基于单片机的电子导游系统的硬件设计毕业论文.doc

1 引言当前，在世界范围内，一个以微电子技术，计算机和通信技术为先导的，以信息技术和信息产业为中心的信息革命方兴未艾。为使我国尽快实现经济信息化，赶上发达国家水平，必须加速发展我国的信息技术和信息产业。而计算机技术怎样与实际应用更有效的结合并有效的发挥其作用是科学界最热门的话题，也是当今计算机应用中空前活跃的领域。单片机以其集成度高、运算速度快、体积小、运行可靠、价格低廉、等优势，在过程控制、数据采集、机电一体化、智能化仪表、家用电器以及网络技术等方面得到了广泛的应用。特别是单片机嵌入式系统的开发与应用，标志着计算机发展史上又一个新的里程碑。作为计算机两大发展方向之一的单片机，以面向对象的的实时控制为己任，嵌入到如家用电器、汽车、机器人、仪器仪表等设备中使其智能化。目前国内外各大电气公司，大的半导体厂商正不断地开发、使用单片机，使用单片机，使其无论在控制能力，减小体积，降低成本，还是开发环境的改善等方面，都得到了空前迅速的发展。随着集成电路技术的发展，单片微型计算机的功能也不断增强，许多高性能的新型机种不断涌现出来。单片机已成为自动化和各个测控领域中广泛应用的器件，在工业生产中称为必不可少的器件，尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。在电子导游系统中，单片机更是以功能强，体积小，可靠性高，容易开发和价格低廉等一系列优点起到了不可替代的核心作用。电子导游系统对于提高旅游质量具有十分重要的意义，在国内外得到了广泛的研究，同时由于它所涉及到的技术广泛，如单片机技术、语音技术、无线发射和接收技术等，目前还不尽完善，本课题旨在尽可能的提高系统的便携性，易操作性和全自动智能性。整个系统分为硬件设计和软件编程两部分，本部分属于硬件设计。系统总体包括发射接收模块、编解码芯片电路、可二次开发的语音模块和单片机控制等电路。无线发射和接收技术是当前研究的热点，在电子导游系统中引入无线发射和接收技术有一定的研究价值和现实意义。以往传统的电子导游设备受距离的限制，很难达到令人满意的效果：游客只能在景点固定的导游机及电子显示屏上了解景点的相关信息，不能适时的直观的了解特定的景点。所以将无线发射和接收技术结合上语音技术引进到电子导游设备中就很好的解决了这一问题。他的优点显而易见，成本低，可靠性高。只要接通电源，游客就能通过手中的电子导游机适时的了解他所处的景点的详细讲解。音技术在这里可以起到相当重要的作用，预先在语音芯片内录制景点信息，可供重复使用，给游客最直观的了解。游客可以选择喇叭到适中的音量以满足不同人的需求，互不干扰。2 课题研究背景21 单片机无线控制发展迅速单片机技术发展很快，以它为核心的产品层出不穷，并且在各行各业中得到广泛的应用。在我们日常生活中随处可见，与单片机相关的技术不断更新，未来应用会更加广泛。远程控制技术中单机有不可替代的位置，它可以通过无限装置对远距离设备进行控制。电子导游机分为三个发展阶段，对应着三代产品：第一代是利用视频与网络技术将重要文物做成视频图像和配上解说供参观者观赏的触摸式视频讲解系统，在固定景点上使用、采用投币方式的“电子导游机”。只能固定在某一处使用，很不方便！第二代是一种半自动化系统,功能是把景信息以语音文件格式存储在导游机里,一般通过键盘直接键入景点代码,选择播放。这种类型的导游机,缺点是要输入景点代码,很不方便。第三代是以单片机为核心，外加其他集成芯片和分离元件组成的产品，其特点是电路组成较复杂，但是功能齐全，可靠性高。具备一定的智能化功能。基于单片机的电子导游机,它在景点先安放无线发射模块,这些发射模块可以控制工作范围, 工作距离可通过天线的长短和工作电压的高低来调节，这样在各个景点就有不同的编码信号。接收部分就是游客手持的电子导游机，导游机里预先存有各个景点的语音讲解，游客到达景点后,游客手上的导游机会自动接收编码信号,经过解码后,由控制中心控制语音播放即可。22 语音技术与单片机技术的结合发展前景看好所谓智能语音技术，就是使计算机、手机等信息终端具备能听会说的能力，能够通过对语言进行存储、分析、理解和生成，使得智能机器可以像人一样自如地使用人类语言。从语音技术取得突破性进展至今，语音技术在仪器仪表、计算机监控系统中的应用一直受到普遍的关注，主要包括语音存储回放、语音合成、语音识别等技术。目前，基于单片机的语音合成装置的开发完全依靠手工式操作，开发工作量大，研制周期长；并且语音词汇库的编辑、修改与扩充困难。在PC机上使用的各种语音卡没有考虑控制系统的特殊要求，难以用于有一定实时性、可靠性要求的控制系统中。