智能儀表的語音報警功能硬件電路設計

1、智能儀表的語音報警功能硬件電路設計智能儀表的語音報警功能硬件電路設計摘要摘要本文講述了基于mcs-51語言單片機at89c51與isd4000系列語音芯片相結(jié)合實現(xiàn)語音錄放功能。該語音報警系統(tǒng),以at89c51單片機為主控單元,采用了美國isd 公司isd4000 系列語音芯片isd4000 設計了該系統(tǒng)的語音錄放電路,對硬件電路的設計及軟件的編程作了較為詳細的闡述。首先介紹了此系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀、設計背景、設計要求、及工作原理.此后，本文確定了機型及器件的選擇，并對所使用各種芯片的功能與特性進行了詳細介紹；論述了系統(tǒng)硬件設計過程，系統(tǒng)硬件電路設計、硬件設計結(jié)構(gòu)框圖.最后中具體論述了報警控制等接口

2、的軟、硬件調(diào)試。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞: 自動語音報警系統(tǒng)；報警系統(tǒng)；單片機；語音芯片abstractabstractthis text has told the design of the intelligent “automatic warning system of security “of the house on the basis of the district and realized.have introduced the development background, meaning, system function and design method of this system i

3、n the introduction at first. after this, this text describe the systematic hardware design process in chapter two, confirmed the choices of the model and device, have described the systematic hardware circuit design, hardware project organization block diagram and carried on the detailed introductio

4、n to the function and characteristic of various kinds of chips used; analyze the course that develops of software design , especially main program , gathering and showing the workflow of the subprogram and warning subprogram especially in chapter three. key words: the voice auto alarm system; annunc

5、iatorsystem; microcontroller; voice chip.緒緒 論論文章介紹了一種智能儀器語音報警功能的設計和實現(xiàn)，并對其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、硬件構(gòu)成、軟件設計等進行了論述。,該系統(tǒng)實現(xiàn)了各種環(huán)境下的安全監(jiān)控及報警功能，有效解決了防盜問題和許多不安全問題的發(fā)生，對其它無人值守的系統(tǒng)均有一定的實用價值。以 mcs-51 系列單片機 at89c51 為核心，數(shù)字語音錄放電路、通話電路，以及其他的外圍輔助電路，構(gòu)成了一款高性能的智能語音報警器。配合各種無線傳感器，可實現(xiàn)防盜、防火等安防功能。mcs-51 語言單片機 at89c51 采集設備的各種信息，根據(jù)不同設備和傳感器，可以是壓力、

6、流量、溫濕度、電壓、電流等，然后與預先存儲在單片機內(nèi)的閾值比較，若超出正常范圍，則通過電話機撥號電路撥打維護人員的固定或移動電話，等待撥通后再控制isd4000 構(gòu)成的數(shù)碼語音電路播放相對應的故障信息。維護人員聽到信息后根據(jù)故障優(yōu)先級作相應處理。 目目 錄錄1 1 智能語音報警的發(fā)展現(xiàn)狀智能語音報警的發(fā)展現(xiàn)狀 .1 11.1 設計背景及思路 .11.2 硬件電器件的選定 .11.3 cpu 的選用.21.4 語音芯片的選定 .22.2.系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)工作原理 .3 32.1 isd4000 芯片介紹 .32.1.1 isd4000 引腳圖 .32.1.2 主要引腳介紹 .32.1.3 isd

7、4000 芯片優(yōu)點 .42.1.4 isd4000 工作原理與功能特性 .52.1.5 在智能控制中的典型應用.52.1.6 isd4000 語音芯片在語音報站器中的應用 .52.2 演示程序功能 .63 3 硬件電路設計硬件電路設計 .7 73.1 at89c51 單片機及其擴展.73.1.1 at89c51 的內(nèi)部框圖及性能參數(shù) .73.1.2 at89c51 的主要引腳功能說明 .73.1.3 at89c51 芯片引腳 .83.2 復位電路設計 .113.3 復位電路圖 .113.4 時鐘電路設計 .113.5 語音錄放電路 .123.6 功率放大器的選定 .123.6.1 功放電路設計

8、.133.7 看門狗電路設計 .143.8 智能語音報警程序及電路圖 .154 4 語音系統(tǒng)軟件設計語音系統(tǒng)軟件設計 .17174.1 語音錄放電路軟件的實現(xiàn) .174.2 程序主框圖 .176.6. 結(jié)束語結(jié)束語 .2222參考文獻參考文獻 .2323 智能儀表的語音報警功能硬件電路設計 11 1 智能語音報警的發(fā)展現(xiàn)狀智能語音報警的發(fā)展現(xiàn)狀智能語音報警系統(tǒng)是針對于人們在現(xiàn)實生活中遇到的一些不安全問題的防患與通知裝置。配合各種無線傳感器，可實現(xiàn)防盜、防火安防功能，有效解決了防盜問題和許多不安全問題的發(fā)生。它能智能的區(qū)分各種警情、自動數(shù)字語音電話報警。由于智能語音報警的這些功能，因此，在現(xiàn)實社

