基于单片机的语言存储与复读系统设计

1、 毕 业 设 计 说 明 书题 目：基于单片机的语音存储与 复 读 系 统 设 计学 院：专 业：信 息 工 程年 级：学 生：学 号：指导教师：完成日期： PAGE III基于单片机的语音存储与复读系统设计摘 要：本设计实现了语音数据采集、存储和复读等功能。该系统通过话筒录入语音数据，然后经过放大电路、滤波电路和A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，再通过单片机控制将信号储存在存储器中。复读时，再由单片机控制提取存储器中的数据，通过D/A转换器将数字信号转换为模拟信号，再通过滤波电路和功率放大电路将语音信号还原后在扬声器上输出语音。同时系统将按键与数码管、液晶显示模块配合，可以达到对系统的实

2、时控制。关键词：语音存储，模数与数模转换，带通滤波，复读系统Abstract：This design has realized the voice acquisition, storage and playback and so on. The system uses the microphone input voice, Then the analog signal through the amplifying circuit, the filter circuit and the A/D switch, is transformed into the digital signal and

3、is stored in the memory. When this system needs to playback, data is gotten from the memory, and it transforms into the analog signal through the D/A switch. Moreover through the filter circuit and the power amplifier, the voice signal can be recovered and output voice on the loudspeaker. Simultaneo

4、usly the system realizes real-time control with key and nixie-tube，liquid-crystal display.Keywords：Phonetic Memory，D/A and A/D Converter ，Band-pass Filter，Playback System目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc201076524 1前言 PAGEREF _Toc201076524 h 1 HYPERLINK l _Toc201076525 1.1设计背景 PAGEREF _Toc20107652

5、5 h 1 HYPERLINK l _Toc201076526 1.2实施计划 PAGEREF _Toc201076526 h 2 HYPERLINK l _Toc201076527 2总体方案设计 PAGEREF _Toc201076527 h 3 HYPERLINK l _Toc201076528 2.1方案比较 PAGEREF _Toc201076528 h 3 HYPERLINK l _Toc201076529 2.1.1方案一 PAGEREF _Toc201076529 h 3 HYPERLINK l _Toc201076530 2.1.2方案二 PAGEREF _Toc201076

6、530 h 4 HYPERLINK l _Toc201076531 2.2方案论证 PAGEREF _Toc201076531 h 4 HYPERLINK l _Toc201076532 2.3方案选择 PAGEREF _Toc201076532 h 4 HYPERLINK l _Toc201076533 3单元模块设计 PAGEREF _Toc201076533 h 5 HYPERLINK l _Toc201076534 3.1各单元模块功能介绍及电路设计 PAGEREF _Toc201076534 h 5 HYPERLINK l _Toc201076535 3.1.1主控制器设计 PAGE

7、REF _Toc201076535 h 5 HYPERLINK l _Toc201076536 3.1.2基于ZLG7289的键盘电路设计 PAGEREF _Toc201076536 h 6 HYPERLINK l _Toc201076537 3.1.3前置放大电路设计 PAGEREF _Toc201076537 h 8 HYPERLINK l _Toc201076538 3.1.4带通滤波器设计 PAGEREF _Toc201076538 h 9 HYPERLINK l _Toc201076539 3.1.5A/D采样电路设计 PAGEREF _Toc201076539 h 11 HYPER

8、LINK l _Toc201076540 3.1.6数据存取电路设计 PAGEREF _Toc201076540 h 12 HYPERLINK l _Toc201076541 3.1.7D/A转换电路设计 PAGEREF _Toc201076541 h 14 HYPERLINK l _Toc201076542 3.1.8后置功率放大电路设计 PAGEREF _Toc201076542 h 14 HYPERLINK l _Toc201076543 3.1.9显示电路设计 PAGEREF _Toc201076543 h 15 HYPERLINK l _Toc201076544 3.1.10电源电路

9、 PAGEREF _Toc201076544 h 16 HYPERLINK l _Toc201076545 3.2电路参数的计算及元器件的选择 PAGEREF _Toc201076545 h 17 HYPERLINK l _Toc201076546 3.2.1电源电路 PAGEREF _Toc201076546 h 17 HYPERLINK l _Toc201076547 3.2.2时钟电路 PAGEREF _Toc201076547 h 19 HYPERLINK l _Toc201076548 3.2.3复位电路 PAGEREF _Toc201076548 h 19 HYPERLINK l

10、_Toc201076549 3.3特殊器件的介绍 PAGEREF _Toc201076549 h 19 HYPERLINK l _Toc201076550 3.3.1ZLG7289 PAGEREF _Toc201076550 h 19 HYPERLINK l _Toc201076551 3.3.2ADC0809 PAGEREF _Toc201076551 h 27 HYPERLINK l _Toc201076552 4软件设计 PAGEREF _Toc201076552 h 30 HYPERLINK l _Toc201076553 4.1软件设计原理及设计所用工具 PAGEREF _Toc20

