基于单片机的公交车自动报站器毕业论文_图文

1、毕业论文(设计 题 目院 系 自动控制系专 业 电气工程与自动化学生姓名学 号指导教师职 称二O一二 年 六 月 三 日目 录1. 绪论 . 1 1.1 课题研究的背景及意义 . 1 1.2 报站器的动态发展趋势 . 21.3 设计的主要目标任务 . 24. 系统软件的设计 . 23 4.1 主流程图的设计 . 23 4.2 液晶显示程序的设计 . 24 4.3 DS1302时钟程序的设计 . . 254.4 语音播报程序的设计 . 265. 结论 . 266. 致谢 . 27 参考文献 . 27 附录 . 错误!未定义书签。基于单片机的公交车自动报站器的设计南京信息工程大学 电气工程与自动化

2、专业,南京 210044摘要:根据 STC89C51单片机的特点和公交车报站器的特点,本文提出了一种用单片机控制语音芯片进行公交车语音自 动报站的方法, 同时给出了软硬件设计的方法, 设计过程中包括硬件电路设计和软件程序编写两个方面, 解释了单片机在应 用过程中的方法和可能出现的问题。 本文主要介绍硬件电路设计部分。 利用 STC89C52和 ISD1730语音芯片建立语音信息库, 形成变化多样的语音信息, 利用其功放播放语音信息以及提示语音, 同时运用 LCD1602型号的液晶模块进行站数显示。 当公 交车到达某站点, 用键盘控制本系统工作, 通过语音电路输出语音信息和提示, 同时站数信息在

3、 LCD1602液晶模块上进行显 示。整个系统硬件设计包括键盘电路、复位电路、液晶显示电路、语音播报模块,时钟模块。关键词:单片机 STC89C51; LCD1602液晶显示; ISD1730语音电路; DS1302时钟;按键1. 绪论随着科学技术的日益发展和进步 , 无人售票的公交车的应用电路也多起来了,语音报站器更是被广泛 的使用起来,这在相当大的程度上免除了乘务人员沿途报站的麻烦,给许多不熟悉公交线路的乘客带来了 方便。1.1 课题研究的背景及意义公共汽车是现代文明城市的一道流动的风景线,因此对整车的外形甚至车身的色彩都有了较高的要 求。为了使免除乘务人员的麻烦也使乘客方便清楚的知道所到

4、的站名以及实时时间,公共汽车配备的一些 列的电子装置,其中最为普遍就是无人报站器、电子显示路牌、无人售票装置、前后电视监视系统等新技 术的采用。公交车自动报站器在公交事业中具有非常重要的的地位,因为它将直接影响到公共汽车的服务质量。 目前, 各个城市的公交车自动报站的方式主要三种, 其中一种是利用无线发送及接收芯片 PT2262/和 PT2272的公交车报站系统,在公交站的每个站牌处安装发射芯片 PT2262用来发射该站点事先编好的编码信号, 当公交车到达该范围内(如 50米之内时,其公交车上的接收芯片 PT2272将对信号进行接收与解码,然 后再将解码后的信息通过液晶显示模块显示,而语音芯片

5、将同时进行播报,该方式的报站系统价格低廉, 实现方便,也能满足现代公交车的基本需要,因此目前国内的大部分城市运用此种方式,另一种是功能很 强大且系统非常稳定的 GPS 卫星定位报站系统,但由于这种方式的投资很昂贵,尤其是对于一些中小城市 来说无法承受,国内虽也有此类产品的研制开发,但就目前的情况来看其投入的不是很广,但是在一些发 达国家(如美国的部分城市已经投入使用 GPS 卫星定位系统。第三种是手动电子报站方式,此方式价格 低廉,但操作较为繁琐,现已逐渐被淘汰。1.2 报站器的动态发展趋势当今社会,公交车是大多数城市居民出行的重要工具之一,但就公交车目前的报站系统来看很难满足 大家的要求。现

6、在公交车使用普遍的还是人工按键报站系统,此系统存在以下二个不可忽略的弊端: (1存在隐形的安全隐患,因为每次驾驶员都要在行驶时对报站器进行操作以进行报站,而车辆在 进出站的时候路面情况都很复杂,因此给行驶中的车辆和行人带来一定的安全隐患。(2 报站不够准确,因为驾驶员在行驶的过程中操作报站系统时时常会忘按键或者按错键,有时在 调整报站系统时会连续报站,这样会给不熟悉路线的乘客带来不便。目前我国的大部分城市公交自动报站的方式主要有三种:(1人工进行报站:一般是由当地的乘务人员用方言来进行报站,这样会给外地乘客带来很大的不 便,但这种方式已经被淘汰。(2半自动报站:这种报站方式是现在运用普遍的,但