9、會中越來越受到人們的重視和認可，所以設計智能語音報警功能實現(xiàn)裝置是目前很需要的。1.11.1 設計背景及思路設計背景及思路器件功能介紹：isd 系列語音芯片是美國 isd 公司推出的產(chǎn)品。該系列語音芯片采用多電平直接接模擬存儲（chip corder）專利技術(shù)，聲音不需要 a/d 轉(zhuǎn)換和壓縮，每個采樣值直接存儲在片內(nèi)的閃爍存儲器中，沒有 a/d 轉(zhuǎn)換誤差，因此能夠真實、自然地再現(xiàn)語音、音樂及效果聲。避免了一般固體錄音電路量化和壓縮造成的量化噪聲和金屬聲。isd4000 語音芯片采用 cmos 技術(shù)，內(nèi)含晶體振蕩器、防混疊濾波器、平滑濾波器、自動靜噪、音頻功率放大器及高密度多電平閃爍存儲陣列等，

10、因此只需很少的外圍器件就可構(gòu)成一個完整的聲音錄放系統(tǒng)。芯片設計是基于所有操作由微控制器控制，操作命令通過串行通信接口（spi 或 microwire）送入。采樣頻率可為4.0hz、5.3hz、6.4hz、8.0khz，頻率越低，錄放時間越長，而音質(zhì)則有所下降。片內(nèi)信息存于內(nèi)爍存儲器中，可在斷電情況下保存 100 年（典型值）反復錄音 10 萬次。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 816min，音質(zhì)好，適用于移動電話機及其它便攜式電子產(chǎn)品中。近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制日新月益更新。在實時檢測和自動控制的單

11、片機應用系統(tǒng)中，單片機往往是作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應用對象特點的軟件結(jié)合，以作完善。隨著信息技術(shù)飛速發(fā)展，報警系統(tǒng)已進入一個高科技、智能化的時代。隨著人們安全防范意識的提高，自動報警越來越受到重視。本文介紹的報警系統(tǒng)只要接上適當?shù)膫鞲衅骱驼Z音芯片就可組成智能語音報警系統(tǒng)?，F(xiàn)在智能語音報警系統(tǒng)越來越受到人們的重視，人們對報警器功能和性能方面的要求也越來越高。本文提出一種基于 mcs-51 語言單片機 at89c51 與 isd4000 系列語音芯片相結(jié)合的智能語音報警器。1.21.2 硬件電器件的選定硬件電器件的選定有了對語音報警的初

12、步認識，我懂了電路的工作原理，即如何在不同的環(huán)境下實現(xiàn)報警功能。為達到系統(tǒng)設計的技術(shù)指標，且作到廉價、便鞋、智能化、易操作的目的，對系統(tǒng)設計定出初步設計思路。2下面給出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 1-1 所示：看看門門狗狗電電路路開開關(guān)關(guān)控控制制電電路路功功放放電電路路單單片片機機語語音音芯芯片片圖 1-1 硬件電路結(jié)構(gòu)框圖1.31.3 cpucpu 的選用的選用單片機是該系統(tǒng)設計實現(xiàn)中的核心,而采用低功耗且價格合適的單片機是單片機的選擇因素之一，考慮到系統(tǒng)的技術(shù)要求,我采用 atmel 公司的 at89c51 單片機。mcs-51 系列的 at89c51 單片機是美國 atmel 公司生產(chǎn)的低電壓,高性

13、能 cmos8 位單片機，它有 8k 的 eeprom，無需擴展外部存儲器。256 字節(jié)的 ram 和 32 線 i/o 口，完全可以滿足本系統(tǒng)的要求。體積比 at89c51 小很多，功能強大的 at89c51 單片機適合于較多簡單控制應用場合。1.41.4 語音芯片的選定語音芯片的選定語音芯片在該電路中決定了報警裝置是否能達到報警的要求，語音芯片音質(zhì)也是非常重要的，選擇標準錄放音的簡單實用性也是要考慮的還有就是芯片的存儲功能。語音芯片 isd4000 采用先進的模擬數(shù)字語音存儲技術(shù)，音質(zhì)好，無須 a/d 轉(zhuǎn)換，可錄制 20 秒的語音信息，可分段存儲信息，采用總線技術(shù)，適宜與單片機接口,另外，

14、它是零功率信息存儲方式，斷電情況下，信息可保留 10 年以上；易于使用，可隨意改變錄音內(nèi)容，錄放次數(shù)達 10 萬次以上。在本系統(tǒng)中，用戶通過電話機將各種警情語音和用戶的地址語音(便于與 110 聯(lián)網(wǎng))分段錄入到 isd4000 中。6 種警情(或?qū)?6 個防區(qū))共62 秒=12 秒，地址語音 8 秒。電源交、直流兩用，jk1 為交流供電，612v；jk4 的vc 為供電，515v。帶線路輸出，可外接高保真功放，jk2 輸出，幅度 100mv。直接推動喇叭 416w，功率輸出 0.31w。 智能儀表的語音報警功能硬件電路設計 32.2.系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)工作原理本息統(tǒng)由 at89c51 單片機、

15、isd4000 語音芯片（結(jié)構(gòu)、屬性、管腳） 、stot 開關(guān)、max1232 看門狗組成。開關(guān)控制錄放音，看門狗則在第一次錄放后進行復位，所錄音則由單片機控制輸入語音芯片，語音芯片則與功放電路相連經(jīng)揚聲器放出聲音本系統(tǒng)具有錄放功能, 相關(guān)的報警語音信息按照分段的形式提前錄制好。報警系統(tǒng)的觸發(fā)信號為plc 控制繼電器輸出的 32 路開關(guān)量, 在開關(guān)量輸出點亮報警指示燈的同時對錯誤故障和控制狀態(tài)進行語音報警。為了防止 plc 的干擾, 本系統(tǒng)使用獨立于整機控制系統(tǒng)的電源, 并且對 plc 輸出的 32 路開關(guān)量信號進行了光電隔離。原理框圖如 2-1 所示：圖2-1 原理框圖2.12.1 isd4

