公交車站自動(dòng)報(bào)站器的設(shè)計(jì)

PAGEPAGE27公交車站自動(dòng)報(bào)站器的設(shè)計(jì)摘要根據(jù)STC89C51單片機(jī)的特點(diǎn)和公交車報(bào)站器的特點(diǎn)，本文提出了一種用單片機(jī)控制語(yǔ)音芯片進(jìn)行公交車語(yǔ)音自動(dòng)報(bào)站的方法，同時(shí)給出了軟硬件設(shè)計(jì)的方法，設(shè)計(jì)過程中包括硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序編寫兩個(gè)方面，解釋了單片機(jī)在應(yīng)用過程中的方法和可能出現(xiàn)的問題。本文主要介紹硬件電路設(shè)計(jì)部分。利用STC89C52和ISD1730語(yǔ)音芯片建立語(yǔ)音信息庫(kù)，形成變化多樣的語(yǔ)音信息，利用其功放播放語(yǔ)音信息以及提示語(yǔ)音，同時(shí)運(yùn)用LCD1602型號(hào)的液晶模塊進(jìn)行站數(shù)顯示。當(dāng)公交車到達(dá)某站點(diǎn)，用鍵盤控制本系統(tǒng)工作，通過語(yǔ)音電路輸出語(yǔ)音信息和提示，同時(shí)站數(shù)信息在LCD1602液晶模塊上進(jìn)行顯示。整個(gè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)包括鍵盤電路、復(fù)位電路、液晶顯示電路、語(yǔ)音播報(bào)模塊，時(shí)鐘模塊。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)STC89C51；LCD1602液晶顯示；ISD1730語(yǔ)音電路；DS1302時(shí)鐘；按鍵AbstractAccordingtothecharacteristicsoftheSCMSTC89C51Andthecharacteristicsofthebusstop,ThispaperproposedamethodtouseMicrocontrollertocontrolthevoicechipconductAutomaticstopofbusvoice,AndgivenmethodofHardwareandsoftwaredesign,thedesignprocessincludingthetwoaspectsoftheHardwarecircuitdesignandsoftwareprogramming,ExplainedthemethodofthemicrocontrollerintheapplicationprocessandProblemsthatmayariseThispaperdescribesthehardwarecircuitdesignpart,UseSTC89C52andISD1730voicechiptoestablishavoicelibrary，F(xiàn)ormDiveUseofitspoweramplifierplaybackvoicemessagesandvoicepromptsrsevoicemessages,AtthesametimetheuseoftheLCD1602modelsofLCDmoduletothenumberofstations.Whenthebusarrivedasite,thatthesystemiscontrolledusingthekeyboard,AnduseVoicecircuitoutputvoiceinformationandtips,andthestationnumberinformationontheLCD1602LCDmoduledisplay.Thehardwaredesignoftheentiresystem,includingkeyboardcircuit,resetcircuit,LCDcircuit,voicebroadcastmodule,clockmodule.Keyword：MicrocontrollerSTC89C51;LCD1602Liquidcrystaldisplay;ISD1730Voicechip;DS1302Clock;Button目錄TOC\o"1-4"\h\u214201.引言 175451.1課題研究的背景及意義 1191861.2設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)任務(wù) 153342.總體方案的設(shè)計(jì) 1100902.1本設(shè)計(jì)的原理 1105912.2硬件方案的選擇 259202.2.1語(yǔ)音芯片的選澤 2207202.2.2顯示模塊的選擇 2165012.2.3時(shí)鐘芯片的選澤 2267463.控制方案的介紹與分析 3256993.1單片機(jī)的選擇與外圍電路的設(shè)計(jì) 3198833.1.1關(guān)于STC89C51單片機(jī) 340903.1.2復(fù)位電路 7202353.1.3外部晶振的選用 7160093.2語(yǔ)音提示電路 8281413.2.2ISD1730內(nèi)部結(jié)構(gòu) 867403.2.3ISD1730與單片機(jī)的連接圖 822663.3時(shí)鐘模塊 9142823.3.1DS1302的簡(jiǎn)介 9313303.3.2內(nèi)部功能圖 9223953.3.3工作原理及原理圖 10240583.4液晶顯示電路 1345663.4.1LCD1602的簡(jiǎn)介 1388023.5鍵盤接口 1596804.系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 1641004.1主流程圖的設(shè)計(jì) 16309474.2液晶顯示程序的設(shè)計(jì) 16309814.3DS1302時(shí)鐘程序的設(shè)計(jì) 18299034.4語(yǔ)音播報(bào)程序的設(shè)計(jì) 19183235.結(jié)論 203277參考文獻(xiàn) 215309致謝 2222315附錄 271.