基于單片機的公交車自動報站器的設(shè)計畢業(yè)論文

1、 畢業(yè)論文（設(shè)計） 題 目基于單片機的公交車自動報站器的設(shè)計院 系 自動控制系 專 業(yè) 電氣工程與自動化學(xué)生姓名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 職 稱 二一二 年 六 月 三 日目 錄 1.緒論11.1 課題研究的背景及意義11.2 報站器的動態(tài)發(fā)展趨勢11.3 設(shè)計的主要目標(biāo)任務(wù)22.總體方案的設(shè)計22.1 本設(shè)計的原理22.2 硬件方案的選擇22.2.1 語音芯片的選澤22.2.2 顯示模塊的選擇32.2.3 時鐘芯片的選澤33.硬件制方案的介紹與分析33.1 單片機的選擇與外圍電路的設(shè)計33.1.1關(guān)于stc89c51單片機33.1.2復(fù)位電路93.1.3 外部晶振的選用93.2 語音提示電路103

2、.2.1 isd1730的簡介103.2.2 isd1730內(nèi)部結(jié)構(gòu)123.2.3 isd1730與單片機的連接圖143.3 時鐘模塊143.3.1 ds1302的簡介153.3.2 內(nèi)外部結(jié)構(gòu)153.3.3 工作原理及原理圖163.4 液晶顯示電路173.4.1 lcd1602的簡介173.4.2 lcd1602與單片機的接線圖223.5 鍵盤接口223.5.1 按鍵電路的選擇223.5.2判鍵及其接口電路設(shè)計234.系統(tǒng)軟件的設(shè)計244.1 主流程圖的設(shè)計244.2 液晶顯示程序的設(shè)計244.3 ds1302時鐘程序的設(shè)計264.4 語音播報程序的設(shè)計275.結(jié)論286.致謝28參考文獻2

3、9附錄27 基于單片機的公交車自動報站器的設(shè)計 摘要：根據(jù)stc89c51單片機的特點和公交車報站器的特點，本文提出了一種用單片機控制語音芯片進行公交車語音自動報站的方法，同時給出了軟硬件設(shè)計的方法，設(shè)計過程中包括硬件電路設(shè)計和軟件程序編寫兩個方面，解釋了單片機在應(yīng)用過程中的方法和可能出現(xiàn)的問題。本文主要介紹硬件電路設(shè)計部分。利用stc89c52和isd1730語音芯片建立語音信息庫，形成變化多樣的語音信息，利用其功放播放語音信息以及提示語音，同時運用lcd1602型號的液晶模塊進行站數(shù)顯示。當(dāng)公交車到達某站點，用鍵盤控制本系統(tǒng)工作，通過語音電路輸出語音信息和提示，同時站數(shù)信息在lcd1602

4、液晶模塊上進行顯示。整個系統(tǒng)硬件設(shè)計包括鍵盤電路、復(fù)位電路、液晶顯示電路、語音播報模塊，時鐘模塊。關(guān)鍵詞：單片機stc89c51；lcd1602液晶顯示；isd1730語音電路；ds1302時鐘；按鍵1.緒論隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展和進步, 無人售票的公交車的應(yīng)用電路也多起來了，語音報站器更是被廣泛的使用起來，這在相當(dāng)大的程度上免除了乘務(wù)人員沿途報站的麻煩，給許多不熟悉公交線路的乘客帶來了方便。1.1 課題研究的背景及意義公共汽車是現(xiàn)代文明城市的一道流動的風(fēng)景線，因此對整車的外形甚至車身的色彩都有了較高的要求。為了使免除乘務(wù)人員的麻煩也使乘客方便清楚的知道所到的站名以及實時時間，公共汽車配備的一

5、些列的電子裝置，其中最為普遍就是無人報站器、電子顯示路牌、無人售票裝置、前后電視監(jiān)視系統(tǒng)等新技術(shù)的采用。公交車自動報站器在公交事業(yè)中具有非常重要的的地位，因為它將直接影響到公共汽車的服務(wù)質(zhì)量。目前，各個城市的公交車自動報站的方式主要三種，其中一種是利用無線發(fā)送及接收芯片pt2262/和pt2272的公交車報站系統(tǒng)，在公交站的每個站牌處安裝發(fā)射芯片pt2262用來發(fā)射該站點事先編好的編碼信號，當(dāng)公交車到達該范圍內(nèi)（如50米之內(nèi)）時，其公交車上的接收芯片pt2272將對信號進行接收與解碼，然后再將解碼后的信息通過液晶顯示模塊顯示，而語音芯片將同時進行播報，該方式的報站系統(tǒng)價格低廉，實現(xiàn)方便，也能滿

6、足現(xiàn)代公交車的基本需要，因此目前國內(nèi)的大部分城市運用此種方式，另一種是功能很強大且系統(tǒng)非常穩(wěn)定的gps衛(wèi)星定位報站系統(tǒng)，但由于這種方式的投資很昂貴，尤其是對于一些中小城市來說無法承受，國內(nèi)雖也有此類產(chǎn)品的研制開發(fā)，但就目前的情況來看其投入的不是很廣，但是在一些發(fā)達國家（如美國）的部分城市已經(jīng)投入使用gps衛(wèi)星定位系統(tǒng)。第三種是手動電子報站方式，此方式價格低廉，但操作較為繁瑣，現(xiàn)已逐漸被淘汰。1.2 報站器的動態(tài)發(fā)展趨勢當(dāng)今社會，公交車是大多數(shù)城市居民出行的重要工具之一，但就公交車目前的報站系統(tǒng)來看很難滿足大家的要求?，F(xiàn)在公交車使用普遍的還是人工按鍵報站系統(tǒng)，此系統(tǒng)存在以下二個不可忽略的弊端：（