11、1076553 h 30 HYPERLINK l _Toc201076554 4.2软件结构图 PAGEREF _Toc201076554 h 31 HYPERLINK l _Toc201076555 4.3软件流程框图 PAGEREF _Toc201076555 h 31 HYPERLINK l _Toc201076556 4.3.1总体流程图 PAGEREF _Toc201076556 h 31 HYPERLINK l _Toc201076557 4.3.2基于ZLG7289的键盘软件设计 PAGEREF _Toc201076557 h 33 HYPERLINK l _Toc2010765

12、58 4.3.3显示电路程序设计 PAGEREF _Toc201076558 h 33 HYPERLINK l _Toc201076559 5系统调试 PAGEREF _Toc201076559 h 35 HYPERLINK l _Toc201076560 5.1硬件调试 PAGEREF _Toc201076560 h 35 HYPERLINK l _Toc201076561 5.2软件调试 PAGEREF _Toc201076561 h 37 HYPERLINK l _Toc201076562 6结论 PAGEREF _Toc201076562 h 39 HYPERLINK l _Toc20

13、1076563 7总结与体会 PAGEREF _Toc201076563 h 40 HYPERLINK l _Toc201076564 8谢辞 PAGEREF _Toc201076564 h 41 HYPERLINK l _Toc201076565 9参考文献 PAGEREF _Toc201076565 h 42 HYPERLINK l _Toc201076566 附1 系统的原理电路图 PAGEREF _Toc201076566 h 43 HYPERLINK l _Toc201076567 附2 系统的相关软件 PAGEREF _Toc201076567 h 44 HYPERLINK l _

14、Toc201076568 附3 外文文献翻译译文 PAGEREF _Toc201076568 h 52 HYPERLINK l _Toc201076569 附4 外文文献翻译原文 PAGEREF _Toc201076569 h 59第 PAGE 74 页前言传统的磁带语音录放系统因其体积大、使用不便，在电子与信息处理的使用中受到许多限制。体积小巧，功耗低的语音存储与复读系统将完全可以替代它。80年代以来，美、日等国的数字语音技术的研究工作进入了应用阶段，相继研制的大规模集成电路语音芯片已经供应市场，并不断推出新的品种。数字语音技术的应用领域十分广泛，首先是数字通信系统。当通过数字通信系统传送语

15、音信号时，语音数字化技术就是必不可少的了。在我们的日常生活中，语音存储与复读技术得到了广泛的应用，诸如公交车报站器，采访笔，MP3播放器，手机等，使得产品的功能强大，淘汰了磁带录音的传统方式，方便了人们的生活，推动了社会的进步。现有语音技术会在未来几年在嵌入式系统、无线互联网以及语音翻译应用起来，这对信息产业将产生的深刻影响。将来用户无论是在办公室、家中，还是在旅行的路上都可以通过移动或者固定电话与语音门户网站进行自动对话，倾听语音门户为您提供的服务，得到感兴趣的诸如天气、航班、酒店、交通和股市行情等各种信息，使浏览互联网的过程不再局限于计算机。语音存储与复读系统的实现具有多种方式，一种是利用

16、单片集成的语音存储与复读芯片，如美国ISD公司的ISD1420等；另一种以微控制器为核心，辅以A/D转换，D/A转换以及大容量的存储器。而单片集成的语音存储与复读芯片，一般智能性较差，不容易解决音量的问题，同时录放录制的时间有限，不能灵活地变化。基于微控制器的语音存储与复读系统具有录制方便、回放灵活、无磨损、可靠性强等优点，在实际生活中得到了广泛的应用，如公共设备、智能仪表仪器、小家电等。因此，在多数需要语音的存储与复读的场合中，采用了基于微控制器的语音存储与复读系统。本设计选择了以单片机为核心来实现语音存储与复读系统。以AT89C51芯片为核心的单片机小系统，用它来实现整个语音存储与复读系统

17、的逻辑控制。单片机将通过模数转换器A/D转换的数字信号送入外部存储器中，在复读时，单片机再从存储器中读出，送到数模转换器D/A转换成模拟信号输出。设计背景从磁带、录像带到CD、VCD、DVD；从黑白电视机、彩色电视机、高清晰度电视机（HDTV）到具有数字信号处理功能的电视机；从留声机、录音机到语音信箱；现在正处在模拟信息到数字信息的变革之中，传统的磁带语音录放系统因其体积大，使用不便，在电子与信息处理的使用中受到许多限制。虽然，目前广播电视系统尚未实现真正的数字化，相信在不久的将来，真正的数字电视机、数字收音机、数字收录机将进入家庭。所以，研究音频信号的数字化存储、处理和回放系统有着很重要的现

18、实意义。实施计划3月24至4月2日，查阅和收集文献资料；4月3至4月17日，提出设计方案，并对方案进行比较和论证，选出最佳方案；4月18至5月2日，完成硬件电路设计；5月3至5月15日，完成相关软件编程；5月16至5月30日，进行系统的模拟测试；5月31至6月9日，撰写设计报告，并准备毕业设计答辩。总体方案设计方案比较方案一图2-1 方案一的原理框图图2-2 方案二的原理框图方案一：本方案使用凌阳单片机SPCE061A自带的LineIN输入语音信号，将ADC的结果进行数字滤波，然后存放到存储器中，播放时从存储器中读取数据，直接送到凌阳单片机SPCE061A自带的DAC进行播放。其原理图如图2-

