一種基于APR9600語音芯片并應(yīng)用74LS138進(jìn)行語音編碼的語音錄放系統(tǒng)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 : 語 音 錄 放 系 統(tǒng)英文題 pronunciation recording and sending out system 學(xué)生姓名 專 業(yè) 自動(dòng)化班 級(jí) 指導(dǎo)教師 二零零六年 六月摘要隨著信息多媒體信息的急劇增長，對(duì)信息處理和有效的存儲(chǔ)成為了必要的手段。而對(duì)語音信息的存儲(chǔ)，也有越來越多的需求。智能語音錄放系統(tǒng)以實(shí)用性、方便性等性能得到人們的關(guān)注，此類設(shè)備廣泛的應(yīng)用于通信、交通、航空等領(lǐng)域，可以說此系統(tǒng)已經(jīng)遍及了人們?nèi)粘Ｉ?、工作中。語音錄放的新型智能系統(tǒng)的應(yīng)用，有效提高了人們的生活、工作、娛樂的便捷性、效率性和實(shí)用性。語音數(shù)字化紀(jì)錄與模擬信號(hào)羈勒相比具有的高可靠性

2、，利用看見的高有效性的方便性等優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用數(shù)字錄放系統(tǒng)已經(jīng)成為了趨勢。此系統(tǒng)大多都是采用了單片機(jī)控制一個(gè)語音芯片，再接一個(gè)flash存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)。本文介紹了一種基于apr9600語音芯片并應(yīng)用74ls138進(jìn)行語音編碼的語音錄放系統(tǒng)，給出了實(shí)現(xiàn)的方案，并對(duì)相應(yīng)的功能模塊、電子器件的結(jié)構(gòu)、工作原理作分析和說明。提出了對(duì)語音錄放系統(tǒng)的要求，同時(shí)描述了語音錄放系統(tǒng)的工作流程，并編寫了相應(yīng)的系統(tǒng)工作程序。為了提高系統(tǒng)的可行性和靈活性，采用了臺(tái)灣公司退出的apr9600語音錄放芯片為核心部件，配合a/d電路、d/a電路、控制電路和接口電路，實(shí)現(xiàn)錄音、放音等功能，因此本文所提出的語音錄放系統(tǒng)具有較高的應(yīng)

3、用價(jià)值。關(guān)鍵字apr9600語音芯片；8051控制芯片；語音錄放程序abstractwith the rapid growth of the multimedia information of information , have become essential means to information processing and effective memory . and to the memory of pronunciation information, there are more and more demands. intellectual pronunciation reco

4、rd , show system get concern of people with practicability , convenience performance, this kind of one that had an extensive equipment was applied to fields such as communication , traffic , aviation ,etc., we can say this system has already been spread all over in peoples daily life and work. pronu

5、nciation record new application of intelligence system that show, improve peoples life , convenient , efficiency and practicability worked , amused effectively. pronunciation digitization note down with analog signal bridle tying high dependability had to compare tight, utilize high convenience of v

6、alidity that see advantage, so applied digital record , show system become the trend.this system has mostly all adopted the one-chip computer to control a pronunciation chip, connect another structure of flash memory . this text introduce one on the basis of apr9600 pronunciation chip and employ 74l

7、s138 carry on pronunciation pronunciation of code record the system of showing, provide scheme that realize , make analysis and prove to corresponding function module , structure , operation principle of electronic device. put forward , record , set systematic requirement free to pronunciation , des

8、cribe pronunciation record and put the systematic workflow at the same time, have written the corresponding systematic working routine . for improve systematic feasibility and flexibility , adopt taiwan apr9600 pronunciation that company withdraw from record , set the chip free for the key part, coo

9、perate with a/d circuit , d/a circuit , control circuit and interface circuit , realize recording , put transliteration function, so pronunciation this text put forward record , show system have higher using value. key wordapr9600 pronunciation chip ；8051 controls the chip； the pronunciation records

10、 the procedure of showing 目錄摘要與關(guān)鍵詞.i英文摘要與關(guān)鍵詞.ii緒論.11. 主要元器件功能介紹.21.1 apr9600語音芯片的結(jié)構(gòu)及功能.21.2 mcs8051結(jié)構(gòu)及功能.81.3 74ls138譯碼器相關(guān)介紹.141.4 鍵盤結(jié)構(gòu)及功能.161.5 電源的結(jié)構(gòu)及功能.181.6 其他器件介紹.192. 語音錄放系統(tǒng)硬件介紹.202.1 語音錄放系統(tǒng)介紹.212.2 硬件原理圖設(shè)計(jì).233. 語音錄放系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分.253.1 apr9600的分段及編碼.253.2 系統(tǒng)鍵盤部分.253.2.1鍵盤掃描流程圖.263.2.2鍵盤掃描程序.273.3初始化

11、程序.283.4 段語音錄、放示例.283.4.1段語音錄入示例.293.4.2 段語音播放示例.293.4.3語音播放舉例.293.5 系統(tǒng)錄音錄音控制.31 3.5.1系統(tǒng)錄音控制流程.313.5.2系統(tǒng)錄控制音程序.323.6系統(tǒng)放音控制.34 3.6.1系統(tǒng)放音控制流程.34 3.6.2系統(tǒng)放音控制程序.35結(jié)論.38致謝.39參考文獻(xiàn).40附錄一 系統(tǒng)硬件原理圖 緒論（1）語音技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀傳統(tǒng)的磁帶語音錄放系統(tǒng)因其體積大、使用不便,在電子與信息處理的使用中受到許多限制。體積小巧,功耗低的數(shù)字化語音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)將完全可以替代它。數(shù)字化語音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)的基本原理是對(duì)語音的錄音與放

