基于at89c51单片机的公交车语音报站器的设计

基于at89c51单片机的公交车语音报站器的设计内容摘要：

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序。 Vcc AT89C51 RST GND 10uF + Vcc 图 3－ 9 上电复位电路 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 00H ACC 00H B 00H PSW 00H SP 07H DPTR 0000H P0P3 FFH IP 00000B IE 0 00000B TMOD 00H TH0 00H TL0 00H TH1 00H TL1 00H SCON 00H SBUF 不定 PCON（ CHMOS） 0 0000B 在本设计中复位电路采用的是上电复位，即如图 3－ 9 所示。 电压变换电路的设计 公交车上所使用的电源电压为 24V，而 AT89C51 芯片的工作电压为 5V，所以需要将 24V的电压转换成 5V电压。 设计中采用了三端固定正电压集成稳压器 7805，来得到 +5V 稳定电压。 电压变换电路如图 3－ 10 所示。 集成稳压器是指将不稳定的Vcc AT89C51 RST 10uF + Vcc GND 直流电压变为稳定的直流电压的集成电路。 由于集成稳压器具有稳压精度高、工作稳定可靠、外围电路 简单、体积小、重量轻等显箸优点，在各种电源电路中得到了普遍的应用。 常用的集成稳压器有：金属圆形封装、金属菱形封装、塑料封装、带散热板塑封、扁平式封装、双列直插式封装等。 在电子制用中应用较多的是三端固定输出稳压器。 78xx 系列集成稳压器是常用的固定正输出电压的集成稳压器，输出电压有 5V、 6V、 9V、 12V、 15V、 18V、 24V 等规格，最大输出电流为。 它的内部含有限流保护、过热保护和过压保护电路，采用了噪声低、温度漂移小的基准电压源，工作稳定可靠。 根据输出电流值的不同，选用不同系列的芯片，当电流小于 100mA 时，可以选用 78L00 系列；当电流在 以内时，可选用 78M00 系列；当电流在 以内，应选用 7800 系列的芯片。 7805 的最大输出电流为。 图 3－ 10 电压变换电路 脉冲检测电路的设计 霍尔器件简介 霍尔器件的分类 霍尔器件是一种磁传感器。 用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。 霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。 霍尔器件具有许多优点，她们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达 1MHZ）， 耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。 霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达 um 级）。 取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达 55℃～ 150℃。 按照霍尔器件的功能，可将它们分为霍尔线性器件和霍尔开关器件。 前者输出模拟量，后者输出数字量。 按照被检测的对象的性质，可将它们的应用分为直接应用和间接应用。 前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁1278050 . 3 3 u F30 . 1 u F24V++ 5 V+ 场，用这个磁场来作被检测的信 息的载体，通过它，将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。 工作磁体的设置 用磁场作为被传感物体的运动和位置信息载体时，一般采用永久磁钢来产生工作磁场。 例如，用一个 5 4 （ 3mm ）的钕铁硼Ⅱ号磁钢，就可在它的磁极表面上得到约 2300 高斯的磁感应强度。 封装好的霍尔电路中，霍尔片的深度在产品手册中会给出。 工作磁体和霍尔器 件间的运动方式有： (a)对移； (b)侧移； (c)旋转； (d)遮断。 霍尔开关电路的输出级一般是一个集电极开路的 NPN 晶体管，其使用规则和任何一种相似的 NPN 开关管相同。 输出管截止时，输漏电流很小，一般只有几 nA，可以忽略，输出电压和其电源电压相近，但电源电压最高不得超过输出管的击穿电压（即规范表中规定的极限电压）。 输出管导通时，它的输出端和线路的公共端短路。 因此，必须外接一个电阻器（即负载电阻器）来限制流过管子的电流，使它不超过最大允许值（一般为 20mA），以免损坏输出管。 输出电流较大时，管子的饱和压降也会 随之增大，使用者应当特别注意，仅这个电压和你要控制的电路的截止电压（或逻辑“零”）是兼容的。 以与发光二极管的接口如图 3－ 11 所示，对负载电阻器的选择作一估计。 若在Io 为 20mA（霍尔电路输出管允许吸入的最大电流），发光二极管的正向压降VLED=，电源电压 VCC=5V，所需的负载电阻器的阻值 05 1 .4 1800 .0 2CC L E DVV VVR IA     （ ） 图 3－ 11 霍尔开关与发光二极管 X ① ② ③ +5V R 光电耦合器简介 光电耦合器是一种 电信号的耦合器件，它一般是将发光二极管和光敏三极管的光路耦合在一起，输入电信号加于发光二极管上，输出信号由光敏三极管取出。 光电耦合器以光电转换原理传输信息，它不仅使信息发出端（一次侧）与信息接收并输出端（二次侧）是绝缘的，从而对地电位差干扰有很强的抑制能力，而且有很强的抑制电磁干扰能力。 速度高、价格低、接口简单。 光电耦合器具有体积小、使用寿命长、工作温度范围宽、抗干扰性能强。 无触点且输入与输出在电气上完全隔离等特点，因而在各种电子设备上得到广泛的应用。 光电耦合器可用于隔离电路、负载接口及各种家用电器等电路 中。 光电耦合器的工作过程： 光敏三极管的导通与截止，是由发光二极管所加正向电压控制的。 