基于51單片機(無線語音)醫(yī)院病房緊急呼叫系統(tǒng)設計論文

1、. . . . 梧 州 學 院畢 業(yè) 論 文論文題目醫(yī)院病房緊急呼叫系統(tǒng) 系 別專 業(yè)班 級學 號學生指導教師（簽名）完成時間年月摘要本文介紹了一種以AT89S52單片機設計的醫(yī)院病房無線呼叫系統(tǒng)。該系統(tǒng)由單片機系統(tǒng)、無線收發(fā)系統(tǒng)、功能開關、1602液晶顯示器、以ISD4004語音芯片為主的語音系統(tǒng)等單元電路組成。該系統(tǒng)所用到的無線收發(fā)系統(tǒng)采用315無線收發(fā)模塊的PT2262和PT2267編解碼芯片，利用單片機的串行半雙工通信來實現(xiàn)。它的核心控制器采用價格低廉，性能可靠的單片機。該系統(tǒng)主要工作原理是分機按鍵呼叫，主機聲光報警，同時顯示呼叫的，主機按鍵可回復。研究表明該系統(tǒng)使用方便、快捷、安全可

2、靠，可應用于醫(yī)院、茶莊、KTV、餐廳等領域。在市場經(jīng)濟體制中，尤其在服務性的行業(yè)中，更省人、省錢、省心，更能提高企業(yè)效率，提高服務形象，帶來更好的經(jīng)濟效益，可作為電子產(chǎn)品進行開發(fā)研制，具有很好的推廣價值。關鍵詞：單片機技術 無線發(fā)射和接收 無線呼叫系統(tǒng) ISD4004 1602The Urgent Calling System In Hospital WordsAbstractThis paper introduces a SCM(single-chip microcomputer) ATMEL AT89S52 MCU as a wireless calling system in hospi

3、tal wards. This system consists of SCMsystem, wireless transceiver system, the functional switch, 1602 LCD, and by the main of voic ISD4004 as a voice systems unit circuit etc. What the use of the system is the wireless transceiver system which invlves a wireless transceiver module 315 of the PT2262

4、 and PT2267 codec chip, and brings about the SCMs half-duplex communication. The core controller optionaled SCM with low price and reliable performance. The call ext press then the host sound-light alarm,display the call numbers at the same time and at last the host give a reply by press the button

5、is the main working principle of the system. The study shows that this system has the characteristics of easy to sue, fast, safe and reliable. And it can be used some social fields such as hospital, tea house, KTV, restaurant, etc. In the market economic system, especially in the service industry, U

6、sing it that can be more saving staffs, money as well as trouble. What more it can improvesthe companys efficiency, enhances the image of services, and brings economic benefits. So it can be used as electronic product to research and development, In my opinion, it has a good value of promotion.Key w

7、ord: SCM(single-chip microcomputer) Transmit and receive wirelessThe Wireless Calling System ISD4004 1602目 錄第一章 引言1 1.1 課題背景與來源1 1.2 課題意義.2 1.3 課題設計的容和方案2第二章 系統(tǒng)概述3 2.1 系統(tǒng)組成3 2.2 系統(tǒng)的功能介紹與操作說明4第三章 硬件組成與設計53.1 整體電路圖53.2 電源電路63.3 主控芯片單片機73.4 主機功能按鍵介紹83.5 液晶顯示器1602 83.5.1 電路設計83.5.2 LCM1602引腳與功能介紹93.6 語音

8、電路103.6.1 語音電路圖設計103.6.2 ISD4004簡介123.6.3 LM386153.7 無線收發(fā)模塊163.7.1 發(fā)射板163.7.2 接收板173.7.3 編解碼芯片PT2206和PT2272183.7.3.1 PT2262引腳與工作原理183.7.3.2 PT2272引腳與工作原理19第四章 軟件設計214.1 主機程序流程圖214.2 從機程序流程圖 22第五章 系統(tǒng)測試與分析245.1 系統(tǒng)設計過程245.2 單個模塊的調試245.3 系統(tǒng)測試達到的技術指標26第六章 結束語27參考文獻 28附錄（一）29附錄（二）31致 49第一章 引 言1.1課題背景與來源單片

9、機自問世以來，迄今已有三十年了，其產(chǎn)品琳瑯滿目，產(chǎn)家也眾多紛紜，功能也是五花八門。由于單片機集成度高、功能強、可靠性好、體積小、功耗低、使用方便、價格低廉等一系列優(yōu)點，目前已經(jīng)滲入到人們工作和生活的方方面面，幾乎是“無處不在，無所不為”。單片機的應用領域已逐漸從面向工業(yè)控制、通訊、智能儀表等迅速發(fā)展到企業(yè)單位、家庭消費產(chǎn)品。目前最常見使用的是MCS-51系列單片機與其兼容產(chǎn)品，而以單片機作為通信系統(tǒng)開發(fā)的產(chǎn)品也層出不窮。目前，隨著人們生活水平的不斷提高，國外很多服務性行業(yè)迅速發(fā)展，人們對服務性行業(yè)的要求也越來越高，行業(yè)間的競爭也越來越激烈，而很多服務性企業(yè)由于本身的發(fā)展跟不上時代而逐漸被無情的