12、音的數(shù)字控制。主要包括為了增加語音存儲(chǔ)時(shí)間,提高存儲(chǔ)器的利用率,采用了非失真壓縮算法對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行壓縮后再存儲(chǔ),而在回放時(shí)再進(jìn)行解壓縮;同時(shí),對(duì)輸入語音信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波以抑制雜音和干擾,從而確保了語音回放的可靠質(zhì)量。 80年代以來，美、日等國的數(shù)字語音技術(shù)的研究工作進(jìn)入了應(yīng)用階段，相繼研制的大規(guī)模集成電路語音芯片已經(jīng)供應(yīng)市場，并不斷推出新的品種。數(shù)字語音技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，首先是數(shù)字通信系統(tǒng)。當(dāng)通過數(shù)字通信系統(tǒng)傳送語音信號(hào)時(shí)，語音數(shù)字化技術(shù)就是必不可少的了。發(fā)送端實(shí)際上即為語音編碼，接收端為語音合成。在我們的日常生活中，數(shù)字化語音存儲(chǔ)與回放技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，諸如公交車報(bào)站器，采訪筆，m

13、p3播放器，手機(jī)等，使得產(chǎn)品的功能強(qiáng)大，淘汰了磁帶錄音的傳統(tǒng)方式，方便了人們的生活，推動(dòng)了社會(huì)的進(jìn)步。近年來單片式語音集成電路發(fā)展迅速，isd公司已經(jīng)推出語音容量為6秒至16分鐘的芯片，預(yù)計(jì)未來兩年將推出單片3264分鐘的芯片。這樣，大多數(shù)的語音電路設(shè)計(jì)都能很方便地實(shí)現(xiàn)，更復(fù)雜的功能控制也可通過單片機(jī)或微電腦的軟件配合來完成。目前，十幾分鐘到幾個(gè)小時(shí)的數(shù)碼語音電路設(shè)計(jì)是亟待解決的問題，如沙盤模型的自動(dòng)語音講解、廣告播放、列車指揮黑匣子、119電話錄音系統(tǒng)、會(huì)議錄音系統(tǒng)等， 從我們自身專業(yè)與現(xiàn)階段的知識(shí)構(gòu)成出發(fā)，我們選擇了以單片機(jī)為核心來實(shí)現(xiàn)語音采集與回放。本課題多功能信號(hào)發(fā)生器是利用單片機(jī)，通

14、過自主編寫匯編程序，來實(shí)現(xiàn)語音數(shù)據(jù)的傳遞。（2）單片機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用作為課題的核心部分，了解一下單片機(jī)。電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了從電子管、晶體管、集成電路到大（超大）規(guī)模集成電路共四個(gè)階段，通常我們稱為第一代、第二代、第三代和第四代計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)在的微型計(jì)算機(jī)就是第四代計(jì)算機(jī)，而單片機(jī)則是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)分支。單片機(jī)將中央處理器cpu、隨機(jī)存儲(chǔ)器ram、只讀存儲(chǔ)器rom、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及i/o（input/output）口電路等主要微型機(jī)部件，集成在了一塊芯片上，因此得名。1976年intel公司推出了8位的mcs48系列單片機(jī)，它以其體積小、控制功能全、成本低而得到了廣泛應(yīng)用。本文研究是

15、的基于apr9600芯片的語音系統(tǒng) 1. 主要元器件功能介紹1.1 apr9600語音芯片的結(jié)構(gòu)及功能臺(tái)灣公司最新推出的apr9600語音錄放芯片，是繼美國isd公司以后采用模擬存儲(chǔ)技術(shù)的又一款音質(zhì)好、噪音低、不怕斷電、可反復(fù)錄放的新型語音電路，單片電路可錄放32-60秒，串行控制時(shí)可分256段以上，并行控制時(shí)最大可分8段。與isd同類芯片相比它具有：價(jià)格便宜，有多種手動(dòng)控制方式，分段管理方便、多段控制時(shí)電路簡單、采樣速度及錄放音時(shí)間可調(diào)、每個(gè)單鍵均有開始停止循環(huán)多種功能等特點(diǎn)，同時(shí)保留了isd2500芯片的一些特點(diǎn)，都是dip28雙列直插塑料封裝，在管腳排列上也基本相同。 圖1-1 apr9

16、600實(shí)物圖圖1-2 apr9600的全功能應(yīng)用電路圖 圖1-3 apr9600的管腳排列圖內(nèi)部時(shí)鐘分時(shí)采樣時(shí)鐘濾波自動(dòng)增益控制 內(nèi)部存儲(chǔ)器濾波電源調(diào)整地址緩沖器控制輸入模式控制 圖1-4 apr9600內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖1-5 apr9600時(shí)圖序表1-1 管腳功能說明管腳功能管腳功能1、/m1第一段控制或連續(xù)錄放控制（低電平有效）15、sp-外接喇叭負(fù)端2、/m2第二段控制或快進(jìn)選段控制（低電平有效）16、vcca模擬電路正電源3、/m3第三段控制（低電平有效）17、micin話筒輸入端4、/m4第四段控制（低電平有效）18、micref話筒輸入基準(zhǔn)端5、/m5第五段控制（低電平有效）19、ag

