基于單片機的盲人交通提示系統(tǒng)的設(shè)計

1、 編編 號：號： 審定成績：審定成績： 重慶郵電大學(xué)重慶郵電大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）畢業(yè)設(shè)計（論文） 設(shè)計（論文）題目：設(shè)計（論文）題目：基于單片機的盲人交通提示系統(tǒng)的設(shè)計基于單片機的盲人交通提示系統(tǒng)的設(shè)計 學(xué)學(xué) 院院 名名 稱稱 ：通信學(xué)院通信學(xué)院 學(xué)學(xué) 生生 姓姓 名名 ：彭通軍彭通軍 專專 業(yè)業(yè) ：電子信息工程（通信技術(shù)）電子信息工程（通信技術(shù)） 班班 級級 ： 學(xué)學(xué) 號號 ： 指指 導(dǎo)導(dǎo) 教教 師師 ：包杰包杰 答辯組答辯組 負責(zé)人負責(zé)人 ：柏詠菊柏詠菊 填表時間：填表時間：2013 年年 5 月月 重慶郵電大學(xué)教務(wù)處制重慶郵電大學(xué)教務(wù)處制 摘摘 要要 智能交通系統(tǒng)是從上世紀中期就開始研

2、究的一種交通系統(tǒng)。當今世界，隨 著汽車的普及，很多國家已經(jīng)著手于該系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，并已經(jīng)取得了很多 成果。完善的智能交通系統(tǒng)應(yīng)該包含車流量檢測、智能調(diào)節(jié)紅綠燈時間以及解 決盲人通行等功能，本設(shè)計主要研究如何解決盲人通行的問題。 為解決盲人交通問題，本設(shè)計研究了一種新型的交通語音提示系統(tǒng)。采用 AT89C51 單片機結(jié)合無線射頻芯片 NRF401 的方法，為盲人設(shè)計一套便攜式的 信號發(fā)送/接收終端，以半雙工通信的方式和 ISD1420 語音錄放模塊來共同實現(xiàn) 交通燈信號的無線語音提示功能，性能比現(xiàn)有語音提示系統(tǒng)有了較大提高。系 統(tǒng)選用的 AT89C51 單片機控制芯片，是一種低功耗、高性能的處

3、理器，適用于 常規(guī)編程，這使得 51 單片機為本系統(tǒng)提供靈活、有效的解決方案。單片機通過 程序控制各種輸入輸出信號，可以方便的選擇運行規(guī)則，從而實現(xiàn)多種功能。 本文所設(shè)計的盲人提示系統(tǒng)，可以在現(xiàn)有的交通燈上直接嵌入，節(jié)約了改 造交通系統(tǒng)的成本。盲人手持發(fā)送終端，可以自主的詢問實時的紅綠燈情況， 語音芯片內(nèi)置于盲人手持終端中，所發(fā)出的聲音不會影響正常人的生活，同時 也保障了盲人的通行安全。 【關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞】AT89C51 單片機技術(shù) ISD1420 NRF401 ABSTRACT Intelligent Transportation Systems is a transport system t

4、hat began to study in the middle of the last century. Today, with the popularization of the car, many countries proceed with the development and application of the system, which has achieved a lot. Intelligent Transportation Systems should contain the traffic monitoring, smart to change the traffic

5、light time and solve the problem of blind people crossing the road. In this paper, the main purpose is to solve t the problem of blind people crossing the road. To resolve the traffic problem of blind man, this paper introduces a new kind of method which uses MCU AT89C51 together with NRF401 to desi

6、gn a convenient signal transmitting/receiving terminal instead of the existing traffic light system. It actualizes the function of wireless suggestive voice by using voice recording/playing back module ISD1420.The signal transmits by the method of half duplex communication. The new systems performan

7、ce is better than the existing systems by testing and verifying.The system selects AT89C51 chip. It is a low-power and high- performance processor., also apply to regular programming, which makes 51microcontroller system provides a flexible, effective solution programs. MCU control various input and

8、 output signals through the program, you can easily choice of operating rules, in order to achieve a variety of functions. This design can be embedded directly in the existing traffic lights, saving the cost of the transformation of the transport system. Blind handheld sending terminal, can autonomo

9、us asked the real-time traffic lights, voice chip built into the blind hand-held terminal, the sound does not affect normal life, but also protects the traffic safety of the blind. 【Key words】AT89C51 SCM technology ISD1420 NFR410 目目 錄錄 前 言.1 第一章 緒 論.2 第一節(jié) 研究背景 .2 第二節(jié) 主要研究內(nèi)容 .3 第三節(jié) 本章小節(jié) .3 第二章 單片機概述.

10、4 一、MSC-51 芯片簡介.4 二、8255 芯片簡介.8 三、74LS373 簡介.9 第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計.10 第一節(jié) 交通管理的方案論證 .10 第二節(jié) 系統(tǒng)硬件設(shè)計 .11 第三章 語音電路的設(shè)計.13 第一節(jié) ISD1420 芯片介紹 .13 第二節(jié) NRF401 電路設(shè)計.15 第四章 控制器的軟件設(shè)計.18 第一節(jié) 每秒鐘的設(shè)定 .18 第二節(jié) 計數(shù)器硬件延時 .18 一、計數(shù)器初值計算 .18 二、計算公式 .18 三、秒的方法 .19 四、相應(yīng)程序代碼 .19 第三節(jié) 軟件延時 .20 第四節(jié) 時間及信號燈的顯示 .20 一、8051 并行口的擴展.20 二、顯示原理

