毕业论文基于单片机趣味电子钟的设计.doc

吉林农业大学本科毕业设计吉 林 农 业 大 学本 科 毕 业 设 计论文题目： 趣味电子钟系统设计 学生姓名： 林 继 海 专业年级：电子信息科学与技术专业2004级12043316 指导教师： 宫 鹤 职称 讲 师 2008年 6 月 2 日目 录题目I摘要及关键词I1 前 言11.1 题目的来源与开发意义11.2系统功能概述12 系统硬件设计22.1 方案论证22.2 系统各模块的设计22.2.1 主模块控制22.2.2 显示控制模块52.2.3 键盘显示82.2.4语音模块112.2.5 时钟模块152.3 系统框图203 系统软件设计203.1 系统软件总体设计思想203.2 各功能模块软件程序设计204 系统调试224.1 硬件电路调试224.2 各功能模块软件调试235 结 论23参考文献23致 谢24附录一 系统总体电路原理图25附录二 系统程序流程图26附录三 系统程序清单27吉林农业大学本科毕业设计趣味电子钟系统设计学 生：林继海 专 业：电子信息科学与技术指导教师：宫鹤摘要：单片计算机即单片微型计算机。是 集CPU ,RAM ,ROM ,定时，计数和多种接口于一体的微控制器。他体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产品和工业自动化上。而51 单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。这次毕业设计通过对它的学习，应用，从而达到学习、设计、开发软、硬的能。本设计以单片机AT89C51为核心，运用C语言编程，用发光二级管实行多功能的电子时钟，在实现正常的电子钟基础上，更增加了一些额外的功能，也同时增加了一些趣味性。关键词：单片机；发光二极管、C语言The Design of The Interest Electric Clock System Name：Lin Ji Hai Major：Electronics Information Science and TechnologyTutor：Gong HeAbstract: Monolithic computer namely monolithic microcomputer. Is collection CPU, RAM, ROM, fixed time, counting and many kinds of connections in a bodys micro controller. His volume is small, the cost is low, function, widely applies in the intelligent product and in the industrial automation. But 51 monolithic integrated circuits are in various monolithic integrated circuits are most typical and the most representative one kind. This graduation project through to its study, application, thus achieves the study, the design, to open becomes tender hardly, energy. This design take monolithic integrated circuit AT89C51 as a core, utilizes the C language programming, implements the multi-purpose electronic clocks with the illumination second-level tube, in realizes in the normal electron clock foundation, increased some extra functions, also simultaneously increased some interestingly.Key words：Single Chip Microcontroller；illumination second-leve tube l；C language tube；I1 前 言1.1 题目的来源与开发意义产业日新月益的更新。在电子产品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。随着微电子技术及计算机技术的不断发展，单片机产品的技术日新月异，多年来的应用实践已经证明AT89C51的系统结构合理，技术成熟，以形成主流产品地位。AT89C51的指令系统近乎完善，指令系统中包含了全面的数据传送指令、完善的算术和逻辑运算指令、方便的逻辑操作和控制指令、对于编程来说，是相当灵活和方便的。所以本设计以AT89C51单片机为控制核心。单片机原理与接口技术1是技术领域中应用最为广泛的一项技术。