[工学]基于AT89S52单片机语言机声光.doc

济源职业技术学院毕业设计 济源职业技术学院济源职业技术学院 毕毕 业业 设设 计计 题目 基于 AT89S52 单片机语言机声光 通讯板的设计 系别 电气工程系 专业 电气自动化 班级 0801 班 姓名 学号 指导教师 牛 鑫 日期 2010 年 12 月 济源职业技术学院毕业设计 I 设计任务书设计任务书 设计题目：设计题目： 基于 AT89S52 单片机语言机声光通讯板的设计 设计要求：设计要求： 1. 设计一个具有语言报警功能的单片机声光通讯板，通过单片机检测外部 按键的动作去执行相应的报警及显示。 2. 根据功能要求设计出合理的硬件电路； 3. 根据硬件电路及功能要求设计出相应软件； 4. 对功能软件进行调试得到相应结果； 5. 将软件下载至所设计的硬件电路中。 设计进度要求：设计进度要求： 第一周：确定设计题目，搜集资料，明白设计内容； 第二周：根据设计要求选取原件，了解组件模块功能 ； 第三周：绘制硬件电路原理图及 PCB 板电路图； 第四周：进行硬件电路焊接； 第五周：对焊接完成的硬件电路进行原理及电气性能测试； 第六周：程序设计及下载调试； 第七周：程序设计及下载调试； 第八周；撰写论文，准备答辩。 指导教师（签名）：指导教师（签名）： 济源职业技术学院毕业设计 II 前前 言言 速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，单 片机控制技术已经进入一个崭新的时代，其应用也越来越广。而三相电动机的智 能检测控制，对工业生产安全有着重要的意义。随着微控技术的发展，单片机在 自动化控制领域的应用也越来越广泛。 本设计采用 AT89S52 单片机控制芯片作为整个系统的控制核心，并且采数 码管及 LED 作为显示部分，采用 WTV040 语音芯片、TDA2030A 和 LM386 作为报警 部分、语音放大部分及打点信号发生部分，整个设计是通过按键的动作执行不同 的显示及报警的控制。 、 本装置经济实用，稳定性强，使用维护简便，软件功能强大，运行稳定可 靠，另外一个亮点就是采用了时下比较流行的 WTV040 语音芯片，其播放出的语 音声音清晰洪亮，使得设备变得人性化，深受人们喜爱。 关键字：关键字：AT89S52 单片机，WTV040 语音芯片，报警，TDA2030A，自动化控制 济源职业技术学院毕业设计 III 目目 录录 1 概述 .1 1.1 设计说明.1 1.2 环境条件.1 2 硬件系统图设计 .3 3 总体框图 .4 4 单片机概述 .5 4.1 AT89S52 的主要性能.5 4.2 AT89S52 的功能特性描述.5 4.3 AT89S52 的管脚排列及介绍.6 4.4 AT89S52 管脚分配.8 5 硬件资源功能模块介绍 .9 5.1 晶振电路.9 5.2 复位电路.9 5.3 输入模块.10 5.4 输出模块.12 6 打点信号产生及功放电路 .13 6.1 LM386 的介绍及 1000ZH 方波的发生.13 6.2 TDA2030A 的介绍及放大电路 .15 7 语音芯片模块 .18 7.1 WTV040 的介绍 .18 7.2 WTV040 电路 .18 8 软件设计介绍 .20 8.1 主程序流程图.21 8.2 中断服务程序流程图.22 9 系统调试 .23 9.1 调试过程 .23 9.2 调试结果 .23 9.3 更新方向 .24 参考文献 .26 附录 一 .27 附录 二 .28 济源职业技术学院毕业设计 1 1 1 概述概述 1.11.1 设计说明设计说明 本设计适用于煤矿井上和井下一要需要信号装置的场所。具有语言报警、打点信号、 声光显示、通讯联络等功能。语言报警内容可根据使用场合不同更换。集声光信号、语 言报警、通讯联络为一体。功能齐全，性能可靠，结构紧凑，使用方便，是煤矿安全设 施中理想的多功能信号装置，其整体控制如下图 1-1-1 所示： 图 1-1-1 控制过程图 1.21.2 环境条件环境条件 海拔高度不超过 2000； 运行环境温度-5OC+40 OC； 环境相对温度不大于今为烈%（+20 OC） ； 有爆炸性气体（甲烷）和煤尘的矿井中； 无强烈振动和冲击的地方； 无破坏绝缘的气体和导电尘埃的环境中； 济源职业技术学院毕业设计 2 无滴水的地方； 污染等级：3 级； 安装种类：I 类。 