE061A的音頻輸出采用雙通道數(shù)/模轉(zhuǎn)換DAC方式,即數(shù)字信號(hào)通過(guò)10位DAC轉(zhuǎn)換成3mA驅(qū)動(dòng)的電流模擬信號(hào)輸出,經(jīng)信號(hào)放大后,由揚(yáng)聲器輸出,可見SPCE061A實(shí)現(xiàn)的語(yǔ)音播放外圍配置非常簡(jiǎn)單。第十五頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三3軟件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)工作流程系統(tǒng)軟件采用匯編語(yǔ)言編寫,由主程序、中斷服務(wù)程序和子程序組成。子程序主要是按鍵實(shí)時(shí)檢測(cè)子程序、溫度檢測(cè)子程序、電磁閥及壓縮機(jī)控制子程序、VFD顯示子程序及語(yǔ)音播放子程序等。系統(tǒng)程序流程圖見圖3。第十六頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三系統(tǒng)上電復(fù)位后,進(jìn)行初始化。壓縮機(jī)每次啟動(dòng)前,檢測(cè)是否延時(shí)3分鐘。然后系統(tǒng)進(jìn)入實(shí)時(shí)循環(huán)檢測(cè)與控制子程序,一旦發(fā)現(xiàn)由按鍵設(shè)定更改參數(shù),各子程序即按照更改后的參數(shù)運(yùn)行。溫度循環(huán)采集溫度數(shù)據(jù),以便與設(shè)定溫度參數(shù)相比較,控制電磁閥與壓縮機(jī)的開關(guān)。智能運(yùn)行是指系統(tǒng)的溫度參數(shù)由系統(tǒng)程序設(shè)定根據(jù)環(huán)溫而設(shè)定運(yùn)行,快速冷凍或快速冷藏設(shè)定將強(qiáng)行開壓縮機(jī)及電磁閥,直至電冰箱降到設(shè)定溫度或者快速設(shè)定時(shí)間到取消快速設(shè)定功能。第十七頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三3.2語(yǔ)音播放軟件編制音頻壓縮算法有三種:波形編碼:sub-band即SACM-A2000,特點(diǎn):高質(zhì)量、高碼率,適于高保真語(yǔ)音/音樂(lè);參數(shù)編碼:聲碼器(vocoder)模型表達(dá),抽取參數(shù)與激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行編碼,如SACM-S240,特點(diǎn):壓縮比大,計(jì)算量大,音質(zhì)不高,廉價(jià);混合編碼:CELP即SACM-S480。語(yǔ)音播放程序包括播放程序和中斷服務(wù)程序,其中語(yǔ)音播放子程序主要完成D/A轉(zhuǎn)換器、定時(shí)器TimerA和音量初始化,從ROM里取出預(yù)先壓縮好的語(yǔ)音數(shù)據(jù),解壓縮后存放在播放隊(duì)列里,中斷服務(wù)程序定時(shí)的從播放序列中讀數(shù)據(jù),送D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)音,具體語(yǔ)音播放程序流程見圖4系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí),主要包括以下三種語(yǔ)音提示:按鍵操作語(yǔ)音提示,每進(jìn)行一次按鍵操作時(shí),語(yǔ)音提示按鍵操作的內(nèi)容;故障語(yǔ)音提示,在硬件系統(tǒng)出故障時(shí),語(yǔ)音系統(tǒng)提示硬件故障;報(bào)警語(yǔ)音提示,當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)與要求的工作參數(shù)不相一致時(shí),如冷藏室或冷凍室的溫度過(guò)高或過(guò)低,語(yǔ)音提示報(bào)警功能。第十八頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三3.3VFD顯示軟件編制PD16311有四條通訊線:選通線STB、時(shí)鐘線CLK、數(shù)據(jù)輸入線Din、數(shù)據(jù)輸出線Dout。MCU對(duì)PD16311的訪問(wèn)時(shí)序是在首先STB信號(hào)線的下降沿開始,發(fā)送的數(shù)據(jù)在CLK時(shí)鐘線的上升沿有效,數(shù)據(jù)的低位在前,高位在后,一次訪問(wèn)只能傳送一個(gè)命令字節(jié)或一個(gè)命令字節(jié)+多個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié),先傳送命令字節(jié),再傳送數(shù)據(jù)字節(jié),STB出現(xiàn)上升沿,訪問(wèn)結(jié)束。PD16311具有顯示摸式設(shè)置命令、數(shù)據(jù)設(shè)置命令、地址設(shè)置命令和顯示控制命令等4條控制命令。通過(guò)設(shè)置顯示模式,可使芯片選擇不同的段及格模式,以便匹配不同段及格要求的VFD顯示屏顯示;通過(guò)數(shù)據(jù)設(shè)置命令,決定當(dāng)前對(duì)芯片的操作類型,是發(fā)送數(shù)據(jù)還是接收數(shù)據(jù)等;地址設(shè)置命令,即設(shè)置所要刷新的顯示RAM區(qū)的起始地址;通過(guò)設(shè)置顯示控制命令,控制當(dāng)前的顯示亮度。第十九頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三4結(jié)束語(yǔ)

VFD顯示以其眾多的優(yōu)點(diǎn),在家用電器控制器中得到了廣泛的應(yīng)用,是目前豪華型家用電器中的應(yīng)用主流。充分利用SPCE061A特有的語(yǔ)音功能,研制出語(yǔ)音電冰箱,產(chǎn)品界面更加具有人性化。同時(shí)采用SPCE061A實(shí)現(xiàn)的控制器,大大節(jié)省了增加語(yǔ)音功能對(duì)生產(chǎn)成本的要求,很值得在語(yǔ)音處理系統(tǒng)中推廣