17、c自動(dòng)增益控制端6、/m6第六段控制（低電平有效）20、ana-in線路輸入端7、oscr振蕩電阻21、ana-out線路輸出端（話筒放大器輸出端）8、/m7第七段控制及片溢出指示（低電平有效）22、strobe工作期間閃爍指示燈輸出端 （低電平有效）9、/m8第八段控制（低電平有效）及操作模式選項(xiàng)23、ce復(fù)位/停止鍵或啟動(dòng)/停止鍵 (高電平有效)10、/busy忙信號(hào)輸出（工作時(shí)出0，平時(shí)為1）24、msel1模式設(shè)置端11、be鍵聲選擇（接1為有鍵聲，0則無）25、msel2模式設(shè)置端12、vssd數(shù)字電路電源地26、extclk外接振蕩頻率端（用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)接地）13、vssa模擬電路電

18、源地27、/re錄放選擇端（0為錄音、1為放音）14、sp+外接喇叭正端28、vccd數(shù)字電路正電源在apr9600芯片的內(nèi)部，錄音時(shí)外部音頻信號(hào)通過話筒輸入和線路輸入方式進(jìn)入，話筒可采用普通的駐極體話筒，在芯片內(nèi)話筒放大器（pre-amp ）中自帶自動(dòng)增益調(diào)節(jié)（agc），可由外接阻容件設(shè)定響應(yīng)速度和增益范圍。如果信號(hào)幅度在100mv左右即可直接進(jìn)入線路輸入端，音頻信號(hào)由內(nèi)部濾波器、采樣電路處理后以模擬量方式存入專用快閃存儲(chǔ)器flashram中。由于flashram是非易失器件，斷電等因素不會(huì)使存儲(chǔ)的語音丟失。放音時(shí)芯片內(nèi)讀邏輯電路從flashram中取出信號(hào)，經(jīng)過一個(gè)低通濾波器送到功率放大器

19、中，然后直接推動(dòng)外部的喇叭放音。廠家要求外接喇叭為16歐姆，實(shí)際試驗(yàn)用8-16歐姆均可，一般音量下輸出功率12.2mw(16歐）。 這是我們開發(fā)的apr9600的全功能應(yīng)用電路板模塊，模塊的右下角為電源接線柱，采用720伏直流電壓供電，板上有78l05穩(wěn)壓芯片。左上角為ce復(fù)位按鈕。apr9600的錄放控制有多種操作模式，為普通用戶使用提供了極大的方便。總的來說分為串行控制和并行控制兩種，由芯片msel1（24腳）、msel2（25腳）、/m8（9腳）的設(shè)置來實(shí)現(xiàn)，模塊上有一個(gè)紅色的4位撥碼開關(guān)，它是用來設(shè)置各種工作模式的，撥碼開關(guān)向上撥后為“0”，向下?lián)転椤?”。撥碼開關(guān)的第“1”位是re錄

20、放選擇端，進(jìn)行錄音時(shí)需要把它向上撥，放音時(shí)向下?lián)堋艽a開關(guān)的第“2”位是m8工作模式選擇端，向上撥后為“0”，向下?lián)転椤?”。撥碼開關(guān)的第“3”位是msel2工作模式選擇端，向上撥后為“0”，向下?lián)転椤?”。撥碼開關(guān)的第“4”位是msel1工作模式選擇端，向上撥后為“0”，向下?lián)転椤?”。表1-2 工作模式設(shè)置功能表apr9600操作模式表msel1(24腳msel2(25腳/m8(9腳有效鍵/m1-8為段控制鍵/ce多為停止、復(fù)位鍵功能（以60秒計(jì)）010/1/m1、/m2、ce并行控制，分二段，每段最大30秒100/1/m1、/m2、/m3、/m4、ce并行控制，分四段，每段最大15秒11

21、1/m1/m8、ce并行控制，分八段，每段最大7.5秒110ce單鍵控制，單段7.5秒循環(huán)。ce為啟動(dòng)/停止鍵001/m1、ce串行順序控制，可分一至任意多段000/m 1、/m2、ce串行選段控制，/m2系選段快進(jìn)鍵。（錄音時(shí)/m8=1時(shí)可錄一至任意多段，/m8=0時(shí)只能錄兩段。注1、re=0（置低電平）為錄音狀態(tài)；re=1（置高電平）為放音狀態(tài)。注2、/m1/m8鍵在有效段控放音時(shí)，按一下鍵即開始放音一段，放音期間再按一下即停止；如按鍵不放即循環(huán)放音注3、/m1/m8鍵在有效段控錄音時(shí)，按住不放為錄音，松鍵即停止。apr9600的每種操作模式都有對(duì)應(yīng)的有效鍵，而且同一個(gè)鍵在不同操作模式下可

22、能有不同的功能。因此在芯片設(shè)計(jì)、使用前用戶應(yīng)詳盡了解芯片的各種操作模式，選擇最合適自己的方式設(shè)計(jì)，電路也會(huì)變得非常簡單。 （1）并行控制模式在isd芯片中要實(shí)現(xiàn)某鍵對(duì)某段的多段并行控制是十分復(fù)雜的，一般需要大量的二極管譯碼陣或單片機(jī)來輔助實(shí)現(xiàn)，另外在分段錄音時(shí)也存在很多困難。而在apr9300芯片中卻十分簡單，每段都有對(duì)應(yīng)的鍵控制，按哪一鍵就錄、放哪一段，而且可以方便地對(duì)任意一段重新錄音不影響其它段、對(duì)任意一段循環(huán)放音等。只是每段錄音的最大時(shí)間是等分的，而且最多只能分八段。下面以需要分四段為例說明：并行四段控制需要將全功能應(yīng)用電路板上撥碼開關(guān)的第3位開關(guān)向上撥，第4位開關(guān)向下?lián)?，?位開關(guān)位置

