ISD1420 语音应用实例

1、LCD LCD 时钟数理与信息工程学院单片机原理及应用期末课程设计题目：基于单片机的多功能LCD 时专业：电子信息工程班级：电信041姓名：丁青青学号：04610102指导老师：余 水成绩：17（2007.1）LCD LCD 时钟 PAGE PAGE 10目 录第1节引 言 31.1LCD31.23第2节系统主要硬件电路设计 52.1单片机控制系统原理52.2模块电路设计与比较62.3各功能模块设计及实现72.3.1 单片机控制系统72.3.2 实时时钟模块92.3.3 温度检测模块92.3.4 A/D 转换电路模块102.3.5 电压有效值转换模块102.3.6 键盘模块112.3.7 液晶

2、模块122.3.8 频率测量原理模块122.3.9 语音报警模块13第3节系统软件设计 163.1系统主程序设计163.2时间日期控制子程序173.3定时中断子程序18第四节结束语20参考文献21基于单片机的多功能 LCD 时钟数理与信息工程学院电信041丁青青指导老师：余水宝第1节引 言能力以及丰富大学生课外生活具有重要意义。LCDAT89C51DS12887DS18B20现场环境温度进行实时检测。电网检测模块由 AD536、ICL7135 等实现对电网电压有效值的采样和频率的间接测量及电网电压的欠压、过压检测。人机接口模块由 44和 LCD12864 点阵液晶组成，可实现时间显示、闹钟设置

3、、环境温度测量、电网电压、电网频率显示等功能。报警模块由报警蜂鸣器和带音乐芯片的扬声器等可实现闹铃控制和电网电压的过压、欠压报警功能。本设计任务和主要内容本设计以单片机为控制核心，采用模块化设计，共分以下几个功能模块：单片机控制系统、实时时钟模块、环境温度检测模块、电压检测模块、人机接口模块、语音报警模块等。1、单片机作为整个硬件系统的核心，它既是协调整机工作的控制器，又是数据处理器。它由单片机、时钟电路、复位电路等组成。2、实时时钟芯片采用带 RAM DS12887具有 100 年日历，可编程接口，还具有报警功能和掉电保存功能，并且可以对其方便的进行程序控制，完全能满足设计的要求。3DALL

4、AS DS18B20的单线总线接口方式，具有接口简单、精度高、抗干扰能力强、工作稳定可靠等特点。4、电网电压检测电路采用有效值转换芯片 AD536A/DICL7135AD536ICL7135，单片机读取数据后进行相应的幅值变换得到电压有效值。利用集成电路芯片测量精度高，误差小、稳定性好，硬件电路实现简单，可减小硬件体积。5、语音报警电路是提示用户系统的实时状态或对系统进行操作，语音电路可提供整点报时、闹铃以及过压警示等功能。因此，语音电路所选用的芯片必须具备三种功能：分段录音、放音、可寻址，根据这些功能要求，本系统选用美国ISD 公司的ISD1420。67279于本设计显示信息比较复杂，采用液

5、晶显示界面友好清晰，操作方便，显示信息丰LCD（12864）显示各种状态。7、频率测量方案采用测量周期法。将被测量信号经过过零检测后转换成方波信号，利用单片机查询两个上升沿，在此期间根据晶体振荡器产生的周期为 Tc 的脉冲送计数器进行计数，设计数值为 N，则得被测量信号的周期值 Tx，然后取其倒数即为被测量信号的频率。第2节系统主要硬件电路设计单片机控制系统原理方案一：采用 CPLDLEDA/D方案二：采用 89C51 单片机来实现系统的控制。键盘用芯片 7289 控制，时钟芯片采用 DS12887，温度传感器采用 DS18B20。市电信号电压可通过更高精度的 AD536A、ICL7135 等

