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基于凌阳单片机的温度检测系统设计摘要温度是工业生产和生活中最基本的参数之一，在日常生活和工业控制过程中，经常需要进行对温度的测量，并对温度的结果进行分析，以做出相应的处理，这对于提高生产效率和生活质量等都有重要的作用。本设计采用Pt100为温度传感器，单片机SPCE061A为硬件核心元件，设计了一种具有温度初值设定、温度语音播报、温度显示、手动复位、自动修正误差等功能的新型温度检测系统。该系统结构简单、体积小、成本低、现场适应能力强、检测准确、可靠性高。本设计主要完成了温度检测总体方案的设计；完成了系统的主控硬件流程图；完成了由电桥和差分放大电路组成的传感器电路；完成了单片机的最小系统电路、音频输出电路；完成了系统主程序的软件设计及系统初始化、A/D转换和语音处理等子程序的软件设计。关键字：凌阳单片机；Pt100；语音播放Based on Sunplus single-chip of temperature detection system designAbstractTemperature is one of the most basic parameters in industrial production and life , in their daily lives and industrial process control, often need to measure temperature, and analyse the results of the temperature in order to make the deal, which has an important role to increase productivition efficiency and quality of life.The design uses Pt100 as the temperature sensor, uses single-chip SPCE061A as the hardware components, designed a new type of temperature detection system,while has the functions with the initial temperature set, temperature voice broadcast, temperature display, manual reset and correct the error automatically .This system structure is simple, the volume is small, the cost is low, the scene adaptiveness is strong, the examination is accurate, the reliability is high. This design has mainly completed the temperature examination overall concept design, the system's master control hardware flow chart, the sensor electric circuit which is composed of the electric bridge and the difference amplifying circuit, the monolithic integrated circuit's smallest system circuit, the audio frequency output circuit, the system master routine software design and the system initialization, A/D transformation and the pronunciation processing small steelyard procedure