電子語音記事播報器

1、東華理工學院長江學院畢業(yè)設計（論文）題 目 語音播報記事器英文題目 The pronunciation disseminates the news record學生姓名 畢永鋒班 級 023122 指導教師 羅先喜專 業(yè) 自動化二零零六年六 月摘要傳統(tǒng)的記事提醒方法在生活節(jié)奏越來越快的今天顯的力不從心，而高智能化、高自動化的高端的語音記事提醒工具的研究在隨著單片機技術的進步于成熟早已提到議事日程上來了，目前國內(nèi)外許多電子產(chǎn)品如手機、電子詞典、商務通已經(jīng)增加了此相功能來滿足人們的更高的要求，但是生產(chǎn)商也只是剛剛開始嘗試，并沒有深入的去研究。目前，高智能的語音播報記事器還處于剛剛起步階段，所以本論

2、文對它的研究有其技術的發(fā)展與成熟有著十分重大的意義。本論文運用的是MCS-51系列單片機為核心器件，系統(tǒng)由實時時鐘、語音錄放控制、當前時間調整、提醒時間設置、LED譯碼/驅動、時間顯示和語音處理等模塊組成。對時間的顯示、標準、調整，語音的錄放，按鍵電路的使用方法以及功能進行了詳細的介紹。 本論文從系統(tǒng)的各個組成部件以及相應的硬件介紹上著手，挖掘了其軟件方面的程序，對目前的技術進行了總結。本論文在結合目前國內(nèi)外比較成功的經(jīng)驗的基礎上，針對其存在的問題進行了比較詳細的論述。語音播報記事器目前被廣泛的應用與智能火災報警、智能防盜門、公交報站器、錄音電話、ATM智能提示等諸多方面，正在慢慢的改變著人們

3、的生活。關鍵詞語音錄放控制；單片機；調整ABSTRACTThe traditional record reminder method lacking the ability to do what one would like which reveals in rhythm of life more and more quick today, But high intellectualized, the high automated high tech pronunciation record maturely reminds the tool the research in along wit

4、h the monolithic integrated circuit technology progress to already to mention the agenda came up. At present the domestic and foreign many electronic products like handset, the electronic dictionary, the commerce passed already increases this function to satisfy peoples higher request. The present p

5、aper utilizes is the MCS-51 series monolithic integrated circuit for the core component, The system by the real-time clock, the pronunciation recording and sending out control, the current time adjustment, the reminder time establishment, the LED decoding/actuation, the time demonstrated and module

6、and so on pronunciation processing composes. To the time demonstration, the standard, the adjustment, pronunciation recording and sending out, the pressed key electric circuit application method as well as the function have carried on the detailed introduction10.The present paper from the system eac

7、h composition part as well as the corresponding hardware introduced on began, to excavate its software aspect procedure, has carried on the summary to the present technology.The present paper at present domestic and foreign compares the successful experience in the union in the foundation, has carri

8、ed on the quite detailed elaboration in view of its existence question.The pronunciation disseminates news the record at present reports to the police, the intelligent burglar-proof door by the widespread application and the intelligent fire, the public transportation newspaper stands, records the t

9、elephone, the ATM intelligence prompt and so on many aspects, slowly change peoples life.KeywordsPronunciation recording and sending out control ;Monolithic integrated circuit;Adjustment目錄摘要與關鍵詞I英文摘要與關鍵詞 II緒論11、 系統(tǒng)設計方案31.1 設計要求31.2 系統(tǒng)硬件電路設計框圖31.3 設計思路42、 語音播報記事器的硬件設計52.1 系統(tǒng)的主要組成模塊 52.2 MCS-51 單片機的介紹

10、52.3 LED顯示模塊設計 8 2.3.1 LED顯示器的介紹9 2.3.2 LED的段驅動芯片介紹 102.3.3 ULN2003驅動芯片的功能112.3.4 LED驅動電路與單片機的連接122.4 按鍵電路模塊的設計132.4.1 鍵盤結構 13 2.4.2 鍵盤與單片機的接口電路 13 2.4.3 鍵盤與單片機的連接 142.5 蜂鳴電路的模塊設計152.6 語音錄放模塊的設計16 2.6.1 ISD1420芯片的介紹16 2.6.2 ISD1420芯片與單片機的連接212.7 串行時鐘模塊設計22 2.7.1 DS1302芯片的介紹 22 2.7.2 DS1302芯片與單片機的連接

11、253、 語音播報記事器的軟件設計 27 3.1 主程序的主要組成 27 3.1.1 主程序的設計 28結論 29致謝 30參考文獻 31附錄1 32附錄2 33緒論（1）語音播報記事器的背景及其意義隨著社會的發(fā)展和科技的不斷進步,人們的生活節(jié)奏變的越來越快，日常處理的瑣碎的事情也越來越多，合理的時間安排、遵守按計劃去處理該處理的事情如：準時上課、上班、赴約、到會、洽談等是十分需要也是十分必要的。但是隨著生活節(jié)奏的加快在充滿壓力的生活中，人們往往很容易因一時的疏忽就耽誤了早已安排好的事情。這時如能有一個可以隨時隨地的及時的提醒人們此時要做的事情，人們也的生活也就不會因一時的疏忽而錯過了對自己十

