基于单片机的简易音乐盒设计

基于单片机的简易音乐盒设计 毕业 任务书 一、题目一、题目 基于单片机的音乐盒设计 二、指导思想和目的要求二、指导思想和目的要求 指导思想: 利用所学的理论知识，通过毕业设计，培养学生综 合运用所学基础理论、专业知识、基本技能来解决具体的工程技术问 题的能力，提高学生的实际动手能力和专业技能，为学生能够胜任 第一任职打下夯实的基础. 目的要求: 通过本课程设计巩固并扩展单片机课程的基本概念、 基本理论、分析方法和实现方法。结合Protel 和Keil 软件等，学习单 片机产品的设计方法，有效地将理论和实际紧密结合，培养创新思 维和设计能力，增强软件编程实现能力和解决实际问题的能力。 认真 地撰写毕业论文，做到层次结构清晰、语言流畅、书写规范。 设计 论文 三、主要技术指标 三、主要技术指标 A. 通过 ISD2560 可以实现语音的录放. B. 通过 AT89S52 控制 LCD1602 的显示. 四四、进度和要求进度和要求 2011 年 3 月 10 日2011 年 3月15 日：准备撰写开题报告； 2011 年 3 月 16 日2011 年 3月22 日：设计前期资料收集； 2011 年 3 月 23 日2011 年 3月30 日：完成开题报告，并准 备翻译2000 字英文文献； 2011 年 3 月 31 日2011 年 4月06 日：设计各模块电路原理图； 2011 年 4 月 07 日2011 年 4月12 日：进一步确定原理图; 2011 年 4 月 13 日2011 年 4月20 日: 绘制电路PCB; 2011 年 4 月 21 日2011 年 5月03 日： 程序设计； 2011 年 5 月 04 日2011 年 5月10 日： 方案改进； 2011 年 5 月 11 日2011 年 5月20 日：论文初稿； 2011 年 5 月 21 日2011 年 6月05 日：论文定稿； 2011 年 6 月 06 日2011 年 6月10 日: 准备答辩。 五五、主要参考书及参考资料主要参考书及参考资料 1 何立明.单片机应用系统设计M.北京航空航天大学，1996 2 余永权. ATMEL89 系列单片机应用技术M .北京航空航天大学 出版社，2002.4 3 曹薇，谢云敏. 单片机原理及应用 .中国水利水电出版社 , 2004 4 刘欣.ISD 语音器件分段地址的获取J . 电子技术应用， 1999.10 5 张武.基于 ISD2560 的语音录放系统设计J .自动化与仪器仪 表,2008.4 6 江思明. Protel 99 实例演练M . 人民邮电出版社，2000 学生 _ 指导教师 _ 系主任 _ 目 录目 录 摘 要I ABSTRACT.II 前 言III 第一章 系统的总体设计1 1.1 设计的目的1 1.2 设计的要求1 1.3 总体方案的设计1 第二章 硬件设计电路.3 2.1 单片机的选择3 2.2 单片机AT89S524 2.2.1 AT89S52的简介4 2.2.2 AT89S52的功能5 2.2.3 AT89S52的中断与定时器/计数器.8 2.3 晶振电路.10 2.4 复位电路.11 2.5 液晶显示电路.13 2.5.1 LCD1602的简介.14 2.5.2 1602的功能介绍16 2.5.3 显示电路19 2.6 语音芯片的采用.19 2.6.1 ISD系列芯片.19 2.6.2 ISD2560的简介.20 2.6.3 ISD2560的引脚功能.21 2.6.4 ISD2560的操作模式.23 2.6.5 语音电路24 第三章 系统的软件设计26 3.1 系统的软件设计平台.26 3.2 程序的设计.27 3.2.1 显示部分的程序.27 3.2.2 语音部分的程序.29 第四章 系统抗干扰的措施31 4.1 干扰的来源于后果.31 4.2 硬件的抗干扰设计.32 4.3 软件的抗干扰设计.32 结 论.34 致 谢.35 参考文献.36 毕业设计小结.37 附录 1 原理图.38 附录 2 系统的PCB 图39 摘 要 随着人类社会的发展，人们对视觉、 听觉方面的享受提出了越来越多的要求 小小的音乐盒可以给人们带来美好的回忆，提高人们的精神文化享受。 传统的音 乐盒多是机械型的，体积笨重，发音单调，不能实现批量生产。 随着信息技术革 命的深入和计算机技术的不断发展，单片机的应用越来越广泛，并逐渐发展成 为一门关键的技术学科。 本文设计的音乐盒是以单片机为核心，体积小，重量轻 能实现声音的录放，使用方便，可以批量生产，具有一定的商业价值。 为了实现单片机控制音乐播放，此次毕业设计做出了尝试，即音乐盒的设 计。 具体硬件包括：AT89S52单片机，ISD2560语音芯片，1602显示模块，复位电路， 时钟电路。本文采用单片机 AT89S52 与语音芯片ISD2560组成的语音存储系统， 实现了语音的分段录取、组合回放，可实现歌曲的录放功能。通过 AT89S52单片 机控制 LCD1602 液晶显示，使音乐盒在放声音的同时，液晶显示屏上可以显示 相应的内容。用户可以通过按键控制音乐盒的播放与暂停。系统硬件电路简单， 调试方便，性价比高，实用性强。 