19、1所示。方案二方案二：本方案主要包括微控制器、LCD显示、键盘、麦克风、前置放大器、前置带通滤波器、A/D、外扩存储器、D/A、后置带通滤波器、后置放大器的喇叭。该方案将语音信号经放大、滤波后，送入A/D转换器。A/D转换后的数字化语音信号，通过单片机写入片外数据存储器，完成语音数字化存储。复读时，单片机从数据存储器中将数据读出，送入D/A转换器，并经滤波、功率放大后，实现语音复读。其原理框图如图2-2所示。方案论证方案一因为凌阳单片机SPCE061A的MicIN通道内置了带AGC的放大电路，而LineIN通道需要在芯片外围搭建这部分电路，而且带AGC的放大电路也不是很好调的。方案二的A/D、

20、D/A采用并行转换器，占用单片机口线资源较多，但其数据传送速度快，有利于采用频率与复读质量的提高。方案选择语音存储与复读系统能够将语音先进行录制，然后再复读，适合应用在一些需要语音播报功能的设备上，如公交车报站器、智能小家电、智能玩具等。在一些实际应用中，一般录制是在产品出厂时，由专业人员进行录制，而在实际应用中只需要播放，如公交车报站器。但在另外一些实际应用中，则需要用户既能随意地录制，又能随意地播放，如智能玩具。 语音存储与复读系统比较重要的两个指标是语音的最大录制时间和语音复读的质量。语音的最大录制时间是由语音存储设备的容量与复读系统的存储设备的容量来决定的，一般采用的RAM，即为系统R

21、AM的容量。在一般的单片机系统中，RAM的容量非常有限，需要扩展一定容量的RAM。而语音复读的质量主要由系统中A/D以及D/A来决定，A/D与D/A的精度越高，语音的质量越好，同时系统的噪声抑制能力，如带通滤波器的优劣等，也会影响到语音的质量。综上所述，本设计选择方案二。单元模块设计本系统的硬件主要有AT89C51单片机系统，基于ZLG7289的键盘，NE5532组成的前置放大器，NE5532与R、C组成的前置/后置带通滤波器，ADC0809组成的A/D转换电路，IS61LV2568组成的数据存取电路，DAC0832组成的D/A转换电路，LM386组成的后置功率放大器电路，LCD显示电路等。各

22、单元模块功能介绍及电路设计本系统主要分为九个单元模块，它们分别是：主控制器模块、基于ZLG7289的键盘电路模块、前置放大电路模块、带通滤波器模块、A/D采样电路模块、数据存取电路模块、D/A转换电路模块、后置功率放大电路模块和显示电路模块。主控制器设计主控制器即为一个51系统单片机的最小系统，在此单片机选择了Atmel公司的AT89C51，主控制器电路如图3-2所示。微控制器主要负责录音、复读中对外部命令的响应，同时需要对存储器进行读写操作。本语音存储与复读系统采用51系列单片机，负责控制与协调其他各个模块的工作，并进行简单的数字信号处理。在整个语音存储与复读系统中，微控器是系统的控制中心，

23、其工作效率的高低关系到系统效率的高低以及系统运行的稳定性。而51系列单片机具有成本低，稳定性好，且运行速度基本能满足该系统的要求。图3-1 单片机最小系统原理框图单片机最小系统主要是以51系列单片机作为核心，再附带一些使单片机能够运行的最小资源，主要包括电源、时钟电路、复位电路和扩展接口电路等部分，其结构如图3-1所示。电源、时钟等电路是使单片机能运行的必备条件，可以作为应用系统的核心部分，通过对其进行存储器扩展、A/D扩展等，使单片机完成较复杂的功能。因此，51单片机最小系统的功能主要如下：单片机能够运行用户程序、用户可以复位单片机、具有相对强大的外部扩展功能。图3-2 主控制器电路单片机作

24、为一种微控制器，在日常生活以及工业生产中的应用越来越广泛，而在基于单片机的应用系统设计，单片机本身正常运行所需要的资源基本上是固定不变的，而单片机的最小系统就是一个能够满足单片机本身运行要求的基本系统，因此，设计最小系统对于基于单片机的应用系统设计具有很大的意义。基于ZLG7289的键盘电路设计在语音存储与复读系统中，需要采用键盘对语音的录制以及复读进行控制。在分段录制与播放中，同时还需要段号的输入等。而在本系统中，由于需要的按键数量较多，因此，选用了基于专用键盘管理芯片ZLG7289的键盘。键盘电路采用按键扫描管理集成芯片ZLG7289，在本系统中需要用到015等16个按键，同时需要两个开关