6、测得，频率可采用测周期法间接测得。此系统硬件简洁，将复杂的硬件功能用软件实现，因此系统控制灵活，能很好地满足本题的基本要求和扩展要求。此方案基本原理框图如下图所示。 比较以上两种方案的优缺点，方案二简洁、灵活、可扩展性好，能完全达到设计要求，故采用第二种方案。模块电路设计与比较图 2-1 系统总体设计框图时钟方案选择：方案一：要求显示小时和分钟，因此可以用门电路组合构成时钟发生器，但此方案硬件复杂，稳定性低，且不易控制。方案二：采用带 RAM 的时钟芯片 DS12887。该芯片可以进行时分秒的计数，具有100 年日历，可编程接口，还具有报警功能和掉电保存功能，并且可以对其方便的进行程序控制，能

7、很好的符合要求。故采用方案二。温度检测方案选择：方案一：采用热电偶或热敏电阻作感温元件，但热电偶需冷端补偿，电路设计复 都比较差。方案二：采用集成温度传感器 DS18B20 。该传感器结构简单，不需外接电路，数据传输采用 one-wire。总线，可用一根 I/O 数据线即供电又传输数据，在 -10 -+85范围内精度为0.5，分辨率较高，重复性和可靠性好。故采用方案二。电压有效值测量方案选择：方案一：采用分段逼近式有效值检波电路。该方法示值虽然是被测电压的有效值， 但由于放大器动态范围的限制，对于被测信号会产生一定的波形误差，并且硬件电路搭接复杂，且稳定性能不好。方案二：采用真有效值转换芯片

8、AD536A/DICL7135AD536ICL7135，取数据后进行相应的幅值变换得到电压有效值。利用集成电路芯片测量精度高，误差 小、稳定性好，硬件电路实现简单，可减小硬件体积。故采用方案二。频率测量方案选择：方案一：直接测频法。把被测频率信号经过脉冲形成电路后加到闸门的一个输入 端，只有在闸门开通时间 T（以秒计）N，fN/T。方案二：测量周期法。将被测量信号经过过零检测后转换成方波信号，利用单片机查询两个上升沿，在此期间根据晶体振荡器产生的周期为 Tc 的脉冲送计数器进行计数，设计数值为 N，则得被测量信号的周期值 Tx，然后取其倒数即为被测量信号的频率。经分析，采用直接测频法在测量低频

9、段信号时的相对测量误差较大，但在高频段测量信号的频率有较高的精度。如果采用测频法测量低频段 50Hz 频率信号，要想提高精确度，势必会大幅度增加闸门开通时间 T，时效性较差。相反，采用测量信号周期然后取其倒数的方法在低频段测量时精度很高。因此，本题在测量 50Hz 左右的市电信号频率时采用方案二。电压过压、欠压方案选择：方案一：采用两片比较器芯片 LM311 对输入电压与上下门限值进行比较。根据LM311 的输出驱动蜂鸣器报警。本方案对上下门限值精度和稳定度的要求较高。方案二：软件设定比较值。采用软件编程判断过、欠压值，然后通过单片机口线输出电平驱动蜂鸣器报警。采用软件判断电压过、欠压，省掉了

10、硬件搭接，节省成本。故采用方案二。显示模块的选择：方案一：采用数码管显示。数码管亮度高、体积小、重量轻，但其显示信息简单、有限，在本题目中应用受到很大的限制。方案二：采用液晶显示。液晶显示功耗低，轻便防震。采用液晶显示界面友好清晰，操作方便，显示信息丰富。其他设计的考虑：由于单片机接口线有限，我们采用一片 8255 扩展口线，做相应的控制。闹铃响采用带音乐芯片的扬声器，为实现题目中非接触止闹功能，我们可以采用接近开关或无线接收发送模块通过单片机控制闹铃停止。各功能模块硬件设计及实现AT89C51检测模块、人机接口模块、语音报警模块等部分组成。可实现时间显示、闹钟设置、环境温度测量、电网电压、电