关键词关键词: 单片机 ，AT89S52，音乐播放 I ABSTRACT With the development of human society, People of vision, sense of hearing to enjoy more and more demands made. Little music box can bring good memories, Improve peoples spiritual and cultural enjoyment. Traditional music boxes and more mechanical type, bulky and monotonous sound, can not achieve mass production. With the deepening of the revolution of information technology and computer technology continues to evolve, more and more extensive application of SCM, and gradually developed into a key technical disciplines. This music box is a single chip design as the core, small size, light weight, to achieve the sound recording, easy to use, to mass production, has some commercial value. In order to control the music player MCU, the graduation to make the attempt, the music box design. Specific hardware, including: AT89S52 microcontroller, ISD2560 voice chip, the display module 1602, reset circuit, clock circuit. In this paper, with the voice chip ISD2560 AT89S52 microcontroller consisting of voice storage system, and acceptance of speech segmentation, the combination of playback, song recording functions can be realized. By AT89S52 MCU LCD1602 LCD display, put the music box sound at the same time, there are corresponding LCD display. Users can control the music box key play and pause. Hardware circuit is simple and easy commissioning and cost-effective, practical. KEY WORDS: SCM Temperature,AT89S52,Music broadcast II 前 言 通过设计音乐盒这个系统，有利于进一步巩固单片机的知识，将所学知识 综合运用到实际当中来，并且提高自身的设计能力、 动手操作能力以及解决问题 的能力。 音乐盒的起源，可追溯至中世纪欧洲文艺复兴时期。 当时为使教会的钟塔报 时，而将大小的钟表装上机械装置，被称为“可发出声音的组钟”。 音乐盒有着 300 多年的发展历史，是人类文明发展的历史见证。传统的音乐盒多是机械音乐 盒，其工作原理是通过齿轮带动一个带有铁钉的铁桶转动,铁桶上的铁钉撞击铁 片制成的琴键，从而发出声音。 但是，机械式的音乐盒体积比较大，比较笨重， 且发音单调。水、灰尘等外在因素，容易使内部金属发音条变形，从而造成发音 跑调。另外，机械音乐盒放音时为了让音色稳定,必须放平不能动摇，而且价格 昂贵，不能实现大批量生产。音乐盒 300 多年的产品发展，同时也是人类文明 300 多年发 展的历史鉴证。每个不同时期的音乐盒造型，都能折射出当时不同 的社会心态和文明发展现状，它也成了时代的一面镜子。 现今，音乐盒的制造， 延袭传统，结合现代，正日益成为人们或为了典藏一段岁月，或为了收藏一份 情感，或出于对音乐的追求，或对于旧时代的怀念，或为了居室的美化，等等， 而得到众多品位人士的追求。 最重要的是现在的音乐盒体积小，轻巧易携带，且 音质好，功能多，有时出现一些问题时只需要改一改软件部分的程序即可。 本文 设计的音乐盒，是基于单片机设计制作的音乐盒。 与传统的机械式音乐盒相比更 小巧，音质更优美。 音乐盒动力来源是电源，制作工艺简单，可进行批量生产， 所以价格便宜。 基于单片机制作的音乐盒，控制功能强大，可根据需要选歌，使 用方便。 录音的播放可以根据需要进行设置，根据存储容量的大小，可以尽可能 多的存储录音。 III 第一章 系统的总体设计 1.1 设计的目的 (1) 通过设计，查阅相关资料，掌握如何利用单片机设计产品，同时了解 与单片机有关的软件模拟器的使用及取字模块软件的使用方法。 (2) 通过本课程设计巩固并扩展单片机课程的基本概念、基本理论、分析方 法和实现方法。结合Protel和 Keil软件等，学习单片机产品的设计方法，有效 地将理论和实际紧密结合，培养创新思维和设计能力，增强软件编程实现能力 和解决实际问题的能力。 (3) 学习 Protel 软件，掌握 Protel 中各种芯片的功能以及模拟。由于 Protel 提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活 性、 提供了实验室在数量、 质量上难以相比的虚拟仪器、 仪表，因而也提供了培养 实践精神、创造精神的平台。 1.2 设计的要求 (1) 利用ISD2560进行语音的录放 。 (2) 用1602液晶显示屏显示。 (3) 可通过功能键进行歌曲的播放与暂停的操作。 1 1.3 总体方案的设计 1.从实现音乐盒电路的硬件方面看，用单片机实现所用硬件电路比用模拟 电路实现所用器件少，接线图简单，功耗较小，稳定性和抗干扰性好。 2.用单片机实现音乐盒，通过编程就可实现歌曲的录放与显示，省去了节 拍发生器和节拍分配器，实现音乐的产生较简单。 3.AT89S52 单片机的性价比高，用它完全可以实现本设计当中要求的功能， 且体积小，便于产品小型化，功耗小，工作电压范围宽。 4.用单片机设计的音乐盒电路可以通过按键实现歌曲的播放暂停。 