7、1）存在隱形的安全隱患，因為每次駕駛員都要在行駛時對報站器進行操作以進行報站，而車輛在進出站的時候路面情況都很復(fù)雜，因此給行駛中的車輛和行人帶來一定的安全隱患。（2） 報站不夠準(zhǔn)確，因為駕駛員在行駛的過程中操作報站系統(tǒng)時時常會忘按鍵或者按錯鍵，有時在調(diào)整報站系統(tǒng)時會連續(xù)報站，這樣會給不熟悉路線的乘客帶來不便。目前我國的大部分城市公交自動報站的方式主要有三種：（1）人工進行報站：一般是由當(dāng)?shù)氐某藙?wù)人員用方言來進行報站，這樣會給外地乘客帶來很大的不便，但這種方式已經(jīng)被淘汰。（2）半自動報站：這種報站方式是現(xiàn)在運用普遍的，但由于這種報站系統(tǒng)需要駕駛員來控制，故會有誤報現(xiàn)象且還存在安全隱患。（3）自動

8、報站系：此報站方式已智能化，即無需駕駛員得參與，系統(tǒng)將自動識別站點，雖然比較準(zhǔn)確，但也容易出現(xiàn)問題且價格昂貴，所以這種方式運用的不是很普遍。雖然國能外都在研究公交自動報站系統(tǒng)，但采用的技術(shù)手段不一樣，如：采用gps定位系統(tǒng)自動報站等等。這些開發(fā)成本較高，且難以實現(xiàn)普及，特別是一些中小城市難以負(fù)擔(dān)，故開發(fā)一種綜合性強的、且價格交低、易于實現(xiàn)普及的系統(tǒng)是公交事業(yè)迫切需要的。1.3 設(shè)計的主要目標(biāo)任務(wù)本課題要求設(shè)計公交車自動報站系統(tǒng)，以實現(xiàn)公交車的語音自動報站，即在進站、出站時候自動播報語音提示信息及服務(wù)用語，同時利用lcd液晶電路進行漢字顯示。本設(shè)計要求利stc89c51作為主控芯片完成主控電路的

9、設(shè)計，輔助電路要求包括語音電路、漢字點陣顯示電路、電源電路等。2.總體方案的設(shè)計2.1 本設(shè)計的原理 本系統(tǒng)使用八位單片機作為控制器件。當(dāng)系統(tǒng)進行語音再生時，單片機控制電路中的語音芯片來讀取其外接的存儲器內(nèi)部的語音信息，并合成語音信號，再通過語音輸出電路，進行語音報站和提示。同時，鍵盤接口電路單片機stc89c52文字顯示電路語音播報電路晶振復(fù)位ds1302時鐘 圖2.1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)單片機通過程序讀取文字信息，送入液晶顯示模組來進行站數(shù)和站名的顯示。當(dāng)汽車到達某站時，司機或乘務(wù)人員通過鍵盤來控制系統(tǒng)進行工作。當(dāng)系統(tǒng)進行語音錄制時，語音信號通過語音錄入電路送給語音合成電路中的語音芯片，由語音芯

10、片進行數(shù)據(jù)處理，并將生成的數(shù)字語音信息存儲到語音存儲芯片中，從而建立語音庫。本設(shè)計的系統(tǒng)如圖2.1所示。2.2 硬件方案的選擇 2.2.1 語音芯片的選澤方案一：基于isd2560語音芯片的錄放電路設(shè)計isd2560系列語音芯片可通過spi協(xié)議方便地與cpu接口。 用isd2560芯片構(gòu)成的單片機通用開發(fā)板采用國內(nèi)最常用的mcs-51語言單片機89c51來與isd2560系列語音芯片相結(jié)合，可供用戶開發(fā)各種新型智能型數(shù)碼語音產(chǎn)品。方案二； 基于isd1730語音芯片的錄放電路isd1730是華邦公司新推出isd1700 系列芯片的單片優(yōu)質(zhì)語音錄放電路，該芯片能提供多項新功能，包括內(nèi)置專利的多信

11、息管理系統(tǒng)，新信息提示,雙運作模式（獨立&嵌入式），以及可定制的信息操作指示音效。芯片內(nèi)部包含有自動增益控制、麥克風(fēng)前置擴大器、揚聲器驅(qū)動線路、振蕩器與內(nèi)存等的全方位整合系統(tǒng)功能【2】。通過分析比較，本次設(shè)計采用isd1730語音芯片設(shè)計錄放電路，其相對于isd2560語音芯片來講功能更強大，由按鍵直接控制語音的錄放等，電路工作穩(wěn)定、可靠性高，完全達到了設(shè)計要求，具有非常好的實用性。2.2.2 顯示模塊的選擇方案一：采用lcd點陣顯示，用來顯示文字、圖形、圖像、等各種信息的顯示屏幕。它均由lcd矩陣塊組成。圖文顯示屏可與計算機同步顯示漢字、英文文本和圖形，該方案簡單易行。但所需的元件較多，且不

12、容易進行操作，可讀性差，一旦設(shè)定后，很難再加入其他的功能。方案二：采用液晶（lcd1602）顯示器件，該液晶顯示器件與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該器件的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。而且此液晶顯示平穩(wěn)、省電、美觀，更容易實現(xiàn)題目要求，對后續(xù)的功能兼容性高，。只需將軟件作修改即可，可操作性強，也易于讀數(shù)，能同時顯示日期、時間、星期且易于修改。綜上分析，我們采用了第二個方案。2.2.3 時鐘芯片的選澤方案一：采用軟件實現(xiàn)，直接用單片機的定時器編程實現(xiàn)，優(yōu)點節(jié)省硬件，但編程復(fù)雜且程序運行的每一步都需要時間，多一步或少一步程序都會影響記時的準(zhǔn)確度