掌握该项技术，对于从事电子科学与技术专业的技术人员来说，具有举足轻重的意义。可以毫不夸张的说，掌握单片机系统的软/硬件开发技术，对于从事电子信息科学与技术专业技术人员而言，其意义不下于机械工程技术人员掌握机械制图的意义。单片机作为一片集成电路芯片，它自身没有开发功能，必须借助开发机完成应用系统的硬件故障和软件错误的排除，必须借助一定的外围电路来使单片机去完成它想要完成的功能，调试完的的程序还要固化到单片机内部或外部程序存储芯片中。因此，单片机在线编程系统实验箱是初学者学习单片机原理及其接口技术的重要而又易懂的工具。时间对我们每人一个来说都是最重要的，时钟每时每刻都在准决的告诉我们时间，使我们完成各项工作、活动。各式各样的时钟走进了我们的生活，是生活中不可缺少的部分。当今社会对时钟的设计要求越来越高，已便能准确、便捷的表达时间。趣味电子钟系统设计，相对于以往的电子钟设计不同。是以全新的概念展示出来，在实现正常的电子钟基础上，增添了额外的功能和趣味性。打破了已往传统的设计模式。我设计了开发了趣味电子钟设计系统。通过这个课题的设计使我受到比较全面的锻炼，大大提高了我在单片机应用方面的水平，为日后从事单片机行业打下了坚实的基础。1.2系统功能概述本次设计主要利用AT89C51单片机，74HC164芯片作为显示控制模块，利用ds1302为时钟芯片。74HC164芯片是8位串入并出移位寄存器，可实现串行输入，并行输出。通过静态显示，单片机不断的发出指令，在发光二级管显示闪烁的效果，从而在电子圆盘上指定时间，实现时钟功能，并且有整点报点功能。 鲜明亮洁的时间显示是本次设计的创新之处，打破了已往时钟设计的纯数字显示，突破了古板的设计风格。以发光二级管组成时钟的指针，更明确的指定时间，不同的光亮代表不同的指针，给人一种视觉的享受，使人们对时钟的认识有一种新的观念，漂亮、美观的趣味电子时钟给人一种视觉新鲜感并使用于现实生活。给日常生活带来趣味性。2 系统硬件设计2.1 方案论证 基于单片机在线编程实验系统中的在线变成器及外围电路结构简单、易懂，比较试用于初学者学习单片机并学习软件编程和硬件搭接。比较下列两种方案：方案一：用三色的发光二极管，围成一个圈用不同的颜色表示秒、分、时。方案二：用单色的发光二极管，围成三圈分别表示秒、分、时。考虑用双色二极管，程序上难以控制，而且用变化的颜色来表示容易出现错误也不清晰。所以还是选择用单色的发光二极管比较简单清楚的实现功能。2.2 系统各模块的设计2.2.1 主模块控制AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51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机2。主要特性：与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 ，寿命：1000写/擦循环，数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路3管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏极开路双向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/地址的第八位。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口作为第八位地址接收。 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。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。作为输入，由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AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能P3.0 RXD （串行输入口）P3.1 TXD （串行输出口）P3.2 /INT0 （外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0 （记时器0外部输入）P3.5 T1 （记时器1外部输入）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）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4。ALE/PROG：当访问外部存储器时5，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：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。定时器0和1的操作6定时和计数功能由特殊功能寄存器TMOD的控制位C/T进行选择。这两个定时/计数器有4种操作模式，通过TMOD的M1和M0选择。两个定时/计数器的模式0、1和2都相同，模式3不同。如下所述：模式0将定时器设置成模式0时类似8048定时器，即8位计数器带32分频的预分频器。