7、由于这种报站系统需要驾驶员来控制,故会 有误报现象且还存在安全隐患。(3自动报站系:此报站方式已智能化,即无需驾驶员得参与,系统将自动识别站点,虽然比较准 确,但也容易出现问题且价格昂贵,所以这种方式运用的不是很普遍。虽然国能外都在研究公交自动报站系统,但采用的技术手段不一样,如:采用 GPS 定位系统自动报站 等等。这些开发成本较高,且难以实现普及,特别是一些中小城市难以负担,故开发一种综合性强的、且 价格交低、易于实现普及的系统是公交事业迫切需要的。1.3 设计的主要目标任务本课题要求设计公交车自动报站系统,以实现公交车的语音自动报站,即在进站、出站时候自动播报 语音提示信息及服务用语,同

8、时利用 LCD 液晶电路进行汉字显示。本设计要求利 STC89C51作为主控芯片 完成主控电路的设计,辅助电路要求包括语音电路、汉字点阵显示电路、电源电路等。2. 总体方案的设计2.1 本设计的原理本系统使用八位单片机作为控制器件。当系统进行语音再生时,单片机控制电路中的语音芯片来读取 其外接的存储器内部的语音信息,并合成语音信号,再通过语音输出电路,进行语音报站和提示。同时, 图 2.1 系统组成结构单片机通过程序读取文字信息,送入液晶显示模组来进行站数和站名的显示。当汽车到达某站时,司机或 乘务人员通过键盘来控制系统进行工作。当系统进行语音录制时,语音信号通过语音录入电路送给语音合 成电路

9、中的语音芯片,由语音芯片进行数据处理,并将生成的数字语音信息存储到语音存储芯片中,从而 建立语音库。本设计的系统如图 2.1所示。2.2 硬件方案的选择方案一:基于 ISD2560语音芯片的录放电路设计ISD2560系列语音芯片可通过 SPI 协议方便地与 CPU 接口。 用 ISD2560芯片构成的单片机通用开发板 采用国内最常用的 MCS-51语言单片机 89C51来与 ISD2560系列语音芯片相结合,可供用户开发各种新型 智能型数码语音产品。方案二; 基于 ISD1730语音芯片的录放电路ISD1730是华邦公司新推出 ISD1700 系列芯片的单片优质语音录放电路,该芯片能提供多项新

10、功能, 包括内置专利的多信息管理系统,新信息提示 , 双运作模式(独立 &嵌入式 ,以及可定制的信息操作指示 音效。芯片内部包含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器与内存等的全方位整 合系统功能 【 2】 。通过分析比较,本次设计采用 ISD1730语音芯片设计录放电路,其相对于 ISD2560语音芯片来讲功能 更强大,由按键直接控制语音的录放等,电路工作稳定、可靠性高,完全达到了设计要求,具有非常好的 实用性。方案一:采用 LCD 点阵显示,用来显示文字、图形、图像、等各种信息的显示屏幕。它均由 LCD 矩阵 块组成。图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图

11、形,该方案简单易行。但所需的元件较多, 且不容易进行操作,可读性差,一旦设定后,很难再加入其他的功能。方案二:采用液晶(LCD1602显示器件,该液晶显示器件与同类型的图形点阵液晶显示模块相比, 不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多,且该器件的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。而且此 液晶显示平稳、省电、美观,更容易实现题目要求,对后续的功能兼容性高, 。只需将软件作修改即可, 可操作性强,也易于读数,能同时显示日期、时间、星期且易于修改。综上分析,我们采用了第二个方案。方案一:采用软件实现,直接用单片机的定时器编程实现,优点节省硬件,但编程复杂且程序运行的 每一步都需要时间,多一步或少一

12、步程序都会影响记时的准确度,准确度较差。方案二:采用专用的时钟芯片实现时钟的记时,专用时钟芯片记时准确,容易控制,能够从芯片直接 读出日期、时间、星期,更符合题目要求。综上分析,我们采用了第二个方案,时钟芯片选择常用的 DS1302。3. 控制方案的介绍与分析3.1 单片机的选择与外围电路的设计单片微型计算机(Single Chip Microcomputer简称单片机,它是微型计算机的一个重要的分支, 它是把微型计算机的各个功能部件,即中央处理器(CPU 、随机存储器 RAM 、只读存储器 ROM 、定时 /计数 器及 I/O接口电路等集成在一块芯片上,构成一个完整的微型计算机。单片机的出现

13、是计算机技术发展史 上的一个重要里程碑,它使计算机从海量数值计算用途发展到智能化控制用途。从此,计算机技术在两个 重要的领域 -通用计算机领域和嵌入式(Embedded 计算机领域都获得了极其重要的进展 【 12-13】 。MCS-51系列单片机是美国 Intel 公司在 1980年继 MCS-48系列 8位单片机之后推出的高档 8位单片 机,此单片机凭其稳定的性能、高性价比以及良好的兼容,在各个领域得到了最为广泛的应用,也是我国 目前应用最广的单片机系列。在性能和功能方面, MCS-51单片机大大优于 MCS-48单片机。 MCS-51系列 有多种机型可供用户选择。MCS-51系列单片机最早

