本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了語音數(shù)據(jù)

1、I摘要本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了語音數(shù)據(jù)采樣、儲(chǔ)存、回放以及數(shù)據(jù)串行上傳、下載功能。系統(tǒng)通過話筒錄入語音數(shù)據(jù)，經(jīng)過濾波電路、采樣保持電路、A/D轉(zhuǎn)換器后將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，由單片機(jī)控制將信號(hào)儲(chǔ)存在RAM中。在需要回放時(shí)，再由單片機(jī)控制提取RAM中的數(shù)據(jù)，通過D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，通過功率放大器將語音信號(hào)還原后回放出來。同時(shí)系統(tǒng)將按鍵與液晶顯示器配合，可以達(dá)到對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制。在軟件設(shè)計(jì)上，系統(tǒng)采用C語言進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)。同時(shí)，系統(tǒng)還通過串口中斷和下載線，使得系統(tǒng)擁有上串和下載功能。實(shí)驗(yàn)表明系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理可靠，滿足設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：語音，數(shù)據(jù)采集，回放，轉(zhuǎn)換器AbstractThis syst

2、em has realized the voice acquisition, the storage and playback. As well as it has realized the datas serial upload and download. The system uses the microphone input voice. Then the analog signal through the filter circuit, the sampling maintenance electric circuit and the A/D switch, is transforme

3、d into the digital signal and is stored in RAM. When this system needs to playback, data is gotten from RAM, and it transforms into the analog signal through the D/A switch. Moreover through the power amplifier, the voice signal can be recovered. Simultaneously the system realizes real-time control

4、with key and liquid-crystal display. The system uses the C language make the module design. At the same time, the system also through the serial port and the download line enables it has the upload and download function. The experiment indicates the design is reliable, satisfies the design request.K

5、ey words: Voice, Data acquisition, Playback, Converter III目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc326663369 摘要 PAGEREF _Toc326663369 h I HYPERLINK l _Toc326663370 Abstract PAGEREF _Toc326663370 h II HYPERLINK l _Toc326663371 1 緒論 PAGEREF _Toc326663371 h 1 HYPERLINK l _Toc326663372 1.1 課題背景 PAGEREF _Toc32

6、6663372 h 1 HYPERLINK l _Toc326663373 1.2 發(fā)展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc326663373 h 1 HYPERLINK l _Toc326663374 1.3 課題意義 PAGEREF _Toc326663374 h 2 HYPERLINK l _Toc326663375 1.4 本文結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc326663375 h 2 HYPERLINK l _Toc326663376 2 系統(tǒng)方案分析 PAGEREF _Toc326663376 h 3 HYPERLINK l _Toc326663377 2.1 系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介 PAGEREF

7、 _Toc326663377 h 3 HYPERLINK l _Toc326663378 2.2 系統(tǒng)硬件部分分析 PAGEREF _Toc326663378 h 3 HYPERLINK l _Toc326663379 2.2.1 CPU部分 PAGEREF _Toc326663379 h 3 HYPERLINK l _Toc326663380 2.2.2 顯示方案部分 PAGEREF _Toc326663380 h 7 HYPERLINK l _Toc326663381 2.2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器部分 PAGEREF _Toc326663381 h 8 HYPERLINK l _Toc32666

8、3382 2.2.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換器部分 PAGEREF _Toc326663382 h 10 HYPERLINK l _Toc326663383 2.2.5 數(shù)模轉(zhuǎn)換器部分 PAGEREF _Toc326663383 h 13 HYPERLINK l _Toc326663384 2.2.6 語音處理模擬部分 PAGEREF _Toc326663384 h 15 HYPERLINK l _Toc326663385 2.3 系統(tǒng)軟件部分分析 PAGEREF _Toc326663385 h 15 HYPERLINK l _Toc326663386 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326663

9、386 h 17 HYPERLINK l _Toc326663387 3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326663387 h 17 HYPERLINK l _Toc326663388 3.2 語音系統(tǒng)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326663388 h 18 HYPERLINK l _Toc326663389 3.2.1 語音采集原理 PAGEREF _Toc326663389 h 18 HYPERLINK l _Toc326663390 3.2.2 濾波電路 PAGEREF _Toc326663390 h 19 HYPERLINK l _Toc326663391 3.3 系統(tǒng)控

10、制部分結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc326663391 h 20 HYPERLINK l _Toc326663392 3.4 復(fù)位電路 PAGEREF _Toc326663392 h 21 HYPERLINK l _Toc326663393 3.5 振蕩電路 PAGEREF _Toc326663393 h 22 HYPERLINK l _Toc326663394 3.6 存儲(chǔ)器接口設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326663394 h 24 HYPERLINK l _Toc326663395 3.7 液晶顯示器總線方式驅(qū)動(dòng)接口設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326663395 h 25 HYPER

11、LINK l _Toc326663396 3.7.1 LCD1602的基本操作時(shí)序 PAGEREF _Toc326663396 h 25 HYPERLINK l _Toc326663397 3.7.2 RAM地址映射 PAGEREF _Toc326663397 h 26 HYPERLINK l _Toc326663398 3.7.3 指令說明 PAGEREF _Toc326663398 h 27 HYPERLINK l _Toc326663399 3.7.4 初始化過程 PAGEREF _Toc326663399 h 27 HYPERLINK l _Toc326663400 3.7.5 數(shù)據(jù)R

12、AM讀寫 PAGEREF _Toc326663400 h 28 HYPERLINK l _Toc326663401 3.7.6 1602與89C52的接線方式 PAGEREF _Toc326663401 h 28 HYPERLINK l _Toc326663402 3.8 系統(tǒng)外圍器件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326663402 h 29 HYPERLINK l _Toc326663403 3.8.1 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 PAGEREF _Toc326663403 h 29 HYPERLINK l _Toc326663404 3.8.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 PAGEREF _Toc326663404 h

13、30 HYPERLINK l _Toc326663405 3.8.3 電平轉(zhuǎn)換器件 PAGEREF _Toc326663405 h 30 HYPERLINK l _Toc326663406 3.9 語音處理模擬部分設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326663406 h 32 HYPERLINK l _Toc326663407 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326663407 h 36 HYPERLINK l _Toc326663408 4.1 程序流程圖 PAGEREF _Toc326663408 h 36 HYPERLINK l _Toc326663409 4.2 程序代碼 PAG

