【毕业设计】电子时钟电路和语音电路的设计

论文原创性保证书我保证所提交的论文都是自己独立完成，如有抄袭、剽窃、雷同等现象，愿承担相应后果，接受学校的处理。专业生物医学工程班级2009级1班签名2013年6月1日摘要在现实生活中，人们在繁忙的工作中容易忘记事先安排好的事情，重要的会议日程被忘记，忘记携带了重要的文件，误了即时的商业信息，记忆力不好是现代人流行的抱怨，也常因此影响到工作与日常生活。基于这样的现状，设计一款简单便捷的小型定时语音录放电路，该电路可以录入多段语音，然后分时播放，人们可以根据自己的需要事先录入语音提示。然后根据需要定时，到达指定的时间后，此电路会像闹铃一样播放事先录入的语音，提醒人们该时段该做什么。已达到备忘的目的。该语音录放电路是一种定时语音提示录放装置，它由电子时钟、整形电路、语音驱动器、语音电路和扬声器构成。语音电路部分采用ISD4004语音芯片，总共录音时间八分钟，根据实际需要，编写程序将八分钟录音时间进行分段使用时。在电子时钟上设定时间，到达指定时间后电子时钟发出脉冲信号，再经过语音驱动器经过延时，触发语音电路，通过扬声器播放语音，语音事先录制在语音电路中，延时的时间与音乐或录音的播放时间相同。关键词ISD4004；定时语音录放；电子时钟ABSTRACTNOWADAYS,PEOPLEHAVEALOTOFWORKTODO,ANDBUSYWORKMAYLEADPEOPLEFORGETSOMETHINGTHATHAVEPLANNEDIMPORTANTMEETINGAGENDABEENFORGOT,BONUSBEENDISCOUNTEDIMPORTANTMEETINGMATERIALBEENFORGOTWHENMEETINGTHEDISTINGUISHEDGUESTS,ASARESULT,IMMEDIATECHANCEINBUSINESSHAVEBEENLOSTWHICHMAKEABIGLOSSFORTHECOMPANY,OFCOURSE,BONUSBEENDISCOUNTEDTOOBADMEMORYISALWAYSCOMPLAINEDBYPEOPLEINTHEWORLDACCORDINGTOTHISSITUATION,DESIGNASMALLMODULEWHICHISSIMPLEANDCONVENIENTFORTIMEVOICERECORDING,THEMODULECANINPUTMULTISEGMENTVOICE,ANDTHENPLAYTHERECORDINDIFFERENTTIMEPEOPLECANENTRYTHEVOICEACCORDINGTOTHEIRNEEDS,THENSETTHETIMEACCORDINGTONEED,AFTERTHESPECIFIEDTIMEISREACHED,THISMODULEWILLBEACTLIKEAALARMASPLAYPREALARMVOICEENTRY,AREMINDERTHATTHETIMETODOTHENTHEPURPOSEREACHEDTHEVOICERECORDINGMODULEISAREGULARVOICEPROMPTRECORDINGANDREPRODUCINGAPPARATUSITCONSISTSOFELECTRONICCLOCKSHAPINGCIRCUIT,VOICEDRIVEN,VOICECIRCUITANDSPEAKERCONFIGURATIONVOICECIRCUITPARTADOPTSISD4004VOICECHIP,ATOTALRECORDINGTIMEOFEIGHTMINUTES,ACCORDINGTOACTUALNEEDS,THEPREPARATIONOFTHEPROGRAMWILLBEFRAGMENTEDEIGHTMINUTESRECORDINGTIMEWHENUSEDSETTHETIMEONTHEELECTRONICCLOCK,ELECTRONICCLOCKREACHESTHESPECIFIEDTIMESENDAPULSESIGNAL,ANDTHENTHROUGHTHEDRIVETHROUGHSPEECHDELAY,TRIGGERVOICECIRCUIT,PLAYINGTHROUGHTHESPEAKERSVOICE,PRERECORDEDVOICEINTHEVOICECIRCUIT,THEDELAYTIMEWITHMUSICORRECORDINGTHESAMEPLAYINGTIMEKEYWORDISD4004,TIMINGVOICERECORDING,ELECTRONICCLOCK目录第一章绪论11本文研究的意义12本文研究的内容2第二章电子时钟电路的设计31电子时钟电路的组成311中央处理单元312AT89C51单片机简介313电源电路部分414显示部分515定时部分62电子时钟电路软件设计7第三章语音录放电路91语音录放电路组成92语音录放电路软件设计103语音录放电路软件编程11第四章串口电路和程序烧写软件151程序烧写软件152单片机程序烧写步骤153串口电路15第五章总结17第一章绪论1本文研究的意义时间是现代社会中不可缺少的一项参数,记忆力不好是现代人流行的抱怨，也常因此影响到工作与日常生活。