14、的典型代表为 8051,87581,8031,由于其型号和生产厂商的不同,在片内存 储器容量、中断系统、外围功能模块、最高时钟频率以及处理器速度等方面有很大的不同,但它们的指令 系统完全兼容,硬件系统的基本结构也相同,其主要的性能特点如下 【 11】 :1 8位 CPU.2 片内 128B RAM(MCS-52子系列有 256B RAM 。3 片内 4KB ROM/EPROM(8051/8751.4 特殊功能寄存器区。5 两个优先级的 5个中断源结构。6 4个 8位并行 I/O口(P0, P1, P2, P3 。7 两个 16位定时 /计数器(MCS-52子系列有 3个 .8 全双工串行口。9

15、 布尔处理器。10 64KB外部数据存储器地址空间。11 64KB外部程序存储器地址空间。12 片内振荡器及时钟电路。1、内部结构MCS-51的典型产品有 8031,8051,8751.8051内部有 4KB ROM, 8071内部有 4KB EPROM, 8031片内无 ROM ;初此之外,三者的内部结构及引脚完全相同。在单片机芯片的内部,其基本结构的构成是通用 CPU 加上外围芯片的模式,内部主要由 9个部件通过单一总线连接而成。内部总体结构如图 3.1所示,从图中 可以看出,这 9个主要部件是:1个 8位的中央处理器(包括 ALU,ACC,TMP1,TMP2, B 寄存器, PSW 及相

16、应 的定时和控制逻辑 , 4KB/8KB程序寄存器(ROM/EPROM , 128B/256B的数据寄存器(RAM , 32条 I/O接口线(图中 P0.0P0.7, P1.0P1.7, P2.0P2.7, P3.0P3.7 ,中断控制逻辑(具有 5个中断源, 2个 中断优先级 ,定时器控制逻辑(具有 2个可编程定时器 /计数器 ,串行接口控制逻辑(具有可工作于多 处理机通信, I/O接口扩展或全双工通用异步接收发送器的串行接口 , 21个专用寄存器(包括程序计数 器 PC 、堆栈指针寄存器 SP 、程序状态字存器 PSW 、数据指针寄存器 DPTR 等以及片内振荡器和时钟电路 (由 OSC

17、及相关电路组成 【 12】 。EA RDWR图 3.1 MCS-51单片机的内部结构1中央处理器(CPU 中央处理器是单片机的核心,完成运算和控制功能。它由运算器和控制器组成。运算器包括算术逻辑单元 (ALU 、 位处理器、 累加器 (ACC 、 寄存器 B 和暂存器以及程序状态字 (PSW 寄存器等。该模块的功能是实现数据的算术运算、逻辑运算、位处理和数据传送操作。控制器包括定时控制逻辑、指令寄存器、译码器及信息传送控制部分等,以实现控制功能。80C51单片机的 CPU 能处理 8位二进制数和代码,即 1B 。2内部存储器单片机的内部存储器包括程序存储器和数据存储器,它们是相互独立,严格分工

18、的。程序存储器为只 读存储器,只存放程序指令、常数和数据表格;数据存储器为随机存储器,只存放数据。80C51芯片内有 256个 RAM 单元来存放可读 /写的数据; 其中, 后 128个单元被专用寄存器占用,能作 为寄存器供用户使用的只有前 128个单元。因此,通常所说的内部数据存储器就是指前 128个单元,简称 内部 RAM 。80C51共有 4KB 的程序存储器,用于存放程序和不改写的数据;因其由 ROM 构成,故称为内部 ROM 。 3 I/O端口80C51单片机的内部共有 4个 8位的并行 I/O口(P0、 P1、 P2、 P3 ,以实现数据的并行输入和输出。 80C51单片机还有一个

19、全双工的串行口,以实现单片机与单片机之间以及单片机与外部设备之间的串 行数据传送。4定时系统与中断系统80C51内部集成了 2个 16位的定时器 /计数器用于实现定时或计数功能;同时,以其定时或计数的结 果(查询或中断方式来实现控制功能。80C51单片机具有中断功能,以满足控制应用的需要。 80C51共有 5个中断源,即外部中断 2个、定 时器 /计数器中断 2个、串行中断 1个、全部中断可分为高级和低级两个优先级别。5时钟电路时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列,用于协助和控制单片机的工作, 80C51单片机的内部有时钟电 路,在采用内部时钟时必须外接石英晶体振荡器和微调电容。系统允许的最高时钟

20、频率为 12MHZ 。6布尔处理器8051还内置了一个 1位微处理器,这个微处理器有自己的 CPU 、位寄存器、 I/O口和指令集,在开关 决策、逻辑电路仿真和实时测控方面都有明显的又是,极大地增强了 8051单片机的处理能力。在 8051系 列单片机中, 8位机和布尔处理器的硬件资源是复合在一起的 【 13】 。2、 80C51的外部引脚及功能MCS-51系列中各种型号芯片的引脚时候相互兼容的,在引脚上稍有差异。制造工艺为 HMOS 的 MCS-51单片机都采用了 40只引脚的双列直插封装(DIP 的方式,如图 3.2所示。 80C51单片机的 40个引脚分布 是:电源引脚 2根,外接晶体振

