毕业设计论文-基于单片机的智能电话控制系统

毕业设计论文-基于单片机的智能电话控制系统内容摘要：

个从 MCU几个从 MCU 相互连接构成多主机系统分布式系统 1 个主 MCU 和 1 个或几个从 IO设备所构成的各种系统等在大多数应用场合可使用 1个 MCU作为控机来控制数据并向 1 个或几 个从外围器件传送该数据从器件只有在主机发命令时才能接收或发送数据其数据的传输格式是高位 MSB在前低位 LSB在后 SPI总线接口系统的典型结构如所示 当一个主控机通过 SPI 与几种不同的串行 IO 芯片相连时必须使用每片的允许控制端这可通过 MCU的 IO端口输出线来实现但应特别注意这些串行 IO芯片的输入输出特性首先是输入芯片的串行数据输出是否有三态控制端平时未选中芯片时输出端应处于高阻态若没有三态控制端则应外加三态门否则 MCU 的 MISO 端只能连接 1 个输入芯片其次是输出芯片的串行数据输入是否有允许控制端因此只有在此芯片允 许时 SCK脉冲才把串行数据移入该芯片在禁止时 SCK对芯片无影响若没有允许控制端则应在外围用门电路对 SCK 进行控制然后再加到芯片的时钟输入端当然也可以只在 SPI总线上连接 1个芯片而不再连接其它输入或输出芯片 由于 ISD4004提供了 SPI的串行接口因此用户可以通过单片机实现对该芯片的操作工作模式设置及寻址从而完成之间的数据交换 为了能够正确地交换数据 SPI 串行外设接口必须遵循一定的数据传输协议该协议具体如下 1 所有串行数据传输从 SS 端下降沿开始 端在传送工程中应一直保持低电平在指令间为高电平 2 时钟信号在上升沿时锁存输入数据时钟信号在下降沿时输出数据 3 录放音操作起始于 变低并通过 MISO 给 ISD 器件输入操作码和地址具体的操作码如下表 3 所表示 4 操作码有五位地址码十一位 5 每个操作包括信息快速检索结束出现 EOM 标志或溢出时将产生一次中断当下一个 SPI 周期开始时此中断被清除信息快速检索允许用户跳过信息直到遇到 EOM 标志内部地址指针加 1 6 中断数据从 ISD 器件的 MISO 端输出的同时控制码及地址信号也从 MOSI 端输入读出中断数据和启动一个新的操作 7 运行位 RUN 置 1 启动操作置 0 时结束操作可在同一个 SPI 周期内完成 8 所有操作都在端上升沿开始执行的 ② SPI 接口的控制位 SPI 的接口控制位 MOSI 主设备输出从设备输入 MISO 主设备输入从设备输出 OVF 溢出标志 EOM信号结束 IAB 忽略地址控制位 IAB 1 时 忽略地址寄存器 A10A0 位 IAB 0 时使用 A10A0位操作即当 IAB 置 0 时录放音操作从地址 A9A0 开始为了能够连续录放音 IAB 应在一行结束之前置 1否则 ISD芯片将在同一个语音段重复操作这个特点在语音提示类产品中非常有用同时行地址时钟端与 IAB 配合使用进行存储管理 MC 使信息检索 MC 1 时使能信息检索 MC 0 时取消信息检索 PU 上断电选择 PU 1 时上电 PU 0 时断电 P 录放音选择 P 1 时放音 P 0 时录音 RUN 启动停止操作 RUN 1 时启动 RUN 0 时停止 P10P0 行地址寄存器输出 A10A0 输入地址寄存器 ④ ISD4004 与单片机的接口技术 由于 ISD4004 是在单片机的控制下实现工作因此单片机必须实现模拟 SPI总线的工作方式同时对 ISD4004 工作状态进行查询如操作是否达到某一地址的末尾存储器是否溢出可以选用单片机的 6 个 IO 口分别与 ISD4004 的 MISOMOSI SCLK 和 RAC 相连其中 是用作器件的片选信号 MISOMOSISCLK 用于和单片机的数据通信控制 ISD4004 的语音提示播放及查询等功能 D4004 语音芯片与单片机的连接情况 4 系统程序设计 41 系统流程图 系统流程图如下图图 41 4 程图 42 各功能模块软件设计 解码电路数据提取程序 关于 MT8870 芯片的各引脚的功能和相关的解码电路在前一章的硬件电路己经介绍其工作时序 其芯片的内部结构见附录只有当芯片的反相的输入端有音 