单片机的语音技术的发展趋势是:以串行通信方式接受来自主机的命令，完成相应的语音通报、报警任务，并具有功耗低、体积小、重量轻、抗干扰性强的特点。基于单片机的电子导游系统主要用的是语音存储回放方面的知识，通过专用芯片预先录制语音片段，然后按照系统程序的调用回放这些片段。23 课题研究重点本课题组要运用AT89C51，SC2272 ,SC2262,ISD4004等芯片完成基于单片机的电子导游系统的硬件设计,并协作软件设计实现课题所要求的功能。89C51比较常见，因此重点是掌握SC2272,SC2262和ISD4004两种芯片的使用方法。这三块芯片的内部结构很复杂，但是我们只是侧重于它们的应用，即如何实现单片机对他们的控制。ISD4004的使用更加复杂一些，因为其外部要添加录音、放音电路。硬件部分包括，录音，放音驱动模块；编码,解码模块，无线发射模块；无线接收模块；单片机控制模块以及键盘模块。无线控制是本课题的特色和设计重点，配合使用无线射频发送/接收头F05P/ J04P 和编解码芯片SC2262/ SC2272 , 发射部分采用集成了SC2262 和F05P 发射头的发射模块,工作距离可通过天线的长短和工作电压的高低来调节。接收部分由SC2272 和j04P组成。当解码器接收到的地址信号与预设地址信号一致，则触发放音电路.语音电路模块中录音部分采用RC滤波，再加上ISD4004的特殊的存储方式，使得还原出来的音质比较好，放音采用的是LM386音频功率放大器，在1脚与8脚之间接入电阻电容，将其增益调整到50左右。最终要搭建硬件电路、用Protel制作PCB板、协作软件对系统进行功能仿真、对遇到的问题能通过查阅资料解决，对电子导游系统、语音技术、单片机技术有进一步的了解,并能把他们有机的结合。3 总体方案设计基于单片机的电子导游系统其主要功能是：在景点先安放无线发射模块,这些发射模块可以控制工作范围,这样在各个景点就有不同的编码信号。游客到达景点后,游客手上的导游机会自动接收编码信号,经过解码后,由控制中心控制语音播放即可。该系统的硬件部分包括，录音，放音驱动模块；编码,解码模块，无线发射模块；无线接收模块；单片机控制模块以及键盘模块。具体工作过程是：发射部分不断的发送信号，接收部分由单片机向解码芯片循环发送地址信号，由接收头将接收到的信号送至解码芯片解码，将解码信号送至单片机，如果解码的信号和单片机的预设信号一致，再由单片机控制语音芯片发出报警语音，该语音是由录音电路事先录制入ISD4004的语音段。系统框图如图3.1所示。复位电路键盘电路 单片机 单片机 解码模块语音电路接收芯片发射芯片编码模块 信道图3.1系统框图4 方案实体设计41 元器件的选型根据系统的需要本人选择AT89C51单片机作为核心的控制芯片，用ISD4004作为语音放音芯片，SC2272作为解码芯片，SC2262为编码芯片，无线频率发射头F05P，无线接收头J04P，LM386作为音频功率放大器。42 AT89C51重要引脚功能说明P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向IO口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL逻辑门电路。对P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流。1P3口除了作为一般的IO口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表4.2.1所示：P3口还接收一些用于Flash闪速存储器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使单片机复位。ALEPROG： 当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE 仍以时钟振荡频率的l6 输出固定的正脉冲信号，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存储器编程期间，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区中的8EH单元的DO 位置位，可禁止ALE 操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被激活。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无效。