21、荡器引脚 2根,控制引脚 4根以及输入和输出引脚 32根。主电源引脚(2根Vss (20脚 :接地线。Vcc (40脚 :电源线,接 +5V电源。外接晶体引脚(2根XTAL1(19脚 :接外部晶体的一个引脚或引入外部时钟。当采用内部振荡器(时钟时,它接外部石 英晶体的一个引脚。 当采用外部振荡器 (时钟 时, 对 HMOS 型工艺的单片机而言, 此引脚应接地; 对 CHMOS型而言,此引脚作为时钟输入端(驱动器 。XTAL2(18脚 :接外部石英晶体的另一个引脚或引入外部时钟。当采用内部振荡器(时钟时,它接 外部石英晶体的令一个引脚。当采用外部振荡器(时钟时,对 HMOS 型工艺的单片机而言,

22、此引脚作为 时钟输入端;对 CHMOS 型而言,此引脚悬浮。控制引脚(4根RST/Vpp(9脚 :复位信号印引脚。当震荡器运行时,在此引脚上出现两个机器周期的高电平将使单 片机复位。一般在此引脚与 Vss 之间连接一个约 802K 下拉电阻,与 Vcc 引脚之间连接一个约 10uF 的电 容,以保证可靠地复位。ALE/PROG(30脚 :地址锁存允许信号。当访问外部锁存器时, ALE (允许地址锁存的输出用于锁存 地址的低 8位,即使不访问外部存储器, ALE 端仍以不变的频率周期性地输出脉冲信号,此频率为石英晶 振震荡频率的 1/6。因此,它可用作对外输出的时钟,或用于定时的目的。 图 3.

23、2 MCS-51系列单片机的引脚PSEN (29脚 :外部程序存储器的读选通信号。在读外部 ROM 时, PSEN 有效(低电平 ,以实现对外部 程序存储器的读操作。EA /VDD(31脚 :访问程序存储器选择控制信号。当 EA 信号接低电平时,对 ROM 的读操作(执行程序 限定在外部程序存储器;当 EA 接高电平时,对 ROM 的读操作(执行程序从内部开始。例如,内部带程序 存储器的 80C51,在使用时 EA 应接高电平。输入输出引脚(32根P0.0P0.7(3932 :P0口的 8条引脚可使用于两种不同的情况,在不接片外存储器与不扩展 I/O接口时, 可作为准双向口 I/O接口, 用于

24、传输用户输入输出的数据; 在接有片外存储器或扩展 I/O接口时, 在 CPU 访问外部存储器时先传输片外存储器低 8位地址,后传送 CPU 对片外存储器的读写数据,此时 P0口为地址 /数据分时复用。P1.0P1.7(18 :P1口可作为 8位准双向 I/O接口使用。 对于 MCS-52子系列单片机, P1.0与 P1.1还有第 2功能, P1.0可作为定时器 /计数器 2的计数脉冲输入端 T2, P1.1可作为定时器 /计数器 2的外部 控制端 T2EX 。P2.0P2.7(2128 :这组引脚也有具有两种功能,一种是可作为准双向 I/O接口使用,此时同上 述两个口的第 1功能;另一个功能与

25、 P0口配合,在接有片外存储器或扩展 I/O接口且寻址范围超过 256B 时, P2口用于传输片外存储器高 8位地址。P3.0P3.7(1017 :此端口除了作为准双 I/O接口使用外,还可以将每一位用于第 2功能,而且 P3口的每一条引脚均可独立定义为第 1功能下的输入输出或第 2功能。 P3口的第 2功能如表 1所示 【 7】 。 表 1 P3口的第 2功能 【 3】 MCS-51系列单片机在外扩程序存储器、 数据存储器及 I/O接口时都采用并行总线扩展方式。 单片机引 脚主要分为数据总线、地址总线、控制总线、用户端口 4个部分,如图 3.3所示。各个部分的特点如下: 1 数据总线数据总线

26、是指从单片机 P0口直接输入 /输出的 8位三态传送通道, P0端口是复用端口, 还以分时方式 用于地址总线的一部分。 P0端口的负载能力为可带 8个 LS TTL负载。2 地址总线地址总线是指从单片机 P0口以分时方式传输地址总线的低 8位和从 P2端口输出地址总线的高 8位。 P2端口可带 4个 LS TTL负载。 P0口和 P2口组成寻址外部存储器的 16位地址线,可寻址 64KB 外部存储 空间。3 控制总线控制总线是指从单片机 P3端口第二功能提供的控制线,以及单片机本身输出和输入的控制信号线。4用户端口用户端口是由单片机的 P1和 P3第一功能共同组成的。通常 P3端口被单片机系统

27、作为第二功能占用, 不可被用户使用。用户端口主要指的是 P1端口提供的输入 /输出功能。 P1端口可带 4个 LS TTL负载 【 6】 。图 3.3 MCS-51系列的单片机的对外总线结构单片机的复位分为上电自动复位和按钮手动复位两种。图 3.4(a 为上电复位电路,图 3(b 为按 钮手动复位电路。上电复位是利用电容充电来实现,即上电瞬间 RST/VPD端的电位与 Vcc 相同,随着充电电流的减少 RST/VPD端的电位逐渐下降。图 3(a 中的 8.2K 电阻是斯密特触发器输入端的一个下拉电阻。只要 Vcc 的上升时间不超过 1ms ,振荡器建立时间不超过 10ms ,这个时间常数足以保