software design.Keywords：Single-chip Sunplus，Pt100，voice broadcast目 录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1 引言11.2 国内外温度检测技术概述21.2.1 温度检测技术简介21.2.2 温度检测技术的发展31.3 本设计的主要内容4第二章 总体方案设计52.1 温度传感器设计方案选择52.2 单片机选择52.3 系统总体框图6第三章 硬件电路设计73.1 基于单片机的温度采集系统73.1.1 采集系统简介73.1.2 温度检测电路73.1.3 Pt100热电阻简介83.1.4 差分放大电路93.2 SPCE061A电路103.2.1 SPCE061A芯片简介103.2.2 系统时钟133.2.3 锁相环PLL (Phase Lock Loop)振荡器143.2.4 CPU实时钟143.2.5 时间基准信号143.2.6 SPCE061A最小系统153.2.7 CPU复位电路153.3 音频输出电路163.3.1 语音背景介绍163.3.2 SPY0030简介183.3.3 音频放大电路183.4 键盘电路193.5 LED显示电路203.5.1 数码管简介203.5.2 显示电路223.6 电源电路22第四章 软件设计244.1 软件结构244.2 主程序流程图244.3 A/D转换实现264.3.1 A/D输入接口的结构264.3.2 A/D 采样处理274.4 显示流程图284.4.1 显示部分流程图284.4.2 IRQ6_TMB2中断304.5 键盘设置流程图304.6 语音程序314.6.1 语音播放过程314.6.2 语音程序流程图324.6.3 语音中断流程图33第五章 抗干扰分析和系统调试355.1 抗干扰分析355.1.1 系统干扰的基本分析355.1.2 干扰源及其一般分类355.1.3 抗干扰措施365.2 系统调试385.2.1 调试环境385.2.2 调试方法39第六章 总结40参考文献41附录A 硬件原理图42附录B 源程序43致 谢66 第一章 绪论1.1 引言测量是人们认识自然界的一种科学方法。通过各种测量，人们能够从数量上来描述周围的物质世界，揭示自然界存在的规律，推动科学技术的不断前进。计量学就是研究保证测量统一的理论问题和实际问题的学科，也就是研究提高测量准确度和保证量值统一性的一门学科。随着社会经济的发展，特别是商品生产的协作规模和商品交换范围的扩大，商品生产已不局限于一个国家，一个地区，而是跨地区、跨国家。现代科学技术的发展已扩大到综合性、多学科。计量工作在国民经济建设中占有十分重要的地位，它同经济建设、国防建设、科学研究和人民生活都有密切关系。加强计量管理、保证国家计量制度的统一和计量器具的一致、保证计量器具的准确度并正确使用它，这对于提高产品质量、保证零部件的互换性、改进工艺、实现标准化、系列化、自动化；对于保障安全生产、提高劳动效率、降低原材料消耗；对于工业生产自动化、实现科学种田和农业机械化、提高科学研究水平、进行国内外贸易都具有十分重要的作用。温度计量学或称计温学是计量学的一个重要分支，它在国民经济各领域中占有一定的地位。人们的日常生活、工农业生产和科学实验等许多方面都与温度测量有着十分密切的关系。温度作为一个重要的物理量，是工业生产过程中最普遍、最重要的工艺参数之一。随着时代的进步、社会的发展、科学技术的不断更新，温度的测量范围要求不断扩大，同时温度的测量准确性要求不断提高。对温度测量的要求也越来越高，而且测量范围也越来越大，对温度的检测技术的要求也越来越高。因此，温度检测和温度检测技术的研究也是一个重要的研究课题。1.2 国内外温度检测技术概述1.2.1 温度检测技术简介随着国内外工业的日益发展，温度检测技术也有了不断的进步，目前的温度检测使用的方法种类繁多，应用范围也较广泛，大致包括以下几种方法：利用物体热胀冷缩原理制成的温度计；利用热电效应技术制成的温度检测元件，利用此技术制成的温度检测元件主要是热电偶。热电偶发展较早，比较成熟，至今仍为应用最广泛的检测元件。