1、 武汉理工大学毕业设计（论文）基于单片机的公交车语音报站系统设计学院（系）： 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 武汉理工大学毕业设计（论文）学位论文原创性申明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论
2、文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于 1、保密囗，在 年解密后适用本授权书2、不保密囗 。（请在以上相应方框内打“” ）作者签名： 年 月 日导师签名： 年 月 日武汉理工大学毕业设计（论文）本科生毕业设计（论文）任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 设计(论文)题目: 基于单片机的公交语音报站系统设计 设计（论文）主要内容：设计应用单片机作为主控制单元，利用语音芯片预设达到公交车到站电子语音报站功能。要求设计达到准确报站，并有误报人工纠错功能，同时具有简单的可操作性及人工预设兼容扩展性要求完成的主要任务
3、:1、查阅不少于 15 篇的相关资料，其中英文文献不少于 2 篇，完成开题报告。2、完成语音报站器主控控制模块、语音模块、显示模块等软硬件部分设计，使单片机与 PC 机能进行通信，完成人机交互界面设计。3、完成不少于 5000 字的英文文献翻译。4、撰写完成不少于 12000 字的毕业设计论文（设计说明书、1 张图纸） 。必读参考资料：1单片机基础（第三版） 编著：李广弟、朱月秀2单片机典型外围器件及应用实例 编著：求是科技3Digital system design : use of microcontroller 编著：Dawoud, Shenouda Dawoud 指导教师签名： 系主任
4、签名： 院长签名（章）：武汉理工大学毕业设计（论文）武汉理工大学本科生毕业设计（论文）开题报告武汉理工大学毕业设计（论文）1、目的及意义（含国内外的研究现状分析）公共汽车行驶在现代文明程度高的市区，它是一道流动的风景线，因而对整车外形乃至色彩都有更高的要求。作为公交汽车还要有醒目和减少乘务人员强度的电子报站器，电子显示路牌，无人售票装置，前后电视监视系统等新技术的采用也将越来越普及。目前，公交车自动报站主要有以下几种方式：一种是通过全球定位系统（GPS）的用户终端接收工作卫星的导航信息，从而解算出车辆的经纬度信息，进而计算出实时坐标，将其与站点坐标相比较，当车辆驶入站点一定距离范围内时，不用人
5、工干预，系统自动报站；另一种是利用无线射频识别（Radio Frequency Identification）技术，在每一个公交站台设置一个具有唯一 ID 的射频发射器，采用间歇工作方式发射信号，当公交车即将到达车站时，车载系统接收到站信号并解码出站台的 ID 号，由单片机控制自动播放对应站台编号的报站语音；还有一种是对车轮轴的转角脉冲进行计数，将计数值和预置值对比，即可确定报站时刻，达到准确报站的目的。然而，这三种方式都不太适合乡镇的发展现状。第一种设备造价过高，定位精度也难以达到要求；第二种站台建设投入较大，站点一旦变更，射频发射装置即须移动，较为麻烦；第三种需要公交线路严格固定，稍有改变
6、，报站就难以准确。为此，本文试图设计一种既方便易行又经济实惠的公交车自动报站系统。本设计采用人工按键的操作方式公交车手动报站器，弥补传统人工报站必须有司机或乘务员口头报站的落后方式，实现公交车对站名的语音提示和文字显示功能，进站，出站手动播报站名及服务用语，为市民提供更人性化，更完善的服务。当公交车到达某一站时，司机或乘务人员只需按动按键，就可以使单片机控制语音模块对站名进行语音提示，并控制显示模组在液晶屏上显示站数和站名。系统由一片八位单片机，一个语音模块，一个液晶模组，一块稳压芯片，若干电阻电容和与非门等组成。经过本课题的研究，我们得到了一种公交车自动报站的低成本解决方案。本设计的目的在于
7、通过本次设计能将所学到的单片机理论知识应用于生产实践中，增强自己的社会实践能力，为将来在社会更好的立足做准备。 武汉理工大学毕业设计（论文）2、基本内容和技术方案本系统使用单片机作为控制器件。当系统进行语音再生时，单片机控制语音合成电路中的语音芯片来读取其外接的存储器内部的语音信息，并合成语音信号，再通过语音输出电路，进行语音报站和提示。同时，单片机通过程序读取文字信息，送入液晶显示模组来进行站数和站名的显示。当汽车到达某站时，司机或乘务人员通过键盘来控制系统进行工作。而且，系统具有根据公交车的行驶方向确定报站顺序的功能（司机或乘务人员可以通过按键来控制） 。当系统进行语音录制时，语音信号通过