13、，準(zhǔn)確度較差。方案二：采用專用的時鐘芯片實現(xiàn)時鐘的記時，專用時鐘芯片記時準(zhǔn)確，容易控制，能夠從芯片直接讀出日期、時間、星期，更符合題目要求。綜上分析，我們采用了第二個方案，時鐘芯片選擇常用的ds1302。3.控制方案的介紹與分析3.1 單片機的選擇與外圍電路的設(shè)計單片微型計算機（single chip microcomputer）簡稱單片機，它是微型計算機的一個重要的分支，它是把微型計算機的各個功能部件，即中央處理器（cpu）、隨機存儲器ram、只讀存儲器rom、定時/計數(shù)器及i/o接口電路等集成在一塊芯片上，構(gòu)成一個完整的微型計算機。單片機的出現(xiàn)是計算機技術(shù)發(fā)展史上的一個重要里程碑，它使計算

14、機從海量數(shù)值計算用途發(fā)展到智能化控制用途。從此，計算機技術(shù)在兩個重要的領(lǐng)域-通用計算機領(lǐng)域和嵌入式（embedded）計算機領(lǐng)域都獲得了極其重要的進展【12-13】。 3.1.1關(guān)于stc89c51單片機mcs-51系列單片機是美國intel公司在1980年繼mcs-48系列8位單片機之后推出的高檔8位單片機，此單片機憑其穩(wěn)定的性能、高性價比以及良好的兼容，在各個領(lǐng)域得到了最為廣泛的應(yīng)用，也是我國目前應(yīng)用最廣的單片機系列。在性能和功能方面，mcs-51單片機大大優(yōu)于mcs-48單片機。mcs-51系列有多種機型可供用戶選擇。mcs-51系列單片機最早的典型代表為8051,87581,8031，

15、由于其型號和生產(chǎn)廠商的不同，在片內(nèi)存儲器容量、中斷系統(tǒng)、外圍功能模塊、最高時鐘頻率以及處理器速度等方面有很大的不同，但它們的指令系統(tǒng)完全兼容，硬件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)也相同，其主要的性能特點如下【11】：1) 8位cpu.2) 片內(nèi)128b ram(mcs-52子系列有256b ram) 。3) 片內(nèi)4kb rom/eprom(8051/8751).4) 特殊功能寄存器區(qū)。5) 兩個優(yōu)先級的5個中斷源結(jié)構(gòu)。6) 4個8位并行i/o口（p0，p1，p2，p3）。7) 兩個16位定時/計數(shù)器（mcs-52子系列有3個）.8) 全雙工串行口。9) 布爾處理器。10) 64kb外部數(shù)據(jù)存儲器地址空間。11)

16、 64kb外部程序存儲器地址空間。12) 片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。1、內(nèi)部結(jié)構(gòu) mcs-51的典型產(chǎn)品有8031,8051,8751.8051內(nèi)部有4kb rom，8071內(nèi)部有4kb eprom，8031片內(nèi)無rom；初此之外，三者的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳完全相同。在單片機芯片的內(nèi)部，其基本結(jié)構(gòu)的構(gòu)成是通用cpu加上外圍芯片的模式，內(nèi)部主要由9個部件通過單一總線連接而成。內(nèi)部總體結(jié)構(gòu)如圖3.1所示，從圖中可以看出，這9個主要部件是：1個8位的中央處理器（包括alu,acc,tmp1,tmp2，b寄存器，psw及相應(yīng)的定時和控制邏輯），4kb/8kb程序寄存器（rom/eprom），128b/256b的

17、數(shù)據(jù)寄存器（ram），32條i/o接口線（圖中p0.0p0.7，p1.0p1.7，p2.0p2.7，p3.0p3.7），中斷控制邏輯（具有5個中斷源，2個中斷優(yōu)先級），定時器控制邏輯（具有2個可編程定時器/計數(shù)器），串行接口控制邏輯（具有可工作于多處理機通信，i/o接口擴展或全雙工通用異步接收發(fā)送器的串行接口），21個專用寄存器（包括程序計數(shù)器pc、堆棧指針寄存器sp、程序狀態(tài)字存器psw、數(shù)據(jù)指針寄存器dptr等）以及片內(nèi)振蕩器和時鐘電路（由osc及相關(guān)電路組成）【12】。 p0.0p0.7 p2.0p2.7 alu p2口驅(qū)動器p0口驅(qū)動器 p2口鎖存器p0口鎖存器程序地址寄存器acc暫存

18、器2spb緩沖器特種功能寄存器中斷串行口定時器暫存器1pc加1器pc定時控 ir制邏輯dptrpswpsenalep1口鎖存器p3口鎖存器rd wr p1口驅(qū)動器p3口驅(qū)動器osc xtal1 xtal2 p1.0p1.7 p3.0p3.7圖 3.1 mcs-51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1）中央處理器（cpu）中央處理器是單片機的核心，完成運算和控制功能。它由運算器和控制器組成。運算器包括算術(shù)邏輯單元（alu）、位處理器、累加器（acc）、寄存器b和暫存器以及程序狀態(tài)字（psw）寄存器等。該模塊的功能是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的算術(shù)運算、邏輯運算、位處理和數(shù)據(jù)傳送操作。控制器包括定時控制邏輯、指令寄存器、譯碼器及信息

19、傳送控制部分等，以實現(xiàn)控制功能。80c51單片機的cpu能處理8位二進制數(shù)和代碼，即1b。2）內(nèi)部存儲器單片機的內(nèi)部存儲器包括程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，它們是相互獨立，嚴(yán)格分工的。程序存儲器為只讀存儲器，只存放程序指令、常數(shù)和數(shù)據(jù)表格；數(shù)據(jù)存儲器為隨機存儲器，只存放數(shù)據(jù)。80c51芯片內(nèi)有256個ram單元來存放可讀/寫的數(shù)據(jù)；其中，后128個單元被專用寄存器占用，能作為寄存器供用戶使用的只有前128個單元。因此，通常所說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器就是指前128個單元，簡稱內(nèi)部ram。80c51共有4kb的程序存儲器，用于存放程序和不改寫的數(shù)據(jù)；因其由rom構(gòu)成，故稱為內(nèi)部rom。3）i/o端口80c51

