畢業(yè)論文基于單片機的電子音樂門鈴的設(shè)計說明

1、 . . PAGE- 57 - / NUMPAGES64基于單片機的電子音樂門鈴的設(shè)計摘 要隨著時代的前進和發(fā)展，控制智能化、儀器小型化、功耗微小化得到廣泛關(guān)注。在這些領(lǐng)域中，單片機起到了舉足輕重的作用，這就把單片機的應(yīng)用提升到重要的地位，單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計就成為新的技術(shù)熱點。近幾年來，隨著市場上智能化樓宇的不斷升溫，門鈴系統(tǒng)已作為智能化辦公室和智能化住宅小區(qū)的一個重要組成部分，被各商家和用戶所接受。人們已開始習(xí)慣用門鈴系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鐵鑰匙去管理各通道門，這使門鈴系統(tǒng)得到了飛躍性的發(fā)展。隨著單片機技術(shù)的飛速發(fā)展，通過單片機實現(xiàn)人們對物質(zhì)生活的滿足，這將會日益成為今后的一個重要發(fā)展的方向。本設(shè)計

2、是介紹了由AT89C51單片機來構(gòu)成電子音樂門鈴系統(tǒng)的工作過程，本系統(tǒng)主要完成該電子門鈴不僅具有普通電子門鈴的功能，而且還具有一些擴展功能。它的工作狀態(tài)能夠由用戶自行設(shè)定等常規(guī)功能，并給來訪者提供必要的語音和文字回應(yīng)信息，此外。這給人們生活提供了很大的便利。關(guān)鍵詞：單片機；電子門鈴；液晶顯示；語音錄放The design of electronic music doorbell based on Single Chip MicroprocessorAbstractWith the progress of the times and development of intelligent cont

3、rol,small machines, micro-power consumption get a wide concern. In these areas,Single chip microprocessor played a pivotal role,which the MCU applications important to enhance the status of Single Chip Microprocessor applications designed to become the new hot technology.In recent years,with intelli

4、gent buildings on the market has been heating up,the doorbell system has been as intelligent office and intelligent residential quarters of an important component of the traders and users to accept. People have begun to use doorbell system used to replace the traditional iron keys to manage the acce

5、ss door, rang the doorbell so that this system has been leap of development. With the rapid development of Single Chip Microprocessor technology,people will increasingly become an important future development direction, through the material life of the meet.It is introduced by the AT89C51 chip to a

6、system of electronic music doorbell process. This system is mainly to complete the electronic doorbell rang the doorbell not only a common electronic features, but also has some extensions. Its work by the state to set its own users, such as conventional capabilities, and visitors to provide the nec

7、essary response to the voice and text information, in addition, users can also visit a wide range of information enquiries.Key words: Single Chip Microprocessor;Electronic doorbell;LCD display;Voice record-play目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc201213588引 言 PAGEREF _Toc201213588 h 1 HYPERLINK l _To

8、c201213589第1章 緒論 PAGEREF _Toc201213589 h 2 HYPERLINK l _Toc2012135901.1 概述 PAGEREF _Toc201213590 h 2 HYPERLINK l _Toc2012135911.2課題的總體設(shè)計與思路 PAGEREF _Toc201213591 h 2 HYPERLINK l _Toc201213592第2章 硬件電路設(shè)計 PAGEREF _Toc201213592 h 4 HYPERLINK l _Toc2012135932.1 硬件最小系統(tǒng)設(shè)計 PAGEREF _Toc201213593 h 4 HYPERLIN

9、K l _Toc2012135942.1.1 核心芯片AT89C51簡介 PAGEREF _Toc201213594 h 4 HYPERLINK l _Toc2012135952.1.2 復(fù)位電路的設(shè)計 PAGEREF _Toc201213595 h 5 HYPERLINK l _Toc2012135962.1.3 時鐘電路的設(shè)計 PAGEREF _Toc201213596 h 6 HYPERLINK l _Toc2012135972.1.4 存儲器的分配 PAGEREF _Toc201213597 h 7 HYPERLINK l _Toc2012135982.2 時鐘電路的設(shè)計 PAGERE

10、F _Toc201213598 h 8 HYPERLINK l _Toc2012135992.2.1 DS1302芯片簡介 PAGEREF _Toc201213599 h 8 HYPERLINK l _Toc2012136002.2.2 DS1302結(jié)構(gòu)框圖與引腳介紹 PAGEREF _Toc201213600 h 8 HYPERLINK l _Toc2012136012.2.3 DS1302與單片機的硬件電路的設(shè)計 PAGEREF _Toc201213601 h 10 HYPERLINK l _Toc2012136022.3 顯示提示電路的設(shè)計 PAGEREF _Toc201213602 h

11、 11 HYPERLINK l _Toc2012136032.3.1 液晶顯示原理 PAGEREF _Toc201213603 h 11 HYPERLINK l _Toc2012136042.3.2 SMC1602芯片簡介 PAGEREF _Toc201213604 h 12 HYPERLINK l _Toc2012136052.3.3顯示電路的設(shè)計 PAGEREF _Toc201213605 h 14 HYPERLINK l _Toc2012136062.4 語音提示電路的設(shè)計 PAGEREF _Toc201213606 h 14 HYPERLINK l _Toc2012136072.4.1

12、 ISD芯片簡介 PAGEREF _Toc201213607 h 14 HYPERLINK l _Toc2012136082.4.2 ISD1420芯片特點與引腳介紹 PAGEREF _Toc201213608 h 15 HYPERLINK l _Toc2012136092.4.3 存儲芯片AT24C02簡介 PAGEREF _Toc201213609 h 18 HYPERLINK l _Toc2012136102.4.4 ISD1420與單片機連接電路的設(shè)計 PAGEREF _Toc201213610 h 19 HYPERLINK l _Toc2012136112.5 按鍵電路的設(shè)計 PAG