8、语音录入电路送给语音合成电路中的语音芯片，由语音芯片进行数据处理，并将生成的数字语音信息存储到语音存储芯片中，从而建立语音库。语音提示模块文字显示模组键盘接口电路电源单片机晶振复位存储器系统组成结构设计主控单元选用 AT89S52 单片机，AT89S52 单片机是一种低功耗，高性能的 CMOS 微处理器，片内有 8K 字节的存储空间，128 字节 RAM、4 个 8 位并口、一个全双工串行口、2 个 16 位定时/计数器，寻址范围 64K。并且可以在线进行重复编程、快速擦除、快速写入程序，能重复擦除/写入 1000 次左右，数据保存 HS-12864 为 10 年。选用 ISD4004 系列语
9、音芯片，该芯片提供多项新功能，可录、放音十万次，录音时间达到 20 秒，断电信息可以保持一百年， 两种控制方式，两种录音输武汉理工大学毕业设计（论文）入方式，两种放音输出方式，可处理多达 255 段信息， 有丰富多样的工作状态提示，多种采样频率对应多种录放时间， 音质好，电压范围宽，应用灵活，价廉物美。综合上面方案：设计采用“AT89S51 单片机、 LED 液晶显示屏、ISD4004语音芯片” 。3、进度安排（1）第 1-4 周： 查阅相关资料，翻译外文文献，撰写开题报告。（2）第 5-7 周： 设计语音报站器的硬件电路，完成硬件部分的组装与测试。（3）第 8-11 周： 编写各个模块程序，
10、实现语音报站器要求的功能。进行软硬件的测试与调试。（4）第 12-14 周： 按毕业设计论文撰写规范，撰写论文并修改完善。（5）第 15 周： 毕业设计答辩。4、指导教师意见指导教师签名：武汉理工大学毕业设计（论文）年 月 日武汉理工大学毕业设计（论文）目 录摘 要 IAbstract.II1 绪论 11.1 课题研究的背景及意义 11.2 公交报站器的动态发展趋势 11.3 设计的主要目标任务 22.1 基本原理 32.2 基本系统框图 32.3 系统主要电路简介 33 硬件电路的设计 53.1 主控电路的设计 53.1.1 关于 AT89C51 单片机 53.1.2 振荡器电路的设计 83
11、.1.3 复位电路的设计 .103.1.4 单片机最小系统 .123.2 语音模块电路设计 .133.2.1 ISD4004 芯片内部结构 .133.2.2 芯片引脚描述 .143.2.3 ISD4004 芯片使用说明 .163.2.4 ISD4004 与外围设备的连接 .193.3 显示电路模块设计 .193.3.1 液晶模组内部结构组成 .213.3.2 引脚功能 .213.3.3 液晶模组与单片机的连接 .223.4 键盘接口电路设计 .223.4.1 按键的确认 .233.4.2 重键与连击的处理 .233.4.3 按键防抖动技术 .233.5 供电电路设计 .264 软件设计 .27
12、武汉理工大学毕业设计（论文）4.1 主程序流程图 274.2 语音提示应用实现 .284.1.1 放音程序 .284.1.2 录音程序 .294.2 文字显示应用实现 .304.3 键盘接口应用实现 .315 总结 32参考文献 .33附录一 总电路图 34附录二 语音提示参考程序 35附录三 文字显示参考程序 39致谢 .44I摘 要公共汽车行驶在现代文明程度高的市区，它是一道流动的风景线，因而对整车外形乃至色彩都有更高的要求。作为公交汽车还要有醒目和减少乘务人员强度的电子报站器，电子显示路牌，无人售票装置，前后电视监视系统等新技术的采用也将越来越普及。本文提出了一种用单片机控制语音芯片进行
13、公交车语音自动报站的方法。整个系统硬件设计包括键盘电路、复位电路、显示驱动电路、显示电路、内存扩展电路模块。利用 AT89C51 作为控制器，通过ISD4004 语音芯片建立语音信息库，形成变化多样的语音信息，利用其功放播放语音信息以及提示语音，同时运用 LCD 数码管进行站数显示。当公交车到达某站点，用键盘控制本系统工作，通过语音电路输出语音信息和提示，同时站数信息在数码管上显示。本系统很大程度上提高公交车报站的准确性，可靠性。提高了公交系统的服务质量。促进城市经济发展和交通变化的和谐发展。关键词：AT89S51 单片机，ISD4004 语音芯片，LCD 数码管，语音报站IIAbstract
14、Bus driving in urban areas with a high degree of modern civilization, it is a mobile landscape, shape and even the color of the vehicle and thus have higher requirements. As public transport vehicles but also eye-catching and reducing the intensity of the newsletter crew stations, electronic display
