某城市公交車語(yǔ)音報(bào)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）</p><p>　　題目 公交車語(yǔ)音報(bào)站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué)生姓名: </p><p>　　學(xué) 號(hào): </p><p>　　所在系部: 電氣信息系 </p>&l

2、t;p>　　專業(yè)班級(jí): 電氣工程及其自動(dòng)化2班 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　日 期： 二○ 一二年五月 </p><p>　　Bus Voice announcement system design </p><p><b&g

3、t;　　By</b></p><p><b>　　May 2012</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　根據(jù)AT89C51單片機(jī)的特點(diǎn)和公交車報(bào)站器的特點(diǎn)，本文提出了一種用單片機(jī)控制語(yǔ)音芯片進(jìn)行公交車語(yǔ)音自動(dòng)報(bào)站的方法。同時(shí)給出了軟硬件設(shè)計(jì)的方法，設(shè)計(jì)過(guò)程中包括硬件電路設(shè)

4、計(jì)和軟件程序編寫兩個(gè)方面，解釋了單片機(jī)在應(yīng)用過(guò)程中的方法和可能出現(xiàn)的問(wèn)題。本文主要介紹硬件電路設(shè)計(jì)部分。利用AT89C51作為控制器，通過(guò)ISD4004語(yǔ)音芯片建立語(yǔ)音信息庫(kù)，形成變化多樣的語(yǔ)音信息，利用其功放播放語(yǔ)音信息以及提示語(yǔ)音，同時(shí)運(yùn)用LED數(shù)碼管進(jìn)行站數(shù)顯示。當(dāng)公交車到達(dá)某站點(diǎn)，用鍵盤控制本系統(tǒng)工作，通過(guò)語(yǔ)音電路輸出語(yǔ)音　　本系統(tǒng)很大程度上提高公交車報(bào)站的準(zhǔn)確性，可靠性。提高了公交系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量。促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和交通變化的和

5、諧發(fā)展。</p><p>　　關(guān)鍵詞：AT89C51單片機(jī)，ISD4004語(yǔ)音芯片，LED數(shù)碼管，自動(dòng)報(bào)站</p><p>　　Abstract  </p><p>　　AT89C51 microcontroller features and characteristics of the bus stop, this paper present

6、s a microcontroller to control the voice chip, the automatic stop of the bus voice.Given hardware and software design methods, including hardware circuit design and software programming to two aspects of the design proce

7、ss, and explains the method of the microcontroller in the application process and the problems that may arise. This paper describes the design part of the hardware circuit. AT89C51 as controll</p><p&

8、gt;　　Key words: AT89S51 microcontroller, the ISD4004 voice chip, LED digital tube, automatic stop</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要i</b></p><p>　　Abstra

9、ctii</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題研究的背景及意義1</p><p>　　1.2 報(bào)站器的動(dòng)態(tài)發(fā)展趨勢(shì)2</p><p>　　1.3 設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)任務(wù)2</p><p>　　1.4 技術(shù)指標(biāo)3</p><

10、p>　　第2章 方案的選擇與論證4</p><p>　　2.1 方案比較4</p><p>　　2.1.1 方案一4</p><p>　　2.1.2 方案二5</p><p>　　2.2 方案選擇6</p><p>　　第3章 硬件電路的設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.1 主控

11、電路的設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.1.1 關(guān)于AT89C51單片機(jī)7</p><p>　　3.1.2 振蕩器電路的設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.1.3 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.1.4 電壓變換電路的設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.2 脈沖檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)17</p>

12、<p>　　3.2.1 霍爾器件簡(jiǎn)介17</p><p>　　3.2.2 光電耦合器簡(jiǎn)介18</p><p>　　3.2.3 脈沖檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)19</p><p>　　3.3 語(yǔ)音輸出電路的設(shè)計(jì)20</p><p>　　3.3.1 關(guān)于語(yǔ)音芯片20</p><p>　　3.3.2 錄音、放音電路

13、的設(shè)計(jì)25</p><p>　　3.4 LED顯示電路的設(shè)計(jì)28</p><p>　　3.4.1 LED顯示器件簡(jiǎn)介28</p><p>　　3.4.2 6116芯片簡(jiǎn)介31</p><p>　　3.4.3 LED點(diǎn)陣漢字顯示電路的設(shè)計(jì)32</p><p>　　第4章 軟件設(shè)計(jì)35</p>&

14、lt;p>　　4.1 主控程序的設(shè)計(jì)35</p><p>　　4.1.1 流程圖36</p><p>　　4.1.2 程序清單37</p><p>　　4.2 語(yǔ)音報(bào)站程序的設(shè)計(jì)37</p><p>　　4.2.1 流程圖37</p><p>　　4.2.2 程序清單38</p><

15、;p>　　4.3 LED漢字顯示程序的設(shè)計(jì)38</p><p><b>　　結(jié) 論39</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)40</b></p><p><b>　　致 謝41</b></p><p><b>　　附錄A42</b&g

16、t;</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和各級(jí)政府對(duì)縣域經(jīng)濟(jì)的高度關(guān)注，鄉(xiāng)鎮(zhèn)的城市化正在全國(guó)如火如荼地展開，基礎(chǔ)設(shè)施得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。在這個(gè)過(guò)程中，乘坐公交車逐步取代了以前落后的出行方式，成為廣大城鄉(xiāng)人民短途出行的首選。近年來(lái)城市公交事業(yè)迅速發(fā)展，以前靠售票員報(bào)站的方式已經(jīng)不能滿足實(shí)際需要，很多大中城市都在

17、推廣實(shí)行無(wú)人售票。在廣大鄉(xiāng)鎮(zhèn)，公交車如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)站還缺乏人們的重視。</p><p>　　目前，公交車自動(dòng)報(bào)站主要有以下幾種方式：一種是通過(guò)全球定位系統(tǒng)（GPS）的用戶終端接收工作衛(wèi)星的導(dǎo)航信息，從而解算出車輛的經(jīng)緯度信息，進(jìn)而計(jì)算出實(shí)時(shí)坐標(biāo)，將其與站點(diǎn)坐標(biāo)相比較，當(dāng)車輛駛?cè)胝军c(diǎn)一定距離范圍內(nèi)時(shí)，不用人工干預(yù)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)站；另一種是利用無(wú)線射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification）

18、技術(shù)，在每一個(gè)公交站臺(tái)設(shè)置一個(gè)具有唯一ID的射頻發(fā)射器，采用間歇工作方式發(fā)射信號(hào)，當(dāng)公交車即將到達(dá)車站時(shí)，車載系統(tǒng)接收到站信號(hào)并解碼出站臺(tái)的ID號(hào)，由單片機(jī)控制自動(dòng)播放對(duì)應(yīng)站臺(tái)編號(hào)的報(bào)站語(yǔ)音；還有一種是對(duì)車輪軸的轉(zhuǎn)角脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，將計(jì)數(shù)值和預(yù)置值對(duì)比，即可確定報(bào)站時(shí)刻，達(dá)到準(zhǔn)確報(bào)站的目的。</p><p>　　1.1 課題研究的背景及意義</p><p>　　公共汽車為外出的人們提供了方便