此模式下，定时器寄存器配置为13位寄存器。当计数从全为“1”翻转为全为“0”时，定时器中断标志位TFn置位。当TRn=1同时GATE=0或INTn=1时定时器计数。置位GATE时允许由外部输入INTn控制定时器，这样可实现脉宽测量。TRn为TCON寄存器内的控制位。该13位寄存器包含THn全部8个位及TLn的低5位。TLn的高3位不定，可将其忽略。置位运行标志（TRn）不能清零此寄存器。模式0的操作对于定时器0及定时器1都是相同的。两个不同的GATE位（TMOD.7和TMOD.3）分别分配给定时器0及定时器1。模式1模式1除了使用了THn及TLn全部16位外，其它与模式0相同。模式2此模式下定时器寄存器作为可自动重装的8位计数器（TLn）。TLn的溢出不仅置位TFn，而且将THn内容重新装入TLn，THn内容由软件预置。重装时THn内容不变。模式2的操作对于定时器0及定时器1是相同的。模式3在模式3中，定时器1停止计数，效果与将TR1设置为0相同。此模式下定时器0的TL0及TH0作为两个独立的8位计数器。TL0占用定时器0的控制位：C/T，GATE，TR0，INT0及TF0。TH0限定为定时器功能（计数器周期），占用定时器1的TR1及TF1。此时TH0控制“定时器1”中断。模式3可用于需要一个额外的8位定时器的场合。定时器0工作于模式3时，80C51看似有3个定时器/计数器，当定时器0工作于模式3时，定时器1可通过开关进入/退出模式3，它仍可用作串行端口的波特率发生器，或者应用于任何不要求中断的场合。串行口751单片机内部有一个全双工的串行通信口，即串行接收和发送缓冲器（SBUF），这两个在物理上独立的接收发送器，既可以接收数据也可以发送数据。但接收缓冲器只能读出不能写入，而发送缓冲器则只能写入不能读出，它们的地址为99H。这个通信口既可以用于网络通信，亦可实现串行异步通信，还可以构成同步移位寄存器使用。如果在传行口的输入输出引脚上加上电平转换器，就可方便地构成标准的RS-232接口 串行数据通信两种形式异步通信在这种通信方式中，接收器和发送器有各自的时钟，它们的工作是非同步的，异步通信用一帧来表示一个字符，其内容如下：一个起始位，仅接着是若干个数据位。同步通信格式中，发送器和接收器由同一个时钟源控制，为了克服在异步通信中，每传输一帧字符都必须加上起始位和停止位，占用了传输时间，在要求传送数据量较大的场合，速度就慢得多。同步传输方式去掉了这些起始位和停止位，只在传输数据块时先送出一个同步头（字符）标志即可。同步传输方式比异步传输方式速度快，这是它的优势。但同步传输方式也有其缺点，即它必须要用一个时钟来协调收发器的工作，所以它的设备也较复杂。串行数据通信的传输速率串行数据传输速率有两个概念，即每秒转送的位数bps（Bit per second）和每秒符号数波特率（Band rate），在具有调制解调器的通信中，波特率与调制速率有关。2.2.2 显示控制模块74 HC164 利用先进的矽-门的互补型金属氧化半导体技术。它有标准互补型金属氧化半导体集成电路的高噪音免疫和低功耗。8位串入/并出移位寄存器的引脚如图3-9所示，它的功能表如表3-5所示。1图3-9 8位串入/并出移位寄存器74HC164的引脚图Fig. 3-9 74HC164 the pin map表3-7 8位串入/并出移位寄存器74HC164的功能表Table 3-7 74HC164 logic Menu输入输出/MRCLOCKA BQ0 Q1 。 Q7LXX XL L 。 LHLX XQ00 Q10 。 Q70HH HH Q0 n 。Q7nHL XL Q0 n 。Q7nHX LL Q0n 。Q7n特征典型的操作频率: 50 兆赫兹典型的增殖延迟: 19 ns(对 Q 的时钟)工作电压范围: 2-6V低电平输入电流: 最大值1uA低电平时允许通过电流:最大值80uA (74HC系列)74LS164可实现串行输入，并行输出。其中A、B（第1、2脚）为串行数据输入端，2个引脚按逻辑与运算规律输入信号，一个输入信号时可以并接。CLK（第8脚）为时钟输入端，可连接到串行口的TXD端。每一个时钟信号的上升沿加到CLK端时，移位寄存器移一位，8个时钟脉冲过后，8位二进制数全部移入74HC164中。/MR（第9脚）为复位端，当/MR=0时，移位寄存器各位归0，只有当/MR=1时，时钟脉冲才起作用。Q0Q7（第36和1013脚）并行输出端分别接LED显示器的ag、dp各端对应的引脚上。再来一个脉冲，第一个脉冲就会从最高位移出8。功能图图 1. 逻辑符号Fig. 1. Logical symbols图 2. IEC 逻辑符号Fig. 2. IEC logic symbols图 3. 逻辑图Fig. 3. Logical map图 4. 功能图Fig. 4. Figure引脚信息图 5. DIP14、SO14、SSOP14 和 TSSOP14 封装的引脚配置Fig.5. DIP14, SO14, SSOP14 and TSSOP14 package pin configuration2.2.3 键盘显示当键盘上某一键闭合时，该键所对应的行线与列线短接。