公交漢字顯示系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、分類(lèi)號(hào)分類(lèi)號(hào) 編編 號(hào)號(hào) 題目題目 公交漢字顯示系統(tǒng)公交漢字顯示系統(tǒng)硬件部分硬件部分 院院 系系 信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院專(zhuān)專(zhuān) 業(yè)業(yè) 電子信息工程電子信息工程 姓姓 名名 _ _2010 年 5 月 25 日畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)設(shè)計(jì)題目：公交車(chē)漢字顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)題目：公交車(chē)漢字顯示系統(tǒng)專(zhuān) 業(yè)：電子信息工程電子信息工程 班級(jí)學(xué)號(hào)：_200611301_200611301_姓 名: _ 指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)期限： 2010 年 3 月 1 日開(kāi)始 2010 年 5 月 28 日結(jié)束院、系： 信息工程學(xué)院 2010 年 3 月 1 日第 I 頁(yè) 共 61 頁(yè)電子信息專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)指導(dǎo)書(shū)指導(dǎo)老師 一、

2、畢業(yè)論文的目的通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)使學(xué)生了解和掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理技術(shù)；了解和掌握匯編語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)和同硬件電路的結(jié)合；了解和掌握單片機(jī)硬件電路的焊接和調(diào)試；了解和掌握繼電器、報(bào)警電路、運(yùn)算放大器、反饋網(wǎng)絡(luò)等模擬電路的分析設(shè)計(jì)。二、主要內(nèi)容一種新型的公交車(chē)自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理，以 89C51 單片機(jī)為核心，控制ISD4004 語(yǔ)音芯片及 16*16LED 點(diǎn)陣顯示模塊做漢字顯示的新方案。利用 89C51 單片機(jī)作為 CPU 來(lái)進(jìn)行總體控制，通過(guò)語(yǔ)音控制電路進(jìn)行各種提示語(yǔ)音的播放，同時(shí)使用 LED 點(diǎn)陣電路進(jìn)行漢字顯示，實(shí)現(xiàn)了公共汽車(chē)的語(yǔ)音報(bào)站以及漢字提示的功能.三、重點(diǎn)研究問(wèn)題語(yǔ)音

3、芯片驅(qū)動(dòng)使用、人機(jī)接口技術(shù)、語(yǔ)言技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)四、主要技術(shù)指標(biāo)或主要設(shè)計(jì)參數(shù)用 8051 單片機(jī)芯片實(shí)現(xiàn)完成漢字顯示報(bào)站基本功能。 LED 點(diǎn)陣使用 16*16 點(diǎn)陣；語(yǔ)音芯片使用 ISD4004-8M，可錄制 8 分鐘，錄放電路簡(jiǎn)單；用動(dòng)態(tài)掃描法進(jìn)行漢字顯示；功放電路使用 LM386,負(fù)載 80.5W, 電壓增益為 20；錄音電路使用9014，增強(qiáng)錄音效果。五、設(shè)計(jì)成果要求1熟悉 Protel、KeilC51、Proteus 軟件，并用來(lái)設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)原理圖。2學(xué)習(xí)硬件的焊接、安裝、組裝，單片機(jī)仿真器的使用。 3閱讀參考資料、文獻(xiàn)及論文，提交本設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告，設(shè)計(jì)方案不少于兩種。 4完成設(shè)計(jì)所需

4、要的編程，硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，焊接。 5系統(tǒng)電路測(cè)試與交付。六、其他 時(shí)間安排 次序周次內(nèi)容第 II 頁(yè) 共 61 頁(yè)112閱讀文獻(xiàn)資料23與設(shè)計(jì)內(nèi)容相關(guān)的學(xué)習(xí)（講課、解答、方案分析等）34完成開(kāi)題報(bào)告45學(xué)習(xí) KeilC51，Proteus 軟件，單片機(jī)原理567設(shè)計(jì)硬件電路，方案選擇論證689實(shí)現(xiàn)硬件電路，焊接調(diào)試71012編程、測(cè)試813撰寫(xiě)論文914答辯七、參考資料1新編單片機(jī)原理與應(yīng)用 潘永雄 編著 西安電子科技大學(xué)出版社 2模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第三版 童詩(shī)白 華成英 主編 高等教育出版社 3數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)第四版 閻石 主編 高等教育出版社 4匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì) 錢(qián)曉捷 主編 電子工業(yè)出

5、版社 5preteus 入門(mén)教程 6keil c51 入門(mén)教程第 III 頁(yè) 共 61 頁(yè)開(kāi)題報(bào)告 2010年 3 月 15 日學(xué)生姓名學(xué)號(hào)電子信息工程題目名稱公交車(chē)漢字顯示系統(tǒng)硬件部分課題來(lái)源老師提供主要內(nèi)容設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：一種新型的公交車(chē)自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理，以 89C52RC單片機(jī)為核心，控制 ISD4004 語(yǔ)音芯片及 16*16LED 點(diǎn)陣顯示模塊做漢字顯示的新方案。利用 89C52RC 單片機(jī)作為 CPU 來(lái)進(jìn)行總體控制，通過(guò)語(yǔ)音控制電路進(jìn)行各種提示語(yǔ)音的播放，同時(shí)使用 LED 點(diǎn)陣電路進(jìn)行漢字顯示，實(shí)現(xiàn)了公共汽車(chē)的語(yǔ)音自動(dòng)報(bào)站以及漢字提示的功能.如圖 1 所示。 圖 1：系統(tǒng)結(jié)

6、構(gòu)圖主要包括四個(gè)部分：語(yǔ)音錄放音電路、LED 點(diǎn)陣顯示、電源電路、按鍵控制電路組成。采取的主要技術(shù)路線或方法開(kāi)發(fā)方案和原理框圖是由老師引導(dǎo)提供的。具體的電路圖和線路組織連接都是需要自己設(shè)計(jì)的。整個(gè)電路的硬件及功能控制軟件是自己設(shè)計(jì)和編寫(xiě)的。一、單片機(jī)芯片：STC89C52RC 單片機(jī)芯片采用 40 引腳的雙列直插封裝方式。40 條引腳如下：1、主電源引腳 Vss 和 Vcc 第 IV 頁(yè) 共 61 頁(yè)2、外接晶振引腳 XTAL1 和 XTAL2 3、控制或與其它電源復(fù)用引腳 RST/VPD，ALE/，和/VppPROGPSENEA4、輸入/輸出引腳 P0.0 - P0.7，P1.0 - P1.