10、淘汰掉了。像餐廳、茶莊、KTV、醫(yī)院、網(wǎng)吧等等一系列服務性較強的行業(yè)，現(xiàn)在大多數(shù)還是處于服務質量比較差、工作效率比較低、呼叫服務時不能與時滿足、人員嘈雜找人不方便等很多讓人很不滿意的地方。當今國各種大大小小的醫(yī)院絕大多數(shù)還是在使用有線的呼叫系統(tǒng)，有些小醫(yī)院甚至連有線的都沒有，這不僅影響了醫(yī)院的聲譽，也就給病人與家屬帶來了諸多不變。有時甚至出現(xiàn)病人遇到突發(fā)事情時，如打完點滴了，其家屬到處亂跑找醫(yī)生的情況，有些甚至在醫(yī)院里大呼小叫的叫喚護士，擾亂了醫(yī)院安靜的環(huán)境，破壞了其他病人靜養(yǎng)的心情，也吵醒了不少正在休息的病人，給醫(yī)院制造了很多不必要的噪音，也帶來了不少抱怨。而有線的呼叫系統(tǒng)由于布線復雜，代價

11、昂貴，不可移動，有礙美觀，難修復等弊端而逐漸跟不上服務質量，已經(jīng)落后時代。醫(yī)院急需一款便捷，高性能的呼叫系統(tǒng)。對講機的出現(xiàn)給人們帶來了不少方便，它是一種雙向移動通信工具，在不需要任何網(wǎng)絡支持的情況下就可以通話，沒有話費產(chǎn)生，它呼叫與時方便，在一定區(qū)域也有著廣泛的應用。但是，對講機本身制造麻煩，代價昂貴，耗電量大，信道少，容易受干擾，不能顯示，查尋呼叫功能，只能語音通信，務必給周圍其他人帶來了噪音污染。由于它本身的局限與不足，注定了對講機無法適用于服務性的行業(yè)中，最終也不是一個讓人十分滿意的呼叫系統(tǒng)。 如何集有線呼叫系統(tǒng)和對講機各自的優(yōu)點于一身，開發(fā)一款新的能很好的適用于服務性行業(yè)的呼叫系統(tǒng)，經(jīng)

12、過人們幾年的探索與努力，已經(jīng)初露頭角，開始服務于市場，服務于人們。1.2課題意義 一款新的能滿足人們要求，適合服務性行業(yè)的無線呼叫系統(tǒng)，對人們生活的改善，對企業(yè)形象的提升起著十分重要的作用。對醫(yī)院單位而言，在同類行業(yè)中，安靜清雅的環(huán)境更具有競爭優(yōu)勢，快而準的服務極提高了工作人員的辦事效率，便捷的呼叫系統(tǒng)節(jié)約了大量的人力，財力。對醫(yī)務人員而言，不需要時刻去查房、巡邏，更不需要高聲應答病人或家屬，免去了無數(shù)次的來回奔波，維護了醫(yī)院良好的安靜環(huán)境，與時而準確的給病人帶來需要和服務。語音報警提示更親切自然，溫和的聲音讓工作人員避免了嘟嘟嘟的噪音騷擾，心情更放松。對病人與其家屬而言，不必在醫(yī)院大聲喧嘩地

13、呼叫醫(yī)務人員，也不用親自走到護士房告知護士，更不用在各個病房到處尋找護士。即使病人在沒有家屬陪伴的情況下，也能與時呼叫得到護理。只需輕輕一按從機的按鈕，無論是在床上還是走廊，還是廁所，都能傳達呼叫的信號。護士只要在總機旁觀察就能看到呼叫的房間，呼叫的次數(shù)，按鍵回復便能立刻派護士去查看和護理。該系統(tǒng)的設計主要分主機和從機兩部分，集無線四路數(shù)據(jù)收發(fā)，液晶顯示，語音報警于一體，具有施工快捷、簡單、故障率低、移動方便，使用無線呼叫器的病人，無需四處望尋找，也無需高聲喊叫，只需輕松地按一下呼叫器的按鈕，所需要的服務就會得到與時的解決。優(yōu)雅、安靜、舒適的環(huán)境無不令人向往；低功耗，微型化，環(huán)保、美觀，高效的

14、無線通信系統(tǒng)在醫(yī)院等方面的應用將越來越備受人們的關注。1.3課題設計容和方案主體功能：設計一個基于單片機的無線呼叫系統(tǒng)，包含以下主要功能：1.通信：從機呼叫，主機能顯示從機呼叫的，并能回復從機2.顯示：主機收到從機的呼叫能顯示呼叫的、呼叫次數(shù)3.報警：主機收到信號能自動語音報警4.查尋：主機上可以查尋最近呼叫過的八個從機5.錄放：語音電路可以任意錄放音樂第二章 系統(tǒng)概述2.1系統(tǒng)組成 整個系統(tǒng)包括主機和從機兩個部分，這兩部分都是以單片機為主體展開外圍功能。主機主要由以下模塊組成：單片機系統(tǒng)、液晶顯示、無線收發(fā)模塊、語音電路以與功能按鍵。主機框圖如圖2-11602顯示AT89S52單片機功能按鍵

