毕业论文-公交车语音报站系统的设计.doc

石家庄铁道大学四方学院毕业设计 公交车语音报站系统的设计公交车语音报站系统的设计 The Design of the Bus Stop Announcement System 20122012 届届 电气工程电气工程 系系 专专 业业 电子信息工程电子信息工程 学学 号号 2008628820086288 学生姓名学生姓名 范亚静范亚静 指导教师指导教师 高迎霞高迎霞 完成日期完成日期 20122012 年年 5 5 月月 1515 日日 摘摘 要要 随着国民经济的快速发展，我国城市人口高度集中并大幅增长, 交通需求不断 扩大导致城市道路交通拥挤，乘坐公交车出行是解决我国城市交通发展问题和实践 低碳环保绿色出行的有效途径，随着近年来城市公交事业迅速发展，之前靠售票员 报站的方式已经不能满足实际需要，在到站后能够及时报站的公交车语音报站系统 不但能解决这个实际问题也有助于提高公交服务质量。 本设计介绍了基于单片机的公交车语音报站系统的设计,对系统软件设计和硬件 实现进行了详细的描述，主要内容是用 STC89C52 单片机为核心控制元件， ISD4004 语音芯片为录音模块，以液晶屏为显示模块，以独立按键 K1、K2 为输入 设备，扬声器为语音输出设备，设计一个带语音报站和液晶显示功能的公交车报站 系统。先将语音内容通过录音键录入语音芯片中，当按下放音键时，语音模块进行 放音同时通过液晶屏显示对应的文字信息。本系统运行稳定，硬件电路简单，软件 功能完善，控制系统可靠，具有一定的实用和参考价值。 关键词： 单片机 语音提示 液晶屏 公交报站 Abstract With the take-off of the national economy, Chinas urban population is remarkably exploding. The increasing demand for transports gives rise to traffic congestion in urban areas. Therefore, public bus system is not only an efficient way to solve the problem of traffic congestion but a way to put the “Low-Carbon Transportation” into of date. The recent development of public transportation requires a phonetic system which can automatically announce bus stations. The advanced system is conducive to solving many problems and improving service quality in transportation. This paper introduces the automatic stop announcer based on STC89C52 and aims to explicitly describe the software and hardware applied in the system. The main features of the system are that STC89C52 is used for core controlling components, ISD4004 pronunciation chip for recording, LCD12864 screen for video displays, independent key K1 and K2 for input device, loudspeaker for output device. This is designed for a stop announcement and display system for buses. The voice message is recorded in the pronunciation chip in advance. When the “Play” key is pressed, the voice of station announcement simultaneously appears with the information on the screen. This system enjoys the advantage of stability, simplicity and reliability. The full-featured system is an ideal model and is easily put into use. Key words: Microcontroller Voice prompt LCD screen Bus stop announcer I 目目 录录 第 1 章 绪论1 1.1 课题研究的背景1 1.2 课题研究的意义1 1.3 课题研究的主要内容1 第 2 章 系统总体设计方案3 2.1 功能要求3 2.2 设计思路3 2.3 方案选择3 2.3.1 显示模块选择方案3 2.3.2 按键选择方案4 2.3.3 芯片选择方案4 2.4 总体设计框图5 第 3 章 系统硬件设计6 3.1 概述6 3.2 主控模块6 3.2.1 STC89C52 芯片的简介6 3.2.2 主控模块电路原理图8 3.3 语音芯片模块9 3.3.1 ISD4004 芯片简介9 3.3.2 LM386 芯片简介13 3.3.3 语音芯片模块电路原理图15 3.4 LCD 液晶显示模块15 3.4.1 组成结构16 3.4.2 引脚功能16 3.5 按键控制模块18 3.5.1 按键控制模块电路原理图18 第 4 章 系统软件设计19 4.1 录音模块设计20 4.2 放音模块设计20 4.3 显示模块设计21 4.4 键盘扫描模块设计22 第 5 章 系统分析与调试24 第 6 章 结论与展望27 参考文献28 致谢29 附录30 附录 A 外文资料30 附录 B 硬件原理图45 附录 C 程序清单46 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 1 第 1 章 绪 论 1.1 课题研究的背景 随着社会经济的发展，城市化进程越来越快，城市人口急剧增加从而使城市交 通压力不断增大，在倡导绿色低碳环保的今天，公交车作为城市公共交通的重要方 式，是城市居民出行的重要工具。