济源职业技术学院毕业设计 3 2 2 硬件系统图设计硬件系统图设计 本设计中主要以 AT89S52 为控制核心的控制系统，通过外部按键的不同操作 使单片机分别控制语音芯片的报警和 1000HZ 的方波的输出，再通过功放系统对 信号进行放大，一致于推动扬声器正常工作。 硬件的系统图如图 1-1 所示： 单片 机 按键控制语音芯片功放系统 1000HZ 方波扬声器 显示板 图 2-1 硬件系统图 济源职业技术学院毕业设计 4 3 3 总体框图总体框图 在本设计中主要有几个模块来组成我们的整个电路系统，其主要有单片机、 输入模块、显示模块、功放模块、语音模块和打点信号发生模块。其总体框图设 计如下图 3-1 图所示： 单 片 机 输入模块 语音模块 复位电路 输入模块 显示模块 晶振电路 功放模块 打点信号发生模块 图 3-1 系统框图 4 4 单片机概述单片机概述 济源职业技术学院毕业设计 5 AT89S52 作为普通 51 单片机已与广泛应用于各种产品中，其接口简单，方 便使用，且功能强大，因此本系统采用 AT89S52 单片机作为主控制芯片。 4.14.1 AT89S52AT89S52的主要性能的主要性能 与 MCS-51 单片机产品兼容 8K 字节在系统可编程 Flash 内存 1000 次擦写周期 全静态操作：0Hz33Hz 三级加密程序内存 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 4.24.2 AT89S52AT89S52的功能特性描述的功能特性描述 AT89S52 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 内存。使用 Atmel 公司高密度非易失性内存技术制造，与工业 80C51 产 品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序内存在系统可编程，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 AT89S52 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。AT89S52 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 济源职业技术学院毕业设计 6 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。 4.34.3 AT89S52AT89S52的管脚排列及介绍的管脚排列及介绍 图 4-3-1 管脚排列 P0 口：P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。作为输出口，每位能驱动 8 个 TTL 逻辑电平。对 P0 埠写“1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时，P0 口也被作为低 8 位地址/数据复用。在 这种模式下，P0 具有内部上拉电阻。 在 flash 编程时，P0 口也用来接收指令位元组；在程序校验时，输出指令 位元组。程序校验 时，需要外部上拉电阻。 P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p1 输出缓冲器 能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P1 埠写“1”时，内部上拉电阻把埠拉高，此时 可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原 因，将输出电流。 此外，P1.0 和 P1.2 分别作定时器/计数器 2 的外部计数输入（P1.0/T2）和 时器/计数器 2 的触发输入（P1.1/T2EX） ，具体如下所示： 在 flash 编程和校验时，P1 口接收低 8 位地址字节。 引脚号第二功能： 济源职业技术学院毕业设计 7 P1.0 T2（定时器/计数器 T2 的外部计数输入） ，时钟输出 P1.1 T2EX（定时器/计数器 T2 的捕捉/重载触发信号和方向控制） P1.5 MOSI（在系统编程用） P1.6 MISO（在系统编程用） P1.7 SCK（在系统编程用） P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲器 能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P2 埠写“1”时，内部上拉电阻把埠拉高，此时 可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因， 将输出电流。 