公交汉字显示系统毕业设计论文

1、.PAGE . 编 号题目公交汉字显示系统硬件局部院 系 信息工程学院专业 电子信息工程姓 名 _2010年 5月25日. 毕 业 设 计 任 务 书设计题目：公交车汉字显示系统专 业：电子信息工程班级*：_200611301_姓 名:_指导教师：设计期限：2010年3月1日开场2010年5月28日完毕院、系： 信息工程学院2010年3月1日. 电子信息专业毕业设计任务指导书指导教师 一、毕业论文的目的通过毕业设计使学生了解和掌握单片机应用系统的数据采集、数据处理技术；了解和掌握汇编语言的程序设计和同硬件电路的结合；了解和掌握单片机硬件电路的焊接和调试；了解和掌握继电器、报警电路、运算放大器、

2、反应网络等模拟电路的分析设计。二、主要容一种新型的公交车自动报站系统的设计原理，以89C51单片机为核心，控制ISD4004语音芯片及16*16LED点阵显示模块做汉字显示的新方案。利用89C51单片机作为CPU来进展总体控制，通过语音控制电路进展各种提示语音的播放，同时使用LED点阵电路进展汉字显示，实现了公共汽车的语音报站以及汉字提示的功能.三、重点研究问题语音芯片驱动使用、人机接口技术、语言技术、检测技术四、主要技术指标或主要设计参数用8051单片机芯片实现完成汉字显示报站根本功能。 LED点阵使用16*16点阵；语音芯片使用ISD4004-8M，可录制8分钟，录放电路简单；用动态扫描法

3、进展汉字显示；功放电路使用LM386,负载80.5W, 电压增益为20；录音电路使用9014，增强录音效果。五、设计成果要求1熟悉Protel、KeilC51、Proteus软件，并用来设计应用系统原理图。2学习硬件的焊接、安装、组装，单片机仿真器的使用。 3阅读参考资料、文献及论文，提交本设计开题报告，设计方案不少于两种。 4完成设计所需要的编程，硬件电路设计与实现，焊接。 5系统电路测试与交付。六、其他 时间安排次序周次容112阅读文献资料23与设计容相关的学习讲课、解答、方案分析等34完成开题报告45学习KeilC51，Proteus软件，单片机原理567设计硬件电路，方案选择论证689

4、实现硬件电路，焊接调试71012编程、测试813撰写论文914辩论七、参考资料1“新编单片机原理与应用“ 永雄 编著 电子科技大学 2“模拟电子技术根底“第三版 童诗白 华成英 主编 高等教育 3“数字电子技术根底“第四版 阎石 主编 高等教育 4“汇编语言程序设计“ 钱晓捷 主编 电子工业 5“preteus入门教程“ 6“keil c51入门教程“开题报告2010年3月15日学生*电子信息工程题目名称公交车汉字显示系统硬件局部课题来源教师提供主要容设计的主要容：一种新型的公交车自动报站系统的设计原理，以89C52RC单片机为核心，控制ISD4004语音芯片及16*16LED点阵显示模块做汉

5、字显示的新方案。利用89C52RC单片机作为CPU来进展总体控制，通过语音控制电路进展各种提示语音的播放，同时使用LED点阵电路进展汉字显示，实现了公共汽车的语音自动报站以及汉字提示的功能.如图1所示。图1：系统构造图主要包括四个局部：语音录放音电路、LED点阵显示、电源电路、按键控制电路组成。采取的主要技术路线或方法开发方案和原理框图是由教师引导提供的。具体的电路图和线路组织连接都是需要自己设计的。整个电路的硬件及功能控制软件是自己设计和编写的。一、单片机芯片：STC89C52RC单片机芯片采用40引脚的双列直插封装方式。40条引脚如下：1、主电源引脚Vss和Vcc 2、外接晶振引脚*TAL

6、1和*TAL2 3、控制或与其它电源复用引脚RST/VPD，ALE/，和/Vpp4、输入/输出引脚P0.0 - P0.7，P1.0 - P1.7，P2.0 - P2.7，P3.0 - P3.7。 P0口P0.0 - P0.7是一个8位漏极开路型双向I/O口，在访问外部存储器时，它是分时传送的低字节地址和数据总线，P0口能以吸收电流的方式驱动八个TTL负载。 P1口P1.0 - P1.7是一个带有部提升电阻的8位准双向I/O口。能驱动(吸收或输出电流)四个TTL负载。 P2口P2.0 - P2.7是一个带有部提升电阻的8位准双向I/O口，在访问外部存储器时，它输出高8位地址。P2口可以驱动(吸收