引言1.1課題研究的背景及意義公共汽車是現(xiàn)代文明城市的一道流動(dòng)的風(fēng)景線，因此對(duì)整車的外形甚至車身的色彩都有了較高的要求。為了使免除乘務(wù)人員的麻煩也使乘客方便清楚的知道所到的站名以及實(shí)時(shí)時(shí)間，公共汽車配備的一些列的電子裝置，其中最為普遍就是無(wú)人報(bào)站器、電子顯示路牌、無(wú)人售票裝置、前后電視監(jiān)視系統(tǒng)等新技術(shù)的采用。公交車自動(dòng)報(bào)站器在公交事業(yè)中具有非常重要的的地位，因?yàn)樗鼘⒅苯佑绊懙焦财嚨姆?wù)質(zhì)量。目前，各個(gè)城市的公交車自動(dòng)報(bào)站的方式主要三種，其中一種是利用無(wú)線發(fā)送及接收芯片PT2262/和PT2272的公交車報(bào)站系統(tǒng)，在公交站的每個(gè)站牌處安裝發(fā)射芯片PT2262用來(lái)發(fā)射該站點(diǎn)事先編好的編碼信號(hào)，當(dāng)公交車到達(dá)該范圍內(nèi)（如50米之內(nèi)）時(shí)，其公交車上的接收芯片PT2272將對(duì)信號(hào)進(jìn)行接收與解碼，然后再將解碼后的信息通過液晶顯示模塊顯示，而語(yǔ)音芯片將同時(shí)進(jìn)行播報(bào)，該方式的報(bào)站系統(tǒng)價(jià)格低廉，實(shí)現(xiàn)方便，也能滿足現(xiàn)代公交車的基本需要，因此目前國(guó)內(nèi)的大部分城市運(yùn)用此種方式，另一種是功能很強(qiáng)大且系統(tǒng)非常穩(wěn)定的GPS衛(wèi)星定位報(bào)站系統(tǒng)，但由于這種方式的投資很昂貴，尤其是對(duì)于一些中小城市來(lái)說(shuō)無(wú)法承受，國(guó)內(nèi)雖也有此類產(chǎn)品的研制開發(fā)，但就目前的情況來(lái)看其投入的不是很廣，但是在一些發(fā)達(dá)國(guó)家（如美國(guó)）的部分城市已經(jīng)投入使用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)。第三種是手動(dòng)電子報(bào)站方式，此方式價(jià)格低廉，但操作較為繁瑣，現(xiàn)已逐漸被淘汰。1.2設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)任務(wù)本課題要求設(shè)計(jì)公交車自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)公交車的語(yǔ)音自動(dòng)報(bào)站，即在進(jìn)站、出站時(shí)候自動(dòng)播報(bào)語(yǔ)音提示信息及服務(wù)用語(yǔ)，同時(shí)利用LCD液晶電路進(jìn)行漢字顯示。本設(shè)計(jì)要求利STC89C51作為主控芯片完成主控電路的設(shè)計(jì)，輔助電路要求包括語(yǔ)音電路、漢字點(diǎn)陣顯示電路、電源電路等。2.總體方案的設(shè)計(jì)2.1本設(shè)計(jì)的原理本系統(tǒng)使用八位單片機(jī)作為控制器件。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行語(yǔ)音再生時(shí)，單片機(jī)控制電路中的語(yǔ)音芯片來(lái)讀取其外接的存儲(chǔ)器內(nèi)部的語(yǔ)音信息，并合成語(yǔ)音信號(hào)，再通過語(yǔ)音輸出電路，進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)站和提示。同時(shí)，鍵盤接口電路單片機(jī)STC89C52鍵盤接口電路單片機(jī)STC89C52文字顯示電路語(yǔ)音播報(bào)電路晶振語(yǔ)音播報(bào)電路晶振復(fù)位DS1302時(shí)鐘復(fù)位DS1302時(shí)鐘圖2.1系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)單片機(jī)通過程序讀取文字信息，送入液晶顯示模組來(lái)進(jìn)行站數(shù)和站名的顯示。當(dāng)汽車到達(dá)某站時(shí)，司機(jī)或乘務(wù)人員通過鍵盤來(lái)控制系統(tǒng)進(jìn)行工作。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行語(yǔ)音錄制時(shí)，語(yǔ)音信號(hào)通過語(yǔ)音錄入電路送給語(yǔ)音合成電路中的語(yǔ)音芯片，由語(yǔ)音芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并將生成的數(shù)字語(yǔ)音信息存儲(chǔ)到語(yǔ)音存儲(chǔ)芯片中，從而建立語(yǔ)音庫(kù)。本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)如圖2.1所示。2.2硬件方案的選擇2.2.1語(yǔ)音芯片的選澤方案一：基于ISD2560語(yǔ)音芯片的錄放電路設(shè)計(jì) ISD2560系列語(yǔ)音芯片可通過SPI協(xié)議方便地與CPU接口。用ISD2560芯片構(gòu)成的單片機(jī)通用開發(fā)板采用國(guó)內(nèi)最常用的MCS-51語(yǔ)言單片機(jī)89C51來(lái)與ISD2560系列語(yǔ)音芯片相結(jié)合，可供用戶開發(fā)各種新型智能型數(shù)碼語(yǔ)音產(chǎn)品。方案二；基于ISD1730語(yǔ)音芯片的錄放電路ISD1730是華邦公司新推出ISD1700系列芯片的單片優(yōu)質(zhì)語(yǔ)音錄放電路，該芯片能提供多項(xiàng)新功能，包括內(nèi)置專利的多信息管理系統(tǒng)，新信息提示,雙運(yùn)作模式（獨(dú)立&嵌入式），以及可定制的信息操作指示音效。