优秀毕业设计精品]基于at89c51的公车自动语音报站系统的设计

优秀毕业设计精品]基于at89c51的公车自动语音报站系统的设计内容摘要：

片实现声音录放功能 （ 2） 采用单一 3V 工作电压 （ 3） 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） 可以对多段信息寻址控制 （ 10） 可以通过 SPI 或 Microwire 控制寄存器控制功耗 （ 11） 语音数据断电不丢失，可以保 存 100 年 （ 12） 允许反复录音 10 万次 （ 13） 片上带有时钟源 （ 14） 有 PDIP、 SOIC、 TSOP 和 CSP 多种封装形式 （ 15） 使用温度范围有商业用扩展型和工业用两种可供选择： —— 商业品扩展型： 20～ +70℃ —— 工业品： 40～ +85℃ 2. 外部引脚及其说明 19 NCXCLK1NCNCISD4004ANA IN+SCKJVCCA17212520VSSD612NC18316NC14NCMISOVSSA2825VCCD157232410224RAC26NCNCAMCAP138/SSMOSIVSSAINT27VSSANCAUDOUT9 NC11NCANA IN 公交车站自动报站器的设计 19 图 ISD4004 引脚图 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 (SS)： 此端为低 ,即向该 ISD4004 芯片发送指令，两条指令之间为高电平。 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 ,供 ISD 输入。 串行输出 (MISO)： ISD 的串行输出端。 ISD 未选中时 ,本端呈高阻态。 串行时钟 (SCLK)： ISD 的时钟输入端 ,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 ISD,在下降沿移出 ISD。 中断 (/INT)： 本端为漏极开路输出。 ISD 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 周期开始时清除。 中断状态也可用 RINT指令读取。 OVF 标志 指示 ISD 的录、放操作已到达存储器的未尾。 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。 行地址时钟 (RAC)： 漏极开路输出。 每个 RAC 周期表示 ISD 存储器的操作进行了一行 (ISD4004 系列中的存贮器共 2400 行 )。 该信号 175ms 保持高电平 ， 低电平为 25ms。 快进模式下 ， RAC 的 是高电平 ， 为低电平。 该端可用于存储管理技术。 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%内。 商业级芯片在整个温度和电压范围内 , 频率变化在 +%内。 工业级芯公交车站自动报站器的设计 20 片在整个温度和电压范围内 ,频率变化在 6/+4%内 ,此时建议使用稳压电源。 若要求更高精度 ,可从本端输入外部时钟 (如前表所列 )。 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。 在不外接地时钟时 ,此端必须接地。 自动静噪 (AMCAP)： 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 于养活无信号 (静音 )时的噪声。 通常本端对地接 1mF 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 ,自动静噪电路不衰减 ,静音时衰减 6dB。 1mF 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. 极限参数 （ 1） 支流电源电压范围（ Vcc～ Vss）： ～ + （ 2） 输入电压范围（所有引脚）：（ ）～（ Vcc+） （ 3） 输入电压范围（所有引脚，输入电流不超过177。 20mA）：（ ）～（ Vcc+） （ 4） 输入电压范围（ MOSI、 SCLK、 INT、 RAC、 SS 引脚，输入电流不超过 177。 20mA）：（ ）～ （ 5） 结温： +150℃ （ 6） 存储温度范围（ Tstg）： 65～ +150℃ （ 7） 引脚焊接温度（ 10s）： +300℃ 4. 串行外围接口 SPI ISD4004 的串行操作是通过 SPI 串行接口实现的， SPI 串行接口协议如下： 数据传输协议设定微控制器 SPI 的移位寄存器是有串行时钟 SCLK 的下降沿驱动。 而对 ISD4004 数据输入是由 MOSI 引脚上的上升沿驱动，数据输出是由 MISO 引脚上的下降沿 驱动。 （ 1） 所有串行数据传送都是由 /SS 引脚上的下降沿开始。 （ 2） 在所有串行通信期间， /SS 引脚上都保持低电平，而在两条指令之间保持高电平。 （ 3） 数据输入由时钟的上升沿驱动，数据输出由时钟的下降沿驱动。 （ 4） 录音和放音操作的初始化是通过把 /SS 引脚为低电平使能芯片，把操作码和地公交车站自动报站器的设计 21 址串行输入。 （ 5） 输入操作码和地址的格式如下： 8 位控制码 和 16 位地址 （ 6） 每个由 EOM 或溢出产生的结果信号都将产生中断，包括报文周期插入周期。 