在访问外部程序内存或用 16 位地址读取外部数据存储器（例如执行 MOVX DPTR） 时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉 发送 1。在使用 8 位地址（如 MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2 口输出 P2 锁存器的内容。 在 flash 编程和校验时，P2 口也接收高 8 位地址字节和一些控制信号。 P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲器 能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P3 埠写“1”时，内部上拉电阻把埠拉高，此时 可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原 因，将输出电流。 P3 口亦作为 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下所示： 在 flash 编程和校验时，P3 口也接收一些控制信号。 端口引脚 第二功能： P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 INTO(外中断 0) P3.3 INT1(外中断 1) P3.4 TO(定时/计数器 0) P3.5 T1(定时/计数器 1) P3.6 WR(外部数据存储器写选通) 济源职业技术学院毕业设计 8 P3.7 RD(外部数据存储器读选通) 此外，P3 口还接收一些用于 FLASH 闪存编程和程序校验的控制信号。 RST复位输入。当振荡器工作时，RST 引脚出现两个机器周期以上高电 平将是单片机复位。 ALE/PROG当访问外部程内存或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输 出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。一般情况下，ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每 当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。对 FLASH 内存编程期间，该引脚 还用于输入编程脉冲（PROG） 。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中 的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。该位置位后，只有一条 MOVX 和 MOVC 指令才能将 ALE 启动。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序 时，应设置 ALE 禁止位无效。 PSEN程序储存允许（PSEN）输出是外部程序内存的读选通信号，当 AT89C52 由外部程序内存取指令（或数据）时，每个机器周期两次 PSEN 有效， 即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次 PSEN 信号。 EA/VPP外部访问允许，欲使 CPU 仅访问外部程序内存（地址为 0000H- FFFFH） ，EA 端必须保持低电平（接地） 。需注意的是：如果加密位 LB1 被编程， 复位时内部会锁存 EA 端状态。如 EA 端为高电平（接 Vcc 端） ，CPU 则执行内部 程序内存的指令。 4.44.4 AT89S52AT89S52管脚分配管脚分配 AT89S52 各管脚的功能分配如下表 4-4-1 所示： P0 口数码管显示P1.4、P1.5显示板 P1.0 开机按键 P3.3-P3.6 语音播放 P1.1 报警按键 P3.7 语音复位 P1.2 方波按键 P3.8 方波开关 表 4-4-1 济源职业技术学院毕业设计 9 5 5 硬件资源功能模块介绍硬件资源功能模块介绍 5.15.1 晶振电路晶振电路 1晶体振荡器的作用 石英晶体振荡器也称石英晶体谐振器，它用来稳定频率和选择频率，是一种 可以取代 LC 谐振回路的晶体谐振组件。 