毕业设计（论文）-基于单片机的智能仪表的语音报警功能硬件电路设计.doc

智能仪表的语音报警功能硬件电路设计智能仪表的语音报警功能硬件电路设计 摘要摘要 本文讲述了基于MCS-51语言单片机AT89C51与ISD4000系列语音芯片相结合实现语音 录放功能。该语音报警系统,以AT89C51单片机为主控单元,采用了美国ISD 公司ISD4000 系列语音芯片ISD4000 设计了该系统的语音录放电路,对硬件电路的设计及软件的编程作 了较为详细的阐述。 首先介绍了此系统的发展现状、设计背景、设计要求、及工作原理.此后，本文确定 了机型及器件的选择，并对所使用各种芯片的功能与特性进行了详细介绍；论述了系统 硬件设计过程，系统硬件电路设计、硬件设计结构框图.最后中具体论述了报警控制等接 口的软、硬件调试。 关键词关键词: 自动语音报警系统；报警系统；单片机；语音芯片 AbstractAbstract This text has told the design of the intelligent “automatic warning system of security “of the house on the basis of the district and realized. Have introduced the development background, meaning, system function and design method of this system in the introduction at first. After this, this text describe the systematic hardware design process in chapter two, confirmed the choices of the model and device, have described the systematic hardware circuit design, hardware project organization block diagram and carried on the detailed introduction to the function and characteristic of various kinds of chips used; Analyze the course that develops of software design , especially main program , gathering and showing the workflow of the subprogram and warning subprogram especially in chapter three. Key Words: The voice auto alarm system; annunciatorsystem; microcontroller; voice chip. 绪绪 论论 文章介绍了一种智能仪器语音报警功能的设计和实现，并对其系统结构、硬件构成、 软件设计等进行了论述。,该系统实现了各种环境下的安全监控及报警功能，有效解决了 防盗问题和许多不安全问题的发生，对其它无人值守的系统均有一定的实用价值。 以 MCS-51 系列单片机 AT89C51 为核心，数字语音录放电路、通话电路，以及其他 的外围辅助电路，构成了一款高性能的智能语音报警器。配合各种无线传感器，可实现 防盗、防火等安防功能。 MCS-51 语言单片机 AT89C51 采集设备的各种信息，根据不同设备和传感器，可以是 压力、流量、温湿度、电压、电流等，然后与预先存储在单片机内的阈值比较，若超出 正常范围，则通过电话机拨号电路拨打维护人员的固定或移动电话，等待拨通后再控制 ISD4000 构成的数码语音电路播放相对应的故障信息。维护人员听到信息后根据故障优 先级作相应处理。 目目 录录 1 1 智能语音报警的发展现状智能语音报警的发展现状 .1 1 1.1 设计背景及思路 .1 1.2 硬件电器件的选定 .1 1.3 CPU 的选用.2 1.4 语音芯片的选定 .2 2.2.系统工作原理系统工作原理 .3 3 2.1 ISD4000 芯片介绍 .3 2.1.1 ISD4000 引脚图 .3 2.1.2 主要引脚介绍 .3 2.1.3 ISD4000 芯片优点 .4 2.1.4 ISD4000 工作原理与功能特性 .5 2.1.5 在智能控制中的典型应用.5 2.1.6 ISD4000 语音芯片在语音报站器中的应用 .5 2.2 演示程序功能 .6 3 3 硬件电路设计硬件电路设计 .7 7 3.1 AT89C51 单片机及其扩展.7 3.1.1 AT89C51 的内部框图及性能参数 .7 3.1.2 AT89C51 的主要引脚功能说明 .7 3.1.3 AT89C51 芯片引脚 .8 3.2 复位电路设计 .11 3.3 复位电路图 .11 3.4 时钟电路设计 .11 3.5 语音录放电路 .12 3.6 功率放大器的选定 .12 3.6.1 功放电路设计.13 3.7 看门狗电路设计 .14 3.8 智能语音报警程序及电路图 .15 4 4 语音系统软件设计语音系统软件设计 .1717 4.1 语音录放电路软件的实现 .17 4.2 程序主框图 .17 6.6. 