11、.21 三、8255PA 口輸出信號接信號燈.21 四、8255 輸出信號與數(shù)碼管的連接.21 五、8255 與 8051 的連接.22 第五節(jié) 程序設(shè)計 .22 一、程序源代碼 .22 結(jié) 論.28 致 謝.29 參考文獻.30 英文文獻. 31 翻 譯. 35 前前 言言 近年來，隨著人們生活水平的不斷上升，交通的方式越來越多樣化，而地 面交通仍然確切為人們生活中最主要的交通方式。由此而來也就引發(fā)諸多的問 題，隨著經(jīng)濟的發(fā)達，交通堵塞，事故等問題時常發(fā)生，無處不在。這些問題 中，還有一個難以解決但是不得不解決的問題，那就是盲人交通提示問題。十 字路口的紅綠燈處，對于盲人的提示問題。 由此而

12、來就產(chǎn)生的盲人交通提示系統(tǒng)。這是一個由單片機作為核心的交通 提示系統(tǒng)。AT89C51 是單片機中最常見的一種芯片，是一種低功耗，高性能的 八位單片機。內(nèi)有 4KB 的可反復(fù)電擦寫的 Flash 只讀程序儲存器，同時還要有 一片無線發(fā)射芯片.如何有效的解決盲人交通問題，一直是當今社會關(guān)注的一大 難題。現(xiàn)有的盲人過街提示裝置，在紅綠燈亮是，能夠通過外置擴音器發(fā)出相 應(yīng)提示聲，但是為了使提示聲更加清晰，不可避免地存在提示音音量過大的缺 點，對居民生活造成嚴重干擾，而且生產(chǎn)，維護成本高。 本文利用單片機和射頻技術(shù)設(shè)計了一套便攜式的信號發(fā)送/接收終端，改變 交通燈音頻提示的方式，讓每個盲人都能自主的發(fā)送

13、/接收信號，通過嵌入在手 持終端的音頻模板使每個盲人做出判斷同時不影響其他人的正常生活。 第一章第一章 緒緒 論論 第一節(jié)第一節(jié) 研究背景研究背景 本發(fā)明涉及交通導(dǎo)航技術(shù)。本發(fā)明解決了現(xiàn)有導(dǎo)航系統(tǒng)無法提示交通燈狀 態(tài)的問題，提供了一種盲人交通導(dǎo)航系統(tǒng)，其技術(shù)方案可概括為：盲人交通導(dǎo) 航系統(tǒng)，其特征在于，包括交通燈信號發(fā)射裝置、交通燈后臺服務(wù)器及具備通 信功能的電子導(dǎo)航設(shè)備，所述交通燈信號發(fā)射裝置與交通燈后臺服務(wù)器連接， 具備通信功能的電子導(dǎo)航設(shè)備與交通燈后臺服務(wù)器連接。本發(fā)明的有益效果是， 方便用戶，適用于交通導(dǎo)航系統(tǒng)。 本發(fā)明涉及交通導(dǎo)航技術(shù)。本發(fā)明解決了現(xiàn)有導(dǎo)航系統(tǒng)無法提示交通燈狀 態(tài)的問

14、題，提供了一種盲人交通導(dǎo)航系統(tǒng)，其技術(shù)方案可概括為：盲人交通導(dǎo) 航系統(tǒng)，其特征在于，包括交通燈信號發(fā)射裝置、交通燈后臺服務(wù)器及具備通 信功能的電子導(dǎo)航設(shè)備，所述交通燈信號發(fā)射裝置與交通燈后臺服務(wù)器連接， 具備通信功能的電子導(dǎo)航設(shè)備與交通燈后臺服務(wù)器連接。本發(fā)明的有益效果是， 方便用戶，適用于交通導(dǎo)航系統(tǒng)。 本論文將對單片機對于盲人交通提示系統(tǒng)應(yīng)用作研究，從單片機的軟硬件原 理入手。結(jié)合交通提示系統(tǒng)的主要技術(shù)，然后了解整個系統(tǒng)運用的技術(shù)對于盲 人的特殊需求。深入了解 AT89S51 單片機的工作原理和無限射頻芯片 NRF401 的 作用，以及半雙工通信方式，ISD1420 語音錄放模塊。最后結(jié)論

15、得出上述的所 有組成部分所共同作用出來的無線語音提示功能對于盲人的交通導(dǎo)航意義。 第二節(jié)第二節(jié) 主要研究內(nèi)容主要研究內(nèi)容 （1）了解盲人交通導(dǎo)航系統(tǒng)的相關(guān)理論，包括該系統(tǒng)的特點、關(guān)鍵技術(shù)等； （2）清楚了解單片機的作用原理以及單片機的軟件硬件知識。 （3）單片機對于整個交通提示系統(tǒng)的作用，以及整個交通提示系統(tǒng)的作用 原理。 （4）發(fā)明研究這個系統(tǒng)對于實際社會中的盲人交通的意義，以及各種優(yōu)劣 點 第第 3 節(jié)節(jié) 本章小節(jié)本章小節(jié) 隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展與發(fā)達，相信盲人交通提示系統(tǒng)必將對于整個社會帶 來巨大的收益。此項科學(xué)研究的結(jié)果必將是有深遠的意義。 第二章第二章 單片機概述單片機概述 單片機微型計

16、算機是微型計算機的一個重要分支，也是頗具生命力的機 種。單片機微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制 器。 通常，單片機由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計算機的基本功能部 件：中央處理器、存儲器和 I/O 接口電路等。因此，單片機只需要和適當?shù)?軟件及外部設(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。 單片機經(jīng)過1、2、3、3代的發(fā)展，目前單片機正朝著高性能和多品種方 向發(fā)展，它們的 CPU 功能在增強，內(nèi)部資源在增多，引角的多功能化以及 低電壓底功耗。 一一MSC-51MSC-51 芯片簡介芯片簡介 （一）.MCS-51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8051是 MCS-51系列單片機的典型產(chǎn)