15、 signs, unmanned devices, such as video surveillance system before and after the adoption of new technologies will also be increasingly popular. This paper presents a single-chip voice control voice chip bus automatic station approach. The entire system hardware design, including keyboard circuit, r
16、eset circuit, display driver circuit, display circuit, memory expansion circuit modules. Use AT89C51 as the controller, through establishing a voice ISD4004 voice chip repository, forming diverse voice messages, playing voice messages using its power amplifier and voice prompts, while the use of LCD
17、 digital tube station number display. When the bus arrived a site, use the keyboard to control the system work through the voice circuit output voice information and tips, and information on the number of stations on the digital display.This system greatly improved bus stations accuracy, reliability
18、. Improve the quality of service the public transportation system. Promoting urban economic development and the harmonious development of traffic changes.Key Words：AT89S51 microcontroller； ISD4004 voice chip； LCD digital control；voice stations11 绪论随着科学技术的日益发展和进步, 无人售票公交车在街头多起来了，语音报站器也被广泛使用，这在相当大的程度上
19、免除了乘务人员沿途报站的麻烦，给许多不熟悉公交线路的乘客带来了方便。1.1 课题研究的背景及意义公共汽车为外出的人们提供了方便快捷的服务，而公共汽车的报站直接影响服务的质量。传统由乘务人员人工报站，该方式因其果太差和工作强度太大，在很多大城市已经被淘汰。近年来，随着科学技术的日益发展和进步，微型计算机技术已经在许多领域得到了广泛的应用。在声学领域，微机技术与各种语音芯片相结合，即可完成语音的合成技术，使得汽车报站器的实现成为可能，从而为市民提供了更加人性化的服务。鉴于传统公交车人工报站的不足之处，结合公交车辆的使用特点及实际营运环境，设计了一种由单片机控制的公交车语音报站系统 1。1.2 公交
20、报站器的动态发展趋势目前，公交车自动报站主要有以下几种方式：一种是通过全球定位系统（GPS）的用户终端接收工作卫星的导航信息，从而解算出车辆的经纬度信息，进而计算出实时坐标，将其与站点坐标相比较，当车辆驶入站点一定距离范围内时，不用人工干预，系统自动报站；另一种是利用无线射频识别（Radio Frequency Identification）技术，在每一个公交站台设置一个具有唯一 ID 的射频发射器，采用间歇工作方式发射信号，当公交车即将到达车站时，车载系统接收到站信号并解码出站台的 ID 号，由单片机控制自动播放对应站台编号的报站语音；还有一种是对车轮轴的转角脉冲进行计数，将计数值和预置值对
21、比，即可确定报站时刻，达到准确报站的目的 2。然而，这三种方式都不太适合乡镇的发展现状。第一种设备造价过高，定位精度也难以达到要求；第二种站台建设投入较大，站点一旦变更，射频发射装置即须移动，较为麻烦；第三种需要公交线路严格固定，稍有改变，报站就难以准确。为此，本文试图设计一种既方便易行又经济实惠的公交车自动报站系统。本设计采用人工按键的操作方式，实现公交车对站名的语音提示和文字显示功能。当公交车到达某一站时，司机或乘务人员只需按动按键，就可以使单片机控制语音模块对站名进行语音提示，并控制显示模组在液晶屏上显示站数和站名。系统由一片八位单片机，一个语音模块，一个液晶模组，一块稳压芯片，若干电阻