本次设计中采用的方案具体内容如下： AT89S52 单片机，ISD2560 语音芯 片，1602显示模块，复位电路，时钟电路。 本文采用单片机AT89S52与语音芯片 ISD2560组成的语音存储系统，实现了语音的分段录取、组合回放，可实现歌曲 的录放功能。通过AT89S52单片机控制LCD1602液晶显示，使音乐盒在放声音的 同时，液晶显示屏上有相对应的显示。 用户可以通过按键控制音乐盒的播放与暂 停。 图 1-1 总体方案图 本系统采用 S52 单片机作为硬件开发核心，软件采用符合 C 的 KEIL C51 编 译器，C语言简单易懂，并且有强大的库函数。 2 AT89S52 歌曲的录放 电路 晶振电路 复位电路 LCD 按 键 第二章 硬件设计电路 2.1 单片机的选择 本系统对单片机的要求： 1、本系统功能并不多，程序代码也不是十分长，所以单片机的程序存储器 空间要求不需要太大，8KB的系统内可编程Flash已经足够够用了。 2、 为了方便程序下载，支持ISP 下载单片机是指一个集成在一块芯片上的。 2.1.1 单片机的介绍 单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。 尽管他的大部分功能 集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、 内存、 内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。 同时集成诸如通讯接口、 定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图 像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。 单片机比专用处理器最适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。 事实上单片机是世界上数量最多的计算机。 单片机内部也用和电脑功能类似的模 块，比如 CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是 3 它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不 超过 10元即可.用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。 我们现在 用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影！它 主要是作为控制部分的核心部件。 单片机是靠程序的，并且可以修改。 通过不同的程序实现不同的功能，尤其 是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则 是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国 50年代开发的74 系列，或者 60 年代的 CD4000 系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大 PCB 板！但是如果要是用美国 70 年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有 天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及 高可靠性！ 单片机型号的选择是根据控制系统的目标、 功能、 可靠性、 性价比、 精度和速 度等来决定的。 根据本课题的实际情况，单片机型号的选择主要从以下两点考虑 一是要有较强的抗干扰能力。二是要有较高的性价比。 图 2-1 单片机芯片 AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。 使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。 片上 Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常 规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 因此本设计中单片机选用AT89S52。 4 2.2 单片机AT89S52 2.2.1 AT89S52的简介 AT89S52 是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS8 位单片机，片内 含 8k bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数 据存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、 非易失性存储技术生产，与标MCS-51 指令系统及 8052 产品引脚兼容，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元， 功能强大AT89S52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。 AT89S52的主要参数 与 MCS51产品指令和引脚完全兼容 8k 字节可重擦写Flash 闪速存储器 1000 次擦写周期 全静态操作：0Hz24MHz 三级加密程序存储器 2568 字节内部RAM 32 个可编程I/O 口线 3 个 16 位定时/计数器 8 个中断源 可编程串行UART 通道 低功耗空闲和掉电模式 图 2-2 AT89S52 的实物图 功能特性概述： AT89S52 提供以下标准功能：8k 字节 Flash 闪速存储器，256 字节内部 RAM，32 个 I/O 口线，3个 16 位定时/计数器，一个 6 向量两级中断结构，一个 全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89S52可降至0Hz的静态 逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。 