16、000isd4000 芯片介紹芯片介紹2.1.12.1.1 isd4000isd4000 引腳圖引腳圖isd4000 內(nèi)部引腳圖如圖 2-2 所示：圖 2-2 isd4000 引腳圖2.1.22.1.2 主要引腳介紹主要引腳介紹電源(vcca，vccd): 為使噪聲最小，芯片的模擬和數(shù)字電路使用不同的總線，并且分別引到外封裝不同管腳上，模擬和數(shù)源端最好分別走線，盡可能在靠近供電端處相連，而去耦合電容盡量靠近器件。 地線(vssa，vssd)：芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線。幾個 vssa 盡量在引腳焊盤上相連，并用低阻通路連到電源上，vssd 也用低阻通路連到電源上。4同相模擬輸入(

17、ana in+): 錄音信號的同相輸入端，輸入放大器可用單端或差分驅(qū)動。單端輸入時，信號由耦合電容輸入，最大幅度為峰峰值 32mv，耦合電容 和 本端的 3k電阻輸入阻抗決定芯片頻帶的低端截止頻率。差分驅(qū)動時，信號最大幅度為峰峰值 16 mv。反相模擬輸入(ana in-): 差分驅(qū)動時，這是錄音信號的反輸入端。信號通過耦合電容輸入，最大幅度為峰峰值 16 mv，本端的標稱輸入阻抗為 56k,單段驅(qū)動時，本端通過電容接地，兩種方式下，anain+、anain-端的耦合電容值應相同。音頻輸出(audout): 提供音頻輸出，可驅(qū)動 5k 的負載。片選(ss): 此低，即向該isd4000 芯片發(fā)

18、送指令，兩條指令之間為高電平。串行輸入(mosi): 此端為串行輸入端，主控制器應在串行時鐘上沿之前半個周期將數(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，本端呈高阻態(tài)。串行時鐘(sclk): isd 的時鐘輸入端，由主控制器產(chǎn)生，用于步 mosi 和 miso 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)輸。數(shù)據(jù)在 sclk 上升沿鎖存到 isd，在下降沿移出 isd。中斷（/int）: 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 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 is

19、d 錄、放操作已到達存儲器的末尾。eom 標志只在放音中檢測到內(nèi)部的eom 標志時，此狀態(tài)位置 1。行地址時鐘(rac): 漏極開路輸出。每個 rac 周期表示 isd 存儲的操作進行了一行（isd4000 系列中的存儲器共 600 至 2400 行） 。該信號 175ms 保持高電平，低電平為25ms?？爝M模式下，rac 的 218.75us 是高電平 31.25us 為低電平。該端用于存儲管理技術(shù)。 外部時鐘(xclk): 本端內(nèi)部有下拉元件，芯片內(nèi)部的晶振時鐘 出前已調(diào)校，誤差在1%內(nèi)。商業(yè)級的芯片在整個溫度和電壓內(nèi),其頻率變化在2.25%內(nèi)。工業(yè)級芯片在整個溫度和電壓范圍內(nèi),頻率變化在

20、-6/+4%內(nèi)，建議使用穩(wěn)壓電源。若要求更高精度，可本端輸入外部時鐘(如前表所列） 。由于內(nèi)部的防混淆及平滑濾波已設定，故上述推薦的時鐘頻率不應改變。輸入時鐘的占空比無緊要，因內(nèi)部首先進行了分頻。在不外接時鐘時，此端必須接地。自動靜噪(amacp): 當錄音信號電平下降到內(nèi)部設定的某一閾值下時，自動靜噪功能使信號衰減，這樣有助于減小無信號（靜音）時的噪聲。通常，本端對地接 1uf 的電容，構(gòu)成內(nèi)部信號電平的檢測電路的一部分。檢出的峰值電平與內(nèi)部設定的閾值作比較， 定自動靜噪功能的翻轉(zhuǎn)點。大信號時，自動靜噪電路不衰減，靜時衰減 6db。1uf 的電容也影響自動靜噪電路對信號幅度的響應速度。本端接

21、 vcca 則禁止自動靜噪。2.1.32.1.3 isd4000isd4000 芯片優(yōu)點芯片優(yōu)點isd4000 是一種采用 chipcorder 專利技術(shù)的語音芯片。此芯片無須 a/d 轉(zhuǎn)換和壓縮就可以直接儲存，沒有 a/d 轉(zhuǎn)換誤差，在一個記錄位（bit）可存儲 250 級聲音信號， 智能儀表的語音報警功能硬件電路設計 5相當于通常的 a/d 記錄的 8 倍。片內(nèi)集成了晶體振蕩器、麥克前置放大器、自動增益控制等，只要很少的外圍器件，就可以構(gòu)成個完整聲音錄放系統(tǒng)。本文介紹了 isd4000 的原理、特點、功能及其在智能控制系統(tǒng)中的應用。 isd4000 是美國 isd 公司制造的一種新款語音芯