28、证完成复位操作。上电复位所 需的最短时间是振荡器周期建立时间加两个机器周期时间,在这个时间内 RST/VPD端的电平应维持高于斯 密特触发器的下阀值。图 3(b 是按下复位按钮时,电源对外接电容充电,使 RST/VPD端为高电平,复位 按钮松开后,电容通过内部下拉电阻放电,逐渐使 RST/VPD端恢复低电平 【 3】 。(a 上电复位 (b 按钮电平复位图 3.4 80C51单片机的两种复位电路时钟电路用于产生单片机所需要的时钟信号,单片机在时钟信号的控制下各部件之间同步协调工作。 根据产生的方式不同,分为内部和外部两种时钟电路。在 MCS-51芯片内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器,

29、 其输入端为芯片引脚 XTAL1, 其输出 端为引脚 XTAL2。而在芯片的外部, XTAL1和 XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容,从而构成一个稳定 的自激振荡器,在引脚 XTAL1和 XTAL2上输出 3V 左右的正弦波,这就是单片机的振荡电路,如图 4(a 所示。(a 振荡电路 (b 外部时钟电路图 3.5 8051时钟电路通常,电容 C1和 C2取 30pf 左右, 主要作用是帮助振荡器起振,晶体的振荡频率范围是 1.212MHz 。 晶体振荡频率高,则系统的时钟频率也高,单片机运行速度也就快。在通常应用情况下, MCS-51使用振荡 频率为 6MHz 或 12MHz 。 在由多片

30、单片机组成的系统中, 为了各单片机之间时钟信号的同步,应当引入唯一 的公用外部脉冲信号作为各单片机的振荡脉冲 2。这是,外部的脉冲信号时经过 XTAL2引脚注入,其连接 如图 3.5(b 所示,由于 XTAL2端逻辑电平不是 TTL 的,故需要外接一个上拉电阻,外接信号应为时钟频 率低于 12MHz 的方波信号 【 3】 。3.2 语音提示电路目前,自动语音服务的应用范围越来越广,其中美国 ISD 公司生产的 ISD 系列语音录放电路以其电路 简单、应用方便、单片录放、不拍掉电、单色纯真、品种齐全、性价比高等特点,在众多的语音录放电路 中独领风骚。本设计使用的是 ISD1700系列的语音芯片

31、ISD1730.通过 STC89C51单片机控制 ISD1730语音芯片的录放,并用单片机对录放时间的设定和控制。 ISD1730 芯片提供了多项新功能,包括内置专利的多信息管理系统,新信息提示 , 双运作模式,以及可定制的信息 操作指示音效。芯片内部包含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器与内存等的 全方位整合系统功能。此芯片的性能特点是:1 可录、放音十万次,存储内容可以断电保留一百年。2 两种控制方式,两种录音输入方式,两种放音输出方式。3 可处理多达 255 段以上信息。4 有丰富多样的工作状态提示。 5 多种采样频率对应多种录放时间。6 音质好,电压范围宽,应用灵

32、活,价廉物美。 ISD1730的芯片管脚如图 3.6所示: VCCD (1脚 :数字电路电源。 LED (2脚 :LED 指示信号输出。 RESET (3脚 :芯片复位。MISO (4脚 :SPI 接口的串行输出端口。 ISD1700 在 SCLK 下降沿之前的半个周期将数据放置在 MISO 端。数据在 SCLK 的下降沿时移出。MOSI (5脚 :SPI 接口的数据输入端口。主控制芯片在 SCLK 上升沿之前的半个周期将数据放置在 MOSI 端。数据在 SCLK 上升沿被锁存在芯片内。此管脚在空闲时,应该被拉高。SCLK (6脚 :SPI 接口的时钟。由主控制芯片产生,并且被用来同步芯片 M

33、OSI 和 MISO 端各自 的 数据输入和输出。此管脚空闲时,必须拉高。 图 3.6 ISD1730芯片的管脚SS (7脚 :为低时,选择该芯片成为当前被控制设备并且开启 SPI 接口。空闲时,需要拉高。 VSSA (8脚 :模拟地。Anain (9脚 :芯片录音或直通时,辅助的模拟输入。需要一个交流耦合电容(典型值为 0.1uF , 并且输入信号的幅值不能超出 1.0Vpp 。 APC 寄存器的 D3 可以决定 Analn 信号被立刻录制到存储器 中,与 Mic 信号混合被录制到存储器中,或者被缓存到喇叭端并 经由直通线路 AUD/AUX 输出。MIC+(10脚 :麦克风输入 +。 MIC