22、电容和与非门等组成。经过本课题的研究，我们得到了一种公交车自武汉理工大学毕业设计（论文）2动报站的低成本解决方案。1.3 设计的主要目标任务本课题要求设计一公交车语音报站系统，以实现公交车的语音报站，即在进站、出站时候司机按下按键自动播报语音提示信息及服务用语，同时利用LCD 显示电路进行汉字显示。同时系统需具有可操作性和兼容系，即在使用过程中，对不同的公交线路能够很方便的进行设定。在使用过程中，若出现错报漏报或者是超前报站情况，司机能够通过按键进行更改，从而达到正确报站。本设计要求利用 AT89C51 作为主控芯片完成主控电路的设计，辅助电路要求包括语音电路、显示电路、电源电路、按键模块电路
23、等。武汉理工大学毕业设计（论文）32 方案设计2.1 基本原理本系统使用八位单片机作为控制器件。当系统进行语音再生时，单片机控制语音合成电路中的语音芯片来读取其外接的存储器内部的语音信息，并合成语音信号，再通过语音输出电路，进行语音报站和提示。同时，单片机通过程序读取文字信息，送入液晶显示模组来进行站数和站名的显示。当汽车到达某站时，司机或乘务人员通过键盘来控制系统进行工作。而且，系统具有根据公交车的行驶方向确定报站顺序的功能（司机或乘务人员可以通过按键来控制） 。当系统进行语音录制时，语音信号通过语音录入电路送给语音合成电路中的语音芯片，由语音芯片进行数据处理，并将生成的数字语音信息存储到语
24、音存储芯片中，从而建立语音库 3。2.2 基本系统框图图 2.1 系统组成结构2.3 系统主要电路简介微控制器选择目前市场上常用的 Intel 生产的 AT89C51 单片机作为主控芯片,同时, AT89C51 系统还需要外接晶振和复位电路。语音提示模块选用 ISD4004 系列语音芯片，外接话筒和音箱组成语音录制和播晶振单片机语音提示模块文字显示模块键盘接口模块电源复位存储器武汉理工大学毕业设计（论文）4放电路。其中，音箱由音频功率放大器 LM386 驱动。文字显示模组采用 12864 液晶屏作为显示单元，其驱动芯片为带有中文字库的 ST7920 控制器系列。模组使用 ST7920 作为控制
25、器和行驱动器，同时使用ST7921 作为列驱动器。与单片机的连接，我们采用并行间接访问方式。图 2.2 语音提示模块组成结构键盘接口电路采用独立按键设计，通过触发器来消除按键抖动。电源采用 LM2576 作为稳压器件，将公交车上的+24V 直流电压转变为+5V直流电压。LM2576 是 NS 生产的 3A 电流输出降压开关型稳压集成芯片，能够较好地解决 LM7805 因输入电压过高而发热量较大的问题。语音芯片 话筒音箱音频功率放大器单片机电源驱动放音 录音控制武汉理工大学毕业设计（论文）53 硬件电路的设计公交车语音报站系统主要由四个部分组成，即主控电路、按键模块、语音电路、汉字显示电路。各部
26、分电路的设计在本章中做了详细的说明。3.1 主控电路的设计3.1.1 关于 AT89C51 单片机AT89C51单片机的结构框图如图3.1所示。它主要由下面几个部分组成：1个8位中央处理单元（CPU）、片内 Flash 存储器、片内 RAM、4个8位的双向可寻址 I/O 口、 1个全双工 UART（通用异步接收发送器）的串行接口、2个16位的定时器/计数器、多个优先级的嵌套中断结构，以及一个片内振荡器和时钟电路。在 AT89C 单片机结构中，最显著的特点是内部含有 Flash 存储器，而在其他方面的结构，则和 Inter 公司的8051的结构没有太大的区别。图 3.1 AT89C 单片机的结构
27、框图1） AT89C51 芯片主要性能a.与 MCS-510b.4K 字节可编程闪烁存储器， 寿命：1000 次写/擦循环数据保留时间：10 年c.全静态工作： 0Hz-24Hz外部中断中断控制片内Flash存储器片内RAMETC定时器 1定时器 0计数器输入CPU振荡器 总线控制 4I/O 端口P0 P1 P2 P3串行端口TXD RXD武汉理工大学毕业设计（论文）6d.三级程序存储器锁定e.128*8 位内部 RAMf.32 可编程 I/O 线g.两个 16 位定时器/计数器h.6 个中断源 i.可编程串行通道j.片内振荡器和时钟电路另外，AT89C51 是用静态逻辑来设计的，其工作频率可
28、下降到 0Hz，并提供两种可用软件来选择的省电方式空闲方式（Idle Mode）和掉电方式（Power Down Mode） 。在空闲方式中，CPU 停止工作，而 RAM、定时器/ 计数器、串行口和中断系统都继续工作。在掉电方式中，片内振荡器停止工作，由于时钟被“冻结 ”，使一切功能都暂停，故只保存片内 RAM 中的内容，直到下一个硬件复位为止 4。2）引脚功能说明AT89C51 引脚图及实物图如图 3.2 所示:图 3.2 AT89C51 单片机实物图级引脚排列图VCC：供电电压。VSS：接地。P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8 个 TTL 门电流。当