14、EREF _Toc326663409 h 38 HYPERLINK l _Toc326663410 5 所用軟件介紹 PAGEREF _Toc326663410 h 39 HYPERLINK l _Toc326663411 5.1 Proteus PAGEREF _Toc326663411 h 39 HYPERLINK l _Toc326663412 5.2 Keil PAGEREF _Toc326663412 h 39 HYPERLINK l _Toc326663413 結(jié)論 PAGEREF _Toc326663413 h 41 HYPERLINK l _Toc326663414 參考文獻(xiàn)

15、PAGEREF _Toc326663414 h 42 HYPERLINK l _Toc326663415 致謝 PAGEREF _Toc326663415 h 43 HYPERLINK l _Toc326663416 附錄A PAGEREF _Toc326663416 h 43 HYPERLINK l _Toc326663417 附錄B PAGEREF _Toc326663417 h 53 1 緒論1.1 課題背景語音處理是數(shù)字信號(hào)處理最活躍的研究方向之一,它是信息高速公路、多媒體技術(shù)、辦公自動(dòng)化、現(xiàn)代通信及職能系統(tǒng)等新興領(lǐng)域應(yīng)用的核心技術(shù)之一。用數(shù)字化的方法進(jìn)行語音的傳送、存儲(chǔ)、分析、識(shí)別、

16、合成、增強(qiáng)等是整個(gè)數(shù)字化通信網(wǎng)中的最重要、最基本的組成部分之一 。一個(gè)完備的語音信號(hào)處理系統(tǒng)不但要具有語音信號(hào)的采集和回放功能, 還要能夠進(jìn)行復(fù)雜的語音信號(hào)分析和處理。通常這些信號(hào)處理算法的運(yùn)算量很大, 而且又要滿足實(shí)時(shí)的快速高效處理要求, 隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展, 以單片機(jī)為內(nèi)核的設(shè)備越來越多。為語音信號(hào)的處理提供了優(yōu)質(zhì)可靠的平臺(tái)。軟件編程的靈活性給很多設(shè)備增加不同的功能提供了方便, 利用軟件在已有的硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)不同的功能已成為一種趨勢(shì)。1.2 發(fā)展現(xiàn)狀語音信號(hào)是最重要的信息載體之一。隨著計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的飛速發(fā)展，語音的數(shù)字通信得到越來越多的應(yīng)用，語音信號(hào)的數(shù)

17、字化一直是通信發(fā)展的主要方向之一，語音的數(shù)字通信和模擬通信相比，無疑有著更大的優(yōu)越性，這主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：數(shù)字語音比模擬語音具有更好的話音質(zhì)量；具有更強(qiáng)的抗干擾性，并易于加密；可節(jié)省帶寬，能更有效的利用網(wǎng)絡(luò)資源；更加易于存儲(chǔ)和處理。最簡(jiǎn)單的數(shù)字化就是直接對(duì)原始語音信號(hào)進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換，但這樣得到的語音的數(shù)據(jù)量非常大。為了減少語音信號(hào)所占用的帶寬或存儲(chǔ)空間，就必須對(duì)數(shù)字語音信號(hào)進(jìn)行壓縮編碼。在通信越來越發(fā)達(dá)的當(dāng)今世界，尤其最近幾十年，語音壓縮編碼技術(shù)在移動(dòng)通信、IP 電話通信、保密通信、衛(wèi)星通信以及語音存儲(chǔ)等很多方面得到了廣泛的應(yīng)用。因此，語音編碼一直是通信和信號(hào)處理的研究熱點(diǎn)，并其取得了

18、驚人的進(jìn)展，目前在PC 機(jī)上的語音編碼已經(jīng)趨于成熟，而如何在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)語音壓縮編碼則是近些年來語音信號(hào)處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。語音信號(hào)處理在手持設(shè)備、移動(dòng)設(shè)備和無線個(gè)人設(shè)備中的應(yīng)用正在不斷增加。今天的個(gè)人手持設(shè)備語音大多時(shí)候僅僅局限于語音撥號(hào)，但是已經(jīng)出現(xiàn)了適用于更廣泛開發(fā)語音識(shí)別和文本到語音應(yīng)用的技術(shù)。語音功能為用戶提供自然的輸入和輸出方式，它比其他形式的I/O更安全，尤其是當(dāng)用戶在開車期間。在大多數(shù)應(yīng)用中，語音都是鍵盤和顯示器的理想補(bǔ)充。其他潛在的語音應(yīng)用包括如下幾個(gè)方面。1）語音電子郵件。包括瀏覽郵箱、利用語音輸入寫電子郵件以及收聽電子郵件的讀出。2）信息檢索。股票價(jià)格、標(biāo)題新

19、聞、航班信息、天氣預(yù)報(bào)等都可以通過語音從互聯(lián)網(wǎng)收聽。例如，用戶不用先進(jìn)入某個(gè)網(wǎng)址并輸入股票名字或者瀏覽預(yù)定義列表，可以通過語音命令實(shí)現(xiàn)。3）語音瀏覽。利用語音程序菜單，用戶可以在網(wǎng)上沖浪、添加語音收藏夾并收聽網(wǎng)頁內(nèi)容的讀出。4）語音導(dǎo)航。在自動(dòng)和人眼不夠用的條件下獲取導(dǎo)航的完全語音輸入/輸出駕駛系統(tǒng)。語音信號(hào)的傳輸和存儲(chǔ)是語音信號(hào)的基本要求。對(duì)語音信號(hào)的傳輸，希望是傳輸?shù)乃俣缺M量快，傳輸質(zhì)量盡量高；對(duì)語音信號(hào)的存儲(chǔ)，希望存儲(chǔ)的空間盡量小，存儲(chǔ)的信息盡量多。這兩個(gè)方面的要求，促進(jìn)了語音編碼的產(chǎn)生。語音編碼算法可以解決語音傳輸和和存儲(chǔ)的問題。所以，研究語音編碼算法，也具有十分重要的價(jià)值，是目前語音

20、信號(hào)處理最廣泛的算法。1.3 課題意義生活中，聲音信號(hào)無處不在，同時(shí)也包含著大量的信息，可聲音這種東西稍縱即逝，看不到，抓不住，這就往往讓我們與一些重要的信息失之交臂。在某些情況下，我們需要記錄一些語音中所包含的信息，但語音傳出的速度是相對(duì)較快的，因此，就需要一種語音采集系統(tǒng)來采集語音數(shù)據(jù)，進(jìn)行保存回放。該題目的目的在于設(shè)計(jì)一個(gè)語音數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)語音數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、回放以及數(shù)據(jù)串行上傳、下載功能，并最終做出實(shí)物。通過本次設(shè)計(jì)，掌握單片機(jī)的實(shí)際應(yīng)用，鍛煉自己的動(dòng)手能力和運(yùn)用理論知識(shí)的能力，培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作態(tài)度。1.4 本文結(jié)構(gòu)首先對(duì)整體系統(tǒng)做出初步分析，再對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)分析。然后是系統(tǒng)