7、或输出电流)四个TTL负载。 P3口P3.0 - P3.7是一个带有部提升电阻的8位准双向I/O口。能驱动(吸收或输出电流)四个TTL负载。P3口还用于第二功能。二：语音芯片ISD4004-8M；ISD4004 系列单片语音录放电路如图2所示：1、简述单片8 分钟语音录放置微控制器串行通信接口3V单电源工作多段信息处理工作电流25-30mA,维持电流1A不耗电信息保存100 年(典型值)高质量、自然的语音复原技术10 万次录音周期(典型值)自动静噪功能片免调整时钟,可选用外部时钟ISD4004 系列工作电压3V,单片录放时间8至16分钟,音质好,适用于移动及其他便携式电子产品中。芯片采用CMO

8、S技术,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或Microwire)送入。芯片采用多电平直接模拟量存储技术, 每个采样值直接存贮在片闪烁存贮器中,因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声,防止了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和金属声。采样频率可为4.0,5.3,6.4,8.0kHz,频率越低,录放时间越长,而音质则有所下降,片信息存于闪烁存贮器中,可在断电情况下保存100年(典型值),反复录音10 万次。三：LED点阵电路；利用74HC138对4块8*

9、8点阵进展拼接成16*16的点阵，然后通过单片机控制，进展汉字的显示。电路图如图3所示：图3：LED点阵电路四：电源电路由于语音芯片ISD4004的工作电压时3V,不同于单片机的5V工作电压，所以就必须有电源电路，提供3V的稳定电压，本电路才用LM317电源电路，5V进，3V出的一个稳压电路，很适合于产品电源。利用电容滤波，使语音电路噪声减少。电路图如图4所示：图4：电源电路预期的成果及形式采用STC89CRC52单片机实现对系统的控制功能，利用语音芯片ISD4004-8M进展语音设计及74HC38控制点阵显示，通过键盘改变语音芯片工作状态，先录音并存储，然后放音，同时实现自动报站，并同时用点

10、阵进展相关信息显示。最终软件调试功能测验，根本到达了系统的设计要求。时间安排第13周：搜集资料，确定方案；第4周：搜集89C52RC、ISD4004等器件的功能和引脚资料，熟悉单片机一般编程语言，为后期的设计做前期准备；第56周：分析功能实现原理，利用Protel画出电路图。第78周：进一步和同组人探讨整个功能实现包括硬件和软件的结合；用软件进展仿真测试。第911周：焊接出实际的电路板，测试、运行、实现功能；第1113周：汇总整个的工作流程，查资料，做论文，准备辩论。指导教师意见签 名：年 月 日备注鉴于系统工作的稳定性和准确性，整个电路大都采用了集成电路，虽然这加大了设计的本钱，并给焊接电路

11、带来了小麻烦，但更重要的是这给编程、电路的复杂度和调试带来了极大的方便，能够很好的增加程控电压源的工作稳定性和精度。同时由于16*16的点阵是由自己亲手焊接，而且是采用的万能板，所以不是很美观，但是功能根本能实现。摘要随着时代的进步，公交车已经成为一般工薪族和学生族出门必须的交通工具。由于单片机技术以及电子语音技术飞速开展。目前，在公交车报站方面，也由传统的人工报站，逐渐改变为使用微电脑控制的语音文字报站系统。从以前售票员的大声报站变成现在的自动语音报站以及汉字提示等新型的报站系统，加快了现代化建立的进程。是国家自动化交通开展的标志。本文介绍了一种新型的公交车自动报站汉字显示系统的设计原理，同

12、时提供了一种以89C51单片机为核心，控制ISD4004语音芯片及LED点阵显示汉字的新方案。利用89C51单片机作为CPU来进展总体控制，通过语音控制电路进展各种提示语音的播放，同时使用LED点阵电路进展汉字显示，实现了公共汽车的语音自动报站以及汉字提示的功能，实现了图文、语音一体化协调工作，减轻了司售人员的劳动强度，提高了车辆的效劳质量，是一种科技、时尚的新产品。同时它摆脱传统电子屏线的束缚，使其应用更加市场化，其流动显示的特点更为广告界所推崇，是一种全新的媒体。ISD4004语音系列芯片是美国ISD4004公司推出的产品，具有屡次重复录放，存储时间长，使用时不需扩大存储器，所需外围电路简