没有记性的确不是一种优点，但是也并不是一种毛病，因为它是天生的，每个人都有记忆力的缺陷，拥有完美记忆力的人并不多。如今带有时钟功能的电子产品广泛应用于我们的生活中，一些高性能手机可与直接装载具有语音提示功能的软件，例如，IPHONE4S中就有相关的语音备忘录，带语音功能的时钟以其特有的语音方式得到更广泛的应用。本着这样的想法，设计一款简单便捷的小型定时语音录放电路，该电路可以录入多段语音，然后分时播放，人们可以根据自己的需要事先录入语音提示，然后根据需要定时，到达指定的时间后，此电路会像闹铃一样播放事先录入的语音，提醒人们该时段该做什么。已达到备忘的目的。方便快捷，适合各个阶段的人群使用。但用户需自行录入需要的语音提示，该电路也可以用于医疗行业，对于那些需要定时服药的有记忆力障碍的病人，可以事先设置语音提示，比如，早上八点需要服药，患者的家人可以事先录入语音，录入需要服用的药品的名称，到达规定服药时间后，提示病人按时服用什么药品。在国内外已有相关产品出现，市场上语音提示器种类繁多，所以其设计方案也多种多样。最早的语音提示器通过纯硬件搭建完成，现在大多数语音提示器使用单片机进行控制，各种语言能提示产品层出不穷，美国科学家最近开发出一种防健忘手表，能提醒佩戴者不要丢三落四，忘记携带重要物品。佩戴着这种手表的人首先需要在手机，钱包，钥匙等物品贴上一个价值25美分的无线射频识别标签，这样如果你忘记带这些物品时，你的手表就会发出滴滴声，然后信息会显示出你忘记了什么东西。在无线射频识别标签包含一个小型电路，一根天线和一个储存独特身份编码的记忆芯片。这种手表内的软件可以储存一切必须携带的物品的信息，并设定相应程序【1】。在我国，深圳市安博士电子防盗科技有限公司【2】的无线防丢器已全新上市。该产品可根据对象推动距离调控轮设定025米任意安全范围（防丢、寻找），语音提示（附带振动）无线防丢器由子机（发射器）和母机（接收器）两部分组成。它具有距离可调节（025米任意调节），具有防丢，寻找，警示提示（或附带振动功能），自动省电功能，有512种编码采用微电脑控制技术。使用频率在422HZ，接收感应度100DBM，接收机大小345414（MM），发射器大小25388（MM）。使用时，将子机放在欲防丢的物品上，再将母机打开开关，挂在腰间或放在口袋里，当被保护物被丢，离开主人一定的距离时，随身携带的母机就会自动发出警报，以便主人寻找，避免不必要的损失。2本文研究内容本文的研究内容是电子时钟电路和语音电路的设计。首先是电子时钟电路的设计研究，电子时钟电路采用普通具有闹铃功能的时钟电路，普通电子时钟的定时功能是依靠定时向扬声器传递一个高电平脉冲使扬声器工作，由此利用电子时钟的定时功能，将电子时钟的定时时传送的高电平信号引出，将此信号经过处理变为ISD4004语音电路可以接受的有效信号，利用此信号触发语音电路播放语音。语音播放播放电路采用ISD4004语音录放电路。实验研究电子时钟电路和语音录放电路之间的连接方法，实验编程对ISD4004语音芯片经行分段，根据实际需要确定将八分钟语音分成N段，从而确定每一段语音的段地址，编写程序，将程序通过烧写软件STC_ISP_V488将程序烧写到语音电路中。实验调试两电路之间的连接。第二章电子时钟电路的设计1电子时钟电路的组成利用AT89C51单片机结合七段显示器完成的简易的电子时钟，整个电子时钟系统电路可主要分为中央处理单元、电源电路部分、显示部分、定时部分。具体电路分析如下11中央处理单元（选用AT89C51对整个系统进行控制）1）它将定时数据输出到LED，实现时间的显示；2）根据键盘输入调用相应键盘处理子程序，实现时间的调整和闹铃的设定。AT89C51单片机引脚图如下图21所示EA/VP31X119X218RESET9RD/P3717WR/P3616INT0/P3312INT1/P3213T0/P3414T1/P3515P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD/P3111RXD/P3010图21AT89C51单片机引脚图12AT89C51单片机简介AT89C51是单片机中的典型产品，AT89C51单片机包含中央处理器、程序存储器ROM、数据存储器RAM、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线。AT89C51单片机内部总线是单总线结构,即数据总线和地址总线是公用的AT89C51有40条引脚,这40条引脚可分为I/O接口线、电源线、控制线、外接晶体线4部分。AT89C51单片机为双列直插式封装结构。