21、硬件部分的設(shè)計(jì)，包括采集系統(tǒng)、控制電路、外部存儲(chǔ)器、液晶顯示器、模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器等外圍器件及語音處理部分。再然后是程序設(shè)計(jì)，最后是系統(tǒng)的調(diào)試仿真。2 系統(tǒng)方案分析2.1 系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了語音數(shù)據(jù)采樣、存儲(chǔ)、回放以及串行上傳、下載功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：RAM單片機(jī)模擬信號(hào)采集接口ADC鍵盤模擬功放接口DACLCD串行通信電平轉(zhuǎn)換接口圖 2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2 系統(tǒng)硬件部分分析2.2.1 CPU部分本次所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是基于單片機(jī)完成的，所謂單片機(jī)(Single Chip Microcomputer)，是指在一塊芯片中集成有中央處理器(CPU)、存儲(chǔ)器(RAM 和 ROM)、基本 I/O 接

22、口以及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等部件，并具有獨(dú)立指令系統(tǒng)的智能器件，即在一塊芯片上實(shí)現(xiàn)一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的基本功能。如果是簡(jiǎn)單控制對(duì)象，只需利用單片機(jī)作為控制核心，不需另外增加外部設(shè)備就能完成。對(duì)于較復(fù)雜的系統(tǒng)，只需對(duì)單片機(jī)進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)展即可，十分方便。歸納起來，單片機(jī)及應(yīng)用系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：1)單片機(jī)具有獨(dú)立的指令系統(tǒng)，可以將我們的設(shè)計(jì)思想充分體現(xiàn)出來。2)系統(tǒng)配置以滿足控制對(duì)象的要求為出發(fā)點(diǎn)，使得系統(tǒng)具有較高的性能價(jià)格比。 3)應(yīng)用系統(tǒng)通常將程序駐留在片內(nèi)(外)ROM 中，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，使用方便。 4)由于系統(tǒng)規(guī)模較小，其本身不具有自我開發(fā)能力，一般需借助專用的開發(fā)工具進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)和調(diào)試，而實(shí)際應(yīng)

23、用系統(tǒng)簡(jiǎn)單實(shí)用，成本低，效益好。 5)應(yīng)用系統(tǒng)所用存儲(chǔ)器芯片可選用 EPROM、E2PROM、OTP 芯片或利用掩膜形式生產(chǎn)，便于批量開發(fā)和應(yīng)用。許多單片機(jī)(如 80C51 系列)的開發(fā)芯片和擴(kuò)展應(yīng)用芯片相互配套，降低了系統(tǒng)成本。 6)由于系統(tǒng)小巧玲瓏，控制功能強(qiáng)、體積小，便于嵌入被控設(shè)備之內(nèi)，大大推動(dòng)了產(chǎn)品的智能化。如數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、智能儀器儀表、洗衣機(jī)、電冰箱、電視機(jī)等都是典型的機(jī)電一體化設(shè)備和產(chǎn)品。單片機(jī)自動(dòng)完成賦予它的任務(wù)的過程，也就是單片機(jī)執(zhí)行程序的過程，即一條條執(zhí)行的指令的過程，所謂指令就是把要求單片機(jī)執(zhí)行的各種操作用的命令的形式寫下來，這是在設(shè)計(jì)人員賦予它的指令系統(tǒng)所決定的，一

24、條指令對(duì)應(yīng)著一種基本操作；單片機(jī)所能執(zhí)行的全部指令，就是該單片機(jī)的指令系統(tǒng)，不同種類的單片機(jī)，其指令系統(tǒng)亦不同。為使單片機(jī)能自動(dòng)完成某一特定任務(wù)，必須把要解決的問題編成一系列指令（這些指令必須是選定單片機(jī)能識(shí)別和執(zhí)行的指令），這一系列指令的集合就成為程序，程序需要預(yù)先存放在具有存儲(chǔ)功能的部件存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)器由許多存儲(chǔ)單元（最小的存儲(chǔ)單位）組成，就像大樓房有許多房間組成一樣，指令就存放在這些單元里，單元里的指令取出并執(zhí)行就像大樓房的每個(gè)房間的被分配到了唯一一個(gè)房間號(hào)一樣，每一個(gè)存儲(chǔ)單元也必須被分配到唯一的地址號(hào)，該地址號(hào)稱為存儲(chǔ)單元的地址，這樣只要知道了存儲(chǔ)單元的地址，就可以找到這個(gè)存儲(chǔ)單元，其

25、中存儲(chǔ)的指令就可以被取出，然后再被執(zhí)行。 程序通常是順序執(zhí)行的，所以程序中的指令也是一條條順序存放的，單片機(jī)在執(zhí)行程序時(shí)要能把這些指令一條條取出并加以執(zhí)行，必須有一個(gè)部件能追蹤指令所在的地址，這一部件就是程序計(jì)數(shù)器PC（包含在CPU中），在開始執(zhí)行程序時(shí)，給PC賦以程序中第一條指令所在的地址，然后取得每一條要執(zhí)行的命令，PC之中的內(nèi)容就會(huì)自動(dòng)增加，增加量由本條指令長度決定，可能是1、2或3，以指向下一條指令的起始地址，保證指令順序執(zhí)行。本次采用的單片機(jī)型號(hào)為STC89C52，STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。在單芯片上，擁有靈

26、巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器， MAX810復(fù)位電路，三個(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止，最高運(yùn)作頻率35Mhz。STC89C

27、52封裝圖如下：圖 2.2 STC89C52封裝圖STC89C52引腳功能說明如下：Vss(20)-接地(GND)電源信號(hào)。Vcc(40)-+5V電源輸入端。XTAL1(19), XTAL2(18)-工作頻率輸入信號(hào)。若使用石英振蕩晶體時(shí)，則應(yīng)將石英晶體的兩支引腳接到XTAL1與XTAL2引腳上。若使用外部的脈波信號(hào)源時(shí)波信號(hào)應(yīng)接至XTALl引腳上，而XTAL2則必須接地。可使用的工作頻率范圍為:1.2 l2 MHz。RST/VST(9)-硬體重置(Reset)輸入信號(hào)。當(dāng)本引腳收到一個(gè)由low上升為high的轉(zhuǎn)態(tài)信號(hào)時(shí)，89c52將被重置，此時(shí)89c52將其內(nèi)部的特殊功能暫存器(Specia