25、来选择录音或者复读，基于ZLG7289键盘电路设计如图3-3所示。图3-3 基于ZLG7289键盘电路设计该电路中，数码管必须是共阴型的，不能直接使用共阳型的。数码管在工作时要消耗较大的电流，R19R26是限流电阻，典型值是270。如果要增大数码管的亮度，可以适当减小电阻值，最低200。16只按键中，左下角是S0,右上角是S15。为了使键盘扫描得以正常进行，下拉电阻R11R18和位选电阻R27、R28是必需的。他们之间还要遵从一定的比例关系，比值在5:150:1之间，典型值是10:1。下拉电阻取值范围在10100k之间，位选电阻取值范围在110k之间。本系统中，需要两个按键来控制语音录入与播放

26、，录音/复读开关电路如图3-4所示。 图3-4 录音/复读开关电路前置放大电路设计前置放大电路由基于NE5532的放大电路构成，可以分为两个部分：放大电路和AGC（自动增益控制）电路。放大电路如图3-5所示，由一级电压跟随器和一级同相放大器组成。图3-5 放大电路人耳能听到的声音的频率范围为20Hz20000Hz ,而一般语音频率最高为3400Hz。语音的采集是指声音传入麦克风，就变成了电压信号，它在时间上和幅度上都是连续变化的，也就是说，麦克风采集到的声音是一个模拟信号。对这个模拟信号进行抽样便得到了时间上离散的信号，这些信号被称为样本；但是这些样本的幅度仍然是连续的，因此需要对样本进行量化

27、，得到幅度上离散的样本；最后再对这些样本的量化值进行编码，至此我们就得到了数字化的音频信号。语音声波信号经麦克风和放大器转换成有一定幅度的模拟量电信号,然后再转换成数字量的全过程。根据“奈奎斯特采样定理”,采样频率必须大于模拟信号最高频率的两倍,由于语音信号频率为3003400Hz,所以把语音采集的采样频率定为8kHz。通常情况下，拾音器输出的是微弱的电信号，因此在拾音器的后端需要将该电信号进行放大处理，能完成此功能的电路称为前置放大器。一般情况下，拾音器的输出为毫伏级的电压信号，需要进行放大到伏级的电压信号。在本系统中，采用了运算放大器NE5532。麦克风的选择对语音的质量影响比较明显。麦克

28、风的作用是将语音信号转化成电信号，一个优质的麦克风可以使得输出的电信号的性噪比比较高。在本系统中，采用了TTL电平驱动的普通拾音器。图3-6 AGC(自动增益控制)电路AGC（自动增益控制）电路如图3-6所示，采用模拟方式来实现，其中，1N4148、R47、C35组成了包络检波，检波输出用来控制N型JFET-3DJ7，使得其电阻变化，这样就可以自动改变放大器的增益，从而实现自动增益控制(AGC)。带通滤波器设计语音的频率范围一般为300Hz3.4kHz，因此需要在输入与输出的回路中设计带通滤波器来滤除语音频率范围以外的频率成分，以便进一步提高语音回放的质量。所以带通滤波器设计分为前置带通滤波器

29、电路与后置带通滤波器电路。拾音器输出的电信号经过放大后，需要再进行滤波处理，该滤波器称为前置滤波器。众所周知，人耳能听到的声音的频率范围为20Hz20kHz,而一般语音的最高频率为3.4kHz，最低频率为300Hz，即一般语音的频率范围为300Hz3.4kHz，需要将此频率范围以外的频率成分滤除，以提高语音的性噪比。因此，该滤波器又称为前置带通滤波器，其带通频率为300Hz3.4kHz。带通滤波器可以很方便地由低通滤波器和高通滤波器级联来实现。本系统设计了下限频率为300Hz的高通滤波器和上限频率为3.4kHz的低通滤波器来级联实现对放大后的信号进行滤波处理。图3-7 前置带通滤波器电路前置带

30、通滤波器电路如图3-7所示，其由运算放大器NE5532与R、C组成，采用的是一级低通滤波器和一级高通滤波器的级联。由于带通滤波器的通频带范围为300Hz3.4kHz，因此，低通滤波器的上限截止频率为3.4kHz，高通滤波器的下限截止频率为300Hz。D/A输出的模拟信号含有高频的噪声，同样需要经过频率范围为300Hz3.4kHz的带通滤波器进行滤波处理，去除噪声，使得语音输出的质量得以提高。由于该滤波器所处设计中的位置，也被称为后置带通滤波器。在本设计中，置带通滤波器类似于前置带通滤波器，采用运算放大器NE5532与R、C组成的有源带通滤波器，后置带通滤波器电路如图3-8所示。图3-8 后置带

31、通滤波器A/D采样电路设计能够将模拟量转换成数字量的元器件称为A/D（模/数）转换器。包括单片机在内的微机所能识别的是数字量，然而在现实生活中的物理量都是一些模拟量。对于这样的系统，一般利用传感器将物理量的变化转换成电信号，再经过A/D转换将其转换成数字量，传输给微机进行处理。因此，A/D转换器在单片机系统中是一个必不可少的组成部分。由奈奎斯特采样定理可知，A/D的采样频率必须满足信号最高频率的2倍以上，即满足如下关系： (3-1)其中，为采样频率， 为被采样信号的最高频率。一般语音的频率范围为300Hz3.4kHz，因此，在语音存储与复读系统中，A/D的采样频率必须满足： (3-2)A/D采