23、任意。模式置好后開始錄音，將撥碼開關(guān)的第1位置向上撥，壓住/m1即聽嘀一聲，板上紅色的led指示燈亮起即開始錄音第一段，松鍵時(shí)又聽到嘀一聲，led指示燈熄滅即錄音停止。/m2、/m3、/m4分別錄其他三段。錄音時(shí)可以不按順序，先錄任意一段均可，不滿意可重新錄音。每段的最大時(shí)間為15秒（以全片60秒錄音計(jì)），錄滿時(shí)指示燈熄滅并響嘀嘀兩聲，當(dāng)然實(shí)際每段錄音可以長短不一。將撥碼開關(guān)的第1位置向下?lián)芗词欠乓魻顟B(tài)，按一下m1即放音第一段，放音期間再按一下/m1即停止放音，如果壓住/m1鍵不放即循環(huán)放音第一段直到松鍵。/m2、/m3、/m4均分別控制第二、三、四段。/ce鍵為停止鍵，放音期間按一下它也能停

24、止放音。其它并行二段、八段的控制使用方式相同。（2）串行控制模式串行控制方式用到的鍵要少得多，它僅需要一、二個(gè)鍵來控制所有的語音段錄放，而且段數(shù)可以足夠多，每段也沒有時(shí)間限制。只是在選段上沒有并行控制模式方便。將全功能應(yīng)用電路板上撥碼開關(guān)的第2位開關(guān)向下?lián)?，?位開關(guān)向上撥，第4位開關(guān)向上撥，將撥碼開關(guān)的第1位置向上撥進(jìn)入錄音模式，按住/m1即開始錄第一段，松鍵即停止。再按住/m1即錄第二段，如此一直分段錄音，直到芯片溢出。在放音時(shí)（/re=1）有兩種狀態(tài)，/m8置1為串行順序控制方式，按一下/m1即放音第一段，再按一下即放第二段，如此順序逐段放音，到最后一段結(jié)束時(shí)即停止放音，必須按一下ce鍵

25、復(fù)位，然后再按/m1鍵就可以又從第一段放音。這種方式下的段不可選擇只能按錄音的順序播放，適合走馬燈、流程控制等電路使用；/m8置0為串行選段控制方式，按一下/m1只能放音第一段，再按還是放音第一段。這時(shí)的/m2有效成為快進(jìn)選段鍵，每按一下/m2即向后移動(dòng)一段，例如現(xiàn)在按了三下/m2，再按/m1就放音第四段。因此可以實(shí)現(xiàn)選段放音。按/ce鍵復(fù)位為第一段。apr9600芯片的其它幾種控制方式，用戶可根據(jù)需要自行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。apr9600的電性能參數(shù)：電源電壓4.5-6.5v，靜態(tài)電流1ua ，工作電流25ma。其外接振蕩電阻與采樣率、語音頻帶、錄放時(shí)間的關(guān)系見表（三），該電阻可以根據(jù)用戶需要的時(shí)間和

26、音質(zhì)效果無級(jí)調(diào)節(jié)。 表1-3 外接振蕩電阻與采樣率、語音頻帶、錄放時(shí)間的關(guān)系振蕩電阻（7腳oscr）采樣頻率錄放音頻帶錄放音時(shí)間44k4.2khz2.1khz60s38k6.4khz3.2khz40s24k8.0khz4.0khz32s由于apr9600具有高品質(zhì)的語音錄放特性，同時(shí)又具備多種手動(dòng)控制方式，外圍電路設(shè)計(jì)簡單，價(jià)格也十分低廉，其在工業(yè)控制、家電、電化教育、游藝等產(chǎn)品、系統(tǒng)中將會(huì)有廣泛的應(yīng)用前景。 1.2 mcs8051結(jié)構(gòu)及功能微機(jī)主要是由輸入設(shè)備、運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器以及輸出設(shè)備組成。其中運(yùn)算器、控制器存儲(chǔ)器這三部分合稱計(jì)算機(jī)主機(jī)，而輸入/輸出設(shè)備則成為計(jì)算機(jī)的外圍設(shè)備。運(yùn)算

27、器和控制器又稱為中央處理器（cpu）。計(jì)算機(jī)內(nèi)所有的信息都是以二進(jìn)制代碼的形式表示的。計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)下如圖： 圖1-6 計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)圖mcs-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)8051是mcs-51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。 8051單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(rom)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、 串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說明：中央處理器：中央處理器(cpu)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，cpu負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)

28、算和控制輸入輸出功能等操作。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram)8051內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的ram只有128個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。圖1-7 8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)程序存儲(chǔ)器(rom)：8051共有4096個(gè)8位掩膜rom，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。定時(shí)/計(jì)數(shù)器(rom)：8051有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。并行輸入輸出(i/o)口：8051共有4組8位i/o口(p0、 p1、p2

29、或p3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。全雙工串行口：8051內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。中斷系統(tǒng)：8051具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。時(shí)鐘電路：8051內(nèi)置最高頻率達(dá)12mhz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但8051單片機(jī)需外置振蕩電容。單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開的形式，即哈佛(harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯

30、頓(princeton)結(jié)構(gòu)。intel的mcs-51系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的mcs-96系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。圖1-10圖1-8 mcs-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)mcs-51的引腳說明：mcs-51系列單片機(jī)中的8031、8051及8751均采用40pin封裝的雙列直接dip結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)i/o口，中斷口線與p3口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說明：如圖1-8pin9:reset/vpd復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng)8051通電，時(shí)鐘電路開始工作，在reset引腳上出現(xiàn)24

31、個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計(jì)數(shù)器pc指向0000h，p0-p3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入07h，其它專用寄存器被清“0”。reset由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000h地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變r(jià)am（包括工作寄存器r0-r7）的狀態(tài)，8051的初始態(tài)。8051的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位，見下圖。此外，reset/vpd還是一復(fù)用腳，vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部ram的數(shù)據(jù)不丟失。 圖1-9 復(fù)位與時(shí)鐘電路pin30:ale/當(dāng)訪問外部程序器時(shí)，ale(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問內(nèi)部

32、程序存儲(chǔ)器時(shí)，ale端將有一個(gè)1/6時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以用于識(shí)別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出。更有一個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器，ale會(huì)跳過一個(gè)脈沖。如果單片機(jī)是eprom，在編程其間，將用于輸入編程脈沖。pin29:當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號(hào)，pc的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在p0和p2口上，外部程序存儲(chǔ)器則把指令數(shù)據(jù)放到p0口上，由cpu讀入并執(zhí)行。pin31:ea/vpp程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通線，8051和8751單片機(jī)，內(nèi)置有4kb的程序存儲(chǔ)器，當(dāng)ea為高電平并且程序地址小于4kb時(shí)，讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器指令數(shù)據(jù)，而超過4kb地址則讀取外部指令

33、數(shù)據(jù)。如ea為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲(chǔ)器指令。顯然，對(duì)內(nèi)部無程序存儲(chǔ)器的8031,ea端必須接地。圖1-10 mcs-51系列單片機(jī)芯片引腳圖引腳功能：mcs-51是標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳分布請(qǐng)參照-單片機(jī)引腳圖： l p0.0p0.7 p0口8位雙向口線（在引腳的3932號(hào)端子）。 l p1 .0p1.7 p1口8位雙向口線（在引腳的18號(hào)端子）。 l p2.0p2.7 p2口8位雙向口線（在引腳的2128號(hào)端子）。 l p3.0p3.7 p2口8位雙向口線（在引腳的1017號(hào)端子）。 這4個(gè)i/o口具有不完全相同的功能，大家可得學(xué)好了，其它書本里雖然

34、有，但寫的太深，初學(xué)者很難理解，這里都是按我自已的表達(dá)方式來寫的，相信你也能夠理解。 p0口有三個(gè)功能： 外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)做數(shù)據(jù)總線（如圖1中的d0d7為數(shù)據(jù)總線接口） 外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地址總線（如圖1中的a0a7為地址總線接口） 不擴(kuò)展時(shí)，可做一般的i/o使用，但內(nèi)部無上拉電阻，作為輸入或輸出時(shí)應(yīng)在外部接上拉電阻。 p1口只做i/o口使用：其內(nèi)部有上拉電阻。 p2口有兩個(gè)功能： 擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地址總線使用 做一般i/o口使用，其內(nèi)部有上拉電阻； p3口有兩個(gè)功能： 除了作為i/o使用外（其內(nèi)部有上拉電阻），還有一些特殊功能，由特殊寄存器來設(shè)置，具體功能請(qǐng)參考我們后面的引腳說

35、明。 有內(nèi)部eprom的單片機(jī)芯片（例如8751），為寫入程序需提供專門的編程脈沖和編程電源，這些信號(hào)也是由信號(hào)引腳的形式提供的， 即：編程脈沖：30腳（ale/prog） 編程電壓（25v）：31腳（ea/vpp） 接觸過工業(yè)設(shè)備的兄弟可能會(huì)看到有些印刷線路板上會(huì)有一個(gè)電池，這個(gè)電池是干什么用的呢？這就是單片機(jī)的備用電源，當(dāng)外接電源下降到下限值時(shí)，備用電源就會(huì)經(jīng)第二功能的方式由第9腳（即rst/vpd）引入，以保護(hù)內(nèi)部ram中的信息不會(huì)丟失。 （注：這些引腳的功能應(yīng)用，除9腳的第二功能外，在“新動(dòng)力2004版”學(xué)習(xí)套件中都有應(yīng)用到。） 在介紹這四個(gè)i/o口時(shí)提到了一個(gè)“上拉電阻”那么上拉電阻

36、又是一個(gè)什么東西呢？他起什么作用呢？都說了是電阻那當(dāng)然就是一個(gè)電阻啦，當(dāng)作為輸入時(shí)，上拉電阻將其電位拉高，若輸入為低電平則可提供電流源；所以如果p0口如果作為輸入時(shí)，處在高阻抗?fàn)顟B(tài)，只有外接一個(gè)上拉電阻才能有效。ale/prog 地址鎖存控制信號(hào)：在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ale用于控制把p0口的輸出低8位地址送鎖存器鎖存起來，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。（在后面關(guān)于擴(kuò)展的課程中我們就會(huì)看到8051擴(kuò)展 eeprom電路，在圖中ale與74ls373鎖存器的g相連接，當(dāng)cpu對(duì)外部進(jìn)行存取時(shí)，用以鎖住地址的低位地址，即p0口輸出。ale有可能是高電平也有可能是低電平，當(dāng)ale是高電平時(shí)，允許地址鎖存信號(hào)，