28、l Function Register, SFR)設(shè)定為預(yù)設(shè)值，并由地址0000H開始執(zhí)行程序。本引腳(VPD)亦可用于89c52的功率下降(Power Down)模式，當(dāng)VPD維持約+5V而Vcc低于規(guī)定的+5V+5%時(shí)，VPD將供應(yīng)電源(稱之為Standby Power)給其內(nèi)部的RAM使用，以保存其資料。/EA(31)-外部存取允許(External Access Enable)輸入信號(hào)。決定程序記憶體最前面bytes(0000H-0FFFH)是來自芯片內(nèi)部的ROM/EPROM (/EA=1)，或來自外部的ROM/EPROM (/EA=0)。P0.0P0.7(3932)-接口0。本引腳有

29、兩種用途:當(dāng)作I/O口時(shí)為口0，為8位元雙向開吸極(Open Drain)的I/O口。將信號(hào)l寫入口0時(shí)，可使其引腳進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)，此時(shí)可當(dāng)作I/O輸入引腳。每支引腳可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS-TTL負(fù)載。本引腳亦當(dāng)作多工式的低階地址(A0-A7)及資料(DO-D7)匯流排，可供存取外部的記憶體。通常在每一個(gè)指令周期中先送出低階地址信號(hào)(此時(shí)亦伴隨著送出ALE信號(hào))，然后再送出資料信號(hào)，故這8支引腳又稱之為AD0 - AD7。P1.0P1.7(18)-接口1。為8位元雙方向性的I/O口。將信號(hào)l寫入口l時(shí)，可使其引腳由其內(nèi)部提升為高電位狀態(tài)，此時(shí)可當(dāng)作I/O輸入引腳。每支引腳可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS-TTL負(fù)載。P

30、2.0P2.7(2128)-接口2。本引腳有兩種用途：當(dāng)作I/O口時(shí)為8位元雙向I/O口。將信號(hào)1寫入口2時(shí)，可使其引腳由其內(nèi)部提升為高電位狀態(tài)，此時(shí)可當(dāng)作I/O輸入引腳。每支引腳可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS TTL負(fù)載。本引腳亦當(dāng)作高階地址(A8-A15)匯流排，以存取外部記憶體。 P3.0P3.7(1017)-接口3。為8位元雙方向性的I/O口。將信號(hào)1寫入口3時(shí)，可使其引腳由其內(nèi)部提升為高電位狀態(tài)，此時(shí)可當(dāng)作I/O輸入引腳。每支引腳可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS-TTL負(fù)載。本引腳亦可使用于下列之用途：RXD(P3.0)：串列口信號(hào)輸入端。 TXD(P3.1)：串列口信號(hào)輸出端。 /INT0(P3.2)：外部中斷0信

31、號(hào)輸入端。 /INT1(P3.3)：外部中斷l(xiāng)信號(hào)輸入端。 T0(P3.4)：計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器0外部信號(hào)輸入端。 T1(P3.5)：計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器l外部信號(hào)輸入端。 /WR(P3.6)：外部資料記憶體寫入閃控(Strobe)信號(hào)輸出。 /RD(P3.7)：外部資料記憶體讀取閃控(Strobe)信號(hào)輸出。 /PSEN(29)-程序儲(chǔ)存允許(Program Store ENable)閃控輸出信號(hào)。在外部程序記憶體的指令碼擷取周期時(shí)，/PSEN將送出一個(gè)閃控信號(hào)，以表示CPU正自外部的程序記憶體中讀取指令碼。ALE(30)-地址鎖存允許(Address Latch Enable)輸出信號(hào)。當(dāng)CPU自外

32、界記憶體中擷取指令碼或存取資料時(shí)，ALE將會(huì)在一個(gè)匯流排周期(Bus Cycle)開始時(shí)送出H的信號(hào)，表示P0.0-P0.7(AD0-AD7)正送出低階地址A0-A7信號(hào)，以供外界電路鎖定這些低階地址信號(hào)。由于ALE信號(hào)頻率固定為振蕩器工作頻率的1/6，故ALE信號(hào)也可當(dāng)作脈波信號(hào)源。2.2.2 顯示方案部分本系統(tǒng)需要一個(gè)液晶顯示器來顯示一個(gè)人機(jī)交互界面，本次設(shè)計(jì)所采用的是LCD1602,1602為兼容的液晶顯示模塊，支持57點(diǎn)陣和2行16字符兩種模式，背光亮度和顯示對(duì)比度可調(diào)，是一種功能較簡(jiǎn)易、價(jià)格較便宜的液晶顯示器件。它由液晶顯示屏和驅(qū)動(dòng)器兩部分組成，單片機(jī)通過寫控制字的方式訪問驅(qū)動(dòng)器來實(shí)

33、現(xiàn)對(duì)顯示屏的控制。1602引腳圖如下：圖 2.3 1602引腳圖1602的引腳功能說明如下：第1腳：VSS為電源地 。第2腳：VDD接5V電源正極 。第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過高時(shí)會(huì) 產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度）。 第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。 第5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫操作。 第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端。 第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。 第1516腳：空腳或背燈電源。15腳背光

34、正極，16腳背光負(fù)極。2.2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器部分存儲(chǔ)器（Memory）是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)中全部信息，包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)程序、中間運(yùn)行結(jié)果和最終運(yùn)行結(jié)果都保存在存儲(chǔ)器中。它根據(jù)控制器指定的位置存入和取出信息。有了存儲(chǔ)器，計(jì)算機(jī)才有記憶功能，才能保證正常工作。按用途存儲(chǔ)器可分為主存儲(chǔ)器（內(nèi)存）和輔助存儲(chǔ)器（外存）,也有分為外部存儲(chǔ)器和內(nèi)部存儲(chǔ)器的分類方法。構(gòu)成存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)介質(zhì)，目前主要采用半導(dǎo)體器件和磁性材料。存儲(chǔ)器中最小的存儲(chǔ)單位就是一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)半導(dǎo)體電路或一個(gè)CMOS晶體管或磁性材料的存儲(chǔ)元，它可存儲(chǔ)一個(gè)二進(jìn)制代碼。由若干個(gè)存儲(chǔ)元組成一個(gè)存儲(chǔ)單元，然后再