34、-(11脚 :麦克风输入 -。VSSP2(12脚 :负极 PWM 喇叭驱动器地。 SP-(13脚 :喇叭输出 -。VCCP (14脚 :PWM 喇叭驱动器电源。 SP+(15脚 :喇叭输出 +。VSSP1(16脚 :正极 PWM 喇叭驱动器地。AUD/AUX(17脚 :辅助输出,决定于 APC 寄存器的 D7 ,用来输出一个 AUD 或 AUX 输出。 AUD 是 一个单端电流输出,而 AUD/AUX 是一个单端电压输出。他们能够被用来驱动一个外部扬声器。出厂默认 设置为 AUD 。 APC 寄存器的 D9 可以使其掉电。AGC (17脚 :自动增益控制。 VOL (18脚 :音量控制。ROS

35、C(19脚 :振荡电阻, ROSC 用一个电阻连接到地,决定芯片的采样频率。 VCCA (21脚 :模拟电路电源。FT (22脚 :在独立芯片模式下,当 FT 一直为低, Anain 直通线路被激活。 Anain 信号被立刻从 Anain 经由音量控制线路发射到喇叭以及 AUD/AUX 输出。不过,当在 SPI 模式下, SPI 无视这个输入, 而且直通线路被 APC 寄存器的 D0 所控制。该管脚有一个内部上拉设备和一个内部防抖动电路,允许使 用按键开关来控制开始和结束。PLAY (23脚 :播放控制端。 REC (24脚 :录音控制端。 ERASE (25脚 :擦除控制端。 FWD (26

36、脚 :快进控制端。RDY / INT(27脚 :一个开路输出。 Ready( 独立模式 该管脚在录音,放音,擦除和指向操作时保 持为低,保持为高时进入掉电状态。 Interrupt(SPI 模式 在完成 SPI 命令后,会产生一个低信号的中 断。一旦中断消除,该脚变回为高。ISD1730语音芯片采用 CMOS 技术,内含晶体振荡器、防混叠滤波器、平滑滤波器、自动静噪、音频功 率放大器及高密度多电平闪烁存储阵列等,如图 3.7所示,因此只需很少的外围器件就可构成一个完整的 声音录放系统。ISD1730 的独立按键工作模式录放电路非常简单且功能强大。不仅有录、放功能,还有快进、擦除、 音量控制、直

37、通放音和复位等功能。这些功能仅通过按键就可完成。 在按键模式工作时,芯片可以通过 /LED 管脚给出信号来提示芯片的工作状态,并且伴随有提示音,用户也可自定 4 种提示音效:录音操作: 按下 REC 键, /REC 管脚电平变低后开始录音,直到松开按键使电平拉高或者芯片录满 时结束。录音结束后,录音指针自动移向下一个有效地址。而放音指针则指向刚刚录完的那段语音地址。放音操作: 放音操作有两种模式,分别是边沿触发和电平触发,都由 /PLAY 管脚触发。1 边沿触发模式:点按一下 PLAY 键, /PLAY 管脚电平变低便开始播放当前段的语音, 并在遇到 EOM 标志后自动停止。放音结束后,播放指

38、针停留在刚播放的语音起始地址处,再次点按放音键会重新播放刚 才的语音。在放音期间, LED 灯会闪烁直到放音结束时熄灭。如果在放音期间点按放音键会停止放音。图 3.7 ISD1730内部结构图2电平放音模式:如果一直按住 PLAY 键,使 /PLAY 管脚电平持续为低,那么会将芯片内所有语音 信息播放出来,并且循环播放直到松开按键将 /PLAY 管脚电平拉高。在放音期间 LED 闪烁。当放音停止, 播放指针会停留在当前停止的语音段起始位置。快进操作:点按一下 FWD 按钮将 /FWD 端拉低,会启动快进操作。快进操作用来将播放指针移向下 一段语音信息。当播放指针到达最后一段语音处时,再次快进,

39、指针会返回到第一段语音。当下降沿来到 /FWD 端时,快进操作还要决定于芯片当时的状态:1若芯片在掉电状态并且当前播放指针的位置不在最后一段,那么指针会前进一段,到达下一段语 音处。2 若芯片在掉电状态并且当前播放指针的位置在最后一段,那么指针会返回到第一段语音处。3若芯片正在播放一段语音(非最后一段 ,那么此时放音停止,播放指针前进到下一段,紧接着播 放新的语音。4若芯片正在播放最一段语音,那么此时,放音停止,播放指针返回到第一段语音,紧接着播放第 一段语音。擦除操作:擦除操作分为单段擦除和全体擦除两种擦除方式,区别如下:单个擦除:只有第一段或最后一段语音可以被单个擦除。点按一下 ERASE

40、 健将 /ERASE 管脚拉低,这 时具体的擦除情况要看播放指针的状态: 1如果芯片空闲并且播放指针指向第一段语音,则会删除第一 段语音,播放指针指向新的第一段语音(执行擦除操作前的第二段 ; 2如果芯片空闲并且播放指针指 向最后一段语音,则会删除最后一段语音,播放指针指向新的最后一段语音(执行擦除操作前的倒数第二 段 ; 3如果芯片空闲并且播放指针指向没有指向第一或最后一段语音,则不会删除任何语音,播放指 针也不会被改变 ; 4如果芯片当前正在播放第一段或最后一段语音,点按下 ERASE 键会删除当前语音。全体擦除:当按下 ERASE 键将 /ERASE 管脚电平拉低超过 2.5 秒钟,会触