11、网频率显示等功能。报警模块由报警蜂鸣器和带音乐芯片的扬声器等可实现闹铃控制和电网电压的过压、欠压报警功能。键盘用芯片 7279时钟芯片采用 DS12887，温度传感器采用 DS18B20。市电信号电压可通过更高精度的AD536A、ICL7135 等测得，频率可采用测周期法间接测得。此系统硬件简洁，将复杂的硬件功能用软件实现，因此系统控制灵活，能很好地满足本设计的基本要求和扩展要 求。硬件设计是整个系统的基础，要考虑的方方面面很多，除了实现此设计基本功能以外，主要还要考虑如下几个因素：系统稳定度；器件的通用性或易选购性； 软件编程的易实现性；系统其它功能及性能指标；因此硬件设计至关重要。现从各功

12、能模块的实现逐个进行分析探讨。单片机控制系统单片机作为整个硬件系统的核心，它既是协调整机工作的控制器，又是数据处理 器。它由单片机、时钟电路、复位电路等组成。为了简化电路、降低成本、提高可靠 AT89C51MCS51Flash256KB RAMEEPROM就可以实现所需功能。单片机最小系统是软硬件系统连接的桥梁。它包括：1、单片机 89C512、键盘管理芯片 72893、可编程外围并行接口芯片 82554、4*4 键盘5、LCD12864 液晶模块其中单片机最小系统的电路图如图 2-2 所示。图 2-2 单片机最小系统种电路形式得到:内部振荡和外部振荡。MCS-51XTALlXTAL22-2器

13、并产生振荡时钟脉冲。2-2C2C130P6MHz。为了初始化单片机内部的某些特殊功能寄存器，必须采用复位的方式，复位后可使CPURSTRSTFFHSP07H, SBUF 0，RAMRAM2-2R9ClR1K, CF.实时时钟模块RAMDS128871002-3图 2-3 DS12887 时钟硬件电路图温度检测模块采用集成温度传感器 DS18B20 。该传感器结构简单，不需外接电路，数据传输采one-wire。总线，可用一根 I/O-10 -+85内精度为0.5，2-4A/D图 2-4 DS18B20 电路ICL7135A/DBCD输出的的 CMOS 集成电路，具有精度高，抗干扰能力强，分辨率能

14、达到二万分之一，对电源变化稳定性高、高输入阻抗、自动调零、自动判别极性，性能价格比高。其输出为4BCD5，1/量程”等辅助信号。完全能满足设计要求的精度指标。图 2-5 ICL7135 高速 A/D 转换原理图电压有效值转换电路模块波的市电信号经过变压器后接入真有效值转换芯片 AD536,输出与有效值相等的直流信A/DICL7135，ICL7135 数理与信息工程学院单片机原理及应用期末课程设计基于单片机的多功能 数理与信息工程学院单片机原理及应用期末课程设计基于单片机的多功能LCD 时钟 PAGE PAGE 21所示，然后利用单片机读取数据并进行相应的转换运算，从而得到市电信号的有效值。原理

15、性框图如图 2-6 所示。图 2-6 有效值测量框图AD536扩展。键盘模块图 2-7 AD536 有效值转换电路图图2-8键盘显示电路图液晶模块液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等特点，现在字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件功能介绍：LCD12864-12(黄色背光)4 位/8 位并行、2 3 种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示12864, 8192 16*16 128 16*8 ASCII 字符集.模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以84 1616 点阵的汉字. 也可完成图

16、形显示.由该模块构成的液晶显示方案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，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。频率测量原理模块本系统测量市电信号的频率，即 50Hz 左右的频率信号，属于低频段信号频率测量，基于此实际，我们采用测量输入信号周期然后取倒数的方法测量信号的频率，即测周法，这样能提高测量的精度，测量信号周期的原理框图图 2-92-10图 2-9 信号周期测量原理图语音报警模块图 2-10 频率测量计数波形示意图语音电路的作用是提示用户对控制器进行操作并进行报警。语音电路所选用的芯片必须具备三种功能：分段录音、放音、可寻址。根据这些功能要求