15、語音模塊發(fā)射模塊接收模塊報警燈圖2-1 主機系統(tǒng)組成框圖從機系統(tǒng)與主機系統(tǒng)比較而言是比較簡單的，只包含一對收發(fā)模塊、一個按鍵和聲光報警，其框圖如圖2-2發(fā)射模塊AT89S52單片機按鍵接收模塊聲光報警圖2-2 從機系統(tǒng)組成框圖2.2系統(tǒng)的功能介紹與操作說明本系統(tǒng)的特點和可實現(xiàn)的功能以與具體的操作說明主要有： 1、當靜止時，也就是說病房里沒有發(fā)出任何信號，主機也沒有收到任何信號的時侯，分機指示燈不亮，蜂鳴器也不會響；主機也不會顯示呼叫的，報警燈也不會閃爍，更不會有語音的報警提示。2、一旦病房有情況，任意一個病房的分機有按鍵按下時，發(fā)光二極管便會自動閃亮，提示病人正在或者已經(jīng)發(fā)出呼叫信號。同時通過

16、無線收發(fā)模塊的發(fā)射電路發(fā)射出無線信號，呼叫的信息就傳達到醫(yī)護站的主機那里。3、每個分機的地址不一樣，不會發(fā)生分機相互間的干擾，串碼現(xiàn)象。因為發(fā)射模塊有四個口是直接和單片機的功能口相連的，通過單片機發(fā)射高四位碼與低四位碼，至少會有2的8次方種的地址編碼。同時，地址碼還可以擴展，服務于更多的地址。4、當主機收到任意分機的呼叫信號時，語音電路便開始工作，發(fā)出語音報警，同時報警燈閃爍一下，搶占醫(yī)務人員的視覺，提示他們病房有突發(fā)呼叫情況。與此同時液晶顯示器1602的電路也同時工作，顯示出被呼叫房間，呼叫次數(shù)，告訴醫(yī)護站的醫(yī)務人員確切的病房，以便快而準的給病人提供幫助。5、當醫(yī)護人員準備去護理時，只要按下

17、主機上的回復鍵，因為按下回復鍵的同時，通過無線收發(fā)模塊的發(fā)射電路發(fā)射出信號，傳達到分機那里，分機指示燈閃爍，蜂鳴器開始工作，產(chǎn)生鳴叫，提示病人已經(jīng)收到了呼叫信號。6、病房里從機的無線收發(fā)電路的接受電路時刻在檢測有沒有從主機那里發(fā)來的回復信號，一旦檢測到主機的回復信號，發(fā)光二極管閃亮一下，表示主機已經(jīng)收到呼叫信號，醫(yī)護人員馬上就會到來。7、主機可以保存最近呼叫過的8組，當收到信號時，主機自動判別收到的數(shù)據(jù)與主機原來保存著的數(shù)據(jù)（地址）是否一樣，如果一樣則對應的地址的呼叫次數(shù)加一，應答標志清零；否則全部數(shù)據(jù)后移，以便保存剛剛收到的數(shù)據(jù)。在主機上可以通過電路板上的上翻鍵和下翻鍵來查詢最近呼叫過的和次

18、數(shù)以與是否對呼叫進行應答，應答標志若顯示為1則表示主機已經(jīng)應答，若為0表示有病房呼叫。 8、主機的語音電路部分可以任意錄音和放音，報警的語音可以是標準的讀數(shù)，也可以是一段優(yōu)美的音樂，它的錄音可以任意改變。第三章 硬件組成與設計硬件設計包括整個系統(tǒng)的電路圖，主要分主、分機的系統(tǒng)組成，還有各個模塊的詳細電路圖和其功能，涉與到的一些芯片的詳細資料。下面將整個緊急呼叫系統(tǒng)從整體到局部分別做個介紹，首先介紹的是整體電路圖，然后再對各個模塊單獨介紹。3.1整體電路圖 整體電路圖包括主機和從機電路圖，主機整個電路如下圖圖3-1所示。主機電路圖設計相對而言比較復雜，既要考慮語音芯片的電壓轉換，也要考慮到高頻收

19、發(fā)電路布線的注意事項，這是主機電路的重點與難點。經(jīng)過幾個方案的比較最終采用了可調正電壓集成穩(wěn)壓器LM317，因為它不僅價格較便宜，而且還可以設置可調電壓電路，輸出電壓也比較穩(wěn)定，紋波少，可直接將直流5V電壓轉換成語音芯片所需的3V直流電壓。圖3-1-1 主機整體電路圖從機整個電路比較簡單，其電路圖如圖圖3-1-2所示圖3-1-2 從機電路圖整個醫(yī)院緊急呼叫系統(tǒng)的電路圖就是上面的兩個圖，它包括主機的和從機的。主機和從機兩個系統(tǒng)中都用到了三極管2N3906和2N3904，它們連接在一起作為開關功能使用。其中四非門反相器MC74HC04AN的作用是防止主機一直處于同一個狀態(tài)，排阻的作用是起上拉作用，