13、EREF _Toc201213611 h 20 HYPERLINK l _Toc201213612第3章 軟件部分設(shè)計 PAGEREF _Toc201213612 h 21 HYPERLINK l _Toc2012136133.1 主程序設(shè)計 PAGEREF _Toc201213613 h 21 HYPERLINK l _Toc2012136143.2 相應(yīng)子程序設(shè)計 PAGEREF _Toc201213614 h 22 HYPERLINK l _Toc2012136153.2.1 按鍵掃描子程序設(shè)計 PAGEREF _Toc201213615 h 22 HYPERLINK l _Toc201

14、2136163.2.2 門鈴鍵子程序設(shè)計 PAGEREF _Toc201213616 h 23 HYPERLINK l _Toc2012136173.3.3 錄音（RECORD）和播放（PLAY）程序設(shè)計 PAGEREF _Toc201213617 h 25 HYPERLINK l _Toc201213618第4章 調(diào) 試 PAGEREF _Toc201213618 h 27 HYPERLINK l _Toc201213619結(jié)論與展望 PAGEREF _Toc201213619 h 29 HYPERLINK l _Toc201213620致 PAGEREF _Toc201213620 h 3

15、0 HYPERLINK l _Toc201213621參考文獻 PAGEREF _Toc201213621 h 31 HYPERLINK l _Toc201213622附錄A：總圖 PAGEREF _Toc201213622 h 32 HYPERLINK l _Toc201213623附錄B：外文文獻與譯文 PAGEREF _Toc201213623 h 33 HYPERLINK l _Toc201213624附錄C: 主要參考文獻與摘要 PAGEREF _Toc201213624 h 40 HYPERLINK l _Toc201213625附錄D: 源程序 PAGEREF _Toc20121

16、3625 h 42 插圖清單圖1-1 設(shè)計框圖3圖2-1 AT89C51引腳圖4圖2-2 復(fù)位電路的設(shè)計6圖2-3 時鐘電路的設(shè)計6圖2-4 部數(shù)據(jù)存儲器7圖2-5 DS1302結(jié)構(gòu)框圖8圖2-6 DS1302引腳排列圖9圖2-7 時鐘芯片電路10圖2-8 1602實物圖12圖2-9 AT89C51與SMC1602顯示電路14圖2-10 ISD1420功能塊圖16圖2-11 ISD1420管腳排列17圖2-12 AT24C02引腳圖18圖2-13 ISD1420與單片機的硬件電路19圖3-1 主程序流程21圖3-2 按鍵掃描子程序22圖3-3門鈴鍵子程序23圖3-4 語音和顯示子程序1流程圖2

17、4圖3-5 語音和顯示子程序2流程圖24圖3-6 PLAY鍵子程序25表格清單表2-1 復(fù)位后寄存器態(tài)6表2-2 DS1302的日歷、時鐘寄存器與其控制字10表2-3 1602LCD的引腳功能表12表2-4 1602液晶模塊部的控制器的11條控制指令13表2-5 基本時序表13引 言近幾年來，隨著市場上智能化樓宇的不斷升溫，門鈴系統(tǒng)已作為智能化辦公室和智能化住宅小區(qū)的一個重要組成部分，被各商家和用戶所接受。人們已開始習(xí)慣用門鈴系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鐵鑰匙去管理各通道門，這使門鈴系統(tǒng)得到了飛躍性的發(fā)展。在2000年，全世界的門鈴系統(tǒng)銷量比1999增長了接近10倍，占整個安防市場的40%。從以前的“叮咚”

18、門鈴，它價格便宜，性能可靠，耗電量少，安裝也簡便；然后就有了音樂門鈴，按下再也不是“叮咚”聲，而是悅耳的音樂，讓客人可以耐心的等待；現(xiàn)在的門鈴已經(jīng)出現(xiàn)可視門鈴，在屋里屋外都有可視機，并且可以對話，通過對話，主人可以在里屋按動旋紐開門，這樣主人就不用親自出來開門了，很方便。目前市場上的門鈴種類繁多，既有功能比較簡單的，也有一些功能較強的，如可視對講門鈴等?？梢晫χv門鈴在現(xiàn)在已經(jīng)很普遍，城市居民樓單元入口大多數(shù)是敞開著的，這方便了居民的進出，但同時也給居民的生活帶來了諸多的不便。例如，由于任何人都可隨意進入居民樓道，因此在居民樓道我們隨處都能看到貼于墻上或樓梯臺階上的各類紙質(zhì)廣告，也能看到印刷于墻

19、上或樓梯臺階上的各類廣告，這既影響了樓道的衛(wèi)生，更影響了樓道的美觀，樓宇防盜直按可視對講門鈴系統(tǒng)很好的解決了這些問題，特別適于居民樓單元入口處防盜門安裝使用。本文介紹的電子門鈴則主要從其它一些特殊功能的角度來設(shè)計。它通過對來訪者提供一些LCD文字和語音的提示，使它既能給來訪者一個較好的感覺，又能使主人(不在家時)不錯過一些來訪者。本系統(tǒng)主要有語音提示，LCD顯示提示，以與響鈴，和外機按鍵等功能，其中本設(shè)計的中心系統(tǒng)是由單片機AT89C51完成的，主要硬件電路有單片機、時鐘與復(fù)位電路、選擇按鍵輸入電路、存儲電路、音頻發(fā)生器、音頻放大器、揚聲器、1602LCD顯示電路以與ISD1420語音提示電路