17、品，我們以這一代表性的機型進行 系統(tǒng)的講解。 8051單片機包含中央處理器、程序存儲器 (ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、定時計 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： 1.中央處理器： 中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器， 能處理8位二進制數(shù)據(jù)或代碼，CPU 負責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的 工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。 2.數(shù)據(jù)存儲器 8051內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用寄存器單元，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

18、，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，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運 算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。 圖1.1 8051內(nèi)部結(jié)構(gòu) 3.程序存儲器(ROM)： 8051共有4096個8位掩膜 ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。 3.1定時/計數(shù)器(ROM)： 8051有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于 控制程序轉(zhuǎn)向。 3.2并行輸入輸出(I/O)口： 8051共有4組8位 I/O 口(P0、P1、P2或 P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。 4.全雙工串行口： 8051內(nèi)置一個全雙工串行通信口，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

19、用作異步通信收發(fā)器，也可以當同步移位器使用。 5.中斷系統(tǒng) 8051具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一 個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優(yōu)先級別選擇。 6.時鐘電路 8051內(nèi)置最高頻率達12MHz 的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖 時序，但8051單片機需外置振蕩電容。 單片機的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的形式， 哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存儲器與數(shù)據(jù)存 儲器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)。INTEL 的 MCS-51系列單片 機采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品

20、16位的 MCS-96系列單片機則采用普林 斯頓結(jié)構(gòu)。 下圖是 MCS-51系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。 圖 1.2MCS-51 結(jié)構(gòu)框圖 （2） MCS-51 的引腳說明： MCS-51 系列單片機中的 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 個引腳中，正電源和地線兩根，外 置石英振蕩器的時鐘線兩根，4 組 8 位共 32 個 I/O 口，中斷口線與 P3 口線復(fù) 用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明： 1.MCS-51 的引腳說明：MCS-51 系列單片機中的 8031、8051 及 8751 均 采用 40Pin

21、封裝的雙列直接 DIP 結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40 個引腳中， 正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4 組 8 位共 32 個 I/O 口， 中斷口線與 P3 口線復(fù) 用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明，如圖 圖 1.3 MCS-51 引腳示意圖 Pin9:RESET/Vpd 復(fù)位信號復(fù)用腳，當 8051 通電，時鐘電路開始工作，在 RESET 引腳上出現(xiàn) 24 個時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

22、0000H 地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變 RAM（包括工作寄存器 R0-R7）的狀 態(tài)，8051 的初始態(tài)。 8051 的復(fù)位方式可以是自動復(fù)位，也可以是手動復(fù)位，見下圖 4。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 機內(nèi)部 RAM 的數(shù)據(jù)不丟失 圖 1.4 8053 復(fù)位 Pin30:ALE/當訪問外部程序器時，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)部程序存儲器時，ALE 端將有一個 1/6 時鐘頻率的正脈沖 信號，這個信號可以用于識別單片機是否工作，也可以當作一個時鐘向外輸出。 更有一個特點，當訪問外部程序存

23、儲器，ALE 會跳過一個脈沖。 如果單片機 是 EPROM，在編程其間，將用于輸入編程脈沖。MAC 協(xié)議、路由協(xié)議、QoS、 安全問題、功率控制和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)等。 Pin29：當訪問外部程序存儲器時，此腳輸出負脈沖選通信號，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 程序存儲器的內(nèi)外部選通線， 8051 和 8751 單片機，內(nèi) 置有 4kB 的程序存儲器，當 EA 為高電平并且程序地址小于 4kB 時，讀取內(nèi) 部程序存儲器指令數(shù)據(jù)，而超過 4kB 地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。如 EA 為低

24、電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲器指令。顯然，對內(nèi)部無程 序存儲器的 8031,EA 端必須接地。 在編程時， EA/Vpp 腳還需加上 21 的編程電壓。 二二82558255 芯片簡介芯片簡介 （一）8255 可編程并行接口芯片簡介 : 1.8255 可編程并行接口芯片 端口： 8255 可編程并行接口芯片有三個輸入輸出端口，即A 口、B 口和 C 口， 對應(yīng)于引腳 PA7PA0、PB7PB0 和 PC7PC0。其內(nèi)部還有一個控制寄存器， 即控制口。通常 A 口、B 口作為輸入輸出的數(shù)據(jù)端口。 C 口作為控制或狀態(tài) 信息的端口，它在方式字的控制下，可以分成4 位的端口，每個端口包

25、含 一個 4 位鎖存器。它們分別與端口 A配合使用，可以用作控制信號輸出 或作為狀態(tài)信號輸入。 2.8255 可編程并行接口芯片方式控制字格式說明 : 8255 有兩種控制命令字；一個是方式選擇控制字；另一個是C 口按位 置位復(fù)位控制字。其中 C 口按位置位復(fù)位控制字方式使用較為繁難，說 明也較冗長，故在此不作敘述。 方式標志， 1 有效。 D6、D5：A 口方式選擇 0 0 方式 0 0 1 方式 1 1 方式 2 D4：A 口功能 （1=輸入，0=輸出） D3：C 口高 4 位功能 （1=輸入，0=輸出） D2：B 口方式選擇 （0=方式 0，1=方式 1） D1：B 口功能 （1=輸入

26、0=輸出） D0：C 口低 4 位功能 （1=輸入，0=輸出） 3.8255 可編程并行接口芯片工作方式說明 : 方式 0：基本輸入輸出方式。適用于三個端口中的任何一個。每一 個端口都可以用作輸入或輸出。輸出可被鎖存，輸入不能鎖存。 方式 1：選通輸入輸出方式。這時 A 口或 B 口的 8 位外設(shè)線用作輸 入或輸出， C 口的 4 條線中三條用作數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆?lián)絡(luò)信號和中斷請求信號。 方式 2 ：雙向總線方式。只有 A 口具備雙向總線方式， 8 位外設(shè)外線 用作輸入或輸出，此時 C 口的 5 條線用作通訊聯(lián)絡(luò)信號和中斷請求信號。 三、三、 74LS373 簡介簡介 74LS373 是一種帶三態(tài)門的