7、7，P2.0 - P2.7，P3.0 - P3.7。 P0 口（P0.0 - P0.7）是一個(gè) 8 位漏極開(kāi)路型雙向 I/O 口，在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，它是分時(shí)傳送的低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)總線，P0 口能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)八個(gè) TTL 負(fù)載。 P1 口（P1.0 - P1.7）是一個(gè)帶有內(nèi)部提升電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。能驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)四個(gè) TTL 負(fù)載。 P2 口（P2.0 - P2.7）是一個(gè)帶有內(nèi)部提升電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，它輸出高 8 位地址。P2 口可以驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)四個(gè) TTL負(fù)載。 P3 口（P3.0 - P3.7）是一個(gè)帶有內(nèi)部

8、提升電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。能驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)四個(gè) TTL 負(fù)載。P3 口還用于第二功能。二：語(yǔ)音芯片 ISD4004-8M；ISD4004 系列單片語(yǔ)音錄放電路如圖 2 所示：1、 簡(jiǎn)述單片 8 分鐘語(yǔ)音錄放內(nèi)置微控制器串行通信接口3V 單電源工作多段信息處理工作電流 25-30mA,維持電流 1A第 V 頁(yè) 共 61 頁(yè)不耗電信息保存 100 年(典型值)高質(zhì)量、自然的語(yǔ)音還原技術(shù)10 萬(wàn)次錄音周期(典型值)自動(dòng)靜噪功能片內(nèi)免調(diào)整時(shí)鐘,可選用外部時(shí)鐘ISD4004 系列工作電壓 3V,單片錄放時(shí)間 8 至 16 分鐘,音質(zhì)好,適用于移動(dòng)電話及其他便攜式電子產(chǎn)品中。芯片采用

9、CMOS 技術(shù),內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動(dòng)靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列。芯片設(shè)計(jì)是基于所有操作必須由微控制器控制,操作命令可通過(guò)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(chǔ)技術(shù), 每個(gè)采樣值直接存貯在片內(nèi)閃爍存貯器中,因此能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語(yǔ)音、音樂(lè)、音調(diào)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(shí)間越長(zhǎng),而音質(zhì)則有所下降,片內(nèi)信息存于閃爍存貯器中,可在斷電情況下保存 100 年(典型值),反復(fù)錄音 10 萬(wàn)次。三：LED 點(diǎn)陣電路；利

10、用 74HC138 對(duì) 4 塊 8*8 點(diǎn)陣進(jìn)行拼接成 16*16 的點(diǎn)陣，然后通過(guò)單片機(jī)控制，進(jìn)行漢字的顯示。電路圖如圖 3 所示：第 VI 頁(yè) 共 61 頁(yè)圖 3：LED 點(diǎn)陣電路四：電源電路由于語(yǔ)音芯片 ISD4004 的工作電壓時(shí) 3V,不同于單片機(jī)的 5V 工作電壓，所以就必須有電源電路，提供 3V 的穩(wěn)定電壓，本電路才用 LM317 電源電路，5V 進(jìn)，3V 出的一個(gè)穩(wěn)壓電路，很適合于產(chǎn)品電源。利用電容濾波，使語(yǔ)音電路噪聲減少。電路圖如圖 4 所示：圖 4：電源電路第 VII 頁(yè) 共 61 頁(yè)預(yù)期的成果及形式采用 STC89CRC52 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制功能，利用語(yǔ)音芯片 IS

11、D4004-8M 進(jìn)行語(yǔ)音設(shè)計(jì)及 74HC38 控制點(diǎn)陣顯示，通過(guò)鍵盤(pán)改變語(yǔ)音芯片工作狀態(tài)，先錄音并存儲(chǔ)，然后放音，同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)站，并同時(shí)用點(diǎn)陣進(jìn)行相關(guān)信息顯示。最終軟件調(diào)試功能測(cè)驗(yàn)，基本達(dá)到了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。時(shí)間安排第 13 周：搜集資料，確定方案；第 4 周：搜集 89C52RC、ISD4004 等器件的功能和引腳資料，熟悉單片機(jī)一般編程語(yǔ)言，為后期的設(shè)計(jì)做前期準(zhǔn)備；第 56 周：分析功能實(shí)現(xiàn)原理，利用 Protel 畫(huà)出電路圖。第 78 周：進(jìn)一步和同組人探討整個(gè)功能實(shí)現(xiàn)（包括硬件和軟件的結(jié)合）；用軟件進(jìn)行仿真測(cè)試。第 911 周：焊接出實(shí)際的電路板，測(cè)試、運(yùn)行、實(shí)現(xiàn)功能；第 1113

12、 周：匯總整個(gè)的工作流程，查資料，做論文，準(zhǔn)備答辯。指導(dǎo)教師意見(jiàn)簽 名：年 月 日備注鑒于系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和精確性，整個(gè)電路大都采用了集成電路，雖然這加大了設(shè)計(jì)的成本，并給焊接電路帶來(lái)了小麻煩，但更重要的是這給編程、電路的復(fù)雜度和調(diào)試帶來(lái)了極大的方便，能夠很好的增加程控電壓源的工作穩(wěn)定性和精度。同時(shí)由于 16*16 的點(diǎn)陣是由自己親手焊接，而且是采用的萬(wàn)能板，所以不是很美觀，但是功能基本能實(shí)現(xiàn)。第 VIII 頁(yè) 共 61 頁(yè)摘要 隨著時(shí)代的進(jìn)步，公交車(chē)已經(jīng)成為一般工薪族和學(xué)生族出門(mén)必須的交通工具。由于單片機(jī)技術(shù)以及電子語(yǔ)音技術(shù)飛速發(fā)展。目前，在公交車(chē)報(bào)站方面，也由傳統(tǒng)的人工報(bào)站，逐漸改變?yōu)槭褂?/p>

13、微電腦控制的語(yǔ)音文字報(bào)站系統(tǒng)。從以前售票員的大聲報(bào)站變成現(xiàn)在的自動(dòng)語(yǔ)音報(bào)站以及漢字提示等新型的報(bào)站系統(tǒng)，加快了現(xiàn)代化建設(shè)的進(jìn)程。是國(guó)家自動(dòng)化交通發(fā)展的標(biāo)志。本文介紹了一種新型的公交車(chē)自動(dòng)報(bào)站漢字顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理，同時(shí)提供了一種以 89C51 單片機(jī)為核心，控制 ISD4004 語(yǔ)音芯片及 LED 點(diǎn)陣顯示漢字的新方案。利用89C51 單片機(jī)作為 CPU 來(lái)進(jìn)行總體控制，通過(guò)語(yǔ)音控制電路進(jìn)行各種提示語(yǔ)音的播放，同時(shí)使用 LED 點(diǎn)陣電路進(jìn)行漢字顯示，實(shí)現(xiàn)了公共汽車(chē)的語(yǔ)音自動(dòng)報(bào)站以及漢字提示的功能，實(shí)現(xiàn)了圖文、語(yǔ)音一體化協(xié)調(diào)工作，減輕了司售人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了車(chē)輛的服務(wù)質(zhì)量，是一種科技、時(shí)尚的

14、新產(chǎn)品。同時(shí)它擺脫傳統(tǒng)電子屏線的束縛，使其應(yīng)用更加市場(chǎng)化，其流動(dòng)顯示的特點(diǎn)更為廣告界所推崇，是一種全新的媒體。ISD4004 語(yǔ)音系列芯片是美國(guó) ISD4004 公司推出的產(chǎn)品，具有多次重復(fù)錄放，存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)，使用時(shí)不需擴(kuò)充存儲(chǔ)器，所需外圍電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。本系統(tǒng)是以 C 語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，指令的執(zhí)行速度快，節(jié)省存儲(chǔ)空間。為了便于擴(kuò)展和更改，軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系更加簡(jiǎn)潔明了,使硬件在軟件的控制下協(xié)調(diào)運(yùn)作。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：89C51 單片機(jī)，LED 點(diǎn)陣顯示，語(yǔ)音芯片 第 IX 頁(yè) 共 61 頁(yè)Abstract With the progress of The Times