20、。并給出了其完整的硬件電路和軟件的設(shè)計方案與實現(xiàn)方法。第1章 緒論1.1 概述微型計算機的出現(xiàn)和大量使用將人類社會帶入一個新的時代，單片微型計算機（簡稱單片機）在其中扮演著十分重要的角色。雖然它沒有常見的PC那樣大的體積和重量，不會在辦公桌和控制臺上占據(jù)一個顯要的位置，但它就像小小的螺絲釘一樣，鑲嵌在人們工作生活中需要計算、控制、測量等智能活動的各個角落。由于單片機的控制功能強大、使用靈活、體積小、可靠性高、性價比高、用以產(chǎn)品化等特點，近年來在智能儀器儀表、機電一體化、實時控制、分布式多機系統(tǒng)、家用電氣等各個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，對各個行業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品的更新?lián)Q代起著重要的推動作用，對人們

21、生活質(zhì)量的提高產(chǎn)生了深刻的影響。傳統(tǒng)的門鈴都是叮咚聲，所具備的功能較少，也比較弱，而且結(jié)構(gòu)很復(fù)雜。根本不能滿足這個飛速發(fā)展的社會的需要。而現(xiàn)在主要是一種無繩可視門鈴對講系統(tǒng)，包括門口機和室機，所述門口機與所述室機相互連接，所述的門口機，包括攝像頭與音頻電路，所述室機，包括連接到線的第一通訊模塊；還包括與所述室機無線連接的移動終端，所述室機還包括控制模塊、視頻發(fā)射模塊以與用于在第一通訊模塊和視頻發(fā)射模塊間切換的開關(guān)模塊，所述開關(guān)模塊分別與控制模塊和第一通訊模塊連接，所述移動終端包括與第一通訊模塊無線連接的第二通訊模塊以與與所述視頻發(fā)射模塊無線連接的視頻接收模塊，其中所述第一通訊模塊與第二通訊模塊

22、之間采用時分雙工通訊。本發(fā)明通過采用移動終端進行對講和控制，使得可視門鈴對講可在任意位置進行同時具備無繩功能。將來的門鈴將會更智能化，更人性化，滿足人類各種需要。本設(shè)計主要是針對門鈴系統(tǒng)在語音提示中文、LCD顯示英文以與響鈴（主要是各種不同的音樂）功能的實現(xiàn)。1.2 課題的總體設(shè)計與思路本次設(shè)計的系統(tǒng)是屬于單片機實現(xiàn)功能的典型應(yīng)用，通用性很強，在人們?nèi)粘Ｉ钪杏兄鴱V泛的應(yīng)用。本系統(tǒng)以單片機89C51為核心，其硬件電路由單片機、時鐘與復(fù)位電路、選擇按鍵輸入電路、存儲電路、音頻發(fā)生器、音頻放大器、揚聲器、LCD顯示電路以與語音電路。主要功能是當(dāng)主人在家時，將開關(guān)打在“IN”，來訪者來時按鈴，語音提

23、示：“請稍后，馬上就來開門”，LCD顯示：“Please wait for a moment!”并且音樂響起；當(dāng)主人不在家時，將開關(guān)打在“OUT”，來訪者來時按鈴，語音提示：“家里沒人，請留言，！”LCD顯示：“Please visit me later!”此時不響音樂。本設(shè)計主要由單片機AT89C51構(gòu)成核心電路，由LM386構(gòu)成音頻放大，由1602LCD構(gòu)成顯示電路，由ISD1420構(gòu)成語音錄放電路。系統(tǒng)帶有選擇按鍵控制功能，對主人是否在家提供主觀上的選擇，當(dāng)主人在家，但不愿意別人的打擾，這時也可以將選擇按鍵控制為“OUT”，這樣大大不僅具有控制方便簡單和靈活性大的特點，而且提高了人性化的

24、特點，從而大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。進行系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)考慮如下問題：1由1602LCD構(gòu)成的顯示電路，將要顯示兩句話“Please wait for a moment!”“Please visit me later!”這兩句話的程序原代碼設(shè)計；2由ISD1420語音芯片構(gòu)成語音提示電路中，錄音和放音的過程。3硬件電路的連接實現(xiàn)過程。硬件電路的設(shè)計框圖如圖1-1所示。 SKIPIF 1 0 第2章 硬件電路設(shè)計2.1硬件最小系統(tǒng)設(shè)計2.1.1 核心芯片AT89C51簡介該設(shè)計所用主要芯片是AT89C51，現(xiàn)對各組成部分的情況介紹如下：中央處理器，部數(shù)據(jù)存儲器，部程序存儲器，定時器，串行口，中斷控制系統(tǒng)

25、，以與時鐘復(fù)位電路等等。AT89C51芯片引腳圖如圖2-1所示，芯片引腳介紹： SKIPIF 1 0 圖2-1 AT89C51引腳圖P0口：P0口是開漏雙向口?？梢詫憺?，使其狀態(tài)為懸浮用作高阻輸入，P0也可以在訪問外部程序存儲器時作地址的低字節(jié)，在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時作數(shù)據(jù)總線。此時通過部強上拉輸出1。P1口：P1口是帶部上拉的雙向I/O口，向P1口寫入1時P1口被部上拉為高電平，可用作輸入口，當(dāng)作為輸入腳時被外部拉低的P1口會因為部上拉而輸出電流。P1口第2功能：T2(P1.0)定時/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入/時鐘輸出(見可編程輸出)。T2EX(P1.1)定時/計數(shù)器2重裝載控制。P2口：P