23表4.2.1 P3口第二功能端口引脚第二功能P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2(外部中断0)P3.3(外部中断1)P3.4T0(定时计数0外部输入)P3.5T1(定时计数1外部输入)P3.6(外部数据存储器写选通)P3.7(外部数据存储器读选通)PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51 由外部程序存储器取指令（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，这两次有效的PSEN信号出现。EAVPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），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则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。表4.2.2 AT89C51的极限工作参数4工作温度 55 to +125储藏温度 55 to +125任一脚对地电压 1.0V to +7.0V最高工作电压 6.6V直流输出电流 15.0 mA43 ISD4004简述：单片8至16分钟语音录放 内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、自然的语音还原技术 10万次录音周期(典型值)自动静噪功能 片内免调整时钟,可选用外部时钟15ISD4004芯片工作电压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。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。封装形式如图4.3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。信号通过耦合电容输入,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。 图4.3 ISD4004封装图中断(/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-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218.75s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(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阈值作比较,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。5.具体电路设计51 单片机基本电路5.1.1 单片机复位电路89系列单片机与其它微处理器一样，在启动时都需要复位，使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内部的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如RST引脚上有一个高电平并维持两个机器周期（由于一个机器周期包含6个状态，每个状态是2个振荡周期，所以也就是24个振荡周期），则CPU就可以响应并将系统复位。假如采用12MHZ的晶振，那么复位时间大约是12S。复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。图5.1.1所示的手动复位电路可以实现上述基本功能，C51单片机复位信号高电平有效。 图5.1.1 单片机复位电路5.1.2 单片机晶振电路AT89C51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反响放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。外接石英晶体或者陶瓷谐振器及电容C1,C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1,C2虽然没有严格要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低，振荡器工作的稳定性，起振的难易程序及温度稳定性！本设计的晶振频率采用12MHZ，C1，C2取20uf。晶振电路如图5.1.2 图5.1.2 晶振电路 5. 