2本设计所用的晶体振荡电路如图 5-1-1 所示： 图 5-1-1 晶体振荡电路 此晶体电路所选用的石英晶振频率为 6MHZ。时钟周期就是单片机外接晶振 的倒数，例如 6M 的晶振，它的时间周期是 1/6 us，是计算机中最基本的、最小 的时间单位。 在一个时钟周期内，CPU 仅完成一个最基本的动作。对于某种单片机，若采 用了 1MHZ 的时钟频率，则时钟周期为 1us；若采用 4MHZ 的时钟频率，则时钟周 期为 0.25us。由于时钟脉冲是单片机的基本工作脉冲，它控制着单片机的工作 节奏（使单片机的每一步都统一到它的步调上来） 。显然，对同一种机型的单片 机，时钟频率越高，单片机的工作速度就越快。但是，由于不同的单片机的硬件 电路和器件不完全相同，所以其需要的时钟频率范围也不相同。因此在本设计中 用的 STC12C5A60S2 单片机的时钟范围是 1.2MHz-12MHz。 5.25.2 复位电路复位电路 复位是计算机的一个重要工作状态。在单片机工作时，接电时要复位，断电 后要复位，发生故障后要复位。单片机复位后单片机内的中央处理器 CPU 及其它 济源职业技术学院毕业设计 10 功能部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。单片机的复位电 路有：上电复位电路、手动复位电路和自动复位电路。本次设计所用的复位电路 是手动复位。 手动复位的电图如图 4-2-1 图所示： 图 5-2-1 复位电路 5.35.3 输入模块输入模块 1在本设计中输入模块主要是一些按键，它主要完成人机对话的功能，对 系统能够进行实时的控制作用，本系统中共享到了 5 个按键，一个是用于对 TDA2030 输入方波信号，另四经光耦隔离后输入单片机。 光电耦合器是一种将发光二极管和光敏三极管组装在一起的新颖光电器件， 它采用光信号来传递信息，这种信息传递方式是所有采用变压器和继电器作隔离 来进行信号传递的一般解决方案所不能相比的。由于光电耦合器具有可单向传递 信息、通频带宽、寄生回馈小、消噪能力强、抗电磁干扰性能好等特点，因而无 论在数字电路还是在模拟电路中均得到了越来越广泛的应用。 济源职业技术学院毕业设计 11 采用光电耦合器作固体继电器具有体积小、耦合密切、驱动功率小、动作速 度快、工作温度范围宽等优点。 设计中所用的按键为轻触机械开关，正常情况下按键的接点是断开的，当我 们按压按钮时，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定 地接通，在断开时也不会一下子断开。因而机械触点在闭合及断开的瞬间均伴随 有一连串的抖动，按键的时序如下图 4-3-1 图所示，抖动时间的长短由按键的机 械特性及操作人员按键动作决定，一般为 5ms20ms；按键稳定闭合时间的长短 是由操作人员的按键按压时间长短决定的，一般为零点几秒至数秒不等。 图 5-3-1 按键过程示意图 从上面图中我们可以看到，一次完整的击键过程，包含以下 4 个阶段： 等待阶段： 此时按键尚未按下，处于空闲阶段。前沿（闭合）抖动阶段：此时按键刚刚 按下，但按键信号还处于抖动状态，这个时间一般为 520ms。为了确保按键操 作不会误动作，此时必须有个前沿消抖动延时。 键稳定阶段： 此时抖动已经结束，一个有效的按键动作已经产生。系统应该在此时执行按 键功能；或将按键所对应的键值记录下来，待按键释放时再执行。 后沿（释放）抖动阶段： 一般来说，考究一点的程序应该在这里再做一次消抖延时，以防误动作。但 是，如果前面“前沿抖动阶段”的消抖延时时间取值合适的话，可以忽略此阶段。 按键释放阶段： 此时后沿抖动已经结束，按键已经处于完全释放状态。 济源职业技术学院毕业设计 12 2按键经光耦隔离后输入单片机，当有键按下时光耦导通，原来单片机由 于上拉电阻的作用一直处于高电平，这时由于光耦导通单片机相应又被拉为低电 平。其结构图如图 4-3-2 图所示： 图 5-3-2 按键结构图 5.45.4 输出模块输出模块 在本设计中输出模块也就是所谓的显示模块，它主要有矩阵的 LED 和数码管 组成成，由于在工业应用中对数码管的亮度较高，各段显示也需要比较稳定，所 以在这里我采用共阴极的数码管作显示。点阵 LED 采用+12V 供电，其分红绿两 种颜色表示不同的信号，阴极则受控于单片机。其控制电路图如下图 4-4-1 所示 （图中只画出了部分 LED 电路，其它雷同）： 济源职业技术学院毕业设计 13 图 5-4-1 显示电路 济源职业技术学院毕业设计 14 6 6 打点信号产生及功放电路打点信号产生及功放电路 6.16.1 LM386LM386的介绍及的介绍及1000ZH1000ZH方波的发生方波的发生 1LM386 的介绍 费类产品。