35、由許多存儲(chǔ)單元組成一個(gè)存儲(chǔ)器。一個(gè)存儲(chǔ)器包含許多存儲(chǔ)單元，每個(gè)存儲(chǔ)單元可存放一個(gè)字節(jié)（按字節(jié)編址）。每個(gè)存儲(chǔ)單元的位置都有一個(gè)編號(hào)，即地址，一般用十六進(jìn)制表示。一個(gè)存儲(chǔ)器中所有存儲(chǔ)單元可存放數(shù)據(jù)的總和稱為它的存儲(chǔ)容量。假設(shè)一個(gè)存儲(chǔ)器的地址碼由20位二進(jìn)制數(shù)（即5位十六進(jìn)制數(shù)）組成，則可表示2的20次方，即1M個(gè)存儲(chǔ)單元地址。每個(gè)存儲(chǔ)單元存放一個(gè)字節(jié)，則該存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量為1MB。存儲(chǔ)器的主要功能是存儲(chǔ)程序和各種數(shù)據(jù)，并能在計(jì)算機(jī)運(yùn)行過程中高速、自動(dòng)地完成程序或數(shù)據(jù)的存取。存儲(chǔ)器是具有“記憶”功能的設(shè)備，它采用具有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的物理器件來存儲(chǔ)信息。這些器件也稱為記憶元件。在計(jì)算機(jī)中采用只有兩個(gè)數(shù)

36、碼“0”和“1”的二進(jìn)制來表示數(shù)據(jù)。記憶元件的兩種穩(wěn)定狀態(tài)分別表示為“0”和“1”。日常使用的十進(jìn)制數(shù)必須轉(zhuǎn)換成等值的二進(jìn)制數(shù)才能存入存儲(chǔ)器中。計(jì)算機(jī)中處理的各種字符，例如英文字母、運(yùn)算符號(hào)等，也要轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼才能存儲(chǔ)和操作。本設(shè)計(jì)中所用到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是62256，62256是32K的低功耗靜態(tài)RAM存儲(chǔ)器。 用P0和P2來擴(kuò)展外部ram（就是用P0和P2與62256對(duì)應(yīng)的管腳相連接），假設(shè)P2.7接WR，P2.6接RD，P2.5接CS，那么就可以確定外部RAM的一個(gè)地址，想往外部RAM的一個(gè)地址寫一個(gè)字節(jié)時(shí)，地址可以定為XBYTE 0 x4000，其中WR，CS為低，RD為高，那就是高位

37、的4（0100 也就是P2.7和P2.5輸出了低電平，而P2.6輸出了高電平，目的當(dāng)然是要選通62256并且向62256寫入數(shù)據(jù)），其它位的可以根據(jù)情況自己定。62256封裝圖如下：圖 2.4 62256封裝圖62256引腳功能說明如下：A0 A14 地址總線(Address) D0 /D7 輸入/輸出口(nput/output) CS 端口選擇(Chip select) WE 輸入始能(Write enable) OE 輸出始能(Output enable) VCC 電源始能(Power supply) VSS 接地(Ground)2.2.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換器部分 模數(shù)轉(zhuǎn)換器即A/D轉(zhuǎn)換器，或簡(jiǎn)稱

38、ADC，通常是指一個(gè)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)的電子元件。通常的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將一個(gè)輸入電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)輸出的數(shù)字信號(hào)。由于數(shù)字信號(hào)本身不具有實(shí)際意義，僅僅表示一個(gè)相對(duì)大小。故任何一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要一個(gè)參考模擬量作為轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)，比較常見的參考標(biāo)準(zhǔn)為最大的可轉(zhuǎn)換信號(hào)大小。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號(hào)相對(duì)于參考信號(hào)的大小。模數(shù)轉(zhuǎn)換器最重要的參數(shù)是轉(zhuǎn)換的精度，通常用輸出的數(shù)字信號(hào)的位數(shù)的多少表示。轉(zhuǎn)換器能夠準(zhǔn)確輸出的數(shù)字信號(hào)的位數(shù)越多，表示轉(zhuǎn)換器能夠分辨輸入信號(hào)的能力越強(qiáng)，轉(zhuǎn)換器的性能也就越好。 A/D轉(zhuǎn)換一般要經(jīng)過采樣、保持、量化及編碼4個(gè)過程。在實(shí)際電路中，有些過程是合并進(jìn)行的，如采樣和保持，量

39、化和編碼在轉(zhuǎn)換過程中是同時(shí)實(shí)現(xiàn)的。 一般來說，AD比DA貴，尤其是高速的AD，因?yàn)樵谀承┨厥鈭?chǎng)合，如導(dǎo)彈的攝像頭部分要求有高速的轉(zhuǎn)換能力。一般那樣AD要上千美元。還有通過AD的并聯(lián)可以提高AD的轉(zhuǎn)換效率，多個(gè)AD同時(shí)處理數(shù)據(jù)，能滿足處理器的數(shù)字信號(hào)需求了。隨著數(shù)字電子技術(shù)的迅速發(fā)展，各種數(shù)字設(shè)備，特別是數(shù)字電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用日益廣泛，幾乎滲透到國民經(jīng)濟(jì)的所有領(lǐng)域之中。數(shù)字計(jì)算機(jī)只能夠?qū)?shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，處理的結(jié)果還是數(shù)字量，它在用于生產(chǎn)過程自動(dòng)控制的時(shí)候，所要處理的變量往往是連續(xù)變化的物理量，如溫度、壓力、速度等都是模擬量，這些非電子信號(hào)的模擬量先要經(jīng)過傳感器變成電壓或者電流信號(hào)，然后再轉(zhuǎn)換成數(shù)

40、字量，才能夠送往計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的過程被稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換，簡(jiǎn)稱A/D(Analog to Digital)轉(zhuǎn)換；完成模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路被稱為 A/D 轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱 ADC(Analog to Digital Converter)。數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的過程稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換， 簡(jiǎn)稱 D/A(Digital to Analog)轉(zhuǎn)換；完成數(shù)模轉(zhuǎn)換的電路稱為D/A轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱DAC(Digital to Analog Converter)。模擬信號(hào)由傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)放大送入 AD 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，由數(shù)字電路進(jìn)行處理，再由 DA轉(zhuǎn)換器還原為模擬量，去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件。為了保證數(shù)據(jù)處理結(jié)果的準(zhǔn)