20、單片機的內(nèi)部共有4個8位的并行i/o口（p0、p1、p2、p3），以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入和輸出。80c51單片機還有一個全雙工的串行口，以實現(xiàn)單片機與單片機之間以及單片機與外部設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。4）定時系統(tǒng)與中斷系統(tǒng)80c51內(nèi)部集成了2個16位的定時器/計數(shù)器用于實現(xiàn)定時或計數(shù)功能；同時，以其定時或計數(shù)的結(jié)果（查詢或中斷方式）來實現(xiàn)控制功能。80c51單片機具有中斷功能，以滿足控制應(yīng)用的需要。80c51共有5個中斷源，即外部中斷2個、定時器/計數(shù)器中斷2個、串行中斷1個、全部中斷可分為高級和低級兩個優(yōu)先級別。5）時鐘電路 時鐘電路為單片機產(chǎn)生時鐘脈沖序列，用于協(xié)助和控制單片機的工作，80

21、c51單片機的內(nèi)部有時鐘電路，在采用內(nèi)部時鐘時必須外接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容。系統(tǒng)允許的最高時鐘頻率為12mhz。6）布爾處理器8051還內(nèi)置了一個1位微處理器，這個微處理器有自己的cpu、位寄存器、i/o口和指令集，在開關(guān)決策、邏輯電路仿真和實時測控方面都有明顯的又是，極大地增強了8051單片機的處理能力。在8051系列單片機中，8位機和布爾處理器的硬件資源是復(fù)合在一起的【13】。2、80c51的外部引腳及功能mcs-51系列中各種型號芯片的引腳時候相互兼容的，在引腳上稍有差異。制造工藝為hmos的mcs-51單片機都采用了40只引腳的雙列直插封裝（dip）的方式，如圖3.2所示。80c5

22、1單片機的40個引腳分布是：電源引腳2根，外接晶體振蕩器引腳2根，控制引腳4根以及輸入和輸出引腳32根。主電源引腳（2根）vss（20腳）：接地線。vcc（40腳）：電源線，接+5v電源。外接晶體引腳（2根）xtal1(19腳)：接外部晶體的一個引腳或引入外部時鐘。當(dāng)采用內(nèi)部振蕩器（時鐘）時，它接外部石英晶體的一個引腳。當(dāng)采用外部振蕩器（時鐘）時，對hmos型工藝的單片機而言，此引腳應(yīng)接地；對chmos型而言，此引腳作為時鐘輸入端（驅(qū)動器）。xtal2（18腳）：接外部石英晶體的另一個引腳或引入外部時鐘。當(dāng)采用內(nèi)部振蕩器（時鐘）時，它接外部石英晶體的令一個引腳。當(dāng)采用外部振蕩器（時鐘）時，對h

23、mos型工藝的單片機而言，此引腳作為時鐘輸入端；對chmos型而言，此引腳懸浮?？刂埔_（4根）rst/vpp（9腳）：復(fù)位信號印引腳。當(dāng)震蕩器運行時，在此引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使單片機復(fù)位。一般在此引腳與vss之間連接一個約802k下拉電阻，與vcc引腳之間連接一個約10uf的電容，以保證可靠地復(fù)位。ale/prog（30腳）：地址鎖存允許信號。當(dāng)訪問外部鎖存器時，ale（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低8位，即使不訪問外部存儲器，ale端仍以不變的頻率周期性地輸出脈沖信號，此頻率為石英晶振震蕩頻率的1/6。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時的目的。圖3.2 mcs-51

24、系列單片機的引腳（29腳）：外部程序存儲器的讀選通信號。在讀外部rom時，有效（低電平），以實現(xiàn)對外部程序存儲器的讀操作。/vdd(31腳)：訪問程序存儲器選擇控制信號。當(dāng)信號接低電平時，對rom的讀操作（執(zhí)行程序）限定在外部程序存儲器；當(dāng)接高電平時，對rom的讀操作（執(zhí)行程序）從內(nèi)部開始。例如，內(nèi)部帶程序存儲器的80c51，在使用時應(yīng)接高電平。輸入輸出引腳（32根）p0.0p0.7（3932）：p0口的8條引腳可使用于兩種不同的情況，在不接片外存儲器與不擴展i/o接口時，可作為準(zhǔn)雙向口i/o接口，用于傳輸用戶輸入輸出的數(shù)據(jù)；在接有片外存儲器或擴展i/o接口時，在cpu訪問外部存儲器時先傳輸片

25、外存儲器低8位地址，后傳送cpu對片外存儲器的讀寫數(shù)據(jù)，此時p0口為地址/數(shù)據(jù)分時復(fù)用。p1.0p1.7（18）：p1口可作為8位準(zhǔn)雙向i/o接口使用。對于mcs-52子系列單片機，p1.0與p1.1還有第2功能，p1.0可作為定時器/計數(shù)器2的計數(shù)脈沖輸入端t2，p1.1可作為定時器/計數(shù)器2的外部控制端t2ex。p2.0p2.7（2128）：這組引腳也有具有兩種功能，一種是可作為準(zhǔn)雙向i/o接口使用，此時同上述兩個口的第1功能；另一個功能與p0口配合，在接有片外存儲器或擴展i/o接口且尋址范圍超過256b時，p2口用于傳輸片外存儲器高8位地址。p3.0p3.7（1017）：此端口除了作為準(zhǔn)

26、雙i/o接口使用外，還可以將每一位用于第2功能，而且p3口的每一條引腳均可獨立定義為第1功能下的輸入輸出或第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】引腳第2功能功能代號作用p3.0rxd串行接口輸入端p3.1txd串行接口輸出端p3.2外部中斷0請求輸入端，低電平有效p3.3外部中斷1請求輸入端，低電平有效p3.4t0定時器/計數(shù)器0計數(shù)脈沖輸入端p3.5t1定時器/計數(shù)器1計數(shù)脈沖輸入端p3.6外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端，低電平有效p3.7外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效mcs-51系列單片機在外擴程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器及i/o接口時都采用并行總線