13、单等特点。本系统是以C语言来进展软件设计，指令的执行速度快，节省存储空间。为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化构造，使程序设计的逻辑关系更加简洁明了,使硬件在软件的控制下协调运作。关键词：89C51单片机，LED点阵显示，语音芯片 Abstract With the progress of The Times,the bus has bee a general applicability and students go to the family transportation.Due to the microcontroller technology and electronic voic

14、e technology rapidly develope.At present, in the bus stops,also from the traditional artificial stops, gradually changing into using the microputer control system of bus stop announcement. From before the loud voice stops of the conductor to be the new characters suggest and stops system,acceleratin

15、g the process of modernization.Its the national symbol of automation transportation development. This paper introduces the design principle of a new kind of bus automatic stops display system and provides a new plan to control ISD4004 pronunciation chip and LED dot matri* to display chinese characte

16、rs by 89C51 mcu .Useing 89C51 as CPU to overallcontrol and through the speech control circuit to play various kind speech hint.Realizing the bus stops and characters of the voice of function,the te*t, voice integration are realized coordinationly too.Reduce the labor intensity of sales personnel dep

17、artment, improving the quality of bus service.It is a kind of new products of technology and fashion.At the same time,it gets rid of traditional electronic screen line,to make its application bee more market-oriented.The characteristics of flow shows is praised highly by advertising.it is a kind of

18、new media.ISD4004 seriespronunciation chip is the products of ISD pany,with the charactor of repeated recording, long time storage ,without e*panded memory when using and simple circuit of the periphery, etc.This system based on C language for software design,the instruction e*ecute speedly and save

19、 storage space.In order to facilitate e*pansion and change,the design of software adopt modular structure,make the program design of logical relationship more concise,make the hardware under the control of the software operation harmoniously .Keywords:89C51 MCU, LED dot matri* display, pronunciation

20、 chip. 目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc262741424 摘要 PAGEREF _Toc262741424 h VIII HYPERLINK l _Toc262741425 Abstract PAGEREF _Toc262741425 h I* HYPERLINK l _Toc262741426 1 绪论 PAGEREF _Toc262741426 h 1 HYPERLINK l _Toc262741427 1.1 概述 PAGEREF _Toc262741427 h 1 HYPERLINK l _Toc262741428 1.2 目的及意义 P

21、AGEREF _Toc262741428 h 2 HYPERLINK l _Toc262741429 2 总体设计的原理与实现 PAGEREF _Toc262741429 h 3 HYPERLINK l _Toc262741430 2.1 方案论证 PAGEREF _Toc262741430 h 3 HYPERLINK l _Toc262741431 2.1.1 语音电路方案论证 PAGEREF _Toc262741431 h 3 HYPERLINK l _Toc262741432 2.1.2 设计系统方案论证 PAGEREF _Toc262741432 h 4 HYPERLINK l _To

22、c262741433 2.2 电路原理的总体设计 PAGEREF _Toc262741433 h 5 HYPERLINK l _Toc262741434 3 硬件局部的设计 PAGEREF _Toc262741434 h 7 HYPERLINK l _Toc262741435 3.1 硬件组成局部 PAGEREF _Toc262741435 h 7 HYPERLINK l _Toc262741436 3.2 相关芯片介绍 PAGEREF _Toc262741436 h 7 HYPERLINK l _Toc262741437 3.2.1 STC89C52RC单片机芯片 PAGEREF _Toc2

23、62741437 h 7 HYPERLINK l _Toc262741438 3.2.2 ISD4004语音芯片 PAGEREF _Toc262741438 h 8 HYPERLINK l _Toc262741439 3.2.3 74HC138芯片 PAGEREF _Toc262741439 h 13 HYPERLINK l _Toc262741440 3.2.4 LM317芯片 PAGEREF _Toc262741440 h 14 HYPERLINK l _Toc262741441 3.3 硬件各局部设计 PAGEREF _Toc262741441 h 16 HYPERLINK l _Toc

24、262741442 电源电路 PAGEREF _Toc262741442 h 16 HYPERLINK l _Toc262741443 3.3.2 LED点阵显示电路 PAGEREF _Toc262741443 h 17 HYPERLINK l _Toc262741444 语音录放音电路 PAGEREF _Toc262741444 h 18 HYPERLINK l _Toc262741445 按键控制电路 PAGEREF _Toc262741445 h 18 HYPERLINK l _Toc262741446 4 软件局部的设计 PAGEREF _Toc262741446 h 20 HYPER