此时该行线的电平将由被短接的列线电平所决定。因此，可以采用以下方法完成是否有键按下及按下的是哪一键的判断：判断有无按键按下。将行线接至单片机的输入口，将列线接至单片机的输出口。首先使所有列线为低电平，然后读行线状态，若行线均为高电平，则没有键按下，若读出的行线状态不全为高电平，则可以断定有键按下。判断按下的是哪一个键。先让Y0这一列为低电平，其余列线为高电平，读行线状态，如行线状态不全为“1”，则说明所按键在说明，否则不在该列。然后让Y1列为低电平，其它列为高电平，判断Y1列有无按键按下。其余列类推。这样就可以找到所按键的行列位置。利用LED时钟显示，LED 是英文Light Emitting Diode 的简称9，是一种具有两个电极的半导体发光器件，让其流过小量电流就会发出可见光，第一个商用二极管产生于 1960 年。它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED 的抗震性能好分类按发光管发光颜色分按发光管发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管和达于做指示灯用。 按发光管出光面特征分按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为2mm、4.4mm、5mm、8mm、 10mm及20mm等。国外通常把3mm的发光二极管记作T-1；把5mm的记作T-1（3/4）；把4.4mm的记作T-1（1/4）。由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来分有三类：高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为520或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。标准型。通常作指示灯用，其半值角为2045。散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为4590或更大，散射剂的量较大。按发光二极管的结构分按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。按发光强度和工作电流分按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED（发光强度100mcd）；把发光强度在10100mcd间的叫高亮度发光二极管。一般LED的工作电流在十几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通发光管相同）。除上述分类方法外，还有按芯片材料分类及按功能分类的方法。超亮发光二极管有三种颜色，然而三种发光二极管的压降都不相同。 红色的压降为2.0-2.2V 黄色的压降为1.82.0V 绿色的压降为3.03.2V。 正常发光时的额定电流均为20mA。 白色发光二极管的发光原理与其它发光二极管的发光原理稍有一点不同。目前有两种 发光模式能使发光二极管发出白色光。一种是采用二波长 蓝色光黄色光发光模式的白色发光二极管，结构如图1所示，其基础部分是一颗蓝色发光二极管，在 蓝色发光二极管芯片的外面覆盖一层荧光体层，当蓝色发光二极管芯片发射出来的蓝色光，有一部分在透过荧光体时被荧光体吸收，变成了黄光，黄光又与透过荧光 体的蓝光混合后就发出白色光。例如有的白色发光二极管发出的光是纯白的，而有的发出的光是白偏蓝的。另一种是采用三波长 蓝色光绿色光红色光发光模式的全彩色发光二极管，结构如图2所示。将红、绿、蓝三颗发光二极管封装在同一个管壳中，三种原色的 光混合也可以产生出白光，但是由于制作全彩色发光二极管的成本要相对较高，所以一般不会用全彩色发光二极管来制作照明灯，全彩色发光二极管主要是用来制造 全彩色显示屏，用全彩色发光二极管制作照明灯会大大增加产品的成本。白色发光二极管的正向电压降与其他发光二极管的正向电压降不同。白色发光二极管的正向电压降约为3.5V左右，需要正向工作电流15mA左右时，才能使其正常发光。除上述分类方法外，还有按芯片材料分类及按功能分类的方法。LED（发光二极管）的特性极限参数的意义 允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、损坏。 最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。 最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。 工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。 电参数的意义 正向工作电流If：它是指发光二极管正常发光时的正向电流值。在实际使用中应根据需要选择IF在0.6IFm以下。 正向工作电压VF：参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下得到的。一般是在IF=20mA时测得的。