公交車漢字顯示系統(tǒng)

1、哈爾濱理工大學(xué)?？粕厴I(yè)論文哈 爾 濱 理 工 大 學(xué)畢 業(yè) 設(shè) 計 題 目： 公交車漢字顯示系統(tǒng) 院、 系： 榮成學(xué)院 電氣工程系 姓 名： 于 洋 指導(dǎo)教師： 鄒麗君 系 主 任： 王哈力 2013年 06 月 14 日公交車漢字顯示系統(tǒng)摘 要本文介紹了一種新型的公交車自動報站漢字顯示系統(tǒng)的設(shè)計原理，同時提供了一種以89C51單片機(jī)為核心，控制ISD4004語音芯片及LED點(diǎn)陣顯示漢字的新方案。利用89C51單片機(jī)作為CPU來進(jìn)行總體控制，通過語音控制電路進(jìn)行各種提示語音的播放，同時使用LED點(diǎn)陣電路進(jìn)行漢字顯示，實(shí)現(xiàn)了公共汽車的語音自動報站以及漢字提示的功能，實(shí)現(xiàn)了圖文、語音一體化協(xié)調(diào)工

2、作，減輕了司售人員的勞動強(qiáng)度，提高了車輛的服務(wù)質(zhì)量，是一種科技、時尚的新產(chǎn)品。同時它擺脫傳統(tǒng)電子屏"線"的束縛，使其應(yīng)用更加市場化，其“流動”顯示的特點(diǎn)更為廣告界所推崇，是一種全新的媒體。本系統(tǒng)是以C語言來進(jìn)行軟件設(shè)計，指令的執(zhí)行速度快，節(jié)省存儲空間。為了便于擴(kuò)展和更改，軟件的設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計的邏輯關(guān)系更加簡潔明了，使硬件在軟件的控制下協(xié)調(diào)運(yùn)作。關(guān)鍵詞89C51單片機(jī)；LED點(diǎn)陣顯示；語音芯片l 不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印- -目 錄摘要I第1章 緒論11.1 課題背景11.2 問題的提出及研究的意義11.3 相關(guān)的理論與方法綜述21.3.1語音電路

3、方法論證31.3.2電路原理的總體設(shè)計4第2章 硬件電路的設(shè)計52.1 硬件組成部分52.2 相關(guān)芯片介紹52.2.1 STC89C52RC單片機(jī)芯片52.2.2 ISD4004語音芯片72.2.3 74HC138芯片102.2.4 LM317芯片112.3 硬件各模塊設(shè)計122.3.1 電源電路122.3.2 LED點(diǎn)陣顯示電路132.3.3 ISD4004語音錄放音電路142.3.4按鍵控制電路142.4 本章小結(jié)15第3章 軟件部分的設(shè)計163.1 軟件總體設(shè)計163.2 軟件各模塊設(shè)計183.2.1延時子程序183.2.2 ISD4004語音錄放程序183.2.3 中斷控制程序213.

4、2.4 LED點(diǎn)陣漢字顯示程序223.3 本章小結(jié)23結(jié)論24致謝25參考文獻(xiàn)26l 千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。在目錄上點(diǎn)右鍵“更新域”，然后“更新整個目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行- III -第1章 緒論1.1 課題背景隨著現(xiàn)代社會的建設(shè)，公共汽車越來越為大眾所喜愛，不僅僅可以在低消費(fèi)下達(dá)到目的地，同時也能很方便的省去很多的自駕麻煩。是打工族和學(xué)生族的常用交通工具。而隨著人們使用公共汽車的普遍，車輛上一般都相當(dāng)擁擠，造成許多的乘客未到站先下車或者推遲下車的情況，也加重了售票員的勞動強(qiáng)度。隨著信息社會的到來，單片機(jī)廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)、

5、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、自動測試系統(tǒng)、聲學(xué)領(lǐng)域和微機(jī)技術(shù)等廣闊的領(lǐng)域。而利用單片機(jī)對語音芯片進(jìn)行控制可以達(dá)到語音報站的效果。因此，了解并掌握單片機(jī)智能控制技術(shù)工作原理及特性是非常重要的。在一些自動語音報站系統(tǒng)中，廣泛采用的是通過使用語音芯片進(jìn)行設(shè)計電路，然后通過MIC錄音電路以及功放電路進(jìn)行語音的錄制與播放，同時通過單片機(jī)對語音芯片進(jìn)行選擇以及功能的控制，從而完成語音報站。但是由于傳統(tǒng)的語音芯片的外圍電路比較復(fù)雜，所以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、易受干擾、不易控制且精度不高。因此，本系統(tǒng)用一種比較昂貴且現(xiàn)代社會才剛剛常用的一種ISD4004系列語音芯片，不需復(fù)雜的外圍電路和A/D轉(zhuǎn)換電路能直接與單片機(jī)完成語音的錄制和播放

6、，實(shí)現(xiàn)方便、精度高，可根據(jù)不同需要用于各種場合；為了提高對語音芯片的認(rèn)識和了解，尤其是對ISD4004系列的深入研究以及其用法與用途，基于實(shí)用、廣泛和典型的原則而設(shè)計了本系統(tǒng)。1.2 問題的提出及研究的意義首先是設(shè)計出一種的方便實(shí)用的公交車漢字顯示報站系統(tǒng)。單片機(jī)智能控制技術(shù)廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制、智能語音等方面，ISD4004系列工作電壓3V，單片錄放時間8至16分鐘，音質(zhì)好，適用于移動電話及其他便攜式電子產(chǎn)品中。芯片采用多電平直接模擬量存儲技術(shù)，每個采樣值直接存貯在片內(nèi)閃爍存貯器中，因此能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)和效果聲，避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和&qu