26、2口是帶部上拉的雙向I/O口，向P2口寫入1時P2口被部上拉為高電平，可用作輸入口，當(dāng)作為輸入腳時被外部拉低的P2口會因為部上拉而輸出電流(見DC電氣特性)在訪問外部程序存儲器和外部數(shù)據(jù)時分別作為地址高位字節(jié)和16位地址(MOVX DPTR)此時通過部強上拉傳送1，當(dāng)使用8位尋址方式(MOV Ri)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口發(fā)送P2特殊功能寄存器的容。P3口：P3口是帶部上拉的雙向I/O口，向P3口寫入1時P3口被部上拉為高電平，可用作輸入口，當(dāng)作為輸入腳時被外部拉低的P3口會因為部上拉而輸出電流(見DC電氣特性)P3口還具有以下特殊功能。RXD(P3.0)串行輸入口TXD(P3.1)串行輸

27、出口INT0(P3.2)外部中斷0INT1(P3.3)外部中斷1T0(P3.4)定時器0外部輸入T1(P3.5)定時器1外部輸入WR(P3.6)外部數(shù)據(jù)存儲器寫信號RD(P3.7)外部數(shù)據(jù)存儲器讀信號ALE：地址鎖存使能。在訪問外部存儲器時輸出脈沖鎖存地址的低字節(jié)，在正常情況ALE輸出信號恒定為1/6振蕩頻率并可用作外部時鐘或定時，注意每次訪問外部數(shù)據(jù)時一個ALE脈沖將被忽略ALE可以通過置位SFR的auxlilary0禁止置位后ALE只能在執(zhí)行MOVX指令時被激活。PSEN：程序存儲使能。當(dāng)執(zhí)行外部程序存儲器代碼時，PSEN每個機器周期被激活兩次，在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時PSEN無效訪問部程序

28、存儲器時PSEN無效。EA：當(dāng)此腳為低電平時，對ROM的操作限定在外部程序存儲器，而它為高電平時，則對ROM的讀操作是從部程序存儲器開始，并可延續(xù)至外部程序存儲器。XTAL1：晶體1反相振蕩放大器輸入和部時鐘發(fā)生電路輸入。XTAL2：晶體2反相振蕩放大器輸出1。2.1.2 復(fù)位電路的設(shè)計復(fù)位是單片機的初始化操作，其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為了擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵以重新啟動。在振蕩器工作時將RST腳保持至少兩個機器周期高電平，12時鐘模式為24個振蕩器周期，6時鐘

29、模式為12振蕩器周期，可實現(xiàn)復(fù)位。為了保證上電復(fù)位的可靠RST保持高電平的時間至少為振蕩器啟動時間通常為幾個毫秒再加上兩個機器周期復(fù)位后振蕩器以12時鐘模式運行當(dāng)已通過并行編程器設(shè)置為6時鐘模式時除外。單片機在RESET為高電平控制下，程序計數(shù)器（PC）和特殊功能寄存器的復(fù)位如表21所示。單片機的復(fù)位并不影響芯片部RAM狀態(tài)，只要RESET引腳保持高電平，單片機將循環(huán)復(fù)位。在復(fù)位有效期間，ALEPSEN將輸出高電平1。表2-1 復(fù)位后寄存器狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDP

30、TR0000HTH100HP0P30FFHSCON00HIP000000BSBUF不定IE0000000PCON00000本次設(shè)計復(fù)位電路，如圖2-2所示。 SKIPIF 1 0 圖2-2 復(fù)位電路2.1.3 時鐘電路的設(shè)計時鐘電路產(chǎn)生與單片機工作所需要的時鐘信號，單片機本身就是一個復(fù)雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下嚴格的按時序進行工作。而時序所研究的則是指令執(zhí)行中各信號之間的相互時間的關(guān)系。在51芯片部有一個高增益反向放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端引腳為XTAL2，在芯片的外部通過這兩個腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，就構(gòu)成一

31、個穩(wěn)定的自激振蕩器6。如圖2-3所示： SKIPIF 1 0 圖2-3 時鐘電路的設(shè)計部程序存振蕩晶體可在1.2MHz12MHz之間選擇，電容值無嚴格要求，但在電容值取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度有少許影響，CX1、CX2可在20pF100pF之間取值，但在60pF70pF時振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性。本設(shè)計選取晶振為12MHz，電容為30pH2。2.1.4 存儲器的分配AT89C51的部共有256個數(shù)據(jù)存儲器單元，通常把著256個單元按其功能劃分為兩部分：低128單元和高128單元。其中部數(shù)據(jù)存儲器的分配情況如圖2-4所示： SKIPIF 1 0 圖2-4部數(shù)據(jù)存儲器2.2

32、 時鐘電路的設(shè)計2.2.1 DS1302芯片簡介在以單片機為核心構(gòu)成的裝置中，經(jīng)常需要一個實時的時鐘和日歷，以便對一些實時發(fā)生事件記錄時給予時標，實時時鐘芯片便可起到這一作用，過去多用并行接口的時鐘芯片，如MC146818，DS12887等。它們已能完全滿足單片機系統(tǒng)對實時時鐘的要求，但是這些芯片與單片機接口復(fù)雜、占用地址，數(shù)據(jù)總線接線多、芯片體積大占用空間多，近年來串行接口的各種芯片在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用愈來愈多，串行接口的實時時鐘芯片也出現(xiàn)了不少，DS1302是一個綜合性能較好且價格便宜的串行接口實時時鐘芯片。2.2.2 DS1302結(jié)構(gòu)框圖與引腳介紹 SKIPIF 1 0 圖2-5 DS13