27、 8D 鎖存器，其管腳示意圖如下示： 其中：1D-8D 為 8 個輸入端 1Q-8Q 為 8 個輸出端。 LE 為數(shù)據(jù)打入端：當 LE 為“1”時，鎖存器輸出 狀態(tài)同輸入狀態(tài)；當 LE 由“1”變“0”時，數(shù)據(jù) 打入鎖存器 OE 為輸出允許端：當 OE=0 時，三態(tài)門打開； 當 OE=1 時，三態(tài)門關(guān)閉，輸出高阻 。 圖 1.5 74LS373 管腳示意圖 第二章第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計 第第一一節(jié)節(jié) 交通管理的方案論證交通管理的方案論證 東西、南北兩干道交于一個十字路口，各干道有一組紅、黃、綠三色的指 示燈，指揮車輛和行人安全通行。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。黃燈亮 提示人們注意

28、紅、綠燈的狀態(tài)即將切換，且黃燈燃亮?xí)r間為東西、南北兩干道 的公共停車時間。設(shè)東西道比南北道的車流量大，指示燈燃亮的方案如表 表 1 表 1 說明： （1）當東西方向為紅燈，此道車輛禁止通行，東西道行人可通過；南北道 為綠燈，此道車輛通過，行人禁止通行。時間為 60 秒。 （2）黃燈閃爍 5 秒，警示車輛和行人紅、綠燈的狀態(tài)即將切換。 （3）當東西方向為綠燈，此道車輛通行；南北方向為紅燈，南北道車輛禁 止通過，行人通行。時間為 80 秒。 東西方向車流大 通行時間長。 （4）這樣如上表的時間和紅、綠、黃出現(xiàn)的順序依次出現(xiàn)這樣行人和車輛 就能安全暢通的通行。 第第二二節(jié)節(jié) 系系統(tǒng)統(tǒng)硬硬件件設(shè)設(shè)計計

29、 選用設(shè)備 8031（AT89S52）單片機一片選用設(shè)備：8031 單片機一片，8255 并行通用接口芯片一片，74LS07 兩片，MAX692看門狗一片，共陰極的七段 數(shù)碼管兩個雙向晶閘管若干，7805 三端穩(wěn)壓電源一個，紅、黃、綠交通燈各兩 個，開關(guān)鍵盤、連線若干。 1、系統(tǒng)總框圖：系統(tǒng)總框圖： 圖 2.1 系統(tǒng)總框圖 二、交通燈硬件線路部分圖：二、交通燈硬件線路部分圖： 圖2.2 交通燈硬件線路圖 第第 3 章章 語音電路的設(shè)計語音電路的設(shè)計 第第一一節(jié)節(jié) I IS SD D1 14 42 20 0 芯芯片片介介紹紹 ISD1400 系列語音芯片是 ISD（Information Sto

30、rage Device）公司生產(chǎn)的。 它包括時鐘振蕩器、128K 可編程電擦除只讀存儲（EEPROM） 、低噪前置放大 器、自動增益控制電路、抗干擾濾波器、差分功率放大器等電路。ISD1400 系 列語音芯片采用直接存儲模擬信號，自動待機省電，可編程電擦除只讀存儲和 總線技術(shù)，高保真、錄音數(shù)據(jù)永久保存、省電、適用于同單片機接口。ISD1420 是 ISD1400 系列中語音時長為 20S 的語音芯片。 ISD1400 系列語音芯片具有下 列特點： （1）.采用直接模擬量存儲技術(shù)（DAST） ，重顯優(yōu)質(zhì)原音。 （2）零功率信息存儲，無需備用電池，存儲的信息可保留 10 年以上。 （3）易于使用，

31、無需編程，可隨意改變錄音內(nèi)容，錄放次數(shù)達 10 萬次以上。 （4）具有自動省電功能，錄音和回放后即刻進入等待模式，僅需 0.5A 維持 流。 （5）可分段存儲多段信息。 （6）自帶時鐘源。 （7）高抗干擾性能。 （8）單+5V 標準電源供電。 （9）可直接驅(qū)動 816 喇叭工作，輸出不失真功率大于 50 Mw.也可作激勵 信號單端輸出，外接功率放大器，輸出功率為額定輸出功率的 1/4，約為 12mW 左右。 （10）采用總線技術(shù)，適于同單片機接口。 ISD1420 錄音時間為 20S，它最 多可錄音 160 個語音段，語音段最短時間可達到 0.125S。 其管腳排列如圖所 示： 圖 3.1 I

32、SD1420 管腳圖 主要管腳介紹如下： A0A7地址或操作模式控制端，當 A6 和 A7 不全為高電平時， A0A7 為分段錄音信息地址線，不同的地址對應(yīng)不同的錄音片段，A6 和 A7 全為高電平時，A0A5 用于選擇操作模式。 MIC話筒輸入端，話筒輸入 信號通過電容交流耦合至此引腳并傳給片上預(yù)放大器，片上自動增益控制 （AGC）電路控制預(yù)放大器的增益在 1524dB 之間。耦合電容值和該端內(nèi)阻 （10k）決定語音信號通頻帶下限頻率。 ANA IN模擬信號輸入端，對 于話筒輸入，ANA IN 引腳應(yīng)通過外部電容與 ANA OUT 引腳連接，若為外部 輸入信號，則要直接通過電容耦合到此端。耦