当发光二极管加上正向电压时，发光二极管有电流通过发光，使光敏三极管内阻减小而导通；反之，当发光二极管不加正向电压或所加正向电压很小时，发光二极管中无电流或通过电流很小，发光强度减弱，光敏三极管的内阻增大而截止。 脉冲检测电路的设计 本设计的关键是对转轴所转过的圈数进行计数，考虑到车辆将在复杂的环境中运行，而霍尔元件具有耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀的优点，故采用可靠的霍尔元件 DN6848 作为 信号采集装置，再经过光电耦合器 4N25输入给单片机。 光电耦合器的电流传输比为 10%～ 250%，响应时间小于 10us，其电路如图 3－ 12 所示。 图 3－ 12 脉冲检测电路 语音输出电路的设计 关于语音芯片 ISD— Winbond 语音芯片概述 美国 ISD（ Information Storsge Devices）公司是专业研制和生产先进的半导体语I N T 04. 7k18 04N 2512342+ 5V+ 5VD N 684 81 3VD D VOU T 音芯片的著名厂家和领导者，其开发的高密度 “多级 ”存储方法称作 “ChipCorder”的专业技术，可以在一个存储单元存储 256 级的不同电平，即存储相同信息仅需要用传统存储技术 1/8 的存储空间。 该公司与 1998 年 12 月被台湾华邦（ Winbond）并购，1990 年改名为 WECA（ Winbond Electronic Corpration American），但保留其 ISD 名称和标识，这个合并将 把 ISD 公司领先的信息存储、语音录放技术和强大的用户群与 Winbond 公司的高效率的制造能力和分布于全时间的营销能力结合起来。 ISD 系列语音芯片有 ISD1100 系列、 ISD1200 系列、 ISD1400 系列、 ISD2500系列、 ISD4000 系列 和 ISD5000 系列几种。 ISD1100 系列中有 10s 和 12s 的单片声音录放器件 ISD1110 和 ISD1112。 ISD1200 系列中有 10s 和 12s 的单片声音录放器件 ISD1210 和 ISD1212。 ISD1400 系列中有 16s 和 20s 的单片声音录放器件 ISD1416 和 ISD1620。 ISD1800 系列中有 8s、 10s、 12s 和 16s 的单片单段声音录放器件 ISD1810。 ISD2500 系列中有 32s、 40s、 48s、 64s 和 60s、 75s、 90s、 120s 的单片声音录放器件 ISD253 ISD25 ISD254 ISD2564 和 ISD2560、 ISD257 ISD2590、 ISD120。 ISD4000 系列中有 120s、 150s、 180s 和 240s 的单片声音录放器件 ISD400ISD400 ISD4003 和 ISD4004。 ISD5000 系列中有 4min、 5min、 6min 和 8min 的单片声音录放器件 ISD5008。 其中 ISD1100 系列、 ISD1200 系列和 ISD1400 系列都是独立使用； ISD2500 系列是手动切换或则与微控制器兼容，放音时可以用边沿或电平进行触发； ISD4000系列、 ISD5000 系列都带有微控制器 SPI 或 Microwire 串行接口。 语音芯片 ISD4004 ISD4000 系列单片声音录放器件是用 CMOS 工艺实现的高语音质量、 3V 工作电压的集成电路芯片，特别适用于移动电话和各种便携式产品。 按录放时间又分ISD400 ISD4003 和 ISD4004 三个子系列。 片内集成有振荡器、抗混叠滤波器、平滑滤波器、自动静音电路、音频放大器和高密度多级 Flash 存储阵列。 这个系列的新片要求用于微处理器或微控制器系列，通过串行外围接口 SPI 或 Microwire 串行 接口进行寻址和控制。 录音数据被存放方法是通过 ISD 的多级存储专利技术实现的，用声音和声频信号的自然形式直接存放在故态存储器中，从而提供高质量回放语音的保真度。 （ 1） ISD4004 的主要性能及其特点 ① 单片实现声音录放功能 ② 低功耗：典型的录音工作电流为 25mA ， 典型的放音工作电流为 15mA，典型待 ③ 机节能状态电流为 1uA ④ 单片录放时间为 8min、 10min、 12min 和 16min ⑤ 高质量自然的声音 /音频回放 ⑥ 自动静音电路可以在无声状态时消除背景噪音 ⑦ 不需要考虑实现算法 ⑧ 具有微控制器 SPI 或 Microwire 串行接口 ⑨ 可以通过 SPI 或 Microwire 控制寄存器控制功耗 ⑩ 语音数据断电不丢失，可以保存 100 年 ⑪ 允许反复录音 10 万次 ⑫ 片上带有时钟源 ⑬ 有 PDIP、 SOIC、 TSOP 和 CSP 多种封装形式 ⑭ 使用温度范围有商业用扩展型和工业用两种可供选择： i. —— 商业品扩展型： 20～ +70℃ ii. —— 工业品： 40～ +85℃ （ 2） 外部引脚及其说明 电源 (VCCA,VCCD)： 为使噪声最小 ,芯片的模拟和数字电路使用不同的电源总线 ,并且分别引到外封装的不同管脚上 ,模拟和数字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。 地线 (VSSA,VSSD)： 芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线。 同相模拟输入 (ANA IN+)： 这是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 3KΩ 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，为 ISD33000 系列相同。 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 音频输出 (AUD OUT)： 提供音频输出 ,可驱动 5KΩ 的负载。 片选。