发光二极管正向工作电压VF在1.43V。在外界温度升高时，VF将下降。 V-I特性：发光二极管的电压与电流的关系 在正向电压正小于某一值（叫阈值）时，电流极小，不发光。当电压超过某一值后，正向电流随电 压迅速增加，发光。由V-I曲线可以得出发光管的正向电压，反向电流及反向电压等参数。正向的发光管反向漏电流IR10A以下。普通发光二极管 的正向饱和压降为1.6V2.1V。正向工作电流为5-20mA发光二极管工作原理10发光二极管（LED）是用半导体材料制作的正向偏置的PN结二极管。其发光机理是当在PN结两端注入正向电流时，注入的非平衡载流子（电子空穴对）在扩散过程中复合发光，这种发射过程主要对应光的自发发射过程。按光输出的位置不同，发光二极管可分为面发射型和边发射型。我们最常用的LED是 InGaAsP/InP双异质结边发光二极管。 发光二极管的发光原理同样可以用PN结的能带结构来解释。制作半导体发光二极管的材料是重掺杂的，热平衡状态下的N区有很多迁移率很高的电子，P区有较多的迁移率较低的空穴。由于PN结阻挡层的限制，在常态下，二者不能发生自然复合。，而当给PN结加以正向电压时，沟区导带中的电子则可逃过PN结的势垒进入到P区一侧。于是在PN结附近稍偏于P区一边的地方，处于高能态的电子与空穴相遇时，便产生发光复合。这种发光复合所发出的光属于自发辐射，辐射光的波长决定于材料的禁带宽度Eg，即 1.24m?;eV/Eg 发光二极管具有可靠性较高，室温下连续工作时间长、光功率电流线性度好等显著优点，而且由于此项技术已经发展得比较成熟，所以其价格非常便宜。因此在一些简易的光纤传感器的设计中，如果LED能够胜任，选用它作为光源即可大大降低整个传感器的成本。然而LED的发光机理决定了它存在着很多的不足，如输出功率小、发射角大、谱线宽、响应速度低等。因此，在一些需要功率高、调制速率快、单色性好的光源的传感器设计中，就不得不以提高成本为代价，选用其它更高性能的光源。 由于不同材料的禁带宽度不同，所以由不同材料制成的发光二极管可发出不同波长的光。另外，有些材料由于组分和掺杂不同，例如，有的具有很复杂的能带结构，相应的还有间接跃迁辐射等，因此有各种各样的发光二极管。2.2.4语音模块 ISD4004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，ISD4O04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IO口仿真SPI通信协议。ISI)4004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CMO$技术，内含振荡器、抗混叠滤渡器、平滑滤渡器、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。ISD4004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40，53，64，8kHz，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l0万次。 ISD4004引脚功能描述11ISD004的引脚排列如图1所示，各引脚功能如下：图2-16 ISD4004引脚图Fig. 2-16 ISD4004 pin map点源(VCCA,VCCD) 为使噪声最小,芯片的模拟和数字电电源:(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,而去耦电容应尽量造近器件。 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,并用低阻通路连至电源上,VSSD也用低阻通路连至电源上。这些接地通路要足以使VSSA与VSSD之间的阻值小于3。芯片的背面是通过衬底电阻连接到VSS的,在做COB时托盘须接VSS或悬空。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3kQ输入阻抗决定了芯片频率的低端截止频率。差分驱动时，信号最大幅度为峰峰值16mV。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本端的标称输入阻抗为56k。单端驱动时，本端通过电容接地。两种方式下，ANA +和ANA IN端的耦合电容值应相同。音频输出(AUD OUT) 提供音频输出可驱动5kfl的负载。片选(SS) 此端为低，即选中ISD4o04系列。串行输入(MOSI) 此为串行输入端， 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) 串行输出端，ISD未选中时，本端呈高阻态。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周期开始清除 中断状态也可用RINT指令读取。行地址时钟(RAC)漏极开始输出。每个RAC周期表示ISD存储器的操作进行了一行(ISD4004系列中的存储器有2400行) 。