22、片。與 isd 其它系列語音產(chǎn)品不同的是，isd4000 是一種微控制器“從”設備，而“主”控制器可以是內(nèi)置有 spi 兼容接口的微控制器，也可以用 i/o 仿真 spi 通信協(xié)議。isd4000 系列工作電壓為 3v，單片錄放時間為 816 分鐘，音質(zhì)好，適用于移動電話及其它便攜式電子產(chǎn)品中。該芯片采用cmos 技術(shù)，內(nèi)含振蕩器、抗混疊濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列。芯片的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。isd4000 采用多電平直接模擬量存儲技術(shù)，每個采樣值直接存貯在片內(nèi)閃爍存貯器中，因此能非

23、常真實、自然地再現(xiàn)語音、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，錄放時間越長，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） ，反復錄音 10 萬次。2.1.42.1.4 isd4000isd4000 工作原理與功能特性工作原理與功能特性isd4000 聲音錄放采用 cchipcorder 專利技術(shù)，即無須 a/d 轉(zhuǎn)換和壓縮就可以直接儲存，沒有 a/d，在個記錄轉(zhuǎn)換誤差位（bit）可存儲 250 級聲音信號，相當于通常的a/d 記錄的 8 倍。2.1.52.

24、1.5 在智能控制中的典型應用在智能控制中的典型應用本系統(tǒng)是以單片機語音處理芯片及報警傳感器為基礎(chǔ)，利用公共電話網(wǎng)絡建立起來的智能家居服務系統(tǒng)。它具有以下主要功能：(1)家電控制功能：打電話在通過密碼校驗后，在語音的提示下，進行遠程控制家電、查詢其工作狀態(tài)及家電定時操作。(2)電話錄音功能：可來電留主及用戶自己錄音。(3)自動語音報警功能：在無的情況下，監(jiān)控系統(tǒng)檢測到非法闖入，能自動拔打報警電話。在叫通后，能接報警信息以語音的形式發(fā)送出去。由上可以看到，在整個家居服務系統(tǒng)中，要多次實現(xiàn)語音提示，應答，查詢等功能。這些功能的實現(xiàn)是靠單片機 at89c51 與 isd4004 之間的通訊來完成的。

25、2.1.62.1.6 isd4000isd4000 語音芯片在語音報站器中的應用語音芯片在語音報站器中的應用isd4000 語音系列芯片是美國 isd 公司推出的產(chǎn)品，具有可多次重復錄放、存儲時間長、使用時不需擴充存儲器、所需外圍電路簡單等特點。介紹了 isd4000 芯片在語音報站器中的一個實際應用，并說明了其功能和使用方法，從而使讀者對 isd40000 芯片的使用有個初步的了解。關(guān)于該語音芯片的引腳說明以及內(nèi)部電路等，很容易在 isd 公司6提供的芯片資料中查到，筆者就不進行過多的描述，只簡單地對其特點做一介紹。 與普通的錄音重放芯片相比，isd4000 具有如下特點：首先，記錄聲音沒有

26、段長度限制，并且聲音記錄不需要 a/d 轉(zhuǎn)換和壓縮；其次，將快速閃存作為存儲介質(zhì)，無需電源即可保存數(shù)據(jù)長達 100 年，重復記錄 10000 次以上；此外，isd4000 具有記錄時間長（可達16 分鐘，本文采用的為 8 分鐘的 isd4000 語音芯片）的優(yōu)點；最后，isd4000 的開發(fā)應用具有所需外圍電路簡單的優(yōu)點，這一點從本文介紹的其在語音報站器中的實際應用可以體會到。語音報站器硬件電路設計 目前市場上流通的語音報站器，大多采用的不是sd4000 系列的芯片，這與其剛推出不久以及價格偏高有關(guān)。但隨著 isd4000 應用的增多以及價格的回落，再加上 isd4000 系列芯片本身的優(yōu)點，

27、可以相信，在語音報站器中采用 isd4000 系列語音芯片是完全可行的。筆者設計了該裝置的硬件電路，并進行了上車調(diào)試，取得了較為滿意的效果。isd4000 系列工作電壓 3v,單片錄放時間 8 分鐘至 16 分鐘,音質(zhì)好,適用于移動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、自動靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列。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(shù), 每個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、自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)和

28、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(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),反復錄音 10 萬次。2.22.2 演示程序功能演示程序功能 (1)錄音跳線插在”rec”一側(cè)是錄音狀態(tài)，按住”start”鍵不放，指示燈亮即可對著板上話筒講話錄音，松鍵時錄音停止并形成一段。再按則錄下一段。按”stop”鍵為復位，再錄音時又從第一段開始。(2)放音跳線插在”play”一側(cè)是放音狀態(tài)，按一下”start”鍵即播放一段，一段結(jié)束后自動停止放音，再按”

29、start”則播放下一段按”stop”鍵為復位。(3)音源音源方式可由板載 mic 做為音源輸入設備，也可選擇線路（line in）錄音，由跳線選擇。使用線路錄音時，將短路叉取下，音頻線直接接到左側(cè)兩插針上，信號幅值請參考 isd4000 系列芯片說明。 智能儀表的語音報警功能硬件電路設計 73 3 硬件電路設計硬件電路設計3.13.1 atat89c5189c51 單片機及其擴展單片機及其擴展 at89c51 是一種帶 4k 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（fperom-flash programmable and erasable read only memory)的低電壓，高性能 cmo