20、增大單片機的電壓，增強模塊的發(fā)射能力。由于語音電路設計要求比較苛刻，所以設計中主機是通過語音接口與額外的語音電路板連接的。下面就依次介紹電源電路，單片機系統(tǒng)，主機功能按鍵，液晶顯示器LCD1602，語音電路和無線收發(fā)模塊。3.2電源電路因為單片機工作電壓為直流+5V，且底層電路功耗很小。電源的設計的好壞決定了電壓輸出的穩(wěn)定性，它主要解決的是整流，濾波問題。本電源的設計采用一個輸出+9V的變壓器，經(jīng)過4個穩(wěn)壓二極管IN5408橋型連接整流，便可得到比較穩(wěn)定的直流電壓，使用4700uF的大電容除去直流電壓的低頻噪聲（原則上電容越大越好），低頻濾波后采用7805三端穩(wěn)壓片穩(wěn)壓，穩(wěn)壓以后再進行一次高頻

21、濾波，以便除去電壓的高頻噪音和紋波，可采用0.1u或0.01u的小電容解決。具體電路如圖3-2：圖3-2 電源電路圖3.3主控芯片單片機單片機是電子設計中經(jīng)常用到的主控芯片，也是大家比較熟悉的芯片，本系統(tǒng)設計中采用的是型號為AT89S52的單片機，它是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、

22、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16 位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片晶振與時鐘電路。另外，AT89S52 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、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。單片機的引腳圖如圖3-3圖3-3 單片機引腳圖3.4主機功能按鍵介紹主機功能按鍵共有6個，3個用于主要模塊，其余3個用于語音芯

23、片ISD4004的有關設計。3個按鍵中，一個做回復鍵，用于回復從機；兩個用做上下翻鍵，用來查詢最近呼叫過的；語音部分的3個按鍵，一個錄音鍵，按鍵按下時便可錄音；一個放音鍵，按下時便開始放音，也可以是在有信號時自動放音；一個清除鍵，可清除重新錄放。這6個功能鍵可以完成主機的全部功能的使用。3.5液晶顯示器1602液晶屏顯示模塊與數(shù)碼管相比，它顯得更為專業(yè)，外觀更漂亮，更節(jié)約電能，顯示功能也更強大，因而設計選用液晶顯示器。液晶顯示屏以其微功耗、體積小、顯示容豐富、超薄輕巧、使用方便等諸多優(yōu)點，在儀器儀表、電子設備、家用電器等低功耗應用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應用。3.5.1電路設計本設計中用到的液晶

24、為LCM1602，這是個字符型液晶模塊，一種常用的2行16個字的液晶模塊，它的顯示功能比較豐富，通過不同的地址編碼，既可以顯示出不同的阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫，還可以顯示出常用的符號和日文假名等。每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。它的電路設計比較簡單，八個數(shù)據(jù)線口可以直接和單片機的口相連，用它的第三腳V0口接一個20K的精密滑動變阻器便可以對它的亮度進行調節(jié)，使顯示的字符更清晰。典型的結構如圖圖3-5-1圖3-5-1 液晶顯示器16023.5.2 LCM1602

25、引腳與其功能介紹 LCM1602共16個引腳，各個引腳功能如下：第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：V0為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液

26、晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。 第1516腳：為背光的陽極腳和陰極腳，如果模塊是不帶背光的，則為空腳。具體控制指令如表3-5-1表3-5-1 1602指令表序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關控制0000001DCB5光標或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標志或地址01BF計數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM）10要寫的數(shù)

27、據(jù)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)容說明：1為高電平、0為低電平3.6語音電路本設計用到的語音電路以錄音芯片為ISD4004為核心，進行外圍電路展開設計，其中還包括一個功放電路LM386，它的作用是使播放出來的語音更清晰，聲音更洪亮，配一個精密可調電阻可以對它的音量進行調節(jié)，可大可小，直到人們滿意為止。ISD4004的工作電壓為直流+3V，所以用可調正電壓集成穩(wěn)壓器LM317，通過對它的電路設計，設計出滿足語音芯片ISD4004的電壓，其壓差在負載電流為800mA時為1.2V，通過電路設計使其輸出為+3V。3.6.1語音電路圖設計語音電路的設計比較復雜，調試起來也很麻煩，而且很