热电偶具有结构简单、制作方便、测量范围宽、精度高、热惯性小等特点；利用热阻效应技术制成的温度计；利用热辐射原理制成的高温计热辐射高温计通常分为两种。一种是单色辐射高温计，一般称光学高温计；另一种是全辐射高温计，它的原理是物体受热辐射后，视物体本身的性质，能将其吸收、透过或反射。而受热物体放出的辐射能的多少，与它的温度有一定的关系。热辐射式高温计就是根据这种热辐射原理制成的；利用声学原理进行温度测量；利用红外原理进行温度检测1。近年来，在温度检测技术领域，多种新的检测原理与技术的开发应用，已经取得了重大进展。新一代温度检测元件正在不断出现和完善化。晶体管温度检测元件半导体温度检测元件是具有代表性的温度检测元件。半导体的电阻温度系数比金属大12个数量级，二级管和三极管的PN结电压、电容对温度灵敏度很高。基于上述测温原理已研制了各种温度检测元件。集成电路温度检测元件利用硅晶体管基极一发射极间电压与温度关系（即半导体PN结的温度特性）进行温度检测，并把测温、激励、信号处理电路和放大电路集成一体，封装于小型管壳内，即构成了集成电路温度检测元件。核磁共振温度检测器所谓核磁共振现象是指具有核自旋的物质置于静磁场中时，当与静磁场垂直方向加以电磁波，会发生对某频率电磁的吸收现象。利用共振吸收频率随温度上升而减少的原理研制成的温度检测器，称为核磁共振温度检测器。这种检测器精度极高，可以测量出千分之一开尔文，而且输出的频率信号适于数字化运算处理，故是一种性能十分良好的温度检测器。在常温下，可作理想的标准温度计之用。.热噪声温度检测器它的原理是利用热电阻元件产生的噪声电压与温度的相关性。其特点是：输出噪声电压大小与温度是比例关系，不受压力影响，感温元件的阻值几乎不影响测量精确度，所以它是可以直接读出绝对温度值而不受材料和环境条件限制的温度检测器。光纤温度检测器光纤温度检测器是目前光纤传感器中发展较快的一种，已开发了开关式温度检测器、辐射式温度检测器等多种实用型的品种。它是利用双折射光纤的传输光信号滞后量随温度变化的原理制成的双折射光纤温度检测器，检测精度在±1以内，测温范围可以从绝对0到2000。激光温度检测器，激光测温特别适于远程测量和特殊环境下的温度测量，用氮氖激光源的激光作反射计可测得很高的温度，精度达1；用激光干涉和散射原理制作的温度检测器可测量更高的温度，上限可达3000，专门用于核聚变研究，但在工业上应用还需进一步开发和实验。1.2.2 温度检测技术的发展生产管理一体化、网络化是当今工业自动化控制领域的大趋势，要实现这些功能，必须借助于工业计算机、现场网络及开放的工业数据库。利用先进技术手段监测各种复杂生产环境的被控参数（如温度、流量及压力等），使生产和管理一体化，可以有效地提高生产和管理的自动化水平。温度追踪测量（也可以称作是温度分布测定技术）是一种利用微机来实现数据采集、数据通讯传输和数据分析处理的一门新技术，是在生产过程中记录和说明热加工产品与空气温度关系的技术，追踪测量得到的数据被显示为图表或数字。这个过程最简单的形式就是它可以告诉生产者所生产的产品的温度、保持这个温度有多长时间以及在什么时间达到了什么温度。通过分析数据，生产人员可以保证产品达到最好的质量、解决产品存在问题、优化生产工艺路线及节约能耗。无论是在电子产品的生产、食品加工、其它工业生产，还是在医疗器械生产方面，在生产过程中温度是重要的控制指标，温度检测（也称追踪）技术就具有非常广阔的应用前景2。1.3 本设计的主要内容（1）分析市场对温度检测系统的功能要求，概括系统总体方案设计。（2）系统硬件设计，完成系统微处理器的选用，温度传感器的选用，检测电路的选用，三极管驱动LED显示的选用，并用PROTEL99SE画出原理图（SCH图）。（3）系统软件设计，确定系统检测算法，制定软件程序流程图，并根据软件程序流程图，选用合适的编程语言编写源程序，进而进行软件程序调试以及程序优化，最终实现软件运行。（4）对设计系统抗干扰分析以及软硬件调试，并进行整机功能演示。（5）根据设计过程与现象，分析和概括设计结论。 第二章 总体方案设计2.1 温度传感器设计方案选择方案一：采用热敏电阻，可满足4090测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测小于1的信号是不适用的。