7、ot;金屬聲"。采樣頻率可為4.0，5.3，6.4，8.0kHz，頻率越低，錄放時間越長，而音質(zhì)則有所下降，片內(nèi)信息存于閃爍存貯器中，可在斷電情況下保存100年(典型值)，反復(fù)錄音10 萬次。而本系統(tǒng)則基本完成了設(shè)計的任務(wù)要求，通過STC89C52RC單片機(jī)語音錄放控制系統(tǒng)，主要是通過單片機(jī)組成的應(yīng)用系統(tǒng)來完成對語音的采集、語音的存儲處理、提示漢字的顯示以及語音播放的控制，從而實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)對公交車到站的語音漢字顯示功能。其次，為了理論聯(lián)系實(shí)際，用大學(xué)所學(xué)的理論來進(jìn)行實(shí)際工作，將知識轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)力。通過大學(xué)本科四年的學(xué)習(xí)，已經(jīng)初步具有了一定的分析和設(shè)計能力。通過本次設(shè)計將大學(xué)所學(xué)的知識進(jìn)

8、行系統(tǒng)地梳理，概括和總結(jié)，并綜合運(yùn)用這些所學(xué)的知識。公共汽車為外出的人們提供了方便快捷的服務(wù)，而公共汽車的報站直接影響服務(wù)的質(zhì)量。傳統(tǒng)由乘務(wù)人員人工報站，該方式因其效果太差和工作強(qiáng)度太大，在很多大城市已經(jīng)被淘汰。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展和進(jìn)步，微型計算機(jī)技術(shù)已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在聲學(xué)領(lǐng)域，微機(jī)技術(shù)與各種語音芯片相結(jié)合，即可完成語音的合成技術(shù)，使得汽車報站器的實(shí)現(xiàn)成為可能，從而為市民提供了更加人性化的服務(wù)。鑒于傳統(tǒng)公交車報站系統(tǒng)的不足之處，結(jié)合公交車輛的使用特點(diǎn)及實(shí)際營運(yùn)環(huán)境，設(shè)計了一種由單片機(jī)控制的公交車語音報站顯示系統(tǒng) 。 公交車語音報站顯示系統(tǒng)的設(shè)計主要是為了彌補(bǔ)人工報站

9、的辛苦以及誤報的落后方式，進(jìn)站、出站播報站名及相關(guān)服務(wù)用語，為市民提供更人性化，更完善的服務(wù)。1.3 相關(guān)的理論與方法綜述本設(shè)計基于ISD4004芯片設(shè)計的公交車漢字顯示報站系統(tǒng)，介紹了STC89C52RC單片機(jī)語音漢字顯示控制系統(tǒng)，主要是通過單片機(jī)組成的應(yīng)用系統(tǒng)來完成對語音的錄制、語音的存儲處理、語音的播放以及漢字的LED點(diǎn)陣顯示以及語音播放的控制，從而實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)對語音漢字的控制。在正常情況下，通過ISD4004對語音報站信息進(jìn)行播放以及利用LED點(diǎn)陣進(jìn)行相關(guān)提示漢字的顯示，語音錄放電路有共同的特點(diǎn)：語音錄制播放環(huán)境復(fù)雜、現(xiàn)場性強(qiáng)等。若采用一般語音芯片采集語音信號，則需要設(shè)計信號調(diào)理電路、

10、A/D 轉(zhuǎn)換及相應(yīng)的接口電路，才能把語音芯片輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送到計算機(jī)去處理。這樣，由于各種因素會造成語音錄放系統(tǒng)較大的偏差，會使語音系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降。所以要選擇合適的方案，才能使設(shè)計得到最大的優(yōu)化。ISD4004芯片采用CMOS技術(shù)，內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列。芯片設(shè)計是基于所有操作必須由微控制器控制，操作命令可通過串行通信接口(SPI或Microwire)送入。通過單片機(jī)對報站語音進(jìn)行采集處理，同時設(shè)定相關(guān)漢字顯示信息；當(dāng)?shù)秸景存I按下時，該系統(tǒng)會發(fā)出到站站名及相關(guān)語音聲音，同時讓LED點(diǎn)陣進(jìn)行漢字提示信息的顯示，

11、報站語音以及漢字顯示結(jié)束時等待下一個到站按鍵的觸發(fā)。1.3.1語音電路方法論證方案一： 采用普通的語音芯片，可滿足達(dá)到報站信息錄制以及播放，但普通語音芯片錄制語音效果不好，重復(fù)性差、可靠性較差，對于高頻率使用以及方便錄放時不適用。對一些語音內(nèi)容不固定并要求現(xiàn)場錄音和放音的系統(tǒng)，采用一般語音芯片實(shí)現(xiàn)，錄放音的質(zhì)量難以控制。而且在語音錄放系統(tǒng)中，采用一般語音芯片，比如華邦的W90P710系列、HELIOS公司的HZ24QP系列等.但這些芯片輸出的都是模擬信號，必須經(jīng)過進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換和壓縮處理等才能送給單片機(jī)，從而產(chǎn)生了失真、大大降低了錄放音質(zhì)量，并不具有抗斷電、音質(zhì)差、使用不方便、不能反復(fù)錄放、