芯片內(nèi)部包含有自動(dòng)增益控制、麥克風(fēng)前置擴(kuò)大器、揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)線路、振蕩器與內(nèi)存等的全方位整合系統(tǒng)功能【2】。通過分析比較，本次設(shè)計(jì)采用ISD1730語(yǔ)音芯片設(shè)計(jì)錄放電路，其相對(duì)于ISD2560語(yǔ)音芯片來(lái)講功能更強(qiáng)大，由按鍵直接控制語(yǔ)音的錄放等，電路工作穩(wěn)定、可靠性高，完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，具有非常好的實(shí)用性。2.2.2顯示模塊的選擇方案一：采用LCD點(diǎn)陣顯示，用來(lái)顯示文字、圖形、圖像、等各種信息的顯示屏幕。它均由LCD矩陣塊組成。圖文顯示屏可與計(jì)算機(jī)同步顯示漢字、英文文本和圖形，該方案簡(jiǎn)單易行。但所需的元件較多，且不容易進(jìn)行操作，可讀性差，一旦設(shè)定后，很難再加入其他的功能。方案二：采用液晶（LCD1602）顯示器件，該液晶顯示器件與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該器件的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。而且此液晶顯示平穩(wěn)、省電、美觀，更容易實(shí)現(xiàn)題目要求，對(duì)后續(xù)的功能兼容性高，。只需將軟件作修改即可，可操作性強(qiáng)，也易于讀數(shù)，能同時(shí)顯示日期、時(shí)間、星期且易于修改。綜上分析，我們采用了第二個(gè)方案。2.2.3時(shí)鐘芯片的選澤方案一：采用軟件實(shí)現(xiàn)，直接用單片機(jī)的定時(shí)器編程實(shí)現(xiàn)，優(yōu)點(diǎn)節(jié)省硬件，但編程復(fù)雜且程序運(yùn)行的每一步都需要時(shí)間，多一步或少一步程序都會(huì)影響記時(shí)的準(zhǔn)確度，準(zhǔn)確度較差。方案二：采用專用的時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘的記時(shí)，專用時(shí)鐘芯片記時(shí)準(zhǔn)確，容易控制，能夠從芯片直接讀出日期、時(shí)間、星期，更符合題目要求。綜上分析，我們采用了第二個(gè)方案，時(shí)鐘芯片選擇常用的DS1302。3.控制方案的介紹與分析3.1單片機(jī)的選擇與外圍電路的設(shè)計(jì)3.1.1關(guān)于STC89C51單片機(jī)MCS--51系列單片機(jī)最早的典型代表為8051,87581,8031，由于其型號(hào)和生產(chǎn)廠商的不同，在片內(nèi)存儲(chǔ)器容量、中斷系統(tǒng)、外圍功能模塊、最高時(shí)鐘頻率以及處理器速度等方面有很大的不同，但它們的指令系統(tǒng)完全兼容，硬件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)也相同，其主要的性能特點(diǎn)如下【11】：1)8位CPU.2)片內(nèi)128BRAM(MCS--52子系列有256BRAM)。3)片內(nèi)4KBROM/EPROM(8051/8751).4)特殊功能寄存器區(qū)。5)兩個(gè)優(yōu)先級(jí)的5個(gè)中斷源結(jié)構(gòu)。6)4個(gè)8位并行I/O口（P0，P1，P2，P3）。7)兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器（MCS--52子系列有3個(gè)）.8)全雙工串行口。9)布爾處理器。10)64KB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間。11)64KB外部程序存儲(chǔ)器地址空間。12)片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。1、內(nèi)部結(jié)構(gòu)在單片機(jī)芯片的內(nèi)部，其基本結(jié)構(gòu)的構(gòu)成是通用CPU加上外圍芯片的模式，內(nèi)部主要由9個(gè)部件通過單一總線連接而成。內(nèi)部總體結(jié)構(gòu)如圖3.1所示，從圖中可以看出，這9個(gè)主要部件是：1個(gè)8位的中央處理器，4KB/8KB程序寄存器（ROM/EPROM），128B/256B的數(shù)據(jù)寄存器（RAM），32條I/O接口線，中斷控制邏輯，定時(shí)器控制邏輯，串行接口控制邏輯，21個(gè)專用寄存器以及片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。P0.0～P0.7P2.0～P2.7ALUP2口驅(qū)動(dòng)器P0口驅(qū)動(dòng)器P2口驅(qū)動(dòng)器P0口驅(qū)動(dòng)器P2口鎖存器P0口鎖存器P2口鎖存器P0口鎖存器程序地址寄存器EQ\*jc0\*"Font:宋體"\*hps10\o\ad(\s\up9(——),EA)程序地址寄存器ACC暫存器2SPBACC暫存器2SPB緩沖器緩沖器特種功能寄存器中斷串行口定時(shí)器暫存器1特種功能寄存器中斷串行口定時(shí)器暫存器1PC加1器PC加1器PCPC定時(shí)控IR制邏定時(shí)控IR制邏輯DPTRPSWPSENPSWALEP1口鎖存器P3口鎖存器RDP1口鎖存器P3口鎖存器WRP1口驅(qū)動(dòng)器P3口驅(qū)動(dòng)器OSCP1口驅(qū)動(dòng)器P3口驅(qū)動(dòng)器OSCXTAL1XTAL2P1.0～P1.7P3.0～P3.7圖3.1MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1）中央處理器（CPU）中央處理器是單片機(jī)的核心，完成運(yùn)算和控制功能。它由運(yùn)算器和控制器組成。80C51單片機(jī)的CPU能處理8位二進(jìn)制數(shù)和代碼，即1B。