25、LINK l _Toc262741447 4.1 软件总体设计 PAGEREF _Toc262741447 h 20 HYPERLINK l _Toc262741448 4.2 软件各模块设计 PAGEREF _Toc262741448 h 21 HYPERLINK l _Toc262741449 4.2.1 延时子程序 PAGEREF _Toc262741449 h 21 HYPERLINK l _Toc262741450 4.2.2 ISD4004语音录放程序 PAGEREF _Toc262741450 h 22 HYPERLINK l _Toc262741451 4.2.3 中断控制程序

26、 PAGEREF _Toc262741451 h 24 HYPERLINK l _Toc262741452 4.2.4 LED点阵汉字显示程序 PAGEREF _Toc262741452 h 25 HYPERLINK l _Toc262741453 5 系统调试 PAGEREF _Toc262741453 h 26 HYPERLINK l _Toc262741454 5.1 常见硬件故障调试 PAGEREF _Toc262741454 h 26 HYPERLINK l _Toc262741455 5.2 软件程序调试 PAGEREF _Toc262741455 h 26 HYPERLINK l

27、 _Toc262741456 5.2.1 调试软件KeilC51简介 PAGEREF _Toc262741456 h 26 HYPERLINK l _Toc262741457 5.2.2 软件程序测试 PAGEREF _Toc262741457 h 27 HYPERLINK l _Toc262741458 5.2.3 系统电路功能仿真 PAGEREF _Toc262741458 h 27 HYPERLINK l _Toc262741459 5.2.4 Keil与Proteus对系统联调 PAGEREF _Toc262741459 h 28 HYPERLINK l _Toc262741460 5

28、.2.5 硬件实现 PAGEREF _Toc262741460 h 29 HYPERLINK l _Toc262741461 结论 PAGEREF _Toc262741461 h 31 HYPERLINK l _Toc262741462 致 PAGEREF _Toc262741462 h 32 HYPERLINK l _Toc262741463 参考文献 PAGEREF _Toc262741463 h 33 HYPERLINK l _Toc262741464 附录外文原文及翻译 PAGEREF _Toc262741464 h 34 HYPERLINK l _Toc262741481 附录源程序

29、代码 PAGEREF _Toc262741481 h 51 HYPERLINK l _Toc262741482 附录原理图 PAGEREF _Toc262741482 h 61. 1绪论1.1 概述随着现代社会的建立，公共汽车越来越为群众所喜爱，不仅仅可以在低消费下到达目的地，同时也能很方便的省去很多的自驾麻烦。是打工族和学生族的常用交通工具。而随着人们使用公共汽车的普遍，车辆上一般都相当拥挤，造成许多的乘客未到站先下车或者推迟下车的情况，也加重了售票员的劳动强度。随着信息社会的到来，单片机广泛的应用于工业控制系统、数据采集系统、自动测试系统、声学领域和微机技术等广阔的领域。而利用单片机对语音

30、芯片进展控制可以到达语音报站的效果。因此，了解并掌握单片机智能控制技术工作原理及特性是非常重要的。在一些自动语音报站系统中，广泛采用的是通过使用语音芯片进展设计电路，然后通过MIC录音电路以及功放电路进展语音的录制与播放，同时通过单片机对语音芯片进展选择以及功能的控制，从而完成语音报站。但是由于传统的语音芯片的外围电路比拟复杂，所以实现复杂、易受干扰、不易控制且精度不高。因此，本系统用一种比拟昂贵且现代社会才刚刚常用的一种ISD4004系列语音芯片，不需复杂的外围电路和AD转换电路能直接与单片机完成语音的录制和播放，实现方便、精度高，可根据不同需要用于各种场合；为了提高对语音芯片的认识和了解，

31、尤其是对ISD4004系列的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本设计基于ISD4004芯片设计的公交车汉字显示报站系统，介绍了STC89C52RC单片机语音汉字显示控制系统，主要是通过单片机组成的应用系统来完成对语音的录制以及播放，汉字的LED点阵显示以及语音播放的控制，从而实现了单片机对语音汉字的控制。在正常情况下，通过ISD4004对语音报站信息进展播放以及利用LED点阵进展相关提示汉字的显示，ISD4004芯片采用CMOS技术,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列。芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制,操作