27、擴展方式。單片機引腳主要分為數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線、用戶端口4個部分，如圖3.3所示。各個部分的特點如下：1)數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線是指從單片機p0口直接輸入/輸出的8位三態(tài)傳送通道，p0端口是復(fù)用端口，還以分時方式用于地址總線的一部分。p0端口的負(fù)載能力為可帶8個ls ttl負(fù)載。2)地址總線地址總線是指從單片機p0口以分時方式傳輸?shù)刂房偩€的低8位和從p2端口輸出地址總線的高8位。p2端口可帶4個ls ttl負(fù)載。p0口和p2口組成尋址外部存儲器的16位地址線，可尋址64kb外部存儲空間。3) 控制總線控制總線是指從單片機p3端口第二功能提供的控制線，以及單片機本身輸出和輸入的控制信號線。4

28、）用戶端口用戶端口是由單片機的p1和p3第一功能共同組成的。通常p3端口被單片機系統(tǒng)作為第二功能占用，不可被用戶使用。用戶端口主要指的是p1端口提供的輸入/輸出功能。p1端口可帶4個ls ttl負(fù)載【6】。圖3.3 mcs-51系列的單片機的對外總線結(jié)構(gòu)3.1.2復(fù)位電路單片機的復(fù)位分為上電自動復(fù)位和按鈕手動復(fù)位兩種。圖3.4（a）為上電復(fù)位電路，圖3（b）為按鈕手動復(fù)位電路。上電復(fù)位是利用電容充電來實現(xiàn)，即上電瞬間rst/vpd端的電位與vcc相同，隨著充電電流的減少rst/vpd端的電位逐漸下降。圖3（a）中的8.2k電阻是斯密特觸發(fā)器輸入端的一個下拉電阻。只要vcc的上升時間不超過1ms

29、，振蕩器建立時間不超過10ms，這個時間常數(shù)足以保證完成復(fù)位操作。上電復(fù)位所需的最短時間是振蕩器周期建立時間加兩個機器周期時間，在這個時間內(nèi)rst/vpd端的電平應(yīng)維持高于斯密特觸發(fā)器的下閥值。圖3（b）是按下復(fù)位按鈕時，電源對外接電容充電，使rst/vpd端為高電平，復(fù)位按鈕松開后，電容通過內(nèi)部下拉電阻放電，逐漸使rst/vpd端恢復(fù)低電平【3】。 （a）上電復(fù)位 （b）按鈕電平復(fù)位圖3.4 80c51單片機的兩種復(fù)位電路3.1.3 外部晶振的選用時鐘電路用于產(chǎn)生單片機所需要的時鐘信號，單片機在時鐘信號的控制下各部件之間同步協(xié)調(diào)工作。根據(jù)產(chǎn)生的方式不同，分為內(nèi)部和外部兩種時鐘電路。在mcs-

30、51芯片內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳xtal1，其輸出端為引腳xtal2。而在芯片的外部，xtal1和xtal2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，在引腳xtal1和xtal2上輸出3v左右的正弦波，這就是單片機的振蕩電路，如圖4（a）所示。 （a）振蕩電路 （b）外部時鐘電路圖3.5 8051時鐘電路通常，電容c1和c2取30pf左右，主要作用是幫助振蕩器起振，晶體的振蕩頻率范圍是1.212mhz。晶體振蕩頻率高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也高，單片機運行速度也就快。在通常應(yīng)用情況下，mcs-51使用振蕩頻率為6mhz或12mhz。在由多片單片

31、機組成的系統(tǒng)中，為了各單片機之間時鐘信號的同步，應(yīng)當(dāng)引入唯一的公用外部脈沖信號作為各單片機的振蕩脈沖2。這是，外部的脈沖信號時經(jīng)過xtal2引腳注入，其連接如圖3.5（b）所示，由于xtal2端邏輯電平不是ttl的，故需要外接一個上拉電阻，外接信號應(yīng)為時鐘頻率低于12mhz的方波信號【3】。3.2 語音提示電路目前，自動語音服務(wù)的應(yīng)用范圍越來越廣，其中美國isd公司生產(chǎn)的isd系列語音錄放電路以其電路簡單、應(yīng)用方便、單片錄放、不拍掉電、單色純真、品種齊全、性價比高等特點，在眾多的語音錄放電路中獨領(lǐng)風(fēng)騷。本設(shè)計使用的是isd1700系列的語音芯片isd1730.3.2.1 isd1730的簡介通

32、過stc89c51單片機控制isd1730語音芯片的錄放，并用單片機對錄放時間的設(shè)定和控制。isd1730 芯片提供了多項新功能，包括內(nèi)置專利的多信息管理系統(tǒng)，新信息提示,雙運作模式，以及可定制的信息操作指示音效。芯片內(nèi)部包含有自動增益控制、麥克風(fēng)前置擴大器、揚聲器驅(qū)動線路、振蕩器與內(nèi)存等的全方位整合系統(tǒng)功能。此芯片的性能特點是：1) 可錄、放音十萬次，存儲內(nèi)容可以斷電保留一百年。2) 兩種控制方式，兩種錄音輸入方式，兩種放音輸出方式。3) 可處理多達255 段以上信息。4) 有豐富多樣的工作狀態(tài)提示。5) 多種采樣頻率對應(yīng)多種錄放時間。6) 音質(zhì)好，電壓范圍寬，應(yīng)用靈活，價廉物美。isd17

