论文)基于单片机语音存储与回放系统

论文)基于单片机语音存储与回放系统内容摘要：

司于 1971年生 产 第一 颗单 片机 Intel4004开始 ， 开创 了 电 子 应 用的“智能化”新 时 代。 单 片机以其高性价比和 灵 活性，牢固 树 立了其在嵌入式微控制系 统 中的“霸主”地位，在 PC 机以 28 38 Pentium、PⅢ 高速更新 换代 的同 时 ， 单 片机 却 “始 终如 一”保持旺盛的生命力。 例如， MCS51系列 单 片机已有 十多年的生命期，如今仍保持 着 上升的 态势 就充分 证 明了 这 一点。 单 片机的 结 构与 组 成 目前， 单 片机的系 统结 构 有两种类 型：一种 是将 程序和 数 据存 储 器分 开 使用， 即哈佛 （ Harvard） 结 构， 当 前的 单 片机大都是 这 种 结 构。 另一种是采用和 PC机的 冯 .诺 依曼 （ Von Neumann） 类 似的原理， 对 程序和 数 据存 储 器不作 逻辑 上的 区分，用 来 存放用 户 程序，可分 为 EPROM、 OTP、 ROM 和 FLASH 等 类。 EPROM 型 内 存 编 程后其 内 容可用紫外 线 擦除，用 户 可反复使用，故特 别 适用于 开发过 程，但 EPROM 型 单 片机价格很高。 具 有 ROM 型（掩膜型） 内 存的 单 片机价格最低，它适用于大批量生 产。 由于 ROM 型 单 片机的代 码 只能由生 产 厂商在制造芯片 时写 入，故用 户 要更改程序代 码 就十分不便，在 产 品未成熟 时选用 ROM型单 片机 风险较 高。 OTP型（一次可 编 程） 单 片机介于 EPROM 和 ROM 型 单 片机 之间 ，它 允许 用 户 自己 对 其 编 程，但只能 写 入一次。 OTP型 单 片机生 产多 少完全可由用户 自己掌握，不存在 ROM 型有最小起 订 量和掩膜 费问题， 另外， 该类单 片机价格已同掩膜型十分接近，故特 别 受中小批量客 户 的 欢 迎。 Flash 型（ 闪 速型） 单 片南京工业大学本科生毕业设计（论文） 9 机 允许 用 户 使 用编 程工具或 在线 快速修改程 序 代码 ，且可反复使用，故一推出就受到 广 大用 户 的 欢 迎。 Flash 型 单 片机 ,即可用于 开发过 程，也可用于批量生 产 ，随着 制造 工艺 的改 进 ， Flash 型 单 片机价格不 断 下降，使用越 来 越普遍，它已是现 代 单 片机 的发 展 趋势。 随 机 内 存 （ RAM） :用 来 存放程序 运 行 时 的工作 变 量和数 据，由于 RAM 的制作 工艺 复 杂， 价格比 ROM 高得多，所以 单 片机的 内 部 RAM非常 宝贵， 通常 仅 有几十到几百 个 字 节。 RAM 的 内 容是易失性（也有的 称 易 挥发 性）的，掉 电 后 会丢 失。 最近出 现了 EEPROM 或 FLASH 型的 数 据存 储 器，方便用 户 存放不 经 常改 变 的 数 据及其它重要 信息。 单 片机通常 还 有特殊寄存器和通用寄存器，它 们 是 单 片机中存取速度最快的 内 存，但通常存 储空间 很小。 中央 处 理器（ CPU） 是 单 片机的核心 单 元，通常由算 术逻辑运 算部件 ALU 和控制部件构成。 CPU就象人的大 脑 一 样 ， 决定了单 片机的 运 算能力和 处 理速度。 并行 输 入 /输 出 （ I/O）口 :通常 为独 立的 双向 口，任何口既可以用作 输 入方式，又可以作 输 出方式，通过软 件 编 程 来设 定。 现 代的 单 片机的 I/O 口也有不同的功能 ，有的 内 部具有上拉或下拉 电阻 ，有的是漏极 开 路 输 出，有的能提供足 够 的 电 流可 以直 接驱动 外部 设备。 I/O 是 单 片机的重要 资 源，也是衡量 单 片机功能的重要指 针 之一。 串口输 入 /输 出口 :用于 单 片机和串行 设备或其它单 片机的通信。 串行通信有同步和异步之分， 这 可以用硬件或通用串行收 发 器 件来实现。 不同的 单 片机可能提供不同标 准的串行通信接口，如 UART、 SPI、 I2C、 Micro Wire 等。 定 时 器 /计数器（ T/C） 单片机内 部用于精 确定时 或 对 外部事件 （输 入信 号 如 脉冲 ） 进 行 计数 ，有的单片机内 部有多 个定时 /计数器。 