因为公交车具有方便、快捷、经济实惠等优点。 公共汽车为外出的人们提供了方便快捷的服务，而公共汽车的报站直接影响到服务 的质量。 1.2 课题研究的意义 传统由乘务人员人工报站的方式工作强度大且效果差，并需要大量的人力资源。 而通过单片机和语音芯片的结合，使得公交车到站信息及提示信息以语音和显示的 方式告知乘客，为市民提供更人性化，完善的服务，并且节省了大量的人力资源。 公交车语音报站系统还可以结合每条线路的特点和实际情况自主设定不同的报 站方式和站点设置，在为乘客提供方便的同时也便于公交车的运营和司乘人员的操 作。 1.3 课题研究的主要内容 本论文主要是对 C 语言和单片机的一些基本知识、概念的应用学习和研究，以 及 STC89C52 芯片模块、ISD4004 语音模块和 LCD12864 液晶屏的开发设计，该设 计的目的是设计一实现单片机与语音控制芯片系统互联，通过按键，系统可播报相 应的车站信息或者公益提醒，也可以实现录音和放音功能。本设计的主要工作有以 下几个方面： 1、整体方案的设计 方案的选择要符合芯片功能的要求，既要保证操作简单适合公交司机操作，又 要体现出本产品的特点，本文研究设计的带录音功能的公交车语音报站系统是采用 STC89C52 单片机和 ISD4004 语音芯片，用来实现公交车站信息的播放以及录音和 放音功能，用 LCD12864 带中文字库的液晶显示屏实现公交站名的显示。 2、程序流程图及软件设计 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 2 一个程序要想实现其功能，不能没有次序而盲目下手，必须对其有一个全面的 了解后画出流程框图，然后逐个模块的实现其功能，最终把模块之间合理的连接起 来，构成完整程序。本设计的软件设计主要包括系统的初始化设计、延时子程序的 设计、录音子程序的设计、放音子程序的设计、液晶屏的显示设计、中断程序设计、 以及主程序设计等。整个系统程序采用模块化结构设计程序相对比较优化易修改和 调试，系统软件的开发是用 C 语言设计的。 3、系统原理图及硬件调试 本设计在进行硬件原理分析后，需要连接实物进行实际操作，检验自己的设计 是否可以行得通。需要在 protel99SE 环境下画出硬件原理图并进行电气测试，检测 无异议后进行硬件系统的调试，为了保证系统的可靠性分析查找，硬件的调试分模 块分别进行了模拟。 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 3 第 2 章 系统总体设计方案 2.1 功能要求 1、通过 STC89C52 芯片实现对按键的读取并将所对应的信息送至扬声器同时将 到站信息通过液晶屏显示； 2、语音芯片 ISD4004 完成语音模块，实现公交站信息的录入及到站时的放音 功能； 3、采用两个独立按键，作为录音和放音的控制键； 4、采用 LCD12864 液晶屏，显示相对应的站的信息； 2.2 设计思路 电路总体上分为主芯片控制部分、语音芯片和液晶显示部分。以 STC89C52 单 片机最小系统作为核心控制电路，控制独立按键对录音放音的选择，具体显示内容 及方式由软件来完成。语音部分由 ISD4004 芯片来实现，它是一个多功能的语音芯 片，可以多次重复录放，本设计正是运用此特点，完成录音和放音功能的。具体步 骤是：先录入两站的信息，存储到芯片内部，建立语音库，并且具体锁定到对应的 地址中，通过按键的次序播放不同的信息。 2.3 方案选择 2.3.1 显示模块选择方案 方案一：用 LCD1602 液晶显示，但是由于 1602 主要显示英文和字符，不适合 用于带汉字的公交车报站。 方案二：采用 LCD12864 不带字库芯片，但需要用取模软件取模，PROTEUS 可以仿真 HT1621（1602）KS0108(12864) T6963C(24064)，等系列的模块，需先学 会仿真软件 方案三：采用带字库的 LCD12864 芯片，可直接调用字库，使用比较方便。 鉴于上述对比与分析，本设计采用方案三。 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 4 2.3.2 按键选择方案 方案一：采用 STC89C52 的独立键盘，其独立键盘有 4 个按键，按键数量符合 录音和放音两个按键的需要。 方案二：采用 STC89C52 的矩阵键盘，其矩阵键盘具有 16 个按键，数量太多， 不如独立按键方便。 故采用 K1 和 K2 两个独立按键，K1 为放音键，按第一下时，对应播放第一站 信息，同时调用显示子程序，在液晶屏上显示对应信息。按第二下时，对应播放第 二站信息，并在液晶屏上显示信息。K2 为录音键，按下时，录制第一段语音信息并 存放在对应的地址中，按下第二下时，录制第二段语音信息并存放于第二段语音对 应的地址中，以方便调用。 2.3.3 芯片选择方案 方案一：AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS 型 8 位单 片机，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS- 51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器(CPU)和 Flash 存储单元，功能强大。其片 内的 4K 程序存储器是 FLASH 工艺的，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时 间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护我们的劳动 成果。再者，AT89C51 目前的售价比 8031 低，市场供应也很充足。AT89C51 可构 成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低系统的成 本。只要程序长度小于 4K，四个 I/O 口全部提供给用户。可用 5V 电压编程，而且 擦写时间仅需 l0ms。AT89C51 芯片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活而可 靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。PO 口是三态双向口，通称数据 总线口，因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作1。 方案二：STC89C52 单片机的指令系统和 AT89C51 系列的完全兼容 1、AT89C51 不带 ISP 下载，要用下载器才行，STC89C52 可以用你的 USB 转 串口下载，下载软件可以到 STC 厂家网上去下。 