空闲方式停止CPU的工作，但 允许 RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 5 2.2.2 AT89S52的功能 图 2-3 AT89S52 引脚分布 VCC : 电源 GND: 地 P0 口：P0 口是一个 8位漏极开路的双向 I/O 口。作为输出口，每位能驱动 8个 TTL 逻辑电平。对P0 端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种 模式下，P0具有内部上拉电阻。 在 flash编程时，P0 口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字 节。程序校验时，需要外部上拉电阻。 P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p1 输出缓冲 器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高， 此时可以作为输入口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的 6 原因，将输出电流（IIL）。 此外，P1.0 和P1.2 分别作定时器/计数器 2的外部计数输入（P1.0/T2）和 定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。 在 flash编程和校验时，P1 口接收低 8位地址字节。 引脚号第二功能 P1.0T2（定时器/计数器 T2 的外部计数输入），时钟输出 P1.1T2EX（定时器/计数器 T2 的捕捉/重载触发信号和方向控 制） P1.5MOSI（在系统编程用） P1.6MISO（在系统编程用） P1.7SCK（在系统编程用） 表 2-1 P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲 器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高， 此时可以作为输入口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的 原因，将输出电流（IIL）。 在访问外部程序存储器或用 16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉 发送 1。在使用 8 位地址（如 MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2 口输出 P2 锁存器的内容。 P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p2 输出缓冲器能 驱动 4 个TTL 逻辑电平。对 P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此 时可以作为输入口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原 因，将输出电流（IIL）。 P3口亦作为AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。 7 表 2-2 RST: 复位输入。晶振工作时，RST 脚持续 2 个机器周期高电平将使单片机 复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出 96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能无效。DISRTO 默认状态下，复位高 电平有效。 ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低 8 位 的输出脉冲。在 flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情 况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时 钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。 如果需要，通过将地址为 8EH的 SFR的第 0位置 “1”，ALE 操作将无效。 这一位置 “1”，ALE 仅在执行MOVX 或MOVC指令时有效。 否则，ALE 将被微弱 拉高。 这个 ALE 使能标志位（地址为8EH的SFR 的第0位）的设置对微控制器处 于外部执行模式下无效。 PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当 AT89S52 从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN 在每个机器周期被激活两次， 而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。 EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从 0000H 到FFFFH的外部程 序存储器读取指令，EA必须接GND。 为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。 在 flash编程期间，EA 也接收 12伏VPP电压。 XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。 