12、需專用的語音開發(fā)工具、不能隨意列改內(nèi)容和耗電多等缺點(diǎn)。另外， 在語音錄放系統(tǒng)中，采用普通語音芯片.外圍電路會比較復(fù)雜，而且在軟件實(shí)現(xiàn)時也需要用到復(fù)雜的算法，一定程度上也增加了軟件實(shí)現(xiàn)的難度。方案二： 在語音錄放系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的語音芯片是將模擬信號遠(yuǎn)距離采樣進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，而為了獲得較高的語音錄放質(zhì)量，就必須采用措施解決由長線傳輸及放大電路零點(diǎn)漂移等造成的誤差補(bǔ)償問題。采用語音芯片ISD4004進(jìn)行語音的錄放，直接對模擬信號進(jìn)行存儲。便于單片機(jī)處理及控制，省去傳統(tǒng)的語音錄放的很多外圍電路。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，此元件線形較好。對一些語音內(nèi)容不固定并要求現(xiàn)場錄音和放音的系統(tǒng)，采用一般語音芯片實(shí)

13、現(xiàn)，錄放音的質(zhì)量難以控制。美國ISD(Information Storage Devices)公司的ISD 系列芯片采用直接模擬存儲專利技術(shù)，把語音信號以原始的模擬形式直接存儲在片內(nèi)EEPROM存儲器中，無需進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換和壓縮處理等，從而減少了失真、大大提高了錄放音質(zhì)量，并具有抗斷電、音質(zhì)好、使用方便、可反復(fù)錄放、無需專用的語音開發(fā)工具、能隨意列改內(nèi)容和耗電省等優(yōu)點(diǎn)，很適合于現(xiàn)場錄放音系統(tǒng)。而且語音錄放系統(tǒng)中，采用普通語音芯片。外圍電路會比較復(fù)雜，而是用ISD4004芯片直接使用簡單的外圍電路即可。而且在軟件實(shí)現(xiàn)時也不需要用到復(fù)雜的算法，一定程度上也減輕了軟件實(shí)現(xiàn)的難度。采用語音芯片ISD

14、4004系列，可以體現(xiàn)系統(tǒng)芯片化這個趨勢。部分功能電路的集成，使總體電路更簡潔，搭建電路和焊接電路時更快。而且，集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高語音錄放電路的質(zhì)量以及實(shí)用性。所以集成芯片的使用將成為電路發(fā)展的一種趨勢。本方案應(yīng)用這一語音芯片。本章節(jié)方案比較后可以發(fā)現(xiàn)，完成了基于ISD4004的語音報站顯示的單片機(jī)系統(tǒng)的方案論證，選擇了更適合于用作本系統(tǒng)的實(shí)施方案，完成了電路的總體設(shè)計。1.3.2電路原理的總體設(shè)計基于ISD4004語音芯片的語音報站漢字顯示系統(tǒng)的設(shè)計研制過程主要包括：總體設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、仿真調(diào)試等幾個階段。對于總體設(shè)計，主要是畫出原理框圖、確定出主要技術(shù)指標(biāo)。

15、如圖1-1所示：圖1-1 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖單片機(jī)芯片是與MCS-51 兼容的STC89C52RC，STC89C52RC單片機(jī)帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能8位微處理器。語音錄放電路使用的是ISD4004-8MS以及其外圍錄放電路，外圍電路相當(dāng)簡單；由于其可以進(jìn)行直接模擬信號的存儲，省去了信號模數(shù)轉(zhuǎn)換的相關(guān)電路，使得信號更加的穩(wěn)定、錄放音質(zhì)量好。同時單片8至16 分鐘語音錄放，內(nèi)置微控制器串行通信接口，3V單電源工作，多段信息處理，工作電流25-30mA，維持電流1A，不耗電信息保存100 年(典型值)，高質(zhì)量、自然的語音還原技術(shù)，10 萬次錄音周期(典型值)，自動靜噪功能

16、，片內(nèi)免調(diào)整時鐘，可選用外部時鐘。利用9014三極管對錄制語音進(jìn)行放大處理，同時通過LM386及喇叭，對輸出語音信號進(jìn)行放大播放，讓語音質(zhì)量以及穩(wěn)定性更加高。漢字顯示電路采用的是16*16 LED點(diǎn)陣顯示。一種方法屬于靜態(tài)顯示。顯然，靜態(tài)顯示需占用較多的I/O口線。另一種是動態(tài)掃描顯示。通過控制各個顯示器公共陽極輪流接高電平的辦法，逐一輪流地啟動各個LED。動態(tài)顯示法是目前各種單片機(jī)采用的流行方法。其優(yōu)點(diǎn)是硬件簡單，“動態(tài)”由軟件實(shí)現(xiàn)。因而選用動態(tài)顯示的方法。電源電路是給語音芯片ISD4004提供3V穩(wěn)壓電源，利用LM317，通過電阻分壓，輸出穩(wěn)定的3V穩(wěn)定電源，讓語音芯片可以正常的工作。實(shí)現(xiàn)