29、P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。武汉理工大学毕业设计（论文）7P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 T
30、TL 门电流，当 P2 口被写“1” 时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址 “1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个TTL 门电流。当 P3 口写入“1” 后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入
31、。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL ）这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断 0）P3.3 /INT1（外部中断 1）P3.4 T0（记时器 0 外部输入）P3.5 T1（记时器 1 外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG
32、：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次
33、/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的武汉理工大学毕业设计（论文）8/PSEN 信号将不出现。/EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH） ，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/EA 将内部锁定为RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP） 。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出3.1.2 振荡器电路的设计89 系列单片机的内部振荡器电路如图 3.3 所示，由一个单级反相器组成。X
34、TAL1 为反相器的输入，XTAL2 为反相器的输出。可以利用它内部的振荡器产生时钟，只要在 XTAL1 和 XTAL2 引脚上外接一个晶体及电容组成的并联谐振电路，便构成一个完整的振荡信号发生器，如图 3.5 示，此方法称为内部方式。另一种使用方法如图 3.4 示，由外部时钟源提供一个时钟信号到 XTAL1 端输入，而 XTAL2 端浮空。在组成一个单片机应用系统时，多数采用图 3.5 所示的方法，这种方式的结构紧凑，成本低廉，可靠性高。振荡器的等效电路如图 3.5 上部所示。在图中给出了外接元件，即外接晶体及电容 C1，C2 ，并组成并联谐振电路。在电路中，对电容 C1 和 C2 的值要求
35、不是很严格，如果用高质的晶振，则不管频率为多少，C1，C2 通常都选择30pF。有时，在某些应用场合，为了降低成本，晶体振荡器可用陶瓷振荡器代替。如果使用陶瓷振荡器，则电容 C1，C2 的值取 47pF。图 3.3 AT89C51 单片机内部振荡器电路XTAL2XTAL1内部定时/PD400D1D2Q1RfQ2VCCQ3Q4武汉理工大学毕业设计（论文）9图 3.4 外部时钟接法图 3.5 片内振荡器等效电路通常，在单片机中对所使用的振荡晶体的参数要求如下：ESR（等效串联电阻）：根据所需频率按图 3.6 选取。C0（并联电容）：最大 7.0pF。CL（负载电容）：30pF+3pF。通常，其误差
36、及温度变化的范围要按系统的要求来确定。在本设计中，采用的是内部方式，即如图 3.5 所示，在 XTAL1 和 XTAL2 引脚上外接一个 12MHZ 的晶振及两个 47pF 的电容组成 6。XTAL2XTAL1GNDNCCMOS门外部振荡信号XTAL1 XTAL289 系列单片机GND内部定时VCC /PDRf石英晶体或陶瓷振荡器C1 C2武汉理工大学毕业设计（论文）10图 3.6 ESR 与频率的关系曲线3.1.3 复位电路的设计89 系列单片机与其他微处理器一样，在启动的时候都需要复位，使 CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初始状态开始工作。89 系列单片机的复位信号是从 RST