12、分重要的事情而變得輕松舒適的多了。隨著科學技術的發(fā)展現(xiàn)在單片機把這一設想變成了現(xiàn)實。單片微型計算機簡稱單片機,又稱微控制器。它是在一塊半導體芯片上,集成了CPU,ROM.RAM,I/O接口,定時器/計數(shù)器,中斷系統(tǒng)等功能部件,構成了一臺完整的數(shù)字電子計算機。由于集成電路技術的進步,片內(nèi)甚至還可以包括含A/D轉換器,PWM等稱為“片內(nèi)外設”的特殊功能部件。隨著單片機功能的增強,由單片機構成的計算機應用系統(tǒng)的功能日益增強,配合大功率晶體管的應用,有了波形發(fā)生器,拓展了在電氣傳動領域的應用等。這進一步深化了單片機在工業(yè)控制,自動檢測,智能儀器儀表,家用電器等領域的突出地位。單片機的歷史非常短暫,然而

13、發(fā)展十分迅猛 1 。（2）語音播報記事器的功能及應用目前人們最常用的用來提示自己的方法不外乎兩種：一種是把要做的事情合理安排下來做成日程表，如課程表、工作安排、值班表，這種方法雖然有效但到時候也難免因種種繁忙或大腦疲勞而忘記去按日程表去做該在做的事情 ；另一種是把要做的事情記錄到電子儀器如電子表、手機、商務通等，等到時間到時儀器便會以蜂鳴的形式進行提醒但如果時間太久了，雖然知道了事情的時間，卻又容易想不起是什么事情。所以本設計語音播報記事器將采用語音播報的形式對人們進行主動提醒，不管時間有多久，它也能準確、及時地進行提醒。語音播報記事器不僅具有放音功能，還具有錄音的功能，當你有什么重要的事情而

14、又擔心忘記時，你就可以對其進行錄音，并設置好提醒時間，到時，它就會將錄音內(nèi)容播報出來，并在最后進行蜂鳴提醒。采用的DS1302芯片是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘芯片，它可以對年、月、日、周、日、時、分、甚至是秒進行計時，保證了時間標準性和實時性。而本設計也可以在當作鐘表、鬧鐘來使用，完全可以代替手表以及鬧鐘，你可以錄下父母、情侶、偶像的聲音或者干脆可以錄下歌曲、樂曲、各種動物的聲音、各種經(jīng)典電影的經(jīng)典對白作為提示音，如果條件允許的話可以把錄音作成彩鈴，比較適合年輕人追求時尚的口味。本設計也考慮到了時間的誤差產(chǎn)生的情況，因此我們采用設置了五個獨立式鍵盤按鍵既“

15、PLAY”、“REC”、“SET”、“ALM”、“1”、“RET”鍵，五個按鍵的配合使用可以隨時隨地地調整時間，當時間發(fā)生差錯時也可以按照一定的方法進行及時的調整，所以根本不會有錯誤提醒的。當備忘事情超過一件時，也不必擔心沒有辦法錄制，因為本設計能夠進行五組錄音，當某件事情已過去時，可以將以前的語音信息覆蓋，再次進行錄音。而語音播記事器對時間的設置是隨意的，要求隨時隨地都可以方便的設置提醒，因為該設計具有標準的日歷/時鐘，即年、月、日、星期、時、分和秒，遇到閏年還可以進行自動修正。這樣我們就省下了大量的時間和精力投入到工作和學習當中，無形之中節(jié)省出了大量的業(yè)余時間去盡情的享受生活的樂趣了。說了

16、這么多你會覺得語音播報記事器離自己很遙遠，其實生活中很多地方都有它的身影：公交車語音報站器，以前初到一個陌生的城市，很多人都會在坐公交車時坐過站，而現(xiàn)在車上的語音播報會提前提醒你，做好下車的準備，這樣就給常出差的朋友以很大的幫助；留言電話，很多家庭都裝上了可以錄音的電話，當主人不在時你可以用簡單話語把事情錄到錄音電話上，主人回來時可以及時的跟你聯(lián)系；語音提示防跑水自來水水龍頭，語音提示防跑水自來水水龍頭，是一種半智能化產(chǎn)品，特殊功能是正值停水時打開水龍頭，語音提示器就會發(fā)出“無水，請關閉閥門”等語。能有效地防止因停水時打開水龍頭而忘記關閉，造成跑水現(xiàn)象的發(fā)生。它主要由水龍頭、感壓器和語音提示器

17、等幾個部分有機組合而成，是一種新穎實用會說話的水龍頭，開創(chuàng)了智能化水龍頭的先河，一補已有水龍頭無語音提示易跑水的不足。它適用于各種液體和氣體。技術成熟可靠，論證合理，可行性強。這樣看來語音播報記事器的應用可謂是相當廣泛的。1、 系統(tǒng)設計方案為了得到合格的語音播報記事器，我們進行了大量的市場調查，對語音提示這一產(chǎn)品的歷史，現(xiàn)狀以及發(fā)展有了一定的了解，對語音記事器目前所存在的問題和技術上的缺陷有了一定了了解，最后我們對本設計提出了以下的幾點設計要求：1.1設計要求以MCS-51系列單片機為核心器件組成一個語音提示系統(tǒng)。系統(tǒng)具有標準的日歷/時鐘，既年、月、日、星期、時、分和秒，遇到閏年自動修正的功能