17、語音錄制播放功能。按鍵控制電路完成對語音播放以及漢字顯示開始的控制，通過對單片機(jī)相關(guān)引腳的高地電平的控制，從而完成對語音芯片的控制，從而達(dá)到完成語音報站漢字顯示功能。第2章 硬件電路的設(shè)計2.1 硬件組成部分基于ISD4004語音芯片的語音報站漢字顯示系統(tǒng)的硬件設(shè)計主要包括：(1)電源電路(為語音芯片提供3V穩(wěn)壓電源)；(2)LED漢字顯示電路(完成漢字顯示)；(3)ISD4004語音錄放電路(完成語音錄制放音)；(4)按鍵控制電路(完成按鍵控制播放錄音功能)；(5)單片機(jī)(電路的核心系統(tǒng))。五部分組成，具體的電路介紹本部分就先不進(jìn)行詳細(xì)的介紹，在論文的硬件各部分設(shè)計中將會對各個部分的電路進(jìn)行

18、詳細(xì)的介紹。下面我就先對硬件電路設(shè)計中使用的主要器件的技術(shù)資料進(jìn)行相關(guān)的介紹。讓我們對硬件進(jìn)行整體的了解。2.2 相關(guān)芯片介紹 本設(shè)計運(yùn)用以下芯片STC89C52RC單片機(jī)，ISD4004語音芯片，74HC138，LM317通過相對應(yīng)的電路構(gòu)成硬件部分的基本組成。2.2.1 STC89C52RC單片機(jī)芯片STC89C52RC是STC公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8Kb的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和512b的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，器件采用高密度，非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用中央處理器(CPU)和Flash存儲單元，功能強(qiáng)大ST

19、C89C52RC單片機(jī)可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100000次。將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，是一種高效微控制器， STC89C52RC單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案10。如圖2-1圖2-1 STC89C52RC管腳圖STC89C52RC有P0、P1、P2、P3四個端口，共有32I/O口，P3口也可作為一些特殊功能口，如下表2-1所示P3口同時為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。表2-1 P3口的第二功能口 線第 二 功 能P3.0RXD串行數(shù)據(jù)接收(輸入)端P3.1TXD串行數(shù)

20、據(jù)發(fā)送(輸出)端P3.2INT0外部中斷0輸入端P3.3INT1外部中斷0輸入端P3. 4T0定時/計數(shù)器T0的外部輸入端P3. 5T1定時計數(shù)器T1的外部輸入端P3. 6WR外數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號，低電平有效P3. 7RD外數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號，低電平有效STC89C52RC單片機(jī)主要性能參數(shù)：(1) 時鐘頻率(HZ)：080M；(2) 8Kash程序存儲器；(3) 512內(nèi)程序存儲器(RAM)；(4) 2個數(shù)據(jù)指針；(5) 3個16位定時器/計數(shù)器T0/T1；(6) 4個8位輸入輸出接口(P0P3)，共32根I/O口線；(7) 8個中斷源；(8) 4個優(yōu)先級；(9) 看門狗電路。2.2.2

21、 ISD4004語音芯片ISD系列語音芯片采用了“直接模擬量存儲”(DAST)專利技術(shù)，信號無需經(jīng)過D/A，A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)字壓縮和語音合成等復(fù)雜的數(shù)字信號處理過程，減少了失真，使其聲音存貯效果較以前產(chǎn)品有大幅提高，實(shí)際試聽主觀評價可以達(dá)到磁帶錄音機(jī)的水平，是目前市場上錄放效果最好的語音電路之一。ISD4004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陳列等，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)。芯片設(shè)計是基于所有操作由微控制器控制，操作命令通過串行通信接口(SPI或Micwire)送入。采樣頻率可為4.0k

22、Hz、 5.3kHz、6.4kHz、8.0kHz頻率越低，錄放時間越長，而音質(zhì)則有所下降。片內(nèi)信息存于閃爍存儲器中，可在斷電情況下保存100年(典型值) 反復(fù)錄10萬次。器件工作電壓3V，工作電流2530mA，維持電流1uA，單片錄放語音時間816min，音質(zhì)好，適用于移動電話機(jī)及其它便攜式電子產(chǎn)品中。如圖2-2所示1。圖2-2 ISD4004系列語音芯片外部引腳圖1、 簡述(1) 單片8 分鐘語音錄放；(2) 內(nèi)置微控制器串行通信接口；(3) 3V單電源工作；(4) 多段信息處理；(5) 工作電流25-30mA，維持電流1A；(6) 不耗電信息保存100 年(典型值)；(7) 高質(zhì)量、自然的

23、語音還原技術(shù)；(8) 10 萬次錄音周期(典型值)；(9) 自動靜噪功能；(10) 片內(nèi)免調(diào)整時鐘，可選用外部時鐘。ISD4004 系列工作電壓3V，單片錄放時間8至16分鐘，音質(zhì)好，適用于移動電話及其他便攜式電子產(chǎn)品中。芯片采用CMOS技術(shù)，內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列。芯片設(shè)計是基于所有操作必須由微控制器控制，操作命令可通過串行通信接口(SPI或Microwire)送入。芯片采用多電平直接模擬量存儲技術(shù)，每個采樣值直接存貯在片內(nèi)閃爍存貯器中，因此能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)和效果聲，避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的