2.2.3 AT89S52的中断与定时器/计数器 中断: 8 AT89S52 有 6 个中断源：两个外部中断（INT0 和 INT1），三个定时中断 （定时器0、1、2）和一个串行中断。 外部中断是由外部原因引起的，共有两个中断源，即外部中断 0 和外部中 断 1。它们的中断请求信号分别由引脚P3.2,P1.0，P3.3引入。 图 2-4 中断服务流程图 外部中断请求有两种信号方式：电平方式和脉冲方式。 电平方式的中断请求是低电平有效。 只要单片机在中断请求引入端上采样到 有效的低电平信号，即为中断请求。 9 脉冲方式的中断请求则是脉冲的下降沿有效。 定时器中断是为满足定时或计数的需要而设置的。 在单片机芯片内部有3个 定时器/计数器 T0，T1，T2，所以定时器中断也有 3个：定时器 2中断，定时器 1 中断,定时器0 中断。 当计数器溢出时，表明定时时间到或计数值满，这是内部 电路就产生中断请求。 串行中断只有 1个，但有两个中断源:串行发送中断和串行接收中断。每当 串行口发送或接收完一帧串行数据时，就产生相应的中断请求。 如果同级的多个中断请求同时出现，则按 CPU查询次序确定哪个中断请求被 响应。 查询次序规定了在同一优先级别内各中断响应的优先次序，即外部中断 0优 先级最高，而串行中断优先级最低。 每个中断源都可通过置位或清除特殊寄存器中相关中断允许控制位分别使中 断源有效或无效。 IE 还包括一个中断允许总控制位 EA，它能一次禁止所有中断。 对于 AT89S52，IE.5位也是不能用的。用户软件不应给这些位写1。 定时器： 定时器 0 和定时器 1 标志位 TF0 和 TF1 在计数溢出的那个周期的 S5P2 被置 位。它们的值一直到下一个周期被电路捕捉下来。然而，定时器2 的标志位TF2 在计数溢出的那个周期的S2P2被置位，在同一个周期被电路捕捉下来。 定时器2 是一个 16位定时/计数器，它既可以做定时器，又可以做事件计数器。 其工作方 式由特殊寄存器T2CON中的 C/T2 位选择。 定时器2有三种工作模式：捕捉方式、 自动重载（向下或向上计数）和波特率发生器。 工作模式由T2CON中的相关位选 择。定时器2 有2 个 8位寄存器：TH2和TL2。在定时工作方式中，每个机器周 期，TL2 寄存器都会加1。 2.3 晶振电路 单片机是一种时序电路，必须给它提供时钟脉冲信号才能正常工作。 系统时 钟信号是单片机内部各种操作的时间基准，为各种指令的执行提供时钟节拍。 通 常单片机可通过内部振荡或外部振荡两种方式得到系统时钟信号。 10 晶振是用来给单片机提供执行指令的时钟的。晶振的作用是选频,其实它就 是频率选通的作用,晶振生产出来后就具有一个固定的谐振频率,它的工作原理 是利用谐振去选择频率的;电路工作时会有很多不同频率的分量组成,当晶振接 于电路时,与晶振发生谐振的频率分量将被选通,从而再进一步放大,形成一个闭 环工作,晶振在单片机中的频率的确定要看具体的用途，要求运算速度快的选用 谐振频率高的晶振，要求省电的选用谐振频率低的晶振 AT89S52 单片机有一个用于构成内部振荡器的反相放大器，XTAL1 和 XTAL2 分别是放大器的输入、输出端。石英晶体和陶瓷谐振器都可以用来一起构 成自激振荡器。从外部时钟源驱动器件的话，XTAL2 可以不接，而从 XTAL1 接 入。 由于外部时钟信号经过二分频触发后作为外部时钟电路输入的，所以对外部 时钟信号的占空比没有其它要求，最长低电平持续时间和最少高电平持续时间 等还是要符合要求的。AT89S52 单片机最大支持 20MHz 晶振，本系统采用的是 11.0592MHz的晶振，电容采用30pF的陶瓷电容，其原理图如图所示： 图 2-5 晶振电路 2.4 复位电路 复位电路用于产生复位信号，通过RST引脚送入单片机，进行复位操作。 复 位电路的好坏直接影响单片机系统工作的可靠性，因此，要重视复位电路的设 计和研究。 复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后， 撤销复位信号。 为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以 防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。 11 12345678910111213141516 A B C D 16151413121110987654321 D C B A Title NumberRevisionSize A0 Date:21-May-2011Sheet of File:F:yu.ddbDrawn B y: Y1 11.0592MC21 30P C22 30P XTA L1XTA L2 复位电路分为上电自动复位和按键手动复位,。RST引脚是复位信号的输入端,复 位信号是高电平有效.这次采用的是手动复位，复位通过电容 C 和电阻 R10,R11 来实现,按键手动复位是图中复位键来实现的。 当任何一个复位信号产生时，AT89S52的所有I/O端口都会立即复位成它们 的初始值，并不需要时钟源处于运行状态。 在复位信号撤消后，硬件系统将调用 一个计数延时过程，经过一定的延时后，才能进行系统内部的真正复位启动。 采 用这种形式的复位启动过程，保证了电源达到稳定后才使单片机进入正常的操 作，复位启动的延时时间可以由用户通过对熔丝位的编程来定义。 AT89S52单片机有3 个复位源： (1)上电复位。当系统电源的电平低于上电复位门限电压 VPOT时，MCU产生 复位。 (2)外部复位。 当一个高电平加到RESET引脚超过 2机器周期时，MCU产生复 位。 (3)看门狗(WDT)复位。当看门狗复位允许且看门狗定时器溢出时，MCU产生 复位。 当进入系统的干扰作用于单片机内部时，系统失控导致程序在地址空间内 “乱飞”，使程序运行状况不可预测。 如果运行时间超过程序设定的看门狗延时 时间，系统便会重新复位，使单片机重新回到正常运行轨道。 