2 键盘电路键盘设置三个键，一号键：电源开关按钮，直接与电源相连，按钮按下即接通电源。同时将一个发光二极管与开关相连，按下按钮则二极管发光指示电源接通。如图5.2.1图5.2.1电源开关二号键：录音键。按住此键开始录音，松开停止录音。三号键：扫描键，按一下之后单片机开始运行。二三键采用中断方式，如图5.2.2所示,当没有键按下时候，P1.7、P1.6、P3.3都是高电平，没有中断信号不检测键盘是否有键按下。但有键按下时候，就给相应的二极管提供一个低电平，经过上拉电阻到电源的正极，形成一个回路，因为二极管在导通时候的电阻很小，压降就很低，所以在上拉电阻的下端就会保持一个低电平，既发送一个中断信号，单片机响应这个信号，检测P1.7和P1.6的电平，这样就可以识别出是哪个键按下。 图5.2.2 键盘电路53 ISD4004录、放音电路串行输入(MOSI) 接P2.1串行输出(MISO) 接P2.0 片选(SS) 接P2.2中断(/INT)接P2.3串行时钟（SCLK）接P1.3AMCAP 为自动静音端，使用时通过一个电容接地。此外由于ISD4004 的工作电压为3 伏，而单片机所需供电电压为5 伏，因此需要采用变压电路得到3 伏电压供ISD4004 使用。889C51与ISD4004之间的连接较少，单片机P2.2接ISD4004的片选/SS,控制ISD4004的选通与否。P1.3接ISD4004的SCLK,P2.1接ISD4004的串行输入引脚MOSI,从该引脚读入放音的地址。P2.0接ISD4004的MISO,P2.3接ISD4004的中断引脚、INT。对于ISD4004的连接还有音频信号输出引脚AUDOUT及接功率放大器放大后将信号输入给喇叭。录音电路接ISD4004的AMCAP。11由于ISD4004要用3V的电压所以要在外部加一个电压转换电路。图5.3a为录音电路。 图5.3a ISD及录音电路录音过程：当单片机的控制录放的按键接通高电平时，此时录音指示灯亮，表明可以录音了。ISD4004的片选信号为低电平，并且保持到录音结束；同时， 由单片机向ISD4004发送一串行指令：8位控制码16位地址码，通过串行输入口MOSI输入，表示从此地址开始录音，直到到达存储器的末尾或新的串行指令要求它结束，这样就形成一录音段。放音过程：单片机的录放键是接通低电平的情况下，当单片机检测到温度过限时，它会通过MOSI向ISD4004发送一串行指令，同样是8位控制码16位地址码，控制码表示放音，地址码表示从此地址开始放音，直到到达存储器的末尾或放音结束指令再次输入停止，这样就实现了放音功能。LM386音频功率放大器17，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。图5.3b为放音电路。电路特性：静态功耗低，约为4mA,可用于电池供电。 工作电压范围宽， LM386-1电源电压为412V。外围元件少。电压增益可调，20-200。低失真度。 图5.3b 放音电路引脚2为反相输入端，3为同相输入端；引脚5为输出端；引脚6和4分别为电源和地；引脚1和8为电压增益设定端；对增益要求不高时可以去掉不接，此时的增益内置为20。使用时在引脚7和地之间接旁路电容，通常取547F。工作稳定后，该管脚电压值约等于电源电压的一半,在器件上电、掉电时的噪声就是由该偏置电压的瞬间跳变所致工作稳定后，该管脚电压值约等于电源电压的一半。增大这个电容的容量，能减缓直流基准电压的上升、下降速度，可有效抑制噪声。54 编码及发射电路编码是根据一定的协议或格式把模拟信息转换成比特流的过程。编码芯片采用SC2262电源电压： 215伏工作温度范围： -2070C 保存温度范围： -40125C最大功耗： 300mWSC2262是一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路,是目前在无线通讯电路中作地址编码识别最常用的芯片之一。2262将从数据和地址输入管脚并行输入的“地址/数据”转换为串行的、适用于RF或IR调制的波形，由DOUT管脚输出。2262最多可有12位三态地址，提供531441(3的12次方)个地址码，减少了地址码冲突的可能性，提高了抗非法代码扫描的能力。2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚。被广泛运用于汽车安全系统,家用安全系统/自动控制系统,房门控制器,遥控风扇,工业遥控等。管脚图如图5.4.1所示。 图5.4.1SC2262管脚图各管脚功能如表5.4.1所示管脚名I/O说明管脚编号A0A5I地址05：这六个三态输入端的输入状态决定编码波形 的第05位。