为使外围组件最少,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。输入端以地位参 考,同时输出端被自动偏置到电源电压的一半,在 6V 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、外接组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。 2LM386 内部电路 LM386 内部电路原理图如图 6-1-1 所示。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。 引脚为反相输入端，引脚为同相输入端。电路由单电源供电，故为 OTL 电路。输出端（引脚）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，形成回馈通路，并与 R5 和 R6 构成回 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。 济源职业技术学院毕业设计 15 图 6-1-1 LM386 内部电路 静态功耗低,约为 4mA,可用于电池供电。 工作电压范围宽,4-12V or 5-18V。 外围组件少。 电压增益可调,20-200。 LM386 的外形和引脚的排列如下图 6-1-2 所示。引脚为反相输入端，为 同相输入端；引脚为输出端；引脚和分别为电源和地；引脚和为电压 增益设定端；使用时在引脚和地之间接旁路电容，通常取 10F。 图 6-1-2 LM386 管脚图 LM386 的封装形式有塑封 8 引线双列直插式和贴片式。 3利用 LM386 产生 1000ZH 方波 本设计中我们需要用到一个 1000ZH 的方波，所以在这里我们就用 LM386 来 产生一个我们所需要的方波信号。虽然 LM386 是一个音频集成功放，但如果在其 外围加上适当的电容、电阻组件，便可以产生我们想要的方波信号，由于其设计 简单，外围器件较少，所以我们选用其作为方波产生的核心芯片。其工作原理如 济源职业技术学院毕业设计 16 下：1MZH 的方波信号是经电阻 R1 和电容 C1 组成的 RC 震荡产生的，其震荡频率 =1/2RC,而 LM386 的则输出 1MZH 的方波，最后将这 1MZH 的方波送跟功放 TDA2030A 进行放大后送给扬声器，在这里我们用按键来控制输入 TDA2030A 功放 的输入管脚脚，当按键按下时扬声器放出 1000ZH 方波的音频信号，松开按键 时方波信号被切断，方波无法进入 TDA2030A，扬声器不发音。方波发生电路如 图 6-1-3 所示： 图 6-1-3 方波发生电路 6.26.2 TDA2030ATDA2030A的介绍及放大电路的介绍及放大电路 TDA2030 是德律风根生产的音频功放电路，采用 V 型 5 脚单列直插式塑料封 装结构。如图 6-2-1 所示，按引脚的形状引可分为 H 型和 V 型。该集成电路广泛 应用于汽车立体声收录音机、中功率音响设备，具有体积小、输出功率大、失真 小等特点。并具有内部保护电路。意大利 SGS 公司、美国 RCA 公司、日本日立公 司、NEC 公司等均有同类产品生产，虽然其内部电路略有差异，但引出脚位置及 功能均相同，可以互换。 济源职业技术学院毕业设计 17 1. 电路特点及引脚情况 1.外接组件非常少。 2.输出功率大，Po=18W(RL=4)。 3.采用超小型封装（TO-220）,可提高组装密度。 4.开机冲击极小。 5.内含各种保护电路，因此工作安全可靠。主要保护电路有：短路保护、 热保护、地线偶然开路、电源极性反接（Vsmax=12V）以及负载泄放电压反冲等。 6.TDA2030A 能在最低6V 最高22V 的电压下工作在19V、8 阻抗时 能够输出 16W 的有效功率，THD0.1%。无疑，用它来做计算机有源音箱的功率 放大部分或小型功放再合适不过了。 脚是正相输入端 脚是反向输入端 脚是负电源输入端 脚是功率输出端 脚是正电源输入端 2. 注意事项 1.TDA2030A 具有负载泄放电压反冲保护电路，如果电源电压峰值电压 40V 的话，那么在 5 脚与电源之间必须插入 LC 滤波器，二极管限压（5 脚因为任何 原因产生了高压，一般是喇叭的线圈电感作用，使电压等于电源的电压）以保 证 5 脚上的脉冲串维持在规定的幅度内。 