28、容易受到各種噪音的干擾，影響錄放音的音質效果，即使是布線布得不恰當，也會影響音質，因此有很多地方都很需要講究。本電路的設計，在麥克風的接口處，各接一個104的小電容來對錄音時的高頻雜音、毛刺等進行過濾，在源頭上杜絕了噪音的產(chǎn)生。對于喇叭的連接，采用傳統(tǒng)的功放電路，使音質更清晰，播放效果更好。在布線方面，為了避免噪聲干擾，杜絕了布線時采用90°的直角，電源線盡量遠離ISD4004的13腳和14腳的電容，功放芯片與語音芯片擺放位置要恰當，既要考慮彼此間的電信號干擾，也要考慮到銅板的節(jié)約。由于單片機的工作電壓是+5V，而語音芯片的工作電壓是+3V，如何在同一塊板上滿足彼此的電壓也是要解決的

29、問題。經(jīng)過幾個方案的比較，最終采用了可調正三端穩(wěn)壓器LM317,通過對R1和R2兩個電阻的計算，使它最終輸出語音芯片所需的+3V的電壓。這樣的設計避免了因電壓太低芯片語音而無法工作，也避免了電壓太高而燒壞語音芯片，從而實現(xiàn)了在同一塊電路板上的不同電壓的轉換。具體電路圖如圖3-6-1，為ISD4004和LM386構成的電路圖；如圖圖3-6-2是+3V電壓轉換電路。圖3-6-1 ISD4004與LM386電路圖+3V圖3-6-2 +3V電壓轉換電路3.6.2 ISD4004簡介ISD4004是美國ISD公司推出的產(chǎn)品，器件工作電壓3V，工作電流2530mA，維持電流1A，單片錄放語音時間816mi

30、n，音質好，適用于移動機與其它便攜式電子產(chǎn)品中。芯片采用 CMOS技術，含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動靜噪與高密度多電平閃爍存貯陣列。芯片設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，每個采樣值直接存貯在片閃爍存貯器中，因此能夠非常真實、自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調和效果聲，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“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，而音質則有所下降，片信息存于閃爍存貯器中，可在斷電情況下保存 100 年(典型

31、值)，反復錄音 10 萬次。部電路圖如圖3-6-3圖3-6-3 ISD4004部電路圖一、ISD4004引腳與其功能：ISD4004共有28個引腳，如圖圖3-6-4：圖3-6-4 ISD4004引腳圖二、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,而去耦電容應盡量靠近器件。地線(VSSA,VSSD)： 芯片部的模擬和數(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。反相模擬輸入(ANA IN-)：差分驅動時,這是錄音信號的反

32、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,可驅動5K的負載。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。中斷(/INT)：本端為漏極開路輸出。ISD在任何操作(包括快進)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標志-指示ISD的錄、放操作已到達存儲器的未尾。EOM標志-只在放音中檢測到部的EOM標志時,此狀態(tài)位才置1。外部時鐘(XCLK)： 本端部有下拉元件。芯片部的采樣時鐘在出廠前已調校,誤差在 +1%。商業(yè)級芯片在整個

33、溫度和電壓圍, 頻率變化在+2.25%。工業(yè)級芯片在整個溫度和電壓圍,頻率變化在-6/+4%,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)。由于部的防混淆與平滑濾波器已設定,故上述推薦的時鐘頻率不應改變。輸入時鐘的占空比無關緊要,因部首先進行了分頻。在不外接地時鐘時,此端必須接地。三、SPI(串行外設接口)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)議的具體容為：（1）

34、 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)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，控制與地址數(shù)據(jù)也應同步從 MOSI 端移入。因此要注意移入的數(shù)據(jù)是否與器件當前進行的操作兼容。當然，也允許在一個 SPI

35、周期里，同時執(zhí)行讀狀態(tài)和開始新的操作(即新移入的數(shù)據(jù)與器件當前的操作可以不兼容)。 （8）所有操作在運行位(RUN)置 1 時開始，置 0 時結束。 （9） 所有指令都在 SS端上升沿開始執(zhí)行。四、信息快進用戶不必知道信息的確切地址，就能快進跳過一條信息。信息快進只用于放音正常的 1600 倍，遇到 EOM 后停止，然后部地址計數(shù)器加 1，指向下條信息的開始處。指令表如圖3-6-1表3-6-1 ISD4004指令表指令8位控制碼<16位地址>操作摘要POWERUP00100XXX<XXXXXXXXXXXXXXXX>上電等待TPUD后器件可以工作 SET PLAY1110

36、0XXX< A15-A0>從指定地址開始放音。后跟PLAY 指令可使放音繼續(xù)進行下去 PLAY11110XXX<XXXXXXXXXXXXXXXX>從當前地址開始放音(直至EOM或OVF)SET REC10100XXX<A15 -A0>從指定地址開始錄音。后跟 REC指令可使錄音繼續(xù)進行下去REC10110XXX<XXXXXXXXXXXXXXXX>從當前地址開始錄音(直至OVF或停止)SET MC11101XXX<A15 -A0>從指定地址開始快進。后跟MC指令可使快進繼續(xù)進行下去MC11111XXX<XXXXXXXXXXXXXX