AT89C51单片机的外接晶体引脚有以下两种（1）XTAL1片内振荡器反相放大器的输入端和内部时钟工作的输入端。采用内部振荡器时，它接外部石英晶体和微调电容的一个引脚。（2）XTAL2片内振荡器反相放大器的输出端，接外部石英晶体和微调电容的另一端。采用外部振荡器时，该引脚悬空。外接晶体引脚。AT89C51单片机的并行I/O口（1）P0口P0口为三态双向口，能带8个TTL电路。有两种功能第一功能是一个8位漏极开路型的双向I/O口，这时P0口可看作数据总线；第二功能是在访问外部存储器时，分时提供低8位地址和8位双向数据总线，这时先用做地址总线再用做数据总线。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。P0口内部无上拉电阻，作为I/O口使用时，必须外接上拉电阻。（2）P1口P1口是一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口（使用前有一个准备动作），负载能力为4个TTL电路。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。（3）P2口P2口为一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口，P2口缓冲器可接收、输出4个TTL门电流。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。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。（4）P3口P3口是一个内部带上拉电阻的准双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。P3口的8个引脚都有各自的第二功能，可作为AT89C51的一些特殊功能口，P3口第二功能如表11表11P3口第二功能P3口引脚第二功能注释P30RXD串行输入口P31T串行输出口P320IN外部中断0输入P331外部中断1输入P34T定时/计时器0外部输入P35定时/计时器1外部输入P36WR外部数据存储器写信号P37D外部数据存储器读信号13电源电路部分在各种电子设备中，直流稳压电源是必不可少的组成部分，它是电子设备唯一能量来源，稳压电源通过桥式整流电路获得，如图22所示在前半周期D1，D3导通，在后半周期D2，D4导通，单相桥式整流器电源利用率高（效率高），输出波纹与半波相比，波纹小，输出电压是输入电压的09倍，对于滤波电容要求容量要小。图22单相桥式整流器14显示部分显示部分是整个电子时钟最为重要的部分,显示分为静态显示和动态显示，在该系统采用动态显示方式，采用动态显示方式比较节省I/O接口，硬件电路也较静态显示方式简单。LED动态显示就是利用单片机依次输出每一位数码管的段选码和对应于该位数码管的位选控制信号，一位一位轮流点亮各七段数码管。对每位数码管来说，每隔一段时间点亮一次，如此循环。利用人眼的“视觉暂留”效应，只要每位显示间隔足够短就可以给人以同时显示的感觉。，但动态扫描的显示方式需占用CPU较多的时间，在该系统中由于单片机除了扫描AT89C51芯片外没有太多的实时测控任务，故选用动态扫描方式在6个数码管上显示当前时间。LED显示器是由若干个发光二极管组成显示字段的显示部件，当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔划发光，控制不同组合的二极管导通，就能显示出各种字，因为共阴极的LED数码管它的驱动电流是分开的,在单片机进行动态扫描的时候不会影响彼此的电流,故本系统中的6位LED数码管均用共阴极的数码管。具体电路设计如图23，用AT89C51单片机构建七段数码管动态显示系统时，6位数码管均采用共阴极LED，P0接口作为段选码输出口，8路驱动采用74LS244总线驱动器作为字形驱动芯片，经过8路驱动电路后接至数码管的各段，字形驱动输出0时发光。P2接口作为位选码输出口，6路驱动采用74LS07（OC门驱动器），当C接口线输出1时，选通相应位的数码管工作。P00P01P02P03P04P05P06P07P10P11P12P13P14P15ABCDEFGH74LS07AT89C511A11A21A31A42A12A22A32A41Y11A1Y22Y42Y32Y22Y11Y41Y31H2A2Y3A3Y6A6Y5A5Y4A4Y图23显示电路1A121A241A361A482A1112A2132A3152A4171Y1181Y2161Y3141Y4122Y192Y272Y352Y431G12G19VCC142A32Y43A53Y6GND76A136Y125A115Y104A94Y81A11H2图2474LS244管脚图图2574LS07管脚图15定时部分AT89C51有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。