18、。系統(tǒng)顯示器由4位數(shù)字型數(shù)碼管組成。顯示時間值和日期，常態(tài)下顯示時間，利用一個按鍵控制日期的顯示。能夠隨時對當前時間進行調整。能夠隨時輸入定時播報（鬧鐘）時間。到了定時播報（鬧鐘）的時間，發(fā)出語音提醒信號和蜂鳴器提示信號。1.2 系統(tǒng)硬件電路設計框圖為了使本設計符合以上的要求我們此次的設計將采用單片機作為核心控制部件，采用可擦除、可分段語音處理芯片ISD1420記錄語言以及其他外圍電路組成語音提示系統(tǒng)。系統(tǒng)由串行時鐘、語音錄放控制、當前時間調整、提醒時間設置、LED譯碼/驅動、時間顯示和語音處理等模塊組成。由調查情況針對語音播報記事器的現(xiàn)狀又綜合設計要求，我們得出系統(tǒng)設計框圖如圖11所示。單片

19、機實時時鐘RTC提醒時間設置語音錄放控制當前時間調整4位時鐘型LED顯示LED譯碼/驅動模塊語音處理模塊蜂鳴器控制揚聲器送話器圖11 語音播報記事器的設計框圖實時時鐘RTC：可以保證時間標準；本設計采用DS1302與單片機連接來實現(xiàn)；提醒時間的設置： 適時的對提醒時間進行隨意的設置和及時的調整；本設計采用是用按鍵電路與單片機連接來實現(xiàn)；語音錄放控制： 將錄入的語音播報出來提醒人們此時要做的事是什么，本設計采用的是DS1420語音處理芯片與單片機連接來實現(xiàn)；當前時間調整：由與單片機連接的按鍵電路的5個按鍵來調整；四位時鐘LED顯示：采用4位LED數(shù)碼管與單片機連接實現(xiàn)；語音處理：由ISD1420

20、、74LS377與單片機相連接組成的語音處理模塊來實現(xiàn)；蜂鳴器控制：由HA2、三極管VT1、R9組成的蜂鳴電路與單片機連接來實現(xiàn)；同時本電路的LED顯示還要通過74LS48芯片與單片機連接來驅動23。1.3 設計思路語音錄入與播放功能采用ISD1420實現(xiàn)，通過P0口與單片機連接；系統(tǒng)的標準時間采用日歷/時鐘芯片DS1302實現(xiàn)，通過P2口與單片機連接；時間顯示采用4位LED數(shù)碼管接入。LED數(shù)碼管的段碼輸入，由并行斷口P1低4位產(chǎn)生。LED數(shù)碼管的位碼輸入，由并行端口P1高4位產(chǎn)生；時間調整與定時時間的輸入，通過接入鍵盤電路實現(xiàn)。系統(tǒng)共設計5個按鍵，通過P3口與單片機連接；報警聲用蜂鳴器產(chǎn)生

21、，蜂鳴器接入P3口的P3.7引腳。2、語音播報記事器的硬件設計本設計的硬件設計可以分為LED顯示電路模塊、按鍵電路模塊、蜂鳴電路模塊、語音錄放模塊和串行時鐘模塊六個模塊。設計過程中主要以硬件為主，所以我對當前市場上主流硬件進行了調查，由于成本問題很多廠商多用低端的芯片，而使的語音播報產(chǎn)品的質量大打折扣，針對這個問題本設計主要介紹了模塊中所用到的重要芯片、硬件連線電路原理和各模塊所實現(xiàn)的功能。2.1 系統(tǒng)的主要組成模塊本設計的語音播報系統(tǒng)采用AT89S51單片機作為控制核心器件，AT89S51單片機是ATMEL公司的最新產(chǎn)品，具有可下載在線編程等功能容易操作，使用起來十分方便。由B1、C8C9組

22、成系統(tǒng)工作時鐘，由S1、R7、R8、C10組成系統(tǒng)復位電路。系統(tǒng)語音處理模塊由ISD1420、74LS377、HA1、MIC1、R1R6、R10和C1C6、S2、R14、VD1、VD2組成模塊，實現(xiàn)語音錄入和語音播報功能。通過鎖存器74LS377與單片機的P0口連接。系統(tǒng)的時間模塊由DS1302、B2、C11、C12和BAT1組成，產(chǎn)生系統(tǒng)的標準時間。DS1302內(nèi)部具有事時時鐘/日歷和31B的靜態(tài)RAM，給系統(tǒng)提供秒、分、時、日、月和年等信息，對小與31他的月末的日期進行調整，還包括閏年的校正功能。時鐘的運行可選擇24小時或帶AM和PM的12小時格式。DS1302是一個串行接口芯片，既RST

23、（復位線）、I/O（數(shù)據(jù)線）及SCLK（串行時鐘線）通過P2口P2.0、P2.1、P2.2與單片機連接。采用4位一體時鐘型LED顯示器，用與顯示系統(tǒng)時間和一些提示信息。由74LS48、ULN2003、R15和DISP1組成時間顯示模塊，通過P1口與單片機連接。由5個獨立式按鍵REC、SET、ALM、+1、RET，上拉電阻R13和中斷擴展電路74LS08組成按鍵輸入控制電路，與單片機的P3口的相應引腳連接，實現(xiàn)該系統(tǒng)的提示語音錄入、定時時間設置和時間調整功能。由蜂鳴器HA2、三極管VT1、R9、組成蜂鳴器控制電路，完成鬧鐘功能，通過編程可以實現(xiàn)時間到時發(fā)出“嘟、嘟”的提示音。系統(tǒng)電源由電源變壓器