41、发全体擦除操作,删除全 部语音信息。复位操作:如果用 RESET 控制此管脚,建议 /RESET管脚与地之间连接一个 0.1F 电容。当 /RESET被触发,芯片将播放指针和录音指针都放置在最后一段语音信息的位置。音量操作:点按一下 VOL 键将 /VOL管脚拉低会改变音量大小。每按一下,音量会减小一档,再到达 最小档后再按的话, 会增加音量直到最大档, 如此循环。 总共有 8个音量档供用户选择, 每一档会改变 4dB 。 复位操作会将音量档放在默认位置,即最大音量。FT 直通操作:将 /FT管脚与 GND 短接,持续保持在低电平会启动直通模式。当按下 S1键 , 输出一个低电平, /REC端

42、为低电平有效, 开始执行录音操作。 当松开 S1时则为高电平, 录音停止。 当按下 S2时, 输出一个低电平, /PLAY为低电平有效, 那么会将芯片内所有语音信息播放出来, 并且循环播放直到松开按键将 PLAY 管脚电平拉高。 在放音期间 LED 灯闪烁。 当放音停止, 播放指针会停 留在当前停止的语音段起始位置。 当松开 S1时则为高电平, 放音停止。 当按下 S3, 输出为低电平, ERASE 键将 ERASE 管脚电平拉低超过 2.5 秒钟,会触发全体擦除操作,删除全部语音信息。图 3.8 ISD1730与单片机的连接当按下 S4时, FWD 端拉低,会启动快进操作。快进操作用来将播放

43、指针移向下一段语音信息。当按 下 S6时,将 VOL 管脚拉低会改变音量大小。每按一下,音量会减小一档,再到达最小档后再按的话,会 增加音量直到最大档, 如此循环。 按下 S5键时, RESET 管脚与地之间连接 一个 0.1 F 电容。 当 RESET 被触发,芯片将播放指针和录音指针都放置在最后一段语音信息的位置,芯片就复位了。与单片机的连接 图如图 3.8所示。3.3 时钟模块本设计利用单片机 80C51和时钟芯片 DS1302进行数据通信, 读取和写入实时数据。 本设计主要涉及 3个方面的内容:一个方面是如何针对系统的需要选择合适的时钟芯片,二是如何设计外围电路和单片机的 接口电路,三

44、是如何编写控制时钟芯片的单片机的程序。DS1302时钟芯片可以工作于 24小时模式或 AM/PM的 12小时模式。其内部包含了 10个小时寄存器和 31字节 RAM ,这些寄存器和 RAM 用来存放各种时间数据。在使用时,可以对芯片的当前时间进行设定。 芯片采用了简单的 I2C 三线通信方式, 便于节省芯片和与之接口的微处理器管脚。 芯片有着 2.05.5V 的宽供电电压范围,在 5V 供电时其接口与 TTL 电平兼容;并且功耗很低,在 2.0V 供电时仅耗 300nA 的电 流。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年,一个月小于 31日时可自动调整,包括闰年,有效 至 2100年。可采用

45、 12h 或 24h 方式计时,采用双电源(主电源和备用电源供电,可设置备用电源充电 方式,同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。芯片为 8引脚小型封装, DS1302实时芯片的主要 性能如下 15:1 31字节 RAM 存储时间数据。2 2.05V 供电。3支持单字节传输模式和突发式传输模式。4 8针 DIP 封装和 SOIC 封装。5 3线接口,简单易用。6兼容 TTL 电平。7操作温度 -40+85°C.1. 管脚图及管脚说明 15DS1302是一个可编程的涓流充电器,具有主电源和备份电源的双电源管脚。 DS1302的 8针 DIP 封装 如图 3.9所示。 DS1302

46、 各引脚说明如下:图 3.9 DS1302引脚排列图1 Vcc2(1脚 :在双电源供电系统中的主电源管脚。2 X1(2脚 :连接一个标准的 32768Hz 石英晶体。 DS1302也可用外部振荡器驱动,这是 X1管脚连 接外部振荡器信号, X2悬浮。3 X2(3脚 :连接一个标准的 32768Hz 石英晶体。 DS1302也可用外部振荡器驱动,这是 X1管脚连 接外部振荡器信号, X2悬浮。4 GND(4脚 :电源地。5 RST (5脚 :复位信号,在一个读写期间必须保持高电平。6 I/O(6脚 :双向数据线管脚。7 SCLK(7脚 :串行接口的同步时钟。8 Vcc1(8脚 :在单电源供电系统

47、中的电源管脚,在双电源系统中接备份电源。 2、内部功能图DS1302的内部框图如图 3.10所示,从图中可以看出, DS1302由电源控制模块、实时时钟、振 GND图 3.10 DS1302的内部功能框图 荡器和分时器、输入移位寄存器、命令和控制逻辑以及 RAM 组成。各部分介绍如下:1振荡器和分频器是整个时钟芯片的基准,它决定了时钟芯片的精度,芯片可以外接一个标准的石 英晶体,也可以用外部振荡器驱动;2命令和控制器逻辑根据不同的指令对时钟芯片进行不同的操作;3内部 RAM 主要用来存储时间信号。DS1302与单片机的连接仅需要 3条线,即 SCLK 、 I/O、 RST 、 。 Vcc2在单