2）內(nèi)部存儲(chǔ)器80C51芯片內(nèi)有256個(gè)RAM單元來(lái)存放可讀/寫的數(shù)據(jù)；其中，后128個(gè)單元被專用寄存器占用，能作為寄存器供用戶使用的只有前128個(gè)單元。因此，通常所說(shuō)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器就是指前128個(gè)單元，簡(jiǎn)稱內(nèi)部RAM。80C51共有4KB的程序存儲(chǔ)器，用于存放程序和不改寫的數(shù)據(jù)；因其由ROM構(gòu)成，故稱為內(nèi)部ROM。3）I/O端口80C51單片機(jī)的內(nèi)部共有4個(gè)8位的并行I/O口（P0、P1、P2、P3），以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入和輸出。80C51單片機(jī)還有一個(gè)全雙工的串行口，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與單片機(jī)之間以及單片機(jī)與外部設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。4）定時(shí)系統(tǒng)與中斷系統(tǒng)80C51內(nèi)部集成了2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器用于實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能；同時(shí)，以其定時(shí)或計(jì)數(shù)的結(jié)果（查詢或中斷方式）來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能。80C51單片機(jī)具有中斷功能，以滿足控制應(yīng)用的需要。80C51共有5個(gè)中斷源，即外部中斷2個(gè)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷2個(gè)、串行中斷1個(gè)、全部中斷可分為高級(jí)和低級(jí)兩個(gè)優(yōu)先級(jí)別。5）時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列，用于協(xié)助和控制單片機(jī)的工作，80C51單片機(jī)的內(nèi)部有時(shí)鐘電路，在采用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)必須外接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容。系統(tǒng)允許的最高時(shí)鐘頻率為12MHZ。2、80C51的外部引腳及功能MCS-51系列中各種型號(hào)芯片的引腳時(shí)候相互兼容的，在引腳上稍有差異。制造工藝為HMOS的MCS-51單片機(jī)都采用了40只引腳的雙列直插封裝（DIP）的方式，如圖3.2所示。80C51單片機(jī)的40個(gè)引腳分布是：電源引腳2根，外接晶體振蕩器引腳2根，控制引腳4根以及輸入和輸出引腳32根。主電源引腳（2根）Vss（20腳）：接地線。Vcc（40腳）：電源線，接+5V電源。外接晶體引腳（2根）XTAL1(19腳)：接外部晶體的一個(gè)引腳或引入外部時(shí)鐘。XTAL2（18腳）：接外部石英晶體的另一個(gè)引腳或引入外部時(shí)鐘。RST/Vpp（9腳）：復(fù)位信號(hào)印引腳。ALE/PROG（30腳）：地址鎖存允許信號(hào)。圖3.2MCS-51系列單片機(jī)的引腳EQ\*jc0\*"Font:宋體"\*hps10\o\ad(\s\up9(————),PSEN)（29腳）：外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。EQ\*jc0\*"Font:宋體"\*hps10\o\ad(\s\up9(——),EA)/VDD(31腳)：訪問程序存儲(chǔ)器選擇控制信號(hào)。輸入輸出引腳（32根）P0.0～P0.7（39～32）：P0口的8條引腳可使用于兩種不同的情況，在不接片外存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展I/O接口時(shí)，可作為準(zhǔn)雙向口I/O接口，用于傳輸用戶輸入輸出的數(shù)據(jù)；在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O接口時(shí)，在CPU訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)先傳輸片外存儲(chǔ)器低8位地址，后傳送CPU對(duì)片外存儲(chǔ)器的讀寫數(shù)據(jù)，此時(shí)P0口為地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用。P1.0～P1.7（1～8）：P1口可作為8位準(zhǔn)雙向I/O接口使用。對(duì)于MCS-52子系列單片機(jī)，P1.0與P1.1還有第2功能，P1.0可作為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)脈沖輸入端T2，P1.1可作為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部控制端T2EX。P2.0～P2.7（21～28）：這組引腳也有具有兩種功能，一種是可作為準(zhǔn)雙向I/O接口使用，此時(shí)同上述兩個(gè)口的第1功能；另一個(gè)功能與P0口配合，在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O接口且尋址范圍超過256B時(shí)，P2口用于傳輸片外存儲(chǔ)器高8位地址。