37、XX>執(zhí)行快進，直到EOM。若再無信息，則進入OVF 狀態(tài)STOP0X110XXX<XXXXXXXXXXXXXXXX>停止當前操作STOP WRDN0X01XXXX<XXXXXXXXXXXXXXXX>停止當前操作并掉電RINT0X110XXX<XXXXXXXXXXXXXXXX>讀狀態(tài)：OVF和EOM注：快進只能在放音操作開始時選擇。3.6.3 LM386LM386是美國國家半導體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，通常被人們選做功放芯片，因為它適合于電池工作，使用外部元件少，供電圍寬（通常是4-12V），靜態(tài)電流消耗低，電壓增益寬（20-200V）等特點，很符合

38、制作功放的要求，因此備受人們的歡迎。它的使用與語音芯片電路結合起來很簡單，只需要將語音芯片的音頻輸出端外接一個阻值為20K的精密可調電阻，該電阻的劃片這一端與LM386的正極性輸入端相連接起來就可以了。這樣的設計既可以解決語音芯片音頻功率放大不夠的問題，也可以加強音質的清晰度，使得播放出來的效果更讓人滿意。這個電路的設計還應考慮一個容易忽視，但又很重要的問題，那就是喇叭的連接。如果是通過二端插座來與帶二端插頭的喇叭來連接，這樣的連接方式會帶來不少噪音，影響播放的音質。因為，插座與插頭在焊接過程中由于焊接的不均勻性，接觸的不完全性，務必帶來不少額外的噪音。因此最好采用喇叭直接焊接到LM386的電

39、壓輸出端。LM386的部電路如圖圖3-6-5所示，在圖中若1、8腳均懸空，則1.35k電阻設置電路增益為20V。圖3-6-5 LM386部電路圖LM386主要引腳功能說明如下：GAIN（1，8腳）：增益懸空引腳。如果此兩腳懸空，則增益為20V；如果兩腳之間接如一個很大的電容，則增益可以達到200V；如果再和電容串接一個電阻，增益可設置為20-200之間。IN腳（2腳）：負極性輸入腳。在單極性輸入時，此引腳接地。+ IN腳（3腳）：正極性輸入腳。在單極性輸入時，此引腳接輸入信號。GND（4腳）：接地腳。Vout（5腳）：電壓輸出腳。此引腳為音頻供放電路的輸出。Vs（6腳）：電源腳。供電圍：4-1

40、2V或者5-18V 。BYPASS（7腳）：旁路腳。此引腳可以懸空或者旁接一個大電容到地。3.7無線收發(fā)模塊無線接收有兩種，一種是超再生接收，一種是超外差接收。超再生接收由于受間歇振蕩頻率影響，頻率選低了，電路抗干擾性較好，但接收靈敏度變差了；如果選高了，靈敏度變好了，但抗干擾就變差了。而超外差是將接收到的信號加以放大，并和本機產(chǎn)生的等幅振蕩信號相減，產(chǎn)生一個固定頻率的中頻信號，這個中頻信號的幅度中包含有低頻調制的控制信號，將這個中頻信號加以兩級或三級放大，然后進行檢波，將中頻信號中所包含的低頻指令信息取出，就得到正確的遙控信號。由于中頻放大器設有自動增益控制回路，因此，它的增益可以設計得很高

41、而工作十分穩(wěn)壓，這就使得超外差接收機不論對強信號還是弱信號，都能做到基本一樣的放大倍數(shù)，也正是因為采用了中頻放大器，它的信號放大倍數(shù)可以達到很大，也就使電路的接收靈敏度大大提高，一般可達到0.1mV左右，與超再生檢波電路相比，超外差式接收模塊，無論在接收靈敏度上，還是選擇性上都有很大的提高，在抗干擾方面更加顯著。因此，本設計選用超外差接收。收發(fā)系統(tǒng)用到的收發(fā)模塊是由兩個單工的500米無外殼315MHz發(fā)射板9805-2K和315MHz無線超外差插針式鎖存型接收板9903B組成一個無線收發(fā)系統(tǒng)。發(fā)射板主控芯片是編碼芯片PT2262，接收板主控芯片解碼芯片是PT2272。3.7.1發(fā)射板發(fā)射板實物

42、圖如圖3-7-1，該發(fā)射模塊體積小，工作電壓圍極寬（3V12V），發(fā)射功率大，功耗低，廣泛應用在簡易數(shù)據(jù)無線傳輸，無線遙控，防盜報警等場合。圖3-7-1 500米無外殼315MHZ發(fā)射板9905-2K主要技術指標如下：1 工作頻率315MHz/433MHz。2 調制方式:ASK3 頻差：min±75KHz max±150KHz4 發(fā)射功率: 50mW(9V)5 工作電流：10mA（9V）6 頻率穩(wěn)定度:0.037ppm/7.  工作電壓：49V DC8 使用溫度圍：-20-+858 傳輸速率:10Kbps9 編碼格式：PT2262或者兼容芯片3.7.2接收板接收板