15、,the bus has become a general applicability and students go to the family transportation.Due to the microcontroller technology and electronic voice technology rapidly develope.At present, in the bus stops,also from the traditional artificial stops, gradually changing into using the microcomputer con

16、trol system of bus stop announcement. From before the loud voice stops of the conductor to be the new characters suggest and stops system,accelerating the process of modernization.Its the national symbol of automation transportation development. This paper introduces the design principle of a new ki

17、nd of bus automatic stops display system and provides a new plan to control ISD4004 pronunciation chip and LED dot matrix to display chinese characters by 89C51 mcu .Useing 89C51 as CPU to overallcontrol and through the speech control circuit to play various kind speech hint.Realizing the bus stops

18、and characters of the voice of function,the text, voice integration are realized coordinationly too.Reduce the labor intensity of sales personnel department, improving the quality of bus service.It is a kind of new products of technology and fashion.At the same time,it gets rid of traditional electr

19、onic screen line,to make its application become more market-oriented.The characteristics of flow shows is praised highly by advertising.it is a kind of new media.ISD4004 seriespronunciation chip is the products of ISD company,with the charactor of repeated recording, long time storage ,without expan

20、ded memory when using and simple circuit of the periphery, etc.This system based on C language for software design,the instruction execute speedly and save storage space.In order to facilitate expansion and change,the design of software adopt modular structure,make the program design of logical rela

21、tionship more concise,make the hardware under the control of the software operation harmoniously . Keywords:89C51 MCU, LED dot matrix display, pronunciation chip第 X 頁(yè) 共 61 頁(yè)目 錄摘要 .VIIIAbstract .IX1 緒論 .11.1 概述 .11.2 目的及意義 .22 總體設(shè)計(jì)的原理與實(shí)現(xiàn) .32.1 方案論證 .32.1.1 語(yǔ)音電路方案論證 .32.1.2 設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案論證 .42.2 電路原理的總體設(shè)計(jì) .5

22、3 硬件部分的設(shè)計(jì) .73.1 硬件組成部分 .73.2 相關(guān)芯片介紹 .73.2.1 STC89C52RC 單片機(jī)芯片.73.2.2 ISD4004 語(yǔ)音芯片.83.2.3 74HC138 芯片.133.2.4 LM317 芯片.143.3 硬件各部分設(shè)計(jì) .163.3.1 電源電路.163.3.2 LED 點(diǎn)陣顯示電路.173.3.3ISD4004 語(yǔ)音錄放音電路.183.3.4 按鍵控制電路.184 軟件部分的設(shè)計(jì) .20第 XI 頁(yè) 共 61 頁(yè)4.1 軟件總體設(shè)計(jì) .204.2 軟件各模塊設(shè)計(jì) .214.2.1 延時(shí)子程序 .214.2.2 ISD4004 語(yǔ)音錄放程序.224.2.

23、3 中斷控制程序 .244.2.4 LED 點(diǎn)陣漢字顯示程序.255 系統(tǒng)調(diào)試 .265.1 常見(jiàn)硬件故障調(diào)試 .265.2 軟件程序調(diào)試 .265.2.1 調(diào)試軟件KeilC51 簡(jiǎn)介.265.2.2 軟件程序測(cè)試 .275.2.3 系統(tǒng)電路功能仿真 .275.2.4 Keil 與 Proteus 對(duì)系統(tǒng)聯(lián)調(diào).285.2.5 硬件實(shí)現(xiàn) .29結(jié) 論 .31致 謝 .32參考文獻(xiàn) .33附錄外文原文及翻譯 .34附錄源程序代碼 .51附錄 原理圖 .61第 1 頁(yè) 共 61 頁(yè)1 緒論1.1 概述隨著現(xiàn)代社會(huì)的建設(shè)，公共汽車(chē)越來(lái)越為大眾所喜愛(ài)，不僅僅可以在低消費(fèi)下達(dá)到目的地，同時(shí)也能很方便的省

24、去很多的自駕麻煩。是打工族和學(xué)生族的常用交通工具。而隨著人們使用公共汽車(chē)的普遍，車(chē)輛上一般都相當(dāng)擁擠，造成許多的乘客未到站先下車(chē)或者推遲下車(chē)的情況，也加重了售票員的勞動(dòng)強(qiáng)度。隨著信息社會(huì)的到來(lái)，單片機(jī)廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)、聲學(xué)領(lǐng)域和微機(jī)技術(shù)等廣闊的領(lǐng)域。而利用單片機(jī)對(duì)語(yǔ)音芯片進(jìn)行控制可以達(dá)到語(yǔ)音報(bào)站的效果。因此，了解并掌握單片機(jī)智能控制技術(shù)工作原理及特性是非常重要的。在一些自動(dòng)語(yǔ)音報(bào)站系統(tǒng)中，廣泛采用的是通過(guò)使用語(yǔ)音芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)電路，然后通過(guò) MIC 錄音電路以及功放電路進(jìn)行語(yǔ)音的錄制與播放，同時(shí)通過(guò)單片機(jī)對(duì)語(yǔ)音芯片進(jìn)行選擇以及功能的控制，從而完成語(yǔ)音報(bào)站。但是

25、由于傳統(tǒng)的語(yǔ)音芯片的外圍電路比較復(fù)雜，所以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、易受干擾、不易控制且精度不高。因此，本系統(tǒng)用一種比較昂貴且現(xiàn)代社會(huì)才剛剛常用的一種 ISD4004 系列語(yǔ)音芯片，不需復(fù)雜的外圍電路和 AD 轉(zhuǎn)換電路能直接與單片機(jī)完成語(yǔ)音的錄制和播放，實(shí)現(xiàn)方便、精度高，可根據(jù)不同需要用于各種場(chǎng)合；為了提高對(duì)語(yǔ)音芯片的認(rèn)識(shí)和了解，尤其是對(duì) ISD4004 系列的深入研究以及其用法與用途，基于實(shí)用、廣泛和典型的原則而設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)基于 ISD4004 芯片設(shè)計(jì)的公交車(chē)漢字顯示報(bào)站系統(tǒng)，介紹了 STC89C52RC 單片機(jī)語(yǔ)音漢字顯示控制系統(tǒng)，主要是通過(guò)單片機(jī)組成的應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)完成對(duì)語(yǔ)音的錄制以及播放，漢字的