32、命令可通过串行通信接口(SPI或Microwire)送入。通过单片机对报站语音进展采集处理，同时设定相关汉字显示信息；当到站按键按下时，该系统会发出到站站名及相关语音声音，同时让LED点阵进展汉字提示信息的显示，报站语音以及汉字显示完毕时等待下一个到站按键的触发。1.2目的及意义首先是设计出一种的方便实用的公交车汉字显示报站系统。单片机智能控制技术广泛地应用于工业控制、智能语音等方面，ISD4004 系列工作电压3V,单片录放时间8至16分钟,音质好,适用于移动及其他便携式电子产品中。芯片采用多电平直接模拟量存储技术, 每个采样值直接存贮在片闪烁存贮器中,因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐

33、、音调和效果声,防止了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和金属声。采样频率可为 4.0,5.3,6.4,8.0kHz,频率越低,录放时间越长,而音质则有所下降,片信息存于闪烁存贮器中,可在断电情况下保存100年(典型值),反复录音10 万次。而本系统则根本完成了设计的任务要求，通过STC89C52RC单片机语音录放控制系统，主要是通过单片机组成的应用系统来完成对语音的采集、语音的存储处理、提示汉字的显示以及语音播放的控制，从而实现了单片机对公交车到站的语音汉字显示功能。其次，为了理论联系实际，用大学所学的理论来进展实际工作，将知识转变为生产力。通过大学本科四年的学习，已经初步具有了一定

34、的分析和设计能力。通过本次设计将大学所学的知识进展系统地梳理，概括和总结，并综合运用这些所学的知识。公共汽车为外出的人们提供了方便快捷的效劳，而公共汽车的报站直接影响效劳的质量。传统由乘务人员人工报站，该方式因其效果太差和工作强度太大，在很多大城市已经被淘汰。近年来，随着科学技术的日益开展和进步，微型计算机技术已经在许多领域得到了广泛的应用。在声学领域，微机技术与各种语音芯片相结合，即可完成语音的合成技术，使得汽车报站器的实现成为可能，从而为市民提供了更加人性化的效劳。鉴于传统公交车报站系统的缺乏之处，结合公交车辆的使用特点及实际营运环境，设计了一种由单片机控制的公交车语音报站显示系统 。公交

35、车语音报站显示系统的设计主要是为了弥补人工报站的辛苦以及误报的落前方式，进站、出站播报站名及相关效劳用语，为市民提供更人性化，更完善的效劳 。2总体设计的原理与实现2.1方案论证本设计主要是通过单片机组成的应用系统来完成对语音的录制、语音的存储处理、语音的播放以及汉字显示的控制，从而实现了单片机对语音报站汉字显示的控制。语音录放电路有共同的特点：语音录制播放环境复杂、现场性强等。假设采用一般语音芯片采集语音信号，则需要设计信号调理电路、A/D 转换及相应的接口电路，才能把语音芯片输出的模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。这样，由于各种因素会造成语音录放系统较大的偏差，会使语音系统的稳定性和

36、可靠性下降 。所以要选择适宜的方案，才能使设计得到最大的优化。2.1.1语音电路方案论证方案一：采用普通的语音芯片，可满足到达报站信息录制以及播放，但普通语音芯片录制语音效果不好，重复性差、可靠性较差，对于高频率使用以及方便录放时不适用。对一些语音容不固定并要求现场录音和放音的系统，采用一般语音芯片实现，录放音的质量难以控制。而且在语音录放系统中,采用一般语音芯片,比方华邦的W90P710系列、HELIOS公司的HZ24QP系列等.但这些芯片输出的都是模拟信号,必须经过进展A/D 转换和压缩处理等才能送给单片机，从而产生了失真、大大降低了录放音质量，并不具有抗断电、音质差、使用不方便、不能反复

37、录放、需专用的语音开发工具、不能随意列改容和耗电多等缺点。另外, 在语音录放系统中,采用普通语音芯片.外围电路会比拟复杂，而且在软件实现时也需要用到复杂的算法，一定程度上也增加了软件实现的难度。方案二：在语音录放系统中，传统的语音芯片是将模拟信号远距离采样进展AD转换，而为了获得较高的语音录放质量，就必须采用措施解决由长线传输及放大电路零点漂移等造成的误差补偿问题。采用语音芯片ISD4004进展语音的录放，直接对模拟信号进展存储。便于单片机处理及控制，省去传统的语音录放的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，此元件线形较好。对一些语音容不固定并要求现场录音和放音的系统，采用一般语音芯片实现