因此，看门狗复位 可以有效的监控系统的运行情况，提高了系统自身的抗干扰能力，使系统能够 在具有一定干扰的环境中正常工作。 本系统设计一个外部复位，采用按键电平复位方式，电平复位是通过复位 端电阻与Vcc电源接通而实现的，电路如图3-7 所示。为了提高系统可靠性，再 加上一个22uf的电容来消除高频干扰和杂波。 12 12345678910111213141516 A B C D 16151413121110987654321 D C B A Title NumberRevisionSize A0 Date:21-May-2011Sheet of File:C:Documents and SettingsAdministratorff.ddb桌 面 新 建 文 件 夹Drawn B y: R10 1K K1SW -PB R11 RES2 C? 22uf VC C 图2-6 复位电路 上电后电容充电，和电阻一起（RST）产生一个高电平，用于单片机的上电 复位。电容充电完成之后，通过电阻放电，使得RST变为低电平。 按键时电阻的作用是建立高电平，电容可以防止按键抖动。 2.5 液晶显示电路 液晶屏显示模块与数码管相比，它显得更为专业、漂亮。液晶显示屏以其微 功耗、 体积小、 显示内容丰富、 超薄轻巧、 使用方便等诸多优点，在通讯、 仪器仪表 电子设备、 家用电器等低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用，使这些电子设 备的人机界面变得越来越直观形象，目前已广泛应用于电子表、 计算器、 IC卡电 话机、 液晶电视机、 便携式电脑、 掌上型电子玩具、 复印机、 传真机等许多方面。 液 晶模块是 1602 字符型液晶模块(带背光)，它是目前工控系统中使用最为广泛的 液晶屏之一。 液晶显示屏 LCD，用于数字型钟表和许多便携式计算机的一种显示器类型 。 LCD 显示使用了两片极化材料，在它们之间是液体水晶溶液。 电流通过该液体时 会使水晶重新排列，以使光线无法透过它们。 因此，每个水晶就像百叶窗，既能 允许光线穿过又能挡住光线。 液晶显示原理： 液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制， 有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模 集成电路直接驱动、 易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式 电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。 液晶显示器的分类 液晶显示的分类方法有很多种，通常可按其显示方式分为段式、字符式、点 阵式等。除了黑白显示外，液晶显示器还有多灰度有彩色显示等。如果根据驱动 13 方式来分，可以分为静态驱动（Static）、单纯矩阵驱动（Simple Matrix）和 主动矩阵驱动（Active Matrix）三种。 液晶显示器各种图形的显示原理 线段的显示: 点阵图形式液晶由 MN 个显示单元组成，假设 LCD 显示屏有 64 行，每行 有 128 列，每 8 列对应 1 字节的 8 位，即每行由 16 字节，共 168=128 个点组 成，屏上 6416 个显示单元与显示 RAM 区 1024 字节相对应，每一字节的内容 和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由 RAM 区的 000H 00FH 的 16 字节的内容决定，当（000H）=FFH 时，则屏幕的左上角显示一条短 亮线，长度为 8 个点；当（3FFH）=FFH 时，则屏幕的右下角显示一条短亮线； 当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，（00EH）=00H， （00FH）=00H时，则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和 8条暗线组成的虚线。 这就是 LCD显示的基本原理。 字符的显示： 用 LCD 显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由 68 或 88 点阵组成， 既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示 RAM 区的 8 字节，还要使每字节 的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。 这样一来 就组成某个字符。 但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了 可以让控制器工作在文本方式，根据在 LCD 上开始显示的行列号及每行的列数 找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。 汉字的显示: 汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵 码（一般用字模提取软件），每个汉字占 32B，分左右两半，各占 16B，左边为 1、 3、 5右边为2、 4、 6根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数可找 出显示 RAM 对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置 加 1，送第二个字节，换行按列对齐，送第三个字节直到 32B显示完就可以 LCD 上得到一个完整汉字。 字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD， 目前常用16*1，16*2，20*2和 40*2 行等的模块。 