37、當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ale信號(hào)負(fù)跳變（即由正變負(fù)）將p0口上低8位地址信號(hào)送入鎖存器。當(dāng)ale是低電平時(shí)，p0口上的內(nèi)容和鎖存器輸出一致。關(guān)于鎖存器的內(nèi)容，我們稍后也會(huì)介紹。在沒有訪問外部存儲(chǔ)器期間，ale以1/6振蕩周期頻率輸出（即6分頻），當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器以1/12振蕩周期輸出（12分頻）。從這里我們可以看到，當(dāng)系統(tǒng)沒有進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)ale會(huì)以1/6振蕩周期的固定頻率輸出，因此可以作為外部時(shí)鐘，或者外部定時(shí)脈沖使用。porg為編程脈沖的輸入端：在第五課 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其組成中，我們已知道，在8051單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)4kb或8kb的程序存儲(chǔ)器（rom），rom的作用就是用來存放用戶需要執(zhí)行的

38、程序的，那么我們是怎樣把編寫好的程序存入進(jìn)這個(gè)rom中的呢？實(shí)際上是通過編程脈沖輸入才能寫進(jìn)去的，這個(gè)脈沖的輸入端口就是prog。psen 外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)：在讀外部rom時(shí)psen低電平有效，以實(shí)現(xiàn)外部rom單元的讀操作。 內(nèi)部rom讀取時(shí)，psen不動(dòng)作； 外部rom讀取時(shí)，在每個(gè)機(jī)器周期會(huì)動(dòng)作兩次； 外部ram讀取時(shí)，兩個(gè)psen脈沖被跳過不會(huì)輸出； 外接rom時(shí)，與rom的oe腳相接。 （8051擴(kuò)展2kb eeprom電路，在圖中psen與擴(kuò)展rom的oe腳相接）ea/vpp 訪問和序存儲(chǔ)器控制信號(hào) （1）接高電平時(shí)： cpu讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（rom） 擴(kuò)展外部rom：當(dāng)讀

39、取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器超過0fffh（8051）1fffh（8052）時(shí)自動(dòng)讀取外部rom。 （2）接低電平時(shí)：cpu讀取外部程序存儲(chǔ)器（rom）。 在前面的學(xué)習(xí)中我們已知道，8031單片機(jī)內(nèi)部是沒有rom的，那么在應(yīng)用8031單片機(jī)時(shí)，這個(gè)腳是一直接低電平的。（3）8751燒寫內(nèi)部eprom時(shí)，利用此腳輸入21v的燒寫電壓。rst 復(fù)位信號(hào)：當(dāng)輸入的信號(hào)連續(xù)2個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作，當(dāng)復(fù)位后程序計(jì)數(shù)器pc=0000h，即復(fù)位后將從程序存儲(chǔ)器的0000h單元讀取第一條指令碼。xtal1和xtal2 ：外接晶振引腳。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此二引腳用于外接石英晶體

40、和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)。vcc：電源+5v輸入 vss：gnd接地。1.3 74ls138譯碼器相關(guān)介紹74ls138譯碼器引腳圖，邏輯圖及功能如下：圖 1-11 74ld138的引腳圖表1-3 3線8譯碼器74ls138的功能表 無論從邏輯圖還是功能表我們都可以看到74ls138的八個(gè)輸出引腳/y0/y7，任何時(shí)刻要么全是高電平1芯片處于不工作狀態(tài)，要么只有一個(gè)低電平0，其余7個(gè)輸出引腳全為高電平1。如果出現(xiàn)兩個(gè)輸出引腳同時(shí)為0的情況，說明該芯片已經(jīng)損壞。 當(dāng)附加控制門的輸出為高電平（s=1）時(shí)，可由邏輯圖寫出： 由上式可以看出/y0/y7同時(shí)又是a2、a1、a

41、0這三個(gè)變量的全部最小項(xiàng)的譯碼輸出，所以也把這譯碼器叫做最小譯碼器。 71ls138有三個(gè)附加的控制端s1、/s2和/s3。當(dāng)s1=1、/s2+/s3=0時(shí)，gs輸出為高電平（s=1），譯碼器處于工作狀態(tài)。否則，譯碼器禁止，所以的輸出段被封鎖在高電平。這三個(gè)控制端也叫“片選”輸入端，利用片選的作用可以將多篇連接起來以擴(kuò)展譯碼器的功能。帶控制端輸入端的譯碼器又是一個(gè)完整的數(shù)據(jù)分配器。1.4 鍵盤結(jié)構(gòu)及功能一個(gè)單一的按鍵開關(guān)，其結(jié)構(gòu)、原理與具體應(yīng)用和按鈕是十分相似的。然而常見的將是許多按鍵開關(guān)組合在一起、成為一個(gè)“鍵盤”來四用。它是人與計(jì)算機(jī)聯(lián)系的重要手段，借以可向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸入（常稱鍵入）程序、