32、样电路如图3-9所示。A/D采样电路采用ADC0809来实现，ADC0809是一种广泛应用的8位逐位逼近式A/D转换器，ADC0809的基本特性为：8为分辨率，不可调误差在（1/2）LSB和1LSB范围内，典型转换时间为100，具有锁存控制的8路模拟开关，具有3态缓冲输出，模拟电压输入范围为0V5V，输出TTL兼容，单+5V电源供电。图3-9 A/D采样电路数据存取电路设计图3-10 数据存取电路在语音存储与复读系统中，采用了ADC0809，假设其采样频率为8kHz，而其分辨率为8位，那么1秒钟的时间至少需要8KB 的存储空间，而单片机的内置存储器无法满足其需求，需要外扩存储器。在本系统中，外

33、扩了256K8位的SRAM，这样就可以录制至少30秒的语音。SRAM的型号为IS61LV2568。基于IS61LV2568的数据存取电路如图3-10所示。IS61LV2568的内部原理框图如图3-11所示，包括解码器、2568存储阵列、I/O DATA Circuit、ColumnI/O、控制电路5部分。解码器2568存储阵列I/O DATACircuitColumn I/O控制电路A0A17IO0IO7/CE/OE/WE图3-11 IS61LV2568的内部原理框图IS61LV2568的引脚说明如表3-1所示。表3-1 IS61LV2568的引脚说明引脚名称引脚功能描述A0A17地址输入/C

34、E片选信号输入/OE输出使能控制端/WE写入使能控制端IO0IO7输入输出出口VCC电源GND地NC悬空D/A转换电路设计 单片机能够处理的是数字信号，而实际系统中的物理量往往是一些连续变化的模拟量，在单片机向实际系统发出控制信号时，就需要采用数/模转换器来将单片机输出的数字信号转换成相应的模拟信号，从而完成对实际系统的控制任务。因此，数/模转换器(DAC)是单片机系统中一种常用的外围器件。语音的复读需要将存储的数字化了的语音信号进行D/A转换，恢复为模拟信号才能进行播放。D/A转换电路如图3-12所示。图3-12 D/A转换电路在本设计中，D/A转换电路采用了DAC0832可以完成数字信号到

35、模拟信号的转换，DAC0832是美国国家半导体公司推出的一种8位D/A转换器，具有两个输入数据寄存器，不需要附加其他I/O接口芯片，能直接与单片机的I/O口连接。DAC0832的基本特性为：8位分辨率；单一电源供电+5V+15V；可双缓冲、单缓冲或者直接数字输入；电流稳定时间为1；只需要在满量程下调整其线性度。后置功率放大电路设计语音数据经过D/A转换以及后置带通滤波器后，其输出通常情况下不能直接驱动喇叭,即不能满足喇叭对功率的要求。完成D/A输出到喇叭的功率驱动的放大电路称为后置放大器，即为一个功率放大器。在本设计中采用低电压音频功率放大器LM386来实现功率放大。喇叭是语音的播放回路的最后

36、输出阶段，喇叭质量的好坏也会关系到语音输出的质量，因此，喇叭的选择也是很重要的一个方面。在本设计中，采用了一个8，0.5W的普通喇叭。 图3-13 基于LM386的功率放大电路基于LM386的功率放大电路如图3-13所示。其中，调节可变电阻器R65，可以使得放大电路的放大增益从20200之间变化。 显示电路设计状态指示电路主要完成对系统当前的工作状态进行指示，是录音还是复读。直接利用单片机的I/O来控制两个LED，用其中一个LED来指示录音，另一个用来指示复读，当LED亮时表示系统正处于相应的该状态，即红色的LED亮时表示系统处于录音状态、当绿色的LED亮时表示系统处于复读状态。状态指示电路如

37、图3-14所示。图3-14 状态指示电路液晶显示模块是一种将液晶显示器件、连接件、集成电路、PCB线路板、背光源、结构件装配在一起的组件英文名称叫“LCD Module”，简称“LCM”，中文一般称为“液晶显示模块”。液晶显示模块是一种常用的人机界面，其在单片机系统中的应用极为广泛。液晶显示模块可以显示字符，又可以显示简单的图形。本设计的液晶显示电路如图3-15所示。 图3-15 液晶显示电路 本设计的液晶显示电路采用的是1602液晶模块LMA162A，它是一种点阵字符型液晶显示模块，可以显示两行32个字符，字符的点阵为58点，是一种很常用的小型液晶显示模块。 本设计中，当录音按键按下时，液晶

38、显示模块显示“RECORD”字符，当复读按键按下时，液晶显示模块显示“PLAY”字符，当录音、复读按键都没有按下时液晶显示模块显示“STOP”字符。电源电路三端稳压器78为固定式稳压器，它只能输出一个稳定电压。如7805输出为5V；79系列稳压器输出固定的负电压，如7905输出为5V。输入端接电容Ci可以滤除纹波，输出端接电容Co能改善负载的瞬态影响，使电路稳定工作。Ci、Co最好采用漏电流小的钽电容，Co一般不得小于0.1uF，如采用电解电容。本设计中使用的电源为12V、+5V的直流稳压电源，电路图如图3-16、3-17所示：图3-16 12V电源电路图3-17 +5V电源电路电路参数的计算