14 2.5.1 LCD1602的简介 1602LCD主要技术参数： 1 显示容量：162个字符； 2 芯片工作电压：4.55.5V； 3 工作电流：2.0mA(5.0V)； 4 模块最佳工作电压：5.0V； 5 字符尺寸：2.954.35(WH)mm 字符型型液晶是一种用 57点阵图形来显示字符的液晶显示器，根据显示的容 量可以分为1行 16个字、2行16个字、2行20个字等，最常用的为 2行16个字， 即我们要使用的1602液晶模块。 图2-7 1602液晶显示器实物 1602LCD 分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为 HD44780，带背光 的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如下图所示： 15 图2-8 LCD 尺寸图 1602 液晶模块内带标准字库，内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储 了 192 个 57 点 阵 字 符 ， 32 个 510 点 阵 字 符 。 另 外 还 有 字 符 生 成 RAM（CGRAM）512字节，供用户自定义字符。这些字符有：阿拉伯数字、英文字 母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比 如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址 41H中 的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。 2.5.2 1602的功能介绍 编号符号引脚说明编号符号引脚说明 1VSS电源地9D2数据 2VDD电源正极10D3数据 3VL液晶显示偏压11D4数据 4RS数据/命令选择12D5数据 5R/W读/写选择13D6数据 6E使能信号14D7数据 7D0数据15BLA背光源正极 8D1数据16BLK背光源负极 表2-3 引脚接口说明表 第 1 脚：VSS 为地电源。 第 2 脚：VDD 接5V 正电源。 第 3 脚：VL 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比 度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调 16 整对比度。 第 4 脚：RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、 低电平时选择指令寄存器 第 5 脚：R/W 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS 和 R/W 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 R/W 为高电 平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W 为低电平时可以写入数据。 第 6 脚：E 端为使能端，当E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第 714脚：D0D7 为8 位双向数据线。 第 15 脚：背光源正极。 第 16 脚：背光源负极。 1602 液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，： 序号指令RSR/W D7D6D5D4D3D2D1D0 1清显示0000000001 2光标返回000000001* 3置输入模式00000001I/DS 4显示开/关控制0000001DCB 5光标或字符移位000001S/C R/L * 6置功能00001DLNF* 7置字符发生存贮器地 址 0001字符发生存贮器地址 8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址 9读忙标志或地址01BF计数器地址 10写 数 到 CGRAM或 DDRAM） 10要写的数据内容 11从 CGRAM 或 DDRAM 读数 11读出的数据内容 表2-4 控制命令表 1602液晶模块的读写操作、 屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。 （说明：1为高电平、0为低电平） 指令 1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H 位置。 指令 2：光标复位，光标返回到地址00H。 指令 3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 17 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。 指令 4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电 平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。 指令 5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。 指令 6：功能设置命令 DL：高电平时为 4 位总线，低电平时为 8 位总线 N：低 电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示 5x7 的点阵字符，高 电平时显示5x10的点阵字符。 指令 7：字符发生器RAM 地址设置。 指令 8：DDRAM地址设置。 指令 9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能 接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。 