26、 LED 點(diǎn)陣顯示以及語(yǔ)音播放的控制，從而實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)對(duì)語(yǔ)音漢字的控制。在正常情況下，通過(guò) ISD4004 對(duì)語(yǔ)音報(bào)站信息進(jìn)行播放以及利用 LED 點(diǎn)陣進(jìn)行相關(guān)提示漢字的顯示，ISD4004 芯片采用 CMOS 技術(shù),內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動(dòng)靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列。芯片設(shè)計(jì)是基于所有操作必須由微控制器控制,操作命令可通過(guò)串行通信接口(SPI 或 Microwire)送入。通過(guò)單片機(jī)對(duì)報(bào)站語(yǔ)音進(jìn)行采集處理，同時(shí)設(shè)定相關(guān)漢字顯示信息；當(dāng)?shù)秸景存I按下時(shí)，該系統(tǒng)會(huì)發(fā)出到站站名及相關(guān)語(yǔ)音聲音，同時(shí)讓 LED 點(diǎn)陣進(jìn)行漢字提示信息的顯示，報(bào)站語(yǔ)音以及漢字顯示結(jié)束時(shí)等待

27、下一個(gè)到站按鍵的觸發(fā)。第 2 頁(yè) 共 61 頁(yè)1.2 目的及意義首先是設(shè)計(jì)出一種的方便實(shí)用的公交車(chē)漢字顯示報(bào)站系統(tǒng)。單片機(jī)智能控制技術(shù)廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制、智能語(yǔ)音等方面，ISD4004 系列工作電壓 3V,單片錄放時(shí)間 8 至 16分鐘,音質(zhì)好,適用于移動(dòng)電話及其他便攜式電子產(chǎn)品中。芯片采用多電平直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù), 每個(gè)采樣值直接存貯在片內(nèi)閃爍存貯器中,因此能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語(yǔ)音、音樂(lè)、音調(diào)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(shí)間越長(zhǎng),而音質(zhì)則有所下降,片內(nèi)信息存于閃爍存貯器中,可在斷電

28、情況下保存 100 年(典型值),反復(fù)錄音 10 萬(wàn)次。而本系統(tǒng)則基本完成了設(shè)計(jì)的任務(wù)要求，通過(guò) STC89C52RC 單片機(jī)語(yǔ)音錄放控制系統(tǒng)，主要是通過(guò)單片機(jī)組成的應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)完成對(duì)語(yǔ)音的采集、語(yǔ)音的存儲(chǔ)處理、提示漢字的顯示以及語(yǔ)音播放的控制，從而實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)對(duì)公交車(chē)到站的語(yǔ)音漢字顯示功能。其次，為了理論聯(lián)系實(shí)際，用大學(xué)所學(xué)的理論來(lái)進(jìn)行實(shí)際工作，將知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)力。通過(guò)大學(xué)本科四年的學(xué)習(xí)，已經(jīng)初步具有了一定的分析和設(shè)計(jì)能力。通過(guò)本次設(shè)計(jì)將大學(xué)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)地梳理，概括和總結(jié)，并綜合運(yùn)用這些所學(xué)的知識(shí)。公共汽車(chē)為外出的人們提供了方便快捷的服務(wù)，而公共汽車(chē)的報(bào)站直接影響服務(wù)的質(zhì)量。傳統(tǒng)由乘務(wù)人

29、員人工報(bào)站，該方式因其效果太差和工作強(qiáng)度太大，在很多大城市已經(jīng)被淘汰。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展和進(jìn)步，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在聲學(xué)領(lǐng)域，微機(jī)技術(shù)與各種語(yǔ)音芯片相結(jié)合，即可完成語(yǔ)音的合成技術(shù)，使得汽車(chē)報(bào)站器的實(shí)現(xiàn)成為可能，從而為市民提供了更加人性化的服務(wù)。鑒于傳統(tǒng)公交車(chē)報(bào)站系統(tǒng)的不足之處，結(jié)合公交車(chē)輛的使用特點(diǎn)及實(shí)際營(yíng)運(yùn)環(huán)境，設(shè)計(jì)了一種由單片機(jī)控制的公交車(chē)語(yǔ)音報(bào)站顯示系統(tǒng) 。 公交車(chē)語(yǔ)音報(bào)站顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是為了彌補(bǔ)人工報(bào)站的辛苦以及誤報(bào)的落后方式，進(jìn)站、出站播報(bào)站名及相關(guān)服務(wù)用語(yǔ)，為市民提供更人性化，更完善的服務(wù) 。2 總體設(shè)計(jì)的原理與實(shí)現(xiàn)2.1 方案論證本設(shè)計(jì)

30、主要是通過(guò)單片機(jī)組成的應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)完成對(duì)語(yǔ)音的錄制、語(yǔ)音的存儲(chǔ)處理、第 3 頁(yè) 共 61 頁(yè)語(yǔ)音的播放以及漢字顯示的控制，從而實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)對(duì)語(yǔ)音報(bào)站漢字顯示的控制。語(yǔ)音錄放電路有共同的特點(diǎn)：語(yǔ)音錄制播放環(huán)境復(fù)雜、現(xiàn)場(chǎng)性強(qiáng)等。若采用一般語(yǔ)音芯片采集語(yǔ)音信號(hào)，則需要設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路、A/D 轉(zhuǎn)換及相應(yīng)的接口電路，才能把語(yǔ)音芯片輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到計(jì)算機(jī)去處理。這樣，由于各種因素會(huì)造成語(yǔ)音錄放系統(tǒng)較大的偏差，會(huì)使語(yǔ)音系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降 。所以要選擇合適的方案，才能使設(shè)計(jì)得到最大的優(yōu)化。2.1.1 語(yǔ)音電路方案論證方案一：采用普通的語(yǔ)音芯片，可滿足達(dá)到報(bào)站信息錄制以及播放，但普通語(yǔ)音芯

31、片錄制語(yǔ)音效果不好，重復(fù)性差、可靠性較差，對(duì)于高頻率使用以及方便錄放時(shí)不適用。對(duì)一些語(yǔ)音內(nèi)容不固定并要求現(xiàn)場(chǎng)錄音和放音的系統(tǒng)，采用一般語(yǔ)音芯片實(shí)現(xiàn)，錄放音的質(zhì)量難以控制。而且在語(yǔ)音錄放系統(tǒng)中,采用一般語(yǔ)音芯片,比如華邦的 W90P710 系列、HELIOS 公司的 HZ24QP 系列等.但這些芯片輸出的都是模擬信號(hào),必須經(jīng)過(guò)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換和壓縮處理等才能送給單片機(jī)，從而產(chǎn)生了失真、大大降低了錄放音質(zhì)量，并不具有抗斷電、音質(zhì)差、使用不方便、不能反復(fù)錄放、需專(zhuān)用的語(yǔ)音開(kāi)發(fā)工具、不能隨意列改內(nèi)容和耗電多等缺點(diǎn)。另外, 在語(yǔ)音錄放系統(tǒng)中,采用普通語(yǔ)音芯片.外圍電路會(huì)比較復(fù)雜，而且在軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)也需要