33、02結(jié)構(gòu)框圖1結(jié)構(gòu)框圖與引腳介紹DS1302原理框圖見圖2-5所示。DS1302是一種高性能、低功耗的實時時鐘芯片，附加有31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線接口與CPU進行同步通信，并可以采用突發(fā)方式，一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。實時時鐘可以提供秒、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。可以采用12h或24h方式計時，采用雙電源供電，可設(shè)置備用電源充電方式，同時提供了對后備電源進行涓流充電的能力。7個附加字節(jié)的暫存寄存器，包括移位寄存器、控制邏輯、振蕩器、實時時鐘和RAM。芯片為8引腳小型DIP封裝，引腳排列如圖2-6所示3。 SKIP

34、IF 1 0 圖2-6 DS1302引腳排列DS1302具有一個可編程的涓流充電器，主電源和備份電源的雙電源引腳，7個附加字節(jié)的暫存寄存器，包括移位寄存器、控制邏輯、振蕩器、實時時鐘和RAM。引腳描述如下：GND電源地；VCC1在單電源供電系統(tǒng)中的電源引腳，在雙電源系統(tǒng)中接備份電源；VCC2在雙電源供電系統(tǒng)中的主電源引腳，DS1302由VCC1和VCC2兩者中較大者供電，當(dāng)VCC2小于VCC1時，VCC1給VCC2供電；SCLK串行接口的同步時鐘；I/O雙向數(shù)據(jù)線引腳；/RST復(fù)位信號，在一個讀寫期間必須保持高電平；X1，X2連接一個標準的32768HZ石英晶體。DS1302也可用外部振蕩器驅(qū)

35、動，這時X1引腳連接外部振蕩器信號，X2懸浮。2DS1302功能：命令字節(jié)每次數(shù)據(jù)傳輸由命令字節(jié)開始，MSB(位7)必須是邏輯1，若該位是0，則禁止操作DS1302，位6為0時選擇實時時鐘/日歷數(shù)據(jù)，位6為l時選擇RAM數(shù)據(jù)，位5l選擇操作的寄存器，LSB(位0)選擇寫操作(邏輯0)或讀操作(邏輯l)。復(fù)位和時鐘控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯邮怯蒖ST置為高電平開始的，RST啟動控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器，一個時鐘周期是一個下降沿緊跟一個上升沿，數(shù)據(jù)輸入的時候，在時鐘上升沿數(shù)據(jù)必須有效；如果RST變低，所有數(shù)據(jù)傳送即被終止，I/0引腳到一個高阻狀態(tài)。在電源上電過程中，RST必須保持邏輯0，

36、直到VCC大于2.0V，在RST由0變1的過程中，SCLK必須是邏輯0。數(shù)據(jù)輸入輸入命令字節(jié)8個時鐘周期之后，在下8個時鐘周期的上升沿輸人數(shù)據(jù)，若有額外的SCLK周期是不予理睬的，數(shù)據(jù)輸入開始位是位0。數(shù)據(jù)輸出輸入讀命令字節(jié)8個時鐘周期之后，在下8個時鐘周期的下降沿數(shù)據(jù)被送出，注意：第一個數(shù)據(jù)位被送出發(fā)生在寫命令字節(jié)最后一位的第一個下降沿，數(shù)據(jù)輸出開始位為位04。3DS1302的寄存器DS1302共有12個寄存器，其中有7個寄存器與日歷、時鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式，其日歷、時間寄存器與其控制字如表2-2所列。此外，DS1302還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器與與

37、RAM相關(guān)的寄存器等。時鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器容。DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類，一類是單個RAM單元，共31個，每個單元組態(tài)為一個8位的字節(jié)，其命令控制字為COHFDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的RAM的31個字節(jié)，命令控制字為FEH(寫)、FFH(讀)。表2-2 DS1302的日歷、時鐘寄存器與其控制字寄存器名命令字取值圍各位容寫操作讀操作76543210秒寄存器80H81H0059CH10SECSEC分寄存器82H83H0059010MINMIN時寄存器84H85H0112或002

38、312/24010HRHR日寄存器86H87H0128、29、30、310010DATEDATE月寄存器88H89H011200010MMONTH周寄存器8AH8BH010700000DAY年寄存器8CH8DH009910YEARYEAR2.2.3 DS1302與單片機的硬件電路的設(shè)計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)中提供低電源并能提供低功率的電池備份。VCC2在雙電源系統(tǒng)中提供電源，在這種運行方式下VCC1連接到備份電源，以便在沒有主電源的情況下能保存時間信息以與數(shù)據(jù)。DS1302由兩者中的較大者供電。當(dāng)VCC2大于VCC1

39、+0.2v時，VCC2給DS1302供電。當(dāng)VCC2小于在單片機系統(tǒng)中使用VCC1的時候，DSl302由VCC1供電。在本設(shè)計中，以AT89C51為主器件，DS1302為從器件，RST接在主器件P3.2上，此引腳為高位的時候，選中該芯片，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P3.1和P3.0上，所有的單片機地址、命令與數(shù)據(jù)均通過這兩條線傳輸。在此設(shè)計中，主器件在總線上產(chǎn)生時鐘脈沖，尋址信號，數(shù)據(jù)信號，而從器件則相應(yīng)接受數(shù)據(jù)，送出數(shù)據(jù)。對DS1302的每一次讀寫都需要16個時鐘脈沖，前8個脈沖輸入操作地址和讀寫命令。電路圖如圖2-7所示。 SKIPIF 1 0 圖2-7 時