48、电源与电池供电的系统中提供 低电源并提供低功率的电池备份。 Vcc2在双电源系统中提供主电源,在这种运行方式下 Vcc1连接带备份 电源,以便在没有主电源的情况下能保存时间信息以及数据。 DS1302由两者中的较大者供电。当 Vcc2大 于 Vcc1+0.2V时, Vcc2给 DS1302供电。当 Vcc2小于 Vcc1时, DS1302由 Vcc1供电 15。DS1302在单片机系统中的典型应用电路如图 3.11所示, RST 接在 P0.5上,此引脚为高电位时,选中 此芯片,可对其进行操作。串行数据线 I/O与串行时钟线 SCLK 分别接在 P0.6和 P0.7上,所有的单片机 地址、命令

49、及数据均通过这两条线传输。在本设计中, 89C51为主器件, DS1302为从器件,主器件在总线上产生时钟脉冲、寻址信号、数据信号灯,而从器件则相应接收数据、传送数据。 图 3.11 89C51与 DS1302的接口电路对 DS1302的每一次读写需 16个时钟脉冲,前 8个脉冲输入操作地址和读写命令,命令格式可以参考 DS1302的数据手册。 其中, Bit7必须为 1; Bit0为 0时向芯片写入数据, 为 1时从芯片读出数据; Bit6Bit1选定芯片中的地址。后 8个脉冲写入或读出数据。3.4 液晶显示电路液晶显示器是一种功耗极低的显示器件, 按其功能可分为两大类:段式液晶显示器和点阵

50、液晶显示器。 前者可显示数字、 字符和符号等, 而点阵式液晶显示器还可以显示汉字和任意图形, 达到图文并茂的效果, 其应用越来越广泛,与 LED 相比,液晶显示器 (LCD具有以下的优点:1工作电压低、微功耗、可以和大规模集成电路相匹配,使便携式计算机成为可能。2体积小。采用平板型结构,使用方便。3属被动显示器件,适合户外用户使用,符合人眼的视觉习惯。4显示信息量大、无电磁辐射、接口方便。字符型液晶显示是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式 LCD ,本设计采用的是 LCD1602型液 晶显示器,其外形尺寸为 80×36×14,单 5V 供电,由左到右共 16个引脚,其

51、实物如图 3.12所示。字符9-10。 图 3.12 1602字符型液晶显示器实物图此芯片的正常工作时电流仅 2.0mA/5.0V, 通过编程实现自动关闭屏幕能够更有效的降低功耗。 LCD1602分两行显示,每行可显示多达 16个字符。 LCD1602液晶模块内部的字符发生存储器(CGROM 已经存储了 160个不同的点阵字符图形,通过内部指令可实现对其显示多样的控制,并且还能利用空余的空间自定义 1602LCD 采用标准的 14脚(无背光或 16脚(带背光接口,各引脚接口说明如下:VSS (1脚 :电源地。VDD (2脚 :+5V逻辑电源。V0(3脚 :V0为液晶显示器对比度调整端,接正电源

52、时对比度最弱,接地电源时对比度最高,对比 度过高时会产生“鬼影”,使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度 。RS (4脚 :RS 为寄存器的选择,高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。RW (5脚 :RW 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 RW 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 RW 为高电平时可以读忙信号,当 RS 为高电平 RW 为低电 平时可以写入数据。E (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。 低电平时可以写入 数据。DB0DB7(714脚 :8 位数据线引线。图 3

53、.13 点阵字符图形集1602液晶模块内部的字符发生存储器 (CGROM 已经存储了 160个不同的点阵字符图形, 如图 3.13所 示,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 ” 。对 DDRAM 的内容和地址操作, HD44780的指令集及其设置说明,共有 11条指令 9-10如表 2至表 12:表 2 基本操作时序 <2> 光标归位,即将光标撤回液晶显示屏的左上方 ;&

54、lt;3> 将地址计数器 (AC的值设为 0。表 3 光标归位指令 功能:<1> 把光标撤回到显示器的左上方 ;<2> 把地址计数器 (AC的值设置为 0;<3> 保持 DDRAM 的内容不变表 4 输入模式设置指令 功能:设定每次写入 1位数据后光标的移位方向,并且设定每次写入的一个字符是否移动。 参数设定的情况如下所示:I/D 0=写入新数据后光标左移 1=写入新数据后光标右移S 0=写入新数据后显示屏不移动 1=写入新数据后显示屏整体右移 1个字 表 5 显示开关控制指令功能:控制显示器开 /关、光标显示 /关闭以及光标是否闪烁。参数设定的情况如下: D 0=显示功能关 1=显示功能开C 0=无光标 1=有光标B 0=光标不闪烁 1=