MCS-51系列單片機(jī)在外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及I/O接口時(shí)都采用并行總線擴(kuò)展方式。單片機(jī)引腳主要分為數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線、用戶端口4個(gè)部分，如圖3.3所示。圖3.3MCS-51系列的單片機(jī)的對(duì)外總線結(jié)構(gòu)3.1.2復(fù)位電路（a）上電復(fù)位（b）按鈕電平復(fù)位圖3.480C51單片機(jī)的兩種復(fù)位電路3.1.3外部晶振的選用（a）振蕩電路（b）外部時(shí)鐘電路圖3.58051時(shí)鐘電路3.2語(yǔ)音提示電路圖3.6ISD1730芯片的管腳3.2.2ISD1730內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.7ISD1730內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.2.3ISD1730與單片機(jī)的連接圖圖3.8ISD1730與單片機(jī)的連接3.3時(shí)鐘模塊3.3.1DS1302的簡(jiǎn)介圖3.9DS1302引腳排列圖3.3.2內(nèi)部功能圖振蕩器和分頻器振蕩器和分頻器實(shí)時(shí)時(shí)鐘實(shí)時(shí)時(shí)鐘I/O輸入移位寄存器DATABUS輸入移位寄存器命令和控制邏輯31×8RAM命令和控制邏輯31×8RAMSCLKRST圖3.10DS1302的內(nèi)部功能框圖3.3.3工作原理及原理圖圖3.1189C51與DS1302的接口電路單片機(jī)的復(fù)位分為上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕手動(dòng)復(fù)位兩種。圖3.4（a）為上電復(fù)位電路，圖3.4（b）為按鈕手動(dòng)復(fù)位電路。上電復(fù)位是利用電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)，即上電瞬間RST/VPD端的電位與Vcc相同，隨著充電電流的減少RST/VPD端的電位逐漸下降。圖3.4（a）中的8.2K電阻是斯密特觸發(fā)器輸入端的一個(gè)下拉電阻。只要Vcc的上升時(shí)間不超過1ms，振蕩器建立時(shí)間不超過10ms，這個(gè)時(shí)間常數(shù)足以保證完成復(fù)位操作。上電復(fù)位所需的最短時(shí)間是振蕩器周期建立時(shí)間加兩個(gè)機(jī)器周期時(shí)間，在這個(gè)時(shí)間內(nèi)RST/VPD端的電平應(yīng)維持高于斯密特觸發(fā)器的下閥值。圖3.4（b）是按下復(fù)位按鈕時(shí)，電源對(duì)外接電容充電，使RST/VPD端為高電平，復(fù)位按鈕松開后，電容通過內(nèi)部下拉電阻放電，逐漸使RST/VPD端恢復(fù)低電平【3】。3.2.1ISD1730的簡(jiǎn)介通過STC89C51單片機(jī)控制ISD1730語(yǔ)音芯片的錄放，并用單片機(jī)對(duì)錄放時(shí)間的設(shè)定和控制。ISD1730芯片提供了多項(xiàng)新功能，包括內(nèi)置專利的多信息管理系統(tǒng)，新信息提示,雙運(yùn)作模式，以及可定制的信息操作指示音效。芯片內(nèi)部包含有自動(dòng)增益控制、麥克風(fēng)前置擴(kuò)大器、揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)線路、振蕩器與內(nèi)存等的全方位整合系統(tǒng)功能。ISD1730的芯片管腳如圖3.6所示：VCCD（1腳）：數(shù)字電路電源。EQ\*jc0\*"Font:宋體"\*hps12\o\ad(\s\up11(———),LED)(2腳)：LED指示信號(hào)輸出。EQ\*jc0\*"Font:宋體"\*hps12\o\ad(\s\up11(—————),RESET)（3腳）：芯片復(fù)位。MISO（4腳）：SPI接口的串行輸出端口。ISD1700在SCLK下降沿之前的半個(gè)周期將數(shù)據(jù)放置在MISO端。數(shù)據(jù)在SCLK的下降沿時(shí)移出。MOSI（5腳）：SPI接口的數(shù)據(jù)輸入端口。主控制芯片在SCLK上升沿之前的半個(gè)周期將數(shù)據(jù)放置在MOSI端。數(shù)據(jù)在SCLK上升沿被鎖存在芯片內(nèi)。此管腳在空閑時(shí)，應(yīng)該被拉高。SCLK（6腳）：SPI接口的時(shí)鐘。由主控制芯片產(chǎn)生，并且被用來(lái)同步芯片MOSI和MISO端各自的數(shù)據(jù)輸入和輸出。此管腳空閑時(shí)，必須拉高。EQ\*jc0\*"Font:宋體"\*hps12\o\ad(\s\up11(——),SS)（7腳）：為低時(shí)，選擇該芯片成為當(dāng)前被控制設(shè)備并且開啟SPI接口。空閑時(shí)，需要拉高。VSSA（8腳）：模擬地。Anain（9腳）：芯片錄音或直通時(shí)，輔助的模擬輸入。需要一個(gè)交流耦合電容（典型值為0.1uF），并且輸入信號(hào)的幅值不能超出1.0Vpp。APC寄存器的D3可以決定Analn信號(hào)被立刻錄制到存儲(chǔ)器中，與Mic信號(hào)混合被錄制到存儲(chǔ)器中，或者被緩存到喇叭端并經(jīng)由直通線路AUD/AUX輸出。MIC+（10腳）：麥克風(fēng)輸入+。MIC-（11腳）：麥克風(fēng)輸入-。VSSP2（12腳）：負(fù)極PWM喇叭驅(qū)動(dòng)器地。SP-(13腳)：喇叭輸出-。VCCP（14腳）：PWM喇叭驅(qū)動(dòng)器電源。SP+(15腳)：喇叭輸出+。VSSP1（16腳）：正極PWM喇叭驅(qū)動(dòng)器地。AUD/AUX（17腳）：輔助輸出，決定于APC寄存器的D7，用來(lái)輸出一個(gè)AUD或AUX輸出。AUD是一個(gè)單端電流輸出，而AUD/AUX是一個(gè)單端電壓輸出。