结束语结束语 .2222 参考文献参考文献 .2323 智能仪表的语音报警功能硬件电路设计 1 1 1 智能语音报警的发展现状智能语音报警的发展现状 智能语音报警系统是针对于人们在现实生活中遇到的一些不安全问题的防患与通知 装置。配合各种无线传感器，可实现防盗、防火安防功能，有效解决了防盗问题和许多 不安全问题的发生。它能智能的区分各种警情、自动数字语音电话报警。由于智能语音 报警的这些功能，因此，在现实社会中越来越受到人们的重视和认可，所以设计智能语 音报警功能实现装置是目前很需要的。 1.11.1 设计背景及思路设计背景及思路 器件功能介绍： ISD 系列语音芯片是美国 ISD 公司推出的产品。该系列语音芯片采用多电平直接接 模拟存储（Chip Corder）专利技术，声音不需要 A/D 转换和压缩，每个采样值直接存储 在片内的闪烁存储器中，没有 A/D 转换误差，因此能够真实、自然地再现语音、音乐及 效果声。避免了一般固体录音电路量化和压缩造成的量化噪声和金属声。 ISD4000 语音芯片采用 CMOS 技术，内含晶体振荡器、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阵列等，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 Microwire）送入。采样频率可为 4.0Hz、5.3Hz、6.4Hz、8.0kHz，频率越低，录放时间越长，而音质则有所下降。片内信 息存于内烁存储器中，可在断电情况下保存 100 年（典型值）反复录音 10 万次。器件工 作电压 3V，工作电流 2530mA，维持电流 1A。单片录放语音时间 816min，音质好， 适用于移动电话机及其它便携式电子产品中。 近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控 制日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个 核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体 应用对象特点的软件结合，以作完善。随着信息技术飞速发展，报警系统已进入一个高 科技、智能化的时代。随着人们安全防范意识的提高，自动报警越来越受到重视。本文 介绍的报警系统只要接上适当的传感器和语音芯片就可组成智能语音报警系统。现在智 能语音报警系统越来越受到人们的重视，人们对报警器功能和性能方面的要求也越来越 高。本文提出一种基于 MCS-51 语言单片机 AT89C51 与 ISD4000 系列语音芯片相结合的智 能语音报警器。 1.21.2 硬件电器件的选定硬件电器件的选定 有了对语音报警的初步认识，我懂了电路的工作原理，即如何在不同的环境下实现 报警功能。为达到系统设计的技术指标，且作到廉价、便鞋、智能化、易操作的目的， 对系统设计定出初步设计思路。 2 下面给出系统的结构框图 1-1 所示： 看看门门狗狗电电路路 开开关关 控控制制电电路路 功功放放电电路路 单单 片片 机机 语语 音音 芯芯 片片 图 1-1 硬件电路结构框图 1.31.3 CPUCPU 的选用的选用 单片机是该系统设计实现中的核心,而采用低功耗且价格合适的单片机是单片机的选 择因素之一，考虑到系统的技术要求,我采用 ATMEL 公司的 AT89C51 单片机。 MCS-51 系列的 AT89C51 单片机是美国 ATMEL 公司生产的低电压,高性能 CMOS8 位单 片机，它有 8K 的 EEPROM，无需扩展外部存储器。256 字节的 RAM 和 32 线 I/O 口，完全 可以满足本系统的要求。体积比 AT89C51 小很多，功能强大的 AT89C51 单片机适合于较 多简单控制应用场合。 1.41.4 语音芯片的选定语音芯片的选定 语音芯片在该电路中决定了报警装置是否能达到报警的要求，语音芯片音质也是非 常重要的，选择标准录放音的简单实用性也是要考虑的还有就是芯片的存储功能。 语音芯片 ISD4000 采用先进的模拟数字语音存储技术，音质好，无须 A/D 转换，可 录制 20 秒的语音信息，可分段存储信息，采用总线技术，适宜与单片机接口,另外，它 是零功率信息存储方式，断电情况下，信息可保留 10 年以上；易于使用，可随意改变录 音内容，录放次数达 10 万次以上。在本系统中，用户通过电话机将各种警情语音和用户 的地址语音(便于与 110 联网)分段录入到 ISD4000 中。6 种警情(或对应 6 个防区)共 62 秒=12 秒，地址语音 8 秒。电源交、直流两用，JK1 为交流供电，612V；JK4 的 VC 为供电，515V。带线路输出，可外接高保真功放，JK2 输出，幅度 100mV。直接推 动喇叭 416W，功率输出 0.31W。 