所以定时部分以单片机AT89C51为核心来完成，使用12MHZ晶振与单片机AT89C51相连接，通过软件编程的方法实现了以24小时为一个周期同时显示小时、分钟和秒的要求，并在计时过程中具有报时功能，当时间到达整点触发语音电路。基本定时电路如图26所示（图中以蜂鸣器代替语音接口电路的接口）此电路为普通电子钟的定时电路，用于设定时间时发出提示音。SPEAKER与P20口相连，当SPEAKER输出高电平时蜂鸣器不响，而SPEAKER输出低电平时蜂鸣器发出响声。74LS244图26普通蜂鸣器电路图以此基本电路为依据，取出SPEAKER端信号，实验研究得到适合于语音电路触发所需的信号，由此，当定时电路到达规定时间进行报时时，就可以触发语音电路播放实现录入的语音，实现本设计的最初目的。除此之外电子钟电路可以取代传统的钟表，因为本设计完全具有普通电子钟的功能。2电子时钟电路软件设计主程序代码ORG0000HLJMPSTARTORG000BHLJMPCTCOORG0030HSTARTMOV30H,09HMOV31H,05HMOV32H,09HMOV33H,05HMOV34H,01HMOV35H,01HMOV50H,02HMOV51H,01HMOV52H,00HMOV53H,00HMOVTMOD,01HMOVTH0,3CHMOVTL0,0B0HMOVR3,20SETBEASETBET0SETBTR0第三章语音录放电路1语音录放电路组成本电路采用ISD4004语音录放电路，ISD4004系列单片语音录放电路是美国ISD公司的新一代产品，ISD4004系列工作电压3V,单片录放时间8至16分钟,音质好,适用于移动电话及其他便携式电子产品中。工作电流2530MA,维持电流1A，片内免调整时钟,可选用外部时钟。具有多次重复录放，存储时间长，使用时不需扩充存储器，所需外围电路简单等优点。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贮陈列。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送入。ISD4004引脚图如图31图31ISD4004引脚图ISD4004工作于SPI串行接口。SPI协议是一个同步串行数据传输协议,协议假定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK的下降沿动作,因此对ISD4004而言,在时钟止升沿锁存MOSI引脚的数据,在下降沿将数据送至MISO引脚。协议的具体内容为（1）所有串行数据传输开始于SS下降沿。（2）SS在传输期间必须保持为低电平,在两条指令之间则保持为高电平。（3）数据在时钟上升沿移入,在下降沿移出。（4）SS变低,输入指令和地址后,ISD才能开始录放操作。（5）指令格式是8位控制码加16位地址码。（6）ISD的任何操作含快进如果遇到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。（7）使用“读“指令使中断状态位移出ISD的MISO引脚时,控制及地址数据也应同步从MOSI端移入。因此要注意移入的数据是否与器件当前进行的操作兼容。当然,也允许在一个SPI周期里,同时执行读状态和开始新的操作即新移入的数据与器件当前的操作可以不兼容。（8）所有操作在运行位RUN置1时开始,置0时结束。（9）所有指令都在SS端的上升沿开始执行。该电路可以主要分为三部分，单片机控制部分、录音部分和放音部分。通过AT89C51来实现整个系统的功能控制，键盘控制，显示控制等功能，是整个录放系统的控制核心，包含必要的按键电路、复位电路和指示电路等外围电路。录放音部分主要由ISD4004构成，包含配套的变压电路、功放电路等。该电路通过操作3个微动开关实现功能转换，操作命令由串行通信接口（SPI）送入。基本硬件连接图如图32图32语音电路图2语音录放电路软件设计软件设计步骤（1）初始化部分初始化操作包括单片机控制部分的初始化、语音芯片的初始化（只需初始化一次）。该部分程序主要是完成系统单片机及ISD4004语音芯片的初始化，使得整个系统能够有序的进行下去。（2）单片机控制部分该部分主要是完成单片机与ISD4004的连接和对ISD4004的控制功能，并根据系统单片机发出的命令形式做出相应的操作。（3）录音程序部分该部分主要包括对ISD4004语音芯片的录音控制，复位操作程序，延时操作程序等。（4）放音程序部分该部分主要包括对ISD4004语音芯片的放音控制，复位操作程序，延时操作程序等。