語音電冰箱微控制器的研制第一頁，共二十一頁，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算機的主要部分集成在一個芯片上的單芯片微型計算機。微控制器誕生于20世紀70年代中期，經(jīng)過20多年的發(fā)展，其成本越來越低，而性能越來越強大，這使其應用已經(jīng)無處不在，遍及各個領域。例如電機控制、條碼閱讀器/掃描器、消費類電子、游戲設備、電話、HVAC、樓宇安全與門禁控制、工業(yè)控制與自動化和白色家電（洗衣機、微波爐）等。第二頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三電子技術的發(fā)展,特別是微電子技術在家用電器方面的廣泛應用,為模糊控制、語音的數(shù)字化采集和保存提供了技術基礎?，F(xiàn)有的電子溫控電冰箱溫度控制簡單,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，共二十一頁，編輯于2023年，星期三VFDVFD的發(fā)展歷史真空熒光顯示屏（VacuumFluorescentDisplay，簡稱VFD）是20世紀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，在顯示器家族中獨樹一幟，常被用作人機對話的終端顯示器VFD的技術原理普通的VFD是三極管結(jié)構的電子管，至少在一個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)）以及陽極（涂覆有顯示圖形的熒光粉的導體）等基本電極，還置有各種金屬零部件，及通過厚膜或薄膜技術形成的膜層等。第四頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三VFDVFD的發(fā)展歷史真空熒光顯示屏（VacuumFluorescentDisplay，簡稱VFD）是20世紀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，在顯示器家族中獨樹一幟，常被用作人機對話的終端顯示器VFD的技術原理普通的VFD是三極管結(jié)構的電子管，至少在一個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)）以及陽極（涂覆有顯示圖形的熒光粉的導體）等基本電極，還置有各種金屬零部件，及通過厚膜或薄膜技術形成的膜層等。第五頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三VFD結(jié)構圖燈絲是在不妨礙顯示的極細鎢絲蕊在線，涂覆上鋇（Ba）、鍶（Sr）、鈣（Ca）的氧化物（三元碳酸鹽），再以適當?shù)膹埩Π惭b在燈絲支架（固定端）與彈簧支架（可動端）之間，在兩端加上規(guī)定的燈絲電壓，使陰極溫度達到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，可加速并擴散自燈絲所放射出來的電子，將之導向陽極；相反地，如果加上負電壓，則能攔阻游向陽極的電子，使陽極消光。陽極是指在形成大致顯示圖案的石墨等導體上，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，擴散的電子將會互相沖擊而激發(fā)熒光粉，使之發(fā)光。第六頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三VFD的工作原理圖技術分類按VFD的結(jié)構、顯示形式、顯示內(nèi)容、驅(qū)動方式來分類，如圖所示，已達到商品化的具體組合的品種有數(shù)千種之多。第七頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三VFD的分類圖產(chǎn)品特點自發(fā)光，顯示清晰容易實現(xiàn)多色顯示圖形設計自由度大工作電壓比較低可靠性高（環(huán)境適應性好）應用領域由于它可以做多色彩顯示，亮度高，又可以用低電壓來驅(qū)動，易與集成電路配套，所以被廣泛應用在如下領域：汽車VFD面板家電VFD面板音響、VTRVFD面板事務機用VFD面板計量儀器用VFD面板通信設備用VFD面板第八頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三1主要技術與功能指標(1)有斷電自動延時保護功能,電冰箱壓縮機每次啟動前,檢查壓縮機是否延時3~6分鐘

(2)當冷藏室門或冷凍室門打開超過3分鐘時,語音提示報警,VFD上的報警燈閃亮。

(3)按鍵有效操作,蜂鳴提示;關鍵操作語音提示(4)設定功能、冷藏室和冷凍室均有三大溫區(qū)(弱、中、強)共12個檔位供調(diào)節(jié)

(5)采用微處理器進行短時語音提示。

(6)具有智能化快速冷藏和快速冷凍功能運行。

(7)通過VFD進行實時溫度及運行狀態(tài)等顯示。

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

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

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

(2)人機對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顯示當前冷藏冷凍室溫度、快速冷藏冷凍狀態(tài)、報警狀態(tài)、語音狀態(tài)以及在故障代碼等功能。鍵盤用于設定溫度檔位、智能運行、快速冷藏冷凍狀態(tài)及語音放音等功能。