2.热保护：限热保护有以下优点，能够容易承受输出的超载（甚至是长时 间的） ，或者环境温度超过时均起保护作用。 3.与普通电路相比较，散热片可以有更小的安全系数。万一结温超过时， 也不会对器件有所损害，如果发生这种情况，Po=（当然还有 Ptot）和 Io 就被 减少。 4.印刷电路板设计时必须较好的考虑地线与输出的去耦，因为这些线路有 大的电流通过。 5.装配时散热片与之间不需要绝缘，引线长度应尽可能短，焊接温度不得 超过 260，12 秒。 6.虽然 TDA2030A 所需的组件很少，但所选的组件必须是质量有保障的组 济源职业技术学院毕业设计 18 件。 3. 功放电路 在这里 TDA2030A 主要作用是对前端过来的的微弱方波信号、语音信号和麦 克信号进行放大处理，就是对音频信号的放大，从而推动扬声器工作，我们选用 集成功放 TDA2030A 做为主的电路，是因为其制作简单，价格低廉，输出功率大， 保真性较好。 图 6-2-1 所示电路为音频功率放大器原理图，其中 TDA2030A 是高保真集成 功率放大器芯片，输出功率大于 10W，频率响应为 101400Hz，输出电流峰值最 大可达 3.5A。其内部电路包含输入级、中间级和输出级，且有短路保护和过热 保护，可确保电路工作安全可靠。TDA2030A 使用方便、外围所需元器少，一般 不需要调试即可成功。 麦克信号从 C6 的一段输入，C6 是输入耦合电容，R51 是 TDA2030 同相输入 端偏置电阻。 E3 起隔直流作用，以使电路直流为 100%负反馈。静态工作点稳定性好。 R57 称为茹贝网络，用以在电路接有感性负载扬声器时，保证高频稳定性。E4 是 起隔直通交的作用，防止直流输入扬声器产生直流噪声，提高功放系统的信噪比。 VD1、VD2 是保护二极管，防止输出电压峰值损坏集成块 TDA2030A。 济源职业技术学院毕业设计 19 图 6-2-1 TDA2030A 功放 7 7 语音芯片模块语音芯片模块 7.17.1 WTV040WTV040的介绍的介绍 WTV040 语音芯片是一款功能强大的一次性编程语音芯片，工作电压范围为 DC2.53.5V，所加载的语音为 6K 采样率时，播放时间可达到 40 秒，音频输出 为 DAC 和 PWM 模式，PWM 输出时能直接推动 0.5W/8 扬声器，声音清晰洪亮。 可选择的语音控制方式有按键控制模式、按键组合控制模式、并口控制模式、串 口控制模式等。按键模式下又有脉冲可重复触发、脉冲不可重复触发、电平保持 可循环触发、电平保持不循环触发等十几种触发方式。控制模式、触发方式和报 警语音可以由上位机软件随意进行更改、设定，WTV040 语音芯片可根据自身的 设计要求，应用在多种场合中。WTV040 语音芯片所支持的语音段数如下表 6-1 所示： 工作模式所对应的最多语音段数 封装形式语音长度 按键模式按键组合并口模式串口模式 DIP16 40 秒 478208 SSOP20 40 秒 8128128208 表 6-1 7.27.2 WTV040WTV040电路电路 电路中 I/O 口 P01 和 P02 被定义为语音触发脚，因目前只用到两个个 I/O 口 触发语音播放，为了今后还能对系统的升级和对硬件的扩展，所以将余下的两个 I/O 口也按 P01 和 P02 的控制方法进行控制。当单片机控制语音芯片的管脚有低 电平输出时，直接拉低语音芯片 I/O 口 P 口的电平，使 WTV040 语音芯片被触发， 触发后 BUSY 脚导通，BUSY 指示灯就是超速报警状态指示灯被点亮，然后开始播 放报警语音，提醒人们注意安全，有车辆正在行驶中。控制按键松开后管脚再次 回复高电平，WTV040 语音芯片关闭行车报警状态指示灯和停止播放报警语音。 电路由 E9、N5、R26、R61、R37 和 D19 组成上电复位电路，每次上电前自动给 WTV040 语音芯片进行复位，以确保 WTV040 语音芯片能处在最好的工作状态。 济源职业技术学院毕业设计 20 WTV040 语音芯片的震荡模式为 RC 震荡，震荡频率是 48MHz，根据 WTV040 语音芯 片的内部特性，选取了外部震荡电阻 R60 为 270K。R24、R23、C10 和 C12 组 成 WTV040 语音芯片的内置功放外部回馈电路，R24、R23 阻值的大小直接影响到 SPEAKER 声音的大小。