33、30的芯片管腳如圖3.6所示：vccd（1腳）：數(shù)字電路電源。(2腳)：led指示信號輸出。（3腳）：芯片復(fù)位。miso（4腳）：spi 接口的串行輸出端口。 isd1700 在 sclk 下降沿之前的半個周期將數(shù)據(jù)放置在 miso 端。數(shù)據(jù)在 sclk 的下降沿時移出。mosi（5腳）：spi 接口的數(shù)據(jù)輸入端口。主控制芯片在 sclk 上升沿之前的半個周期將數(shù)據(jù)放置在 mosi 端。數(shù)據(jù)在 sclk 上升沿被鎖存在芯片內(nèi)。此管腳在空閑時，應(yīng)該被拉高。sclk（6腳）：spi 接口的時鐘。由主控制芯片產(chǎn)生，并且被用來同步芯片 mosi 和 miso 端各自 的數(shù)據(jù)輸入和輸出。此管腳空閑時，必

34、須拉高。圖3.6 isd1730芯片的管腳（7腳）：為低時，選擇該芯片成為當(dāng)前被控制設(shè)備并且開啟 spi 接口?？臻e時，需要拉高。vssa（8腳）：模擬地。anain（9腳）：芯片錄音或直通時，輔助的模擬輸入。需要一個交流耦合電容（典型值為 0.1uf ），并且輸入信號的幅值不能超出 1.0vpp 。 apc 寄存器的 d3 可以決定 analn 信號被立刻錄制到存儲器中，與 mic 信號混合被錄制到存儲器中，或者被緩存到喇叭端并 經(jīng)由直通線路aud/aux 輸出。mic+（10腳）：麥克風(fēng)輸入 +。mic-（11腳）：麥克風(fēng)輸入 -。vssp2（12腳）：負(fù)極 pwm 喇叭驅(qū)動器地。sp-(

35、13腳)：喇叭輸出 -。vccp（14腳）：pwm 喇叭驅(qū)動器電源。sp+(15腳)：喇叭輸出 +。vssp1（16腳）：正極 pwm 喇叭驅(qū)動器地。aud/aux（17腳）：輔助輸出，決定于 apc 寄存器的 d7 ，用來輸出一個 aud 或 aux 輸出。 aud 是一個單端電流輸出，而 aud/aux 是一個單端電壓輸出。他們能夠被用來驅(qū)動一個外部揚聲器。出廠默認(rèn)設(shè)置為 aud 。 apc 寄存器的 d9 可以使其掉電。agc（17腳）：自動增益控制。vol（18腳）：音量控制。rosc(19腳)：振蕩電阻， rosc 用一個電阻連接到地，決定芯片的采樣頻率。vcca（21腳）：模擬電路

36、電源。（22腳）：在獨立芯片模式下，當(dāng) ft 一直為低， anain 直通線路被激活。 anain 信號被立刻從 anain 經(jīng)由音量控制線路發(fā)射到喇叭以及 aud/aux 輸出。不過，當(dāng)在 spi 模式下， spi 無視這個輸入，而且直通線路被 apc 寄存器的 d0 所控制。該管腳有一個內(nèi)部上拉設(shè)備和一個內(nèi)部防抖動電路，允許使用按鍵開關(guān)來控制開始和結(jié)束。（23腳）：播放控制端。（24腳）：錄音控制端。（25腳）：擦除控制端。（26腳）：快進控制端。rdy / int（27腳）：一個開路輸出。ready( 獨立模式 )該管腳在錄音，放音，擦除和指向操作時保持為低，保持為高時進入掉電狀態(tài)。in

37、terrupt(spi 模式 )在完成 spi 命令后，會產(chǎn)生一個低信號的中斷。一旦中斷消除，該腳變回為高。vssd（28腳）：數(shù)字地。3.2.2 isd1730內(nèi)部結(jié)構(gòu)isd1730語音芯片采用cmos技術(shù)，內(nèi)含晶體振蕩器、防混疊濾波器、平滑濾波器、自動靜噪、音頻功率放大器及高密度多電平閃爍存儲陣列等，如圖3.7所示，因此只需很少的外圍器件就可構(gòu)成一個完整的聲音錄放系統(tǒng)。isd1730 的獨立按鍵工作模式錄放電路非常簡單且功能強大。不僅有錄、放功能，還有快進、擦除、音量控制、直通放音和復(fù)位等功能。這些功能僅通過按鍵就可完成。 在按鍵模式工作時，芯片可以通過/led 管腳給出信號來提示芯片的工

38、作狀態(tài)，并且伴隨有提示音，用戶也可自定 4 種提示音效：錄音操作： 按下 rec 鍵，/rec 管腳電平變低后開始錄音，直到松開按鍵使電平拉高或者芯片錄滿時結(jié)束。錄音結(jié)束后，錄音指針自動移向下一個有效地址。而放音指針則指向剛剛錄完的那段語音地址。 放音操作： 放音操作有兩種模式，分別是邊沿觸發(fā)和電平觸發(fā)，都由/play 管腳觸發(fā)。 1）邊沿觸發(fā)模式： 點按一下 play 鍵，/play 管腳電平變低便開始播放當(dāng)前段的語音，并在遇到 eom 標(biāo)志后自動停止。放音結(jié)束后，播放指針停留在剛播放的語音起始地址處，再次點按放音鍵會重新播放剛才的語音。在放音期間，led燈會閃爍直到放音結(jié)束時熄滅。如果在放

39、音期間點按放音鍵會停止放音。 圖3.7 isd1730內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2）電平放音模式： 如果一直按住 play 鍵，使/play 管腳電平持續(xù)為低，那么會將芯片內(nèi)所有語音信息播放出來，并且循環(huán)播放直到松開按鍵將/play 管腳電平拉高。在放音期間 led 閃爍。當(dāng)放音停止，播放指針會停留在當(dāng)前停止的語音段起始位置。 快進操作： 點按一下 fwd 按鈕將/fwd 端拉低，會啟動快進操作?？爝M操作用來將播放指針移向下一段語音信息。當(dāng)播放指針到達最后一段語音處時，再次快進，指針會返回到第一段語音。當(dāng)下降沿來到/fwd 端時，快進操作還要決定于芯片當(dāng)時的狀態(tài)： 1）若芯片在掉電狀態(tài)并且當(dāng)前播放指針的位置不