33、合電容決定片上控制預(yù)放大器通 頻帶的下限頻率。 SP+、SP喇叭輸出端，該端可直接驅(qū)動 16 喇叭。 可采用雙端輸出驅(qū)動喇叭，也可采用單端輸出驅(qū)動喇叭，不過雙端輸出信號的 功率是單端的四倍，單端輸出需要該腳與喇叭之間串接 100F 的交流耦合電容， 錄音期間該輸出端保持高阻狀態(tài)。 RECLED工作狀態(tài)指示端，在錄音或 放音時該端輸出低電平，可驅(qū)動一個 LED 來指示狀態(tài)。 PLAYL電平觸 發(fā)放音控制端，該端電平變?yōu)榈碗娖讲⒈３?，芯片進入放音狀態(tài)。 REC 錄音觸發(fā)端，REC 一旦變?yōu)榈碗娖剑酒瓦M入錄音狀態(tài)。 語音電路設(shè)計部 分電路中包含了為語音系統(tǒng)供電的電源部分電路設(shè)計。電源部分采用二極

34、管整 流電路，接在電源變壓器的次級輸出端，用四個二極管組成橋式整流電路。它 們的后級為濾波電容，交流電整流后，要求將交流成分濾的越干凈越好，所以 濾波電容選用大容量的電解電容13 。 電路如圖 圖 3.2 ISD1420 與單片機借口電路 并且設(shè)有兩種語音工作模式：自動和人工兩種播報方式。在通常情況下， 語音處于自動播報狀態(tài)，只要來車系統(tǒng)自動產(chǎn)生語音通知道口值守人員和來往 行人；遇有特出情況，值守人員可以自行將開啟人工播報方式，用與語音板相 連接的麥克風(fēng)對發(fā)布通知。 實驗過程中發(fā)現(xiàn)的 ISD1420 芯片使用應(yīng)該注意的幾個問題： （1）該芯片所有控制端、地址端必須可靠的接地或接高電平，不能懸空

35、， 否則會出現(xiàn)停播的現(xiàn)象。 （2）為了充分發(fā)揮其優(yōu)質(zhì)高保真的特點，應(yīng)注意：AGC 阻容盡量靠近 芯片，且連線要盡量的短;電源地線寬度應(yīng)在 0.88mm 以上。 （3）芯片的 SP+,SP-端一定不能直接接地，只能接喇叭或是懸空。 第第二二節(jié)節(jié) N NR RF F4 40 01 1 電電路路設(shè)設(shè)計計 NRF401 無線收發(fā)芯片采用 FSK 調(diào)制解調(diào)技術(shù),最高工作速率可以達到 20 KbitPs ;發(fā)射功率可以調(diào)整,最大發(fā)射功率是+ 10 dBm。NRF401 的天線接口設(shè)計 為差分天線,以便于使用低成本的 PCB 天線。它要求非常少的外圍元件,無需聲 表濾波器、變?nèi)莨艿劝嘿F的元件, 只需要便宜且

36、易于獲得的 4 MHz 晶體,收發(fā)天 線合一。無需進行初始化和配置,不需要對數(shù)據(jù)進行曼徹斯特編碼,有 2 個工作 頻寬(433.92P434.33 MHz) ,工作電壓為 2.75 V ,還具有待機模式,可以更省電和 高效。NRF401 無線收發(fā)芯片的結(jié)構(gòu)框圖如圖 圖 3.3 NFR401 結(jié)構(gòu)框圖 NRF401 有 3 種工作模式: 收模式(RX) 、發(fā)模式( TX) 和等待模式(Std1by) 。 工作模式可由 3 個引腳設(shè)定,分別是 TXEN、CS 和 PWR-UP。因此通過單 片機控制 NRF401 的工作模式,使其處于接收、發(fā)射、等待任一種狀態(tài),實現(xiàn)半 雙工通信。 若 PWR = 0

37、 ,TXEN 和 CS 任意,系統(tǒng)為待機狀態(tài)。若 TXEN = 1 ,為 發(fā)送狀態(tài); TXEN = 0 ,為接收狀態(tài)。CS 為信道的選通端,CS = 0 選通信道為 433.92 MHz CS = l 選通信道為 434.33 MHz。其主要特性如下: 1) 工作頻率為國際通用的數(shù)傳頻段; 2) 工作速率最高可達 20 KbitPs 3) FSK 調(diào)制,抗干擾能力強; 4) 采用 PLL 頻率合成技術(shù),頻率穩(wěn)定性極好; 5) 靈敏度高達- 105 dBm 6）功耗小, 接收狀態(tài) 250 A , 待機狀態(tài)僅為 8A 7) 最大發(fā)射功率達+ 10 dBm 8) 低工作電壓(217 V) ,可滿足低

38、功耗設(shè)備的要求; 9) 具有多個頻道,可方便地切換工作頻率; 10) 因采用了低發(fā)射功率、高接收靈敏度的設(shè)計,使用無需申請許可證,開闊地的 使用距離最遠可達 1 000 m NRF401 接收機使用頻移鍵控( FSK) 調(diào)制方式,改善了噪聲環(huán)境下的系統(tǒng)性 能。NRF401 另一個非常重要的特性是接收機的頻帶外阻抗很高(out -of - band blocking) ,這意味著它不需要外部聲表面波(SAW) 濾波器。此外 NRF401 的解 調(diào)器是 DC 平衡的,因此可以使用任何一種協(xié)議,也可以使用各種0 、 1序 列,因而無需浪費單片機寶貴的處理資源來進行曼徹斯特編碼。 Nrf401 的具體