40、鐘芯片電路2.3 顯示提示電路的設(shè)計2.3.1 液晶顯示原理1液晶顯示原理液晶顯示器利用液晶的物理特性，通過外加電壓對顯示區(qū)域進行控制，可以顯示字符或圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點，廣泛用于便攜式電腦、數(shù)字攝像機、PDA移動通信工具等領(lǐng)域。2液晶顯示器的分類液晶顯示的分類方法很多，按顯示方式可分為段式、字符式、點陣式等。除了黑白顯示外，液晶顯示器還有多灰度、彩色顯示等。如果根據(jù)驅(qū)動方式，可以分為靜態(tài)驅(qū)動(static)、單純矩陣驅(qū)動(simple Matrix)和主動矩陣驅(qū)動(Active Matrix)等三種5。3液晶顯示器各種類形的顯示原

41、理(1)線段的顯示點陣圖形式液晶由M*N個顯示單元組成，假設(shè)LCD顯示屏有64行，每行有128列，每8列對應(yīng)1字節(jié)的8位，則每行由16字節(jié)，共16*8=128個點組成。屏上的64*l6個顯示單元與顯示RAM區(qū)1024個字節(jié)相對應(yīng)，每一字節(jié)的容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對應(yīng)。例如，屏的第一行的亮或暗，由R人M區(qū)的000H00FH的16字節(jié)的容決定，當(dāng)(000H)=FFH時，屏幕的左上角顯示一條短亮線，長度為8個點；當(dāng)(3FFH)=FFH時，屏幕的右下角顯示一條短亮線；當(dāng)（000H）=FFHF、(001H)=00H、(002H)=00H、(00EH)=00H、(00FH)=00H時，在屏幕的頂部顯示

42、一條由8段亮線和8條暗線組成的虛線。(2)字符的顯示用LCD顯示一個字符時，因為一個字符由6*8或8*8點陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應(yīng)的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“l(fā)”，其他的為”0”，(為“1”的點亮，為”0”的不亮)，這樣就組成了某個字符。對于帶字符發(fā)器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號與每行的列數(shù)找出顯示RAM對應(yīng)的地址，設(shè)立光標，并在此處送上該字符對應(yīng)的代碼即可。(3)漢字的顯示漢字的顯示一般采用圖形方式。事先從微機中提取要顯示的漢字的點陣碼，每個漢字占32B，分左右兩半，各占16B，左邊為1、

43、3、5右邊為2、4、6，根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號與每行的列數(shù)可找出顯示RAM對應(yīng)的地址，設(shè)立光標，送上要顯示的漢字的第一字節(jié)，光標位置加1，送第二個字節(jié)，換行按列對齊，送第三個字節(jié)，直到32B顯示完，就可以在LCD上得到一個完整漢字16。2.3.2 SMC1602芯片簡介字符型液晶顯示模塊是專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣式LCD，目前常用的有16*1、16*2、20*2和40*2行等。下面以1602字符型液晶顯示器為例，介紹其用法，實物如圖2-8所示16。圖2-8 1602實物圖11602LCD的引腳功能表2-3 1602LCD的引腳功能表編號符號引腳說明編號符號引腳說明 1VSS

44、電源地 9D2數(shù)據(jù) 2VDD電源正極 10D3數(shù)據(jù) 3VL液晶顯示偏壓 11D4數(shù)據(jù) 4RS數(shù)據(jù)命令選擇 12D5數(shù)據(jù) 5R/W讀/寫選擇 13D6數(shù)據(jù) 6E使能信號 14D7數(shù)據(jù) 7D0數(shù)據(jù) 15BLA背光源正極 8D1數(shù)據(jù) 16BLK背光源負極1602LCD采用標準14腳(無背光)或8腳(帶背光)接口，各引腳功能如表2-3所示。VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接電源正極時對比度最弱，接地時對比度最高。若對比度過高會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一只10K電阻來調(diào)整對比度。RS為寄存器選擇端，RS為高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器，為低電平時選擇指令寄存器。R/W為讀寫信號線，為高電平時進行讀操作，為低電

45、平時為寫操作。當(dāng)Rs和R/W同為低電平時可以寫人指令或者顯示地址；當(dāng)RS為低電平、R/W為高電平時可以讀忙信號；當(dāng)RS為高電平、R/W為低電平時可以寫人數(shù)據(jù)。E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。D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。21602LCD的指令說明與時序1602液晶模塊部的控制器共有11條控制指令，如表2-4所示。表2-4 1602液晶模塊部的控制器的11條控制指令序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標返回000000001/3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標或字符移位000001S

46、/CR/L/6置功能00001DLNF/7置字符發(fā)生存儲器地址0001字符發(fā)生存儲器地址8置數(shù)據(jù)存儲器地址001顯示數(shù)據(jù)存儲器地址9讀忙標志或地址01BF計數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM10要寫的數(shù)據(jù)容11從CDRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)容1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。指令1：清顯示，指令碼01H，光標復(fù)位到地址00H位置。指令2：光標復(fù)位，光標返回到地址00H。指令3：光標和顯示模式設(shè)置。I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移。S：屏幕上所有文字是否左移或者右移，高電平表示有效，低電平則無效。指令4：顯示開關(guān)控制。D：控制整體

47、顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示；C：控制光標的開與關(guān)，高電平表示有光標，低電平表示無光標；B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標或顯示移位。S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。指令6：功能設(shè)置命令。DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線；N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示；F：低電平時顯示5*7的點陣字符，高電平時顯示5*10的點陣字符。指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。指令8：DDRAM地址設(shè)置。指令9：讀忙信號和光標地址。BF：忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)；低電平表示不忙。指令10：寫數(shù)據(jù)。指令11：