41、確性，AD轉(zhuǎn)換器和DA轉(zhuǎn)換器必須有足夠的轉(zhuǎn)換精度。同時(shí)，為了適應(yīng)快速過程的控制和檢測(cè)的需要，AD轉(zhuǎn)換器和 DA轉(zhuǎn)換器還必須有足夠快的轉(zhuǎn)換速度。因此，轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度乃是衡量 AD轉(zhuǎn)換器和 DA轉(zhuǎn)換器性能優(yōu)劣的主要標(biāo)志。模數(shù)轉(zhuǎn)換過程包括量化和編碼。量化是將模擬信號(hào)量程分成許多離散量級(jí)，并確定輸入信號(hào)所屬的量級(jí)。編碼是對(duì)每一量級(jí)分配唯一的數(shù)字碼，并確定與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的代碼。最普通的碼制是二進(jìn)制，它有2的n次方個(gè)量級(jí)（n為位數(shù)）,可依次逐個(gè)編號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換的方法很多，從轉(zhuǎn)換原理來分可分為直接法和間接法兩大類。 直接法是直接將電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。它用數(shù)模網(wǎng)絡(luò)輸出的一套基準(zhǔn)電壓，從高位起逐位與被測(cè)電壓反

42、復(fù)比較，直到二者達(dá)到或接近平衡?？刂七壿嬆軐?shí)現(xiàn)對(duì)分搜索的控制，其比較方法如同天平稱重。先使二進(jìn)位制數(shù)的最高位Dn-1=1，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后得到一個(gè)整個(gè)量程一半的模擬電壓VS，與輸入電壓Vin相比較，若VinVS,則保留這一位；若VinVS還是VinV來決定是否保留這一位。經(jīng)過n次比較后，n位寄存器的狀態(tài)即為轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。這種直接逐位比較型（又稱反饋比較型）轉(zhuǎn)換器是一種高速的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換精度很高，但對(duì)干擾的抑制能力較差，常用提高數(shù)據(jù)放大器性能的方法來彌補(bǔ)。它在計(jì)算機(jī)接口電路中用得最普遍。間接法不將電壓直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字，而是首先轉(zhuǎn)換成某一中間量,再由中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字。常用的有電壓-時(shí)間間隔(V/T

43、)型和電壓-頻率(V/F)型兩種，其中電壓-時(shí)間間隔型中的雙斜率法（又稱雙積分法）用得較為普遍。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選用具體取決于輸入電平、輸出形式、控制性質(zhì)以及需要的速度、分辨率和精度。用半導(dǎo)體分立元件制成的模數(shù)轉(zhuǎn)換器常常采用單元結(jié)構(gòu)，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，模數(shù)轉(zhuǎn)換器體積逐漸縮小為一塊模板、一塊集成電路。本次設(shè)計(jì)中所采用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是ADC0804，ADC0804是一個(gè)早期的A/D轉(zhuǎn)換器，因其價(jià)格低廉而在要求不高的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。ADC0804是一個(gè)8位、單通道、低價(jià)格A/D轉(zhuǎn)換器，主要特點(diǎn)是：模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)間大約100us；方便的TTL或CMOS標(biāo)準(zhǔn)接口；可以滿足差分電壓輸入；具有參考電壓輸

44、入端；內(nèi)含時(shí)鐘發(fā)生器；單電源工作時(shí)（0-5V）輸入信號(hào)電壓范圍是0V-5V；不需要調(diào)零等等。ADC0804封裝圖如下： 圖 2.5 ADC0804封裝圖ADC0804引腳功能說明如下：/CS（引腳1）芯片選擇信號(hào),低電平有效 /RD(引腳 2) 外部讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的控制輸出信號(hào)。/RD為 HI 時(shí)，DB0DB7處理高阻抗：/RD為 LO時(shí)，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)才會(huì)輸出。 /WR（引腳 3）用來啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的控制輸入，相當(dāng)于 ADC的轉(zhuǎn)換開始（/CS=0 時(shí)）， 當(dāng) /WR由 HI變?yōu)?LO時(shí)，轉(zhuǎn)換器被清除：當(dāng)/WR回到 HI 時(shí)，轉(zhuǎn)換正式開始。 CS 、RD 、WR （引腳1、2、3）：是數(shù)字控制輸入端，滿足標(biāo)

45、準(zhǔn)TTL 邏輯電平。其中CS 和WR 用來控制A/D 轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)信號(hào)。CS 、RD 用來讀A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果，當(dāng)它們同時(shí)為低電平時(shí)，輸出數(shù)據(jù)鎖存器DB0DB7 各端上出現(xiàn)8 位并行二進(jìn)制數(shù)碼。CLKI（引腳4）和CLKR（引腳19）：ADC08010805 片內(nèi)有時(shí)鐘電路，只要在外部“CLKI”和“CLKR”兩端外接一對(duì)電阻電容即可產(chǎn)生A/D 轉(zhuǎn)換所要求的時(shí)鐘，CLK為芯片工作提供工作脈沖，時(shí)鐘頻率計(jì)算方式是：fCK=1/(1.1RC）。其典型應(yīng)用參數(shù)為：R=10K，C=150PF，fCK640KHZ，轉(zhuǎn)換速度為100。若采用外部時(shí)鐘，則外部fCK 可從CLKI 端送入，此時(shí)不接R、C。允許的

46、時(shí)鐘頻率范圍為100KHZ1460KHZ。INTR （引腳5）： INTR 是轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出端，輸出跳轉(zhuǎn)為低電平表示本次轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，可作為微處理器的中斷或查詢信號(hào)。如果將CS 和WR 端與INTR 端相連，則ADC0804 就處于自動(dòng)循環(huán)轉(zhuǎn)換狀態(tài)。CS 0 時(shí)，允許進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換。WR 由低跳高時(shí)A/D 轉(zhuǎn)換開始，8 位逐次比較需88=64 個(gè)時(shí)鐘周期，再加上控制邏輯操作，一次轉(zhuǎn)換需要6673 個(gè)時(shí)鐘周期。在典型應(yīng)用fCK640KHZ 時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間約為103114。當(dāng)fCK 超過640KHZ，轉(zhuǎn)換精度下降，超過極限值1460KHZ 時(shí)便不能正常工作。VIN（）（引腳 6）和VIN（）（引

47、腳7）：被轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)從VIN（）和VIN（）輸入，允許此信號(hào)是差動(dòng)的或不共地的電壓信號(hào)。如果輸入電壓VIN的變化范圍從0V到Vmax，則芯片的VIN（）端接地，輸入電壓加到VIN（）引腳。由于該芯片允許差動(dòng)輸入，在共模輸入電壓允許的情況下，輸入電壓范圍可以從非零伏開始，即Vmin 至Vmas。此時(shí)芯片的VIN（）端應(yīng)該接入等于Vmin 的恒值電碼墳上，而輸入電壓VIN仍然加到VIN（）引腳上。AGND（引腳8）和DGND（引腳10）：A/D 轉(zhuǎn)換器一般都有這兩個(gè)引腳。模擬地AGND 和數(shù)字地DGND 分別設(shè)置引入端，使數(shù)字電路的地電流不影響模擬信號(hào)回路，以防止寄生耦合造成的干擾。VREF/