智能仪表的语音报警功能硬件电路设计 3 2.2.系统工作原理系统工作原理 本息统由 AT89C51 单片机、ISD4000 语音芯片（结构、属性、管脚） 、STOT 开关、 MAX1232 看门狗组成。开关控制录放音，看门狗则在第一次录放后进行复位，所录音则 由单片机控制输入语音芯片，语音芯片则与功放电路相连经扬声器放出声音本系统具有 录放功能, 相关的报警语音信息按照分段的形式提前录制好。报警系统的触发信号为 PLC 控制继电器输出的 32 路开关量, 在开关量输出点亮报警指示灯的同时对错误故障和 控制状态进行语音报警。为了防止 PLC 的干扰, 本系统使用独立于整机控制系统的电源, 并且对 PLC 输出的 32 路开关量信号进行了光电隔离。原理框图如 2-1 所示： 图2-1 原理框图 2.12.1 ISD4000ISD4000 芯片介绍芯片介绍 2.1.12.1.1 ISD4000ISD4000 引脚图引脚图 ISD4000 内部引脚图如图 2-2 所示： 图 2-2 ISD4000 引脚图 2.1.22.1.2 主要引脚介绍主要引脚介绍 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总线，并且 分别引到外封装不同管脚上，模拟和数源端最好分别走线，尽可能在靠近供电端处相连， 而去耦合电容尽量靠近器件。 地线(VSSA，VSSD)：芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线。几个 VSSA 尽 量在引脚焊盘上相连，并用低阻通路连到电源上，VSSD 也用低阻通路连到电源上。 4 同相模拟输入(ANA IN+): 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 16 mV。 反相模拟输入(ANA IN-): 差分驱动时，这是录音信号的反输入端。信号通过耦合 电容输入，最大幅度为峰峰值 16 mV，本端的标称输入阻抗为 56K,单段驱动时，本端 通过电容接地，两种方式下，ANAIN+、ANAIN-端的耦合电容值应相同。 音频输出(AUDOUT): 提供音频输出，可驱动 5K 的负载。片选(SS): 此低，即向该 ISD4000 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，用于步 MOSI 和 MISO 的数据转 输。数据在 SCLK 上升沿锁存到 ISD，在下降沿移出 ISD。 中断（/INT）: 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 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 录、放操作已到达存储器的末尾。EOM 标志只在放音中检测到内部的 EOM 标志时，此状态位置 1。 行地址时钟(RAC): 漏极开路输出。每个 RAC 周期表示 ISD 存储的操作进行了一行 （ISD4000 系列中的存储器共 600 至 2400 行） 。该信号 175ms 保持高电平，低电平为 25ms。快进模式下，RAC 的 218.75us 是高电平 31.25us 为低电平。该端用于存储管理技 术。 外部时钟(XCLK): 本端内部有下拉元件，芯片内部的晶振时钟 出前已调校，误差在 1%内。商业级的芯片在整个温度和电压内,其频率变化在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，建议使用稳压电源。若要求更高精度，可本 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紧要，因内部首先进行了分频。在不外接时钟时， 此端必须接地。 自动静噪(AMACP): 当录音信号电平下降到内部设定的某一阈值下时，自动静噪功能 使信号衰减，这样有助于减小无信号（静音）时的噪声。通常，本端对地接 1uF 的电容， 构成内部信号电平的检测电路的一部分。检出的峰值电平与内部设定的阈值作比较， 定 自动静噪功能的翻转点。大信号时，自动静噪电路不衰减，静时衰减 6dB。1uF 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。 2.1.32.1.3 ISD4000ISD4000 芯片优点芯片优点 ISD4000 是一种采用 ChipCorder 专利技术的语音芯片。此芯片无须 A/D 转换和压 缩就可以直接储存，没有 A/D 转换误差，在一个记录位（BIT）可存储 250 级声音信号， 智能仪表的语音报警功能硬件电路设计 5 相当于通常的 A/D 记录的 8 倍。片内集成了晶体振荡器、麦克前置放大器、自动增益控 制等，只要很少的外围器件，就可以构成个完整声音录放系统。本文介绍了 ISD4000 的 原理、特点、功能及其在智能控制系统中的应用。 ISD4000 是美国 ISD 公司制造的一种新款语音芯片。