38、，录放音的质量难以控制。美国ISDInformation Storage Devices公司的ISD 系列芯片采用直接模拟存储专利技术，把语音信号以原始的模拟形式直接存储在片EEPROM存储器中，无需进展A/D 转换和压缩处理等，从而减少了失真、大大提高了录放音质量，并具有抗断电、音质好、使用方便、可反复录放、无需专用的语音开发工具、能随意列改容和耗电省等优点，很适合于现场录放音系统。而且语音录放系统中,采用普通语音芯片.外围电路会比拟复杂，而是用ISD4004芯片直接使用简单的外围电路即可。而且在软件实现时也不需要用到复杂的算法，一定程度上也减轻了软件实现的难度。采用语音芯片ISD4004系

39、列，可以表达系统芯片化这个趋势。局部功能电路的集成，使总体电路更简洁，搭建电路和焊接电路时更快。而且，集成块的使用，有效地防止外界的干扰，提高语音录放电路的质量以及实用性。所以集成芯片的使用将成为电路开展的一种趋势。本方案应用这一语音芯片。设计系统方案论证该系统主要由语音录放和汉字显示两局部组成。下面列举两种实现方案：方案一：语音录放可以使用一般的语音芯片，汉字显示局部则使用比拟美观的而且含相当多的字模的液晶显示模块。考虑到一般语音芯片存储的是数字信号，所以还要设计相应的模数转换电路。而模拟信号转数字信号过程中，信号失真是令人伤脑筋的问题。此方案由于使用液晶显示模块，需要进展其驱动的攥写，并且

40、硬件复杂，如果信号产生失真，都将会导致误差的产生，难以完全去除，而且本钱会有较大增长幅度。方案二：使用ISD语音芯片和LED点阵模块构成。其具有以下特点： = 1 * GB3 具有高的语音录放质量及实用性，可重复使用； = 2 * GB3 抗干扰能力强，稳定性好； = 3 * GB3 信号易于处理、传送和自动控制； = 4 * GB3 便于现场录制播放，播放语音显示效果好 = 5 * GB3 安装方便，维护简单，工作可靠性高。ISD语音芯片可以采用美国ISDInformation Storage Devices公司的ISD4004系列芯片，这类芯片采用直接模拟存储专利技术，把语音信号以原始的模

41、拟形式直接存储在片EEPROM存储器中，无需进展A/D 转换和压缩处理等，从而减少了失真、大大提高了录放音质量，并具有抗断电、音质好、使用方便、可反复录放、无需专用的语音开发工具、能随意列改容和耗电省等优点，很适合于现场录放音系统。比拟两个方案后可以发现，方案二更适合于用作本系统的实施方案。尽管方案二不需要A/D，但考虑到系统扩大等因素，单片机可以选用STC89C52RC。2.2电路原理的总体设计基于ISD4004语音芯片的语音报站汉字显示系统的设计研制过程主要包括：总体设计、硬件设计、软件设计、仿真调试等几个阶段。对于总体设计，主要是画出原理框图、确定出主要技术指标。如图所示：图系统总体设计

42、框图单片机芯片是与MCS-51 兼容的STC89C52RC，STC89C52RC单片机带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能8位微处理器。语音录放电路使用的是ISD4004-8MS以及其外围录放电路，外围电路相当简单；由于其可以进展直接模拟信号的存储，省去了信号模数转换的相关电路，使得信号更加的稳定、录放音质量好。同时单片8至16 分钟语音录放，置微控制器串行通信接口，3V单电源工作，多段信息处理，工作电流25-30mA,维持电流1A，不耗电信息保存100 年(典型值)，高质量、自然的语音复原技术，10 万次录音周期(典型值)，自动静噪功能，片免调整时钟,可选用外部时钟。利用90

43、14三极管对录制语音进展放大处理，同时通过LM386及喇叭，对输出语音信号进展放大播放，让语音质量以及稳定性更加高。汉字显示电路采用的是16*16 LED点阵显示。一种方法属于静态显示。显然，静态显示需占用较多的I/O口线。另一种是动态扫描显示。通过控制各个显示器公共阳极轮流接高电平的方法，逐一轮流地启动各个LED。动态显示法是目前各种单片机采用的流行方法。其优点是硬件简单，“动态由软件实现。因而选用动态显示的方法。电源电路是给语音芯片ISD4004提供3V稳压电源，利用LM317，通过电阻分压，输出稳定的3V稳定电源，让语音芯片可以正常的工作。实现语音录制播放功能。按键控制电路完成对语音播放