43、實物圖如圖3-7-2所示，它是4位數(shù)據(jù)無線接收，SH9903B 是采用生產(chǎn)的RF集成電路設計而成，超外差工作方式，SAW諧振，具有穩(wěn)定好，抗干擾強等特點, 帶有解碼IC可直接使用， 廣泛應用在要求較高的工業(yè)控制等場合。圖3-7-2 315M接收板SH9903B主要技術指標如下：1 工作頻率315MHz/433MHz。2 調制方式:ASK3 靈敏度：優(yōu)于100dBm(50)4 工作原理：超外差5 工作電流：5mA(5.0VDC)6 頻率穩(wěn)定度:0.037ppm/7.  工作電壓：45V DC±0.5V8 使用溫度圍：-20-+858 傳輸速率:9.6Kbps9 編碼格式：PT

44、2272或者兼容芯片10 天線長度：24cm（315MHz）3.7.3 編解碼芯片PT2262和PT2272PT2262/2272是普城公司生產(chǎn)的一種CMOS工藝制造的低功耗低價位通用編解碼電路，PT2262/2272最多可有12位(A0-A11)三態(tài)地址端管腳(懸空,接高電平,接低電平),任意組合可提供531441地址碼,PT2262最多可有6位(D0-D5)數(shù)據(jù)端管腳,設定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳串行輸出，可用于無線遙控發(fā)射電路。編碼電路PT2262和PT2272的第18腳為地址設定腳，可以選擇懸空、接正電源、接地三種狀態(tài)，3的8次方為6561，所以地址編碼不重復度為6561組，只有PT2

45、262和PT2272的地址編碼完全一樣，才能配對使用，生產(chǎn)廠家為了便于管理，出廠時PT2262和PT2272的八位地址編碼端全部選擇懸空，用戶如果想改變地址編碼，只要將PT2262和PT2272的18腳設置一樣即可，例如將發(fā)射機的PT2262的第1腳接地第5腳接正電源，其它引腳懸空，那么接收機的PT2272只要也第1腳接地第5腳接正電源，其它引腳懸空就能實現(xiàn)配對接收。當兩者地址編碼完全一致時，接收機對應的D1D4端輸出約4V互鎖高電平控制信號，同時VT端也輸出解碼有效高電平信號。用戶可將這些信號加一級放大，便可驅動繼電器、功率三極管等進行負載遙控開關操縱。3.7.3.1PT2262的引腳與工作

46、原理編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個完整的碼字，解碼芯片PT2272接收到信號后，其地址碼經(jīng)過兩次比較核對后，VT腳才輸出高電平，與此同時相應的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直按住按鍵，編碼芯片也會連續(xù)發(fā)射。當發(fā)射機沒有按鍵按下時，PT2262不接通電源，其17腳為低電平，所以315MHz的高頻發(fā)射電路不工作，當有按鍵按下時，PT2262得電工作，其第17腳輸出經(jīng)調制的串行數(shù)據(jù)信號，當17腳為高電平期間315MHz的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號；當17腳為低平期間315MHz的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全收控于PT2262的17腳輸出的

47、數(shù)字信號，從而對高頻電路完成幅度鍵控（ASK調制）相當于調制度為100的調幅。模塊上使用到的PT2262的引腳只有6個，18腳VCC接電源電壓，9腳接地，引腳1013腳為數(shù)據(jù)輸入端，有一個為“1”即有編碼發(fā)出，部下拉。這四個數(shù)據(jù)輸入端可直接和單片機的數(shù)據(jù)口相連，用高低電平實現(xiàn)不同的地址編碼。在位置擺放上應該遠離單片機的晶振位置，同時應盡量擺放在電路板的邊緣外，以減少電磁干擾。PT2262的外形與引腳圖如圖圖3-7-3-1圖3-7-3-1 PT2262外形與引腳圖3.7.3.2 PT2272的引腳與工作原理解碼芯片PT2272是與編碼芯片PT2262配套使用的芯片，接收模塊中只用到7個引腳接口。

48、18腳VCC接電源電壓，9腳VSS接地，17腳VT為解碼有效確認， 輸出端（常低）解碼有效則變成高電平（瞬態(tài)）。D1 D2 D3 D4地址或數(shù)據(jù)管腳,當做為數(shù)據(jù)管腳時,只有在地址碼與PT2262一致時,數(shù)據(jù)管腳才能輸出與2262數(shù)據(jù)端對應的高電平,否則輸出為低電平,鎖存型只有在接收到下一數(shù)據(jù)才能轉換。地址碼和數(shù)據(jù)碼都用寬度不同的脈沖來表示，兩個窄脈沖表示“0”；兩個寬脈沖表示“1”；一個窄脈沖和一個寬脈沖表示“F”也就是地址碼的“懸空”。PT2272的外形與引腳圖如圖3-7-3-2圖3-7-3-2 PT2272外形和引腳圖無線收發(fā)這個模塊是整個設計中的難點，在無線制作過程中，面臨了很多意想不到