与 ISD 其它系列语音产品不同 的是，ISD4000 是一种微控制器“从”设备，而“主”控制器可以是内置有 SPI 兼容接 口的微控制器，也可以用 I/O 仿真 SPI 通信协议。ISD4000 系列工作电压为 3V，单片录 放时间为 816 分钟，音质好，适用于移动电话及其它便携式电子产品中。该芯片采用 CMOS 技术，内含振荡器、抗混叠滤波器、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。芯片的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。ISD4000 采用多电平直接模拟量存储技术，每个采样 值直接存贮在片内闪烁存贮器中，因此能非常真实、自然地再现语音、音调和效果声， 避免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，音质则有所下降， 片内信息存于 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。 2.1.42.1.4 ISD4000ISD4000 工作原理与功能特性工作原理与功能特性 ISD4000 声音录放采用 CchipCorder 专利技术，即无须 A/D 转换和压缩就可以直接 储存，没有 A/D，在个记录转换误差位（BIT）可存储 250 级声音信号，相当于通常的 A/D 记录的 8 倍。 2.1.52.1.5 在智能控制中的典型应用在智能控制中的典型应用 本系统是以单片机语音处理芯片及报警传感器为基础，利用公共电话网络建立起来 的智能家居服务系统。它具有以下主要功能： (1)家电控制功能：打电话在通过密码校验后，在语音的提示下，进行远程控制家电、 查询其工作状态及家电定时操作。 (2)电话录音功能：可来电留主及用户自己录音。 (3)自动语音报警功能：在无的情况下，监控系统检测到非法闯入，能自动拔打报警 电话。在叫通后，能接报警信息以语音的形式发送出去。 由上可以看到，在整个家居服务系统中，要多次实现语音提示，应答，查询等功能。 这些功能的实现是靠单片机 AT89C51 与 ISD4004 之间的通讯来完成的。 2.1.62.1.6 ISD4000ISD4000 语音芯片在语音报站器中的应用语音芯片在语音报站器中的应用 ISD4000 语音系列芯片是美国 ISD 公司推出的产品，具有可多次重复录放、存储时 间长、使用时不需扩充存储器、所需外围电路简单等特点。介绍了 ISD4000 芯片在语音 报站器中的一个实际应用，并说明了其功能和使用方法，从而使读者对 ISD40000 芯片的 使用有个初步的了解。关于该语音芯片的引脚说明以及内部电路等，很容易在 ISD 公司 6 提供的芯片资料中查到，笔者就不进行过多的描述，只简单地对其特点做一介绍。 与普 通的录音重放芯片相比，ISD4000 具有如下特点：首先，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，将快速闪存作为存储介质，无需电源即可 保存数据长达 100 年，重复记录 10000 次以上；此外，ISD4000 具有记录时间长（可达 16 分钟，本文采用的为 8 分钟的 ISD4000 语音芯片）的优点；最后，ISD4000 的开发应 用具有所需外围电路简单的优点，这一点从本文介绍的其在语音报站器中的实际应用可 以体会到。语音报站器硬件电路设计 目前市场上流通的语音报站器，大多采用的不是 SD4000 系列的芯片，这与其刚推出不久以及价格偏高有关。但随着 ISD4000 应用的增 多以及价格的回落，再加上 ISD4000 系列芯片本身的优点，可以相信，在语音报站器中 采用 ISD4000 系列语音芯片是完全可行的。笔者设计了该装置的硬件电路，并进行了上 车调试，取得了较为满意的效果。 ISD4000 系列工作电压 3V,单片录放时间 8 分钟至 16 分钟,音质好,适用于移动电话 及其他便携式电子产品中。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 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内闪烁存贮器中,因此能够非常真实、 自然地再现语音、音乐、音调和效果声,避免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,片内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。 2.22.2 演示程序功能演示程序功能 (1)录音 跳线插在”REC”一侧是录音状态，按住”START”键不放，指示灯亮即可对着板上 话筒讲话录音，松键时录音停止并形成一段。再按则录下一段。按”STOP”键为复位， 再录音时又从第一段开始。 (2)放音 跳线插在”PLAY”一侧是放音状态，按一下”START”键即播放一段，一段结束后自 动停止放音，再按”START”则播放下一段按”STOP”键为复位。 (3)音源 音源方式可由板载 MIC 做为音源输入设备，也可选择线路（LINE IN）录音，由跳线 选择。