44、以及汉字显示开场的控制，通过对单片机相关引脚的高地电平的控制，从而完成对语音芯片的控制，从而到达完成语音报站汉字显示功能。本章节方案比拟后可以发现，完成了基于ISD4004的语音报站显示的单片机系统的方案论证，选择了更适合于用作本系统的实施方案，完成了电路的总体设计。3 硬件局部的设计3.1硬件组成局部基于ISD4004语音芯片的语音报站汉字显示系统的硬件设计主要包括：1电源电路为语音芯片提供3V稳压电源；2LED汉字显示电路完成汉字显示；3ISD4004语音录放电路完成语音录制放音；4按键控制电路完成按键控制播放录音功能5单片机电路的核心系统五局部组成，具体的电路介绍本局部就先不进展详细的介

45、绍，在论文的硬件各局部设计中将会对各个局部的电路进展详细的介绍。下面我就先对硬件电路设计中使用的主要器件的技术资料进展相关的介绍。让我们对硬件进展整体的了解。3.2相关芯片介绍STC89C52RC单片机芯片STC89C52RC是STC公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片含8Kb的可反复擦写的Flash只读程序存储器和512b的随机存取数据存储器RAM，器件采用高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准MCS51指令系统，片置通用中央处理器CPU和Flash存储单元，功能强大STC89C52RC单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。单片机的可擦除只读存储器可以反

46、复擦除100000次。将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，是一种高效微控制器，STC89C52RC单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。如图图 STC89C52RC管脚图STC89C52RC有P0、P1、P2、P3四个端口，共有32I/O口，P3口也可作为一些特殊功能口，如下表所示：表3.1 P3口的第二功能口 线第 二 功 能P3.0R*D串行数据接收输入端P3.1T*D串行数据发送输出端P3.2INT0外部中断0输入端P3.3INT1外部中断0输入端P3. 4T0定时/计数器T0的外部输入端P3. 5T1定时计数器T1的外部输入端P3. 6WR外数据存储器写

47、选通信号，低电平有效P3. 7RD外数据存储器读选通信号，低电平有效P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。STC89C52RC单片机主要性能参数：时钟频率HZ：080M8Kash程序存储器512程序存储器(RAM)2个数据指针3个16位定时器/计数器T0/T14个8位输入输出接口(P0P3),共32根I/O口线8个中断源4个优先级看门狗电路ISD4004语音芯片Winbond公司的ISD系列语音芯片采用了“直接模拟量存储(DAST)专利技术，信号无需经过D/A，A/D转换，数字压缩和语音合成等复杂的数字信号处理过程，减少了失真，使其声音存贮效果较以前产品有大幅提高，实际试听主观评价可

48、以到达磁带录音机的水平，是目前市场上录放效果最好的语音电路之一。 ISD4004语音芯片采用CMOS技术，含晶体振荡器、防混叠滤波器、平滑滤波器、自动静噪、音频功率放大器及高密度多电平闪烁存储列等(见图)，因此只需很少的外围器件就可构成一个完整的声音录放系统。芯片设计是基于所有操作由微控制器控制，操作命令通过串行通信接口(SPI或Micwire)送入。采样频率可为4.0kHz、 5.3kHz、6.4kHz、8.0kHz频率越低，录放时间越长，而音质则有所下降。片信息存于闪烁存储器中，可在断电情况下保存100年(典型值) 反复录10万次。器件工作电压3，工作电流2530mA，维持电流1uA，单片

49、录放语音时间816min，音质好，适用于移动机及其它便携式电子产品中。如图.1、图3.2.2.2所示。图.1：ISD4004系列语音芯片部框图图.2 ISD4004系列语音芯片外部引脚图1、简述单片8 分钟语音录放置微控制器串行通信接口3V单电源工作多段信息处理工作电流25-30mA,维持电流1A不耗电信息保存100 年(典型值)高质量、自然的语音复原技术10 万次录音周期(典型值)自动静噪功能片免调整时钟,可选用外部时钟ISD4004 系列工作电压3V,单片录放时间8至16分钟,音质好,适用于移动及其他便携式电子产品中。芯片采用CMOS技术,含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自

50、动静噪及高密度多电平闪烁存贮列。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或Microwire)送入。芯片采用多电平直接模拟量存储技术, 每个采样值直接存贮在片闪烁存贮器中,因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声,防止了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和金属声。采样频率可为4.0,5.3,6.4,8.0kHz,频率越低,录放时间越长,而音质则有所下降,片信息存于闪烁存贮器中,可在断电情况下保存100年(典型值),反复录音10 万次。2、引脚描述电源:(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

51、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3K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 系列一样。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