19、快捷的服務(wù)，而公共汽車的報(bào)站直接影響服務(wù)的質(zhì)量。傳統(tǒng)由乘務(wù)人員人工報(bào)站，該方式因其效果太差和工作強(qiáng)度太大，在很多大城市已經(jīng)被淘汰。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展和進(jìn)步，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在聲學(xué)領(lǐng)域，微機(jī)技術(shù)與各種語(yǔ)音芯片相結(jié)合，即可完成語(yǔ)音的合成技術(shù)，使得汽車報(bào)站器的實(shí)現(xiàn)成為可能，從而為市民提供了更加人性化的服務(wù)。鑒于傳統(tǒng)公交車報(bào)站系統(tǒng)的不足之處，結(jié)合公交車輛的使用特點(diǎn)及實(shí)際營(yíng)運(yùn)環(huán)境，設(shè)計(jì)了一種由單片機(jī)控制的

20、公交車自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)。</p><p>　　公交車自動(dòng)報(bào)站器的設(shè)計(jì)主要是為了彌補(bǔ)改變傳統(tǒng)語(yǔ)音報(bào)站器必須有司機(jī)操控才能工作的落后方式，進(jìn)站、出站自動(dòng)播報(bào)站名及服務(wù)用語(yǔ)，為市民提供更人性化，更完善的服務(wù)。</p><p>　　1.2 報(bào)站器的動(dòng)態(tài)發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　公共汽車行駛在現(xiàn)代文明程度高的市區(qū)，它是一道流動(dòng)的風(fēng)景線，因而對(duì)整車外形乃至色彩都有更高的要求。作

21、為公共汽車還要求有醒目和減少乘務(wù)人員勞動(dòng)強(qiáng)度的電子報(bào)站器，電子顯示路牌，無(wú)人售票裝置，前后電視監(jiān)視系統(tǒng)等新技術(shù)的采用也將越來(lái)越普及。</p><p>　　公交車報(bào)站器在公交事業(yè)中占有舉足輕重的地位，它直接影響到公交車的服務(wù)質(zhì)量。目前公交車報(bào)站有三種方式，一種是利用GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的公交車報(bào)站系統(tǒng)，在司機(jī)座位后面隔板上，安裝了一臺(tái)15英寸的液晶電視和 GPS信號(hào)接收器，安裝了這套設(shè)備后，公交車在語(yǔ)音報(bào)站的同時(shí)

22、，通過(guò)液晶電視還可以顯示到站站名的字幕，這樣如果沒(méi)聽清報(bào)站的話，通過(guò)顯示屏，乘客也可以一目了然。當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時(shí)，調(diào)度中心將會(huì)給公交車發(fā)出相應(yīng)的信息，以短信的形式傳送到顯示屏上，同時(shí)車載臺(tái)會(huì)發(fā)出相應(yīng)的提示音；駕駛員也可以通過(guò)相應(yīng)的工具進(jìn)行回復(fù)。目前在美國(guó)部分城市GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)已經(jīng)投入使用，國(guó)內(nèi)也有此類產(chǎn)品的研制開發(fā)，其功能強(qiáng)大，系統(tǒng)穩(wěn)定，但其投資昂貴，尤其是一些中小城市無(wú)法承受。另外兩種是手動(dòng)電子報(bào)站和人工報(bào)站的方式，而它們都離不開

23、司務(wù)人員，加大司乘人員的工作強(qiáng)度。手動(dòng)電子報(bào)站一般有司機(jī)或者乘務(wù)員控制，經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)報(bào)，誤報(bào)的情況。</p><p>　　城市公共交通是市民出行的主要交通工具之一。提供舒適，安全、便捷的乘車環(huán)境，對(duì)于公交企業(yè)來(lái)說(shuō)，不僅是應(yīng)盡的責(zé)任，亦是不斷追求的目標(biāo)。</p><p>　　1.3 設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)任務(wù)</p><p>　　本課題要求設(shè)計(jì)一公交車自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)公交車

24、的語(yǔ)音自動(dòng)報(bào)站，即在進(jìn)站、出站時(shí)候自動(dòng)播報(bào)語(yǔ)音提示信息及服務(wù)用語(yǔ)，同時(shí)利用LED點(diǎn)陣電路進(jìn)行漢字顯示。本設(shè)計(jì)要求利用AT89C51作為主控芯片完成主控電路的設(shè)計(jì)，輔助電路要求包括語(yǔ)音電路、漢字點(diǎn)陣顯示電路、電源電路等。</p><p><b>　　1.4 技術(shù)指標(biāo)</b></p><p><b>　　工作電壓 24V</b></p>

25、<p><b>　　靜態(tài)功耗 6W</b></p><p><b>　　音頻輸出 10W</b></p><p>　　信噪比 34DB</p><p>　　系統(tǒng)容量 可容納300個(gè)站點(diǎn)信息和8分鐘語(yǔ)音廣告信息</p><p>　　環(huán)境溫度 -30℃～80℃</p&g

26、t;<p>　　最大廣告條數(shù) 100條</p><p>　　第2章 方案的選擇與論證</p><p>　　公交車自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是對(duì)里程計(jì)數(shù)來(lái)控制報(bào)站時(shí)刻，進(jìn)站、出站自動(dòng)播報(bào)站名及服務(wù)用語(yǔ)，準(zhǔn)確、及時(shí)、完全不需要人工介入。本章介紹了兩種不同的方案，并將其進(jìn)行對(duì)比。</p><p><b>　　2.1 方案比較</b><

27、;/p><p><b>　　2.1.1 方案一</b></p><p>　　公交車站自動(dòng)報(bào)站器的設(shè)計(jì)，對(duì)車輪軸的轉(zhuǎn)角的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，將計(jì)數(shù)值與預(yù)置值對(duì)比，即可確定報(bào)站時(shí)刻，達(dá)到準(zhǔn)確自動(dòng)的目的。以AT89C51為主控芯片，對(duì)外來(lái)脈沖計(jì)數(shù)，結(jié)合語(yǔ)音芯片ISD4004輸出語(yǔ)音。系統(tǒng)由脈沖檢測(cè)、脈沖計(jì)數(shù)、CPU控制、控制信號(hào)、語(yǔ)音芯片、輸出顯示等組成。原理框圖如圖2.1所示。&l

28、t;/p><p><b>　　圖2.1 原理框圖</b></p><p>　　1. 脈沖檢測(cè)：該系統(tǒng)關(guān)鍵是對(duì)轉(zhuǎn)軸所轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，考慮到車輛將在復(fù)雜的 環(huán)境中運(yùn)行，故采用可靠的霍爾元件DN6848作為信號(hào)的采集裝置，再經(jīng)光電耦合器4N25輸入給單片機(jī)。</p><p>　　2. 脈沖計(jì)數(shù)：光電耦合器的信號(hào)進(jìn)入C51后，采用中斷方式對(duì)脈沖計(jì)數(shù)。外

29、部晶振12MHz。</p><p>　　3. CPU控制：程序中將計(jì)數(shù)值于預(yù)置值進(jìn)行比較，判斷是否到站，當(dāng)?shù)秸緯r(shí)就輸出信號(hào)控制語(yǔ)言芯片進(jìn)行報(bào)站。</p><p>　　4. 控制按鍵：用于手動(dòng)控制、手動(dòng)調(diào)整、預(yù)置值的輸入等。</p><p>　　5. 語(yǔ)言芯片：由專用語(yǔ)音芯片ISD4004組成，可擦寫，便于在不同公交線上使用。</p><p>