2、STC 单片机执行指令的速度很快，大约是 AT 的 3-30 倍，所以在 AT 上好使 的程序在 STC 上不一定好用，最典型的例子就是那些对时序有严格要求的模块，比 如 IIC，DS18B20、DS1302 等的时序。再者，由于执行速度的加快，非定时器控制 的精确延时也会受到一定影响，用 STC 时注意得加长延时，大约是 AT 的 1030 倍。 3、片机对工作环境的要求比较低，电压低于 5 伏时仍然正常工作，甚至 3 伏到 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 5 4 伏之间都还可以工作，然而这样的环境下 AT 肯定不行了，所以当一个系统用 STC 单片机好用，但用 AT 的单片机不工作时，直接查最小系统，看单片机的供电 是否正常。 比较这两种方案，由于在学校期间学过数字电路、单片机原理、C 语言程序设 计，综合考虑单片机的各部分资源和作为学生能够获得的资源，经过对比此次设计 要求，我选择用 STC 系列芯片完成。而且学校也提供了相应的硬件操作平台，实际 操作起来比较方便，故 STC 为更合理的选择。 2.4 总体设计框图 按照系统功能的具体要求，在保证实现其功能的然础上，尽可能降低系统成本。 总体设计方案围绕上述思想，初步确定系统的方案如图 2-1 所示： S T C 8 9 C 5 2 单片 机 P2.2-P2.7 P3.4-P3.7 P3.2-P3.3 LCD12864 液晶显示屏 ISD4004 语音模块 独立按键 图 2-1 系统初步方案 从图中可以看出，系统有微处理器模块、液晶屏显示模块、独立按键模块和语 音模块组成。在方案设计中，遵循简洁至上的原则，因此所有的外围模块采用串行 方式与微处理器模块接口。该设计以 STC89C52 系列单片机为控制核心，实现公交 车语音报站基本功能。在设计系统时，为了更好地采用模块化设计法，分步的设计 各个单元功能模块，系统的硬件部分可以分为键盘设定、单片机控制、LCD 显示和 语音控制四大部分。 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 6 第 3 章 系统硬件设计 3.1 概述 此次的毕业设计主要由 4 个大的模块构成，分别是主控模块、语音芯片模块、 LCD 液晶显示模块、键盘控制模块，其中主控模块是此次毕业设计的核心模块，主 要是指 STC89C52 芯片，它控制整个系统的运行，利用其各个口分别控制其他模块， 使其他模块能够成为一个整体，实现功能的需要；语音模块主要指 ISD4004 芯片和 LM386 芯片，用 ISD4004 来实现录音功能，LM386 实现功率放大；而 LCD 液晶显 示模块是整个系统的辅助模块，用来显示到站信息；按键控制模块则是用按键来控 制实现的是哪个功能，对应录音、放音。 3.2 主控模块 3.2.1 STC89C52 芯片的简介 功能特性：STC89C52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在 系统可编程 Flash 存储器。与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许 程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超 有效的解决方案，如图 3-1 所示。STC89C52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，256 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位 定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。 另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲 模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电 保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个 中断或硬件复位为止。 主要性能：与 MCS-51 单片机产品兼容、8K 字节在系统可编程 Flash 存储器、 1000 次擦写周期、全静态操作：0Hz33Hz 、三级加密程序存储器 、32 个可编程 I/O 口线 、三个 16 位定时器/计数器八个中断源、全双工 UART 串行通道、低功耗 空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符1。 如图 3-1： 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 7 图 3-1 STC89C52 芯片 管脚说明： P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它 可以被定义为数据/地址的低八位。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。 P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收 输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外 部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校 验时，P1 口作为低八位地址接收。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输 出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。 并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘 故。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。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数 据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和 校验时接收高八位地址信号和控制信号。 