30、s8 微處理器，俗稱單片機。部件包括中央處理器、數(shù)據(jù)存儲器 ram、程序存儲器 rom、定時器/計數(shù)器和多種 i/o 接口電路。3.1.13.1.1 at89c51at89c51 的內(nèi)部框圖及性能參數(shù)的內(nèi)部框圖及性能參數(shù) at89c51 內(nèi)部框圖如圖 3-1 所示：圖 3-1 at89c51 的內(nèi)部框圖cpu 主要性能參數(shù): 外接電源電壓：5v（穩(wěn)壓） 外接喇叭：416 歐姆，0 .5w 工作電流：2530ma ( 錄音)，5080ma (放音) 靜態(tài)工作頻率:0hz-24mhz 2kb 可編程 flash 存儲器（可擦寫 1000 次） 128 字節(jié)內(nèi)部 ram 2 個 16 位定時/計數(shù)器

31、8 3.1.23.1.2 at89c51at89c51 的主要引腳功能說明的主要引腳功能說明（1）電源引腳 vcc40電源端 gnd20接地（2）定時器/計數(shù)器 at89c51 如圖 3-2 所示，內(nèi)部有兩個 16 位的可編程定時/計數(shù)器，記為 t0 和 t1。16位是指他們都是 16 位的觸發(fā)器構(gòu)成，可編程是指它們的工作方式由指令來設定，或者但計數(shù)器來使用，或者當定時器來用，并且計時的范圍也可以有指令來設置。這種控制功能通過定時器的方式控制寄存器 tmod 來完成的，如果需要，定時器在計到規(guī)定的定時值時可以向 cpu 發(fā)出中斷申請，從而完成某種定時功能。在計數(shù)狀態(tài)下同樣也可以申請中斷。定時器

32、控制寄存器 tcon 用來負責啟動定時的啟動，停止以及中斷管理。在定工作中，時鐘由單片機內(nèi)部提供，及系統(tǒng)時鐘經(jīng)過 12 分頻后作為定時器的時鐘。計數(shù)工作時，時鐘脈沖有 t0 和 t1 輸入。（3）中斷系統(tǒng)所謂中斷，是指當計算機執(zhí)行正常程序時，系統(tǒng)中出現(xiàn)某些緊急需要處理的異常情況和特殊請求時，cpu 暫時執(zhí)行現(xiàn)行程序，轉(zhuǎn)去對隨即發(fā)生的更緊迫的事件進行處理，處理完畢后，cpu 自動返回原來的程序繼續(xù)執(zhí)行。 at89c51 的中斷系統(tǒng)允許五個獨立的中斷源，即兩個外部中斷申請，兩個定時/計數(shù)器中斷以及一個串行口中斷。中斷允許軟件設計不需要關(guān)心系統(tǒng)其他部分定時要求，算術(shù)程序不需要考慮隔幾個指令檢查 i/

33、o 設備是否需要服務。相反，算術(shù)程序編寫時好像有無限時間作算術(shù)運算而無其它工作在進行。若其它事件需要服務時，則通過中斷告訴系統(tǒng)。 外部中斷申請通過 int0 和 int1(即 p3.2 和 p3.3)口輸入，輸入方式可以是電平觸發(fā)（低電平有效） ，也可以是邊沿觸發(fā)（下降沿有效） 。兩個定時器中斷請求是當定時器溢出時向 cou 提出的，即當定時器有狀態(tài) 1 轉(zhuǎn)為全是 0 時提出的。第二個中斷請求是由串口發(fā)出的，串口每發(fā)送完一個數(shù)據(jù)或者接受完一個數(shù)據(jù)，就可以提出一次中斷請求。3.1.33.1.3 at89c51at89c51 芯片引腳芯片引腳 智能儀表的語音報警功能硬件電路設計 9圖 3-2 at

34、89c51 芯片引腳（1）芯片引腳vcc: 提供電壓gnd: 接地p0 口： p0 口為一個 8 位漏極開路雙向 i/o 口。每角可以吸收 8ttl 門電流。當 p1 口的管腳第一次寫以時，被定為高阻輸入。p0 能夠用于外部程序存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 fiash 編程時，p0 口作為為源碼輸入口，當 flash 進行校驗時，po 口輸出原碼，此時 p0 必須被拉高。p1 口：p1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 為雙向 i/o 口，p1 口能緩沖能接收輸出 4ttl 門電流。p1 口管腳寫入一后，被內(nèi)部上拉為高，可作為輸入，被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上

35、拉的原因。在 flash 編程和校驗時，p1 口作為第八位有效地址接收。p2 口： p2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 ttl門電流，當 p2 口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。因此作為輸入時，p2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，p2 口輸出地址為高八位。當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，p2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2 口在flash 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。p3 口： p3 口管腳是 8 個內(nèi)

36、部上拉電阻的雙向 i/o 口，可接收輸出 4 個 ttl 門電流。當 p3口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并作為輸入。p3.1 txd （并行輸出口）p3.2 /into (外部中斷 0)p3.3 /int1 (外部中斷 1)p3.4 t0 (計時器 0 外部輸入)p3.5 t1 (計時器 1 外部數(shù)入)p3.6 /wr (外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)p3.7 /rd （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）rst: 復位輸入。當振蕩器復位期間時，要保證 rst 腳兩個機器周期的高電平時間。ale/prog:10 當訪問外部存儲器時，地址所存允許的輸出電平用于所存地址的地位字節(jié)。在flash 編程期間，此

37、引腳用于輸入編程脈沖。/psen:當/ea 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh）,不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式為 1 時，/ea 將內(nèi)部鎖定為 reset，當/ea 保持高電平時，此間為內(nèi)部程序存儲器。在 liash 編程期間，此引腳也用于施加 12v 編程電源。xtal1: 反相振蕩放大器的輸入以及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。xatal2: 來自反相振蕩器的輸出。（2）外接晶體引腳 xtal119 xtal218 xtal1 是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，xtal2 則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應直接加到 xtal1，而 xtal2 懸空。內(nèi)