30、　　6. 輸出顯示：LED點(diǎn)陣漢字顯示。</p><p>　　7. 預(yù)置存儲(chǔ)：采用兩種方式存儲(chǔ)，一種是在燒寫器上將數(shù)據(jù)寫入，另一種是在車上，單片機(jī)處于輸入狀態(tài)，車輛行駛一遍，將站與站之間的脈沖數(shù)寫入片內(nèi)。</p><p><b>　　2.1.2 方案二</b></p><p>　　利用8031單片機(jī)作為CPU來(lái)進(jìn)行總體控制，當(dāng)汽車到達(dá)某站時(shí)，汽

31、車司機(jī)通過(guò)鍵盤來(lái)控制本系統(tǒng)進(jìn)行工作，并且，系統(tǒng)將使用狀態(tài)指示電路，向司機(jī)指示出當(dāng)前的行駛方向及站號(hào)（如與實(shí)際方向不符，司機(jī)可通過(guò)鍵盤來(lái)調(diào)整）。原理圖框圖如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 原理框圖</p><p>　　本系統(tǒng)使用8031作為CPU，由CPU來(lái)控制語(yǔ)音合成芯片TC8830AF，使其工作在CPU控制模式下。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行語(yǔ)音再生時(shí)，由CPU控制語(yǔ)音合成電路中的語(yǔ)音芯片

32、來(lái)讀取其外接的存儲(chǔ)器內(nèi)部的語(yǔ)音信息，并合成語(yǔ)音信號(hào)，再通過(guò)語(yǔ)音輸出電路，進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)站和提示。CPU同時(shí)通過(guò)程序讀取漢字信息，送入LED點(diǎn)陣顯示電路來(lái)進(jìn)行漢字提示。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行語(yǔ)音錄制時(shí)，語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)語(yǔ)音輸入電路輸入給語(yǔ)音合成電路中的語(yǔ)音合成芯片，由語(yǔ)音合成芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并將生成的數(shù)字語(yǔ)音信息存儲(chǔ)到語(yǔ)音存儲(chǔ)芯片中，從而建立語(yǔ)音庫(kù)。</p><p><b>　　2.2 方案選擇</b><

33、/p><p>　　將方案一與方案二進(jìn)行比較，方案二是采用8031單片機(jī)控制，通過(guò)鍵盤來(lái)控制報(bào)站時(shí)刻，并不完全符合設(shè)計(jì)的要求，它仍然需要操作員員手動(dòng)控制，所以本課題決定選用方案一，它使用AT89C51作為主控制芯片，通過(guò)對(duì)里程的計(jì)數(shù)來(lái)控制報(bào)站時(shí)刻，完全無(wú)需人工介入，選用的語(yǔ)音芯片是美國(guó)ISD公司的ISD4004，該芯片與其它語(yǔ)音芯片相比較，其語(yǔ)音音質(zhì)好，錄放時(shí)間長(zhǎng)。</p><p>　　第3章

34、硬件電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　公交車報(bào)站系統(tǒng)主要由四個(gè)部分組成，即主控電路、脈沖檢測(cè)電路、語(yǔ)音電路以及LED點(diǎn)陣漢字顯示電路。各部分電路的設(shè)計(jì)在本章中做了詳細(xì)的說(shuō)明。</p><p>　　3.1 主控電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1.1 關(guān)于AT89C51單片機(jī)</p><p>　　AT89C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示。它

35、主要由下面幾個(gè)部分組成：1個(gè)8位中央處理單元（CPU）、片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器、片內(nèi)RAM、4個(gè)8位的雙向可尋址I/O口、1個(gè)全雙工UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行接口、2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、多個(gè)優(yōu)先級(jí)的嵌套中斷結(jié)構(gòu)，以及一個(gè)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。在AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)中，最顯著的特點(diǎn)是內(nèi)部含有Flash存儲(chǔ)器，而在其他方面的結(jié)構(gòu)，則和Intel公司的8051的結(jié)構(gòu)沒(méi)有太大的區(qū)別。</p><p>&

36、lt;b>　　。</b></p><p>　　圖3.1 AT89C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　3.1.1.1 主要性能</p><p>　　1. 與MCS-51 兼容 2. 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命：1000次寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年3. 全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz4. 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定5. 1

37、28*8位內(nèi)部RAM6. 32可編程I/O線7. 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器8. 5個(gè)中斷源 9. 可編程串行通道10. 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路</p><p>　　另外，AT89C51是用靜態(tài)邏輯來(lái)設(shè)計(jì)的，其工作頻率可下降到0Hz，并提供兩種可用軟件來(lái)選擇的省電方式——空閑方式（Idle Mode）和掉電方式（Power Down Mode）。在空閑方式中，CPU停止工作，而RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口

38、和中斷系統(tǒng)都繼續(xù)工作。在掉電方式中，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時(shí)鐘被“凍結(jié)”，使一切功能都暫停，故只保存片內(nèi)RAM中的內(nèi)容，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。</p><p>　　3.1.1.2 引腳功能說(shuō)明</p><p>　　AT89C51引腳圖如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 AT89C51引腳圖</p><p><b>

39、　　VCC：供電電壓。</b></p><p><b>　　VSS：接地。</b></p><p>　　P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8個(gè)TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，

40、P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。</p><p>　　P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。</p><p>　　P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被

41、寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。</p><p>　　P3口

42、：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳 備選功能 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷0） P3.3 /IN

43、T1（外部中斷1） P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入） P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）</p><p>　　P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）</p><p>　　P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)

44、器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時(shí)

45、ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。    /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。     /EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否

46、有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，</p><p>　　XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。</p><p><b>　　振蕩器特性:</b></p><p>　　XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。

47、石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p><p>　　3.1.2 振蕩器電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　89系列單片機(jī)的內(nèi)部振蕩器電路如圖3.3所示，由一個(gè)單級(jí)反相器組成。XTAL1為反相器的輸入，XTAL2為反相器的輸出?？梢岳盟?/p>

48、內(nèi)部的振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘，只要在XTAL1和XTAL2引腳上外接一個(gè)晶體及電容組成的并聯(lián)諧振電路，便構(gòu)成一個(gè)完整的振蕩信號(hào)發(fā)生器，如圖3.5示，此方法稱為內(nèi)部方式。</p><p>　　另一種使用方法如圖3.4示，由外部時(shí)鐘源提供一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)到XTAL1端輸入，而XTAL2端浮空。在組成一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，多數(shù)采用圖3.5所示的方法，這種方式的結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉，可靠性高。</p><p>

49、　　振蕩器的等效電路如圖3.5上部所示。在圖中給出了外接元件，即外接晶體及電容C1，C2，并組成并聯(lián)諧振電路。在電路中，對(duì)電容C1和C2的值要求不是很嚴(yán)格，如果用高質(zhì)的晶振，則不管頻率為多少，C1，C2通常都選擇30pF。有時(shí)，在某些應(yīng)用場(chǎng)合，為了降低成本，晶體振蕩器可用陶瓷振蕩器代替。如果使用陶瓷振蕩器，則電容C1，C2的值取47pF。</p><p>　　圖3.3 AT89C51單片機(jī)內(nèi)部振蕩器電路<