42、置數(shù)、送操命令、控制程序的執(zhí)行走向等，所以使用非常廣泛。應(yīng)用鍵盤時(shí)，要經(jīng)常查看有未按鍵；若有按鍵，則要辨別是按的那一鍵，并轉(zhuǎn)去執(zhí)行與賦予的功能相應(yīng)的處理程序。（1）鍵盤的工作原理按鍵組合成鍵盤后常排列成矩陳的形式，稱為矩陣式鍵盤或行列式鍵盤，例如2*8鍵盤、4*4鍵盤、4*8鍵盤、8*8鍵盤等，以2*8鍵盤為例，它工有2*8=16個(gè)按鍵；若以2為行，8為列，每個(gè)行、列交叉處跨接以一個(gè)按鍵，則剛好16個(gè)按鍵?？刹捎谩皰呙琛钡霓k法查看鍵盤中有無按鍵按下以及是哪一個(gè)鍵。先對(duì)各行線都送以低電平（稱為“全掃描”），若讀回各列線的電平全為1，便說明未曾按過按鍵；若某列出現(xiàn)底電平，則說明跨接到該列的按鍵已按

43、下，因此使行線上的底電平印入到列線。要辨別是該列的哪一個(gè)按鍵被按，需要進(jìn)一步通過“逐行掃描”（逐行送底電平）、查看各列電平來鑒別。應(yīng)用鍵盤的單片機(jī)系統(tǒng)為了能及時(shí)的響應(yīng)鍵盤的的操作，需要經(jīng)常對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描。究竟在何時(shí)掃描?？梢杂胁煌陌才牛挥械陌磿r(shí)間定時(shí)（用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)）進(jìn)行；也有的在鍵盤按下的同時(shí)將申請(qǐng)外部中斷，而只在cpu響應(yīng)并進(jìn)入這一外部中斷服務(wù)程序后才進(jìn)行的。（2）鍵盤應(yīng)用示例鍵盤的應(yīng)用想多多樣。除安排在何時(shí)掃描偶不同外，如何解決按合“一鍵多功能（較普遍的是一鍵擔(dān)兩種功能）、以至如何編鍵號(hào)、如何防止“兩鍵同按”或“數(shù)鍵同按”、,考慮的問題較多，采用的方法也不一。如下圖所舉只是5*5

44、的鍵盤應(yīng)用的一個(gè)示例，根據(jù)要求恰當(dāng)?shù)剡x定營建電路并編制相應(yīng)的程序。圖1-12 鍵盤工作原理圖圖1-13 用6個(gè)i/o口實(shí)現(xiàn)5*5鍵盤矩陣的原理圖圖1-13所示為用6個(gè)i/o口來實(shí)現(xiàn)25個(gè)按鍵的示意圖。具體的物理實(shí)現(xiàn)電路如圖2所示。由圖1-12可見，硬件部分分為兩塊：一塊是普通鍵盤矩陣，另外一塊是中斷和接口電路，主要由相應(yīng)數(shù)目的二極管和電阻組成。具體對(duì)6個(gè)i/o口的情況，實(shí)現(xiàn)55的按鍵矩陣的中斷和接口電路共需要10只二極管、12只電阻和1只三極管。10只二極管按其在電路中所起的作用可分為兩組：第一組包括d6、d7、d8、d9和d10，用于保證按鍵信息的單一流向；第二組包括d1、d2、d3、d4和

45、d5，它們?cè)陔娐飞蠈?duì)npn三極管的基極構(gòu)成或的邏輯關(guān)系，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化。除了port6（其要求具有中斷功能）以外，其余的i/o口均被置成高電平，這樣當(dāng)有鍵按下時(shí)，三極管的基極由低變高，三極管導(dǎo)通；集電極由高電平跳變成低電平，向單片機(jī)發(fā)出中斷信號(hào)，從而啟動(dòng)鍵盤掃描程序。1.5 電源的結(jié)構(gòu)及功能圖1-14 電源結(jié)構(gòu)圖電源電路是由三個(gè)部分所組成,首先是由變壓器將220v的交流電通過變壓轉(zhuǎn)變成5v的交流電.可符合單片機(jī)使用電壓.然后是整流器將交流電變成直流電.最后是通過穩(wěn)壓器將電壓進(jìn)一步的穩(wěn)定.輸出給單片機(jī). 電源電路用于為整個(gè)系統(tǒng)提供安全可靠的電源。確保系統(tǒng)穩(wěn)定的工作。1.6 其他器件介紹(1)

46、揚(yáng)聲器、話筒等揚(yáng)聲器俗稱為喇叭，應(yīng)該是大家熟悉不過的器件了，它是收音機(jī)、錄音機(jī)、音響設(shè)備中的重要元件。常見的揚(yáng)聲器有動(dòng)圈式、舌簧式、壓電式等好幾種，但最常用的是動(dòng)圈式揚(yáng)聲器（又稱電動(dòng)式）。而動(dòng)圈式揚(yáng)聲器又分為內(nèi)磁式和外磁式，因?yàn)橥獯攀奖阋?，通常外磁式用得多。?dāng)音頻電流通過音圈時(shí)，音圈產(chǎn)生隨音頻電流而變化的磁場，在永久磁鐵的磁場中時(shí)而吸引時(shí)而排斥，帶動(dòng)紙盆振動(dòng)發(fā)出聲音。 揚(yáng)聲器在電路圖中的符號(hào)很形象。音響用的揚(yáng)聲器大多要求大功率、高保真。為完美再現(xiàn)聲響，揚(yáng)聲器又被分為專用的低音、中音、高音，以各司其職。低音揚(yáng)聲器的紙盆不再由單一的材料構(gòu)成，出現(xiàn)了布邊、尼龍邊和橡皮邊等揚(yáng)聲器，使紙盆更有彈性，低音