17、，本系统选用美国ISDISD1420ISD1420RECA0-A7AT89C51PPLAYERISD14202-11图 2-11 ISD1420 引脚图ISD1420也由地址端控制；当 A7 和 A6 都为 1 时，其它地址端置高就选择某个（或某几个） 模式。因为操 作模式和直接寻址互相排斥。操作模式可由微控制器，也可由硬件实现。使用操作模式有两点注意：所有操作最初都是从 0的模式可从其 它的地址开始。此外，A4 模式中，当电路由录转为放时地址计数器复位为 0，而由放转为录则不复 位。当控制信号（/PLAYL、/PLAYE 或/REC）变低，同时 A6 和 A7作模式。 这种操作模式一直有效，

18、除非控制信号再次由高变低，芯片重新锁存当前的地址/模式端电平，然后 执行相应操作。ISD1420操作模式如表2-1所示。表2-1 ISD1420操作模式ISD1420语音提示电路如图2-12所示。图 2-12 语音提示电路如图第3节系统软件设计硬件平台结构一旦确定，大的功能框架即形成。软件在硬件平台上构筑，完成各部分硬件的控制和协调。系统功能是由软硬件共同实现的，由于软件的可伸缩性，最终实现的系统功能可强可弱，差别可能很大。因此，软件是本系统的灵魂。软件采用模块化设计方法，不仅易于编程和调试，也可减小软件故障率和提高软件的可靠性。同时，对软件进行全面测试也是检验错误排除故障的重要手段。由于编程

19、多涉及到数值运算，比LCDC实现编程。系统主程序设计为实现系统功能，系统软件共设九个运行状态（见图 3-1S1-S9）理程序（SR）。各部分功能描述如下：S1:时钟日期显示状态，89c51ds12887钟设置值比较，若定时到，则进入闹铃状态（ S8）；从 7135压比较，若过压或欠压则进入报警状态（ S9）。S2:时间设置状态。进行时间和日期的ds12887S3:ds12b80S4:设置。显示选择菜单，可选择闹钟开、闹钟开、闹钟时间设置。 S5:电压及频率显示状态。循环检测电压有效值与频率并显示。S6:12412S7:设置闹钟时间状态。S8:闹铃状态。接通音乐芯片。S9:SR:中断服务程序。读

20、取键盘按键值并根据系统所处的不同的状态设置标志位。为了保证系统的可靠运行，必须要有良好的软件相配合，而且要有友好的人机对话功能，鉴于以上要求，该系统软件部分主要由主程序、中断子程序、延时子程序、提示音产生子程序等几大模块组成。主程序流程图如图 3-1 所示。图 3-1 软件整体流程图主程序比较简单，初始化完成后，调用时间日期显示设置程序，取得时钟显示，并根据当前系统状态调用相应的子程序。这里有六个基本的子程序供调用，分别对应系统的各种功能状态。分别是时间日期显示程序、时间设置程序、温度显示子程序、闹钟设置子程序和电压及频率显示子程序，时间格式选择子程序等。时间日期控制子程序图 3-2 校时调时

21、子程序由系统结构框图可以看出，数字钟显示通过 AT89C51 的 IO 口来控制。89c51 从ds12887 循环读取时间日期值并显示，时间值与闹钟设置值比较，若定时到，则进入闹铃状态，从 7135 读取电压值并与上下限电压比较，若过压或欠压则进入报警状态，从ds12b80 中读取温度值显示，显示选择菜单，可选择闹钟开、闹钟开、闹钟时间设置。读取键盘按键值并根据系统所处的不同的状态设置标志位。循环检测电压有效值与频率并显示。为了保证系统的可靠运行，必须要有良好的软件相配合，而且要有友好的人机对话功能。定时中断子程序为了保证系统的可靠运行,在主程序之外还增加了定时中断程序。如果用户在设定的时间内没有任何操作，就自动挂机，防止系统陷入死等。由于定时中断程序的挂机操作是从中断处理程序中直接跳转到主程序中，没有清除中断标志位，这使得主程序不能正常执行。因此，监控程序使用了一项技术，将需要跳转的程序地址压入堆栈，并重新调用 RETI 从一个不存在的中断程序中退出，使单片机清除中