50、/p><p>　　圖3.4 外部時(shí)鐘接法</p><p>　　圖3.5 片內(nèi)振蕩器等效電路</p><p>　　通常，在單片機(jī)中對(duì)所使用的振蕩晶體的參數(shù)要求如下：</p><p>　　ESR（等效串聯(lián)電阻）：根據(jù)所需頻率按圖3.6選取。</p><p>　　C0（并聯(lián)電容）：最大7.0pF。</p>&l

51、t;p>　　CL（負(fù)載電容）：30pF+3pF。</p><p>　　通常，其誤差及溫度變化的范圍要按系統(tǒng)的要求來(lái)確定。</p><p>　　圖3.6 ESR與頻率的關(guān)系曲線</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，采用的是內(nèi)部方式，即如圖3.5所示，在XTAL1和XTAL2引腳上外接一個(gè)12MHZ的晶振及兩個(gè)47pF的電容組成。</p><p&

52、gt;　　3.1.3 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　89系列單片機(jī)與其他微處理器一樣，在啟動(dòng)的時(shí)候都需要復(fù)位，使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開始工作。89系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如RST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)振蕩周期），則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位時(shí)序如圖3.7所示，因外部

53、的復(fù)位信號(hào)是與內(nèi)部時(shí)鐘異步的，所以在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2都對(duì)RST引腳上的狀態(tài)采樣。當(dāng)在RST端采樣到“1”信號(hào)且該信號(hào)維持19個(gè)振蕩周期以后，將ALE和/PSEN接成高電平 ，使器件復(fù)位。在RST端電壓變低后，經(jīng)過(guò)1-2個(gè)機(jī)器周期后退出復(fù)位狀態(tài)，重新啟動(dòng)時(shí)鐘，并恢復(fù)ALE和/PSEN的狀態(tài)。如果在系統(tǒng)復(fù)位期間將ALE和/PSEN引腳拉成低電平，則會(huì)引起芯片進(jìn)入不定狀態(tài)。</p><p>　　圖3.7 內(nèi)部復(fù)位

54、定時(shí)時(shí)序</p><p>　　3.1.3.1 手動(dòng)復(fù)位</p><p>　　手動(dòng)復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平。一般采用的辦法是在RST端和正電源VCC之間接一個(gè)按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則VCC的+5V電平就會(huì)直接加到RST端。由于人的動(dòng)作很快也會(huì)使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，保證能滿足復(fù)位的時(shí)間要求。手動(dòng)復(fù)位的電路如圖3.8所示。</p><p>　

55、　圖3.8 手動(dòng)復(fù)位電路</p><p>　　3.1.3.2 上電復(fù)位</p><p>　　AT89C51的上電復(fù)位電路如圖3.9所示，只要在RST復(fù)位輸入引腳上接一電容至VCC端，下接一個(gè)電阻到地即可。對(duì)于CMOS型單片機(jī)，由于在RST端內(nèi)部有一個(gè)下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減至1uF。</p><p>　　上電復(fù)位的過(guò)程是在加電時(shí)，復(fù)位電路通過(guò)電容

56、加給RST端一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，此高電平信號(hào)隨著Vcc對(duì)電容的充電過(guò)程而逐漸回落，即RST端的高電平信號(hào)必須維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間。</p><p>　　上電時(shí)，Vcc的上升時(shí)間約為10ms，而振蕩器的起振時(shí)間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為10MHz，起振時(shí)間為1ms；晶振頻率為1MHz，起振時(shí)間則為10ms。</p><p>　　在圖3.8的復(fù)位電路中，當(dāng)Vcc掉電時(shí)，必然會(huì)使RST端電壓迅速

57、下降到0V以下，但是，由于內(nèi)部電路的限制作用，這個(gè)負(fù)電壓將不會(huì)對(duì)器件產(chǎn)生損害。另外，在復(fù)位期間，端口引腳處于隨機(jī)狀態(tài)，復(fù)位后，系統(tǒng)將端口置為全“1”態(tài)。</p><p>　　如果系統(tǒng)在上電時(shí)得不到有效的復(fù)位，則在程序計(jì)數(shù)器PC中將得不到一個(gè)合適的初值，因此，CPU可能會(huì)從一個(gè)未被定義的位置開始執(zhí)行程序。</p><p>　　圖3.9 上電復(fù)位電路</p><p>　

58、　3.1.3.3 復(fù)位后寄存器的狀態(tài)</p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，內(nèi)部寄存器的狀態(tài)如表3.1所列，即在SFRS中，除了端口鎖存器、堆棧指針SP和串行口的SBUF外，其余的寄存器全部清0，端口鎖存器的復(fù)位值為0FFH，堆棧指針值為07H，SBUF內(nèi)為不定值。內(nèi)部RAM的狀態(tài)不受復(fù)位的影響，在系統(tǒng)上電時(shí)，RAM的內(nèi)容是不定的。</p><p>　　表3.1 各特殊功能寄存器的復(fù)位值<

59、;/p><p>　　在本設(shè)計(jì)中復(fù)位電路采用的是上電復(fù)位，即如圖3.9所示。</p><p>　　3.1.4 電壓變換電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　公交車上所使用的電源電壓為24V，而AT89C51芯片的工作電壓為5V，所以需要將24V的電壓轉(zhuǎn)換成5V電壓。設(shè)計(jì)中采用了三端固定正電壓集成穩(wěn)壓器7805，來(lái)得到+5V穩(wěn)定電壓。電壓變換電路如圖3.10所示。 集成

60、穩(wěn)壓器是指將不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓的集成電路。由于集成穩(wěn)壓器具有穩(wěn)壓精度高、工作穩(wěn)定可靠、外圍電路簡(jiǎn)單、體積小、重量輕等顯著優(yōu)點(diǎn)，在各種電源電路中得到了普遍的應(yīng)用。常用的集成穩(wěn)壓器有：金屬圓形封裝、金屬菱形封裝、塑料封裝、帶散熱板塑封、扁平式封裝、雙列直插式封裝等。在電子制用中應(yīng)用較多的是三端固定輸出穩(wěn)壓器。 78xx系列集成穩(wěn)壓器是常用的固定正輸出電壓的集成穩(wěn)壓器，輸出電壓有5V、6V、9V、12V、15V、18

61、V、24V等規(guī)格，最大輸出電流為1.5A。它的內(nèi)部含有限流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)和過(guò)壓保護(hù)電路，采用了噪聲低、溫度漂移小的基準(zhǔn)電壓源，工作穩(wěn)定可靠。根據(jù)輸出電流值的不同，選用不同系列的芯片，當(dāng)電流小于100mA時(shí)，可以選用78L00系列；當(dāng)電流在0.5A以內(nèi)時(shí)，可選用78M00系列；當(dāng)電流在1.5A以內(nèi)，應(yīng)選用7800系列的芯片。7805的最大輸出電流為1.5A</p><p>　　圖3.10 電壓變換電路</p&

62、gt;<p>　　3.2 脈沖檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 霍爾器件簡(jiǎn)介</p><p>　　3.2.1.1 霍爾器件的分類</p><p>　　霍爾器件是一種磁傳感器。用它們可以檢測(cè)磁場(chǎng)及其變化，可在各種與磁場(chǎng)有關(guān)的場(chǎng)合中使用?；魻柶骷曰魻栃?yīng)為其工作基礎(chǔ)。</p><p>　　霍爾器件具有許多優(yōu)點(diǎn)，她們的