方案二：采用温度传感器DS18B20，最新单线数字温度传感器DS18B20是一线器件，其体积小、适用电压宽、该数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持一线总线接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。测量温度范围为 -55+125，在-10+85范围内,精度为±0.5。DS18B20的精度偏差为±2 。现场温度直接以一线总线的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，由于DS18B20的测量范围比较小，运行需要自己的驱动程序，编程难的特点本系统没有采用3。方案三：采用温度传感器铂电阻（Pt100）。铂电阻的物理化学性能在高温和氧化性介质中很稳定,它能用作工业测温元件,且此元件线性较好。在0100时，最大非线性偏差小于0.5。铂电阻与温度关系是；其中Rt是温度为t时的电阻；R0是温度为0时的电阻；t为任意温度值，A、B为温度系数。2.2 单片机选择方案一：此方案可采用AT89C51单片机实现，单片机软件编程自由度大，可用编程实现各种控制算法和逻辑控制。但是AT89C51需外接模数转换器来满足数据采样。如果系统增加语音播放功能，还需外接语音芯片，对外围电路来说，比较复杂，且其软件实现也较麻烦。另外，51单片机需要用仿真器来实现软硬件调试，较为繁琐。 方案二：此方案采用SPCE061A单片机实现，此单片机内置8路ADC,2路DAC,且集成开发环境中配有很多语音播放函数，用SPCE061A实现语音播放极为方便。SPCE061A有一路专用于语音信号采集的A/D转换电路(MIC输入)，可以用来进行语音识别、录音等的语音信号输入；SPCE061A有8路A/D，选其中1路进行温度采集，由按键控制温度播报并且该芯片内置在线仿真、编程接口，可以方便实现在线调试，这大大加快了系统的开发与调试4。2.3 系统总体框图 本系统总体设计方案框图如图2.1所示，本系统有四大模块组成：数据显示模块，语音播报模块，信号采集模块，键盘设置模块。显示模块的主要作用是显示设置温度与测量温度。语音模块主要用作语音播放检测温度，并播报整数温度变化。信号采集模块是将电压信号经A/D转换后，换算成温度，用于播报和显示。键盘设置模块是用于设置温度按钮和播报开关。图2.1 基于凌阳单片机的温度检测系统总体框图第三章 硬件电路设计3.1 基于单片机的温度采集系统3.1.1 采集系统简介在工业生产和科学技术研究的各行各业中，常常利用PC或工控机对各种数据进行采集如液位、温度、压力、频率等物理量。现在常用的采集方式是通过数据采集板卡。采用板卡不仅安装麻烦，易受机箱内环境的干扰，而且受计算机插槽数量和地址、中断资源的限制，不可能挂接很多设备。而单片机数据采集系统的出现，很好地解决了以上这些冲突，很容易就能实现低成本、高可靠性、多点的数据采集。单片机数据采集系统是计算机在工业控制中最为普遍的应用系统。它的任务是采集生产过程中的各种工况参数并经 A/D 转换器送入单片机，单片机再对这些参数、数据进行分析、运算和处理，如数字滤波、工程量变换、仪表误差修正、数字显示、越界报警、打印等。如再配上输出通道就可方便地组成计算机控制系统。通用数据采集系统通常是由传感器（或变送器）、信号调理电路、多功能数据采集卡(通常集成有模拟多路开关、程控放大器、采样/保持器、定时器、A/D转换器及D/A转换器)、计算机及外设等部分组成其中传感器是将被测量为非电量转换成电信号的信号转换元件, 然而由于传感器的电气特性, 其所产生的电信号一般不可能直接输人至PC, 必须进行调理才能被数据采集设备精确、可靠地采集所谓信号调理就是将传感器或变速器所输出的电信号进行放大、隔离、滤波等, 以便数据采集板实现数据的采集一般而言, 信号调理是基于PC机的通用数据采集系统不可或缺的组成部分。3.1.2 温度检测电路如图 3.1所示传感器电路包括传感器桥路和放大电路两部分，经过两级放大后输出模拟电压信号UO。直接将运放的输出脚接SPCE061A的AD输入通道AN5（IOA4）。 