1、语音电冰箱微控制器的研制微控制器微控制器微控制器微控制器是将微型计算机的主要部分集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。微控制器诞生于20世纪70年代中期，经过20多年的发展，其成本越来越低，而性能越来越强大，这使其应用已经无处不在，遍及各个领域。例如电机控制、条码阅读器/扫描器、消费类电子、游戏设备、电话、HVAC、楼宇安全与门禁控制、工业控制与自动化和白色家电（洗衣机、微波炉）等。电子技术的发展,特别是微电子技术在家用电器方面的广泛应用,为模糊控制、语音的数字化采集和保存提供了技术基础。现有的电子温控电冰箱温度控制简单,功能单一。随着微电子的发展,电冰箱向着智能化、保鲜、多功能、豪华型方向发展
2、VFD VFD的发展历史 真空荧光显示屏（Vacuum Fluorescent Display，简称VFD）是20世纪60年代发明的一种自发光平板显示器，由于其特有的高亮度、广视角、耐环境等优点，在显示器家族中独树一帜，常被用作人机对话的终端显示器VFD的技术原理 普通的VFD是三极管结构的电子管，至少在一个方向可以看到透明的真空容器内，置有灯丝（直热式氧化物阴极）、栅极（栅网）以及阳极（涂覆有显示图形的荧光粉的导体）等基本电极，还置有各种金属零部件，及通过厚膜或薄膜技术形成的膜层等。VFD VFD的发展历史 真空荧光显示屏（Vacuum Fluorescent Display，简称VFD）是
3、20世纪60年代发明的一种自发光平板显示器，由于其特有的高亮度、广视角、耐环境等优点，在显示器家族中独树一帜，常被用作人机对话的终端显示器VFD的技术原理 普通的VFD是三极管结构的电子管，至少在一个方向可以看到透明的真空容器内，置有灯丝（直热式氧化物阴极）、栅极（栅网）以及阳极（涂覆有显示图形的荧光粉的导体）等基本电极，还置有各种金属零部件，及通过厚膜或薄膜技术形成的膜层等。VFD结构图灯丝是在不妨碍显示的极细钨丝蕊在线，涂覆上钡（Ba）、锶（Sr）、钙（Ca）的氧化物（三元碳酸盐），再以适当的张力安装在灯丝支架（固定端）与弹簧支架（可动端）之间，在两端加上规定的灯丝电压，使阴极温度达到60
4、00C左右而放射热电子。栅极也是在不妨碍显示的原则下，将不锈钢等的薄板予以光刻蚀（PHOTO-ETHING）后成型的金属网格（MESH），在其上加上正电压，可加速并扩散自灯丝所放射出来的电子，将之导向阳极；相反地，如果加上负电压，则能拦阻游向阳极的电子，使阳极消光。阳极是指在形成大致显示图案的石墨等导体上，依显示图案的形状印刷荧光粉，于其上加上正电压后，因前述栅极的作用而加速，扩散的电子将会互相冲击而激发荧光粉，使之发光。VFD的工作原理图 技术分类 按VFD的结构、显示形式、显示内容、驱动方式来分类，如图所示，已达到商品化的具体组合的品种有数千种之多。VFD的分类图产品特点 自发光，显示清晰
5、 容易实现多色显示 图形设计自由度大 工作电压比较低 可靠性高（环境适应性好）应用领域 由于它可以做多色彩显示，亮度高，又可以用低电压来驱动，易与集成电路配套，所以被广泛应用在如下领域：汽车VFD面板 家电VFD面板 音响、VTR VFD面板 事务机用VFD面板 计量仪器用VFD面板 通信设备用VFD面板1主要技术与功能指标(1)有断电自动延时保护功能,电冰箱压缩机每次启动前,检查压缩机是否延时3 6 分钟(2)当冷藏室门或冷冻室门打开超过3 分钟时,语音提示报 警,VFD 上的报警灯闪亮。(3)按键有效操作,蜂鸣提示;关键操作语音提示(4)设定功能、冷藏室和冷冻室均有三大温区(弱、中、强)共
6、12 个档位供调节 (5)采用微处理器进行短时语音提示。(6)具有智能化快速冷藏和快速冷冻功能运行。(7)通过VFD 进行实时温度及运行状态等显示。(8)具有自动故障诊断功能,并将故障显示在VFD 上及故 障(9)使用温度测温范围是-40 +60。自运行功能。2系统硬件结构 电冰箱控制方案的选择,依据技术参数要求,本着线路简 单、可靠性高和成本低等原则进行。根据语音电冰箱微控制器 的主要功能要求和技术参数要求,按照功能可将硬件电路分为:微处理器最小应用系统、温度传感器组、键盘输入电路、显示电 路、语音处理电路、压缩机控制电路、压缩机断电时间检测保护 电路、开门超时报警电路、电磁阀控制电路、门状
7、态检测、门灯控 制电路及电源电路等部分电路组成。(1)最小系统采用台湾凌阳科技公司SPCE061A 系列的 16 位微处理器组成。(2)人机对话控制面板电路主要包括真空荧光显示(VFD)面板和键盘接口电路。VFD 显示当前冷藏冷冻室温度、快速冷 藏冷冻状态、报警状态、语音状态以及在故障代码等功能。键盘 用于设定温度档位、智能运行、快速冷藏冷冻状态及语音放音等 功能。(3)检测电路 包括冷藏室/冷冻室温度检测电路 门状态检测电路、延时检测电路等。(4)控制电路 主要包括压缩机 控制电路、电磁阀 控制电路及蜂鸣 器驱动电路等。(5)语音处理电路等。语音电冰箱微控制器硬件系统结构如图1所示。2.1V