24、T1（220V/9V）、橋式整流模塊2W06、穩(wěn)壓模塊7805以及C13C16組成，提供系統(tǒng)所需的+5V電源。2.2 MCS-51單片機介紹自1971美國Intel公司首先研制出4位單片機4004以來，它的發(fā)展可粗略劃分為四個階段: 第一階段 19711976年,屬于萌芽階段.發(fā)展了各種4位單片機,多用于家用電器,計數(shù)器,高級玩具。第二階段 19761980年,高8位機階段,發(fā)展了各種中,低檔8位單片機,典型的如MCS-48系列單片機,片內(nèi)含有多個8位并行I/O接口,一個8位定時器/計數(shù)器,不帶串行I/O接口,其功能可滿足一般工業(yè)控制和智能化儀器儀表等的需要。第三階段 19801983年,高8

25、位機階段,發(fā)展了高性能的8位單片機,例如MCS-51系列單片機,它帶有串行I/O接口和多個16位定時器/計數(shù)器,具有多級中斷功能.這一階段進一步拓寬了單片機的應用范圍,使之能用于智能終端,局部網(wǎng)絡的接口,并擠入了個人計算機領域。第四階段 1983年以后,16位單片機階段。發(fā)展了MCS-96系列等16位單片機。功能很強,價格卻迅速下降.片內(nèi)有A/D轉換器;可以快速輸入,輸出;可用于電機控制;網(wǎng)絡通信能力有顯著提高。在國際市場上,單片機的類型很多。其中Intel公司的產(chǎn)品比較領先和占有較大銷售份額.在我國,Intel公司MCS-48系列,MCS-51系列,MCS-96系列的各種機型用的最多,占主流

26、地位。隨著大規(guī)模集成電路技術的演進,單片機的性能仍在快速提高。其生產(chǎn)工藝經(jīng)歷PMOS,NMOS，HMOS.CMOS等各個階段,正朝著CHMOS(高速型CMOS)工藝的發(fā)展方向發(fā)展并繼續(xù)提高集成度;增大RAM,ROM;增多功能模塊;提高速度;降低功耗。（1）單片機的特點單片機的集成度很高,它將微型計算機的主要功能部件都集中在一塊芯片上,具有一下特點:體積小,重量輕,價格便宜,耗電少。根據(jù)工控環(huán)境要求設計,且許多功能部件集成在芯片內(nèi)部,其信號通道受外界影響小, 故可靠性高,抗干擾性能優(yōu)于采用一般的CUP。制功能強,運行速度快.其結構組成與指令系統(tǒng)都著重滿足工控要求.有極豐富的條件分支轉移指令,有很

27、強的位處理功能和I/O口邏輯操作功能。儲器容量可能不大;引腳也嫌少,I/O引腳常不夠用,且兼第二功能以至第三功能.但存儲器和I/O接口都易于擴展。（2）單片機的應用:由于上述單片機特點,可推知其應用最多的領域為它具有“小,輕,廉,省”的特點,尤其耗電少,又可使供電電源的體積小,重量輕,所以特別適用于“電腦型產(chǎn)品”,在家用電器,玩具,游戲機,聲像設備,電子稱,收銀機,辦公設備,廚房設備等許多產(chǎn)品上得到應用。于儀器,儀表,不僅能完成測量,還具有處理(運算,誤差修正,線性化),監(jiān)控等功能,易于實現(xiàn)數(shù)字化和智能化。利于“機電一體化”技術的發(fā)展,多用于數(shù)控機械,縫紉機械,醫(yī)療設備,汽車等。泛應用于打印機

28、,繪圖儀等許多計算機外圍設備,特別是用于智能終端,可大大減輕主機負擔。于各種工業(yè)控制,如溫度控制,液面控制,生產(chǎn)線順序控制等4、5。于多機應用。例如機床加工中心,其各種功能可分散由各個單片機子系統(tǒng)分別完成,上級主機則負責統(tǒng)管協(xié)調.又如要求較高的數(shù)據(jù)檢測采集系統(tǒng),每一采集通道如是一個單片機子系統(tǒng),可實現(xiàn)多點同時快速采集和預處理,然后再由主機進行集中處理和控制,以構成大型的實時測控系統(tǒng)。2.2.1 MCS-51單片機的結構與功能MCS-51的結構框圖如圖2-1所示。圖2-1 MCS-51的結構框圖MCS-51是標準的40引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳分布如上圖： P0.0P0.7 P0口8位雙向

29、口線（在引腳的3932號端子）。 P1.0P1.7 P1口8位雙向口線（在引腳的18號端子）。 P2.0P2.7 P2口8位雙向口線（在引腳的2128號端子）。 P3.0P3.7 P2口8位雙向口線（在引腳的1017號端子）。 （1）P0口有三個功能外部擴展存儲器時，當做數(shù)據(jù)總線（如圖1中的D0D7為數(shù)據(jù)總線接口） 外部擴展存儲器時，當作地址總線（如圖1中的A0A7為地址總線接口） 不擴展時，可做一般的I/O使用，但內(nèi)部無上拉電阻，作為輸入或輸出時應在外部接上拉電阻。 P1口只做I/O口使用：其內(nèi)部有上拉電阻。 (b)P2口有兩個功能 擴展外部存儲器時，當作地址總線使用 做一般I/O口使用，其