3.1温度检测电路3.1.3 Pt100热电阻简介传感器采用铂电阻Pt100。铂热电阻的物理化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测温元件；且此元件线性较好，在0100之间变化时，最大非线性偏差小于0.5。铂热电阻与温度关系为： （1）-200<t<0时，（2）0t850时，式中，A=0.00390802；B=-0.000000580；C=0.0000000000042735。可见Pt100在常温0100之间变化时线性度非常好，其阻值表达式可近似简化为：RPt=100（1+At），当温度变化1，Pt100阻值近似变化0.4欧。Pt100温度传感器的主要技术参数如下： 测量范围：-200+850； 允许偏差值：A级±（0.150.002t），B级±（0.300.005t）； 热响应时间 < 30s； 最小置入深度：热电阻的最小置入深度200mm； 允通电流 5mA。 另外，Pt100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。 如下表3.1所示为Pt100的分度表（0100） 表3.1 Pt100分度 0123456780100.0100.3100.7101.1101.5101.9102.3102.7103.110103.9104.2104.6105.0105.4105.8106.2106.6107.020107.7108.1108.7108.9109.3109.7110.1110.5110.930111.6112.0112.4112.8113.2113.6114.9114.3114.740115.5115.9116.3116.7117.0117.4117.8118.2118.650119.4119.7120.1120.5120.9121.3121.7122.0122.460123.2123.6124.0124.3124.7125.1125.5125.9126.370127.0127.4127.8128.2128.6128.9129.3129.7130.180130.8131.2131.6132.0132.4132.8133.1133.5133.990134.7135.0135.4135.8136.2136.6136.9137.3137.7100138.5138.8139.2139.6140.0140.3140.7141.1141.5测量电路采用电桥电路，电桥电路能够很好的抑制温度漂移影响，同时为了对电压信号的波动也能起到很好的抑制，电桥供电采用三端可编程并联稳压二极管TL431，能够产生稳定的2.5V直流电压基准。为了使温度变化时电桥输出的信号尽可能大,选择，这里取R2=100,R3=R4=150。同时为了避免流过Pt100传感器的电流过大使其发热进而导致非线性失真增大，电桥电流不宜太高，一般要求Im<5mA。所以在电桥上边加了一个限流电阻R23。3.1.4 差分放大电路放大电路采用两级差分放大，采用LM358集成运算放大器，LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关6。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。 LM358特点如下：（1）内部频率补偿 ；（2）直流电压增益高(约100dB) ；（3）单倍增益频带宽(约1MHz) ；（4）电源电压范围宽：单电源(330V)；双电源(±1.5一±15V) ；（5）低功耗电流，适合于电池供电 ；（6）低输入失调电压和失调电流 ；（7）共模输入电压范围宽，包括接地 ；（8）差模输入电压范围宽，等于电源电压范围 ；（9）输出电压范围大(0至Vcc-1.5V) ；为了防止单级放大倍数过高带来的非线性误差，放大电路采用两级放大，如图 3.1所示，前一级为6倍放大，后一级为3倍放大，总体的线性放大性能良好。温度在0100变化，当温度上升时，RPt阻值变大，桥路中一端电压降低，而另一端保持不变，运放U1的差模输入信号变大，所以U1的输出端电压变大，U2的差模输入信号随之变大，所以放大电路的最终放大电压输出U0变大，当温度下降时，放大电路的工作过程刚好相反。