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

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

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

第十二頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三

2.1VFD顯示電路設計整個電冰箱控制器系統(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)動芯片PD16311驅(qū)動。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個按鍵進行控制,VFD顯示屏的陽柵極分別與相對應的PD16311的8格、18段直接相連,由PD16311驅(qū)動VFD顯示屏顯示,其VFD顯示原理方框圖見圖2第十三頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三第十四頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三2.2語音處理電路設計

SPCE061A的D/A轉(zhuǎn)換通道的硬件實現(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)動方式,SPCE061A音頻輸出的結(jié)構就是由兩個DAC通道或一個PWM驅(qū)動通道構成。兩類實現(xiàn)方式實質(zhì)都為數(shù)/模轉(zhuǎn)換,都是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成電流模擬信號輸出。SPCE061A的音頻輸出采用雙通道數(shù)/模轉(zhuǎn)換DAC方式,即數(shù)字信號通過10位DAC轉(zhuǎn)換成3mA驅(qū)動的電流模擬信號輸出,經(jīng)信號放大后,由揚聲器輸出,可見SPCE061A實現(xiàn)的語音播放外圍配置非常簡單。第十五頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三3軟件設計3.1系統(tǒng)工作流程系統(tǒng)軟件采用匯編語言編寫,由主程序、中斷服務程序和子程序組成。子程序主要是按鍵實時檢測子程序、溫度檢測子程序、電磁閥及壓縮機控制子程序、VFD顯示子程序及語音播放子程序等。系統(tǒng)程序流程圖見圖3。第十六頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三系統(tǒng)上電復位后,進行初始化。壓縮機每次啟動前,檢測是否延時3分鐘。然后系統(tǒng)進入實時循環(huán)檢測與控制子程序,一旦發(fā)現(xiàn)由按鍵設定更改參數(shù),各子程序即按照更改后的參數(shù)運行。溫度循環(huán)采集溫度數(shù)據(jù),以便與設定溫度參數(shù)相比較,控制電磁閥與壓縮機的開關。智能運行是指系統(tǒng)的溫度參數(shù)由系統(tǒng)程序設定根據(jù)環(huán)溫而設定運行,快速冷凍或快速冷藏設定將強行開壓縮機及電磁閥,直至電冰箱降到設定溫度或者快速設定時間到取消快速設定功能。第十七頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三3.2語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:高質(zhì)量、高碼率,適于高保真語音/音樂;參數(shù)編碼:聲碼器(vocoder)模型表達,抽取參數(shù)與激勵信號進行編碼,如SACM-S240,特點:壓縮比大,計算量大,音質(zhì)不高,廉價;混合編碼:CELP即SACM-S480。語音播放程序包括播放程序和中斷服務程序,其中語音播放子程序主要完成D/A轉(zhuǎn)換器、定時器TimerA和音量初始化,從ROM里取出預先壓縮好的語音數(shù)據(jù),解壓縮后存放在播放隊列里,中斷服務程序定時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)動喇叭發(fā)音,具體語音播放程序流程見圖4系統(tǒng)在設計時,主要包括以下三種語音提示:按鍵操作語音提示,每進行一次按鍵操作時,語音提示按鍵操作的內(nèi)容;故障語音提示,在硬件系統(tǒng)出故障時,語音系統(tǒng)提示硬件故障;報警語音提示,當系統(tǒng)出現(xiàn)與要求的工作參數(shù)不相一致時,如冷藏室或冷凍室的溫度過高或過低,語音提示報警功能。第十八頁，共二十一頁，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、時鐘線CLK、數(shù)據(jù)輸入線Din、數(shù)據(jù)輸出線Dout。MCU對PD16311的訪問時序是在首先STB信號線的下降沿開始,發(fā)送的數(shù)據(jù)在CLK時鐘線的上升沿有效,數(shù)據(jù)的低位在前,高位在后,一次訪問只能傳送一個命令字節(jié)或一個命令字節(jié)+多個數(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,訪問結(jié)束。PD16311具有顯示摸式設置命令、數(shù)據(jù)設置命令、地址設置命令和顯示控制命令等4條控制命令。通過設置顯示模式,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;通過數(shù)據(jù)設置命令,決定當前對芯片的操作類型,是發(fā)送數(shù)據(jù)還是接收數(shù)據(jù)等;地址設置命令,即設置所要刷新的顯示RAM區(qū)的起始地址;通過設置顯示控制命令,控制當前的顯示亮度。第十九頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三4結(jié)束語

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