30、內(nèi)部有上拉電阻；(c)P3口有兩個功能 有內(nèi)部EPROM的單片機芯片（例如8751），為寫入程序需提供專門的編程脈沖和編程電源，這些信號也是由信號引腳的形式提供的， 即：編程脈沖：30腳（ALE/PROG），編程電壓（25V）：31腳（EA/Vpp） 接觸過工業(yè)設備的兄弟可能會看到有些印刷線路板上會有一個電池，這個電池是干什么用的呢？這就是單片機的備用電源，當外接電源下降到下限值時，備用電源就會經(jīng)第二功能的方式由第9腳（即RST/VPD）引入，以保護內(nèi)部RAM中的信息不會丟失。 (d)ALE/PROG 地址鎖存控制信號 在系統(tǒng)擴展時，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

31、現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。PORG為編程脈沖的輸入端，在8051單片機內(nèi)部有一個4KB或8KB的程序存儲器（ROM），ROM的作用就是用來存放用戶需要執(zhí)行的程序的，通過編程脈沖輸入才能寫進去。 (e)PSEN 外部程序存儲器讀選通信號 在讀外部ROM時PSEN低電平有效，以實現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。 內(nèi)部ROM讀取時，PSEN不動作； 外部ROM讀取時，在每個機器周期會動作兩次； 外部RAM讀取時，兩個PSEN脈沖被跳過不會輸出； 外接ROM時，與ROM的OE腳相接。 (f)EA/VPP 訪問和序存儲器控制信號 接高電平時： 擴展外部ROM：當讀取內(nèi)部程序存儲器超過0FFFH（8051）1FF

32、FH（8052）時自動讀取外部ROM。 接低電平時：CPU讀取外部程序存儲器（ROM）。 在前面的學習中我們已知道，8031單片機內(nèi)部是沒有ROM的，那么在應用8031單片機時，這個腳是一直接低電平的。 8751燒寫內(nèi)部EPROM時，利用此腳輸入21V的燒寫電壓。 (g)RST 復位信號 （h）XTAL1和XTAL2 外接晶振引腳。當使用芯片內(nèi)部時鐘時，此二引腳用于外接石英晶體和微調電容；當使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號。(i)VCC：電源+5V輸入 (j) VSS：GND接地。 在本文中C8051是單片機控制系統(tǒng)的核心，由C8051來完成所有的信號處理，并以它為中心進行內(nèi)存擴展，擴展

33、了8K的內(nèi)部存儲器EPROM和外部數(shù)據(jù)存儲器RAM。2.3 LED顯示模塊設計LED顯示器的驅動是一個非常重要的問題，由系統(tǒng)硬件設計框圖可知，顯示電路由LED顯示器、段驅動電路和位驅動電路組成。由于單片機的并行口不能直接驅動LED顯示器，必須采用專用的驅動電路芯片，使之產(chǎn)生足夠大的電流，顯示器才能夠正常工作。如果驅動電路能力差，即負載能力不夠時，顯示器亮度就低，而且驅動電路長期在超負荷下運行容易損壞。因此，在實際使用中必須接入LED驅動電路。2.3.1 LED顯示器的介紹在本設計中的顯示是選擇4位一體的時鐘型LED顯示器，簡稱“4LED”，如圖22所示，“：”前的2位顯示“小時”的十位和個位，

34、“：”后的2位顯示“分”的十位和個位。a) 4位LED引腳排列圖 b) 4位LED原理圖圖224LED顯示器引腳4LED顯示器是一個共陰極接法的4位時鐘型LED顯示器。其中各段的公共引出端用a、b、c、d、e、f、g為4位LED表示。D1、D2、D3、D4分別是每一位的共陰極輸出端，dp是小數(shù)點引出端。4位一體時鐘型LED顯示器的內(nèi)部結構如圖22所示。它是由4個單獨的LED和一個“：” LED組成，每個LED的段輸出引腳在內(nèi)部并聯(lián)后，引出到器件的外部，其引腳如圖23所示。圖234LED顯示器內(nèi)部結構原理圖對于這種結構的LED顯示器，它的體積和結構都符合設計要求，由于4位LED陰極的各段已經(jīng)在內(nèi)

35、部接在一起，所以必須使用動態(tài)掃描方式。2.3.2 LED的段驅動芯片的介紹在LED的驅動和顯示單元的設計中,采用的方式有許多種:利用計算機芯片的端口作為LED的驅動口,并通過軟件編程加外部驅動實現(xiàn),缺點是占用計算機芯片的時間和相關資源;利用專用接口芯片如Intel8155、8255等作為計算機芯片的端口擴展并通過軟件編程加外部驅動實現(xiàn),缺點是電路較復雜,功耗較大,也要占用計算機芯片的時間和相關資源;利用顯示用專用芯片如Intel8279、MAX7219、PS7219等,可實現(xiàn)較復雜的功能,但其占用計算機芯片端口還是較多,并且芯片價格較高。大多數(shù)顯示驅動器都沒有嚴格的總線時序,在強干擾環(huán)境下容易