3.2 SPCE061A电路3.2.1 SPCE061A芯片简介（1）总体特征SPCE061A的结构比较简单，在芯片内部集成了ICE仿真电路接口、FLASH程序存储器、SRAM数据存储器、通用I/O端口、定时器/计数器、中断控制、CPU时钟、模-数转换器A/D、DAC输出、通用异步串行输入输出接口、串行输入输出接口、低电压监测/低电压复位等若干部分，并且各个部分之间存在着直接或间接的联系。（2）µnSP的内核µnSP的内核由总线、算术逻辑运算单元、寄存器组、中断系统及堆栈等部分组成。µnSP是16位单片机，它具有16位数据线和22位地址线。由此决定其基本数据类型是16位的“word”型，而不是8位的“Byte”型；因而每次存储器都是按“word”操作的，22位地址线最多可寻访4M字的存储容量。µnSP与大多数CPU类似，提供了基本的算术运算与逻辑操作指令，加、减、比较、取补、异或、或、与、测试、写入、读出等16位算术逻辑运算及数据传送操作。µnSP的CPU寄存器组里有8个16位寄存器，可分为通用型寄存器和专用型寄存器两大类别。通用型寄存器包括：R1R4，作为算术逻辑运算的源及目标寄存器。专用型寄存器包括SP、BP、SR、PC，是与CPU特定用途相关的寄存器7。（3）存储器SPCE061A有2K字的SRAM(包括堆栈区)，其地址范围从0x0000到0x07FF。前64个字，即0x00000x003F地址范围内可采用6位地址直接地址寻址方法，寻访速度为2个CPU时钟周期；其余0x00400x07FF地址范围内存储器的寻访速度则为3个CPU时钟周期。SPCE061A是一个用闪存替代掩膜ROM的MTP(多次编程)芯片，具有32K字(32K*16bit)闪存容量。用户可用闪存来存储用户程序。为了安全起见，不对用户开放整体擦除功能。用户必须通过向P_Flash_Ctrl (写) ($7555H)单元写入0xAAAA，来激活闪存的存取功能，从而访问闪存。然后，向P_Flash_Ctrl (写) ($7555H)单元写入0x5511，来擦除页的内容。写入0x5533，对闪存编程。这些指令不能被任何其他的操作包括中断、ICE的单步跟踪动作打断。这是因为闪存控制器必须保证闪存处于编程状态。如果一些其它的进程插入到当前的执行队列里，闪存的状态将发生改变，擦除页和编程的操作不能再继续进行。此外，为保证程序的正确编写，用户必须在编程之前擦除页的内容。页大小为0x100。第一页地址范围：0x80000x80FF，最后一页的地址范围：0xFF000xFFFF。0xFC000xFFFF范围内的地址由系统保留，用户最好不要用本范围内的地址。 32K字的内嵌式闪存被划分为128个页(每个页存储容量为256个字)，它们在CPU正常运行状态下均可通过程序擦除或写入。全部32K字闪存均可在ICE工作方式下被编程写入或被擦除。（4）输入/输出接口输入/输出接口（也可简称为I/O口）是单片机与外设交换信息的通道。输入端口负责从外界接收检测信号、键盘信号等各种开关量信号。输出端口负责向外界输送由内部电路产生的处理结果、显示信息、控制命令、驱动信号等。µnSP内有并行和串行两种方式的I/O口。并行口线路成本较高，但是传输速率也很高；与并行口相比，串行口的传输速率较低但可以节省大量的线路成本。SPCE061A有两个16位通用的并行I/O口：A口和B口。这两个口的每一位都可通过编程单独定义成输入或输出口7。SPCE061A提供了位控制结构的32位I/O端口，每一位都可以被单独定义用于输入或输出数据。通常，对某一位的设定包括以下三个基本项：数据向量Data、属性向量Attribution和方向控制向量Direction。分别由P_IOA(B)_Data、P_IOA(B)_Dir和P_IOA(B)_Attrib等单元来设置。3个端口内每个对应的位组合在一起，形成一个控制字，用来定义相应I/O口位的输入输出状态和方式。A口和B口的Data、Attribution和Direction的设定值均在不同的寄存器里，编程时需要对其地址声明。（5）WatchDogSPCE061A的WatchDog清除时间周期为0.75s。