32、用到復(fù)雜的算法，一定程度上也增加了軟件實(shí)現(xiàn)的難度。方案二：在語(yǔ)音錄放系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的語(yǔ)音芯片是將模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離采樣進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換，而為了獲得較高的語(yǔ)音錄放質(zhì)量，就必須采用措施解決由長(zhǎng)線傳輸及放大電路零點(diǎn)漂移等造成的誤差補(bǔ)償問(wèn)題。采用語(yǔ)音芯片 ISD4004 進(jìn)行語(yǔ)音的錄放，直接對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)。便于單片機(jī)處理及控制，省去傳統(tǒng)的語(yǔ)音錄放的很多外圍電路。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，此元件線形較好。對(duì)一些語(yǔ)音內(nèi)容不固定并要求現(xiàn)場(chǎng)錄音和放音的系統(tǒng)，采用一般語(yǔ)音芯片實(shí)現(xiàn)，錄放音的質(zhì)量難以控制。美國(guó) ISD（Information Storage Devices）公司的 ISD 系列芯片采用直接模擬存儲(chǔ)

33、專(zhuān)利技術(shù)，把語(yǔ)音信號(hào)以原始的模擬形式直接存儲(chǔ)在片內(nèi) EEPROM 存儲(chǔ)器中，無(wú)需進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換和壓縮處理等，從而減少了失真、大大提高了錄放音質(zhì)量，并具有抗斷電、音質(zhì)好、使用方便、可反復(fù)錄放、無(wú)需專(zhuān)用的語(yǔ)音開(kāi)發(fā)工具、能隨意列改內(nèi)容和耗電省等優(yōu)點(diǎn)，很適合于現(xiàn)場(chǎng)錄放音系統(tǒng)。而且語(yǔ)音錄放系統(tǒng)中,采用普通語(yǔ)音芯片.外圍電路會(huì)比較復(fù)雜，而是用 ISD4004 芯片直接使用簡(jiǎn)單的外圍第 4 頁(yè) 共 61 頁(yè)電路即可。而且在軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)也不需要用到復(fù)雜的算法，一定程度上也減輕了軟件實(shí)現(xiàn)的難度。采用語(yǔ)音芯片 ISD4004 系列，可以體現(xiàn)系統(tǒng)芯片化這個(gè)趨勢(shì)。部分功能電路的集成，使總體電路更簡(jiǎn)潔，搭建電路和焊接

34、電路時(shí)更快。而且，集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高語(yǔ)音錄放電路的質(zhì)量以及實(shí)用性。所以集成芯片的使用將成為電路發(fā)展的一種趨勢(shì)。本方案應(yīng)用這一語(yǔ)音芯片。2.1.2 設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案論證該系統(tǒng)主要由語(yǔ)音錄放和漢字顯示兩部分組成。下面列舉兩種實(shí)現(xiàn)方案：方案一：語(yǔ)音錄放可以使用一般的語(yǔ)音芯片，漢字顯示部分則使用比較美觀的而且內(nèi)含相當(dāng)多的字模的液晶顯示模塊?？紤]到一般語(yǔ)音芯片存儲(chǔ)的是數(shù)字信號(hào)，所以還要設(shè)計(jì)相應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。而模擬信號(hào)轉(zhuǎn)數(shù)字信號(hào)過(guò)程中，信號(hào)失真是令人傷腦筋的問(wèn)題。此方案由于使用液晶顯示模塊，需要進(jìn)行其驅(qū)動(dòng)的攥寫(xiě)，并且硬件復(fù)雜，如果信號(hào)產(chǎn)生失真，都將會(huì)導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生，難以完全清除，而且成

35、本會(huì)有較大增長(zhǎng)幅度。方案二：使用 ISD 語(yǔ)音芯片和 LED 點(diǎn)陣模塊構(gòu)成。其具有下列特點(diǎn)：具有高的語(yǔ)音錄放質(zhì)量及實(shí)用性，可重復(fù)使用；抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好；信號(hào)易于處理、傳送和自動(dòng)控制；便于現(xiàn)場(chǎng)錄制播放，播放語(yǔ)音顯示效果好安裝方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，工作可靠性高。ISD 語(yǔ)音芯片可以采用美國(guó) ISD（Information Storage Devices）公司的 ISD4004 系列芯片，這類(lèi)芯片采用直接模擬存儲(chǔ)專(zhuān)利技術(shù)，把語(yǔ)音信號(hào)以原始的模擬形式直接存儲(chǔ)在片內(nèi) EEPROM 存儲(chǔ)器中，無(wú)需進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換和壓縮處理等，從而減少了失真、大大提高了錄放音質(zhì)量，并具有抗斷電、音質(zhì)好、使用方便、可反復(fù)錄

36、放、無(wú)需專(zhuān)用的語(yǔ)音開(kāi)發(fā)工具、能隨意列改內(nèi)容和耗電省等優(yōu)點(diǎn)，很適合于現(xiàn)場(chǎng)錄放音系統(tǒng)。比較兩個(gè)方案后可以發(fā)現(xiàn)，方案二更適合于用作本系統(tǒng)的實(shí)施方案。盡管方案二不需要 A/D，但考慮到系統(tǒng)擴(kuò)充等因素，單片機(jī)可以選用 STC89C52RC。2.2 電路原理的總體設(shè)計(jì)基于 ISD4004 語(yǔ)音芯片的語(yǔ)音報(bào)站漢字顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研制過(guò)程主要包括：總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、仿真調(diào)試等幾個(gè)階段。對(duì)于總體設(shè)計(jì)，主要是畫(huà)出原理框圖、第 5 頁(yè) 共 61 頁(yè)確定出主要技術(shù)指標(biāo)。如圖 2.2.1 所示：圖 2.2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖單片機(jī)芯片是與 MCS-51 兼容的 STC89C52RC，STC89C52RC 單

37、片機(jī)帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓、高性能 8 位微處理器。語(yǔ)音錄放電路使用的是 ISD4004-8MS 以及其外圍錄放電路，外圍電路相當(dāng)簡(jiǎn)單；由于其可以進(jìn)行直接模擬信號(hào)的存儲(chǔ)，省去了信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換的相關(guān)電路，使得信號(hào)更加的穩(wěn)定、錄放音質(zhì)量好。同時(shí)單片 8 至 16 分鐘語(yǔ)音錄放，內(nèi)置微控制器串行通信接口，3V單電源工作，多段信息處理，工作電流 25-30mA,維持電流 1A，不耗電信息保存 100 年(典型值)，高質(zhì)量、自然的語(yǔ)音還原技術(shù)，10 萬(wàn)次錄音周期(典型值)，自動(dòng)靜噪功能，片內(nèi)免調(diào)整時(shí)鐘,可選用外部時(shí)鐘。利用 9014 三極管對(duì)錄制語(yǔ)音進(jìn)行放大處理，同時(shí)通過(guò) LM3

38、86 及喇叭，對(duì)輸出語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行放大播放，讓語(yǔ)音質(zhì)量以及穩(wěn)定性更加高。漢字顯示電路采用的是 16*16 LED 點(diǎn)陣顯示。一種方法屬于靜態(tài)顯示。顯然，靜態(tài)顯示需占用較多的 I/O 口線。另一種是動(dòng)態(tài)掃描顯示。通過(guò)控制各個(gè)顯示器公共陽(yáng)極輪流接高電平的辦法，逐一輪流地啟動(dòng)各個(gè) LED。動(dòng)態(tài)顯示法是目前各種單片機(jī)采用的流行方法。其優(yōu)點(diǎn)是硬件簡(jiǎn)單，“動(dòng)態(tài)”由軟件實(shí)現(xiàn)。因而選用動(dòng)態(tài)顯示的方法。電源電路是給語(yǔ)音芯片 ISD4004 提供 3V 穩(wěn)壓電源，利用 LM317，通過(guò)電阻分壓，輸?shù)?6 頁(yè) 共 61 頁(yè)出穩(wěn)定的 3V 穩(wěn)定電源，讓語(yǔ)音芯片可以正常的工作。實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音錄制播放功能。按鍵控制電路完成對(duì)語(yǔ)音

