语音播报数控直流电流源的设计

第 3 期 (总第 136 期) 2006 年 6 月 机 械 工 程 与 自 动 化 M ECHAN ICAL　EN G IN EER IN G　&　AU TOM A T ION N o13 Jun1 文章编号: 167226413 (2006) 0320123202 语音播报数控直流电流源的设计 张　广, 张莺耀, 唐俊铨 (昆明理工大学 信息与自动化学院, 云南　昆明　650051) 摘要: 以单片机 SPA E061A 作为控制核心, 由数字显示部分、D öA 电压输出部分、可变电流输出部分、A öD 取样检测部分和语音播报部分组成一个数控系统, 实现直流电流输出的数字式控制与语音播报功能。并利用单 片机 SPA E061A 特有的语音播报功能实现实测电流的播报。 关键词: SPA E061A ; D öA 转换; A öD 转换; 语音播报 中图分类号: TN 912∶T P36811　　　文献标识码: A 收稿日期: 2005211218; 修回日期: 2006201217 作者简介: 张广 (19842) , 男, 山西和顺人, 本科在读。 0　引言 目前, 国内电子仪器市场上的数控直流源品种繁 多、功能各异。但是, 众多数控直流源电流数值输出 方式单一, 无一例外使用L ED 数码管或是L CD 液晶 显示。在实际使用中, 此种显示输出方式有诸多缺 点[ 1 ]。比如在黑暗环境中, 此方式根本无法使用; 又比 如, 在一些电子实验设计中, 双眼根本无法离开正在 测量调试的电子仪器, 因此也就不可能同时读出电流 源显示的电流值大小。本设计正是基于以上思想, 利 用语音播报的方式, 播报输出电流值的大小。不仅如 此, 本设计为了提高电流源输出电流值的精度, 对电 流源的设计也进行了创新性的改进, 这种数值播报的 输出方式方便、可靠, 解决了显示输出方式的不足, 对 于数控直流源以及其它电子仪器的改进有着重要的意 义。 1　系统的硬件设计与实现 111　系统硬件的基本组成部分 系统硬件的基本组成部分有恒流输出部分、单片 机D öA 转换控制部分、单片机语音播报与A öD 转换 控制部分。 (1) 恒流输出部分: 由于凌阳 SPA E061A 中D öA 转换模块位数有限, 恒流输出部分电路主要包括比例 加法电路、后级反馈比较电流输出电路。 (2) 单片机D öA 转换控制部分: 为了实现数控功 能, 我们使用 SPA E061A 作为整个系统的控制核心, 通过 SPA E061A 单片机内部特有的集成D öA , 实现模 拟电压量的输出。 (3) 单片机语音播报与A öD 转换控制部分: 通过 利用单片机内部的A öD 模块, 实现采集输出模拟信号 的功能, 并将实测电流用语音播报的方式播报出。 112　主要单元电路的设计 11211　恒流输出部分的电路设计 图 1 为比例加法电路设计图。实现步进控制的最 图 1　比例加法电路设计图 好方法是用D öA 转换的方法, 即将数字量变换为模拟 量, 通过数字量的控制实现模拟量的单步递增或递 减[ 2 ]。在本设计中, 步进量是从 20mA 到 2 000mA , 总 共有 1 800 个单位。所以最少要用到 11 位 (10 进制数 2 048) D öA 转换的数字位。但是, 凌阳 SPA E061A 的 D öA 位只有 10 位, 因此只有利用加法器将DA C1 和 DA C2 输出的两路模拟数据量相加以实现 11 位模拟 量的输出。具体方法是将DA C1 的 6 位与DA C2 的 6 位相加, 总共是 12 位。DA C1 输出低 6 位, DA C2 输 出高 6 位, 利用 12 位数字量中的 11 位提供模拟量的 输出。由于单片机DA C 是电流输出, 所以要加采样电 阻 (DA C1、DA C2 的采样电阻分别是R 0、R 6) , 为后 级比例加法电路提供电压。为了防止后级D öA 输入对 前级比例加法电路的影响, 在得到取样电压后, 我们 将取样电压输入到电压跟随器, 避免了干扰的影响。 图 2 为后级反馈比较电流输出电路。在前一级比 图 2　后级反馈比较电流输出电路 例加法电路中, 输出量是电压。要实现电流的步进变 化, 必须将电压量转换成电流量。在这里用到了积分 比较电路, 通过反馈的方式相连在一起, 于是就构成 了一个反馈积分比较电路。积分比较电路是在运算放 大器的反相输入端与输出端连接一个电容组成的。积 分比较电路的工作特性是此电路可以将同相输入端电 压与反向输入端电压调整到相同。因此, 利用这一特 性, 我们可以把前一级比例加法电路的输出电压输入 到积分比较电路运放 IC2C 的同相输入端, 将取样后 的反馈电压输入到 IC2C 的反相输入端。改变U out1的 数值, 通过反馈来改变取样电压的数值。根据欧姆定 律, 改变取样电阻R 16 上取样电压的大小就可以改变 流过 R 16 电流的大小。只要把取样电阻 R 16 与负载 RL 相串联, 就可以通过改变前一级比例加法电路的 输出电压的数值来控制流过负载电流的大小。为了提 高输出电流值的精度, 采样电阻用锰铜丝制成。锰铜 丝电阻阻值可以达到很高的精密程度[ 3 ]。由于取样电 压较小, 需要加一级放大电路将其放大。 11212　单片机控制与显示部分的电路设计 凌阳 SPA E061A 从键盘接收到控制信号, 并将输 入的信号进行处理运算, 将数字量变化为模拟量, 通 过DA C 输出口进入到可变电流输出模块当中控制电 流的大小, 实现各项功能。IOA 口的高 8 位接 1×8 键 盘, 作为控制信号输入端。IOB 低 8 位接数码管的片选 接口, 高 8 位接数码管的段码接口, 实现L ED 的显示。 SPA E061A 内置 8 通道 10 位A öD 转换器, 其中 7 个通道用于将模拟量信号 (例如电压信号) 转换为数 字量信号, 可以直接通过引线 ( IOA 0～ IOA 6) 输入。 另外一个通道 IOA 7 只用于语音输入, 即通过内置自 动增益控制的麦克风通道 (M IC_ IN ) 输入。实际上可 以 把 A öD 转 换 器 (ADC, A nalog to D ig ita l Converter) 看作是一个实现A öD 信号转换的编码器。 在ADC 内, 由D öA 转换器DA C0 和逐次逼近寄存器 SA R 组成逐次逼近式A öD 转换器。