37、引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如 RST 引脚上有一个高电平并维持 2 个机器周期（24 个振荡周期） ，则 CPU 就可以响应并将系统复位。复位时序如图 37 所示，因外部的复位信号是与内部时钟异步的，所以在每个机器周期的 S5P2 都对 RST 引脚上的状态采样。当在 RST 端采样到“ 1”信号且该信号维持 19 个振荡周期以后，将 ALE 和 /PSEN 接成高电平 ，使器件复位。在 RST 端电压变低后，经过 1-2 个机器周期后退出复位状态，重新启动时钟，并恢复 ALE 和/PSEN 的状态。如果在系统复位期间将 ALE 和/PSEN
38、 引脚拉成低电平，则会引起芯片进入不定状态。图 3.7 内部复位定时时序| S5 | S6 | S1 | S2 | S3 | S4 | S5 | S6 | S1 | S2 | S3 | S4 | S5 | S6 | S1 | S2 | S3 |RST：INST ADDR INST ADDR INST ADDR INST ADDR INST ADDR INSTALE：/PSEN：P0： 11 振荡周期19 振荡周期600500400300200100 0 4 8 12 16武汉理工大学毕业设计（论文）111） 手动复位手动复位需要人为在复位输入端 RST 上加入高电平。一般采用的办法是在RST
39、端和正电源 VCC 之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则 VCC 的+5V 电平就会直接加到 RST 端。由于人的动作很快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，保证能满足复位的时间要求。手动复位的电路如图 3.8 所示。图 3.8 手动复位电路2） 上电复位AT89C51 的上电复位电路如图 3.9 所示，只要在 RST 复位输入引脚上接一电容至 VCC 端，下接一个电阻到地即可。对于 CMOS 型单片机，由于在 RST端内部有一个下拉电阻，故可将外部电阻去掉，而将外接电容减至 1uF。上电复位的过程是在加电时，复位电路通过电容加给 RST 端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着 Vcc 对电
40、容的充电过程而逐渐回落，即 RST 端的高电平信号必须维持足够长的时间。上电时，Vcc 的上升时间约为 10ms，而振荡器的起振时间取决于振荡频率，如晶振频率为 10MHz，起振时间为 1ms；晶振频率为 1MHz，起振时间则为10ms。在图 3.8 的复位电路中，当 Vcc 掉电时，必然会使 RST 端电压迅速下降到 0V以下，但是，由于内部电路的限制作用，这个负电压将不会对器件产生损害。另外，在复位期间，端口引脚处于随机状态，复位后，系统将端口置为全“1”态。如果系统在上电时得不到有效的复位，则在程序计数器 PC 中将得不到一个合适的初值，因此，CPU 可能会从一个未被定义的位置开始执行程
41、序。VccAT89C51RSTGND8.2k 10uF+Vcc武汉理工大学毕业设计（论文）12图 3.9 上电复位电路3） 复位后寄存器的状态当系统复位时，内部寄存器的状态如表 3.1 所列，即在 SFRS 中，除了端口锁存器、堆栈指针 SP 和串行口的 SBUF 外，其余的寄存器全部清 0，端口锁存器的复位值为 0FFH，堆栈指针值为 07H，SBUF 内为不定值。内部 RAM 的状态不受复位的影响，在系统上电时，RAM 的内容是不定的。表 3.1 各特殊功能寄存器的复位值专用寄存器 复位值 专用寄存器 复位值PC 0000H TCON 00HACC 00H B 00HPSW 00H SP
42、07HDPTR 0000H P0-P3 FFHIP 00000B IE 000000BTMOD 00H TH0 00HTL0 00H TH1 00HTL1 00H SCON 00HSBUF 不定 PCON（CHMOS）00000B在本设计中复位电路采用的是上电复位，即如图 3.9 所示VccAT89C51RST8.2k10uF +VccGND武汉理工大学毕业设计（论文）133.1.4 单片机最小系统如图 3.10 所示 AT89C51 单片机最小系统复位和晶振图图 3.10 单片机晶振复位电路图3.2 语音模块电路设计ISD4004 系列语音芯片工作电压为+3V,单片录放时间 8 到 16 分
43、钟,音质好,适用于移动电话及其他便携式电子产品中。芯片采用 CMOS 技术,内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存储陈列。芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制,操作命令可通过串行通信接口(SPI 或 Microwire)送入。芯片采用多电平直接模拟量存储技术, 每个采样值直接存储在片内闪烁存储器中,因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声,避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和金属声。采样频率可以是 4.0,5.3,6.4 或 8.0kHz，频率越低,录放时间越长,而音质则有所下降,片内信息存于闪烁存储器中,可在断电情况下保存