其电路图如图 7-2-1 所示：本电路外围元器件少，安装完 毕后无需调试，只要 Y 有按键按下有电压输出，就能正常工作，其电路图如图 7-2-1 所示： 图 7-2-1 语音电路 济源职业技术学院毕业设计 21 8 8 软件设计介绍软件设计介绍 软件是一个硬件系统的思想，它方便了人们对设备的实时快捷控制，软件 的设计思想影响着对控制的方便与快捷。所以说软件在很大一定程度上利于对硬 件的控制。 在本设计中有开/关机键 SB1、报警键 SB2 和打点键 SB3。当系统上电后显 示板全处于黑屏状态，不发出报警和打点信号。按下开/关机键 SB1 后系统处于 正常工作状态，绿灯亮，数码管显示 0。程序循环扫描按键 SB1、SB2、SB3，若 SB2 按下后系统开始报警，红灯亮，绿灯熄灭，这时判断按键 SB2 是否松开，若 松开则报警停止，红灯熄灭，绿灯亮，继续循环扫描按键 SB1、SB2、SB3，若这 时按键 SB3 按下后发出打点信号，红绿灯同时闪烁，数码管加 1，此时打开中断， 继而在判断其是否松开，若松开，则红灯熄灭，绿灯亮。过一分钟后若 SB3 没有 按下数码管清零，继续循环扫描按键 SB1、SB2、SB3。至此，这就是整个系统的 运行过程。 本文件系统采用 C 语言实现，编译器为 Keil uVision2。 C 语言是一种编译型程序设计语言。它兼顾了多种高级语言的特点，并具备 汇编语言的功能。用 C 语言来编写目标系统软件，会大大缩短开发周期，且明显 地增加软件的可读性，便于改进和扩充，已研制出规模更大、性能更完备的系统。 用 C 语言进行单片机程序设计是单片机开发和应用的必然趋势。单片机的程序设 计应该以 C 语言为主，以汇编语言为辅。 开发环境为 windows 操作系统。 济源职业技术学院毕业设计 22 开始 定时器装初值 初始化 开/关机键SB1是按下？ 绿灯亮，数码管显示0 SB1按下? SB2按下? SB3按下? Y N Y N Y N Y N 开定时器红绿灯闪，开启打 点,数码管加 1，重装定时次数 红灯亮开始报警 SB3松开? 停打点，红灭绿亮 SB2松开? 红灭绿亮停止报警 Y N N Y 8.18.1 主程序流程图主程序流程图 主程序流程图如图 8-1-1 所示： 济源职业技术学院毕业设计 23 如图 8-1-1 主程序流程图 8.28.2 中断服务程序流程图中断服务程序流程图 中断部分主要是由按键SB3将其激活后开始定时，当定时结束后再次将中断 关闭，其在系统中的作用主要是当SB3第一次按下和第二次按下中间超过1分钟后 数码管显示为零，弱没有查过一分钟则数码管累计加1。这里的效果和我们所用 的手机背光灯相类似，只要键盘激活了手机背光若在一定时间内没有再操作键盘， 则背光灯将自行熄灭。 中断程序流程图如图8-2-1所示： 图 8-2-1 中断服务程序流程图 定时器装初 值 中断次数加 1 中断 1200 次吗？ 1 分钟钟到，清中断次数，清数码管，关中断 中断返回 N Y 开始 济源职业技术学院毕业设计 24 9 9 系统调试系统调试 9.19.1 调试过程调试过程 软件调试需要借助 Keiluvision3 仿真器系统来对程序的验证。先把程序在 Keiluvision3 中编写和编译，编译通过后，在用 Keiluvision3 进行单步调试， 最终调试出要求结果。程序在 Keiluvision3 中的编译如图 9-1-1 所示： 图 9-1-1 程序在 Keiluvision3 中的编译 9.29.2 调试结果调试结果 在设计中程序通过软件调试后，还要进行硬件调试。在硬件调试前我们必 须把程序烧写到单片机上。这次设计中所使用的烧录软件是 STC_ISP_V480。程 序的烧录如图 9-2-1 所示： 济源职业技术学院毕业设计 25 图 9-2-1 程序的烧录 9.39.3 更新方向更新方向 随着工业自动化正向着计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数 据通信一体化方向发展和各项技术的提升以及工业生产对系统稳定性和可靠性的 要求进步提高。提高系统的稳定性和可靠性将是本产品未来主要的开发方向。 26 致谢致谢 通过这次毕业设计，使我对以前所学的电子知识有了一个整体上的深入了 解和认识，而且从这次毕业设计中，我不仅仅对以前所学有了一定的概括，同 时也认识到自己的不足，有很多东西学要去学习；认识到学习的重要。以后要 坚持学习，不断地充实自己。 转眼间，为期三个月的毕业设计即将接近尾声，在老师的亲切指导和同学 的帮助下，此次设计才得以完成，在此向所有给予我此次毕业设计指导和帮助 的老师、同学表示最诚挚的感谢。