63、結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長(zhǎng)，安裝方便，功耗小，頻率高（可達(dá)1MHZ），耐震動(dòng)，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。</p><p>　　霍爾線性器件的精度高、線性度好；霍爾開關(guān)器件無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)磨損、輸出波形清晰、無(wú)抖動(dòng)、無(wú)回跳、位置重復(fù)精度高（可達(dá)um級(jí)）。取用了各種補(bǔ)償和保護(hù)措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬，可達(dá)-55℃～150℃。</p><p>　　按照霍爾器件的功能，可將它

64、們分為霍爾線性器件和霍爾開關(guān)器件。前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量。</p><p>　　按照被檢測(cè)的對(duì)象的性質(zhì)，可將它們的應(yīng)用分為直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。前者是直接檢測(cè)出受檢測(cè)對(duì)象本身的磁場(chǎng)或磁特性，后者是檢測(cè)受檢對(duì)象上人為設(shè)置的磁場(chǎng)，用這個(gè)磁場(chǎng)來(lái)作被檢測(cè)的信息的載體，通過(guò)它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)間等，轉(zhuǎn)變成電量來(lái)

65、進(jìn)行檢測(cè)和控制。</p><p>　　3.2.1.2 工作磁體的設(shè)置</p><p>　　用磁場(chǎng)作為被傳感物體的運(yùn)動(dòng)和位置信息載體時(shí)，一般采用永久磁鋼來(lái)產(chǎn)生工作磁場(chǎng)。例如，用一個(gè)5×4×2.5（）的釹鐵硼Ⅱ號(hào)磁鋼，就可在它的磁極表面上得到約2300高斯的磁感應(yīng)強(qiáng)度。在空氣隙中，磁感應(yīng)強(qiáng)度會(huì)隨距離增加而迅速下降。為保證霍爾器件，尤其是霍爾開關(guān)器件的可靠工作，在應(yīng)用中要考慮

66、有效工作氣隙的長(zhǎng)度。在計(jì)算總有效工作氣隙時(shí)，應(yīng)從霍爾片表面算起。在封裝好的霍爾電路中，霍爾片的深度在產(chǎn)品手冊(cè)中會(huì)給出。 </p><p>　　因?yàn)榛魻柶骷枰ぷ麟娫矗谧鬟\(yùn)動(dòng)或位置傳感時(shí)，一般令磁體隨被檢測(cè)物體運(yùn)動(dòng)，將霍爾器件固定在工作系統(tǒng)的適當(dāng)位置，用它去檢測(cè)工作磁場(chǎng)，再?gòu)臋z測(cè)結(jié)果中提取被檢信息。</p><p>　　工作磁體和霍爾器件間的運(yùn)動(dòng)方式有：(a)對(duì)移；(b)側(cè)移；(c)旋轉(zhuǎn)

67、；(d)遮斷。</p><p>　　霍爾開關(guān)電路的輸出級(jí)一般是一個(gè)集電極開路的NPN晶體管，其使用規(guī)則和任何一種相似的NPN開關(guān)管相同。輸出管截止時(shí)，輸漏電流很小，一般只有幾nA，可以忽略，輸出電壓和其電源電壓相近，但電源電壓最高不得超過(guò)輸出管的擊穿電壓（即規(guī)范表中規(guī)定的極限電壓）。輸出管導(dǎo)通時(shí)，它的輸出端和線路的公共端短路。因此，必須外接一個(gè)電阻器（即負(fù)載電阻器）來(lái)限制流過(guò)管子的電流，使它不超過(guò)最大允許值（一般

68、為20mA），以免損壞輸出管。輸出電流較大時(shí)，管子的飽和壓降也會(huì)隨之增大，使用者應(yīng)當(dāng)特別注意，僅這個(gè)電壓和你要控制的電路的截止電壓（或邏輯“零”）是兼容的。</p><p>　　以與發(fā)光二極管的接口如圖3.11所示，對(duì)負(fù)載電阻器的選擇作一估計(jì)。若在Io為20mA（霍爾電路輸出管允許吸入的最大電流），發(fā)光二極管的正向壓降VLED=1.4V，電源電壓VCC=5V，所需的負(fù)載電阻器的阻值。</p><

69、;p><b>　　(3-1)</b></p><p>　　圖3.11 霍爾開關(guān)與發(fā)光二極管</p><p>　　3.2.2 光電耦合器簡(jiǎn)介</p><p>　　光電耦合器是一種電信號(hào)的耦合器件，它一般是將發(fā)光二極管和光敏三極管的光路耦合在一起，輸入電信號(hào)加于發(fā)光二極管上，輸出信號(hào)由光敏三極管取出。光電耦合器以光電轉(zhuǎn)換原理傳輸信息，它不僅使

70、信息發(fā)出端（一次側(cè)）與信息接收并輸出端（二次側(cè)）是絕緣的，從而對(duì)地電位差干擾有很強(qiáng)的抑制能力，而且有很強(qiáng)的抑制電磁干擾能力。速度高、價(jià)格低、接口簡(jiǎn)單。</p><p>　　光電耦合器具有體積小、使用壽命長(zhǎng)、工作溫度范圍寬、抗干擾性能強(qiáng)。無(wú)觸點(diǎn)且輸入與輸出在電氣上完全隔離等特點(diǎn)，因而在各種電子設(shè)備上得到廣泛的應(yīng)用。光電耦合器可用于隔離電路、負(fù)載接口及各種家用電器等電路中。</p><p>　

71、　光電耦合器的工作過(guò)程：</p><p>　　光敏三極管的導(dǎo)通與截止，是由發(fā)光二極管所加正向電壓控制的。當(dāng)發(fā)光二極管加上正向電壓時(shí)，發(fā)光二極管有電流通過(guò)發(fā)光，使光敏三極管內(nèi)阻減小而導(dǎo)通；反之，當(dāng)發(fā)光二極管不加正向電壓或所加正向電壓很小時(shí)，發(fā)光二極管中無(wú)電流或通過(guò)電流很小，發(fā)光強(qiáng)度減弱，光敏三極管的內(nèi)阻增大而截止。</p><p>　　3.2.3 脈沖檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)</p>&

72、lt;p>　　本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是對(duì)轉(zhuǎn)軸所轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，考慮到車輛將在復(fù)雜的環(huán)境中運(yùn)行，而霍爾元件具有耐震動(dòng)，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，故采用可靠的霍爾元件DN6848作為信號(hào)采集裝置，再經(jīng)過(guò)光電耦合器4N25輸入給單片機(jī)。光電耦合器的電流傳輸比為10%～250%，響應(yīng)時(shí)間小于10us，其電路如圖3.12所示。</p><p><b>　　.</b></p&

73、gt;<p>　　圖3.12 脈沖檢測(cè)電路</p><p>　　3.3 語(yǔ)音輸出電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1 關(guān)于語(yǔ)音芯片</p><p>　　3.3.1.1 ISD—Winbond語(yǔ)音芯片概述</p><p>　　美國(guó)ISD（Information Storsge Devices）公司是專業(yè)研制和生產(chǎn)先進(jìn)的半導(dǎo)