可被设为“0”、“1”或“f ”(悬空)。16A6/D5A11/D0II 地址611/数据50：这六个三态输入端的输入状态确定编码波形的第611位。当做为地址端使用时，可被设“0”、“1”或“f”(浮空)。做为数据端时,它们只能是“0”或“1”。781013TE_I输出使能：“0”有效。为“0”时2262将编码波形由DOUT输出。14OSC1I振荡器端在这两脚之间连接一个电阻，此电阻决定2262的主频。15OSC2O振荡器端16DOUTO数据输出：编码后的波形从此管脚串行输出。TE_为高电平时，DOUT输出低电平。17VCC电源18VSS地9表5.4.1 SC2262管脚功能2262具有内置振荡器电路，只要在在OSC1和OSC2管脚之间外接一个电阻，就可构成一个精密的振荡器。本设计中使用1M阻值的电阻作为振荡电阻。管脚A0A5为地址05：这六个三态输入端的输入状态决定编码波形 的第05位。可被设为“0”、“1”或“f ”(悬空)。管脚A6/D5A11/D0为地址611/数据50：这六个三态输入端的输入状态确定编码波形的第611位。当做为地址端使用时，可被设“0”、“1”或“f”(浮空)。做为数据端时,它们只能是“0”或“1”。因此本设计将A6/D5和A7/D4管脚悬空作为地址端使用，将管脚A8/D3A11/D0接地做数据端使用。这样用单片机P1.0至P1.5口给编码芯片不断发送数据作为他们的地址，将TE端接地，当TE置“0”时，2262将从A0A5和A6/D5A11/D0管脚输入的“地址/数据”转换为专用的波形由DOUT输出。发射模块采用F05P 工作电压：3-12V 发射频率：433M 315MF05P采用SMT工艺，树脂封装，小体积，声表谐振器稳频，内部具有一级调制电路及限流电阻，适合单片机中等距离无线数据传输。F05P具有较宽的工作电压范围及低功耗特性，OOK方式调制。一般与SC2262编码芯片搭配使用，F05P有4个功能引脚，功能分别是：引脚1接电源，大小为3-12V ，引脚2接地，引脚3为数据信号输入，引脚4外接天线。F05P有4个功能引脚，数据输入口DIN与SC2262数据输出口DOUT相连，因为体积小，无天线只能满足短距离使用，而天线对距离起着很大的作用，天线能否匹配也是很关键，匹配良好的天线能增加几倍的距离，匹配不好的天线效果很差甚至会引起频率漂移。天线的长度取发射频率的1/4，可以用一根直径0.5-1毫米，长度（433M）18厘米 （315M）24厘米的漆包线代替。但天线必须拉直，指向无所谓。短于1/4波长或弯曲的天线效果会很差。FO5P应垂直安装在印板边部，应离开周围器件5mm以上，以免受分布参数影晌而停振。FO5P发射距离与输入信号，发射电压，电池容量，发射天线及环境有关。 在障碍区由于折射反射会形成一些死区及不稳定区域，不同的收发环境会有不同的收发距离。编码及发射电路如图5.4.2 图5.4.2 编码及发射电路 55 接收及解码电路解码是用特定方法把数码还原成它所代表的内容或将电脉冲信号转换成它所代表的信息、数据等的过程。解码在无线电技术和通讯等方面广泛应用。解码芯片采用SC2272。电源电压： 315伏工作温度范围： -2070C 保存温度范围： -40125C最大功耗： 300mWSC2272是CMOS解码器，与2262编码器构成一对编解码电路。2272最多可有12位三态地址，提531441(3的12次方)个地址，减少了代码冲突的可能性，提高了抗非法代码扫描的能力。2272有多种可选型号：数据输出端从06个可选，数据输出方式有锁存/不锁存两种。2272最多可有12个地址位，包括6个地址/数据位。被广泛运用于汽车安全系统，家用安全系统/自动控制系统 ,房门控制器,遥控玩具,遥控风扇,工业遥控等。封装形式如图5.5.1所示。各管脚功能如表5.5.1所示。 图5.5.1 SC2272-DIP管脚名I/O说明管脚编号A0A5I地址管脚05：这六个三态输入端的输入状态决定接收到的波形第05位应有的状态。可被设为“0”，“1” 或“f”(悬空)。16A6/D5A11/D0I/OI/O 地址管脚611/数据管脚50：当作为地址管脚使用时（与型号有关），这些三态输入端的输入状态决定接收到的波形第611位应该有的状态。可被设为“0”，“1”或“f”(悬空)。当做为数据输出端时，（1）如果接收到的波形的地址部分与地址管脚设置的一致，则波形的数据部分从相应管脚输出。（2）其它情况数据管脚总是输出低电平。781013DINI数据输入脚：编码波形从该端串行输入。14OSC1I振荡器端在这两脚之间连接一个电阻，此电阻决定2272的主频。