36、造成時序混亂,使顯示不正常。本文討論的LED顯示方案是利用Philips公司的LPC系列單片機芯片的電路特性,從另一種形式來定制專用的LED顯示驅動控制器芯片。主要利用基于I2C總線的通訊接口,使連接可靠;且基于軟件編程控制顯示,使顯示方式及種類多樣。由于LPC系列芯片的端口驅動能力較強,一般的LED可直接連接,在不外加元件的情況下,可實現(xiàn)多位LED或大量發(fā)光二極管的顯示,與其它芯片連接時,占用的I/O口較少。而本設計則采用74LS48作為段驅動電路，芯片具有鎖存、譯碼、驅動的功能。就是在輸入端輸入要顯示字型的BCD碼，在輸出端就可以得到具有一定驅動能力的7段顯示字型碼。ULN2003芯片內(nèi)部

37、結構是達林頓的，專門用來驅動繼電器的芯片，甚至在芯片內(nèi)部做了一個消線圈反電動勢的二極管。ULN2003的輸出端允許通過IC 電流200mA，飽和壓降VCE 約1V左右，耐壓BVCEO 約為36V。用戶輸出口的外接負載可根據(jù)以上參數(shù)估算。采用集電極開路輸出，輸出電流大，故可以直接驅動繼電器或固體繼電器(SSR)等外接控制器件，也可直接驅動低壓燈泡6。圖24給出了74LS48的引腳圖。圖2474LS48芯片引腳圖引腳圖中大寫字母A、B、C、D為BCD碼的輸入端，小寫字母a、b、c、d、e、f、g為字型碼輸出端，LT為燈測試輸入端，RBI為消隱輸入，RBO為消隱輸出。表31給出了74LS48BCD段

38、鎖存/譯碼/驅動器的輸入與輸出信號的對應關系，詳細內(nèi)容可查閱數(shù)字電路在使用時，將該芯片的輸入端引腳A、B、C、D與單片機的P1口或者P3口連接，該芯片的輸出端7個引腳，與LED顯示器的7個段碼引腳相連接。74LS48的作用是接收來自單片機的BCD碼型的輸入信號，經(jīng)過鎖存、譯碼和放大后，輸出7段字型碼到LED顯示器，完成對BCD碼到7段字型碼的鎖存、譯碼和驅動的功能。表21 74LS48BCD7段碼器輸入/輸出端信號對照表輸入端電平輸出端電平顯示字型輸入端電平輸出端電平顯示字型DCBAg f e d c b aDCBAg f e d c b a00000111111（3FH）0010111010

39、11（6DH）500010000110（06H）101101111011（7DH）600101011011（5BH）201110000111（07H）700111001111（4FH）310001111111（7FH）801001100110（66H）410011101111（6FH）92.3.3 ULN2003驅動芯片的功能LED的位驅動較常用的芯片是ULN2003，它具有7個達林頓電路的集成芯片。此種芯片集電極可以收集最大達500mA的電流，耐壓為30V，能驅動常規(guī)的LED顯示器。圖24是ULN2003芯片的引腳圖。其中IN0IN6引腳是輸入端，OUT0OUT6引腳是輸出端。第8腳接有續(xù)流

40、二極管,輸出與9腳配合,可驅動感性負載等。在本設計中將該芯片的輸入端引腳IN0、IN1、IN2、IN3與單片機的P1口連接，該芯片的輸出端引腳OUT0、OUT1、OUT2、OUT3與LED顯示器的4個位碼引腳D1D4相連接。ULN2003的作用是接收來自單片機的位碼輸入信號，經(jīng)過反相放大后輸出，送到LED顯示器位碼引腳，完成對位碼信號的反向和驅動的功能。圖25ULN2003芯片的引腳圖2.3.4 LED驅動電路與單片機的連接本設計采用的LED的輸出接口是單片機的P1口，就是用P1口的低四位作LED的段碼輸出信號，P1口的高四位作LED位碼的輸出控制信號的。其硬件電路連接如圖26所示。電阻為可以

41、保證LED可靠導通與截止的上拉電阻。圖26LED驅動電路與單片機的連接該電路的工作原理是：當P1口的低四位輸出段碼信號的BCD碼后，通過74LS48芯片的鎖存、譯碼和驅動作用，在其輸出端輸出具有一定驅動能力的七段字型碼，由于4LED的段碼輸入引腳是并聯(lián)在一起的，所以每一位LED的段碼輸入引腳都能獲得這個段碼信號。若要控制在每一時刻只有一位LED被點亮，必須靠位碼信號控制。P1口的高4位輸出位碼信號，經(jīng)ULN2003反向后接到LED的位碼控制端，因此P1口的位碼信號在每一時刻只有一位是“1”，其它位全為“0”，然后按時間順序改變輸出“1”的位置，控制在每一時刻只有一位LED被點亮，達到動態(tài)顯示的

42、目的。若要顯示“0123”時，P1口的控制信號及4LED的顯示狀態(tài)如表22所示。表224LED動態(tài)掃描顯示狀態(tài)點亮順序P1口輸出控制字74LS48輸出段碼g f e d c b a2003輸出位碼D1 D2 D3 D4位碼 段碼110000000B（80H）0111111B（3FH）0111201000001B（41H）0000110B（06H）1011300100010B（22H）1011011B（5BH）1101400010011B（13H）1001111B（4FH）1110根據(jù)上表我們可以得出：因為74LS48是BCD碼7段譯碼器，而它對小數(shù)點位沒有驅動作用，因此我們必須設計一個驅動電路