38、部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為 12mhz，時鐘頻率就為 6mhz。晶振的頻率可以在 1mhz-24mhz 內(nèi)選擇。電容取 30pf 左右。型號同樣為 89c51 的芯片，在其后面還有頻率編號，有 12,16,20,24mhz 可選。大家在購買和選用時要注意了。如 89c51，24pc 就是最高振蕩頻率為 24mhz,40p6 封裝的普通商用芯片。 （3）復位 rst 在振蕩器運行時，有兩個機器周期（24 個振蕩周期）的高電平出在此引腿時，將使單片機復位，只要這個腳保持高電平，51 芯片便循環(huán)復位。復位后 p0p3 口均置 1 引腳表現(xiàn)為高電平，程序計數(shù)器和特殊功能寄存器 sf

39、r 全部清零。當復位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為 rom 的 00h 處開始運行程序。（4）其它的控制或復位引腳1) ale/prog 30 訪問外部存儲器時，ale（地址鎖存允許）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ale 端仍以不變的頻率輸出脈沖信號(此頻率是振蕩器頻率的 1/6)。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，出現(xiàn)一個 ale 脈沖。對 flash 存儲器編程時，這個引腳用于輸入編程脈沖 prog。 2) psen 29 該引是外部程序存儲器的選通信號輸出端。當 at89c51 由外部程序存儲器取指令或常數(shù)時，每個機器周期輸出 2 個脈沖即兩次有效。但訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將

40、不會有脈沖輸出。 3) ea/vpp31 外部訪問允許端。當該引腳訪問外部程序存儲器時，應輸入低電平。要使 at89c51 只訪問外部程序存儲器（地址為 0000h-ffffh）,這時該引腳必須保持低電 智能儀表的語音報警功能硬件電路設計 11平。對 flash 存儲器編程時，用于施加 vpp 編程電壓。vpp 電壓有兩種，類似芯片最大頻率值要根據(jù)附加的編號或芯片內(nèi)的特征字決定。3.23.2 復位電路設計復位電路設計 單片機在啟動運行時都需要進行復位操作，以便使 cpu 和系統(tǒng)中的其它部件都處于某一確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。at89c51 單片機有一個引腳 rst，它是施密特觸發(fā)器

41、的輸入端，其輸出端接復位電路的輸入。復位信號是高電平有效，其有效時間應持續(xù) 24 個振蕩脈沖周期（即二個機器周期）以上，若使用頻率為 6mhz 的晶振，則復位信號持續(xù)時間應超過 4s 才能完成復位操作。復位之后，使ale、psen、p0、p1、p2 口的輸出均為高電平（即為輸入狀態(tài)） ，復位后，內(nèi)部復位電路圖（如圖 3-3 所示） 。rst 變?yōu)榈碗娖胶?，便又退出復位狀態(tài)。cpu 從初始化工作，由狀態(tài)表可知，復位后：程序寄存器為 0000h 開始執(zhí)行程序，內(nèi)部 ram 不受復位影響。復位有電復位和按鍵手動復位兩種。按鍵手動復有電平方式和脈沖方式兩種。本次設計中，為方便人的操作，采用按鍵手動復位

42、的按常用的復位電路。3.33.3 復位電路圖復位電路圖 圖 3-3 復位電路圖 看按鍵按下去之后 rst 是高還是低。按下去是高就是高有效，右邊按下去是低就是低有效。原理如圖 3-3，先不管按鍵，看上電復位的情況通電瞬間電容可以當短路,所以rst 腳為高電平。隨著電容充電，穩(wěn)定后 vcc 的電壓實際上是加在電容上的。電容下極板也就是 rst 腳最終為 0v。這樣 rst 持續(xù)一段時間高電平后最終穩(wěn)定在低電平，高電平持續(xù)時間由 rc 時間常數(shù)決定。這就是上電高電平復位按鍵按下去就相當于上電那一瞬，讓電容短路。3.43.4 時鐘電路設計時鐘電路設計at89c51 的 xtal1、xtal2 引腳之

43、間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器這就是組成里的時鐘電路。如圖 3-4 所示：12圖 3-4 時鐘電路 時鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過觸發(fā)器進行二分頻之后，才能為單片機的時鐘脈沖信號。一般電容 c1 和 c2 取 30pf 左右。晶體的振蕩頻率范圍是 1.2 mhz12mhz。振蕩頻率高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也高，單片機運行也就快，但反過來運行速度快對存儲器的速度要求就高，對印刷電路板的工藝要求也高（線間寄生電容要?。?。在本次設計中，選取晶振頻率為 60mhz,c1 和 c2 的值均為 30pf。3.53.5 語音錄放電路語音錄放電路利用語音錄放芯片 isd4000 的語音存儲功能，

44、預先將報警信息存入 isd4000 中，單片機控制摘/掛操作的同時，根據(jù)檢測到通話方的狀態(tài)，準時合理的控制 isd4000 進行語音錄放，實現(xiàn)語音報警功能。整個電路按功能分成兩部分來設計：語音重放電路部分和錄音部分。錄/放音狀態(tài)顯示“地址及狀態(tài)顯示”部分的數(shù)碼管右下角的3 個小數(shù)點從左到右依次分別顯示“試聽”、“拷貝1”、“拷貝2”的錄/放音狀態(tài)。在錄/放音過程中，如小數(shù)點連續(xù)閃動，表明錄/放音狀態(tài)正常。如停止閃動則表明錄/放音過程有誤，當前語音數(shù)據(jù)丟失，應重新錄制。錄音： 跳線插在rec一側(cè)是錄音狀態(tài)，按住“an”鍵不放，指示燈亮即可對著板上話筒講話錄音，松鍵時錄音停止并形成一段。在按則錄下