74、體語(yǔ)音芯片的著名廠家和領(lǐng)導(dǎo)者，其開發(fā)的高密度“多級(jí)”存儲(chǔ)方法稱作“ChipCorder”的專業(yè)技術(shù)，可以在一個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)256級(jí)的不同電平，即存儲(chǔ)相同信息僅需要用傳統(tǒng)存儲(chǔ)技術(shù)1/8的存儲(chǔ)空間。該公司與1998年12月被臺(tái)灣華邦（Winbond）并購(gòu)，1990年改名為WECA（Winbond Electronic Corpration American），但保留其ISD名稱和標(biāo)識(shí)，這個(gè)合并將把ISD公司領(lǐng)先的信息存儲(chǔ)、語(yǔ)音錄放技術(shù)和強(qiáng)大

75、的用戶群與Winbond公司的高效率的制造能力和分布于全時(shí)間的營(yíng)銷能力結(jié)合起來(lái)。</p><p>　　ISD系列語(yǔ)音芯片有ISD1100系列、ISD1200系列、ISD1400系列、ISD2500系列、ISD4000系列和ISD5000系列幾種。</p><p>　　ISD1100系列中有10s和12s的單片聲音錄放器件ISD1110和ISD1112。</p><p&g

76、t;　　ISD1200系列中有10s和12s的單片聲音錄放器件ISD1210和ISD1212。</p><p>　　ISD1400系列中有16s和20s的單片聲音錄放器件ISD1416和ISD1620。</p><p>　　ISD1800系列中有8s、10s、12s和16s的單片單段聲音錄放器件ISD1810。</p><p>　　ISD2500系列中有32s、40

77、s、48s、64s和60s、75s、90s、120s的單片聲音錄放器件ISD2532、ISD2540、ISD2548、ISD2564和ISD2560、ISD2575、ISD2590、ISD120。</p><p>　　ISD4000系列中有120s、150s、180s和240s的單片聲音錄放器件ISD4001、ISD4002、ISD4003和ISD4004。</p><p>　　ISD50

78、00系列中有4min、5min、6min和8min的單片聲音錄放器件ISD5008。</p><p>　　其中ISD1100系列、ISD1200系列和ISD1400系列都是獨(dú)立使用；ISD2500系列是手動(dòng)切換或則與微控制器兼容，放音時(shí)可以用邊沿或電平進(jìn)行觸發(fā)；ISD4000系列、ISD5000系列都帶有微控制器SPI或Microwire串行接口。</p><p>　　3.3.1.2 語(yǔ)音

79、芯片ISD4004</p><p>　　ISD4000系列單片聲音錄放器件是用CMOS工藝實(shí)現(xiàn)的高語(yǔ)音質(zhì)量、3V工作電壓的集成電路芯片，特別適用于移動(dòng)電話和各種便攜式產(chǎn)品。按錄放時(shí)間又分ISD4002、ISD4003和ISD4004三個(gè)子系列。片內(nèi)集成有振蕩器、抗混疊濾波器、平滑濾波器、自動(dòng)靜音電路、音頻放大器和高密度多級(jí)Flash存儲(chǔ)陣列。這個(gè)系列的新片要求用于微處理器或微控制器系列，通過(guò)串行外圍接口SPI或M

80、icrowire串行接口進(jìn)行尋址和控制。錄音數(shù)據(jù)被存放方法是通過(guò)ISD的多級(jí)存儲(chǔ)專利技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，用聲音和聲頻信號(hào)的自然形式直接存放在故態(tài)存儲(chǔ)器中，從而提供高質(zhì)量回放語(yǔ)音的保真度。</p><p>　　1. ISD4004的主要性能及其特點(diǎn) </p><p>　　單片實(shí)現(xiàn)聲音錄放功能</p><p>　　采用單一3V工作電壓</p><p>　

81、　低功耗：典型的錄音工作電流為25mA</p><p>　　典型的放音工作電流為15mA</p><p>　　典型待機(jī)節(jié)能狀態(tài)電流為1uA </p><p>　　單片錄放時(shí)間為8min、10min、12min和16min</p><p>　　高質(zhì)量自然的聲音/音頻回放</p><p>　　自動(dòng)靜音電路可以在無(wú)聲狀態(tài)時(shí)消

82、除背景噪音</p><p><b>　　不需要考慮實(shí)現(xiàn)算法</b></p><p>　　具有微控制器SPI或Microwire串行接口</p><p>　　可以對(duì)多段信息尋址控制</p><p>　　可以通過(guò)SPI或Microwire控制寄存器控制功耗</p><p>　　語(yǔ)音數(shù)據(jù)斷電不丟失，可以

83、保存100年</p><p>　　允許反復(fù)錄音10萬(wàn)次</p><p><b>　　片上帶有時(shí)鐘源</b></p><p>　　有PDIP、SOIC、TSOP和CSP多種封裝形式</p><p>　　使用溫度范圍有商業(yè)用擴(kuò)展型和工業(yè)用兩種可供選擇：</p><p>　　——商業(yè)品擴(kuò)展型：-20～+

84、70℃</p><p>　　——工業(yè)品：-40～+85℃</p><p>　　2. 外部引腳及其說(shuō)明</p><p>　　圖3.13 ISD4004引腳圖</p><p>　　電源 (VCCA,VCCD)：為使噪聲最小,芯片的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線,并且分別引到外封裝的不同管腳上,模擬和數(shù)字電源端最好分別走線,盡可能在靠近供電端處

85、相連,而去耦電容應(yīng)盡量靠近器件。</p><p>　　地線(VSSA,VSSD)：芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線。</p><p>　　同相模擬輸入(ANA IN+)： 這是錄音信號(hào)的同相輸入端。輸入放大器可用單端或差分驅(qū)動(dòng)。單端輸入時(shí),信號(hào)由耦合電容輸入,最大幅度為峰峰值32mV,耦合電容和本端的3KΩ電阻輸入阻抗決定了芯片頻帶的低端截止頻率。差分驅(qū)動(dòng)時(shí),信號(hào)最大幅度為峰峰值1

86、6mV，與ISD33000系列相同。</p><p>　　反相模擬輸入(ANA IN-)：差分驅(qū)動(dòng)時(shí),這是錄音信號(hào)的反相輸入端。信號(hào)通過(guò)耦合電容輸入,最大幅度為峰峰值16mV。</p><p>　　音頻輸出(AUD OUT)：提供音頻輸出,可驅(qū)動(dòng)5KΩ的負(fù)載。</p><p>　　片選(SS)：此端為低,即向該ISD4004芯片發(fā)送指令，兩條指令之間為高電平。<

87、;/p><p>　　串行輸入(MOSI)：此端為串行輸入端，主控制器應(yīng)在串行時(shí)鐘上升沿之前半個(gè)周期將數(shù)據(jù)放到本端,供ISD輸入。</p><p>　　串行輸出(MISO)：ISD的串行輸出端。ISD未選中時(shí),本端呈高阻態(tài)。</p><p>　　串行時(shí)鐘(SCLK)：ISD的時(shí)鐘輸入端,由主控制器產(chǎn)生,用于同步MOSI和MISO的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)在SCLK上升沿鎖存到ISD