39、及元器件的选择电源电路1.三端稳压器集成稳压器的输出电压Vo应与稳压电源要求的输出电压的大小及范围相同。稳压器的最大允许电流，稳压器的输入电压Vi的范围为： (3-3)式中，Vomax为最大输出电压；Vomin为最小输出电压；(Vi-Vo)min为稳压器的最小输入输出压差；(Vi-Vo)max为稳压器的最大输入输出压差。根据电路中所需要的电源，选择7805、7812、7912分别输出+5V、+12V和-12V，其输出电压和输出电流均满足指标要求。2.输入输出电容输入输出电容的取值如图3.16、3.17所示，一般选瓷片电容。3.变压器二次侧电压有效值和输入电压这两个值的取定决定了相关元器件及参数

40、的选择。一般情况下，输入电压应比输出电压高3V左右(太小影响稳压；太大稳压器功耗大，易受热损坏)。假设+5V的输入为V11，输出为Vo1； +12V的输入为V12,输出为Vo2；-12V的输入为V13， 输出为Vo3，而它们所对应的变压器二次侧电压有效值分别为V21、V22、V23，则有：V11=8V，V12=V13=15V，考虑电网电压10%的波动，最终可取V11=9V，V12=V13=16.5V。由式: (1.11.2) (3-4)可取变压器二次侧电压有效值V21=V11/1.1=8.18V，V22=V23=V12/1.1=15V，鉴于变压器规格的限制，实际应选V21=10V，V22=V2

41、3=15V。4.滤波电容CL由式RoCL(35)T/2可暂定RoCL =5/2T,则CL=5T/2Ro,式中，Ro为CL右边的等效电阻，应取最小值，T为市电交流电源的周期，T=20ms，取Iomax =1A，因此几个电源的Ro分别为: (3-5)所以取: (3-6)同理有: (3-7) (3-8)可见滤波电容容量较大，应选电解电容，受规格的限制，实际容量应选为C58=4700F/25V，C50=C51=4700F/30V，其耐压值要大于相应的输入电压的1.5倍。5.整流二极管整流二极管的参数应满足最大整流电流IFIomax；最大反向电压VRV2，其中V2为变压器二次侧电压有效值。以上四个桥式的

42、所有整流二极管可选IN4001小功率二极管。6.变压器由V21、V22、V23值选变压器绕组输出电压为10V和15V。考虑电网电压10%的波动，稳压电路的最大输入分别为： (3-9)同理有: (3-10)考虑变压器和整流电路的效率并保留一定的余量，则选变压器绕组的输出功率分别为1个20W和1个25W。时钟电路在时钟电路中，与XTAL1脚相接的是振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端，与XTAL2脚相接的是振荡器反相放大器的输入端。利用芯片内部的振荡器，然后在引脚TXAL1和TXAL2两端跨接晶体或陶瓷谐振器，就构成了稳定的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部时钟电路。外接晶振时，C2和C3

43、通常选择为22pF左右，虽然对电容的值没有严格的要求，但电容的大小会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。晶振的振荡频率选择12MHz，晶振的频率越高，则系统的时钟频率也就越高，单片机的运行速度也就越快，但反过来运行速度快对存储器的速度要求就高。复位电路 复位是单片机的初始化操作，只需要给单片机的复位引脚RST加上大于2个机器周期（即24个时钟振荡周期）的高电平就可使单片机复位。复位时，PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态，为摆脱死锁状态，也需要复位键使RST引脚为高电平使单片机

44、重新启动。特殊器件的介绍ZLG7289ZLG7289是广州周立功单片机发展有限公司设计的LED显示驱动以及键盘扫描控制芯片，既可以直接驱动8位共阴数码管，又可以进行64只按键的扫描管理。ZLG7289内部含有显示译码器，可直接接收BCD码或十六进制码数。此外，还具有多种控制指令，如消隐、闪烁、左移、段寻址等。ZLG7289采用SPI串行总线与单片机等微控制器接口，仅占用少数几根I/O口线，就可以进行数码管显示数据以及按键数据的传输。同时，利用片选信号，可以实现多片ZLG7289并接在一起使用，能够方便地实现多于8位的显示或多于64只按键的应用。ZLG7289凭借着其优势被广泛地应用于仪器仪表、

45、工业控制、条形显示器、控制面板等领域。表3-2 ZLG7289的引脚功能说明引脚序号引脚名称引脚功能描述1RTCC接电源正极2VCC供电电源，2.76V3NC悬空4GND接地5NC悬空6CSSPI串行总线片选信号，低电平有效，输入7CLKSPI串行总线时钟信号，上升沿有效，输入8DIOSPI串行总线数据信号，双向传输9INT键盘中断请求信号，低电平有效，输出10SG/KR0数码管g 段键盘行信号011SF/KR1数码管f 段键盘行信号112SE/KR2数码管e 段键盘行信号213SD/KR3数码管d 段键盘行信号314SC/KR4数码管c 段键盘行信号415SB/KR5数码管b 段键盘行信号5