在整个设计过程中，他们也给我很多帮助。 总之，我的设计是老师和同学共同完成的结果，在设计的这段时期，我们 合作的非常愉快，教会了我许多道理，是我人生的一笔财富，我再次向给予我 帮助的老师和同学表示感谢！ 27 参考文献参考文献 1周立功 Keil C51 语言使用技巧及实战 北京航天航空大学出版社 2谭浩强 C 程序设计 北京清华大学出版社 3黄志伟 全国大学生电子系统设计竞赛 北京航天航空大学出版社 4陈 涛 单片机应用及 C51 程序设计 机械工业出版社 5. 张永瑞 电子测量技术基础 西安电子科技大学出版社 6.黄志玮 全国大学生电子设计竞赛训练教程电子工业出版社 7.杨志忠 数字电路技术基础 高等教育出版社 28 附录附录 一一 29 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:30-Dec-2010Sheet of File:I:业业业业业业业2业业业业.DdbDrawn B y: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 PR 3 10K VC C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 PR 1 10K VC C CL KOU T2/P1.0 1 P1.1 2 EC I/P1.2 3 CC PO/P1.3 4 SS/CCP1/PI.4 5 MO S1/P1.5 6 MISO/P1.6 7 SCL K/P1.7 8 P4.7/RST 9 RxD /P3.0 10 TX D/P3.1 11 INT 1/P3.3 13 CL KOU T0/T0/P3.4 14 CL KOU T1/T1/P3.5 15 WR /P3.6 16 RD /P3.7 17 XT AL2 18 XT AL1 19 GN D 20 INT 0/P3.2 12 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 P2.7/A15 28 NA /P4.4 29 AL E/P4.5 30 EX _LVD /P4.6/RST 2 31 P0.7/AD 7 32 P.06/AD 6 33 P0.5/AD 5 34 P0.4/AD 4 35 P0.3/AD 3 36 P0.2/AD 2 37 P0.1/AD 1 38 P0.0/AD 0 39 VC C 40 U1 STC 12C5A60S 2 C14 30PF C13 30PF Y1 12M HZ P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P27 RX D TX D P32 P33 P34 P35 P36 P37 P10 RST R590.2K S5 R58 1.2K E6 22U F 1 2 3 4 5 6 7 8 9 PR 210KVC C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 PR 4 10K VC C VC C R25 10K VC C P10 A 1 K 2 E 15 C 16 A 3 K 4 E 13 C 14 A 5 K 6 E 11 C 12 A 7 K 8 E 9 C 10 U9 TP521-4 P11 P12 P13 +12V k by0 by1 OU 98 R1010K R9 10K R8 10K R7 10K K by0 by1 OU 98 S1 SW -PBS2 SW -PBS3 SW -PBS4 SW -PB S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 R28 1K R30 1K +12V A 1 K 2 E 15 C 16 A 3 K 4 E 13 C 14 A 5 K 6 E 11 C 12 A 7 K 8 E 9 C 10 U10 TP521-4 OU 71 OU 73 OU 75 OU 77 R32 1K R34 1k OU 79 OU 710 OU 711 OU 712 OU 713 OU 714 OU 715 OU 716 OU 710 OU 712 OU 714 OU 716 OU 71 OU 73 OU 75 OU 77 R271K R311K R331k P14 P15 P16 P17 R291K D1D2 B 1 C 3 E 2 N4 8050 B 1 C 3 E 2 N2 8050 D1D2