8、FD 显示电路设计 整个电冰箱控制器系统由主板和显示板组成,主板主要是 SPCE061A 及主控电路,显示板采用9 线(包括信号线与电源线 等)与主板通讯。显示采用真空荧光显示(VFD),显示屏由专门 的VFD 控制/驱动芯片PD16311 驱动。PD16311 芯片上可带有 4 12 按键控制电路,该系统采 用了其中的6 个按键进行控制,VFD 显示屏的阳栅极分别与相对 应的PD16311 的8 格、18 段直接相连,由PD16311驱动VFD 显示屏显示,其VFD 显示原理方框图 见图2 2.2 语音处理电路设计 SPCE061A 的D/A 转换通道 的硬件实现大致有两类,一类是直接采用数
9、/模转换器DAC 方 式,另一类是采用脉宽调制PWM 驱动方式,SPCE061A 音频输出的结构就是由两个DAC 通道或一个 PWM 驱动通道构成。两类 实现方式实质都为数/模转换,都是将数字信号转换成电流模拟信号输出。SPCE061A 的音频输出采用双通道数/模转换 DAC 方式,即数字信号通过 10 位DAC 转换成3mA 驱动的电流模拟信号输出,经信号放大后,由扬声器输出,可见SPCE061A 实现的语音播放外围配置非常简单。3 软件设计 3.1 系统工作流程 系统软件采用汇编语言编写,由主程序、中断服务程序和子程序组成。子程 序主要是按键实时检测子程序、温度检测 子程序、电磁阀及压缩机
10、控制子程序、VFD 显示子程序及语音播放子程序等。系统程序流程图见图3。系统上电复位后,进行初始化。压缩 机每次启动前,检测是否延时3 分钟。然 后系统进入实时循环检测与控制子程序,一旦发现由按键设定更改参数,各子程序 即按照更改后的参数运行。温度循环采 集温度数据,以便与设定温度参数相比 较,控制电磁阀与压缩机的开关。智能运 行是指系统的温度参数由系统程序设定 根据环温而设定运行,快速冷冻或快速冷藏设定将强行开压缩机及电磁阀,直至电冰箱降到设定温度或 者快速设定时间到取消快速设定功能。3.2 语音播放软件编制 音频压缩算法有三种:波形编码:sub-band 即SACM-A2000,特点:高质
11、量、高码率,适于高保真语音/音乐;参数编 码:声码器(vocoder)模型表达,抽取参数与激励信号进行编码,如SACM-S240,特点:压缩比大,计算量大,音质不高,廉价;混合编码:CELP 即SACM-S480。语音播放程序包括播放程序和中断服务程序,其中语音播放子程序主要完成D/A 转换器、定时器TimerA 和音量初始化,从ROM 里取出预先压缩好的语 音数据,解压缩后存放在播放队列里,中断服务程序定时的从播放序列中读数据,送D/A 转换器转换后驱动喇叭发音,具体语音播放程序流程见图4 系统在设计时,主要包括以下三种语音提示:按键操作语音提示,每进行一次按键操作时,语音提示按键操作的内容
12、;故障 语音提示,在硬件系统出故障时,语音系统提示硬件故障;报警语音提示,当系统出现与要求的工作参数不相一致时,如冷藏室 或冷冻室的温度过高或过低,语音提示报警功能。3.3VFD 显示软件编制 PD16311有四条通讯线:选通线 STB、时钟线 CLK、数据输入线 Din、数 据输出线 Dout。MCU 对PD16311 的 访问时序是在首先STB 信号线的下降 沿开始,发送的数据在 CLK 时钟线的 上升沿有效,数据的低位在前,高位在 后,一次访问只能传送一个命令字节 或一个命令字节+多个数据字节,先 传送命令字节,再传送数据字节,STB 出现上升沿,访问结束。PD16311 具有显示摸式设
13、置命 令、数据设置命令、地址设置命令和显示控制命令等4 条控制命 令。通过设置显示模式,可使芯片选择不同的段及格模式,以便 匹配不同段及格要求的VFD 显示屏显示;通过数据设置命令,决定当前对芯片的操作类型,是发送数据还是接收数据等;地址 设置命令,即设置所要刷新的显示RAM 区的起始地址;通过设 置显示控制命令,控制当前的显示亮度。4结束语 VFD 显示以其众多的优点,在家用电器控制器中得到了广 泛的应用,是目前豪华型家用电器中的应用主流。充分利用 SPCE061A 特有的语音功能,研制出语音电冰箱,产品界面更加 具有人性化。同时采用SPCE061A 实现的控制器,大大节省了增 加语音功能对生产成本的要求,很值得在语音处理系统中推广 应用。参考文献 1 薛钧义等.凌阳十六位单片机原理及应用 M.北京航空航 天大学出版社,2003,205 218 2 李银华等BCD-278WB 电冰箱模糊控制器的研制 J.郑 州轻工业学院学报,1998(4):36 39 收稿日期:2004-04-19 收稿日期:2004-04-19