46、16SA/KR6数码管a 段键盘行信号617DP/KR7数码管dp 段键盘行信号718KC0/DIG0数码管字选信号0键盘列信号019KC1/DIG1数码管字选信号1键盘列信号120KC2/DIG2数码管字选信号2键盘列信号221KC3/DIG3数码管字选信号3键盘列信号322KC4/DIG4数码管字选信号4键盘列信号423KC5/DIG5数码管字选信号5键盘列信号524KC6/DIG6数码管字选信号6键盘列信号625KC7/DIG7数码管字选信号7键盘列信号726OSC2晶振输出信号27OSC1晶振输入信号28RST复位信号，低电平有效1. ZLG7289主要电器特性如下： (1) 直接驱动

47、1英寸以下的共阴式数码管，段电流可以达到15mA以上，字电流可以达到100mA，利用功率驱动电路，如达林顿管、MOS管，可以驱动1英寸以上的大型数码管。(2) 工作电压范围为2.76V(3)能够直接管理64只按键，并且具有自动硬件消抖功能。(4)不接收数码管而仅使用按键管理功能时，工作电流可以降至3mA.(5)具有两种译码方式对微控制器输入的显示数据进行译码(可以通过软件设置来选择)。(6)具有左移、右移、闪烁、消隐、段点亮等强大功能。(7)SPI串行总线接口，操作方便，占用较少的I/O资源。(8)工作温度范围为-40度到+85度。(9)封装形式有SOP-28和DIP28两种。2. 引脚配置Z

48、LG7289的引脚排列如图3-18所示。ZLG7289的引脚功能说明如表3-2所示。 图3-18 ZLG7289的引脚排列3. ZLG7289控制指令说明一、单字节纯指令 (1)复位指令 复位指令格式如表3-3所示。表3-3 复位指令格式D7D6D5D4D3D2D1D010100100这是一条软复位指令，执行该指令后会将数码管所有的显示内容清除掉，原来设置的所有闪烁、消隐等属性也一并被清除，就像硬件复位一样。(2)测试指令 测试指令格式如表3-4所示。表3-4 测试指令格式D7D6D5D4D3D2D1D010111111测试指令使所有的数码管各段包括小数点在内全部点亮，并处于不断闪烁之中。该条

49、指令可用于生产测试，以确定ZLG7289或者数码管是否有问题。（3）左移指令 左移指令格式如表3-5所示。表3-5 左移指令格式D7D6D5D4D3D2D1D010100000左移指令使数码管所有的显示自右向左移动一位，处于闪烁和消隐状态的显示位也一起被移动。原来最左边的显示数据被移出后自动丢弃，最右边的一位用无任何显示的空白代替。每执行一次该指令，就左移一位。例如，数码管原来的显示为：12345678执行一次左移指令后，显示就变成了：2345678（4）右移指令 右移指令格式如表3-6所示。表3-6 右移指令格式D7D6D5D4D3D2D1D010100001右移指令与左移指令类似，执行该指

50、令后，数码管的数据显示向右移动一位，原来最右边的一位被丢弃，而最左边的一位用空白代替。例如，数码管本来显示为“12345678”，左移一位后变成“口1234567”。（5）循环左移指令循环左移指令格式如表3-7所示。表3-7 循环左移指令格式D7D6D5D4D3D2D1D010100010循环左移指令与左移指令类似，唯一不同的是，左移指令中最左边被移出的显示数据被丢弃，而循环左移指令则是将其补在最右边。例如数码管原来的显示为“12345678”，循环左移一位后变成“23456781”。（6）循环右移指令循环右移指令格式如表3-8所示。表3-8 循环右移指令格式D7D6D5D4D3D2D1D01

51、0100011循环右移指令与右移指令类似，唯一不同的是，右移指令中最右边被移出的显示数据被丢弃，而循环右移指令则是将其补在最左边。例如数码管原来的显示为“12345678”，循环右移一位后变成“81234567”。二、双字节带数据指令所有这些指令的长度都是2个字节。第1 字节是命令字，第2 字节是输入或输出的数据。 （1）下载数据且按方式0译码 下载数据且按方式0译码指令格式如表3-9所示。表3-9 下载数据且按方式0译码指令格式D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D010000a2a1a0dpxxxd3d2d1d0在指令格式中，高5 位的10000 是命令字段；a2、

52、a1、a0 是数码管显示数据的位地址，位地址编号按从左到右的顺序依次为0、1、2、3、4、5、6、7。dp控制小数点是否显示，dp0 时该位的小数点被点亮，dp1 时该位的小数点被熄灭；x、x、x是无关位；d3、d2、d1、0 是要显示的数据。显示数据按照表3-10的方式进行译码。表3-10 译码方式0d3d2d1d0（二进制）d3d2d1d0（十六进制）显示结果000000H0000101H1001002H2001103H3010004H4010105H5011006H6011107H7100008H8100109H910100AH-10110BHE11000CHHd3d2d1d0（二进制）