48、讀數(shù)據(jù)。與SMC1602芯片的時序如表2-5所示。表2-5 基本時序表讀狀態(tài)輸入RS=L、R/W=H、E=H輸出D0D7=狀態(tài)字寫指令輸入RS=L、R/W=L、D0D7=指令碼，E=高脈沖輸出無讀數(shù)據(jù)輸入RS=H、R/W=H、E=H輸出D0D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)輸入RS=H、R/W=L、D0D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖輸出無2.3.3顯示電路的設(shè)計如圖2-9所示，單片機AT89C51與芯片SMC1602的顯示電路。在本設(shè)計中，SMC1602芯片主要是顯示主人所要傳達給來訪者的信息，當(dāng)來訪者按下門鈴按鈕時，芯片自動提取信息英文提示來訪者，主人在/不在家的信息，并且告知來訪者是否繼續(xù)等待10。 SKIPIF

49、1 0 圖2-9 AT89C51與SMC1602的顯示電路2.4 語音提示電路的設(shè)計2.4.1 ISD芯片簡介單片機控制系統(tǒng)通常使用發(fā)光二極管LED、數(shù)碼管、液晶顯示器、蜂鳴器等進行狀態(tài)/結(jié)果顯示、故障報警。近年來隨著語音電路的迅速發(fā)展，語音芯片已經(jīng)以其直觀、生動、與單片機接口方便等優(yōu)勢，越來越廣泛的應(yīng)用于單片機控制系統(tǒng)中了。ISD1420為美國ISD公司出品的優(yōu)質(zhì)單片語音錄放電路，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(fēng)、一個喇叭、兩個按鈕、一個電源、少數(shù)電阻電容組成。錄音容存入永久存儲單元，提供零功率信息存儲，這個

50、獨一無二的方法是借助于美國ISD公司的專利-直接模擬存儲技術(shù)（DAST TM）實現(xiàn)的。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(zhì)量優(yōu)勝，而且斷電語音保護。在本設(shè)計中，ISD1420語音芯片主要承當(dāng)提示的作用，主人在提示語錄入芯片中，當(dāng)來訪者按下門鈴按鈕時，芯片自動提取信息提示來訪者，主人在/不在家的信息。下面詳細介紹了ISD1420語音芯片與單片機的接口，給出了具體的電路圖和驅(qū)動軟件與芯片外圍的驅(qū)動電路和具體參數(shù)14。2.4.2 ISD1420芯片特點與引腳介紹芯片特點與結(jié)構(gòu)簡圖ISD14

51、20芯片采用直接模擬存儲技術(shù)，且錄放音質(zhì)極好，并有一定的混響效果；它的外圍元件簡單，僅需簡單的阻、容元件即可組成簡單的錄、放電路；單電源供電，典型電壓+5V。待機時低功耗(0.5A)，放音電流15mA；放音時間20s，可擴充級聯(lián)；可持續(xù)放音，也可分段錄放，最小分段：205/160段=0.1255/段，可分段160段；錄、放次數(shù)達10萬次；斷電信息存儲，無需后備電池，信息可存儲100年；不需要專用的編程器與語音開發(fā)器；高優(yōu)先級錄音，低電平或負邊沿放音。使用方便的單片錄放系統(tǒng)，外部元件最少重現(xiàn)優(yōu)質(zhì)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(fù)錄

52、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ISD1420功能塊圖如圖2-10所示。引腳介紹ISD142O芯片封裝有DIP硬封裝和COB軟封裝兩種形式，均為28引腳(如圖2-11)。VCCA，VCCD(電源)為了減小片噪聲，模擬電路和數(shù)字電路在ISD1400部是分開的，這些電源總線在封裝上也是分開的。為了減小噪聲，提高聲音質(zhì)量，這兩個電源引腳應(yīng)離電源盡可能的近，而且電源的去耦電容應(yīng)離引腳越近越好。VSSA，VSSD(地線)與電源相類似，模擬電路和數(shù)字電路在芯片部使用分離的地線以減小噪聲。這兩個

53、引腳的連接線應(yīng)盡可能地靠近芯片；此外，地線應(yīng)盡可能的粗。REC(錄音)REC是低電平有效信號輸入。無論REC何時變低管子都開始錄音，且在錄音期間REC應(yīng)始終保持低電平。與回放輸入信號(PLAYE或PLAYL)相比，REC有優(yōu)先權(quán)，即在放音過程中，如果REC變低，則電路馬上由放音過程轉(zhuǎn)為錄音過程，反之則不行。當(dāng)REC變高或存儲空間變滿時錄音過程結(jié)束。一個信息結(jié)束標記(EOM)會出現(xiàn)在錄音截止的地方，這樣就能保證以后的放音有正確的結(jié)束點。PLAYE(回放，邊緣觸發(fā))當(dāng)一個低電平跳變出現(xiàn)在這個引腳時，回放過程開始。當(dāng)遇到信息結(jié)束標記(EOM)或存儲空間的末尾時，回放過程結(jié)束。在回放過程中PLAYE變

54、高并不能中斷回放過程。 SKIPIF 1 0 圖2-10 ISD1420功能塊圖PLAYL(回放，電平觸發(fā))當(dāng)這個引腳的電平由高變低時，回放過程開始，回放過程持續(xù)到PLAYL由高變低或遇到EOM。RECLED(錄音LED輸出)在錄音過程中RECLED輸出變低，該輸出可用于驅(qū)動一個LED以提供正在錄音的提示信息。MIC(話筒輸入)MIC把其輸入信號傳給片上預(yù)放大器，片上自動增益控制(AGC)電路控制片上預(yù)放大器的增益從-15至24之間變化。外部話筒輸入應(yīng)通過電容交流耦合至本引腳，電容值和本引腳上的片10k電阻決定了芯片的低頻截止頻率。MIC REF(話筒基準)MIC REF輸入是話筒預(yù)放大器的反