15OSC2O振荡器端16VTO有效接收指示端：“高电平”有效。表示2272接收到有效的编码波形。17VCC电源18VSS地9表5.5.1 SC2272管脚功能2272具有内置振荡器电路，只要在在OSC1和OSC2管脚之间外接一个电阻，就可构成一个精密的振荡器。为了使2272能够对接收的波形正确解码，2272振荡器的频率必须是2262的2.58倍。根据公式推算震荡电阻阻值应取200K。振荡频率f=2*1000*l6Rosc(kn)kHz其中Rosc为振荡电阻。A0A5为地址管脚05：这六个三态输入端的输入状态决定接收到的波形第05位应有的状态。可被设为“0”，“1” 或“f”(悬空)。A6/D5A11/D0为I/O 地址管脚611/数据管脚50：当作为地址管脚使用时（与型号有关），这些三态输入端的输入状态决定接收到的波形第611位应该有的状态。可被设为“0”，“1”或“f”(悬空)。当做为数据输出端时，（1）如果接收到的波形的地址部分与地址管脚设置的一致，则波形的数据部分从相应管脚输出。（2）其它情况数据管脚总是输出低电平。为了使接收端能够收到正确的波形，将A0A5与单片机P1.0至P1.5口相连，由单片机给其发送循环信号作为预设地址，将A6,A7悬空作为地址端，D0到D5接地将VT经电阻与INT0连接，当SC2272解出的地址与预设地址一致时，VT会由低电平调到高电平，经过电阻与二极管形成回路，这时候在INT0就有一个低电平，触发中断，使语音芯片播放语音。接收芯片采用J04P工作电压：3-3.5V 发射频率：433M 315M J04P同样采用SMT工艺，树脂封装，小体积，声表谐振器稳频，内部具有一级调制电路及限流电阻，有整形放大电路。适合单片机中等距离无线数据传输。J04P具有较宽的工作电压范围及低功耗特性。一般与SC2272解码芯片搭配使用，J04P有5个功能引脚，功能分别是：引脚1接电源，大小为3-12V ，引脚2接地，引脚3为数据信号输出，引脚4外接天线,引脚5为工厂测试端，一般悬空。为了增强抗干扰效果,将J04P 垂直于电路板,且在板上应该离语音播放模块有一定的距离,这样才能有最好的抗干扰效果。接收部分电路如图5.5.2 图5.5.2接收及解码电路56 电源电路本设计为提高便携性采用干电池作为电源供电。为了方便系统测试阶段的调试，本人另外设计了一个电源电路。电源电路的作用是提供稳定的+5V 和+3V直流工作电压，供系统调试工作，电源电路如图5.6所示。从整流电桥输入9V交流电源，经过电桥进行全波整流，C3、C4 滤波，LM7805稳压后，输出稳定的+5V直流工作电压。同理经过LM7803稳压后，输出稳定的+3V直流工作电压，此电压专门提供给语音芯片使用。 图5.6 电源电路发光二极管LED10 为电源指示灯， R39 为LED10 的限流电阻，该电阻的阻值通常取500 欧姆到1K之间，该限流电阻的阻值取的越大，LED亮度越小，反之，限流电阻越小，LED亮度越高。在电源+5V 的输出端还串接了一个30 欧姆的保险电阻R38，该电阻由于阻值很小，正常工作时两端的电压降极小，不会影响电路的正常工作；但是在业余调试、试验的时候，如果出现负载短路的意外发生，尤其是板子上出现电源短路的情况时，此时该电阻就能起到限制输出电流，保护电源及负载元件的作用。57 电路原理图设计及仿真整个电路系统包括单片机控制电路，键盘电路，语音芯片及外围录放音电路，编码及发射电路，接收及解码电路，电源电路等六个部分，在上一章里已经详细介绍，在此就不再累诉。整个电路图见附录。在用Protel画出原理图后，不断的修改后经过电气检查未有错误，并且用Protel仿真器进行仿真，得到了正确的结果。6. 软件部分概述本系统软件由单片机C语言编写而成，采用模块化结构设计。流程如图6所示基于单片机的电子导游系统其主要功能是：发射部分不断发送编码，接收部分接收到编码后自动播放语音。实现对景点的自动讲解。该系统的软件部分包括键盘模块、信号发送模块、语音录入模块、信号接收模块。AT89C51单片机提供了编码、解码和ISD4004所需接口。具体工作过程是：由AT89C51单片机向SC2262发送固定信号作为其地址，SC2262进行编码并将信号输出到发射模块F05P，由F05P将编码信号发送到接收部分。同时，另一单片机向解码芯片SC2272循环发送数据作为他们的地址，接收模块J04P讲接收到的信号送至解码芯片SC2272进行解码，如果解码的的信号与单片机给地址预设的信号一致，再由单片机控制语音芯片播放录音，录音分段存如语音芯片中，播放时可根据地址自动播放每段语音。7. 