52、音频输出,可驱动5K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 周期开场时去除。中断

53、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 存储器的操作进展了一行(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218.75s 是高电平,31.25s 为低电平。该端可用于存储管理技术。外部时钟(*CLK) 本端部有下拉元件。芯片部的采样时钟在出厂前已调校,误差在+1%。商业级芯片在整个温度和电压围, 频率变化在+2.25%。工业级芯片在整个温度和电压围,频率变

54、化在-6/+4%,此时建议使用稳压电源。假设要求更高精度,可从本端输入外部时钟(如前表所列)。由于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,因部首先进展了分频。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部设定的*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,构成部信号电平峰值检测电路的一局部。检出的峰值电平与部设定的阈值作比拟,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

55、VCCA则制止自动静噪。3、SPI(串行外设接口)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移位存放器在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。协议的具体容为：.所有串行数据传输开场于SS下降沿。.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。.数据在时钟上升沿移入,在下降沿移出。.SS变低,输入指令和地址后,ISD 才能开场录放操作。.指令格式是(8 位控制码)加(16 位地址码)。.ISD的任何操作(含快进)如果遇到EOM或OVF,则产生一

56、个中断,该中断状态在下一个SPI周期开场时被去除。.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展的操作兼容。当然,也允许在一个SPI 周期里,同时执行读状态和开场新的操作(即新移入的数据与器件当前的操作可以不兼容)。.所有操作在运行位(RUN)置1时开场,置0 时完毕。.所有指令都在SS端上升沿开场执行。(一)信息快进用户不必知道信息确实切地址,就能快进跳过一条信息。信息快进只用于放音模式。放音速度是正常的1600 倍,遇到EOM后停顿,然后部地址计数器加1,指向下条信息的开场处。(二)上电顺序器件延时TP

57、UD(8kHz 采样时,约为25 毫秒)后才能开场操作。因此,用户发完上电指令后,必须等待TPUD,才能发出一条操作指令。例如,从00 从处发音,应遵循如下时序:1. 发 POWERUP命令;2. 等待 TPUD(上电延时);3. 发地址值为00 的SETPLAY 命令;4. 发 PLAY 命令。器件会从此00 地址开场放音,当出现EOM时,立即中断,停顿放音。如果从00 处录音,则按以下时序:1. 发 POWER UP命令;2. 等待 TPUD(上电延时);3. 发 POWER UP命令4. 等待 2 倍TPUD;5. 发地址值为00 的SETREC命令;6. 发 REC命令。器件便从00地

58、址开场录音,一直到出现OVF(存贮器末尾)时,录音停顿。74HC138芯片74HC138是一款高速CMOS器件，74HC138引脚兼容低功耗肖特基TTLLSTTL系列。如图.1所示。图.1：74HC138外部引脚图74HC138译码器可承受3位二进制加权地址输入A0, A1和A3，并当使能时，提供8个互斥的低有效输出Y0至Y7。74HC138特有3个使能输入端：两个低有效E1和E2和一个高有效E3。除非E1和E2置低且E3置高，否则74HC138将保持所有输出为高。利用这种复合使能特性，仅需4片74HC138芯片和1个反相器，即可轻松实现并行扩展，组合成为一个1-325线到32线译码器。任选一

59、个低有效使能输入端作为数据输入，而把其余的使能输入端作为选通端，则74HC138亦可充当一个8输出多路分配器，未使用的使能输入端必须保持绑定在各自适宜的高有效或低有效状态。74HC138与74HC238逻辑功能一致，只不过74HC138为反相输出。CD74HC138 ，CD74HC238和CD74HCT138 ， CD74HCT238是高速硅栅CMOS解码器，适合存地址解码或数据路由应用。74HC138 作用原理于高性能的存贮译码或要求传输延迟时间短的数据传输系统,在 高性能存贮器系统中,用这种译码器可以提高译码系统的效率。将快速赋能电路用于高速存贮器时,译码器的延迟时间和存贮器的赋能时间通常

60、小于存贮器的典型存取时间,这就是说由肖特基钳位的系统译码器所引起的有效系统延迟可以忽略不计。HC138 按照三位二进制输入码和赋能输入条件,从8 个输出端中译出一个 低电平输出。两个低电平有效的赋能输入端和一个高电平有效的赋能输入端减少了扩展所需要的外接门或倒相器,扩展成24 线译码器不需外接门;扩展成32 线译码器,只需要接一个外接倒相器。在解调器应用中,赋能输入端可用作数据输入端。功能表如图.2所示。图.2：74HC138引脚功能表3.2.4 LM317芯片LM317 是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。LM117/LM317 的输出电压围是1.2V至37V，负载电流最大为1.