向 P _ ADC _ C trl (＄7015H ) 单元第 0 位 (AD E) 写入“1”用以激活 ADC。系统默认设置为AD E= 0, 即屏蔽ADC。 SPA E061A 提供的音频输出方式为双通道DA C 方式[ 4 ]。在此方式下, DA C1、DA C2 转换输出的模拟 量电流信号分别通过AUD 1 和AUD 2 管脚输出, 输出 数字量分别写入 P _ DA C1 (＄7017) 和 P _ DA C2 (＄7016) 单元。从M IC_ IN 输入的模拟信号则要经过 缓冲器和放大器。A GC 功能将通过M IC _ IN 通道输 入的模拟信号的放大值控制在一定范围内, 然后放大 信号经采样- 保持模块被送至比较器参与A öD 转换 值的确定, 最后送入 P _ ADC (7014H )。 2　系统的软件设计 系统的软件采用C 语言编写, 对单片机进行编程 实现各项功能。程序是在W indow s2000 环境下采用凌 阳 SPA E061A 的 unSP ID E 111611 软件编写的, 可以 对数控恒流源实现单步加减控制。 211　控制系统主程序 键盘扫描程序主要完成初始化定义、数据处理与 L ED 显示的功能。图 3 为控制系统主程序。 212　键值处理程序 判断按键, 进行键值处理。键值处理程序见图 4。 图 4　键值处理程序 213　语音播报程序 (下转第 127 页) ·421· 　机 械 工 程 与 自 动 化　　　　　　　　　　　　　　　 2006 年第 3 期　 3　结束语 综上所述, 本电源在前置稳压输出 28V 后, 经过 图 3　输出过流保护模块电路 对电路的调整、放大、基准、取样四部分加上双重过 压、双重过流、双重短路、快速联锁等保护环节, 使 电源达到了本安要求。 目前, 该开关电源已投入使用, 经过长时间运行, 具有非常可靠的性能。实践证明, 它具备体积小、重 量轻、效率高等优点。在未来的应用中, 开关电源必 将占据主导地位。 参考文献: [ 1 ]　张占松, 蔡宣三. 开关电源的原理与设计[M ]. 北京: 电子 工业出版社, 1998. [ 2 ]　沙占友. 新型开关电源的设计与应用 [M ]. 北京: 电子工 业出版社, 2001. D esign and Research of Essen tia l Safety M inera l Power Supply GAO L i-zhen (D ep t. of A utom atic Contro l, N o rth U niversity of Ch ina, T aiyuan 030051 Ch ina) Abstract: Based on special su rrounding of coal m ine, a new type of mono lith ic sw itch pow er supp ly is studied, app lied in the design of essen tia l safety m ineral pow er supp ly. T he sw itch pow er supp ly adop ts series of TopSw itch II, and has characterist ics of simp lifying circu it, h igh accu racy, and so on. T he electric p ro tect ion uses various k inds of p ro tect ion, including dual su rp lu s vo ltage, dual su rp lu s cu rren t, h igh speed and chain react ion, thus guaran tees rat ional param eters of essen tia l safety. Key words: m ineral pow er supp ly; essen tia l safety; sw itch pow er supp ly (上接第 124 页) 　　语音播报程序见图 5。 图 5　语音播报程序 参考文献: [ 1 ]　黄智伟. 全国大学生电子设计竞赛训练教程[M ]. 北京: 电子工业出版社, 2005. [ 2 ]　赵亮, 候国锐. 单片机C 语言编程与实例[M ]. 北京: 人民 邮电出版社, 2004. [ 3 ]　全国大学生电子设计竞赛组委会. 第一届 (1994 年)～ 第 六届 (2003 年) 全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编 [M ]. 北京: 北京理工大学出版社, 2004. [ 4 ]　童白诗, 华成英. 模拟电子技术基础[M ]. 北京: 高等教育 出版社, 2004. Pronounceable Num er ica l Con trol D irect Curren t Power Supply ZHANG Guang, ZHANG Y ing-yao, TANG Jun-quan (Schoo l of Info rm ation and A utom ation, Kunm ing U niversity of T echno logy, Kunm ing 650051, Ch ina) Abstract: T h is paper in troduced a num erical con tro l system compo sed of the fo llow ing mo lds: D öA conversion, A öD conversion, L ED , the electric cu rren t ou tpu ts part and the p ronunciat ion part. T h is system uses singlech ip SPA E061A as con tro lling un it, can p ronounce the value of the actual cu rren t. Key words: SPA E061A ; D öA conversion; A öD conversion; p ronunciat ion part ·721·　2006 年第 3 期　　　　　　　　　　　　　　　 机 械 工 程 与 自 动 化