39、 電路圖如圖 7 所示，1 腳和 20 腳之間連接的是振蕩電路，采用 4MHz 的高穩(wěn)定 性晶振;9 腳是數(shù)據(jù)的輸入引腳，10 腳是數(shù)據(jù)的輸出引腳，與主控板 ARM 的 UARI 輸入輸出接口相連;連接在奸-PWR 端和 vss 之間的電阻 R4 可設(shè)置輸出功 率，可以通過選擇不同的 R4 值來調(diào)整發(fā)射功率，發(fā)射功率越大，傳輸距離越 遠，但芯片消耗電流也越大，所以在滿足距離要求的前提下，通過設(shè)置 R4 來 選擇合適的發(fā)射功率，本文系統(tǒng)使用的 R4=22ko，最大發(fā)射功率為 +1odBm(具 體內(nèi)容參考 3.2.3.2 節(jié))。PLL 回路濾波器是外接的單端 2 階濾波器，由 CS，CS 和 R3

40、 構(gòu)成。VCOI 引腳端和 VCOZ 引腳端之間外接高質(zhì)量片式電感，提高頻率 的穩(wěn)定性。18 腳和 19 腳用于控制發(fā)射和接收模式，均與主控板的 GPIO 相連。 巧腳和 16 腳是環(huán)形天線的連接引腳;天線以差分方式連接到丘 RF401，單端天 線也可以通過一個差分轉(zhuǎn)換匹配網(wǎng)絡(luò)連接到 nRF401。本文設(shè)計的電路采用 PCB 環(huán)形天線(如圖 12 所示)，整個環(huán)形天線做在 PCB 上，對于便攜設(shè)備接近效應(yīng)小， 比傳統(tǒng)的鞭狀天線或單端天線節(jié)省了空間和生產(chǎn)成本，機構(gòu)上也更穩(wěn) 固可靠。 圖 3.4 NRF401 射頻模塊電路原理圖 第四章第四章 控制器的軟件設(shè)計控制器的軟件設(shè)計 第第一一節(jié)節(jié) 每每秒

41、秒鐘鐘的的設(shè)設(shè)定定 延時方法可以有兩種，一種是利用 MCS-51 內(nèi)部定時器才生溢出中斷來確定 1 秒的時間，另一種是采用軟延時的方法。 第第二二節(jié)節(jié) 計計數(shù)數(shù)器器硬硬件件延延時時 一一、計計數(shù)數(shù)器器初初值值計計算算 定時器工作時必須給計數(shù)器送計數(shù)器初值，這個值是送到 TH 和 TL 中的。 他是以加法記數(shù)的，并能從全 1 到全 0 時自動產(chǎn)生溢出中斷請求。因此，我們 可以把計數(shù)器記滿為零所需的計數(shù)值設(shè)定為 C 和計數(shù)初值設(shè)定為 TC 可得到如 下計算通式： TC=M-C 式中，M 為計數(shù)器摸值，該值和計數(shù)器工作方式有關(guān)。在方式 0 時 M 為 213 ；在方式 1 時 M 的值為 216；在

42、方式 2 和 3 為 28 二二、計計算算公公式式 T=（MTC）T 計數(shù) 或 TCM-TT 計數(shù) T 計數(shù)是單片機時鐘周期的 12 倍；TC 為定時初值 如單片機的主 脈沖頻率為12MHZ ，經(jīng)過 12 分頻 方式 0 TMAX213 微秒8.192 毫秒 方式 TMAX216 微秒65.536 毫秒 顯然秒鐘已經(jīng)超過了計數(shù)器的最大定時間，所以我們只有采用定時器 和軟件相結(jié)合的辦法才能解決這個問題 三三、秒秒的的方方法法 我們采用在主程序中設(shè)定一個初值為 20 的軟件計數(shù)器和使 T0 定時 50 毫 秒這樣每當 T0 到 50 毫秒時 CPU 就響應(yīng)它的溢出中斷請求，進入他的中斷服 務(wù)子程序

43、。在中斷服務(wù)子程序中，CPU 先使軟件計數(shù)器減，然后判斷它是否 為零。為零表示秒已到可以返回到輸出時間顯示程序。 四四、相相應(yīng)應(yīng)程程序序代代碼碼 1.主程序 定時器需定時 50 毫秒，故 T0 工作于方式。 初值： TCM-T T 計數(shù) 2 50ms/1us=15536=3CBOH ORG 1000H START: MOV TMOD, #01H 令 T0 為定時器方式 MOV TH0, #3CH 裝入定時器初值 MOV TL0, #BOH ; MOV IE, #82H 開 T0 中斷 SEBT TR0 ；啟動 T0 計數(shù)器 MOV RO, #14H ;軟件計數(shù)器賦初值 LOOP: SJMP $

44、 ；等待中斷 （）中斷服務(wù)子程序 ORG 000BH AJMP BRTO ORG 00BH BRTO:DJNZ R0，NEXT AJMP TIME 跳轉(zhuǎn)到時間及信號燈顯示子程序 DJNZ：MOV R0，14H ；恢復(fù) R0 值 MOV TH0, #3CH 重裝入定時器初值 MOV TL0, #BOH ; MOV IE, #82H RET1 END 第第 3 3 節(jié)節(jié) 軟軟件件延延時時 MCS-51 的工作頻率為 2-12MHZ，我們選用的 8031 單片機的工作頻率為 6MHZ。機器周期與主頻有關(guān)，機器周期是主頻的 12 倍，所以一個機器周期的 時間為 12*（1/6M）=2us。我們可以知道