48、2（引腳9）：參考電壓VREF/2 可以由外部電路供給從“VREF/2”端直接送入，VREF/2 端電壓值應(yīng)是輸入電壓范圍的二分之一所以輸入電壓的范圍可以通過調(diào)整VREF/2 引腳處的電壓加以改變，轉(zhuǎn)換器的零點(diǎn)無調(diào)整。2.2.5 數(shù)模轉(zhuǎn)換器部分 數(shù)模轉(zhuǎn)換器，又稱D/A轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱DAC，它是把數(shù)字量轉(zhuǎn)變成模擬的器件。D/A轉(zhuǎn)換器基本上由4個(gè)部分組成，即權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)算放大器、基準(zhǔn)電源和模擬開關(guān)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器中一般都要用到數(shù)模轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器即A/D轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱ADC，它是把連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散的數(shù)字信號(hào)的器件。最常見的數(shù)模轉(zhuǎn)換器是將并行二進(jìn)制的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為直流電壓或直流電流，它常用作過程控

49、制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輸出通道，與執(zhí)行器相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。數(shù)模轉(zhuǎn)換器電路還用在利用反饋技術(shù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)中。D/A轉(zhuǎn)換器的主要特性指標(biāo)包括以下幾方面：分辨率：指最小輸出電壓(對(duì)應(yīng)的輸入數(shù)字量只有最低有效位為“1”)與最大輸出電壓(對(duì)應(yīng)的輸入數(shù)字量所有有效位全為“1”)之比。如N位D/A轉(zhuǎn)換器，其分辨率為1/(2N-1)。在實(shí)際使用中，表示分辨率大小的方法也用輸入數(shù)字量的位數(shù)來表示。線性度：用非線性誤差的大小表示D/A轉(zhuǎn)換的線性度。并且把理想的輸入輸出特性的偏差與滿刻度輸出之比的百分?jǐn)?shù)定義為非線性誤差。轉(zhuǎn)換精度：D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度與D/A轉(zhuǎn)換器的集成芯片的結(jié)構(gòu)和接口電路配置有關(guān)。如果

50、不考慮其他D/A轉(zhuǎn)換誤差時(shí)，D/A的轉(zhuǎn)換精度就是分辨率的大小，因此要獲得高精度的D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果，首先要保證選擇有足夠分辨率的D/A轉(zhuǎn)換器。同時(shí)D/A轉(zhuǎn)換精度還與外接電路的配置有關(guān)，當(dāng)外部電路器件或電源誤差較大時(shí)，會(huì)造成較大的D/A轉(zhuǎn)換誤差，當(dāng)這些誤差超過一定程度時(shí)，D/A轉(zhuǎn)換就產(chǎn)生錯(cuò)誤。 在D/A轉(zhuǎn)換過程中，影響轉(zhuǎn)換精度的主要因素有失調(diào)誤差、增益誤差、非線性誤差和微分非線性誤差。數(shù)模轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換原理：數(shù)字量是用代碼按數(shù)位組合起來表示的，對(duì)于有權(quán)碼，每位代碼都有一定的位權(quán)。為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，必須將每1位的代碼按其位權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將這些模擬量相加，即可得到與數(shù)字量成正比的

51、總模擬量，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換。這就是組成D/A轉(zhuǎn)換器的基本指導(dǎo)思想。D/A轉(zhuǎn)換器由數(shù)碼寄存器、模擬電子開關(guān)電路、解碼網(wǎng)絡(luò)、求和電路及基準(zhǔn)電壓幾部分組成。數(shù)字量以串行或并行方式輸入、存儲(chǔ)于數(shù)碼寄存器中，數(shù)字寄存器輸出的各位數(shù)碼，分別控制對(duì)應(yīng)位的模擬電子開關(guān)，使數(shù)碼為的位在位權(quán)網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生與其權(quán)值成正比的電流值，再由求和電路將各種權(quán)值相加，即得到數(shù)字量對(duì)應(yīng)的模擬量。本次設(shè)計(jì)中所采用的數(shù)模轉(zhuǎn)換器是DAC0832，DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個(gè)DA芯片以其價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8

52、位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。DAC0832的主要特性參數(shù)如下：* 分辨率為8位； * 電流穩(wěn)定時(shí)間1us； * 可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入； * 只需在滿量程下調(diào)整其線性度； * 單一電源供電（+5V+15V）； * 低功耗，20mW。DAC0832引腳圖如下：圖 2.6 DAC0832引腳圖DAC0832引腳功能說明如下：D0D7：8位數(shù)據(jù)輸入線，TTL電平，有效時(shí)間應(yīng)大于90ns(否則鎖存器的數(shù)據(jù)會(huì)出錯(cuò))； ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入線，高電平有效； CS：片選信號(hào)輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效； WR1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于

53、500ns）有效。由ILE、CS、WR1的邏輯組合產(chǎn)生LE1，當(dāng)LE1為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換，LE1的負(fù)跳變時(shí)將輸入數(shù)據(jù)鎖存； XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號(hào)輸入線，低電平有效，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效； WR2：DAC寄存器選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由WR2、XFER的邏輯組合產(chǎn)生LE2，當(dāng)LE2為高電平時(shí)，DAC寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化，LE2的負(fù)跳變時(shí)將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入DAC寄存器并開始D/A轉(zhuǎn)換。IOUT1：電流輸出端1，其值隨DAC寄存器的內(nèi)容線性變化； IOUT2：電流輸出端2，其值與IOUT1值之和為一常數(shù)；Rfb：反饋

54、信號(hào)輸入線，改變Rfb端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度；Vcc：電源輸入端，Vcc的范圍為+5V+15V； VREF：基準(zhǔn)電壓輸入線，VREF的范圍為-10V+10V； AGND：模擬信號(hào)地 ；DGND：數(shù)字信號(hào)地。2.2.6 語音處理模擬部分系統(tǒng)中的模擬部分主要是聲音采樣和回放電路的濾波部分，聲音采集部分使用了典型的8KB、8bit的PCM編碼。由于語音頻率范圍為3003400Hz，所以采用了簡(jiǎn)單的RC低通濾波電路。R=4k，C=0.01uf，衰減小于3dB的帶寬范圍為04kHz的低通濾波器。2.3 系統(tǒng)軟件部分分析在單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用中，逐漸引入了高級(jí)語言，C語言就是其中一種。對(duì)用慣了匯編語