3语音录放电路软件编程具体软件编程如下INCLUDEINCLUDEDEFINEUCHARUNSIGNEDCHARDEFINEUINTUNSIGNEDINT/分段录音首地址定义/ISD40048录音时间为8分钟，即860480S,根据4004的资料，480秒可分为2400段，也就是1S的段数为5段，即从，00000005H的内容为1秒DEFINEISD_ADDS10X0000/录音存放地址1/60秒0X00000X012CDEFINEISD_ADDS20X012D/录音存放地址2/600X012D0X0258DEFINEISD_ADDS30X0259/录音存放地址3/600X02590X0384DEFINEISD_ADDS40X0385/录音存放地址4/600X03850X04B0/ISD4004C51接口定义/P17放音指示灯/P1。6录音指示灯/P15地址1指示灯/P14地址2/P13地址3/P12地址4/P33SET/P37REC/P10PLAY/P11STOP/P34SS/P35MOSI/P32SCLK/延时函数VOIDDELAY1MSUCHART/延时T1毫秒VOIDDELAY/按键函数VOIDKEYVOIDVOIDID_CASE1_KEY/变量定义UNSIGNEDCHARID0BITPLAY_FLAG/名称ISD_STOPVOID功能发送STOP指令指令ISD_SPI_SEND8UCHARISDX8调用无返回无/VOIDISD_STOPVOIDSS0MOSI0SCLK0ISD_SPI_SEND8STOPSS1/名称ISD_PLAYVOID功能发送PLAY指令指令ISD_SPI_SEND8UCHARISDX8调用无返回无/VOIDISD_PLAYVOIDSS0MOSI0SCLK0ISD_SPI_SEND8PLAYSS1/名称ISD_RECVOID功能发送REC录音指令指令ISD_SPI_SEND8UCHARISDX8调用无返回无/VOIDISD_RECVOIDSS0MOSI0SCLK0ISD_SPI_SEND8RECSS1/名称ISD_SETPLAYUINTADD功能发送SETPLAY指令指令ISD_SPI_SEND8UCHARISDX8ISD_SPI_SEND16UINTISDX16调用无返回无/VOIDISD_SETPLAYUINTADDDELAY1MS1ISD_SPI_SEND16ADD/发送放音起始地址ISD_SPI_SEND8SET_PLAY/发送SETPLAY指令字节SS1/名称ISD_SETRECUINTADD功能发送SETREC指令指令ISD_SPI_SEND8UCHARISDX8ISD_SPI_SEND16UINTISDX16调用无返回无/VOIDISD_SETRECUINTADDDELAY1MS1ISD_SPI_SEND16ADD/发送录音起始地址ISD_SPI_SEND8SET_REC/发送SETREC指令字节SS1/名称VOIDDELAY1MSUCHART功能延时1MS参数T,最大255调用无返回无/VOIDDELAY1MSUCHARTUCHARIFORT0TFORI0I150I_NOP_NOP_NOP_NOP_NOP_NOP_NOP_NOP_NOP_NOP_/VOIDDELAYUCHARIUINTD5000WHILEDI255WHILEI第四章串口电路和程序烧写软件1程序烧写软件程序烧写软件采用STC_ISP_V488软件，STC_ISP_V488是由STC公司研发，可以向STC89C51、STC89C52等系列单片机内烧写程序。可以设置波特率，串口等参数。同时STC_ISP_V488还可以作为串口调试工具，用于串口收发数据的调试软件。2单片机程序烧写步骤首先，需要接好硬件，如果是TTL烧写，那么请把电路的TXD跟单片机的RXD相连，电路的RXD与单片机的TXD相连，GND与GND相连，（RXDTXD交叉连接）如果是串口烧写，那么请把电路的232接口与你的232接口接好，双击打开软件。选择单片机型号，加载烧写文件（HEX文件），选择对应的COM口（各电脑默认COM口可能不相同），点击软件上的DOWNLOAD图标，点击了DOWNLOAD下载后，此时需要你的STC或ATC单片机系统需要断电，然后立即上电，让单片机进入ISP引导下载模式。3串口电路USB转串口电路全称为USBTOSERIALPORTMODULE，它可以将USB接口虚拟成一个串口，解决客户无串口的苦恼。该串口电路采用USBTOTTL/RS232通讯电路，该电路支持两种模式，USB转TTL电平和USB转232电平，具有良好的兼容性，即插即用，支持热插拔，性能稳定。电路的电源直接由电脑的USB口获取，所以不需要外接电源就可以实现USB转TTL，USB转RS232功能。TXD发送端，一般表示为自己的发送端，正常通信必须接另一个设备的RXD。RXD接收端，一般表示为自己的接收端，正常通信必须接另一个设备的TXD。TTL电平通常数据表示采用二进制，规定5V等价于逻辑“1“,0V等价于逻辑“0“,称作TTL信号系统，是正逻辑。RS232电平采用12V到3V，等价于逻辑“0“，3V到12V的逻辑电平，等价于逻辑“1“，是负逻辑