24、量化噪聲和"金屬聲"。采樣頻率可為4.0，5.3，6.4，8.0kHz，頻率越低，錄放時間越長，而音質(zhì)則有所下降，片內(nèi)信息存于閃爍存貯器中，可在斷電情況下保存100年(典型值)，反復(fù)錄音10 萬次。2、引腳描述電源：(VCCA，VCCD)為使噪聲最小，芯片的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線，并且分別引到外封裝的不同管腳上，模擬和數(shù)字電源端最好分別走線，盡可能在靠近供電端處相連，而去耦電容應(yīng)盡量靠近器件。地線：(VSSA，VSSD)芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線。同相模擬輸入(ANA IN+)這是錄音信號的同相輸入端。輸入放大器可用單端或差分驅(qū)動。單端輸入時，信號由

25、耦合電容輸入，最大幅度為峰峰值32mV，耦合電容和本端的3k電阻輸入阻抗決定了芯片頻帶的低端截止頻率。差分驅(qū)動時，信號最大幅度為峰峰值16mV， 為ISD33000 系列相同。反相模擬輸入(ANA IN)差分驅(qū)動時，這是錄音信號的反相輸入端。信號通過耦合電容輸入，最大幅度為峰峰值16mV音頻輸出(AUD OUT)提供音頻輸出，可驅(qū)動5k的負(fù)載。片選(SS)此端為低，即向該ISD4004芯片發(fā)送指令，兩條指令之間為高電平。串行輸入(MOSI)此端為串行輸入端，主控制器應(yīng)在串行時鐘上升沿之前半個周期將數(shù)據(jù)放到本端，供ISD輸入。串行輸出(MISO) ISD的串行輸出端。ISD未選中時，本端呈高阻態(tài)

26、。串行時鐘(SCLK) ISD的時鐘輸入端，由主控制器產(chǎn)生，用于同步MOSI和MISO的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)在SCLK上升沿鎖存到ISD，在下降沿移出ISD。中斷(INT)本端為漏極開路輸出。ISD在任何操作(包括快進(jìn))中檢測到EOM或OVF時，本端變低并保持。中斷狀態(tài)在下一個SPI周期開始時清除。中斷狀態(tài)也可用RINT 指令讀取。OVF 標(biāo)志指示ISD的錄、放操作已到達(dá)存儲器的未尾。EOM標(biāo)志只在放音中檢測到內(nèi)部的EOM標(biāo)志時，此狀態(tài)位才置1。行地址時鐘(RAC) 漏極開路輸出。每個RAC周期表示ISD存儲器的操作進(jìn)行了一行(ISD4004系列中的存貯器共2400 行)。該信號175ms保持高電平

27、，低電平為25ms。快進(jìn)模式下，RAC的218.75s是高電平，31.25s為低電平。該端可用于存儲管理技術(shù)。外部時鐘(XCLK) 本端內(nèi)部有下拉元件。芯片內(nèi)部的采樣時鐘在出廠前已調(diào)校，誤差在+1%內(nèi)。商業(yè)級芯片在整個溫度和電壓范圍內(nèi)，頻率變化在+2.25%內(nèi)。工業(yè)級芯片在整個溫度和電壓范圍內(nèi)，頻率變化在-6/+4%內(nèi)，此時建議使用穩(wěn)壓電源。若要求更高精度，可從本端輸入外部時鐘(如前表所列)。由于內(nèi)部的防混淆及平滑濾波器已設(shè)定，故上述推薦的時鐘頻率不應(yīng)改變。輸入時鐘的占空比無關(guān)緊要，因內(nèi)部首先進(jìn)行了分頻。在不外接地時鐘時，此端必須接地。自動靜噪(AMCAP)當(dāng)錄音信號電平下降到內(nèi)部設(shè)定的某一閾

28、值以下時，自動靜噪功能使信號衰弱，這樣有助于養(yǎng)活無信號(靜音)時的噪聲。通常本端對地接1mF的電容，構(gòu)成內(nèi)部信號電平峰值檢測電路的一部分。檢出的峰值電平與內(nèi)部設(shè)定的閾值作比較，決定自動靜噪功能的翻轉(zhuǎn)點(diǎn)。大信號時，自動靜噪電路不衰減，靜音時衰減6dB。1mF的電容也影響自動靜噪電路對信號幅度的響應(yīng)速度。本端接VCCA則禁止自動靜噪。3、SPI(串行外設(shè)接口)ISD4004 工作于SPI串行接口。SPI協(xié)議是一個同步串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，協(xié)議假定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK的下降沿動作，因此對ISD4004而言，在時鐘止升沿鎖存MOSI引腳的數(shù)據(jù)，在下降沿將數(shù)據(jù)送至MISO 引腳。協(xié)議的具體內(nèi)

29、容為：(1) 所有串行數(shù)據(jù)傳輸開始于SS下降沿；(2) SS在傳輸期間必須保持為低電平，在兩條指令之間則保持為高電平；(3) 數(shù)據(jù)在時鐘上升沿移入，在下降沿移出；(4) SS變低，輸入指令和地址后，ISD才能開始錄放操作；(5) 指令格式是(8位控制碼)加(16位地址碼)；(6) ISD的任何操作(含快進(jìn))如果遇到EOM或OVF，則產(chǎn)生一個中斷，該中斷狀態(tài)在下一個SPI周期開始時被清除；(7) 使用"讀"指令使中斷狀態(tài)位移出ISD的MISO引腳時，控制及地址數(shù)據(jù)也應(yīng)同步從MOSI端移入。因此要注意移入的數(shù)據(jù)是否與器件當(dāng)前進(jìn)行的操作兼容。當(dāng)然，也允許在一個SPI 周期里，同時