47、更加豐富。號(hào)筒式揚(yáng)聲器、球頂高音揚(yáng)聲器使高音更加清晰。另外還有一種全頻揚(yáng)聲器，它將高、低音揚(yáng)聲器做在了一起。 揚(yáng)聲器上一般都標(biāo)有標(biāo)稱功率和標(biāo)稱阻抗值，例如025w8。一般認(rèn)為揚(yáng)聲器的口徑大，標(biāo)稱功率也大。 在使用時(shí)，輸入功率最好不要超過標(biāo)稱功率太多，以防損壞。萬用表r1電阻檔測試揚(yáng)聲器，若有咯咯聲發(fā)出說明基本上能用。測出的電阻值是直流電阻值，比標(biāo)稱阻抗值要小，是正?，F(xiàn)象。 還有一種壓電陶瓷片，也是一種發(fā)聲元件，它利用壓電效應(yīng)工作，既可以作發(fā)聲元件又可以作接收聲音的元件。而且它很便宜，生日卡上的發(fā)聲元件就是它。壓電陶瓷片是在園形銅底板上涂覆了一層厚約1mm的壓電陶瓷，再在陶瓷表面沉積一層涂銀層，

48、涂銀層和銅底板就是它的兩個(gè)電極。壓電陶瓷有一個(gè)奇妙的特性壓電效應(yīng)：如將它彎曲，它的表面就會(huì)出現(xiàn)異種電荷， 如反向彎曲，電荷的極性也會(huì)相反。奇妙的是如果在壓電陶瓷片的兩個(gè)電極上施加一定的電壓，它就會(huì)發(fā)生彎曲，當(dāng)電壓方向改變時(shí)，彎曲的方向也隨之改變。 利用壓電效應(yīng)，有了一種聲電，電聲轉(zhuǎn)換的兩用器件，可以當(dāng)話筒用：對(duì)壓電陶瓷片講話，使它受到聲波的振動(dòng)而發(fā)生前后彎曲，當(dāng)然人的眼睛分辨不出這種彎曲，在壓電陶瓷片的兩電極就會(huì)有音頻電壓輸出。相反地，把一定的音頻電壓加在壓電陶瓷片的兩極，由于音頻電壓的極性和大小不斷變化，壓電陶瓷片就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的彎曲運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)空氣形成聲音，這時(shí)候，它又成了喇叭。 (2)語音集

49、成電路電子制作中經(jīng)常用到音樂集成電路和語言集成電路，一般稱為語言片和音樂片。它們一般都是軟包封，即芯片直接用黑膠封裝在一小塊電路板上。語音ic一般還需要少量外圍元件才能工作，它們可直接焊到這塊電路板上。別看語音ic應(yīng)用電路很簡單，但是它確確實(shí)實(shí)是一片含有成千上萬個(gè)晶體管芯的集成電路。其內(nèi)部含有振蕩器、節(jié)拍器、音色發(fā)生器、rom、地址計(jì)算器和控制輸出電路等。 音樂片內(nèi)可存儲(chǔ)一首或多首世界名曲，價(jià)格很便宜，幾角錢一片。音樂門鈴都是用這種音樂片裝的，其實(shí)成本很低。不同的語言片內(nèi)存儲(chǔ)了各種動(dòng)物的叫聲，簡短語言等，價(jià)格要比音樂片貴些。但因?yàn)橛腥?，其?yīng)用越來越多。 會(huì)說話的計(jì)算器、倒車告警器、報(bào)時(shí)鐘表等。

50、語音電路盡管品種不少，但不能根據(jù)用戶隨時(shí)的要求發(fā)出聲音， 因?yàn)樯唐坊恼Z音產(chǎn)品采用掩膜工藝，發(fā)聲的語音是做死的，使成本得到了控制。一般語音集成電路的生產(chǎn)廠家都可以特別定制語音的內(nèi)容，但因?yàn)橐谀＃髷?shù)量千片以上。近年來出現(xiàn)的otp語音電路解決了這一問題。otp就是一次性可編程的意思，就是廠家生產(chǎn)出來的芯片，里面是空的，內(nèi)容由用戶寫入（需開發(fā)設(shè)備），一旦固化好，再也不能擦除，信息也就不會(huì)丟失。它的出現(xiàn)為開發(fā)人員試制樣機(jī)提供了方便，特別適合于小批量生產(chǎn)。業(yè)余制作采用可錄放的語言電路是十分方便的，um5506、isd1400、isd2500等，外圍元件極少。bitbaby第一次知道可錄放語音集成電

51、路，是在九幾年的無線電雜志上，記得那時(shí)是um5101和t6668，都是用41256等dram的。那時(shí)多想有那么一套，不用磁帶就可以錄音的怪物，還能在放音時(shí)隨意變調(diào)呢。早期的數(shù)碼留言機(jī)也用它們，由于使用dram，如果沒有后備電池，一旦斷電后，所有的信息都會(huì)丟失。現(xiàn)在采用eeprom的語音電路大大方便了電子愛好者，它隨錄隨放，不怕掉電，使用方便，外圍元件少。只是價(jià)格較貴些，每秒鐘成本約1元人民幣。這類語音錄放集成電路首推（美國）isd公司的isd系列。國內(nèi)、都有廠家生產(chǎn)兼容的芯片及軟包封的芯片、模塊。 2. 語音錄放系統(tǒng)硬件介紹此系統(tǒng)為智能自動(dòng)化的語音錄放系統(tǒng),具有語音信息存儲(chǔ)時(shí)間長的特點(diǎn)。且有鍵盤控制段放音功能,錄音最長時(shí)間可