45、一段。按“stop”鍵為復位，錄音從第一段開始。放音：跳線插在“piay”一側(cè)是放音狀態(tài)，按住“an”鍵即播放一段，一段結(jié)束后自動停止放音，在按則播放下一段。按“stop”鍵為復位，放音從第一段開始.3.63.6 功率放大器的選定功率放大器的選定音頻功率放大器選定要考慮電壓的要求；外圍元件的多少；功率的大??；電壓增益的調(diào)整范圍。lm386 是美國國家半導體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，主要應用于低電壓消費類產(chǎn)品。為使外圍元件最少，電壓增益內(nèi)置為 20。但在 1 腳和 8 腳之間增加一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調(diào)為任意值，直至 200。輸入端以地位參考，同時輸出端被自動 智能儀表的語音報警功能

46、硬件電路設計 13偏置到電源電壓的一半，在 6v 電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為 24mw,使得 lm386 特別適用于電電池供電場合。3.6.13.6.1 功放電路設計功放電路設計（1）lm386 簡介 : lm386 是美國國家半導體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，主 要應用于低電壓消費類產(chǎn)品。為使外圍元件最少，電壓增益內(nèi)置為 20。但在 1 腳和 8 腳之間增加一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調(diào)為任意值，直至 200。輸入端以地位參考，同時輸出端被自動偏置到電源電壓的一半，在 6v 電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為 24mw,使得 lm386 特別適用于電池供電的場合。 lm386 的封裝形式有塑

47、封 8 引線雙列直插式和貼片式。（2）特性 (features):靜態(tài)功耗低，約為 4ma,可用于電池供電。 工作電壓范圍寬，4-12v or 5-18v。 外圍元件少。 電壓增益可調(diào)，20-200。 低失真度。（3）腳位排列圖如圖3-5 所示：圖 3-5 lm386 腳位排列圖（4） 功放電路圖如圖 3-6 所示:14圖 3-6 功放電路圖3.73.7 看門狗電路設計看門狗電路設計看門狗電路采用 max1232，它是一種集看門狗、電壓監(jiān)控和串行 eeprom 三種功能于一身的可編程電路。它內(nèi)部的 512 字節(jié)的 eeprom 用來存放無線探頭的編碼和一些系統(tǒng)設置參數(shù)。max1232 可提供

48、1,000,000 次擦寫. 和 100 年的數(shù)據(jù)保存期。無線編碼接收采用常見的超再生接收模塊，頻率 315mhz,ask 方式，不含解碼芯片 pt2272(采用軟件解碼)，與無線探頭端的編碼芯片 pt2262 對應，有 312 種編碼，保證了有足夠的保密性。模塊的信號輸出端直接接到單片機的 p1.1 進行軟件解碼。max232 是由美國 dallas 公司生產(chǎn)的微處理器監(jiān)控電路，采用 8 腳 dip 封裝，如圖3-7 所示。 圖 3-7 max1232 監(jiān)控器各引腳功能如下： pbrst：按鈕復位輸入端; td：看門狗定時器延時設置端； tol：5或 10電壓監(jiān)測選擇端； gnd：電源地；p

49、brsttdtolgndvcc st rst1 rst2 智能儀表的語音報警功能硬件電路設計 15 rst1：高電平有效復位輸出端； rst2：低電平有效復位輸出端； st：周期輸入端; vcc：電源。3.83.8 智能語音報警電路圖智能語音報警電路圖及原理及原理利用語音錄放芯片 isd4000 的語音存儲功能，預先將火警信息存入 isd4 中，單片機控制摘/掛操作的同時，根據(jù)檢測到通話方的狀態(tài)，準時合理的控制 isd4000 進行語音錄放，實現(xiàn)語音報警功能。上述的報警語音信息，用戶須預先錄入語音芯片。錄入的方法很簡單：系統(tǒng)的面版上設有錄音鍵和麥克風，在按下了錄音鍵后，用戶可直接對著麥克風說出

50、報警信息，例如“請注意，家中有不明身份者闖入”等等。另外用戶還須預先通過鍵盤設置待撥電話號碼（既報警電話） 。 語音報警原理圖如圖 3-8 所示:圖 3-8 語音報警原理圖 利用以單片機at89c51 為主控單元的語音報警電路如圖3-10所示,在該電路中,主要有錄放音電路、報警信號采集電路、以及負位，功放電路等組成。3.5 錄放音電路設計在錄音電路中,錄音時,用ana in+端錄音的音質(zhì)最佳,失真最小。首先應將錄/放(play/rec)開關(guān)調(diào)為錄音(rec)位置,然后按下s3鍵不放即開始錄音,此時,連接到p2.7口的led 燈被點亮, 對傳聲器說話, 當按鍵松開時一段錄音結(jié)束,led 燈熄滅后