43、來驅動4LED顯示器中的“：”符號。VT2、R11、R12器件組成dp(“：”)的驅動電路，R11為發(fā)射極限流電阻，R12為基極的限流電阻。而控制4LED的D2的引腳P1.5于VT2的基極連接，dp段是發(fā)光二極管是VT2的集電極負載。該電路的工作原理是：當VT2的基極為低電平時，VT2導通，dp段被點亮。即“：”與LED數(shù)碼管的第二位一起被點亮；當VT2的基極為高電平時，VT2截止，dp段熄滅。器件選擇：R1120歐姆，R12100歐姆，VT2選擇PNP型三極管9012。2.4 按鍵電路模塊設計本設計的按鍵電路模塊要實現(xiàn)兩個功能：一是可以隨時定時（鬧鐘）時間，二是隨時對當前時間進行調整。為實現(xiàn)

44、這兩個功能我們采用了獨立式鍵盤。2.4.1 鍵盤結構在單片機組成的測控系統(tǒng)及智能化儀器中，用得最多的是非編碼鍵盤。鍵盤結構可以分為獨立鍵盤和行列鍵盤（矩陣式）兩類。在本設計中只需五個按鍵，因此選擇獨立式鍵盤。如圖36所示，電路由按鍵和六個電阻組成，按鍵分別命名為“PLAY”、“REC”、“SET”、“ALM”、“1”、“RET”鍵，按鍵可以采用輕觸開關。2.4.2 鍵盤與單片機的接口電路如圖27所示，將“1”鍵與單片機的P3.0口連接，“RET”鍵與單片機的P3.1口連接；“SET”鍵與“ALM”鍵通過74LS08相與后連接到INT1口，“REC”鍵與T0口通過74LS08相與后連接到INT0

45、口，在本設計中T0、T1口是作為基本輸入輸出口使用的。圖27按鍵與單片機的硬件連接2.4.3 鍵盤與單片機的接口電路設計將“1”鍵、“RET”鍵直接與單片機的P3.0與P3.1口連接；“SET”與“ALM”通過0相與后連接到INT1口，“REC”與T0口通過74LS08相與后連接到INT0口，其中T0、T1口作為基本輸入輸出口使用?！癙LAY” 鍵與“REC”鍵的功能：這兩鍵是用來控制語音信息的錄音和放音的，在與“1”、“RET”鍵配合使用時可以對不同地址段進行的錄音放音選擇的。（1）“PLAY”鍵語音信息的播放。（2）“REC”鍵語音信息的錄制。（3）當“PLAY”鍵被按下時在單片機的INT

46、0口會產(chǎn)生一個中斷， P0口為低電平，此時，語音播報記事器就執(zhí)行放音操作，當“REC”鍵時，單片機的INT0口也會產(chǎn)生一個中斷，P0口為高電平時語音播報記事器就執(zhí)行錄音操作。（4）“PLAY” 鍵與“REC”鍵可與“1”鍵 “RET”鍵同時完成各自的功能，“1”鍵用來選擇錄音的段數(shù)，“RET”鍵用來確認錄、放音段已完成。（5）INTA是程序服務的中斷的地址標號?！癛ET”鍵的功能：確認，即對“1”鍵調整位進行確認，該鍵按下時，說明被調整位的值已經(jīng)修改完，轉去調整下一位。該引腳與P3.1引腳連接，使用在I/O接口方式，同樣為了保證P3.1使用在輸入方式在初始化程序中對它進行編程：SETBP3.1

47、；即設置P3.1引腳作為輸入口使用鍵盤的硬件電路設計只能保證六個按鍵信號的可靠進入，要想完成鍵盤的輸入功能，還要靠軟件編程來具體實現(xiàn)。設置當前時間和鬧鐘時間的中斷服務程序，請參考軟件設計一節(jié)INTA、INTB子程序設計?！癆LM”鍵與“SET”鍵的功能：“ALM”鍵設置時間而“SET”鍵則是調整當前時間的，被調整值的修改和修改確認只要與“1”、“RET”鍵的配合使用就能完成。按下“ALM”鍵時在單片機的INT0口產(chǎn)生一個中斷， T1口為低電平，單片機就去執(zhí)行設置鬧鐘時間的操作。按下“SET”鍵時，INT0口也產(chǎn)生一個中斷， T1口為高電平，單片機就是執(zhí)行對當前時間調整的操作?！癆LM”鍵與“S

48、ET”鍵與“1”鍵、“RET”鍵同時完成各自的功能，“1”鍵用來對調整位進行加1操作，“RET”用來確認調整位已修改完。INTB為服務程序的標號地址?！?”鍵的功能：分別對時間值的小時十位、小時個位、分的十位、分的個位進行1調整，即該鍵每按下一次，對應的時間調整位1。該引腳與P3.0引腳連接，工作在I/O接口方式，為了保證P3.0工作在輸入方式，在初始化程序中對它進行編程：SETBP3.0；P3.0引腳作為輸入口使用?！癛ET”鍵的功能：確認，即對“1”鍵調整位進行確認，該鍵按下時，說明被調整位的值已經(jīng)修改完，轉去調整下一位。該引腳與P3.1引腳連接，使用在I/O接口方式，同樣為了保證P3.1