系 统时钟 通常需要外接石英晶体或其它振 荡 源 来 提供 时钟 信 号输 入，也有的使用 内 部RC振 荡 器。 第三章 单片机介绍 10 以上是 单 片机的基本构成， 现 代的 单 片机又加入了 许 多新的功能部件，如模拟 /数 字 转换 器 （ A/D） 、 数 字 /模 拟转换 器 （ D/A） 、 温 度 传 感器、液晶 （ LCD）驱动电 路、 电压监 控、看 门 狗 （ WDT） 电 路、低 压检测 （ LVD） 电 路等等 单 片机 编 程 语 言介 绍 对 于 51系列 单 片机， 现 有四 种语 言支持，即 汇编 、 PL/M， C 和 BASIC。 BASIC 通常附在 PC 机上，是初 学编 程的第一 种语 言。 一 个 新 变 量名定 义 之后可在程序中作 变 量使用，非常易 学 ，根据 解释 的行可以找到 错误而 不是 当 程 序执 行完才能 显现 出 来。 BASIC 由于逐行 解释 自然很 慢，每一行必 须在执 行 时转换成机器代 码， 需要花 费许多时间 不能做到 实时 性。 BASIC 为简 化使用 变 量，所有变 量都用 浮点 值。 BASIC 是用于要求 编 程 简单 而 对编 程效率和 运 行速度要求不高的场 合。 PL/M 是 Intel 从 8080 微 处 理器 开始为 其系列 产 品 开发的编 程 语 言。 它很像PASCAL，是一种 结 构 化语 言，但它使用 关键词 去定 义结 构。 PL/M 编译 器好像 汇编器一样 可 产 生 紧凑 代 码。 PL/M 总 的 来说 是“高 级汇编语 言”，可 详细 控制 着代 码的 生成。 但 对 51系列， PL/M 不支持复 杂的 算 术运 算、 浮点变 量而 无 丰富的库 函 数 支持。 学习 PL/M 无 异 于 学习 一种新 语 言。 C语 言是一种源于 编写 UNIX 操作系 统 的 语 言，它是一种 结 构 化语 言，可 产生 压缩 代 码。 C语言结 构是以括 号 { }而不是子和特殊符 号 的 语 言。 C 可以 进 行许 多机器 级 函 数 控制而不用 汇编语 言。 与 汇编相 比，有如下优 点 ： 对单 片机的指令系 统 不要求了解， 仅 要求 对 51 的 内 存 结 构有初步了解寄存器分配、不同 内 存的 寻 址及 数 据 类 型等 细节 可由 编译 器管理程序有 规 范的 结 构，可分 为 不同的函数。 这 种方式可使程序 结 构化 将可变 的 选择与 特殊操 作组 合在一起的能力，改善了程序的可 读 性 编 程及程 序调试时间显著缩 短， 从 而提高效率提供的 库 包含 许 多标 准子程序，具有 较强 的 数 据 处 理能 将 已 编 好程序可容易的植入新程序，因 为 它具有方便的模 块 化 编 程技 术 C语 言作 为 一种非常方便的 语 言而得到 广泛 的支持，C语 言程序本 身并不依 赖于 机器硬件系 统 ，基本上不做修改就可根据 单 片机不同 较快 地移植 过来。 南京工业大学本科生毕业设计（论文） 11 51 的汇编语 言非常像其它 汇编语 言。 指令系 统 比第一代微 处 理器要 强 一些。 51的不同存 储区 域使得其复 杂 一些。 尽 管懂得 汇编语 言不是你的目的，看懂一些可 帮 助你了解影 响 任何 语 言效率的 51特殊 规 定。 例如，懂得 汇编语 言指令就可以使用在 片内 RAM 作 变 量的 优势 ，因 为 片外 变 量需要几 条 指令才能 设 置累加器和 数 据指 针进 行存取。 要求使用 浮点 和 启 用函 数时只 有具 备汇编编程经验 才能 避免生 成庞 大的、效率低的程序， 这 需要考 虑简单 的算 术运 算或先算好的查表法。 最好的 单 片机 编 程者 应 是 由汇编转 用 C而不是原 来 用 过标 准 C语 言的人。 由此 来 看， 单 片机有 着 微 处 理器所不具 备 的功能，它可 单独地 完成 现 代 工业控制所要求的智能化控制功能， 这 是 单 片机最大的特征。 系 统 单片机 选择 本系 统 以 MCS51单 片机成 员 中的 AT89C51 为 控制核心。 AT89C51 是美 国ATMEL 公司生 产 的低功耗，高性能 CMOS 8 位 单 片机， 片内 含 4kbytes 的 可系 统编 程的 Flash 只 读 程序 内 存，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存 储 技 术生 产 ，兼 容标 准 8051 指令系 统 及引 脚。 