使用线路录音时，将短路叉取下，音频线直接接到左侧两插针上，信号幅值请参 考 ISD4000 系列芯片说明。 智能仪表的语音报警功能硬件电路设计 7 3 3 硬件电路设计硬件电路设计 3.13.1 ATAT89C5189C51 单片机及其扩展单片机及其扩展 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM-Flash ProgramMable and Erasable Read Only Memory)的低电压，高性能 CMOS8 微处理器，俗 称单片机。部件包括中央处理器、数据存储器 RAM、程序存储器 ROM、定时器/计数器和 多种 I/O 接口电路。 3.1.13.1.1 AT89C51AT89C51 的内部框图及性能参数的内部框图及性能参数 AT89C51 内部框图如图 3-1 所示： 图 3-1 AT89C51 的内部框图 CPU 主要性能参数: 外接电源电压：5V（稳压） 外接喇叭：416 欧姆，0 .5W 工作电流：2530mA ( 录音)，5080mA (放音) 静态工作频率:0Hz-24MHz 2KB 可编程 Flash 存储器（可擦写 1000 次） 128 字节内部 RAM 2 个 16 位定时/计数器 8 3.1.23.1.2 AT89C51AT89C51 的主要引脚功能说明的主要引脚功能说明 （1）电源引脚 VCC 40 电源端 GND 20 接地 （2）定时器/计数器 AT89C51 如图 3-2 所示，内部有两个 16 位的可编程定时/计数器，记为 T0 和 T1。16 位是指他们都是 16 位的触发器构成，可编程是指它们的工作方式由指令来设定，或者但 计数器来使用，或者当定时器来用，并且计时的范围也可以有指令来设置。这种控制功 能通过定时器的方式控制寄存器 TMOD 来完成的，如果需要，定时器在计到规定的定时值 时可以向 CPU 发出中断申请，从而完成某种定时功能。在计数状态下同样也可以申请中 断。定时器控制寄存器 TCON 用来负责启动定时的启动，停止以及中断管理。 在定工作中，时钟由单片机内部提供，及系统时钟经过 12 分频后作为定时器的时钟。 计数工作时，时钟脉冲有 T0 和 T1 输入。 （3）中断系统 所谓中断，是指当计算机执行正常程序时，系统中出现某些紧急需要处理的异常情 况和特殊请求时，CPU 暂时执行现行程序，转去对随即发生的更紧迫的事件进行处理， 处理完毕后，CPU 自动返回原来的程序继续执行。 AT89C51 的中断系统允许五个独立的中断源，即两个外部中断申请，两个定时/计 数器中断以及一个串行口中断。 中断允许软件设计不需要关心系统其他部分定时要求，算术程序不需要考虑隔几个 指令检查 I/O 设备是否需要服务。相反，算术程序编写时好像有无限时间作算术运算而 无其它工作在进行。若其它事件需要服务时，则通过中断告诉系统。 外部中断申请通过 INT0 和 INT1(即 P3.2 和 P3.3)口输入，输入方式可以是电平触 发（低电平有效） ，也可以是边沿触发（下降沿有效） 。两个定时器中断请求是当定时器 溢出时向 COU 提出的，即当定时器有状态 1 转为全是 0 时提出的。第二个中断请求是由 串口发出的，串口每发送完一个数据或者接受完一个数据，就可以提出一次中断请求。 3.1.33.1.3 AT89C51AT89C51 芯片引脚芯片引脚 智能仪表的语音报警功能硬件电路设计 9 图 3-2 AT89C51 芯片引脚 （1）芯片引脚 VCC: 提供电压 GND: 接地 P0 口： P0 口为一个 8 位漏极开路双向 I/O 口。每角可以吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚 第一次写以时，被定为高阻输入。P0 能够用于外部程序存储器，它可以被定义为数据/ 地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为为源码输入口，当 FLASH 进行校验时，PO 口 输出原码，此时 P0 必须被拉高。 P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 为双向 I/O 口，P1 口能缓冲能接收输出 4TTL 门 电流。P1 口管脚写入一后，被内部上拉为高，可作为输入，被外部下拉为低电平时，将 输出电流，这是由于内部上拉的原因。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位有效地 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。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 口输出地址为高八位。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。 P3 口： P3 口管脚是 8 个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，并作为输入。 