他們能夠被用來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)外部揚(yáng)聲器。出廠默認(rèn)設(shè)置為AUD。APC寄存器的D9可以使其掉電。AGC（17腳）：自動(dòng)增益控制。VOL（18腳）：音量控制。ROSC(19腳)：振蕩電阻，ROSC用一個(gè)電阻連接到地，決定芯片的采樣頻率。VCCA（21腳）：模擬電路電源。EQ\*jc0\*"Font:宋體"\*hps12\o\ad(\s\up11(——),FT)（22腳）：在獨(dú)立芯片模式下，當(dāng)FT一直為低，Anain直通線路被激活。Anain信號(hào)被立刻從Anain經(jīng)由音量控制線路發(fā)射到喇叭以及AUD/AUX輸出。不過，當(dāng)在SPI模式下，SPI無(wú)視這個(gè)輸入，而且直通線路被APC寄存器的D0所控制。該管腳有一個(gè)內(nèi)部上拉設(shè)備和一個(gè)內(nèi)部防抖動(dòng)電路，允許使用按鍵開關(guān)來(lái)控制開始和結(jié)束。EQ\*jc0\*"Font:宋體"\*hps12\o\ad(\s\up11(————),PLAY)（23腳）：播放控制端。EQ\*jc0\*"Font:宋體"\*hps12\o\ad(\s\up11(———),REC)（24腳）：錄音控制端。EQ\*jc0\*"Font:宋體"\*hps12\o\ad(\s\up11(—————),ERASE)（25腳）：擦除控制端。EQ\*jc0\*"Font:宋體"\*hps12\o\ad(\s\up11(———),FWD)（26腳）：快進(jìn)控制端。RDY/INT（27腳）：一個(gè)開路輸出。Ready(獨(dú)立模式)該管腳在錄音，放音，擦除和指向操作時(shí)保持為低，保持為高時(shí)進(jìn)入掉電狀態(tài)。Interrupt(SPI模式)在完成SPI命令后，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低信號(hào)的中斷。一旦中斷消除，該腳變回為高。VSSD（28腳）：數(shù)字地。ISD1730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)陣列等，如圖3.7所示，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)。ISD1730的獨(dú)立按鍵工作模式錄放電路非常簡(jiǎn)單且功能強(qiáng)大。不僅有錄、放功能，還有快進(jìn)、擦除、音量控制、直通放音和復(fù)位等功能。這些功能僅通過按鍵就可完成。在按鍵模式工作時(shí)，芯片可以通過/LED管腳給出信號(hào)來(lái)提示芯片的工作狀態(tài)。FT直通操作：將/FT管腳與GND短接，持續(xù)保持在低電平會(huì)啟動(dòng)直通模式。當(dāng)按下S1鍵,輸出一個(gè)低電平，/REC端為低電平有效，開始執(zhí)行錄音操作。當(dāng)松開S1時(shí)則為高電平，錄音停止。當(dāng)按下S2時(shí)，輸出一個(gè)低電平，/PLAY為低電平有效，那么會(huì)將芯片內(nèi)所有語(yǔ)音信息播放出來(lái)，并且循環(huán)播放直到松開按鍵將PLAY管腳電平拉高。在放音期間LED燈閃爍。當(dāng)放音停止，播放指針會(huì)停留在當(dāng)前停止的語(yǔ)音段起始位置。當(dāng)松開S1時(shí)則為高電平，放音停止。當(dāng)按下S3，輸出為低電平，ERASE鍵將ERASE管腳電平拉低超過2.5秒鐘，會(huì)觸發(fā)全體擦除操作，刪除全部語(yǔ)音信息。當(dāng)按下S4時(shí)，F(xiàn)WD端拉低，會(huì)啟動(dòng)快進(jìn)操作?？爝M(jìn)操作用來(lái)將播放指針移向下一段語(yǔ)音信息。當(dāng)按下S6時(shí)，將VOL管腳拉低會(huì)改變音量大小。每按一下，音量會(huì)減小一檔，再到達(dá)最小檔后再按的話，會(huì)增加音量直到最大檔，如此循環(huán)。按下S5鍵時(shí)，RESET管腳與地之間連接一個(gè)0.1μF電容。當(dāng)RESET被觸發(fā)，芯片將播放指針和錄音指針都放置在最后一段語(yǔ)音信息的位置，芯片就復(fù)位了。與單片機(jī)的連接圖如圖3.8所示。本設(shè)計(jì)利用單片機(jī)80C51和時(shí)鐘芯片DS1302進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，讀取和寫入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)主要涉及3個(gè)方面的內(nèi)容：一個(gè)方面是如何針對(duì)系統(tǒng)的需要選擇合適的時(shí)鐘芯片，二是如何設(shè)計(jì)外圍電路和單片機(jī)的接口電路，三是如何編寫控制時(shí)鐘芯片的單片機(jī)的程序。芯片采用了簡(jiǎn)單的I2C三線通信方式，便于節(jié)省芯片和與之接口的微處理器管腳。芯片有著2.0～5.5V的寬供電電壓范圍，在5V供電時(shí)其接口與TTL電平兼容；并且功耗很低，在2.0V供電時(shí)僅耗300nA的電流。實(shí)時(shí)時(shí)鐘可提供秒、分、時(shí)、日、星期、月和年，一個(gè)月小于31日時(shí)可自動(dòng)調(diào)整，包括閏年，有效至2100年?？刹捎?2h或24h方式計(jì)時(shí)，采用雙電源（主電源和備用電源）供電，可設(shè)置備用電源充電方式，同時(shí)提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。芯片為8引腳小型封裝，DS1302實(shí)時(shí)芯片的主要性能如下[15]：31字節(jié)RAM存儲(chǔ)時(shí)間數(shù)據(jù)。2.0～5V供電。支持單字節(jié)傳輸模式和突發(fā)式傳輸模式。8針DIP封裝和SOIC封裝。