51、,一段錄音完成。再按下s3鍵即開始第二段錄音,如此錄音、分段,直到芯片錄滿溢出時自動停止。如果在錄音過程中發(fā)現(xiàn)不滿意,按下s2鍵即可從頭重錄。當全部錄音完畢后,按動s2鍵一下(led 燈隨之閃爍一次)將錄/放開關(guān)調(diào)至放音(play)位置,即可開始模擬放音了。在放音電路中,輸出端選用低電壓通用集成功率放大器lm 386 的典型應用電路作為揚器件與16電路聲器的驅(qū)動電路,該典型電路中,lm 386 的1,8 腳間外接10 f 的旁路電容可以使電路的放大倍數(shù)提高到200 倍。每按動一下s3鍵即放音一段,從第一段開始逐段播放,到最后一段時停止,按下s2鍵復位后系統(tǒng)會在第一段重新播放。 智能儀表的語音報

52、警功能硬件電路設計 174 4 語音系統(tǒng)軟件設計語音系統(tǒng)軟件設計4.14.1 語音錄放電路軟件的實現(xiàn)語音錄放電路軟件的實現(xiàn)此部分電路是采用美國 isd4000 單片機語音錄放集成電路作為語音控制與錄放語音電路的核心部分。isd4000 的輸出端的信號送至音頻放大電路 lm386 進行放大，再經(jīng)隔離變壓器偶和到電話電路，用戶可以從電話聽到系統(tǒng)控制語音芯片發(fā)出的提示進行相應的操作。isd4000 是工作于 spi 串行接口，因此應遵循 spi 協(xié)議，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 的下降動作，因此對 isd4000而言，在時鐘上升沿鎖存

53、mosi 引腳的數(shù)據(jù)，在下降沿將數(shù)據(jù)送至 msio 引腳。4.24.2 程序主框圖程序主框圖isd4000 語音軟件工作程序主框圖如圖 4-1 所示：圖 4-1 isd4000 工作程序框圖中斷服務等待測試錄放音系統(tǒng)復位停止錄音開始錄音結(jié)束端口初始化初始化18部分語音程序:ss bit p3.4 ;片選sclk bit p3.5 ;isd4000 時鐘mosi bit p3.3 ;數(shù)據(jù)輸入int bit p1.7 ;中斷busy bit p3.7 ;忙信號work bit p3.2 ;執(zhí)行;初始化 org 0000h ; ajmp main ; org 0003h; ljmp intser o

54、rg 0030h main: mov sp,#60h ; mov p1,#0ffh mov p3,#0ffh ; setb p3.7 clr ea mov 20h,#00h ;isd 低位地址 mov 21h,#00h ;isd 高位地址maii: acall dstop ;isd 掉電mas1: setb p1.6 clr p1.6 jb work, mas1 lcall dey jb work, mas1mas2: setb p1.6 clr p1.6 jnb work, mas2 lcall dey jnb work, mas2 lcall up ;isd 上電 mov a, p1 an

55、l a, #3fh mov r3, a lcall setmc 智能儀表的語音報警功能硬件電路設計 19 lcall mc cjne r3, #00h, remc ljmp zer0 ； if r3=0remc: lcall mc djnz r3, remczero: clr busy lcall play setb busy ljmp mas1 setplay 16 位從指定地址放音 11100 發(fā) setplay: mov a,20h ；發(fā)地址 a7-a0 acall isdx ； mov a,21h ；發(fā)地址 a9-a8 acall isdx ； mov a,#0e0h ；發(fā) 11100

56、 xxxxxxxx acall isdx setb ss ；關(guān)片選setp2: setb p1.6 clr p1.6 jnb p3.1, rstt jb int, setp2 rstt: lcall stopp retplay 8 位從當前地址放音 11110 play: mov a,#0f0h ；發(fā) 11110 xxxxxxxx acall isdx ；發(fā) setb ss ；關(guān)片選play2: setb p1.6 clr p1.6 jnb p3.1, rst jb int, play2 rst: lcall stopp ret20isd 上電 up: mov a,#20h ；發(fā) 00100

57、xxxxxxxxxxx acall isdx ； setb ss ；關(guān)片選 lcalldelay ret ；停止當前操作 8 位stopp: mov a,#30h ；發(fā) 0x11 0xxx lcall isdx ； setb ss ；關(guān)片選 lcall delay ret ；停止當前操作掉電 8 位dstop: mov a,#10h ；發(fā) 0x010 xxxxxxxxxx acall isdx ； setb ss ；關(guān)片選 ret ；;isd3300,4003 spi 寫入程序 8 位 數(shù)據(jù)在 aisdx: clr ss ；開片選 mov r6, #8 ； clr sclk ；時鐘 sclk=

58、0isd1: mov c, acc.0 ； mov mosi,c ；數(shù)據(jù)寫 mosi nop nop nop setb sclk ；時鐘 sclk=1 rr a nop nop nop ； clr sclk ；時鐘 sclk=0 djnz r6, isd1 ； ret ； 智能儀表的語音報警功能硬件電路設計 21;從指定地址快進 11101xxx 發(fā) setmc: mov a,20h ;發(fā)地址 a7-a0 acall isdx ; mov a,21h ;發(fā)地址 a15-a8 acall isdx ; mov a,#0e8h ;發(fā) 11101 xxxxxxxx acall isdx setb ss ;關(guān)片選 ret;mc 8 位;從當前地址快進 11111xxx mc: mov a,#0f8h ;發(fā) 11111 xxxxxxxx acall isdx ;發(fā) setb ss ;關(guān)片選 mc2: setb p1.6 clr p1.6 jb int, mc2 r