2 P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输由 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 8 于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3 口也可作为 STC89C52 的一些特殊功能口，如表 3-1 所示： 表 3-1 P3 口的第二功能 接口第二功能 P3.0RXD（串行输入口） P3.1TXD（串行输出口） P3.2INT0（外部中断 0） P3.3INT1（外部中断 1） P3.4T0（记时器 0 外部输入） P3.5T1（记时器 1 外部输入） P3.6WR（外部数据存储器写选通） P3.7RD（外部数据存储器读选通） P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平 时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的 地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不 变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输 出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过 一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有 在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微 处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器 周期两次 PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 PSEN 信号将不 出现。 EA/VPP：当 EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH） ， 不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，EA 将内部锁定为 RESET；当 EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP） 。 XTAL1：反相振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反相振荡器的输出。 XTAL1 和 XTAL2 分别为反相放大器的输入和输出。该反相放大器可以配置为 片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2 应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号 的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 9 3.2.2 主控模块电路原理图 单片机主控模块由 STC89C52 芯片和晶振复位组成。复位和晶振电路通过接口 与单片机个引脚相连，复位电路接到 RST 口，晶振接到 XTAL1 口和 XTAL2 口上。 如图 3-2，3-3 所示： 图 3-2 STC89C52 芯片 图 3-3 晶振复位 3.3 语音芯片模块 3.3.1 ISD4004 芯片简介 ISD4004 语音系列芯片是美国 ISD 公司推出的产品，与普通的录音/重放芯片相 比，ISD4004 具有如下特点:首先是记录声音没有段长度限制，并且声音记录不需要 A/D 转换和压缩。其次，快速闪存作为存储介质，无需电源可保存数据长达 100 年， 重复记录 10000 次以上。此外，ISD4004 具有记录时间长（可达 16 分钟，本文采用 的为 8 分钟的 ISD4004 语音芯片）的优点。最后，ISD4004 开发应用具有所需外围 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 10 电路简单的优点，这一点从本文介绍的其在实际应用中可以体会到10。ISD4004 芯 片如图 3-4 所示： 图 3-4 ISD4004 芯片 1、引脚介绍： 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 A 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，而去藕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，信号由藕合电容输入，最大幅度为峰峰值 32mV,藕 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 通过藕合电容输入，最大幅度为峰峰值 16mV 音频输出（AUD OUT）：提供音频输出，可驱动 5K 的负载。 片选（SS）：此端为低，即向该 ISD4004 芯片发送指令，两条指令之问为高电 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 标志一指示 ISD 的录、放操作已到达存储器的未 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 11 尾。EOM 标志一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 218.75 s 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（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+2.25%内。 工业级芯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阑值以下时，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 设定的阑值作比较，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。 4 2、操作规则 （1）串行外设接口 ISD4000 系列语音芯片工作于 SPI 串行接口。 SPI 协 议是一个同步串行数据传输协议，设定微控制器的SPI 移位寄存器在 SCLK 的 下降沿将数据送至 MISO 引脚。