它集 Flash 程序 内 存既可 在线编 程（ ISP）也可用 传统方 法 进 行 编 程及通用 8位微 处 理器 于单 片芯片中， ATMEL 公司的功能强大 ，低价位 AT89C51 单 片机可 为 您提供 许 多高性价比的 应 用 场 合，它 灵 活 应 用于各种控制 领 域。 主要性能 参数 ： （ 1）与 MCS51产 品指令系 统 完全兼容 （ 2） 4K 字 节 在系 统编 程 （ ISP） Flash 闪 速 内 存 （ 3） 1000 次擦 写 周期 （ 4） 的工作 电压 范 围 （ 5）全 静态 工作模式： 0Hz— 33MHz （ 6）三 级 程序加 密锁 （ 7） 2568字体 内 部 RAM （ 8） 32 个 可 编 程 I/O 口 线 （ 9） 3个 16 位 定时 /计数器 （ 10） 8 个 中 断 源 第三章 单片机介绍 12 （ 11）全 双 工串行 UART 通道 （ 12）低功耗 空闲 和掉 电 模式 （ 13）中 断可从空闲 模 唤醒 系 统 （ 14）看 门 狗 （ WDT） 及 双数 据指 针 （ 15）掉 电标识 和快速 编 程特性 （ 16） 灵 活的在系 统编 程（ ISP— 字 节 或 页写 模式） 其 内部结 构 结 构如 图 31所示： 图 31 单片机内部结 构 图 南京工业大学本科生毕业设计（论文） 13 AT89C51 引 脚 功能介 绍 源引 脚 Vcc和 GND Vcc： 电 源 电压， GND(10 脚 )：接地端。 路引 脚 XTAL l和 XTAL 2。 XTAL 2(18 脚 )：接外部晶体和微 调电 容的一端。 在 内 它是振 荡电 路反相放大器的 输 出端，振 荡电 路的 频 率就是晶体的固有 频 率。 要 检 查 单 片机的振 荡电 路是否正确工作，可用示波器查看 XTAL2 端是否有 脉冲 信 号输 出。 XTAL 1(19 脚 )：接外部晶体的微 调电 容的另一端。 在 片内 它是振 荡电 路反相放大器的 输 入端。 若需采用外部 时钟电 路 时 ， 该 引 脚输 入外部 时钟 脉冲 如 图32， 33 所示： 图 32 AT89S51单 片机晶振接法 号 引 脚 RST RES(8 脚 )“ RST 是复位信 号输 入端，高 电平 有效。 当 此 输 入端保 持两个 机器周期 (24 个时钟 振 荡 周期 )的高 电平时 ，可以完成复位操作。 图 33 外部 时钟电 路 ／ O(输 入／ 输 出 ) P0、 P P2 和 P3 第三章 单片机介绍 14 标 准 51单 片机，如 805 803 AT89C5 AT89S5 P89C51 等有 4 个 I／O(输 入／ 输 出 )口，分 别为： P0 口 (39— 32 脚 )： P0 口是一 个 漏极 开 路的 8位 双向 埠。 作 为 漏极 八路的 输出端口，每次 能驱动 8 个 Ls 型 TTL 负载。 当 P0口作 为输 入口使用 时 ，其先向 锁存器 (地址 80H)写 入全 1，此 时 P0口的全部引 脚悬 空，叫作 为 高阻抗 输 入。 P1 口 (1— 8脚 )： P1 口是一 个带 上拉 电阻 的 8位准 双向 I/O端口每一 位能驱动 (吸收 成输 出 电 流 )4 个 LS 型 TTL 负载。 在 P1 口作 为输 入口使用 时 ， 应 先向 P1 口 锁 存器 (地址 90H)写 入全 1,上拉 电阻 接成高 电平。 P2 口 (21— 28 脚 )： P2口是一 个带内 部上接 电阻 的 8位准 双向 埠。 P2口的每一 位能驱动 4 个 LS 型 TTL负载。 P3 口 (21— 28 脚 )： P3 口是一 个带内 部上接 电阻 的 8位准 双向 埠。 P3 口的每一 位能驱动 (吸收或 输 出 电 流 )4 个 LS型 TTL 负载。 P3 口与其它的 I/O 埠有很大 区别 ，它除作 为 — 般准 双向 I／ O口外，每 个 引 脚还 具有 专门 的功能， 见 表 31。 表 31 端口引脚功能 P1 口也是一 个 准 双向 口，作通用 I/O 口使用。 其 电 路 结构见 图 34 南京工业大学本科生毕业设计（论文） 15 图 34 P1口作通用 I/O口使用 输 出。