44、一百年(典型值),可反复录音十万次。3.2.1 ISD4004 芯片内部结构ISD4004 芯片内部逻辑结构构成如图 3.11 所示武汉理工大学毕业设计（论文）14图 3.11 ISD4004 的内部结构3.2.2 芯片引脚描述1）电源(VCCD,VCCA) 芯片内部数字电路电源正极引脚和模拟电路电源正极引脚。为使噪声最小,芯片的数字电路和模拟电路使用不同的电源供电,并且分别引到外封装的不同管脚上,数字和模拟电源端最好分别走线,尽可能在靠近供电端处相连,而去耦电容应尽量靠近器件。2）地线(VSSD,VSSA) 芯片内部数字电路电源地线和模拟电路电源地线引脚。芯片的数字电路和模拟电路也要使用不同
45、的地线。3）同相模拟输入(ANA IN+) 录音信号的同相输入端。输入放大器可用单端或差分驱动。单端输入时,信号由耦合电容输入,最大幅度为峰-峰值 32mV,耦合电容和本端的 3K 电阻输入阻抗决定了芯片频带的低端截止频率。差分驱动时,信号最大幅度为峰-峰值 16mV。ISD4004 芯片实物图和引脚图分别如图 3.12 、图 3.13 所示图 3.12 ISD4004 实物图武汉理工大学毕业设计（论文）15图 3.13 ISD4004 引脚图4）反相模拟输入(ANA IN-) 差分驱动时,这是录音信号的反相输入端。信号通过耦合电容输入,最大幅度为峰-峰值 16mV。5）音频输出(AUD OU
46、T) 提供音频输出,可驱动 5K 的负载。6）片选(SS)此端为低,即向 ISD4004 芯片发送指令，两条指令之间为高电平。7）串行输入(MOSI) 此端为串行输入端，主控制器应在串行时钟上升沿之前半个周期将数据放到本端,以供输入。8）串行输出(MISO) 此端为串行输出端，芯片未被选中时,本端呈高阻态。9）串行时钟(SCLK) 时钟输入端,由主控制器产生,用于同步 MOSI 和MISO 的数据传输。数据在 SCLK 上升沿锁存到芯片,在下降沿移出芯片。 10）中断() 本端为漏极开路输出。芯片在任何操作 (包括快进)中检测到EOM 或 OVF 时,本端变低并保持。中断状态在下一个 SPI
47、周期开始时清除。中断状态也可用 RINT 指令读取（OVF 标志指示芯片的录/ 放操作已到达存储器的末尾；EOM 标志只在放音中检测到内部的 EOM 标志时,此状态位才置 1） 。 11）行地址时钟(RAC) 漏极开路输出。每个 RAC 周期表示芯片存储器的操作进行了一行(ISD4004 系列中的存储器共 2400 行)。该信号保持高电平175ms,低电平 25ms。快进模式下,RAC 218.75s 是高电平，31.25s 为低电平。该端可用于存储管理技术。12）外部时钟(XCLK) 本端内部有下拉元件。芯片内部的采样时钟在出厂前已调校,误差在 1%以内。商业级芯片在整个温度和电压范围内,
48、频率变化在2.25%以内。工业级芯片在整个温度和电压范围内,频率变化在 4%以内,此时建武汉理工大学毕业设计（论文）16议使用稳压电源。若要求更高精度,可从本端输入外部时钟。由于内部的防混淆及平滑滤波器已设定,故上述推荐的时钟频率不应改变。输入时钟的占空比无关紧要,因内部首先进行了分频。在不外接时钟时,此端必须接地。13）自动静噪(AM CAP) 当录音信号电平下降到内部设定的某一阈值以下时,自动静噪功能使信号衰弱,这样有助于滤除无信号(静音)时的噪声。通常本端对地接 1F 的电容,构成内部信号电平峰值检测电路的一部分。检出的峰值电平与内部设定的阈值作比较,决定自动静噪功能的翻转点。大信号时,
49、自动静噪电路不衰减,静音时衰减 6dB7。1F 的电容也影响自动静噪电路对信号幅度的响应速度。本端接 VCCA 则禁止自动静噪。3.2.3 ISD4004 芯片使用说明1）串行外设接口 ISD4000 系列语音芯片工作于 SPI 串行接口。SPI 协议是一个同步串行数据传输协议，设定微控制器的 SPI 移位寄存器在 SCLK 的下降沿将数据送至 MISO 引脚。以 ISD4004 为例，协议的具体内容如下：所有串行数据传输开始于下降沿。在传输期间必须保持低电平，在两条指令之间则保持高电平。数据在时钟上升沿移入，在下降沿移出。变低，输入指令和地址后，ISD4004 才能开始录/放操作。指令格式是(八位控制码)加（十六位地址码） 。ISD4004 的任何操作如果遇到 EOM 或 OVF，则产生一个中断，该中断状态在下一个 SPI 周期开始时被清除。使用“读”指令使中断状态位移出 ISD4004 的 MISO 引