以 ISD4004 为例，协议的具体内容如下 5： 所有串行数据传输开始于 SS 下降沿。 SS 在传输期间必须保持低电平，在两条指令之间则保持高电平。 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 ，ISD4004 才能开始录 /放操作。 指令格式是 (八位控制码)加（十六位地址码）。 ISD4004 的任何操作如果遇到 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。 使用“读”指令使中断状态位移出 ISD4004 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）。 所有操作在运行位（ RUN）置 1 时开始，置 0 时结束。 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 12 所有指令都在 SS 端上升沿开始执行。 （2）信息快进 用户不必知道信息的确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 后停止，然后内 部地址计数器 1，指向下一条信息的开始处。 （3）上电顺序 器件延时 TPUD（8KHz 采样时，约为 25ms）后才能开始 操作。因此，用户发完上电指令后，必须等待TPUD，才能发出下一条操作指 令。 例如，从 00 处放音，应遵循如下时序 : 发 POWER UP 命令； 等待 TPUD（上电延时）； 发地址值为 00 的 SET PLAY 命令； 发 PLAY 命令。 器件会从 00 地址开始放音，当出现 EOM 时，立即中断，停止放音。 如果从 00 处录音，则按以下时序： 发 POWER UP 指令; 等待 TPUD（上电延时）； 发 POWER UP 命令； 等待 2 倍 TPUD; 发地址值为 00 的 SET REC 命令； 发 REC 命令。 器件便从 00 地址开始录音，一直到出现 OVF（存储器末尾）时，录音停 止。 （4）指令码 如表 3-2 所示： 表 3-2 ISD4004 的指令码 指令控制码操作 POWERUP00100xxx上电：等待 TPUD 后可以工作 SETPLAY11100xxx从指定地址开始放音 PLAY11110xxx从当前地址开始放音 SETREC10100xxx从指定地址开始录音 REC10110xxx从当前地址开始录音 SETMC11101xxx从当前地址开始快进 MC11111xxx执行快进，直到 EOM STOP0x110xxx停止当前操作 STOPWRDN0x01xxxx停止当前操作并掉电 RINT0x110xxx读状态 OVF 和 EOM 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 13 （5）SPI 端口的控制位 如图 3-5： MOSI MISO OO C3C4XC0C2 OVFEOMP0P15000000 C1XXA15A0 快进模式 操作是否使用指令地址 电源控制 录/放模式 允许/禁止操作 图 3-5 ISD4004 的 SPI 控制位 （6）SPI 控制寄存器 SPI 控制寄存器控制器件的每个功能，如录音、放音、 信息检索（快进）、上电 /掉电、开始 /停止操作、忽略地址指针等 ，如表 3- 3： 表 3-3 ISD4004 的 SPI 控制寄存器 控制位值功能控制位值功能 RUN 1 0 允许/禁止操作 开始 停止 PU 1 0 电源控制 上电 掉电 P/R 1 0 录/放模式 放音 录音 IAB 1 0 是否使用指令地址 忽略输入地址寄存器内容 使用输入地址寄存器内容 P15-P0行指针寄存器输出MC 1 0 快进模式 允许 禁止 A15-A0输入地址寄存器 3.3.2 LM386 芯片简介 LM386 是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费 类产品。为使外围元件最少，电压增益内置为 20。但在 1 脚和 8 脚之间增加一只外 接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至 200。输入端以地为参考同时输 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 14 出端被自动偏置到电源电压的一半，在 6 V 电源电压下，它的静态功耗仅为 24mW，使得 LM386 特别适用于电池供电的场合。LM386 是一种音频集成功放，具 有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等 优点，广泛应用于录音机和收音机之中6。LM386 芯片如图 3-6 所示： 特性（Features）： 1、静态功耗低，约为 4mA，可用于电池供电； 2、工作电压范围宽，4-12 V or 5-18 V； 3、外围元件少； 4、电压增益可调，20-200； 5、低失真度 图 3-6 LM386 芯片 引脚说明： 1 和 8 为增益引脚，2 为负端输入，3 为正端输入，VSS 为接地，5 为输出， Vdd 为电源，7 为旁路。 LM386 内部电路原理图与通用型集成运放相类似，它是一个三级放大电路. 第一级为差分放大电路， T1 和 T3、T2 和 T4 分别构成复合管，作为差分放大 电路的放大管；T5 和 T6 组成镜像电流源作为 T1 和 T2 的有源负载；T3 和 T4 信号 从管的基极输入，从 T2 管的集电极输出，为双端输入单端输出差分电路。使用镜 像电流源作为差分放大电路有源负载，可使单端输出电路的增益近似等于双端输出 电容的增益。 第二级为共射放大电路，T7 为放大管，恒流源作有源负载，以增大放大倍数。 第三级中的 T8 和 T9 管复合成 PNP 型管，与 NPN 型管 T10 构成准互补输出级。 二极管 D1 和 D2 为输出级提供合适的偏置电压，可以消除交越失真。 引脚 2 为反相输入端，引脚 3 为同相输入端。电路由单电源供电，故为 OTL 电 路。输出端（引脚 5）应外接输出电容后再接负载。 电阻 R7 从输出端连接到 T2 的发射极，形成反馈通路，并与 R5 和 R6 构成反 馈网络，从而引入了深度电压串联负反馈，使整个电路具有稳定的电压增益7。 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 15 3.3.3 语音芯片模块电路原理图 STC89C52 和 ISD4004 之间的连接较少，其中 P3.7 接 ISD4004 的片选引脚 /SS，控制 ISD4004 的