49、使用在輸入方式在初始化程序中對它進行編程：SETBP3.1；設置P3.1引腳作為輸入口使用。2.5 蜂鳴器的模塊設計本設計選擇一只蜂鳴器來實現(xiàn)當預先規(guī)定的提醒時間到時有聲音提醒信號產(chǎn)生。壓電式蜂鳴器（HA）工作時約需要10mA的驅動電流，并設計一個相應的驅動及控制電路。電路設計如圖37所示，蜂鳴器（HA）作為三極管VT1的集電極負載，VT1用來控制蜂鳴器的發(fā)聲與否。當VT1導通時，蜂鳴器發(fā)出蜂鳴的聲音，VT1斷開時，蜂鳴器不發(fā)聲。R9是限流電阻。下面我們來介紹下蜂鳴器電路與單片機的接口問題。VT1的基極與單片機P2口的P2.7引腳相連接，此時的P2.7引腳就是作為輸出口使用的。當P2.70時，

50、VT1導通時，使蜂鳴器的兩個引腳間產(chǎn)生近5V的直流電壓，蜂鳴器中有電流通過，而產(chǎn)生蜂鳴音。當P2.71時，VT1斷開，蜂鳴器的兩引腳間的直流電壓為于0V，蜂鳴器就不會發(fā)出提示聲音。蜂鳴電路原理圖如圖28所示圖28 蜂鳴電路原理圖2.6 語音錄放模塊設計2.6.1 ISD1420芯片的介紹本設計的語音錄放功能是由ISD1420語音芯片來實現(xiàn)的，它是語音處理集成電路，由振蕩器、語音存儲單元、前置放大器、自動增益控制電路、抗干擾濾波器、輸出放大器組成。一個最小的錄放系統(tǒng)僅由一個麥克風、一個喇叭、兩個按鈕、一個電源、少數(shù)電阻電容組成。ISD1420型號語音芯片的最后2位數(shù)字表示語音錄放時間的長短，所以

51、本型號的的最長錄音時間為20秒。這種語音芯片內(nèi)部有基準時鐘源，以單一電源+5V供電。芯片的錄放次數(shù)可達10萬次，語音信息可保存100年。配合相應的外圍元件就可以構成一個錄放電路。在語音錄放時可通過按鍵控制，極為方便。利用它，語音和音頻信號被直接存儲，以其原本的模擬形式進入EEPROM存儲器。直接模擬存儲允許使用一種單片固體電路方法完成其原本語音的再現(xiàn)。不僅語音質量優(yōu)勝，而且斷電語音保護。其芯片引腳如圖29所示。圖29ISD1420的外部引腳圖語音芯片ISD1420為單片語音記錄、回放一體化芯片，記錄時長為20s；可被劃分為160小段，每段125ms。當REC腳為低電平時，進行錄音，PLAYE或

52、PLAYL為低時進行放音，ISD1420可進行連續(xù)錄音，也可進行分段錄音。ISD1420的結構框圖如圖2-10所示。解碼器模擬收發(fā)器永久模擬存儲陣列分時自動增益控制（AGC）地址緩沖器電源調整內(nèi)部時鐘控制輸入五階有源抗干擾濾波器五階有源平滑濾波器采樣時鐘圖2-10 ISD1420的結構框圖（1）ISD1420引腳功能及內(nèi)部結構如圖29所示，它有28個引腳，電路外形圖引出端功能說明：A1A7：地址輸入端或控制命令輸入端，當A7、A6同時為高電平時，A4A0為控制命令；否則，A7A0為地址。DGND：數(shù)字信號地線。AGND：模擬信號地線。SP-，SP+：音頻信號輸出端，連接816歐姆的揚聲器。V+

53、：模擬信號電源，+5V。MIC：話筒輸入端，通過電容耦合，連接駐極體花筒。MICREF：話筒參考輸入端。AGC：自動增益控制端，調整芯片內(nèi)部前置放大增益器，使錄入信號不失真。ANAIN：模擬信號輸入端。ANAOUT：模擬信號輸出端。PLAYL非：放音控制電平觸發(fā)端。當該端為低電平時，芯片進入放音周期；當該端為高電平時，停止放音。PLAYE非：放音控制脈沖觸發(fā)端。當該端輸入由高電平變?yōu)榈碗娖綍r芯片進入放音周期。RECLED非：錄音顯示端。該端接發(fā)光二極管，在錄音時做錄音指示燈。XCLK：時鐘控制端。REC非：錄音控制端。該端為低電平時，芯片進入錄音狀態(tài)，錄音期間該端必須保持低電平，REC信號的優(yōu)

54、先級高與PLAYL和PLAYE兩種放音信號。ISD1420的內(nèi)部邏輯結構ISD1420系列語音集成電路由內(nèi)部時鐘電路、自動增益控制電路、前置放大電路、濾波器、差動功率放大電路、電源電路、存儲器EEPROM、地址譯碼電路、存儲控制電路等組成。（2）ISD1420的特點使用方便的單片錄放系統(tǒng),外部元件最少。重現(xiàn)優(yōu)質原聲，沒有常見的背景噪音。放音可由邊沿或電平觸發(fā)。無耗電信息存儲,省掉備用電池。信息可保存100年,可反復錄放10萬次。無需專用編程或開發(fā)系統(tǒng)。較強的分段選址能力可處理多達160段信息。具有自動節(jié)電模式。錄或放后立即進入維持狀態(tài),僅需0.5A電流。單一5伏電源供電7。電特性：工作電壓：5V靜態(tài)電流：典型值0.5A，最大值2A工作電流：典型值15mA，最大值30mA（16歐姆）（3）固定地址錄放音電路工作原理固定地址錄放音電路叫常使用的是從存儲器的首地址開始的固定地址，就是把A0A7引腳都接地，錄放音通過有關按鍵