39、播放以及漢字顯示開(kāi)始的控制，通過(guò)對(duì)單片機(jī)相關(guān)引腳的高地電平的控制，從而完成對(duì)語(yǔ)音芯片的控制，從而達(dá)到完成語(yǔ)音報(bào)站漢字顯示功能。本章節(jié)方案比較后可以發(fā)現(xiàn)，完成了基于 ISD4004 的語(yǔ)音報(bào)站顯示的單片機(jī)系統(tǒng)的方案論證，選擇了更適合于用作本系統(tǒng)的實(shí)施方案，完成了電路的總體設(shè)計(jì)。3 硬件部分的設(shè)計(jì)3.1 硬件組成部分基于 ISD4004 語(yǔ)音芯片的語(yǔ)音報(bào)站漢字顯示系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要包括：（1）電源電路（為語(yǔ)音芯片提供 3V 穩(wěn)壓電源）；（2）LED 漢字顯示電路（完成漢字顯示）；（3）ISD4004 語(yǔ)音錄放電路（完成語(yǔ)音錄制放音）；（4）按鍵控制電路（完成按鍵控制播放錄音功能）（5）單片機(jī)（電路

40、的核心系統(tǒng)）五部分組成，具體的電路介紹本部分就先不第 7 頁(yè) 共 61 頁(yè)進(jìn)行詳細(xì)的介紹，在論文的硬件各部分設(shè)計(jì)中將會(huì)對(duì)各個(gè)部分的電路進(jìn)行詳細(xì)的介紹。下面我就先對(duì)硬件電路設(shè)計(jì)中使用的主要器件的技術(shù)資料進(jìn)行相關(guān)的介紹。讓我們對(duì)硬件進(jìn)行整體的了解。3.2 相關(guān)芯片介紹3.2.1 STC89C52RC 單片機(jī)芯片STC89C52RC 是 STC 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8Kb 的可反復(fù)擦寫(xiě)的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器和 512b 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用高密度，非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用中央處理器（CPU）和 F

41、lash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大 STC89C52RC 單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100000次。將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，是一種高效微控制器， STC89C52RC 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。如圖3.2.1圖 3.2.1 STC89C52RC 管腳圖STC89C52RC有P0、P1、P2、P3四個(gè)端口，共有32I/O口，P3口也可作為一些特殊功能口，如下表所示：表 3.1 P3 口的第二功能口 線第 二 功 能P3.0RXD串行數(shù)據(jù)接收（輸入）端P3.1TX

42、D串行數(shù)據(jù)發(fā)送（輸出）端P3.2INT0外部中斷 0 輸入端第 8 頁(yè) 共 61 頁(yè)P(yáng)3.3INT1外部中斷 0 輸入端P3. 4T0定時(shí)/計(jì)數(shù)器 T0 的外部輸入端P3. 5T1定時(shí)計(jì)數(shù)器 T1 的外部輸入端P3. 6WR外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通信號(hào)，低電平有效P3. 7RD外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)，低電平有效P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。STC89C52RC 單片機(jī)主要性能參數(shù)：時(shí)鐘頻率（HZ）：080M8Kash 程序存儲(chǔ)器512 內(nèi)程序存儲(chǔ)器(RAM)2 個(gè)數(shù)據(jù)指針3 個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 T0/T14 個(gè) 8 位輸入輸出接口(P0P3),共 32 根 I/O 口線8

43、個(gè)中斷源4 個(gè)優(yōu)先級(jí)看門(mén)狗電路3.2.2 ISD4004 語(yǔ)音芯片Winbond 公司的 ISD 系列語(yǔ)音芯片采用了“直接模擬量存儲(chǔ)”(DAST)專(zhuān)利技術(shù)，信號(hào)無(wú)需經(jīng)過(guò) D/A，A/D 轉(zhuǎn)換，數(shù)字壓縮和語(yǔ)音合成等復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理過(guò)程，減少了失真，使其聲音存貯效果較以前產(chǎn)品有大幅提高，實(shí)際試聽(tīng)主觀評(píng)價(jià)可以達(dá)到磁帶錄音機(jī)的水平，是目前市場(chǎng)上錄放效果最好的語(yǔ)音電路之一。 ISD4004 語(yǔ)音芯片采用 CMOS 技術(shù)，內(nèi)含晶體振蕩器、防混疊濾波器、平滑濾波器、自動(dòng)靜噪、音頻功率放大器及高密度多電平閃爍存儲(chǔ)陳列等(見(jiàn)圖)，因此只需很少的外圍器件就可構(gòu)成一個(gè)完整的聲音錄放系統(tǒng)。芯片設(shè)計(jì)是基于所有操作由微

44、控制器控制，操作命令通過(guò)串行通信接口(SPI 或 Micwire)送入。采樣頻率可為 4.0kHz、 5.3kHz、6.4kHz、8.0kHz 頻率越低，錄放時(shí)間越長(zhǎng)，而音質(zhì)則有所下降。片內(nèi)信息存于閃爍存儲(chǔ)器中，可在斷電情況下保存 100 年(典型值) 反復(fù)錄 10 萬(wàn)次。器件工作電壓3，工作電流 2530mA，維持電流 1uA，單片錄放語(yǔ)音時(shí)間 816min，音質(zhì)好，適用于移動(dòng)電話機(jī)及其它便攜式電子產(chǎn)品中。如圖 3.2.2.1、圖 3.2.2.2 所示。第 9 頁(yè) 共 61 頁(yè)圖 3.2.2.1：ISD4004 系列語(yǔ)音芯片內(nèi)部框圖圖 3.2.2.2 ISD4004 系列語(yǔ)音芯片外部引腳圖1

45、、 簡(jiǎn)述單片 8 分鐘語(yǔ)音錄放內(nèi)置微控制器串行通信接口3V 單電源工作多段信息處理工作電流 25-30mA,維持電流 1A不耗電信息保存 100 年(典型值)高質(zhì)量、自然的語(yǔ)音還原技術(shù)10 萬(wàn)次錄音周期(典型值)第 10 頁(yè) 共 61 頁(yè)自動(dòng)靜噪功能片內(nèi)免調(diào)整時(shí)鐘,可選用外部時(shí)鐘ISD4004 系列工作電壓 3V,單片錄放時(shí)間 8 至 16 分鐘,音質(zhì)好,適用于移動(dòng)電話及其他便攜式電子產(chǎn)品中。芯片采用 CMOS 技術(shù),內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動(dòng)靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列。芯片設(shè)計(jì)是基于所有操作必須由微控制器控制,操作命令可通過(guò)串行通信接口(SPI 或 Micro