3線接口，簡(jiǎn)單易用。兼容TTL電平。操作溫度-40～+85°C.3.3.2內(nèi)外部結(jié)構(gòu)1.管腳圖及管腳說(shuō)明[15]DS1302是一個(gè)可編程的涓流充電器，具有主電源和備份電源的雙電源管腳。DS1302的8針DIP封裝如圖3.9所示。DS1302各引腳說(shuō)明如下：1）Vcc2（1腳）：在雙電源供電系統(tǒng)中的主電源管腳。2）X1（2腳）：連接一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的32768Hz石英晶體。DS1302也可用外部振蕩器驅(qū)動(dòng)，這是X1管腳連接外部振蕩器信號(hào)，X2懸浮。3）X2（3腳）：連接一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的32768Hz石英晶體。DS1302也可用外部振蕩器驅(qū)動(dòng)，這是X1管腳連接外部振蕩器信號(hào)，X2懸浮。4)GND（4腳）：電源地。5）EQ\*jc0\*"Font:宋體"\*hps12\o\ad(\s\up11(———),RST)（5腳）：復(fù)位信號(hào)，在一個(gè)讀寫期間必須保持高電平。6）I/O（6腳）：雙向數(shù)據(jù)線管腳。7）SCLK(7腳)：串行接口的同步時(shí)鐘。Vcc1（8腳）：在單電源供電系統(tǒng)中的電源管腳，在雙電源系統(tǒng)中接備份電源。DS1302的內(nèi)部框圖如圖3.10所示，從圖中可以看出，DS1302由電源控制模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、震蕩器和分時(shí)器、輸入移位寄存器、命令和控制邏輯以及RAM組成。各部分介紹如下：1）振蕩器和分頻器是整個(gè)時(shí)鐘芯片的基準(zhǔn)，它決定了時(shí)鐘芯片的精度，芯片可以外接一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的石英晶體，也可以用外部振蕩器驅(qū)動(dòng)；2）命令和控制器邏輯根據(jù)不同的指令對(duì)時(shí)鐘芯片進(jìn)行不同的操作；3）內(nèi)部RAM主要用來(lái)存儲(chǔ)時(shí)間信號(hào)。3.4液晶顯示電路3.4.1LCD1602的簡(jiǎn)介字符型液晶顯示是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式LCD，本設(shè)計(jì)采用的是LCD1602型液晶顯示器，其外形尺寸為80×36×14，單5V供電，由左到右共16個(gè)引腳，其實(shí)物如圖3.12所示。圖3.121602字符型液晶顯示器實(shí)物圖此芯片的正常工作時(shí)電流僅2.0mA/5.0V，通過編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)閉屏幕能夠更有效的降低功耗。LCD1602分兩行顯示，每行可顯示多達(dá)16個(gè)字符。各引腳接口說(shuō)明如下：VSS（1腳）：電源地。VDD（2腳）：+5V邏輯電源。V0（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。RS（4腳）：RS為寄存器的選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。RW（5腳）：RW為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。E（6腳）：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。低電平時(shí)可以寫入數(shù)VDD（2腳）：+5V邏輯電源。V0（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。RS（4腳）：RS為寄存器的選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。RW（5腳）：RW為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。3.4.2LCD1602與單片機(jī)的接線圖LCD1602液晶顯示模塊可以和單片機(jī)STC89C52直接接口，DB0~DB7 與單片機(jī)的P0.0~P0.7連接以便數(shù)據(jù)的傳送與接收，4管腳、5管腳、6管腳分別與STC89C51單片機(jī)的P2.0口、P2.1口、P2.2口連接，電路如圖3.13所示：圖3.13與單片機(jī)的連接圖3.5鍵盤接口在由單片機(jī)組成的測(cè)控系統(tǒng)及智能化儀器中，用得最多的是獨(dú)立式鍵盤。獨(dú)立式按鍵是指直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路。每個(gè)獨(dú)立式按鍵單獨(dú)占有一根I/O口線，每個(gè)I/O口線的工作狀態(tài)不會(huì)影響其他I/O口線的工作狀態(tài)。獨(dú)立式按鍵電路如圖3.14所示，當(dāng)按鍵的數(shù)量較多時(shí)，I/O口線浪費(fèi)較大，故只在按鍵數(shù)量不多時(shí)才采用這種按鍵電路。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)按鍵數(shù)量為4到8個(gè)，并且I/O資源較為富余時(shí)，采用獨(dú)立式按鍵比較合適。按鍵電路采用中斷模式。當(dāng)有按鍵按下時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生中斷，CPU響應(yīng)中斷后，開始計(jì)數(shù)，即查詢鍵號(hào)，通過軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)該鍵號(hào)所對(duì)應(yīng)鍵的功能鍵盤的大體設(shè)置。圖3.14獨(dú)立式按鍵硬件結(jié)構(gòu)4.