单片机硬软件调试7.1硬件调试 根据设计的原理电路做好实验样机，便进入硬件调试阶段。调试工作的主要任务是排除样机故障，其中包括设计错误和工艺性故障。1.脱机检查：用万能表或逻辑测试笔逐步按照逻辑图检查机中各器件的电源及各引脚的连接是否正确，检查数据总线、地址总线和控制总线是否有短路等故障。有时为保护芯片，先对各管座的电位（或电源）进行检查，确定其无误后再插入芯片检查。2.调试：暂时排除目标板的CPU和EPROM，将样机接上仿真机的40芯仿真插头进行调试，调试各部分接口电路是否满足设计要求。这部分工作是一种经验性很强的工作，一般来说，设计制作的样机不可能一次性完好，总是需要调试的。通常的方法是，先编调试软件，逐一检查调试硬件电路系统设计的准确性。7.2软件调试软件调试根据开发的设备情况可以有以下方法：1.交叉汇编：用IBM PC/XT机对MCS51系列单片机程序进行交叉汇编时，可借助IBM PC/XT机的行编辑和屏幕编辑功能，将源程序按规定的格式输入到PC机，生成MCS51 HEX目标代码和LIST文件。 2.用汇编语言：现在有些单片STD工业控制机或者开发系统，可直接使用汇编语言，借助CRT进行汇编语言调试。 3.手工汇编：这种方法是最原始，但又是一种最简捷的调试方法，且不必增加调试设备。这种方法的实质就是对照MCS51指令编码表，将源程序指令逐条地译成机器码，然后输入到RAM重新进行调试。在进行手工汇编时，要特别注意转移指令、调用指令、查表指令。必须准确无误地计算出操作码、转移地址和相对偏移量，以免出错。7.3硬件、软件仿真调试 经过硬件、软件单独调试后，即可进入硬件、软件联合仿真调试阶段，找出硬件、软件之间不相匹配的地方，反复修改和调试。实验室调试工作完成以后，即可组装成机器，移至现场进行运行和进一步调试，并根据运行及调试中的问题反复进行修改。开 始待机状态功能判断接收信号2722解码单片机2对地址进行判断语音播放及录入结束Y单片机1向2622输入地址发送信号 图6 系统程序流程图小 结 本课题在基于单片机的电子导游系统中引入了语音技术，无线发射与无线接收技术，增加自动播放功能，提高了电子导游器的智能化水平。课题所涉及的知识比较广泛，用到的元器件比较多且复杂。主要控制部分都采用ATMEL公司的AT89C51芯片，AT89C51是最常见的单片机，运用起来比较方便，虽然内部资源比较少，但是在这里足够使用了。语音的存储采用专门的语音芯片ISD4004，需要3V电源为其供电，配合录音、放音电路，ISD4004可以不用模数转换直接对模拟声音信号进行存储和输出，语音输出时需要用专门的音频放大器对ISD4004输出的音频信号进行放大。发射部分由编码芯片SC2262和发射模块F05P组成由发射模块将编码信号发送至接收部分，接收部分由接收模块J04P和解码芯片SC2272组成，当接收到的信号与预设信号一致时，语音部分自动放音。本课题设计出的不是最完善的产品，例如可以将语音芯片换成体积更小存储空间更大的芯片。单片机产品发展迅速，相信不久就会出现更先进的电子到有系统。 致 谢本次设计是在杨银贤老师的悉心指导和帮助下完成的，他对本次设计的构思、框架和理论运用给予了许多深入精心的指导，使得设计及论文得以顺利完成。在论文撰写过程中，他提供了许多宝贵的思路和建议，结合工作体会和经历，提出了很多有价值的观点，为完成本次设计和论文给予了极大的帮助。在此，献上我最诚挚的感谢！设计的另一重要环节是程序的编写。和我同组的同学负责软件的编写，他花了大量的时间查阅资料，请教老师和同学。一遍一遍的在仿真软件上模拟仿真，最后终于功夫不负苦心人，他编写出了整个的软件程序。该程序基本上满足了设计之初的设想要求。在这里我要感谢她。通过这次设计，使我受益非浅。毕业设计是本科四年学习的大综合；是一场综合的考试；是一次社会实践。设计所涉及到的东西，是前所未有的。要求知识的综合性较高，各方面都要用到一点，但是我们的知识是不能达到这样的要求的，我们在困难面前没有低头，通过各方面的渠道来弥补。这恰恰就是我们在平时里没有注意到的自学能力，通过这次设计，培养了自学能力，为以后的继续学习打下基础。同时这次设计是一个小型的社会团体，在这个小社会中如何相处等都是一个锻炼。再次感谢所有支持和帮助过我的领导、老师和同学们！ 参 考 文 献1、马忠梅等.单片机的C语言应用程序设计.北京:北京航空航天大学出版社,2003.112、陈龙三等.8051单片机C语言控制与应用.北京:清华大学出版社,1999.83、杨恢先等.单片机原理及应用.北京:国防工业出版社,2003.34、赵亮等.单片机C语言编程与实例.北京:人民邮电出版社,2003.35、何