30、執(zhí)行讀狀態(tài)和開始新的操作(即新移入的數(shù)據(jù)與器件當(dāng)前的操作可以不兼容)；(8) 所有操作在運(yùn)行位(RUN)置1時開始，置0 時結(jié)束；(9) 所有指令都在SS端上升沿開始執(zhí)行。4、信息快進(jìn)用戶不必知道信息的確切地址，就能快進(jìn)跳過一條信息。信息快進(jìn)只用于放音模式。放音速度是正常的1600倍，遇到EOM后停止，然后內(nèi)部地址計數(shù)器加1，指向下條信息的開始處。5、上電順序器件延時TPUD(8kHz 采樣時，約為25 毫秒)后才能開始操作。因此，用戶發(fā)完上電指令后，必須等待TPUD，才能發(fā)出一條操作指令。例如，從00 從處發(fā)音，應(yīng)遵循如下時序：(1) 發(fā) POWERUP命令；(2) 等待 TPUD(上電延時

31、)；(3) 發(fā)地址值為00 的SETPLAY 命令；(4) 發(fā) PLAY 命令。器件會從此00 地址開始放音，當(dāng)出現(xiàn)EOM時，立即中斷，停止放音。如果從00 處錄音，則按以下時序：(1) 發(fā) POWER UP命令；(2) 等待TPUD(上電延時)；(3) 發(fā) POWER UP命令(4) 等待 2 倍TPUD；(5) 發(fā)地址值為00 的SETREC命令；(6) 發(fā) REC命令。器件便從00地址開始錄音，一直到出現(xiàn)OVF(存貯器末尾)時，錄音停止5。2.2.3 74HC138芯片74HC138是一款高速CMOS器件，74HC138引腳兼容低功耗肖特基TTL(LSTTL)系列。如圖2-3所示。 74

32、HC138譯碼器可接受3位二進(jìn)制加權(quán)地址輸入(A0， A1和A3)，并當(dāng)使能時，提供8個互斥的低有效輸出(Y0至Y7)。74HC138特有3個使能輸入端：兩個低有效(E1和E2)和一個高有效(E3)。除非E1和E2置低且E3置高，否則74HC138將保持所有輸出為高。利用這種復(fù)合使能特性，僅需4片74HC138芯片和1個反相器，即可輕松實(shí)現(xiàn)并行擴(kuò)展，組合成為一個1-32(5線到32線)譯碼器。任選一個低有效使能輸入端作為數(shù)據(jù)輸入，而把其余的使能輸入端作為選通端，則74HC138亦可充當(dāng)一個8輸出多路分配器，未使用的使能輸入端必須保持綁定在各自合適的高有效或低有效狀態(tài)2。圖2-3 74HC138

33、外部引腳圖74HC138與74HC238邏輯功能一致，只不過74HC138為反相輸出。CD74HC138 ，CD74HC238和CD74HCT138，CD74HCT238是高速硅柵CMOS解碼器，適合內(nèi)存地址解碼或數(shù)據(jù)路由應(yīng)用。74HC138作用原理于高性能的存貯譯碼或要求傳輸延遲時間短的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，在高性能存貯器系統(tǒng)中，用這種譯碼器可以提高譯碼系統(tǒng)的效率。將快速賦能電路用于高速存貯器時，譯碼器的延遲時間和存貯器的賦能時間通常小于存貯器的典型存取時間，這就是說由肖特基鉗位的系統(tǒng)譯碼器所引起的有效系統(tǒng)延遲可以忽略不計。HC138 按照三位二進(jìn)制輸入碼和賦能輸入條件，從8 個輸出端中譯出一個低電

34、平輸出。兩個低電平有效的賦能輸入端和一個高電平有效的賦能輸入端減少了擴(kuò)展所需要的外接門或倒相器，擴(kuò)展成24 線譯碼器不需外接門；擴(kuò)展成32 線譯碼器，只需要接一個外接倒相器。在解調(diào)器應(yīng)用中，賦能輸入端可用作數(shù)據(jù)輸入端4。2.2.4 LM317芯片LM317是美國國家半導(dǎo)體公司的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路。LM117/LM317 的輸出電壓范圍是1.2V至37V，負(fù)載電流最大為1.5A。它的使用非常簡單，僅需兩個外接電阻來設(shè)置輸出電壓。此外它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo) 準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。LM117/LM317內(nèi)置有過載保護(hù)、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路。通常 LM117/LM317 不需要外接電容