因为WatchDog的溢出复位信号WatchDog_Reset是由4Hz时基信号经4分频之后产生的，即每4个4Hz时基信号(1s)将会产生一个WatchDog_Reset信号，如图2.22所示。而清除WatchDog的WatchDog_Clear信号却可以发生在4Hz信号(0.25s)之间的任意一个时刻点上。假如WatchDog_Clear信号发生在4Hz信号尾端的0.01s即第0.25s时刻，此时虽然WatchDog被清掉，但由于它发生在4Hz信号之后，再经3个4Hz信号即0.75s，如果一直没有WatchDog_Clear信号，便会产生出一个WatchDog_Reset信号。注意：SPCE061A的看门狗功能是上电自动使能，不能够被屏蔽。因此用户使用时，注意要在0.75s内，进行清狗操作。当然，如果WatchDog_Clear信号发生在4Hz信号始端的0.01s，则经过0.99s若无WatchDog_Clear信号便会产生WatchDog_Reset信号。因此，清除WatchDog的时间周期为0.75s清除WatchDog只需写入P_WatchDog_Clear单元0x0001即可。此外，若32768Hz振荡器被打开，则在空闲方式期间WatchDog功能是被激活的。3.2.2 系统时钟不同型号的 nSP 单片机，其系统时钟提供的方式不同，例如SPMC701FM0A，其外部时钟振荡器有两个，一个是6MHz晶振或者RC振荡电路，另一个是32768Hz晶振。6MHz晶振用于提供给内部的锁相环振荡器，32768Hz晶振用于提供时间基准信号。而SPCE061A单片机的系统时钟与SPMC701又有不同，SPCE061A的系统时钟由时钟发生器（32768hz晶振）、锁相环（PLL）和时基信号（RTC）组成7。32768Hz的晶体振荡器经过PLL倍频电路产生系统时钟频率(Fosc)，Fosc再经过分频得到CPU时钟频率(CPUCLK)。默认的Fosc、CPUCLK分别为24.576MHz和Fosc/8。 此外，32768Hz振荡器有两种工作方式：强振模式和自动弱振模式。处于强振模式时，RTC振荡器始终运行在高耗能的状态下。处于自动弱振模式时，系统在上电复位后的前7.5S内处于强振模式，然后自动切换到弱振模式以降低功耗8。CPU被唤醒后默认的时钟频率为Fosc/8，用户可以根据需要调整该值。 3.2.3 锁相环PLL (Phase Lock Loop)振荡器 PLL电路的作用是将系统提供的实时时钟的基频(32768Hz)进行倍频，调整至49.152MHz、40.96MHz、32.768MHz、24.576MHz或20.480MHz。系统默认的PLL自激振荡频率为24.576MHz，PLL的作用如图3.2所示。 图3.2 PLL作用3.2.4 CPU实时钟SPCE061A的实时钟电路采用晶体振荡器电路。如图3.3为SPCE061A时钟电路的接线图。外接32768Hz晶振和两个20pF电容。SPCE061A通过对32768Hz实时钟分频，提供多种实时钟中断。推荐使用外接32768Hz晶振，因阻容振荡的电路时钟不如外接晶振准确。 图3.3 时钟电路3.2.5 时间基准信号 时间基准信号，简称时基信号，来自于32768Hz实时时钟，通过频率选择组合而成。时基信号发生器可以通过分频产生2Hz，4Hz，8Hz，16Hz，32Hz，1024Hz、2048Hz以及4096Hz的时基信号。3.2.6 SPCE061A最小系统 最小系统接线如图3.4所示，在OSC0、OSC1端接上晶振及谐振电容，在锁相环压控振荡器的阻容输入VCP端接上相应的电容电阻后即可工作。其它不用的电源端和地端接上0.1F的去藕电容提高抗干扰能力9。 图3.4 SPCE061A最小系统电路3.2.7 CPU复位电路SPCE061A复位电路如图3.5所示，只要在RESB端加上一个低电平就可令其复位。该电路可实现手动复位和上电复位两种功能。图3.5 复位电路当电源电压低于2.2V时，系统会变得不稳定且容易出错。导致电源电压过低的原因有很多，如电压反跳、负载过重、电池电量不足等。LVR电路在检测到电源电压低于2.2V的4个时钟周期之后产生一个复位信号，使系统复位9。