当下一次初始化 SPI 周期时，中断将被清除。 （ 7） 当中断数据被移位移出 MISO 引脚时，控制和地址数据就同时被移进 MOSI 引脚。 需要注意的是，移入的数据与当前系统的操作是一致的。 有可能在同一个SPI 周期读中断数据和启动一个新的操作。 （ 8） 任何一个操作都是从 RUN 位被置 1 开始，由 RUN 位清零结束。 （ 9） 所有的操作都是有 /SS 的上升沿开始。 SPI 控制寄存器用于各个期间功能的控制，这些控制包括放音、录音、报文插入、上电和掉电、启动和停止操作以及忽略地址指针等。 以下是控制寄存器的说明： （ 1） N 控制寄存器：用于控制操作。 当其为 1 时，启动操作；当其为 0 时，停止操作。 （ 2） /R 控制寄存器：用于选 择放音和录音操作。 当其为 1 时选择放音操作；当其为 0 时，选择录音操作。 图 SPI 端口及其相关控制位示意图 （ 3） MC 控制寄存器：用语控制报文插入功能。 当其为 1 时，允许报文插入；当MOSI C4 C3 C2 C1 C0 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 报文插入 (MC) 忽略的地址 (IAB) 上电 (PU) 放音 /录音 (P/R) 运行 MISO OVF EOM P0 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12 P13 P14 P15 0 0 0 0 0 0 公交车站自动报站器的设计 22 其为 0 时，关闭报文插入功能。 （ 4） PU控制寄存器：用于主电源控制。 当其为 1 时，控制上电；当其为 0 时，掉电进入节能状态。 （ 5） IAB 控制寄存器：忽略地址控制位。 当其为 1 时，忽略输入地址寄存器的内容 A9A0/A15A0。 当其为 0 时，使用在操作上使用的输入地址寄存器的内容A9A0/A15A0。 当 IAB 被清 0 时，放音或 录音操作就从地址 A9A0/A15A0开始。 为了连续放音或录音， IAB 应该在相应行结束前变为 1，否则将会从同一行的地址处重复操作。 存储器管理时， RAC（行地址时钟）引脚和 IAB 可以用来绕着存储器分段移动。 （ 6） P9P0/P15P0：行指针寄存器的输出。 （ 7） A9A0/A15A0：输入地址寄存器 [12]。 录音、放音电路的设计 ISD4004 声音录放器件的采样频率为 ，它单片录放时间有 8min、 10min、 12min和 16min 几种，其采用 内置非易失性 FLASH 存储器，这种快擦写存储器断电不会丢失数据，所以保存数据不需要耗电。 典型的被存储信息可以保存时间高达 100 年，同一个存储单元可以反复被录音 10 万次 [13]。 功放电路的设计 ISD4004芯片的音频输出引脚 AUD OUT可以驱动一个 5k 的负载，当器件上电后，该引脚输出的电源为。 本设计中选用的放大器是 LM386， LM386 是为低电压应用设计的音频功率放大器 [13] ，其工作电压为 6V，最大失真度为 ，功率频响为 20～100kHz。 功放电路连线图如图 所示。 公交车站自动报站器的设计 23 220uF0 . 0 4 7 u F220uFAUDOUT10K312+U5L M 3 8 6325614 8710+ + 6 V+ 图 功放电路 由于功率放大器 LM386 要接 +6V 电压，因此还需要一个电压变换电路将 24V 电压变换成 +6V 的电压。 这里选用的是芯片 LM317。 LM331 是三端可调式集成稳压器，其电路结构和外接元件如图 所示。 它的内部电路有比较放大器、偏置电路（图中未画出）、恒流源电路和带隙基准电压 REFV 等，它的公共 端改接到输出端，器件本身无接地端。 所以消耗的电流都从输出端流出，内部的基准电压（约 ）接至比较放大器的同相端和调整端之间。 若接上外部的调整电阻 R R2 后，输出电压为 21()REFO R E F adjVV V I RR   221(1 )R E F a d jRV I RR   （ ） LM317 的 REFV =， adjI =50uA，由于 调整端电流 adjI 1I ，故可以忽略，所以上式化简为 21(1 )O REFRVV R （ ） 基准电压 比较放大器 调整管 Vref I Vb T I1 Iadj I2 + Vi Vo adj + 公交车站自动报站器的设计 24 图 三端可调试集成稳压器结构图 电压变换电路连线图如图 所示。 24VD1R1+ 6 V100U6L M 3 1 7 / C Y L312V I NA D JV O U T380 10uFD2R21uF 图 电压变换电路 录音电路的设计 连线图如图 所示， MIC 是麦克风，即语音信号的输入端，输出的模拟语音信号经过三极管组成的放大器放大后加到 ISD4004 语音芯片的 ANA IN反向模拟输入端。 R1 R2 公交车站自动报站器的设计 25 2 . 2 k47uF0 . 1 F10k0 . 1 FM I C10kQ11kANAIN300k 图 录音电路 LED 显示电路的设计 LED 显示器件简介 发光二极管特性 发光二极管与普通二极管一样具有单向导电性，但是因其使用的半导体材料不同 ,其导通电压较高，一般锗二极管在 左右，硅二极管在 左右，而砷化镓或磷化镓发光二极管一般在 ，但 其反向击穿电压不高，一般在 5V 或稍许高一点（不能用 500 型万用表的 R 10k 档测量，在反压较高的电路中需要加钳位二极管保护）。 对小。