88、,在下降沿移出ISD。</p><p>　　中斷(/INT)：本端為漏極開路輸出。ISD在任何操作(包括快進(jìn))中檢測(cè)到EOM或OVF時(shí),本端變低并保持。中斷狀態(tài)在下一個(gè)SPI周期開始時(shí)清除。中斷狀態(tài)也可用RINT指令讀取。OVF標(biāo)志----指示ISD的錄、放操作已到達(dá)存儲(chǔ)器的未尾。EOM標(biāo)志----只在放音中檢測(cè)到內(nèi)部的EOM標(biāo)志時(shí),此狀態(tài)位才置1。</p><p>　　行地址時(shí)鐘(RAC

89、)：漏極開路輸出。每個(gè)RAC周期表示ISD存儲(chǔ)器的操作進(jìn)行了一行(ISD4004系列中的存貯器共2400行)。該信號(hào)175ms保持高電平，低電平為25ms?？爝M(jìn)模式下，RAC的218.75μs是高電平，31.25μs為低電平。該端可用于存儲(chǔ)管理技術(shù)。</p><p>　　外部時(shí)鐘(XCLK)：本端內(nèi)部有下拉元件。芯片內(nèi)部的采樣時(shí)鐘在出廠前已調(diào)校,誤差在 +1%內(nèi)。商業(yè)級(jí)芯片在整個(gè)溫度和電壓范圍內(nèi), 頻率變化在+2

90、.25%內(nèi)。工業(yè)級(jí)芯片在整個(gè)溫度和電壓范圍內(nèi),頻率變化在-6/+4%內(nèi),此時(shí)建議使用穩(wěn)壓電源。若要求更高精度,可從本端輸入外部時(shí)鐘(如前表所列)。由于內(nèi)部的防混淆及平滑濾波器已設(shè)定,故上述推薦的時(shí)鐘頻率不應(yīng)改變。輸入時(shí)鐘的占空比無(wú)關(guān)緊要,因內(nèi)部首先進(jìn)行了分頻。在不外接地時(shí)鐘時(shí),此端必須接地。</p><p>　　自動(dòng)靜噪(AMCAP)：當(dāng)錄音信號(hào)電平下降到內(nèi)部設(shè)定的某一閾值以下時(shí),自動(dòng)靜噪功能使信號(hào)衰弱,這樣有助

91、于養(yǎng)活無(wú)信號(hào)(靜音)時(shí)的噪聲。通常本端對(duì)地接1mF的電容,構(gòu)成內(nèi)部信號(hào)電平峰值檢測(cè)電路的一部分。檢出的峰值電平與內(nèi)部設(shè)定的閾值作比較,決定自動(dòng)靜噪功能的翻轉(zhuǎn)點(diǎn)。大信號(hào)時(shí),自動(dòng)靜噪電路不衰減,靜音時(shí)衰減6dB。1mF的電容也影響自動(dòng)靜噪電路對(duì)信號(hào)幅度的響應(yīng)速度。本端接VCCA則禁止自動(dòng)靜噪。</p><p><b>　　3. 極限參數(shù)</b></p><p>　　支流電

92、源電壓范圍（Vcc～Vss）：-0.3～+0.7V</p><p>　　輸入電壓范圍（所有引腳）：（Vss-0.3V）～（Vcc+0.3V）</p><p>　　輸入電壓范圍（所有引腳，輸入電流不超過(guò)±20mA）：（Vss-1.0V）～（Vcc+1.0V）</p><p>　　輸入電壓范圍（MOSI、SCLK、INT、RAC、SS引腳，輸入電流不超過(guò)

93、77;20mA）：（Vss-1.0V）～5.5V</p><p><b>　　結(jié)溫：+150℃</b></p><p>　　存儲(chǔ)溫度范圍（Tstg）：-65～+150℃</p><p>　　引腳焊接溫度（10s）：+300℃</p><p>　　4. 串行外圍接口SPI</p><p>　　ISD

94、4004的串行操作是通過(guò)SPI串行接口實(shí)現(xiàn)的，SPI串行接口協(xié)議如下：</p><p>　　數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議設(shè)定微控制器SPI的移位寄存器是由串行時(shí)鐘SCLK的下降沿驅(qū)動(dòng)。而對(duì)ISD4004數(shù)據(jù)輸入是由MOSI引腳上的上升沿驅(qū)動(dòng)，數(shù)據(jù)輸出是由MISO引腳上的下降沿驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　所有串行數(shù)據(jù)傳送都是由/SS引腳上的下降沿開始。</p><p>　　在所有串行

95、通信期間，/SS引腳上都保持低電平，而在兩條指令之間保持高電平。</p><p>　　數(shù)據(jù)輸入由時(shí)鐘的上升沿驅(qū)動(dòng)，數(shù)據(jù)輸出由時(shí)鐘的下降沿驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　錄音和放音操作的初始化是通過(guò)把/SS引腳為低電平使能芯片，把操作碼和地址串行輸入。</p><p>　　輸入操作碼和地址的格式如下：</p><p>　　<8位控制碼>

96、和<16位地址></p><p>　　每個(gè)由EOM或溢出產(chǎn)生的結(jié)果信號(hào)都將產(chǎn)生中斷，包括報(bào)文周期插入周期。當(dāng)下一次初始化SPI周期時(shí)，中斷將被清除。</p><p>　　當(dāng)中斷數(shù)據(jù)被移位移出MISO引腳時(shí)，控制和地址數(shù)據(jù)就同時(shí)被移進(jìn)MOSI引腳。需要注意的是，移入的數(shù)據(jù)與當(dāng)前系統(tǒng)的操作是一致的。有可能在同一個(gè)SPI周期讀中斷數(shù)據(jù)和啟動(dòng)一個(gè)新的操作。</p><

97、;p>　　任何一個(gè)操作都是從RUN位被置1開始，由RUN位清零結(jié)束。</p><p>　　所有的操作都是由/SS的上升沿開始。</p><p>　　SPI控制寄存器用于各個(gè)期間功能的控制，這些控制包括放音、錄音、報(bào)文插入、上電和掉電、啟動(dòng)和停止操作以及忽略地址指針等。</p><p>　　以下是控制寄存器的說(shuō)明：</p><p>　　N

98、控制寄存器：用于控制操作。當(dāng)其為1時(shí)，啟動(dòng)操作；當(dāng)其為0時(shí)，停止操作。</p><p>　　/控制寄存器：用于選擇放音和錄音操作。當(dāng)其為1時(shí)選擇放音操作；當(dāng)其為0時(shí)，選擇錄音操作。</p><p>　　圖3.14 SPI端口及其相關(guān)控制位示意圖</p><p>　　MC控制寄存器：用語(yǔ)控制報(bào)文插入功能。當(dāng)其為1時(shí)，允許報(bào)文插入；當(dāng)其為0時(shí)，關(guān)閉報(bào)文插入功能。<

99、/p><p>　　PU控制寄存器：用于主電源控制。當(dāng)其為1時(shí)，控制上電；當(dāng)其為0時(shí)，掉電進(jìn)入節(jié)能狀態(tài)。</p><p>　　IAB控制寄存器：忽略地址控制位。當(dāng)其為1時(shí)，忽略輸入地址寄存器的內(nèi)容A9-A0/A15-A0。當(dāng)其為0時(shí)，使用在操作上使用的輸入地址寄存器的內(nèi)容A9-A0/A15-A0。當(dāng)IAB被清0時(shí)，放音或錄音操作就從地址A9-A0/A15-A0開始。為了連續(xù)放音或錄音，IAB應(yīng)該