40、在最后一段，那么指針會前進一段，到達下一段語音處。 2） 若芯片在掉電狀態(tài)并且當(dāng)前播放指針的位置在最后一段，那么指針會返回到第一段語音處。3）若芯片正在播放一段語音（非最后一段），那么此時放音停止，播放指針前進到下一段，緊接著播放新的語音。 4）若芯片正在播放最一段語音，那么此時，放音停止，播放指針返回到第一段語音，緊接著播放第一段語音。 擦除操作： 擦除操作分為單段擦除和全體擦除兩種擦除方式，區(qū)別如下：單個擦除：只有第一段或最后一段語音可以被單個擦除。點按一下 erase 健將/erase 管腳拉低，這時具體的擦除情況要看播放指針的狀態(tài)： 1）如果芯片空閑并且播放指針指向第一段語音，則會刪除

41、第一段語音，播放指針指向新的第一段語音（執(zhí)行擦除操作前的第二段）； 2）如果芯片空閑并且播放指針指向最后一段語音，則會刪除最后一段語音，播放指針指向新的最后一段語音（執(zhí)行擦除操作前的倒數(shù)第二段）； 3）如果芯片空閑并且播放指針指向沒有指向第一或最后一段語音，則不會刪除任何語音，播放指針也不會被改變 ；4）如果芯片當(dāng)前正在播放第一段或最后一段語音，點按下 erase 鍵會刪除當(dāng)前語音。 全體擦除： 當(dāng)按下 erase 鍵將/erase 管腳電平拉低超過 2.5 秒鐘，會觸發(fā)全體擦除操作，刪除全部語音信息。 復(fù)位操作： 如果用reset控制此管腳，建議/reset管腳與地之間連接一個0.1f電容。

42、當(dāng)/reset被觸發(fā)，芯片將播放指針和錄音指針都放置在最后一段語音信息的位置。音量操作： 點按一下vol鍵將/vol管腳拉低會改變音量大小。每按一下，音量會減小一檔，再到達最小檔后再按的話，會增加音量直到最大檔，如此循環(huán)。總共有8個音量檔供用戶選擇，每一檔會改變4db。復(fù)位操作會將音量檔放在默認(rèn)位置，即最大音量。 ft直通操作： 將/ft管腳與gnd短接，持續(xù)保持在低電平會啟動直通模式。 3.2.3 isd1730與單片機的連接圖當(dāng)按下s1鍵,輸出一個低電平，/rec端為低電平有效，開始執(zhí)行錄音操作。當(dāng)松開s1時則為高電平，錄音停止。當(dāng)按下s2時，輸出一個低電平，/play為低電平有效，那么會

43、將芯片內(nèi)所有語音信息播放出來，并且循環(huán)播放直到松開按鍵將play 管腳電平拉高。在放音期間 led 燈閃爍。當(dāng)放音停止，播放指針會停留在當(dāng)前停止的語音段起始位置。 當(dāng)松開s1時則為高電平，放音停止。當(dāng)按下s3，輸出為低電平，erase 鍵將 erase 管腳電平拉低超過 2.5 秒鐘，會觸發(fā)全體擦除操作，刪除全部語音信息。 圖3.8 isd1730與單片機的連接當(dāng)按下s4時， fwd 端拉低，會啟動快進操作?？爝M操作用來將播放指針移向下一段語音信息。當(dāng)按下s6時，將 vol 管腳拉低會改變音量大小。每按一下，音量會減小一檔，再到達最小檔后再按的話，會增加音量直到最大檔，如此循環(huán)。按下s5鍵時，

44、reset 管腳與地之間連接 一個 0.1 f 電容。當(dāng) reset 被觸發(fā)，芯片將播放指針和錄音指針都放置在最后一段語音信息的位置，芯片就復(fù)位了。與單片機的連接圖如圖3.8所示。3.3 時鐘模塊本設(shè)計利用單片機80c51和時鐘芯片ds1302進行數(shù)據(jù)通信，讀取和寫入實時數(shù)據(jù)。本設(shè)計主要涉及3個方面的內(nèi)容：一個方面是如何針對系統(tǒng)的需要選擇合適的時鐘芯片，二是如何設(shè)計外圍電路和單片機的接口電路，三是如何編寫控制時鐘芯片的單片機的程序。3.3.1 ds1302的簡介ds1302時鐘芯片可以工作于24小時模式或am/pm的12小時模式。其內(nèi)部包含了10個小時寄存器和31字節(jié)ram，這些寄存器和ram

45、用來存放各種時間數(shù)據(jù)。在使用時，可以對芯片的當(dāng)前時間進行設(shè)定。芯片采用了簡單的i2c三線通信方式，便于節(jié)省芯片和與之接口的微處理器管腳。芯片有著2.05.5v的寬供電電壓范圍，在5v供電時其接口與ttl電平兼容；并且功耗很低，在2.0v供電時僅耗300na的電流。實時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月小于31日時可自動調(diào)整，包括閏年，有效至2100年?？刹捎?2h或24h方式計時，采用雙電源（主電源和備用電源）供電，可設(shè)置備用電源充電方式，同時提供了對后背電源進行涓細(xì)電流充電的能力。芯片為8引腳小型封裝，ds1302實時芯片的主要性能如下15：1） 31字節(jié)ram存儲時間數(shù)據(jù)。2）