55、相端輸入，它提供了較好的噪聲抑制比和較高的共模抑制比。AGC(自動增益控制)AGC動態(tài)地調(diào)整預(yù)放大器的放大倍數(shù)以擴大話筒輸入的圍。AGC功能允許更大圍的聲音輸入，從小聲耳語到很大的聲音都能得到很好的錄音效果，并在整個圍保持小的失真率。ANA OUT(模擬輸出)本引腳向用戶提供預(yù)放大器的輸出，預(yù)放大器的電壓放大倍數(shù)由AGC引腳的電壓所決定。ANA IN(模擬輸入)ANA IN引腳把輸入信號傳給片以便錄音，對于話筒輸入模式，ANA IN引腳應(yīng)通過外部電容連接到ANA OUT引腳。如果外部輸入信號的來源不是話筒，則輸入信號可通過電容直接耦合給ANA IN。 SKIPIF 1 0 圖2-11 ISD1

56、420管腳排列圖XCLKISD1400系列對外部的時鐘輸入，其部有下拉元件，一旦接入外部時鐘，部時鐘自動失去作用。如果沒有用則該引腳應(yīng)當(dāng)接地，另外，如不是要求時鐘信號特別精確，一般不推薦使用外部時鐘輸入，部時鐘已經(jīng)能使芯片很好地工作。SP+，SP-(揚聲器輸出)SP+和SP-引腳提供了揚聲器的直接驅(qū)動功能，而輸出電阻只有16。對于直接驅(qū)動的揚聲器來說，也可以只用一個輸出端，但是雙端極性的輸出比單端輸出的功率高了4倍。此外，當(dāng)使用SP+和SP-時，揚聲器耦合電容就沒有必要了，單端連接則需要在SP+端和揚聲器之間連接交流耦合電容。在錄音期間揚聲器輸出端保持高阻狀態(tài)。A0A7(地址輸入)地址輸入用于

57、芯片有分段錄音時，不同的地址端口對應(yīng)不同的錄音片斷，這是分段錄音和選擇段落回放的保證。2.4.2 分段錄音和放音簡介由于分段錄音和放音涉與到芯片的一些參數(shù)設(shè)定和查表，系統(tǒng)介紹需較多篇幅，因此本文不再給出詳盡的解釋，而只用一些簡單的例子加以說明。例子中所涉與到的參數(shù)不作詳細的說明，只求能說明問題即可。首先說明，地址并不是存儲信息的序號，它是芯片存儲區(qū)的指針，實際上，它和單片機的存儲區(qū)地址是類似的。以ISD1420為例，此芯片的存儲時間為20秒，最小錄音時間為100ms，因此可以分段的總數(shù)為200.1=200段。如果想從第10秒處開始錄音，則所需地址為100.1=100，換算為二進制地址11001

58、00，因此只要按上述給定地址配置芯片地址引腳(A0A6)的狀態(tài)，然后按一般情況進行錄音即可。放音與錄音類似，重要的是配置好地址狀態(tài)。ISD1420的地址線有7根，很多情況下用不了這么多根地址線，而且單片機輸出端口也提供不了如此多的地址線。為了解決這個問題，我們可以簡單地把一些低位地址線接地而只用高位地址線，這樣我們就可以得到大片的而且很實用的錄音區(qū)域，并且減小了對單片機的控制線需求。以ISD1420為例，如果我們把A0A3全部接地，那末我們得到的最小分段間隔為2秒，而且只需4根地址線即可選完這幾個區(qū)域。如果把A4也接地，分段間隔則為4秒。當(dāng)系統(tǒng)上電時有時會出現(xiàn)意料之外的錄音過程，而這個意外的錄

59、音過程會妨礙以前的聲音進行回放，一個偽EOM標記會出現(xiàn)在存儲空間的開始部分。為了防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，在控制端(REC和VCC)之間并聯(lián)一個電容(大約為0.001F)即可。它使控制端的電壓同步拉起，一旦電壓變高，電壓上拉部分將保持高電平直到人為地使電壓變低，從而防止偽EOM標記的產(chǎn)生。既然這種異常現(xiàn)象與使用者的印刷線路板的電容有關(guān)，因此不是每個人都會遇到這種情況。但為了使電路穩(wěn)定工作，這個電容是必須的。(1)錄音把REC端信號置低電平，就開始了一個從芯片的開始存儲空間錄音的過程，如果保持低電平，錄音過程會一直保持到存儲空間滿為止。(2)邊緣觸發(fā)形式的放音PLAYE置低電平就開始了一個回放過程，放

60、音從存儲空間的開始部分或選定的段開始放音。PLAYE變高電平對放音過程沒有影響，放音會持續(xù)到遇到EOM信號為止。(3)電平觸發(fā)形式的放音PLAYL置低開始了一個回放過程，但在放音過程中，PLAYL要一直保持低電平，放音過程會持續(xù)到遇到EOM信號為止。如果在遇到EOM信號之前變高，放音即結(jié)束12。2.4.3 存儲芯片AT24C02簡介在本設(shè)計中，AT24C02存儲芯片主要用于保存來訪者的人數(shù)。AT24C02串行EZPROM以其體積小、性能優(yōu)、使用靈活和方便而受到人們的青睞，廣泛應(yīng)用在測控系統(tǒng)以與各類智能儀表中用于保存特征參數(shù)和各種檢測數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)得到可靠保護而不會由于停電、干擾等原因使其丟失。同