100、在相應(yīng)行結(jié)束前變?yōu)?，否則將會(huì)從同一行的地址處重復(fù)操作。存儲(chǔ)器管理時(shí)，RAC（行地址時(shí)鐘）引腳和IAB可以用來(lái)繞著存儲(chǔ)器分段移動(dòng)。</p><p>　　P9-P0/P15-P0：行指針寄存器的輸出。</p><p>　　A9-A0/A15-A0：輸入地址寄存器。</p><p>　　3.3.2 錄音、放音電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　ISD

101、4004聲音錄放器件的采樣頻率為6.4kHz，它單片錄放時(shí)間有8min、10min、12min和16min幾種，其采用內(nèi)置非易失性FLASH存儲(chǔ)器，這種快擦寫存儲(chǔ)器斷電不會(huì)丟失數(shù)據(jù)，所以保存數(shù)據(jù)不需要耗電。典型的被存儲(chǔ)信息可以保存時(shí)間高達(dá)100年，同一個(gè)存儲(chǔ)單元可以反復(fù)被錄音10萬(wàn)次。</p><p>　　3.3.2.1 功放電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　ISD4004芯片的音頻輸出引腳

102、AUD OUT可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)5k的負(fù)載，當(dāng)器件上電后，該引腳輸出的電源為1.2V。本設(shè)計(jì)中選用的放大器是LM386，LM386是為低電壓應(yīng)用設(shè)計(jì)的音頻功率放大器，其工作電壓為6V，最大失真度為0.2，功率頻響為20～100kHz。功放電路連線圖如圖3.15所示。</p><p>　　圖3.15 功放電路</p><p>　　由于功率放大器LM386要接+6V電壓，因此還需要一個(gè)電壓變換電路

103、將24V電壓變換成+6V的電壓。這里選用的是芯片LM317。LM331是三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器，其電路結(jié)構(gòu)和外接元件如圖3.15所示。它的內(nèi)部電路有比較放大器、偏置電路（圖中未畫出）、恒流源電路和帶隙基準(zhǔn)電壓等，它的公共端改接到輸出端，器件本身無(wú)接地端。所以消耗的電流都從輸出端流出，內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓（約1.2V）接至比較放大器的同相端和調(diào)整端之間。若接上外部的調(diào)整電阻R1、R2后，輸出電壓為</p><p><

104、b>　?。?.2）</b></p><p>　　LM317的=1.2V，=50uA，由于調(diào)整端電流 ，故可以忽略，所以上式化簡(jiǎn)為</p><p>　?。?.3） </p><p>　　圖3.16 三端可調(diào)試集成穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　電壓變換電路連線圖如圖3.17所示。</p><

105、p>　　圖3.17 電壓變換電路</p><p>　　3.3.2.2 錄音電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　連線圖如圖3.18所示，MIC是麥克風(fēng)，即語(yǔ)音信號(hào)的輸入端，輸出的模擬語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)三極管組成的放大器放大后加到ISD4004語(yǔ)音芯片的ANA IN-反向模擬輸入端。</p><p>　　圖3.18 錄音電路</p><p>　　3.

106、4 LED顯示電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.4.1 LED顯示器件簡(jiǎn)介</p><p>　　3.4.1.1 發(fā)光二極管特性</p><p>　　發(fā)光二極管與普通二極管一樣具有單向?qū)щ娦?，但是因其使用的半?dǎo)體材料不同,其導(dǎo)通電壓較高，一般鍺二極管在0.2V左右，硅二極管在0.7V左右，而砷化鎵或磷化鎵發(fā)光二極管一般在1.1-2.4V，但其反向擊穿電壓不高，一般在

107、5V或稍許高一點(diǎn)（不能用500型萬(wàn)用表的R×10k檔測(cè)量，在反壓較高的電路中需要加鉗位二極管保護(hù)）。對(duì)小功率LED，支流工作電流以1-15mA為宜（不同材料的LED要求會(huì)相差較大），最大電流不得超過(guò)50mA，最大平均電流不超過(guò)30mA，所以使用中必須要加限流電阻。中功率LED的電流工作電流可達(dá)200mA左右。LED可看承具有恒壓特性，其正向壓降變化不大，有一定的穩(wěn)定作用，其發(fā)光強(qiáng)度隨工作電流增大而增大。對(duì)紅色LED而言，工作電

108、流一般為5-7mA較合適，當(dāng)工作電流大于15mA后，其發(fā)光強(qiáng)度就趨于飽和。另外LED的發(fā)光強(qiáng)度還一環(huán)境溫度有關(guān)，溫度越低發(fā)光強(qiáng)度越高，隨溫度升高，發(fā)光強(qiáng)度呈準(zhǔn)線性下降，在75℃時(shí)發(fā)光強(qiáng)度僅為25℃時(shí)的一半，在80℃時(shí)，LED幾乎就不能工作，LED的最大工作電流也隨溫度升高而線性下降。</p><p>　　3.4.1.2 LED顯示器</p><p>　　1. LED顯示器類型</p&

109、gt;<p>　　LED顯示器是用發(fā)光二極管構(gòu)成的顯示器。構(gòu)成方式有兩大類：一是筆段字符式，一般又有三種：7段（/8段）數(shù)碼管、15段（/17段）數(shù)碼管和6段符號(hào)顯示器；二是點(diǎn)陣字符式，一般有5×7、5×8、8×8和16×16等若干種點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。為了適應(yīng)不同電路的需要，根據(jù)構(gòu)成LED顯示器的發(fā)光二極管公共極的極性，有共陰極和共陽(yáng)極兩種形式。對(duì)共陰極數(shù)碼管，公共陰極接地，當(dāng)各段陽(yáng)極上的電

110、平為高電平時(shí)，該段接通亮，電平為0時(shí)，該段關(guān)斷不亮。對(duì)共陽(yáng)極數(shù)碼管則剛好相反，高電平時(shí)不亮，低電平時(shí)亮。這種器件根據(jù)顯示數(shù)位分類，可以分為一位、雙位和多位LED顯示器，一位LED顯示器就稱作LED數(shù)碼管，兩位以上的一般就稱作LED顯示器。</p><p>　?。?）7段（/8段）數(shù)碼管顯示器</p><p>　　7段（/8段）數(shù)碼顯示器的每個(gè)數(shù)位都是由7段筆段組成，通過(guò)不同筆段的組合就可以

111、顯示不同的數(shù)字和部分字母以及其他符號(hào)。其第8筆段一小數(shù)點(diǎn)形式位于字符的右下方。</p><p>　?。?）15段（/17段）數(shù)碼管顯示器</p><p>　　15段（/17段）數(shù)碼顯示器的每個(gè)數(shù)位都是由14（/16）段數(shù)碼管組成外框加“米”構(gòu)成，通過(guò)不同筆段的組合，不但可以顯示所有的數(shù)字，還可以顯示所有的26個(gè)英文字母和其他符號(hào)。15段與17段顯示器的區(qū)別在于外框上下兩橫結(jié)構(gòu)不一樣，17段