46、 2.05v供電。3） 支持單字節(jié)傳輸模式和突發(fā)式傳輸模式。4） 8針dip封裝和soic封裝。5） 3線接口，簡單易用。6） 兼容ttl電平。7） 操作溫度-40+85c.3.3.2 內(nèi)外部結(jié)構(gòu)1.管腳圖及管腳說明15ds1302是一個可編程的涓流充電器，具有主電源和備份電源的雙電源管腳。ds1302的8針dip封裝如圖3.9所示。ds1302各引腳說明如下：圖3.9 ds1302引腳排列圖1）vcc2（1腳）：在雙電源供電系統(tǒng)中的主電源管腳。2）x1（2腳）：連接一個標(biāo)準(zhǔn)的32768hz石英晶體。ds1302也可用外部振蕩器驅(qū)動，這是x1管腳連接外部振蕩器信號，x2懸浮。3）x2（3腳）：

47、連接一個標(biāo)準(zhǔn)的32768hz石英晶體。ds1302也可用外部振蕩器驅(qū)動，這是x1管腳連接外部振蕩器信號，x2懸浮。4) gnd（4腳）：電源地。5）（5腳）：復(fù)位信號，在一個讀寫期間必須保持高電平。6）i/o（6腳）：雙向數(shù)據(jù)線管腳。7）sclk(7腳)：串行接口的同步時鐘。8） vcc1（8腳）：在單電源供電系統(tǒng)中的電源管腳，在雙電源系統(tǒng)中接備份電源。 2、內(nèi)部功能圖ds1302的內(nèi)部框圖如圖3.10所示，從圖中可以看出，ds1302由電源控制模塊、實時時鐘、振電源控制 vcc1振蕩器和分頻器 vcc2實時時鐘 gnd i/o輸入移位寄存器 data bus命令和控制邏輯318ram scl

48、k rst圖3.10 ds1302的內(nèi)部功能框圖蕩器和分時器、輸入移位寄存器、命令和控制邏輯以及ram組成。各部分介紹如下：1）振蕩器和分頻器是整個時鐘芯片的基準(zhǔn)，它決定了時鐘芯片的精度，芯片可以外接一個標(biāo)準(zhǔn)的石英晶體，也可以用外部振蕩器驅(qū)動；2）命令和控制器邏輯根據(jù)不同的指令對時鐘芯片進行不同的操作；3）內(nèi)部ram主要用來存儲時間信號。3.3.3 工作原理及原理圖ds1302與單片機的連接僅需要3條線，即sclk、i/o、rst、。vcc2在單電源與電池供電的系統(tǒng)中提供低電源并提供低功率的電池備份。vcc2在雙電源系統(tǒng)中提供主電源，在這種運行方式下vcc1連接帶備份電源，以便在沒有主電源的情

49、況下能保存時間信息以及數(shù)據(jù)。ds1302由兩者中的較大者供電。當(dāng)vcc2大于vcc1+0.2v時，vcc2給ds1302供電。當(dāng)vcc2小于vcc1時，ds1302由vcc1供電15。ds1302在單片機系統(tǒng)中的典型應(yīng)用電路如圖3.11所示，rst接在p0.5上，此引腳為高電位時，選中此芯片，可對其進行操作。串行數(shù)據(jù)線i/o與串行時鐘線sclk分別接在p0.6和p0.7上，所有的單片機地址、命令及數(shù)據(jù)均通過這兩條線傳輸。在本設(shè)計中，89c51為主器件，ds1302為從器件，主器件在總線上產(chǎn)生時鐘脈沖、尋址信號、數(shù)據(jù)信號燈，而從器件則相應(yīng)接收數(shù)據(jù)、傳送數(shù)據(jù)。圖3.11 89c51與ds1302的

50、接口電路對ds1302的每一次讀寫需16個時鐘脈沖，前8個脈沖輸入操作地址和讀寫命令，命令格式可以參考ds1302的數(shù)據(jù)手冊。其中，bit7必須為1；bit0為0時向芯片寫入數(shù)據(jù)，為1時從芯片讀出數(shù)據(jù)；bit6bit1選定芯片中的地址。后8個脈沖寫入或讀出數(shù)據(jù)。3.4 液晶顯示電路液晶顯示器是一種功耗極低的顯示器件，按其功能可分為兩大類：段式液晶顯示器和點陣液晶顯示器。前者可顯示數(shù)字、字符和符號等，而點陣式液晶顯示器還可以顯示漢字和任意圖形，達到圖文并茂的效果，其應(yīng)用越來越廣泛，與led相比，液晶顯示器(lcd)具有以下的優(yōu)點： 1）工作電壓低、微功耗、可以和大規(guī)模集成電路相匹配，使便攜式計算

51、機成為可能。 2）體積小。采用平板型結(jié)構(gòu)，使用方便。 3）屬被動顯示器件，適合戶外用戶使用，符合人眼的視覺習(xí)慣。 4）顯示信息量大、無電磁輻射、接口方便。3.4.1 lcd1602的簡介字符型液晶顯示是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式lcd，本設(shè)計采用的是lcd1602型液晶顯示器，其外形尺寸為803614，單5v供電，由左到右共16個引腳，其實物如圖3.12所示。字符9-10。圖3.12 1602字符型液晶顯示器實物圖此芯片的正常工作時電流僅2.0ma/5.0v，通過編程實現(xiàn)自動關(guān)閉屏幕能夠更有效的降低功耗。lcd1602分兩行顯示，每行可顯示多達16個字符。lcd1602液晶模塊內(nèi)

52、部的字符發(fā)生存儲器（cgrom）已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，通過內(nèi)部指令可實現(xiàn)對其顯示多樣的控制，并且還能利用空余的空間自定義1602lcd采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如下：vss（1腳）：電源地。vdd（2腳）：+5v邏輯電源。v0（3腳）：v0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10k的電位器調(diào)整對比度 。rs（4腳）：rs為寄存器的選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。rw（5腳）：rw為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當(dāng)rs和rw共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)rs為低電平rw為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)rs為高電平rw為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 e（6腳）：e端為使能端，當(dāng)e端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。db0db7（714腳）