8kHz采样频率的器件RAC周期为200ms， 其中175ms保持高电平，低电平为25ms。快进模式下，RAC为2l875ms高电平，3125ms为低电平该端可用于存储管理技术。外部时钟(XCLK) 本端有内部下拉元件，芯片内部的采样时钟在出厂前已调校误差在+1 内，在不外接时钟时，此端必须接地。自动静噪(AM CAP)lF电容构成内部峰值检测电路的一部分， 检测出的峰值电平与内部设定的阈值作比较，决定自动静噪电路是否T作。大信号时自动静噪电路不衰减，静音时衰减6dB。同时，lF电容也影响自动静噪电路时信号幅度的响应速度，本端接VCCA则禁止自动静噪。 SPI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移位寄存器在SCLK的下降沿动作。因此，对ISD4004而言，在时钟上升沿锁存MOSI引脚数据在下降沿将数据送至MISO引脚。协议具体内容如下：(1)所有串行数据传输开始于SS下降沿。(2)SS在传输期间必须保持为低电平在两条指令之间保持为高电平。(3)数据在时钟上升沿移入在下降沿移出。(4)SS变低，输入指令和地址后ISD行才开始录放操作。(5)指令格式是8位控制码加16位地址码。(6)ISD的任何操作(含快进)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。(7)使用“读” 指令会使中断状态位移出ISD的MISO引脚时控制及地址数据也同步从MOSI端移人。(8) 所有操作在运行位(RUN)置1时开始， 置0时结束。(9)所有指令都在SS端上升沿开始执行。OVF标志指示ISD录放操作已到存储器的末尾。EOM标志只在放音过程中检测到内部的EOM标志时，此状态位置1，如图所示。SPI控制寄存器控制器件的每种功能，如下图所示表2-4 SPI控制寄存器功能Table 2-4 SPI control register function指令5位控制码操作摘要POWERUP00100上电:等待TPUD后器件可以工作SET PLAY11100从指定地址开始放音。必须后跟PLAY指令使放音继续PLAY11110从当前地址开始放音(直至EOM或OVF)SET REC10100从指定地址开始录音。必须后跟REC指令录音继续REC10110从当前地址开始录音(直至OVF或停止)SET MC11101从指定地址开始快进。必须后跟MC指令快进继续MC11111执行快进,直到EOM.若再无信息,则进入OVF状态STOP0X110停止当前操作STOP WRDN0X01X停止当前操作并掉电RINT0X110读状态:OVF和EOM 图2-17 SPI端口的控制位Fig2-17 SPI port control bit以下列举了几种对ISD器件进行操作时的指令次序。(1)信息快进。用户不必知道确切的地址 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，内部地址计数器加1。并接下条信息开始处。(2)上电顺序。器件延时TPU8kHz采样时 约25ms后才能开始操作。因此，用户发完上电指令后 必须等待TPUD 才能发出一条操作指令。例如从00处放音，应遵循如下时序：发POWERLIP命令；等待TPUD上电延时)； 发地址值为00的SETPLAY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命令； 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 RE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。SPI 控制寄存器SPI控制寄存器控制器件的每个功能,如录放、录音、信息检索(快进)、上电/掉电、开始和停止操作、忽略地址指针等。详见下表：表2-5 SPI控制寄存器功能表Table2-5 SPI control register menu位值功 能位值功 能RUN=10允许/禁止操作开始停止PU =10电源控制上电掉电P/R=10录/放模式放取录IAB=10操作是否使用指令地址忽略输入地址寄存的内容使用输入地址寄存的内容MC=10快进模式允许快进禁止P10-P0A10-A0行指针寄存器输出输入地址寄存器注：IAB置0时,录、放操作从A9-A0地址开始。为了能连贯地录、放到后续的存储空间,在操作到达该行末之前,应发出第二个SPI指令将IAB置1,否则器件在同一地址上反复循环。这个特点对语音提示功能很有用。RAC脚和IAB位可用管理。2.2.5 时钟模块DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力12。 引脚功能及结构 DS1302的引脚排列13,其中Vcc1为后备电源，VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc10.2V时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc2.5V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。