45、具體每條指令的周期數(shù)，這樣我們就 可以通過指令的執(zhí)行條數(shù)來確定 1 秒的時間。 具體的延時程序分析： DELAY:MOV R4,#08H 延時 1 秒子程序 DE2:LCALL DELAY1 DJNZ R4,DE2 RET DELAY1:MOV R6,#0 延時 125ms 子程序 MOV R5,#0 DE1: DJNZ R5,$ DJNZ R6,DE1 RET MOV RN，#DATA 字節(jié)數(shù)數(shù)為 2 機器周期數(shù)為 1 所以此指 令的執(zhí)行時間為 2ms DELAY1 為一個雙重循壞 循環(huán)次數(shù)為 256*256=65536 所以延時時間 =65536*2=us 約為 125us DELAY R

46、4 設(shè)置的初值為 8 主延時程序循環(huán) 8 次，所以 125us*8= 1 秒 由于單片機的運行速度很快其他的指令執(zhí)行時間可以忽略不計。 第第四四節(jié)節(jié) 時時間間及及信信號號燈燈的的顯顯示示 一一、8 80 05 51 1 并并行行口口的的擴擴展展 8051 雖然有 4 個 8 位 I/O 端口,但真正能提供借用的只有 P1 口,因為 P2 和 P0 口通常用于傳送外部傳送地址和數(shù)據(jù),P3 口也有它的第二功能。因此，8031 通常需要擴展。由于我們用外部輸入設(shè)定紅綠燈倒計時初值、數(shù)碼管的輸出顯 示、紅綠黃信號燈的顯示都要用到一個 I/O 端口，顯然 8031 的端口是不夠，需 要擴展。 擴展的方法

47、有兩種：（1）借用外部 RAM 地址來擴展 I/O 端口；（2）采用 I/O 接口新片來擴充。我們用 8255 并行接口信片來擴展 I/O 端口。 二二、顯顯示示原原理理 當定時器定時為 1 秒，時程序跳轉(zhuǎn)到時間顯示及信號燈顯示子程序，它將 依次顯示信號燈時間 ，同時一直顯示信號燈的顏色，這時在返回定時子程序定 時一秒，在顯示黃燈的下一個時間，這樣依次把所有的燈色的時間顯示完后在 重新給時間計數(shù)器賦初值 ，重新進入循環(huán)。 三三、8 82 25 55 5P PA A 口口輸輸出出信信號號接接信信號號燈燈 由于發(fā)光二極管為共陽極接法，輸出端口為低電平，對應(yīng)的二極管發(fā)光， 所以可以用置位方法點亮紅，

48、綠，黃發(fā)光二極管。 四四、8 82 25 55 5 輸輸出出信信號號與與數(shù)數(shù)碼碼管管的的連連接接 LED 燈的顯示原理:通過同名管腳上所加電平的高低來控制發(fā)光二極管是 否點量而顯示不同的字形如 SP，g,f,e,d,c,b,a 管角上加上所以 上為 伏，不亮其余為高電平，全亮則顯示為 采用共陰級連接: 其中 PC0PB0-a, PC1PB1-b, PC2PB2-c, PC3PB3-d, PC4PB4-e, PC5PB5-f, PC6PB6-g PC7PB7 -SP 接地 表 4 驅(qū)動代碼表 五五、8 82 25 55 5 與與 8 80 05 51 1 的的連連接接 用 8051 的 P0 口

49、的 p0.7 連接 8255 的片選信號 cs 我們用 8031 的地址采 用全譯碼方式，當 p0.7 =0 時片選有效， 其他無效， p0.1 p0.1 用于選擇 8255 端口 P0.7 p0.6 p0.5 p0.4 p0.3 p0.2 P0.1 P0.0 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 X X X X X 0 0 00H 為 8255 的 PA 口 1 X X X X X 0 1 01H 為 8255 的 PB 口 1 X X X X X 1 0 02H 為 8255 的 PC 口 1 X X X X X 1 1 03H 為 8255 的控制口 由于 8051 是分時對

50、8255 和儲存器進行訪問所以 8051 的 P0 口不會發(fā)生沖 突 第五節(jié)第五節(jié) 程序設(shè)計程序設(shè)計 一一、程程序序源源代代碼碼 ORG 0000H ;主程序的入口地址 LJMP MAIN ;跳轉(zhuǎn)到主程序的開始處 ORG 0003H ;外部中斷 0 的中斷程序入口地址 ORG 000BH ;定時器 0 的中斷程序入口地址 LJMP T0_INT ;跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序處 ORG 0013H ;外部中斷 1 的中斷程序入口地址 MAIN : MOV SP,#50H MOV IE,#8EH ;CPU 開中斷，允許 T0 中斷，T1 中斷和外部中 斷 1 中斷 MOV TMOD,#51H ;設(shè)置 T1

51、 為計數(shù)方式,T0 為定時方式，且都工 作于模式 1 MOV TH1,#00H ;T1 計數(shù)器清零 MOV TL1,#00H SETB TR1 ;啟動 T1 計時器 SETB EX1 ;允許 INT1 中斷 SETB IT1 ;選擇邊沿觸發(fā)方式 MOV DPTR ,#0003H MOV A, #80H ;給 8255 賦初值，8255 工作于方式 0 MOVX DPTR, A /ST0:MOV P3 ,#0F0H AGAIN: JB P3.1,N0 ;判斷是否要設(shè)定東西方向紅綠燈時間的初值， 若 P3.1 為 1 則跳轉(zhuǎn) MOV A,P1 JB P1.7,RED ;判斷 P1.7 是否為 1，

52、 若為 1 則設(shè)定紅燈時間，否則設(shè)定綠燈時間 MOV R0,#00H ;R0 清零 MOV R0,A ;存入東西方向綠燈初始時間 MOV R3,A LCALL DISP1 LCALL DELAY AJMP AGAIN RED: MOV A,P1 ANL A,#7FH ;P1.7 置 0 MOV R7,#00H ;R7 清零 MOV R7,A ;存入東西方向紅燈初始時間 MOV R3,A LCALL DISP1 LCALL DELAY AJMP AGAIN ;- N0: SETB TR0 ;啟動 T0 計時器 MOV 76H,R7 ;紅燈時間存入 76H N00: MOV A,76H ;東西方向