P3.1 TXD （并行输出口） P3.2 /INTO (外部中断 0) P3.3 /INT1 (外部中断 1) P3.4 T0 (计时器 0 外部输入) P3.5 T1 (计时器 1 外部数入) P3.6 /WR (外部数据存储器写选通) P3.7 /RD （外部数据存储器读选通） RST: 复位输入。当振荡器复位期间时，要保证 RST 脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG: 10 当访问外部存储器时，地址所存允许的输出电平用于所存地址的地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。 /PSEN: 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。注意加密方式为 1 时，/EA 将内部锁定为 RESET，当/EA 保持高电平时， 此间为内部程序存储器。在 LIASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源。 XTAL1: 反相振荡放大器的输入以及内部时钟工作电路的输入。 XATAL2: 来自反相振荡器的输出。 （2）外接晶体引脚 XTAL1 19 XTAL2 18 XTAL1 是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2 则是输出端，使用外部振荡器时， 外部振荡信号应直接加到 XTAL1，而 XTAL2 悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲 二分频，如晶振为 12MHz，时钟频率就为 6MHz。晶振的频率可以在 1MHz-24MHz 内选择。 电容取 30PF 左右。 型号同样为 89C51 的芯片，在其后面还有频率编号，有 12,16,20,24MHz 可选。大 家在购买和选用时要注意了。如 89C51，24PC 就是最高振荡频率为 24MHz,40P6 封装的普 通商用芯片。 （3）复位 RST 在振荡器运行时，有两个机器周期（24 个振荡周期）的高电平出在此引腿时，将使 单片机复位，只要这个脚保持高电平，51 芯片便循环复位。复位后 P0P3 口均置 1 引 脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器 SFR 全部清零。当复位脚由高电平变为 低电平时，芯片为 ROM 的 00H 处开始运行程序。 （4）其它的控制或复位引脚 1) ALE/PROG 30 访问外部存储器时，ALE（地址锁存允许）的输出用于锁存地址的 低位字节。即使不访问外部存储器，ALE 端仍以不变的频率输出脉冲信号(此频率是振荡 器频率的 1/6)。在访问外部数据存储器时，出现一个 ALE 脉冲。对 Flash 存储器编程时， 这个引脚用于输入编程脉冲 PROG。 2) PSEN 29 该引是外部程序存储器的选通信号输出端。当 AT89C51 由外部程序存储 器取指令或常数时，每个机器周期输出 2 个脉冲即两次有效。但访问外部数据存储器时， 将不会有脉冲输出。 3) EA/Vpp31 外部访问允许端。当该引脚访问外部程序存储器时，应输入低电平。 要使 AT89C51 只访问外部程序存储器（地址为 0000H-FFFFH）,这时该引脚必须保持低电 智能仪表的语音报警功能硬件电路设计 11 平。对 Flash 存储器编程时，用于施加 Vpp 编程电压。Vpp 电压有两种，类似芯片最大 频率值要根据附加的编号或芯片内的特征字决定。 3.23.2 复位电路设计复位电路设计 单片机在启动运行时都需要进行复位操作，以便使 CPU 和系统中的其它部件都处于 某一确定的初始状态，并从这个状态开始工作。AT89C51 单片机有一个引脚 RST，它是施 密特触发器的输入端，其输出端接复位电路的输入。复位信号是高电平有效，其有效时 间应持续 24 个振荡脉冲周期（即二个机器周期）以上，若使用频率为 6MHz 的晶振，则 复位信号持续时间应超过 4s 才能完成复位操作。复位之后，使 ALE、PSEN、P0、P1、P2 口的输出均为高电平（即为输入状态） ，复位后，内部复位电路 图（如图 3-3 所示） 。RST 变为低电平后，便又退出复位状态。CPU 从初始化工作，由状 态表可知，复位后：程序寄存器为 0000H 开始执行程序，内部 RAM 不受复位影响。复位 有电复位和按键手动复位两种。按键手动复有电平方式和脉冲方式两种。本次设计中， 为方便人的操作，采用按键手动复位的按常用的复位电路。 3.33.3 复位电路图复位电路图 图 3-3 复位电路图 看按键按下去之后 RST 是高还是低。按下去是高就是高有效，右边按下去是低就是 低有效。原理如图 3-3，先不管按键，看上电复位的情况通电瞬间电容可以当短路,所以 RST 脚为高电平。随着电容充电，稳定后 VCC 的电压实际上是加在电容上的。电容下极 板也就是 RST 脚最终为 0V。