35、，除非輸入濾波電容到 LM117/LM317輸入端的連線超過 6 英寸(約 15 厘米)。使用輸出電容能改變瞬態(tài)響應(yīng)。調(diào)整端使用濾波電容能得到比標(biāo)準(zhǔn)三端穩(wěn)壓器高的多的紋波抑制比。LM117/LM317能夠有許多特殊的用法。比如 把調(diào)整端懸浮到一個較高的電壓上，可以用來調(diào)節(jié)高達(dá)數(shù)百伏的電壓，只要輸入輸出壓差不超過LM117/LM317的極限就行。當(dāng)然還要避免輸出端短路。還可以把調(diào)整端接到一個可編程電壓上，實(shí)現(xiàn)可編程的電源輸出。 特性簡介：可調(diào)整輸出電壓低到1.2V。保證1.5A 輸出電流。典型線性調(diào)整率0.01%。典型負(fù)載調(diào)整率0.1%。80dB 紋波抑制比。輸出短路保護(hù)。過流、過熱保護(hù)。調(diào)整管

36、安全工作區(qū)保護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)三端晶體管封裝。 電壓范圍：LM117/LM317 1.25V 至 37V 連續(xù)可調(diào)。LM317工作原理：LM317的輸入最同電壓為30多伏，輸出電壓1.532V電流1.5A不過在用的時候要注意功耗問題注意散熱問題。LM317有三個引腳一個輸入一個輸出一個電壓調(diào)節(jié)。輸入引腳輸入正電壓，輸出引腳接負(fù)載， 電壓調(diào)節(jié)引腳一個引腳接電阻(200左右)在輸出引腳，另一個接可調(diào)電阻接于地.輸入和輸出引腳對地要接濾波電容. 當(dāng)穩(wěn)壓器離電源濾波器有一定的距離是Cn是必需的Cn對穩(wěn)定性而言不必要；但改進(jìn)瞬態(tài)響應(yīng)Vout=1.25V(1+R2/R1)+IadjR2因?yàn)镮adj控制在小于100u

37、a，這一項(xiàng)的誤差在多數(shù)應(yīng)用鐘可忽略3。2.3 硬件各模塊設(shè)計2.3.1 電源電路由于語音芯片ISD4004的工作電壓時3V，不同于單片機(jī)的5V工作電壓，所以就必須有電源電路，提供3V的穩(wěn)定電壓，本電路才用LM317電源電路，5V進(jìn)，3V出的一個穩(wěn)壓電路，很適合于產(chǎn)品電源。利用電容濾波，使語音電路噪聲減少。電路圖如圖2-4所示：圖2-4 電源電路2.3.2 LED點(diǎn)陣顯示電路在這次顯示電路的設(shè)計中使用了四個8*8 LED點(diǎn)陣，利用74HC138譯碼器的E1、E2低有效，E3高電平有效進(jìn)行點(diǎn)陣行列的控制顯示，然后通過單片機(jī)控制，進(jìn)行漢字的顯示9。電路圖如圖2-5所示：圖 2-5 LED點(diǎn)陣顯示電路

38、2.3.3 ISD4004語音錄放音電路語音錄放電路如下：使用的是ISD4004-8MS以及其外圍錄放電路，外圍電路相當(dāng)簡單。由于其可以進(jìn)行直接模擬信號的存儲，省去了信號模數(shù)轉(zhuǎn)換的相關(guān)電路，使得信號更加的穩(wěn)定、錄放音質(zhì)量好。同時單片8至16 分鐘語音錄放，內(nèi)置微控制器串行通信接口，3V單電源工作，多段信息處理，工作電流25-30mA，維持電流1A，不耗電信息保存100 年(典型值)，高質(zhì)量、自然的語音還原技術(shù)，10 萬次錄音周期(典型值)，自動靜噪功能，片內(nèi)免調(diào)整時鐘，可選用外部時鐘。利用9014三極管對錄制語音進(jìn)行放大處理，同時通過LM386及喇叭，對輸出語音信號進(jìn)行放大播放，讓語音質(zhì)量以及

39、穩(wěn)定性更加高8。ISD4004 語音錄放電路如圖2-6所示。圖2-6 ISD4004 語音錄放電路2.3.4按鍵控制電路利用按鍵與單片機(jī)相關(guān)引腳進(jìn)行連接，我們都知道單片機(jī)的引腳在工作狀態(tài)時無負(fù)載時均是高電平，故如果需要進(jìn)行相關(guān)控制，只需其通過按鍵與地連接，然后通過程序控制，當(dāng)按鍵按下時，程序控制其他的引腳高低變化，從而讓語音報站以及漢字顯示。電路圖如圖 2-7所示。圖2-7 按鍵控制電路圖2.4 本章小結(jié)本章節(jié)主要是對電路的硬件個部分的設(shè)計，通過STC89C52RC單片機(jī)芯片，ISD4004語音芯片，74HC138芯片，按鍵控制電路的各部分硬件相互組合使得該電路功能設(shè)計基本完成。從而實(shí)現(xiàn)漢字顯

40、示系統(tǒng)系統(tǒng).本章主要介紹由LM317芯片與電源電路LED點(diǎn)陣電路ISD4004語音錄放音電路，和一些主要的芯片。根據(jù)要求，設(shè)計中我們選用STC89C52RC單片機(jī)。第3章 軟件部分的設(shè)計3.1 軟件總體設(shè)計基于isd4004語音報站顯示系統(tǒng)軟件設(shè)計的任務(wù)是在總體設(shè)計和硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上，確定程序結(jié)夠、分配單片機(jī)內(nèi)部ROM資源和語音芯片資源、劃分功能模塊、進(jìn)行主程序和各模塊程序的設(shè)計。利用相應(yīng)的軟件開發(fā)工具、程序語言(C語言)對劃分的各功能模塊編寫控制程序，然后把各個模塊程序連接起來，成為一個完整的應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)和語音芯片的初始化設(shè)置及相應(yīng)功能的控制，達(dá)到與硬件相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對語音錄放報站以