49、的困難，對它的調試也不容易。布線要講究，元器件間的位置擺放也要講究，程序的調試也很麻煩。經(jīng)過幾次的失敗與總結，最終采用了以地線設置在收發(fā)模塊外，再加布銅來屏蔽干擾信號，在發(fā)射電路上采用加上拉電阻來增大它的接收能力，VT引腳接反相器來克服它不斷處于高電平的狀態(tài)。52 / 52第四章 軟件設計系統(tǒng)功能的實現(xiàn)是依靠硬件和軟件良好的結合，硬件決定了系統(tǒng)基本結構和特性，而軟件則是驅動系統(tǒng)的靈魂，兩者缺一不可，相輔相成。本系統(tǒng)的軟件分為主程序和子程序。主程序控制整個系統(tǒng)，控制和協(xié)調各個執(zhí)行模塊。子程序實現(xiàn)具體的性質功能。本設計的軟件程序包括主程序、中斷子程序、無線收發(fā)子程序、液晶顯示程序等等。4.1主機程

50、序流程圖主機主程序主要完成系統(tǒng)參數(shù)的初始化、按鍵掃描、鍵值處理、聲光報警和掃描顯示等，其主程序流程圖如圖圖4-1，接收數(shù)據(jù)中斷子程序流程圖如圖圖4-21602與相關數(shù)據(jù)初始化語音報警標志是否為1是否有鍵按下顯示數(shù)據(jù)播放報警若padd=0 flag加1若sub=0 flag減1若affirm=0 發(fā)送應答信號若k_luying=0 啟動錄音若k_fangying=0 啟動放音若k_tingzhi=0 停止錄放音YYNN圖4-1 主程序流程圖進入中斷關中斷，指示燈亮接發(fā)數(shù)據(jù)Temp是否為0x00,0x0f報警標志jieshou置1Temp是否與自己的地址一樣N呼叫次數(shù)加1應答標志清零全部數(shù)據(jù)后移保

51、存當前信息Flag=1中斷返回NYY圖4-2 主機接收數(shù)據(jù)中斷子程序流程圖4.2從機程序流程圖分機程序較簡單，其主程序流程圖與串行發(fā)射中斷子程序的流程圖分別如圖圖4-3，圖4-4初始化寄存器是否有鍵按下發(fā)送信息NY圖4-3 分機主程序流程圖進入中斷接收數(shù)據(jù)是否與本機地址一樣燈亮蜂鳴器響中斷返回NY圖4.3 分機發(fā)射數(shù)據(jù)中斷子程序流程圖第五章 系統(tǒng)測試與分析 5.1系統(tǒng)設計過程 經(jīng)過一段時間的資料查閱，明確了畢業(yè)設計的方案，也逐漸了解到了一些主要芯片的技術資料。經(jīng)過使用專業(yè)的電路制圖軟件Protel DXP來設計原理圖，然后導入PCB圖進行布線和元器件的位置擺放，其中既要考慮美觀，干擾等問題，也

52、要考慮到元器件的封裝是否和實際器件相匹配。遵守布線地線大于電源線大于信號線的原則，把幾個模塊所用到的器件集中擺放在一起，以便進行單個模塊的調試。在制作電路板的時候，在打印PCB圖之后進行壓板，如果出現(xiàn)壓制到銅板的線路不清楚或有斷開的現(xiàn)象，應用油性筆畫好補上，等油干之后采用鹽酸與酸氧水配置的藥水進行泡板。泡板之后應對廢液進行回收，保護好環(huán)境。然后打孔，對不同的封裝孔，采用不同的鉆孔針。之后用砂紙擦去銅上的碳粉，涂上用酒精和松香配置的松香水，因為這樣可以幫助焊接錫。最后是焊板，焊接時間不應太久，以免燒壞芯片或元器件，焊接時杜絕虛焊。這樣一塊電路板就制作完成了，接下來的就是單個模塊的調試。 5.2單

53、個模塊的調試 制作好硬件之后，就進行軟件編程，把兩者結合起來對每一個模塊進行調試。各個模塊包括液晶顯示器1602，語音模塊的錄放音，以與無線收發(fā)模塊的接收和發(fā)射三個大模塊。 1602的的調試相對而言是比較簡單的，只要熟悉了它的那些指令，線路連接正確，便可以顯示出數(shù)字和字符。通過對它的地址碼的編程，讓它顯示出所需要的數(shù)字，能夠進行簡單的上下翻查詢就算是成功了。剛開始的時候沒有字符顯示，但是換成別的1602就可以顯示，初步判定是不同1602對背光的要求不同，在燒入正確的1602測試程序下不斷的調節(jié)精密可調電阻的阻值之后，1602就能夠正常的顯示。實踐表明只要主機一收到來自分機的信號，液晶顯示器則自動顯示被呼叫的，被呼叫的次數(shù)。同時，還可以通過主機上的上下翻鍵來查詢最近呼叫的八組。 語音電路的調試有些復雜，不僅要能錄音，放音，