3.3 音频输出电路3.3.1 语音背景介绍 （1）音频的概述（特点、分类） 我们所说的音频是指频率在20 Hz20 kHz的声音信号，分为：波形声音、语音和音乐三种，其中波形声音就是自然界中所有的声音，是声音数字化的基础。语音也可以表示为波形声音，但波形声音表示不出语言、语音学的内涵10。语音是对讲话声音的一次抽象。是语言的载体，是人类社会特有的一种信息系统，是社会交际工具的符号。音乐与语音相比更规范一些，是符号化了的声音。但音乐不能对所有的声音进行符号化。乐谱是符号化声音的符号组，表示比单个符号更复杂的声音信息内容。 （2）WAVE语音文件简介WAVE文件使用三个参数来表示声音它们是：采样位数、采样频率和声道数。在计算机中采样位数一般有8位和16位两种，而采样频率一般有11025Hz（11KHz），22050Hz（22KHz）、44100Hz（44KHz）三种。我们以单声道为例，则一般WAVE文件的比特率可达到88K704Kbps。具体介绍如下：首先，WAVE格式是Microsoft公司开发的一种声音文件格式，它符合RIFF（Resource Interchange File Format）文件规范，用于保存Windows平台的音频信息资源，被Windows平台及其应用程序所广泛支持。其次，WAVE格式支持MSADPCM、CCITT A Law、CCITTLaw和其它压缩算法，支持多种音频位数、采样频率和声道，是PC机上最为流行的声音文件格式，但其文件尺寸较大，多用于存储简短的声音片段。（3）语音压缩编码基础 语音压缩编码中的数据量是指：数据量=(采样频率×量化位数)/8(字节数) ×声道数目。压缩编码的目的：通过对资料的压缩，达到高效率存储和转换资料的结果，即在保证一定声音质量的条件下，以最小的资料率来表达和传送声音信息。实际应用中，未经压缩编码的音频资料量很大，进行传输或存储是不现实的。 所以要通过对信号趋势的预测和冗余信息处理，进行资料的压缩，这样就可以使我们用较少的资源建立更多的信息。常见的几种音频压缩编码：波形编码是将时间域信号直接变换为数字代码，力图使重建语音波形保持原语音信号的波形形状。波形编码的基本原理是在时间轴上对模拟语音按一定的速率抽样，然后将幅度样本分层量化，并用代码表示。译码是其反过程，将收到的数字序列经过译码和滤波恢复成模拟信号。波形编码特点：高话音质量、高码率，适于高保真音乐及语音。参数编码是指参数编码又称为声源编码，是将信源信号在频率域或其它正交变换域提取特征参数，并将其变换成数字代码进行传输。译码为其反过程，将收到的数字序列经变换恢复特征参量，再根据特征参量重建语音信号。具体说，参数编码是通过对语音信号特征参数的提取和编码，力图使重建语音信号具有尽可能高的准确性，但重建信号的波形同原语音信号的波形可能会有相当大的差别。混合编码是指混合编码使用参数编码技术和波形编码技术，计算机的发展为语音编码技术的研究提供了强有力的工具，大规模、超大规模集成电路的出现，为语音编码的实现提供了基础10。3.3.2 SPY0030简介SPY0030A为音频功率放大集成电路，它的放大倍率由外接电阻进行调整，最大功放倍数为20倍。适用于凌阳SPCE、SPL、SPF系列芯片。SPY0030A应用简单，也适用于其它类产品芯片。其性能特点为：宽电压工作范围2.4V6V；双输出模式；低失真；最低工作电流为1.0µA11。SPY0030A音频放大器的引脚结构图如下图3.6所示。其中的3、8脚为这个器件的电源输入口，其中3脚为接地端，8脚为电源端；1、2脚分别为音频输出负端和正端，4、5脚分别为音频输入的负端和正端，6脚为参考电压，7脚为芯片使能端。其管脚图功能见下表：表3.2 SPY0030管脚功能管脚表示类型（O输入,I输出）描述1SPNO音频输出负端2SPPO音频输出正端3VSSI地4INNI音频输入负端5ACINI音频输入正端6VREFO参考电压7CEI芯片使能端8VDDI电源3.3.3 音频放大电路凌阳的SPCE061A是16位单片机，具有DSP功能，有很强的信息处理能力，最高时钟可达到49M，具备运算速度高的优势等等，这为语音的播放、录放、合成及辨识提供了条件。另外SPCE061A单片机具有32k闪存，用凌阳