41、及漢字顯示功能。整個程序包括主程序和延時子程序以及ISD語音錄放程序等幾部分。STC89C52RC單片機(jī)提供了用戶按鍵、顯示和ISD4004所需接口。它接收擊鍵功作，并將相應(yīng)指令傳給ISD4004，同時監(jiān)控ISD4004的中斷輸出。當(dāng)開關(guān)閉合時，讀取ISD4004的狀態(tài)寄存器，從而根據(jù)OVF和EOM的狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的處理。當(dāng)OVF=1，即存儲器溢出時，則不管當(dāng)前為何種狀態(tài)均將ISD4004的地址置零，并繼續(xù)運(yùn)行原指令；當(dāng)EOM=1時，當(dāng)前狀態(tài)只可能為放音或快進(jìn)，若為快進(jìn)則置為放音態(tài)，并繼續(xù)運(yùn)行。如此設(shè)計便實(shí)現(xiàn)了循環(huán)錄放的功能，同時在快進(jìn)時，自動停止在下一個語音段開始處，并繼續(xù)放音。流程圖如圖3-

42、1所示。圖3-1 主程序流程圖3.2 軟件各模塊設(shè)計3.2.1延時子程序?yàn)榱司_的控制單總線接口的特殊時序要求，延時函數(shù)是相當(dāng)關(guān)鍵的，它是所有讀控制和寫控制的組成部分以及顯示時延時用；下面us的延時(12M)延時子程序和ms的延時(12M)延時子程序。void delay1(void) int16 i； for (i=0；i<50；i+) ；void delay(unsigned int time) /延時n微秒while(time!=0)time-；void delayms(unsigned char g)/*延時gms*/ unsigned char i，j； for(i=0；i&l

43、t;g；i+) for(j=0；j<121；j+)；3.2.2 ISD4004語音錄放程序/*/入口：放音位置的高低位/放音程序/功能：從指定位置放音/*void play(unsigned char adl，unsigned char adh)unsigned char ovflog； while(AN = 0) ； isd_setplay(adl，adh)；/發(fā)送setplay指令，從0x0000地址開始放音 do isd_play()；/發(fā)送放音指令 delay(20)； while(ISD_INT = 1) /等待放音完畢的EOM中斷信號 ； LED2 = 1； isd_stop

44、()；/放音完畢，發(fā)送stop指令 if(ovflog = chk_isdovf() /檢查芯片是否溢出，如溢出則停止放音，芯片復(fù)位 break； while(AN = 1) /等待AN鍵再次按下 if(STOP = 0) break； if(AN = 0) delayms(20)； while(AN = 0)；/An鍵再次按下，播放下一段語音程序流程圖如圖3-2所示：圖3-2 語音錄放程序流程圖/*/入口：放音位置的高低位/放音程序/功能：從指定位置放音/*void play(unsigned char adl，unsigned char adh)unsigned char ovflog；

45、while(AN = 0) ； isd_setplay(adl，adh)；/發(fā)送setplay指令，從0x0000地址開始放音 do isd_play()；/發(fā)送放音指令 delay(20)； while(ISD_INT = 1) /等待放音完畢的EOM中斷信號 LED2 = 1； isd_stop()；/放音完畢，發(fā)送stop指令 if(ovflog = chk_isdovf() /檢查芯片是否溢出，如溢出則停止放音，芯片復(fù)位 break； while(AN = 1) /等待AN鍵再次按下 if(STOP = 0) break； if(AN = 0) delayms(20)； while(A

46、N = 0)；/An鍵再次按下，播放下一段語音3.2.3 中斷控制程序中斷定時控制程序，對LED點(diǎn)陣動態(tài)掃描進(jìn)行控制，同時也對漢字顯示進(jìn)行中斷控制，讓漢字可以按照從右至左的順序進(jìn)行滾動顯示6。/*定時器T0中斷子程序*/void timer0() interrupt 1 using 3 TF0=0； TH0=0xb1； TL0=0xe0； if (n<10) n+； else offset+=2； if (offset>860) offset=0； n=0； 3.2.4 LED點(diǎn)陣漢字顯示程序該程序段主要完成向LED點(diǎn)陣點(diǎn)陣動態(tài)掃描顯示，控制系統(tǒng)的漢字顯示部分7。/*漢字顯示函數(shù)*

47、/ while (1) for (i=0；i<8；i+) /顯示左半邊屏幕 P0=*(p+offset+2*i)； P2=i|0x08； /P2.4=0，P2.3=1 選中U2，輸出掃描碼給U6 delay1()； P0=*(p+offset+2*i+1)； P2=i|0x10； /P2.4=1，P2.3=0 選中U3，輸出掃描碼給U7 delay1()； for (i=8；i<16；i+) /顯示右半邊屏幕 P0=*(p+offset+2*i)； P2=(i-8)|0x20/P2.5=1 P2.4=0,P2.3=0選中U4，輸出掃描碼U8 delay1()； P0=*(p+offset+2*i+1)； P2=(i-8)|0x40；/P2.6=1 P2.5=0，P2.4=0 選中U5，輸出掃描碼U9 d