频信号的进来时经过一段时间延时以后在这一时间是系统的传输延时时间其内部的数字检测算法检测到音频信号时 ESt 端就出现高电平随后 StGT 经过了一段电容充电的上升时间这时 StGT 端的检测出大于该芯片的内部参考电位 VTSt时 StGT马上跳变为高电平这时再经过编码转换锁存在内部的寄存器后这时 StD端变为高电平且是随 StGT端的电压低于 VTSt就变为低电平也表明了该芯片的解码工作己经结束所以我们利用 StD 的下跳变作为单片机外部中断INT1 的信号源当 StD 有下降沿到达时产生外部中断其解码以后的中断服务子程序数据接收程序 如下同时 TOE 端是内部芯片三态门的使能控制端为高电平有效表明允许接收数据 4． 2． 1 MT8870 的工作时序图 解码中断服务程序 MT8870 SETB TOE MOV P10FH MOV AP1 ANL A0FH MOV R0A CJNE ACODEBACK SETB SIGNAL CLR EX0 BACK INC R0 PUSH A RETI ISD4004 的地址分段特性和单片机寻址 ISD4004 芯片尽管提供了地址输入线但它的内部各信息段的地址却无法直接读出通常情况下只能使用 ISD 器件提供的不许要知道地址的操作模式这无法满足复杂或实时操作使用的要求为实现这些应用最好使用地址的直接操作 ISD 分段地址不是通常意义上的字节地址单元而是信息的基本组成单位ISD4004 的内部有 2840K 字节的 Flash Memory 存储单元总共可以规划为 2400 行每个地址单元指向其中的一行具有 2400个地址单元 ISD4004的录放时间为 960s因此它的分辨率为 400ms ISD 器件可以进行多段录放操作每一段称为一个信息段一个信息段由起始地址指针 MSP指定记录数据和信息结束标志 EOM三部分组成一个信息段占用一行或多行存储空间可以包含多个地址单元一个地址单元最多只能作为一个独立的段因此 ISD4004 最多可以分为 2400 段 ISD 系列芯片可由开发人员或用户任意录制播放需要的一段或几段语音等在听觉表达中最复杂的就是语音的组合它是将用户预存的多段语音选择顺序连续播放将字或词素组合成一句话甚至一段话播放出来从而实现最准确定量的语义表达例如欢迎使用家电远程控制系统请输入密码以 号结束对不起你的输入有误再见等 ISD4004是采用模拟存取技术集成的可反复录放的 960秒语音芯片掉电后语音不丢失最大可分 2400 段最小每段语音长度为 400ms 每段语音都可由地址线控制输出每 400ms 为一个地址由 A0A10 的地址线控制用户录制的语音每一段结束后芯片自动设有段结束标志 EOM 芯片录满后设有溢出标志 OVFEOM 即自动停止放音单片机收到段结束标志 EOM 就开始触发下一段语音的起始地址如此控制即可以将很多不同段的语音组合在一起成一句话放音出来实现语音的自动组合 这种控制方式有较强的通用 性和方便性它不需要事先规定每段语音的时间长度总段数甚至不需要知道每段语音在 ISD4004 芯片上的具体地址只要用户记住录入语音的段顺序即可控制各段语音的自由组合 首先单片机 89C51控制 ISD4004语音芯片从头至尾放音一遍它会将语音芯片中的每一段语音的起始地址都记录下来即完成了芯片搜索操作然后用户可按照 RS232标准串口协议向单片机的 RXD端发送合成指令单片机即将合成命令翻译成对应的语音芯片中各段语音的起始地址并控制语音芯片发出需要的语音一段结束后立刻又播发需要的下一段如此将一句话合成说完在单片机的 TDX 端将作为忙信号端使用当有语音输出时该端将保持低电平空闲时为高电平 单片机遵循标准 5V的 RS232串口协议方式 TDXRDX双线串口方式一无校验协议如下 串口速率 4800 bits AA AA 静音延迟 05 秒 DD 在一句话中停顿一会起逗号作用 句结束放音存储码 FF FF TDX 端放音忙信号 低电平有效 空闲为高电平语音合成放音期间变为低电平输出 数据码 码址与语音段位序号对应如 00 为第一段 01 为第二段 02 为第三段每句话最多 100 段 单片机控制语音芯 片内部地址的获取 根据 ISD 