指令 10：写数据。 指令 11：读数据。 读状态输入 RS=L，R/W=H，E=H输出 D0D7=状态字 写指令输入 RS=L，R/W=L，D0D7=指令码，E=高 脉冲 输出无 读数据输入 RS=H，R/W=H，E=H输出 D0D7=数据 写数据输入 RS=H，R/W=L，D0D7=数据，E=高 脉冲 输出无 表 2 -5 芯片时序图 1602LCD的RAM 地址映射及标准字库表 液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模 块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。 要显示字符时要先输入显示 字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，下图是1602的内部显示地址。 图2-9 1602的内部显示地址 18 注意：要显示0F和 4F后面的字符，就必须对显示器进行移屏操作才可以。 例如 第二行第一个字符的地址是 40H，那么是否直接写入 40H 就可以将光标定 位在第二行第一个字符的位置呢？这样不行，因为写入显示地址时要求最高位 D7 恒 定 为 高 电 平 1 所 以 实 际 写 入 的 数 据 应 该 是 01000000B （ 40H ） +10000000B(80H)=11000000B(C0H)。 在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式，在液晶模块显示字符时光 标是自动右移的，无需人工干预。 每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙 的状态。 2.5.3 显示电路 图 2-10 显示部分的电路图 19 123456789101112131 41516 A B C D 16151 413121110987654321 D C B A Title NumberRevisionSize A0 Date:21-May-2011Sheet of File:C:Documents and Settin gsAdministratorff.ddb桌 面 新 建 文 件 夹Drawn B y: EA/VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 W R 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE/P 30 TXD 11 RX D 10 U2 AT89S52 1 2 3 4 5 6 7 8 9 RP1 8X1K 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 J3 CO N16 VD D R10 1K R11 30K VC C VC C AD 1 AD 5 AD 6 D4D5 VSS D3D2D1D0 AD7 D6 AD4 AD 3 AD 2 AD 0 D7 在本次设计中，LCD1602 的 8 根数据线与 AT89S52 的 P0 口相连，RS 为寄存 器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。R/W为读写信号 线，RS 与P2.0 相连，由P2.0 控制LCD的写指令或写数据操作。 R/W 与P2.1相连 由 P2.1决定是读操作还是写操作。 E 端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平 时，液晶模块执行命令。E端与P2.2相连。 P0 本身没上拉电阻，所以外加上拉电阻，增强驱动能力。 2.6 语音芯片的采用 2.6.1 ISD系列芯片 美国 ISD 公司的 2500 芯片，按录放时间 60 秒、75 秒、90 秒和 120 秒分成 ISD2560、 2575、 2590 和25120 四个品种。 ISD2500 系列和1400系列语音电路一样 具有抗断电、音质好，使用方便等优点。它的最大特点在于片内 E2PROM 容量为 480K(1400 系列为 128K)，所以录放时间长；有 10个地址输入端(1400 系列仅为 8 个)，寻址能力可达 1024 位；最多能分 600 段；设有 OVF（溢出）端，便于多 个器件级联。 2500系列最多可分为 600 段，只要在分段录/放音操作前(不少于 300纳秒)， 给地址 A0A9 赋值，录音及放音功能均从设定的起始地址开始，录音结束由停 止键操作决定，芯片内部自动在该段的结束位置插入结束标志（EOM）；而放音 时芯片遇到EOM标志即自动停止放音。 2500 系列地址空间是这样分配的：地址 0599 作为分段用，地址 600767 未使用，地址7681023为工作模式选择。 采用ISD系列语音芯片进行录音是一种可行的方法，它有音质自然、 单片存 储、 反复录放、 低功耗等优点。 一块 ISD 芯片上集成有麦克风前置放大器(AMP)、 自动增益控制电路(AGC)、 抗混淆和平滑滤波器、 模拟存储阵列、 扬声器驱动器、 控 制接口和内部精确的参考时钟，外部元件包括：液晶、 麦克风、 扬声器、 开关和少 数电阻、电容，再加上电源和电池。 20 2.6.2 ISD2560的简介 ISD2560 语音芯片是美国 Winbond 公司产品，是 ISD系列单片语音录放集成 电路的一种。这是一种永久记忆型语音录放电路，录音时间为60s，可重复录放 10 万次。 芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术，省去了A/D、 D/A转换器。 每 个采样值直接存储在片内单个 EEPROM单元中，因此能够非常真实、自然地再现 语音、音乐、音调和效果声，避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化 噪声和“