46、wire)送入。芯片采用多電平直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù), 每個(gè)采樣值直接存貯在片內(nèi)閃爍存貯器中,因此能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語(yǔ)音、音樂(lè)、音調(diào)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(shí)間越長(zhǎng),而音質(zhì)則有所下降,片內(nèi)信息存于閃爍存貯器中,可在斷電情況下保存 100 年(典型值),反復(fù)錄音 10 萬(wàn)次。2、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(yīng)盡量靠近器件。地線

47、:(VSSA,VSSD) 芯片內(nèi)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(hào)的同相輸入端。輸入放大器可用單端或差分驅(qū)動(dòng)。單端輸入時(shí),信號(hào)由耦合電容輸入,最大幅度為峰峰值 32mV,耦合電容和本端的3K 電阻輸入阻抗決定了芯片頻帶的低端截止頻率。差分驅(qū)動(dòng)時(shí),信號(hào)最大幅度為峰峰值16mV，為 ISD33000 系列相同。反相模擬輸入(ANA IN-) 差分驅(qū)動(dòng)時(shí),這是錄音信號(hào)的反相輸入端。信號(hào)通過(guò)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(qū)動(dòng) 5K 的負(fù)載。片選(SS) 此端為低,即向該 ISD4004 芯片發(fā)送指令，兩

48、條指令之間為高電平。串行輸入(MOSI) 此端為串行輸入端，主控制器應(yīng)在串行時(shí)鐘上升沿之前半個(gè)周期將數(shù)據(jù)放到本端,供 ISD 輸入。串行輸出(MISO) ISD 的串行輸出端。ISD 未選中時(shí),本端呈高阻態(tài)。串行時(shí)鐘(SCLK) ISD 的時(shí)鐘輸入端,由主控制器產(chǎn)生,用于同步 MOSI 和 MISO 的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)在 SCLK 上升沿鎖存到 ISD,在下降沿移出 ISD。中斷(/INT) 本端為漏極開(kāi)路輸出。ISD 在任何操作(包括快進(jìn))中檢測(cè)到 EOM 或 OVF時(shí),本端變低并保持。中斷狀態(tài)在下一個(gè) SPI 周期開(kāi)始時(shí)清除。中斷狀態(tài)也可用 RINT 指第 11 頁(yè) 共 61 頁(yè)令讀取。OV

49、F 標(biāo)志-指示 ISD 的錄、放操作已到達(dá)存儲(chǔ)器的未尾。EOM 標(biāo)志-只在放音中檢測(cè)到內(nèi)部的 EOM 標(biāo)志時(shí),此狀態(tài)位才置 1。行地址時(shí)鐘(RAC) 漏極開(kāi)路輸出。 每個(gè) RAC 周期表示 ISD 存儲(chǔ)器的操作進(jìn)行了一行(ISD4004 系列中的存貯器共 2400 行)。該信號(hào) 175ms 保持高電平,低電平為 25ms?？爝M(jìn)模式下,RAC 的 218.75s 是高電平,31.25s 為低電平。該端可用于存儲(chǔ)管理技術(shù)。外部時(shí)鐘(XCLK) 本端內(nèi)部有下拉元件。芯片內(nèi)部的采樣時(shí)鐘在出廠前已調(diào)校,誤差在+1%內(nèi)。商業(yè)級(jí)芯片在整個(gè)溫度和電壓范圍內(nèi), 頻率變化在+2.25%內(nèi)。工業(yè)級(jí)芯片在整個(gè)溫度和電

50、壓范圍內(nèi),頻率變化在-6/+4%內(nèi),此時(shí)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(shí)鐘(如前表所列)。由于內(nèi)部的防混淆及平滑濾波器已設(shè)定,故上述推薦的時(shí)鐘頻率不應(yīng)改變。輸入時(shí)鐘的占空比無(wú)關(guān)緊要,因內(nèi)部首先進(jìn)行了分頻。在不外接地時(shí)鐘時(shí),此端必須接地。自動(dòng)靜噪(AMCAP) 當(dāng)錄音信號(hào)電平下降到內(nèi)部設(shè)定的某一閾值以下時(shí),自動(dòng)靜噪功能使信號(hào)衰弱,這樣有助于養(yǎng)活無(wú)信號(hào)(靜音)時(shí)的噪聲。通常本端對(duì)地接 1mF 的電容,構(gòu)成內(nèi)部信號(hào)電平峰值檢測(cè)電路的一部分。檢出的峰值電平與內(nèi)部設(shè)定的閾值作比較,決定自動(dòng)靜噪功能的翻轉(zhuǎn)點(diǎn)。大信號(hào)時(shí),自動(dòng)靜噪電路不衰減,靜音時(shí)衰減 6dB。1mF 的電容也影響自動(dòng)靜噪

51、電路對(duì)信號(hào)幅度的響應(yīng)速度。本端接 VCCA 則禁止自動(dòng)靜噪。3、SPI(串行外設(shè)接口)ISD4004 工作于 SPI 串行接口。SPI 協(xié)議是一個(gè)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(dòng)作,因此對(duì) ISD4004 而言,在時(shí)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)議的具體內(nèi)容為：.所有串行數(shù)據(jù)傳輸開(kāi)始于 SS 下降沿。.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。.數(shù)據(jù)在時(shí)鐘上升沿移入,在下降沿移出。.SS 變低,輸入指令和地址后,ISD 才能開(kāi)始錄放操作。.指令格式是(8 位控制碼)加(16 位地

52、址碼)。.ISD 的任何操作(含快進(jìn))如果遇到 EOM 或 OVF,則產(chǎn)生一個(gè)中斷,該中斷狀態(tài)在下一個(gè) SPI 周期開(kāi)始時(shí)被清除。.使用讀指令使中斷狀態(tài)位移出 ISD 的 MISO 引腳時(shí),控制及地址數(shù)據(jù)也應(yīng)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(dāng)前進(jìn)行的操作兼容。當(dāng)然,也允許在一個(gè) SPI 周期里,同時(shí)執(zhí)行讀狀態(tài)和開(kāi)始新的操作(即新移入的數(shù)據(jù)與器件當(dāng)前的操作可以第 12 頁(yè) 共 61 頁(yè)不兼容)。.所有操作在運(yùn)行位(RUN)置 1 時(shí)開(kāi)始,置 0 時(shí)結(jié)束。.所有指令都在 SS 端上升沿開(kāi)始執(zhí)行。(一)信息快進(jìn)用戶不必知道信息的確切地址,就能快進(jìn)跳過(guò)一條信息。信息快進(jìn)只用于放音

53、模式。放音速度是正常的 1600 倍,遇到 EOM 后停止,然后內(nèi)部地址計(jì)數(shù)器加 1,指向下條信息的開(kāi)始處。(二)上電順序器件延時(shí) TPUD(8kHz 采樣時(shí),約為 25 毫秒)后才能開(kāi)始操作。因此,用戶發(fā)完上電指令后,必須等待 TPUD,才能發(fā)出一條操作指令。例如,從 00 從處發(fā)音,應(yīng)遵循如下時(shí)序:1. 發(fā) POWERUP 命令;2. 等待 TPUD(上電延時(shí));3. 發(fā)地址值為 00 的 SETPLAY 命令;4. 發(fā) PLAY 命令。器件會(huì)從此 00 地址開(kāi)始放音,當(dāng)出現(xiàn) EOM 時(shí),立即中斷,停止放音。如果從 00 處錄音,則按以下時(shí)序:1. 發(fā) POWER UP 命令;2. 等待