系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)4.1主流程圖的設(shè)計(jì)開機(jī)時(shí)LCD1602液晶顯示屏顯示“實(shí)時(shí)時(shí)間、實(shí)時(shí)日歷”等信息。調(diào)用系統(tǒng)初始化程序，調(diào)用鍵盤子程序，調(diào)用讀時(shí)間芯片時(shí)間子程序，調(diào)用時(shí)鐘芯片初始化/改寫程序，調(diào)用顯示時(shí)間日期子程序。程序開始執(zhí)行，首先系統(tǒng)初始化：LCD初始化，DS1302初始化。然后進(jìn)入死循環(huán)：一直顯示時(shí)間、當(dāng)日日期，掃描按鍵，當(dāng)按鍵2按下時(shí)，LCD顯示此站及下一站，語(yǔ)音播報(bào)此站及下一站；當(dāng)按鍵3按下時(shí)，LCD顯示此站及上一站，語(yǔ)音播報(bào)此站及上一站。開始系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化While（1）While（1）顯示時(shí)間顯示時(shí)間液晶顯示清屏Y液晶顯示清屏鍵1按下？N語(yǔ)音播報(bào)此站及下一站液晶顯示此站及下一站Y 語(yǔ)音播報(bào)此站及下一站液晶顯示此站及下一站鍵2（+）按下？N語(yǔ)音播報(bào)此站及上一站液晶顯示此站及上一站Y語(yǔ)音播報(bào)此站及上一站液晶顯示此站及上一站鍵3（-）按下？N圖4.1主程序流程圖4.2液晶顯示程序的設(shè)計(jì)LCD液晶顯示是通過調(diào)用初始化程序，寫數(shù)據(jù)子程序，寫指令子程序，地址轉(zhuǎn)換子程序，讀忙狀態(tài)子程序以及延時(shí)子程序組合。程序流程圖如圖4.2和4.3所示。調(diào)用忙子程序調(diào)用延時(shí)子程序調(diào)用忙子程序調(diào)用延時(shí)子程序LCD寫指令子程序啟動(dòng)寫數(shù)據(jù)LCD寫指令子程序啟動(dòng)寫數(shù)據(jù)讀寫線置0清屏讀寫線置0清屏LCD寫指令子程序LCD寫指令子程序啟動(dòng)使能控制線啟動(dòng)使能控制線傳輸數(shù)據(jù)調(diào)用延時(shí)子程序傳輸數(shù)據(jù)調(diào)用延時(shí)子程序設(shè)定方向及位移調(diào)用延時(shí)子程序設(shè)定方向及位移調(diào)用延時(shí)子程序LCD寫指令子程序LCD寫指令子程序返回返回調(diào)用延時(shí)子程序調(diào)用延時(shí)子程序圖4.3寫數(shù)據(jù)子程序流程圖返回返回圖4.2寫指令子程序流程圖LCD液晶顯示是通過調(diào)用初始化程序，寫數(shù)據(jù)子程序，寫指令子程序，地址轉(zhuǎn)換子程序，讀忙狀態(tài)子程序以及延時(shí)子程序組合。首先調(diào)用延時(shí)子程序，然后調(diào)用LCD寫指令子程序、清屏、LCD寫指令子程序、調(diào)用延時(shí)子程序、設(shè)定方向及位移、LCD寫指令子程序、調(diào)用延時(shí)子程序、調(diào)用忙子程序、啟動(dòng)寫數(shù)據(jù)、讀寫線置0、啟動(dòng)使能控制線、傳輸數(shù)據(jù)、調(diào)用延時(shí)子程序、返回。LCD1602的初始化與顯示的部分程序如下[16]：voidinit()//初始化LCD1602{ write_command(0x01);//清除屏幕write_command(0x38);//功能設(shè)定（8位，2行，5*7點(diǎn)矩陣）write_command(0x0C); //顯示器ON，光標(biāo)OFF，閃爍OFFwrite_command(0x06);//加1}voiddisplay1602()//LCD1602顯示程序{ uchari; write_command(0x80); //LCD第一行地址 for(i=0;i<16;i++) {write_data(display[i]); //顯示第一行}write_command(0xC0); //LCD第二行地址for(i=0;i<8;i++){write_data(xiaohui[i]); //顯示第二行}}4.3DS1302時(shí)鐘程序的設(shè)計(jì)將時(shí)間值寫到DS1302時(shí)鐘芯片上，其用于調(diào)整更準(zhǔn)確的時(shí)間，程序流程圖如圖4.4所示，其中內(nèi)部定時(shí)器為調(diào)整時(shí)間和日期。開始開始初始化DS1302初始化DS1302YN讀/寫8位數(shù)據(jù)Return（0）時(shí)鐘電平是否完成？讀/寫8位數(shù)據(jù)Return（0）設(shè)置三端口狀態(tài)設(shè)置三端口狀態(tài)返回返回圖4.4時(shí)間寫入時(shí)鐘芯片流程圖將時(shí)間值寫到DS1302時(shí)鐘芯片上，其用調(diào)整更新準(zhǔn)確時(shí)間。其中內(nèi)部定時(shí)器為調(diào)整時(shí)間和日期。首先調(diào)用新屏幕顯示單元的內(nèi)容程序，然后調(diào)用調(diào)整子程序、讀時(shí)間子程序、寫初始/修改日期子程序、寫一個(gè)字節(jié)時(shí)鐘芯片子程序、讀一個(gè)字節(jié)時(shí)鐘芯片子程序、顯示時(shí)間日期子程序。DS1302的部分主要程序如下[16]： write1302(0x8E,0x00); //允許寫DS1302 while(1) { month=read1302(0x89); //讀出月寄存器 display[1]=lookdis[month&0x0F]; //月分離，并找相應(yīng)的ASCALL碼值 month=month>>4; display[0]=lookdis[month&0x0F]; day=read1302(0x87); //讀出日寄存器 display[4]=lookdis[day&0x0F]; //日分離，并找相