55、言的人來說，高級(jí)語言可控性不好，不如匯編語言那樣能夠隨心所欲。但是使用匯編語言會(huì)遇到很多問題，首先它的可讀性和可維護(hù)性不強(qiáng)，特別是當(dāng)程序沒有很好標(biāo)注的時(shí)候，其次就是代碼的可重用性也比較低。使用C語言就可以很好的解決這些問題。C語言具有良好的模塊化，容易閱讀和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。由于模塊化，用C語言編寫的程序有很好的可移植性，功能化的代碼能夠很方便地從一個(gè)工程移植到另一個(gè)工程，從而減少了開發(fā)時(shí)間。用C語言編寫程序比用匯編語言更符合人們的思考習(xí)慣，開發(fā)者可以更專心的考慮算法而不是考慮一些細(xì)節(jié)問題，這樣就減少了開發(fā)和調(diào)試的時(shí)間。使用像C這樣的語言，程序員不必十分熟悉處理器的運(yùn)算過程。很多處理器支持C編譯器，

56、這意味著對(duì)新的處理器也能很快上手，而不必知道處理器的具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這使得用C語言編寫的程序有更好的可移植性。所有這些并不說明匯編語言就沒有了立足之地，很多系統(tǒng)特別是實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)都是用C語言和匯編語言聯(lián)合編寫的。對(duì)時(shí)鐘要求嚴(yán)格時(shí)，使用匯編語言是唯一的方法。除此之外，包括硬件接口的操作都應(yīng)該用C語言來編寫。C語言的特點(diǎn)就是可以使程序員盡量少的對(duì)硬件進(jìn)行操作，它是一種功能性和結(jié)構(gòu)性很強(qiáng)的語言。對(duì)于大多數(shù)單片機(jī)，使用C語言這樣的高級(jí)語言與使用匯編語言相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：1）不需要了解處理器的指令集，也不必了解存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。2）寄存器分配和尋址方式由編譯器進(jìn)行管理，編程時(shí)不需要考慮存儲(chǔ)的尋址和數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)

57、。3）指定操作的變量選擇組合提高了程序的可讀性。4）可使用與人的思維更相近的關(guān)鍵字和操作函數(shù)。5）與使用匯編語言編程相比，程序的開發(fā)和調(diào)試的時(shí)間大大縮短。6）C語言中的庫文件提供許多標(biāo)準(zhǔn)的例程，例如格式化輸出、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和浮點(diǎn)運(yùn)算等。7）通過C語言可實(shí)現(xiàn)模塊化編程技術(shù)，從而可將已編制好的程序加入到新程序中。8）C語言可移植性好且非常普及，C語言編譯器幾乎適用于所有的目標(biāo)系統(tǒng)，已完成的軟件項(xiàng)目可以很容易地轉(zhuǎn)換到其他的處理器或環(huán)境中。鑒于C語言的眾多優(yōu)點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)中便采用C語言進(jìn)行程序的編寫。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體原理圖如下：圖 3.1 系統(tǒng)原理圖界面采用LCD1602,2行1

58、6字符的液晶顯示模塊，顯示一個(gè)循環(huán)的二級(jí)菜單用作和用戶之間進(jìn)行交流的交互界面。輸入按鍵有兩個(gè)，直接占用了外部中斷INT0和INT1，配合液晶顯示界面用于系統(tǒng)流程的控制和功能的選擇。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用62256，數(shù)模轉(zhuǎn)換采用DAC0832，模數(shù)轉(zhuǎn)換采用ADC0804，話筒錄入和語音回放的模擬部分需要功率放大器，選用的是雙功放TDA2822。與PC間的通信采用的串行方式，從單片機(jī)TX和RX端CMOS電平到PC的標(biāo)準(zhǔn)RS232電平的轉(zhuǎn)換器件選用Maxim的Max232。3.2 語音系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.2.1 語音采集原理語音是一維時(shí)間信號(hào)，由于是表示語言聲音的信號(hào)，所以不是恒定的，信號(hào)的性質(zhì)隨時(shí)間變化很大。為了

59、充分利用有限的存儲(chǔ)空間，并不失真地傳送語音信號(hào)必須對(duì)采集后的語音信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步壓縮，即語音壓縮。所謂語音壓縮，是為了聲音信號(hào)更大信息量的傳送與記憶而壓縮數(shù)據(jù)，并有效地回放聲音的過程。語音壓縮可由將語音信號(hào)采集，并利用適當(dāng)?shù)牧孔踊问降膲嚎s符號(hào)化或預(yù)測(cè)符號(hào)化等進(jìn)行。 現(xiàn)代常用的語音信號(hào)表示方法如用生成模的參數(shù)表示聲音時(shí)，參數(shù)的數(shù)據(jù)率為5K比特/秒左右，與波形符號(hào)化相比，參數(shù)表現(xiàn)的數(shù)據(jù)率顯著變低，若使用聲音生成模，則以利用聲音信號(hào)分析而得的模的參數(shù)為基礎(chǔ)，可進(jìn)行聲音的再合成。在聽覺上得到的與原聲音沒有多少不同的合成聲音。參數(shù)的數(shù)據(jù)率為信號(hào)波形數(shù)據(jù)率以下， 所以可進(jìn)行高效的聲音數(shù)據(jù)壓縮。單從聲音的存

60、儲(chǔ)與壓縮率來考慮，生成模參數(shù)表示法明顯優(yōu)于信號(hào)波形表示法。但要將之應(yīng)用于單片機(jī)，顯然信號(hào)波形表示法相對(duì)簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，具有很強(qiáng)的可行性。故方案的設(shè)計(jì)均從聲音信號(hào)以波形存儲(chǔ)來考慮。基于這種思路的算法，除了傳統(tǒng)的一些脈沖編碼調(diào)制外，目前已使用的有VQ技術(shù)及一些變換編碼和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，但是算法復(fù)雜，目前的單片機(jī)速度低，難以實(shí)現(xiàn)。結(jié)合實(shí)際情況，提出了實(shí)時(shí)幅值采樣的方案。采樣過程如下：存儲(chǔ)量化抽樣圖 3.2 采樣過程直存直取法：該方案將話音信號(hào)的抽樣值直接存取，以保證在回放時(shí)能真實(shí)的重現(xiàn)抽樣值。由于這種方法重現(xiàn)的是采樣的真實(shí)值，所以只存在一般量化噪聲，與A/D轉(zhuǎn)換精度有關(guān)。故此方法回放質(zhì)量最好，但占用存儲(chǔ)空