1. 硬件设计
整个系统可分为四部分：单片机、模数转换电路、语音电路、LED显示电路。 下面对主要部分进行详细介绍。
1.1. 微控制器
目前流行的单片机有很多，其中89C51有自己的片上ROM和一定量的RAM。 一般无需扩展片外存储器，兼容MCS-51产品。 本设计选用89C51单片机，如下图所示：
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图1 89C51单片机
本设计采用简单基本的经典复位电路，利用电容和电阻的充放电产生符合时间要求的连续低电压，输入到单片机的复位引脚。
1.2. 模数转换电路
选择8位ADC AD0809进行模数转换。 模块分布如图1-2所示。 测量范围由连接到 REF(-) 和 REF(+) 的电压决定。 使用过程中可根据具体需要改变测量范围。
工作原理如下：首先，在地址控制模块中，单片机发送“通道控制信号”来选择我们需要的通道，然后ALE信号锁定通道。 此时，外部模拟输入可以通过“模拟输入开关”进入AD转换器。 此时，只要START信号有效，AD转换就开始。
AD转换的过程实际上是一个“与参考电压比较并逐次逼近”的过程。 参考电压由“256电阻梯”模块提供，并在“开关阵列”的控制下与输入进行比较，直至在“SAR”模块中得到相对准确的数字输出值。 此时，“控制/定时模块”发送EOC信号，通知外部AD转换完成。 得到的数字信号存储在“输出锁存模块”中，只要单片机发出OUTPUT ENABLE信号就可以输出数据。
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ADC芯片如下：
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图1-3 ADC芯片原理图
模数转换工作主要由硬件完成，软件部分相当简单。
1.3. 语音播报
综合考虑设计要求、芯片性能等，设计时选择ISD1400。 它功能齐全，仅使用89C51的I/O控制线作为控制信号。 包含64K/128K EEPROM存储器、消除噪音的麦克风前置放大器和自动增益调节AGC电路、适合语音的专用滤波电路、具有极高温度稳定性的时钟振荡电路以及所有语音处理电路。 该电路还提供多种应用选项和接口，可以方便地应用于各种集成电子语音系统。 该语音录放组件可用于各种一级语音留言装置、语音报警器、语音提示装置，并能在断电时长期存储信息。 设计时具体连接如下：
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图1-4 语音系统
ISD1420可以分段存储20秒的语音信息。 按每秒读取3个汉字计算，20秒内可分段存储609个以上汉字语音。 将ISD1420的A2~A7连接到单片机CPU的I/O口，这样就可以分别提取64条语音信息，并在软件的支持下自动组合成几个完整的长短句。 当电源接通时，电路自动进入省电准备状态。 按住录音键（REC保持低电平），电路进入录音状态，录音指示灯亮，直到REC变高或存储器满，录音结束并进入就绪状态。 录制后即可使用。
1.4. LED显示屏解决方案
常用的显示解决方案有两种：串行端口和并行端口。 由于设计中与89C51的I/O口的使用关系紧密，所以我们选择串口进行显示。 为了能够同时显示3个LED数码管，本系统需要添加3个74LS164进行串并转换。 同时，由于电压的原因，需要添加限流电阻。 解码方面有两种方法：硬件和软件。 为了降低硬件复杂度，设计采用软件查表译码方法。
2 软件设计
软件的设计是模块化的，主要由几个模块组成：模数转换、误差判断（如果一直测量同一个值，误差很小，不会报两次错误）、代码转换、 LED显示、语音播报。 软件流程图如下：
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3、软件调试
本系统的软件系统全部采用C51编写。 由于一般仿真器对C51的支持存在一定缺陷，因此软件调试比较复杂。 除了语法错误之外，当确认程序没有问题后，通过直接下载到单片机进行调试。 采用自下而上的调试方法，即各个模块单独调试，然后连接成完整的系统进行调试。
4、硬件调试
调试时使用标准电源，数字万用表DT9505数字万用表可以确定系统测量的准确性。 系统供电电压：5V（标准） 通过对测量数据进行分析，可以得出以下结论： 当使用标准5V电压供电时，测量电压在一定电压范围内仅存在0.01V的误差，并且在其他范围几乎没有错误。 由于软件算法的限制，5伏时最大误差为0.02伏。
5、软硬件联调
通过设置仿真器的属性，可以通过仿真器实现软硬件联调。 各模块功能均在硬件电路中实现，通过仿真器的单步执行、断点执行、全速执行来观察硬件电路的响应是否正常。 修改和完善调试过程中出现的问题，为硬件的离线运行奠定基础。
在仔细检查焊接硬件电路的基础上，我们还必须掌握焊接时间。 为了避免虚焊，要求焊锡与导线充分接触。 然而，我们都使用橡胶线。 温度过高会导致橡胶脱落。 当它与其他导线交叉时，很容易造成两根导线之间短路，造成不可靠。 焊接时也容易烧坏座椅的塑料材料。
使用模拟的仿真头和使用真实的仿真头进行调试之间存在细微差别。 调试模拟仿真头时，不太可能出现调试真实仿真头时出现的硬调故障。 真正的模拟头需要接收硬件电路的中断信号并进入中断服务子程序来完成相应的动作。 因此，在本设计软件中，本来应该使用定时器进行精确延时的地方，却不得不采用软件延时，导致设计无法充分利用资源，增加了CPU的负担。
六，结论
所研究的基于MCS-51单片机的语音播报电压表，采用串口扩展（LED部分）、实时转换（ADC部分）、按键复位等技术，能够以较高的精度测量直流电压，并用语音播报数值。 系统运行可靠、稳定。 从系统测量结果分析可以看出，采用标准5伏电压供电时，测得的电压误差在0.01伏范围内。
电压表的量程调节也很方便。 实际使用中，不同用户可以根据自己的实际需要，通过改变REF(-)和REF(+)值来调整范围。
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