54、TPUD(上電延時(shí));3. 發(fā) POWER UP 命令4. 等待 2 倍 TPUD;5. 發(fā)地址值為 00 的 SETREC 命令;6. 發(fā) REC 命令。器件便從 00 地址開(kāi)始錄音,一直到出現(xiàn) OVF(存貯器末尾)時(shí),錄音停止。3.2.3 74HC138 芯片74HC138 是一款高速 CMOS 器件，74HC138 引腳兼容低功耗肖特基 TTL（LSTTL）系列。如圖 3.2.3.1 所示。 第 13 頁(yè) 共 61 頁(yè)圖 3.2.3.1：74HC138 外部引腳圖74HC138 譯碼器可接受 3 位二進(jìn)制加權(quán)地址輸入（A0, A1 和 A3），并當(dāng)使能時(shí)，提供 8 個(gè)互斥的低有效輸出（Y

55、0 至 Y7）。74HC138 特有 3 個(gè)使能輸入端：兩個(gè)低有效（E1 和 E2）和一個(gè)高有效（E3）。除非 E1 和 E2 置低且 E3 置高，否則 74HC138 將保持所有輸出為高。利用這種復(fù)合使能特性，僅需 4 片 74HC138 芯片和 1 個(gè)反相器，即可輕松實(shí)現(xiàn)并行擴(kuò)展，組合成為一個(gè) 1-32（5 線到 32 線）譯碼器。任選一個(gè)低有效使能輸入端作為數(shù)據(jù)輸入，而把其余的使能輸入端作為選通端，則 74HC138 亦可充當(dāng)一個(gè) 8 輸出多路分配器，未使用的使能輸入端必須保持綁定在各自合適的高有效或低有效狀態(tài)。74HC138 與 74HC238 邏輯功能一致，只不過(guò) 74HC138 為

56、反相輸出。CD74HC138 ，CD74HC238 和 CD74HCT138 ， CD74HCT238 是高速硅柵 CMOS 解碼器，適合內(nèi)存地址解碼或數(shù)據(jù)路由應(yīng)用。74HC138 作用原理于高性能的存貯譯碼或要求傳輸延遲時(shí)間短的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),在 高性能存貯器系統(tǒng)中,用這種譯碼器可以提高譯碼系統(tǒng)的效率。將快速賦能電路用于高速存貯器時(shí),譯碼器的延遲時(shí)間和存貯器的賦能時(shí)間通常小于存貯器的典型存取時(shí)間,這就是說(shuō)由肖特基鉗位的系統(tǒng)譯碼器所引起的有效系統(tǒng)延遲可以忽略不計(jì)。HC138 按照三位二進(jìn)制輸入碼和賦能輸入條件,從 8 個(gè)輸出端中譯出一個(gè) 低電平輸出。兩個(gè)低電平有效的賦能輸入端和一個(gè)高電平有效的賦

57、能輸入端減少了擴(kuò)展所需要的外接門(mén)或倒相器,擴(kuò)展成 24 線譯碼器不需外接門(mén);擴(kuò)展成 32 線譯碼器,只需要接一個(gè)外接倒相器。在解調(diào)器應(yīng)用中,賦能輸入端可用作數(shù)據(jù)輸入端。功能表如圖 3.2.3.2 所示。第 14 頁(yè) 共 61 頁(yè)圖 3.2.3.2：74HC138 引腳功能表3.2.4 LM317 芯片LM317 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路。LM117/LM317 的輸出電壓范圍是 1.2V 至 37V，負(fù)載電流最大為 1.5A。它的使用非常簡(jiǎn)單，僅需兩個(gè)外接電阻來(lái)設(shè)置輸出電壓。此外它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo) 準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。LM117/LM317 內(nèi)置有過(guò)載保護(hù)、安

58、全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路。通常 LM117/LM317 不需要外接電容，除非輸入濾波電容到 LM117/LM317 輸入端的連線超過(guò) 6 英寸（約 15 厘米）。使用輸出電容能改變瞬態(tài)響應(yīng)。調(diào)整端使用濾波電容能得到比標(biāo)準(zhǔn)三端穩(wěn)壓器高的多的紋波抑制比。LM117/LM317 能夠有許多特殊的用法。比如 把調(diào)整端懸浮到一個(gè)較高的電壓上，可以用來(lái)調(diào)節(jié)高達(dá)數(shù)百伏的電壓，只要輸入輸出壓差不超過(guò) LM117/LM317 的極限就行。當(dāng)然還要避免輸出端短路。還 可以把調(diào)整端接到一個(gè)可編程電壓上，實(shí)現(xiàn)可編程的電源輸出。 特性簡(jiǎn)介: 可調(diào)整輸出電壓低到 1.2V。保證 1.5A 輸出電流。典型線性調(diào)整率 0.01

59、%。典型負(fù)載調(diào)整率 0.1%。80dB 紋波抑制比。輸出短路保護(hù)。過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)。調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)三端晶體管封裝。 電壓范圍:LM117/LM317 1.25V 至 37V 連續(xù)可調(diào)。其封裝形式如圖 3.2.4.1 所示： 第 15 頁(yè) 共 61 頁(yè)圖 3.2.4.1：LM317 封裝管腳如圖 3.2.4.2 所示。圖 3.2.4.2：LM317 引腳分布LM317 工作原理：LM317 的輸入最同電壓為 30 多伏，輸出電壓 1.5-32V.電流第 16 頁(yè) 共 61 頁(yè)1.5A.不過(guò)在用的時(shí)候要注意功耗問(wèn)題.注意散熱問(wèn)題。LM317 有三個(gè)引腳.一個(gè)輸入一個(gè)輸出一個(gè)電壓調(diào)節(jié)。輸入

60、引腳輸入正電壓,輸出引腳接負(fù)載, 電壓調(diào)節(jié)引腳一個(gè)引腳接電阻(200 左右)在輸出引腳,另一個(gè)接可調(diào)電阻(幾 K)接于地.輸入和輸出引腳對(duì)地要接濾波電容.LM317 應(yīng)用電路圖如圖 3.2.4.3：圖 3.2.4.3：LM317 應(yīng)用電路圖當(dāng)穩(wěn)壓器離電源濾波器有一定的距離是 Cn 是必需的 Cn 對(duì)穩(wěn)定性而言不必要；但改進(jìn)瞬態(tài)響應(yīng) Vout=1.25V(1+R2/R1)+IadjR2因?yàn)?Iadj 控制在小于 100ua，這一項(xiàng)的誤差在多數(shù)應(yīng)用鐘可忽略。3.3 硬件各部分設(shè)計(jì)3.3.1 電源電路由于語(yǔ)音芯片 ISD4004 的工作電壓時(shí) 3V,不同于單片機(jī)的 5V 工作電壓，所以就必須有電源電