53、禁止，南北方向通行 MOV R3,A MOV DPTR,#0000H ;置 8255A 口，東西方向紅燈亮，南北方向綠燈 亮 MOV A,#0DDH MOVX DPTR, A N01: JB P2.0,B0 N02: SETB P3.0 CJNE R3,#00H,N01 ;比較 R3 中的值是否為 0，不為 0 轉(zhuǎn)到當前指令處 執(zhí)行 ;-黃燈閃爍 5 秒程序- N1: SETB P3.0 MOV R3,#05H MOV DPTR,#0000H ;置 8255A 口，東西，南北方向黃燈亮 MOV A,#0D4H MOVX DPTR,A N11: MOV R4,#00H N12: CJNE R4,

54、#7DH,$ ;黃燈持續(xù)亮 0.5 秒 N13: MOV DPTR,#0000H ; 置 8255A 口，南北方向黃燈滅 MOV A,#0DDH MOVX DPTR,A N14: MOV R4,#00H CJNE R4,#7DH,$ ;黃燈持續(xù)滅 0.5 秒 CJNE R3,#00H,N1 ;閃爍時間達 5 秒則退出 ;- N2: MOV R7,#00H MOV A,R0 ;東西通行，南北禁止 MOV R3,A MOV DPTR,#0000H 置 8255A 口，東西方向綠燈亮，南北方向紅燈 亮 MOV A,#0EBH MOVX DPTR,A N21: JB P2.0,T03 N22: CJN

55、E R3,#00H,N21 ;-黃燈閃爍 5 秒程序- N3: MOV R3,#05H MOV DPTR,#0000H ;置 8255A 口，東西，南北方向黃燈亮 MOV A,#0E2H MOVX DPTR,A N31: MOV R4,#00H CJNE R4,#7DH,$ ;黃燈持續(xù)亮 0.5 秒 N32: MOV DPTR,#0000H ; 置 8255A 口，南北方向黃燈滅 MOV A,#0EBH MOVX DPTR,A N33: MOV R4,#00H CJNE R4,#7DH,$ ;黃燈持續(xù)滅 0.5 秒 CJNE R3,#00H,N3 ;閃爍時間達 5 秒則退出 SJMP N00

56、; -闖紅燈報警程序- B0: MOV R2,#03H ;報警持續(xù)時間 3 秒 B01: MOV A,R3 JZ N1 ;若倒計時完畢，不再報警 CLR P3.0 ;報警 CJNE R2,#00H,B01 ;判斷 3 秒是否結(jié)束 SJMP N02 ;-1 秒延時子程序- N7: RETI T0_INT:MOV TL0,#9AH ;給定時器 T0 送定時 10ms 的初值 MOV TH0,#0F1H INC R4 INC R5 CJNE R5,#0FAH,T01 ;判斷延時是否夠一秒，不夠則調(diào)用顯示子程序 MOV R5,#00H ;R5 清零 DEC R3 ;倒計時初值減一 DEC R2 ;報警

57、初值減一 T01: ACALL DISP ;調(diào)用顯示子程序 RETI ;中斷返回 ;-顯示子程序- DISP: JNB P2.4,T02 DISP1: MOV B,#0AH MOV A,R3 ;R3 中值二轉(zhuǎn)十顯示轉(zhuǎn)換 DIV AB MOV 79H,A MOV 7AH,B DIS: MOV A,79H ;顯示十位 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#0002H MOVX DPTR,A MOV DPTR,#0001H MOV A,#0F7H MOVX DPTR,A LCALL DELAY DS2: MOV A,7AH ;顯示個位 MOV DPTR,#TAB

58、 MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#0002H MOVX DPTR,A MOV DPTR,#0001H MOV A,#0FBH MOVX DPTR,A RET ;-東西方向車流量檢測程序- T03: MOV A,R3 SUBB A,#00H ;若綠燈倒計時完畢，不再檢測車流量 JZ N3 JB P2.0,T03 INC R7 CJNE R7,#64H,E1 MOV R7,#00H ;中斷到 100 次則清零 E1: SJMP N22 ;-東西方向車流量顯示程序- T02: MOV B,#0AH MOV A,R7 ;R7 中值二轉(zhuǎn)十顯示轉(zhuǎn)換 DIV AB MOV 79H,A MOV

59、 7AH,B DIS3: MOV A,79H ;顯示十位 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#0002H MOVX DPTR,A MOV DPTR,#0001H MOV A,#0F7H MOVX DPTR,A LCALL DELAY DS4: MOV A,7AH ;顯示個位 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#0002H MOVX DPTR,A MOV DPTR,#0001H MOV A,#0FBH MOVX DPTR,A LJMP N7 ;-延時 4MS 子程序- DELAY: MOV R1,#0AH LOOP:

60、 MOV R6,#64H NOP LOOP1: DJNZ R6,LOOP1 DJNZ R1,LOOP RET ;-字符表- TAB: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH END 結(jié)結(jié) 論論 本系統(tǒng)就是充分利用了 8051 和 8255 芯片的 I/O 引腳。系統(tǒng)統(tǒng)采用 MSC-51 系列單片機 at80c51 和可編程并行 I/O 接口芯片 8255A 為中心器件來設(shè)計交通 燈控制器，實現(xiàn)了能根據(jù)實際車流量通過 8031 芯片的 P1 口設(shè)置紅、綠燈燃亮 時間的功能；紅綠燈循環(huán)點亮，倒計時剩 5 秒時黃燈閃爍警示（交通燈信號通 過 PA 口輸出