器件的地址形成和分段特性我们可以连续录入多段信息不用考虑各段的地址录制完毕之后在播放过程中根据器件的输出信号确定各段的起始地址和结束地址 在使用中我们利用 89C51 的内部定时器进行计时使用了外部中断捕捉 EOM跳变信号为提高计时的精度使用了自动重载的工作模式定时器在每个定时周期结束之后立即重新装入初值开始计时使每个定时周期之间没有隔离在这种模式下定时器是 8 位工作状态最大计时周期不到 06ms 为产生 400ms 的定时周期采用多次定时产生一个周期的方法每个定时周期设定为 05ms800 次产生 一个 400ms的周期播放遇到 EOM 标记 EOM 引脚信号变底持续 50ms 之后变高 ISD 器件的播放一直到 EOM由低电平回到高电平由于 89C51外部中断的触发信号是高电平到低电平的跳变每次播放之前开放定时和外部中断开始播放时启动定时器播放结束时引发外部中断停止定时器计时在此之前每个 400ms地址计数器值加 1一直到播放结束为止此时地址计数器当前值与起始值之差值就是该段所占用的地址单元数从而在起始的基础上计算出结束地址 ISD4004 的录放音控制实现都是利用软件使单片机的 IO 口模拟 SPI 的工作通信协议在指令的控制下实现 16 分钟录放音其中程序和和流程见附录 单片机的 SPI 口的模拟 由于 AT89C51单片机不具有 SPI接口因此我们必须用软件来模拟 SPI接口通信协议具体做法是用四个普通 IO 口分别与 ISD 器件的 MISO MOSISCLK和 SS 端相连其中与 SCLK 相连的 IO 口负责提供时钟脉冲所有的串行数据传送从 SS 脚下降沿开始在传送过程中 SS 端一直保持低电平指令期间为高电平始终上升沿数据输入 ISD 时钟下降沿数据从 ISD 输出 用软件模拟 SPI 接口时时序一定要正确 AT89C51 单片机的指令执行时间为1us 12MHz 晶振时 而 ISD4004 芯片的 SPI 时在 ns 级的所以用 NOP 指令满足大部分时延的要求其流程图 系统程序 下面为总的具体主程序流程和程序部分见附录 5 产品制作与调试 51 产品的制作 PCB 板的设计流程 由于制作样品的是单面板下面给出 PCB 板制作的总体流程 DTMF 远程控制装置的 PCB 设计 1 原理图绘制 ① 产生原理图在进入 Protel 99 后建立一个数据库文件如取名为MyDesignddb然后进入该数据库打开文件夹 Documents打开编辑栏在该编辑栏的空白处单击鼠标右键从弹 出的菜单中选择 New 新建 Sheet1 的原理图文件打开该文件然后在环境设置中设置好相应的工作环境再进行原理图的绘制 电气设计规则检查在画完电路原理图以后要进行电气法则测试于检验在电路原理图绘制的中产生错误首先在 [Tools]菜单项中选择 [ERC]执行 ERC 命令后系统弹出 Setup Electrical Rule Check 对话框选中对话框中相应的项目然后确认 ERC 即自动进行产生一个测试报告设计者可以根据该报告从新修改相关的错误或疏漏以后从属上述同样的操作 生成网络表文件执行创建网络表命令 [Design][Create Netlist]系统弹出Netlist Creation 对话框对该对话框中 Preference 和 Trace Options 两个标签页进行相应设置可生成所需要的网络表文件 2PCB 板的规划 ① 定义板框在绘制电路板之前首先要定义板框定义板框主要包括定义定义电路板的层数电路板的外形尺寸和形状等首先新建一个 PCB 文档打开后点击编辑区下方的 Keep Out 层标签切换当前层为禁止布线层然后在上面绘制一个矩形板框执行 [Design][Rules]命令选择 Routing 标签页的 Rules Classes 区中的Routing Layers 规则将 Toplayer 设置成 Not usedBottomlayer 设置成 Vertical即把布线层设置在底层的单层板但同时自己也可以利用板框向导创建自定义模板这里不重复了 电路参数设置因为设置 PCB 电路参数是为了更好地进行设计首先执行[Tools][Preferences]命令。