这样 RST 持续一段时间高电平后最终稳定在低电平，高电平 持续时间由 RC 时间常数决定。这就是上电高电平复位按键按下去就相当于上电那一瞬， 让电容短路。 3.43.4 时钟电路设计时钟电路设计 AT89C51 的 XTAL1、XTAL2 引脚之间跨接晶体振荡器和微调电容构成一个稳定的自 激振荡器这就是组成里的时钟电路。如图 3-4 所示： 12 图 3-4 时钟电路 时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才能为单片机的时钟脉 冲信号。一般电容 C1 和 C2 取 30PF 左右。晶体的振荡频率范围是 1.2 MHz12MHz。 振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行也就快，但反过来运行速度快对 存储器的速度要求就高，对印刷电路板的工艺要求也高（线间寄生电容要小） 。在本 次设计中，选取晶振频率为 60MHz,C1 和 C2 的值均为 30PF。 3.53.5 语音录放电路语音录放电路 利用语音录放芯片 ISD4000 的语音存储功能，预先将报警信息存入 ISD4000 中，单 片机控制摘/挂操作的同时，根据检测到通话方的状态，准时合理的控制 ISD4000 进行语 音录放，实现语音报警功能。整个电路按功能分成两部分来设计：语音重放电路部分和 录音部分。 录/放音状态显示“地址及状态显示”部分的数码管右下角的3 个小数点从左到右依 次分别显示“试听”、“拷贝1”、“拷贝2”的录/放音状态。在录/放音过程中，如小 数点连续闪动，表明录/放音状态正常。如停止闪动则表明录/放音过程有误，当前语音 数据丢失，应重新录制。 录音： 跳线插在REC一侧是录音状态，按住“AN”键不放，指示灯亮即可对着板上话筒 讲话录音，松键时录音停止并形成一段。在按则录下一段。按“STOP”键为复位，录音 从第一段开始。 放音： 跳线插在“PIAY”一侧是放音状态，按住“AN”键即播放一段，一段结束后自动停 止放音，在按则播放下一段。按“STOP”键为复位，放音从第一段开始. 3.63.6 功率放大器的选定功率放大器的选定 音频功率放大器选定要考虑电压的要求；外围元件的多少；功率的大小；电压增益 的调整范围。 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。输入端以地位参考，同时输出端被自动 智能仪表的语音报警功能硬件电路设计 13 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 用于电电池供电场合。 3.6.13.6.1 功放电路设计功放电路设计 （1）LM386 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 的封装形式有塑封 8 引线双列直插式和贴片式。 （2）特性 (Features): 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。 外围元件少。 电压增益可调，20-200。 低失真度。 （3）脚位排列图如图3-5 所示： 图 3-5 LM386 脚位排列图 （4） 功放电路图如图 3-6 所示: 14 图 3-6 功放电路图 3.73.7 看门狗电路设计看门狗电路设计 看门狗电路采用 MAX1232，它是一种集看门狗、电压监控和串行 EEPROM 三种功能于 一身的可编程电路。它内部的 512 字节的 EEPROM 用来存放无线探头的编码和一些系统设 置参数。MAX1232 可提供 1,000,000 次擦写. 和 100 年的数据保存期。无线编码接收采 用常见的超再生接收模块，频率 315MHz,ASK 方式，不含解码芯片 PT2272(采用软件解码)， 与无线探头端的编码芯片 PT2262 对应，有 312 种编码，保证了有足够的保密性。模块的 信号输出端直接接到单片机的 P1.1 进行软件解码。 MAX232 是由美国 DALLAS 公司生产的微处理器监控电路，采用 8 脚 DIP 封装，如图 3-7 所示。 图 3-7 MAX1232 监控器 各引脚功能如下： PBRST：按钮复位输入端; TD：看门狗定时器延时设置端； TOL：5或 10电压监测选择端； GND：电源地； PBRST TD TOL GND VCC ST RST1 RST2 智能仪表的语音报警功能硬件电路设计 15 RST1：高电平有效复位输出端； RST2：低电平有效复位输出端； ST：周期输入端; Vcc：电源。 3.83.8 智能语音报警电路图智能语音报警电路图及原理及原理 利用语音录放芯片 ISD4000 的语音存储功能，预先将火警信息存入 ISD4 中，单片机 控制摘/挂操作的同时，根据检测到通话方的状态，准时合理的控制 ISD4000 进行语音录 放，实现语音报警功能。上述的报警语音信息，用户须预先录入语音芯片。录入的方法 很简单：系统的面版上设有录音键和麦克风，在按下了录音键后，用户可直接对着麦克 风说出报警信息，例如“请注意