I/O为串行数据输入输出端(双向)，后面有详细说明。SCLK始终是输入端。DS1302的引脚排列与时序图如图2-6所示图2-6DS1302的引脚排列Fig. 2-6 DS1302 with the pin图2-6Ds1302数据传送时序图Fig 2-6Ds1302 data transmission timing plansDS1302的控制字节 DS1302控制字节的最高有效位(位7)必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入DS1302中，位6如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据;位5至位1指示操作单元的地址;最低有效位(位0)如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。 数据输入输出(I/O) 在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。 DS1302的寄存器 DS1302有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式,此外，DS1302 还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。 DS1302与RAM相关的寄存器分为两类：一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0HFDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节，命令控制字为FEH(写)、FFH(读)。 DS1302与CPU的连接 实际上，在调试程序时可以不加电容器，只加一个32.768kHz 的晶振即可。只是选择晶振时，不同的晶振，误差也较大。另外，还可以在上面的电路中加入DS18B20，同时显示实时温度。只要占用CPU一个口线即可。 LCD还可以换成LED，还可以使用北京卫信杰科技发展有限公司生产的10位多功能8段液晶显示模块LCM101，内含看门狗(WDT)/时钟发生器及两种频率的蜂鸣器驱动电路，并有内置显示RAM，可显示任意字段笔划，具有34线串行接口，可与任何单片机、IC接口。功耗低，显示状态时电流为2A (典型值)，省电模式时小于1A，工作电压为2.4V3.3V，显示清晰。 调试中问题说明DS1302 与微处理器进行数据交换时，首先由微处理器向电路发送命令字节，命令字节最高位MSB(D7)必须为逻辑1，如果D7=0，则禁止写DS1302，即写保护；D6=0，指定时钟数据，D6=1，指定RAM数据；D5D1指定输入或输出的特定寄存器；最低位LSB(D0)为逻辑0，指定写操作(输入)， D0=1，指定读操作(输出)。 在DS1302的时钟日历或RAM进行数据传送时，DS1302必须首先发送命令字节。若进行单字节传送，8位命令字节传送结束之后，在下2个SCLK周期的上升沿输入数据字节，或在下8个SCLK周期的下降沿输出数据字节。 DS1302与RAM相关的寄存器分为两类:一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0HFDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；再一类为突发方式下的RAM寄存器，在此方式下可一次性读、写所有的RAM的31个字节。 要特别说明的是备用电源B1，可以用电池或者超级电容器(0.1F以上)。虽然DS1302在主电源掉电后的耗电很小，但是，如果要长时间保证时钟正常，最好选用小型充电电池。可以用老式电脑主板上的3.6V充电电池。如果断电时间较短(几小时或几天)时，就可以用漏电较小的普通电解电容器代替。100 F就可以保证1小时的正常走时。DS1302在第一次加电后，必须进行初始化操作。初始化后就可以按正常方法调整时间。2.2.6 LM386功放芯片简介：LM 38613是一种低电压通用型音频集成功率放大器，广泛应用于收音机、对讲机和信号发生器中。它的内部增益为20，透过1 和8脚位间电容的搭配，增益最高可达200。LM386可使用电池为供应电源，输入电压范围可由4V-12V，无动作时仅消耗4mA电流，且失真低。LM386的外形、管脚排列及内部电路：LM386采用8脚双列直插式塑料封装。如图所示：图2-8LM386外形与管脚排列Fig.2-8LM386 shape and pinsLM386有两个信号输入端，脚为反相输入端，脚为同相输入端；每个输入端的输入阻抗均为50 k，而且输入端对地的直流电位接近于零，即使输入端对地短路，输出端直流电平也不会产生大的偏离。LM386的内部原理电路如图所示:图图2-9LM386内部电路图Fig-2-9LM386 Internal circuit主要性能指标：LM386-4的电源电压范围为518v。当电源电压为6V时，静态工作电流为4mA。当Vcc=16V，RL=32时输出功率为1W