53、d3d2d1d0（十六进制）显示结果11010DHL11100EHP11110FH(无) (2)下载数据且按方式1译码 下载数据且按方式1译码指令格式如表3-11所示。表3-11 下载数据且按方式1译码指令格式D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D011001a2a1a0dpxxxd3d2d1d0表3-12 译码方式1d3d2d1d0（二进制）d3d2d1d0（十六进制）显示结果000000H0000101H1001002H2001103H3010004H4010105H5011006H6011107H7100008H8100109H910100AHA10110BHb1

54、1000CHC11010DHd11100EHE11110FHF在指令格式中，高5 位的11001 是命令字段；a2、a1、a0 是数码管显示数据的位地址，位地址编号按从左到右的顺序依次为0、1、2、3、4、5、6、7； dp控制小数点是否显示，dp0 时该位的小数点被点亮，dp1 时该位的小数点被熄灭；x、x、x是无关位；d3、d2、d1、d0 是要显示的数据。显示数据按照表3-12的方式进行译码。(3)下载数据且不译码 下载数据且不译码指令格式如表3-13所示。表3-13所示 下载数据且不译码指令格式D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D010010a2a1a0dpa

55、bcdefg在指令格式中，高5 位的10010 是命令字段；a2、a1、a0 是数码管显示数据的位地址，位地址编号按从左到右的顺序依次为0、1、2、3、4、5、6、7；dp控制小数点是否显示，dp0 时该位的小数点被点亮，dp1 时该位的小数点被熄灭；a、b、c、d、e、f、g对应数码管内部的7 个LED 字段。不译码的数据下载方式给用户提供了最大的灵活性，dp 连同a、b、c、d、e、f、g 一共有256 种不同的组合，想怎样显示就怎样显示。(4)闪烁控制 闪烁控制指令格式如表3-14所示。表3-14 闪烁控制指令格式D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D010001

56、000d7d6d5d4d3d2d1d0该指令控制数码管各位的闪烁情况。在指令格式中，第1 字节“10001000”是命令字段；第2 字节的d7、d6、d5、d4、d3、d2、d1、d0 分别对应数码管的第7 至第0 位，其中0为闪烁，1为不闪烁。复位后，所有位都不闪烁。 (5)消隐控制 消隐控制指令格式如表3-15所示。表3-15 消隐控制指令格式D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D010011000d7d6d5d4d3d2d1d0该指令控制数码管各位的消隐控制。在指令格式中，第1 字节“10011000”是命令字段；第2 字节的d7、d6、d5、d4、d3、d2、d

57、1、d0 分别对应数码管的第7至第0 位，其中0为消隐，1为显示。复位后，所有位都不消隐。当数码管的某一位被设置成消隐属性后，ZLG7289在进行扫描显示时将跳过该位，该位的扫描时间将分配给其它位。一旦某一位设置了消隐属性，则无论对该位写入什么样的数据都不会被显示出来。写入的数据不是被丢弃，而是保存在内部的数据寄存器中。如果去掉该位的消隐属性，则最后一次写入的数据有效并立即显示出来。消隐功能的用途在于，如果实际使用的数码管位数不足8 位，则可以将不用的位设为消隐属性，这样可以提高有用位的显示亮度。需要特别注意的是：至少应有1 位保持显示状态。如果在消隐控制指令中所有位全部为0，则该指令将不被接

58、受，ZLG7289仍然保持原有的消隐状态不变。(6)段点亮指令 段点亮指令格式如表3-16所示。表3-16 段点亮指令格式D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D011100000 xxd5d4d3d2d1d0该指令可以单独点亮数码管中的某一指定的段，或者LED 矩阵中某一指定的LED。在指令格式中，第1 字节“11100000”是命令字段；x、x 表示无关位；d5、d4、d3、d2、d1、d0 是6 位段地址。在某位数码管中，各段的点亮顺序按照“g、f、e、d、c、b、a、dp”进行。(7)段关闭指令 段关闭指令格式如表3-17所示。表3-17 段关闭指令格式D7D6D

59、5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D011000000 xxd5d4d3d2d1d0该指令可以单独熄灭数码管中的某一指定的段，或者LED 矩阵中某一指定的LED。在指令格式中，第1 字节“11000000”是命令字段；x、x 表示无关位；d5、d4、d3、d2、d1、d0 是6 位段控制。在某位数码管中，各段的关闭顺序按照“g、f、e、d、c、b、a、dp”进行。(8)读键盘指令格式读键盘指令格式如表3-18所示。表3-18 读键盘指令格式D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D000010101d7d6d5d4d3d2d1d0当有键按下时，ZLG7289

60、的INT 引脚会变成低电平。这时利用该指令可以读出当前的键值。与其它带数据指令不同的是，第2 字节是ZLG7289向微控制器返回的键值，而不是输入数据。正常情况下，键值的范围是063（00H3FH），无按键的状态用255（FFH）表示。ADC0809EOC8路模拟量开关地址锁存与译码8位A/D转换器三态输出锁存器IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7CBAALED0D1D2D3D4D5D6D7Vr（+） Vr（-）STCLKOE图3-19 ADC0809内部结构框图ADC0809是一种比较典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器CMOS管，可实现8路模拟信号的分时采集，片内有8路模拟选