基于单片机技术的停车场计数系统设计

摘要随着汽车数量的不断增多，停车场单纯地采用人工计数管理已经满足不了社会的需求。为了解决智能化停车场计数的问题，本文设计了一个基于单片机的停车场计数系统。以STC89C51单片机为核心控制计数，将系统分为四个模块：红外检测信号输入模块，单片机控制计数模块，液晶显示模块和语音录放模块。对射型红外传感器由发射器和接收器组成，将对射红外检测电路作为信号的输入模块，当检测到有物体经过发射器和接收器之间时，红外光线被阻挡，产生电平信号，经转换、比较和放大传至单片机控制模块进行加“1”减“1”计数，并将计算结果传至液晶显示模块显示，车辆驶入时，若有剩余车位，语音提示“欢迎光临”，否则语音提示“车位已满，请稍后”，同时LCD显示“车位已满，请稍后”。本次设计成果能高效，准确地模拟停车场汽车进出情况，并进行计数，显示及语音提示，实现智能化的停车场计数管理。关键词：STC89C51单片机；对射型红外传感器；LCD；语音提示AbstractWiththeincreasingofcars,parkingsimplyusingmanualcountingmanagementhasfailedtomeettheneedsofsociety.Inordertosolvetheproblemofcountingtheintelligentparking.Inthispaper,parkingcountingsystemisdesignedthatbasedonthemicrocontrollers.STC89C51microcontrollerasthecorecontroltocount,thisdesignwillbedividedintofourmodules:aninfraredsensorsignalinputmodule,single-chipcontrolcountingmodule,LCDdisplaymoduleandvoicepromptmodule.Beaminfraredsensorisconsistedofatransmitterandareceiver,itwillshootinfrareddetectioncircuitasaninputmodulesignalwhenitdetectsanobjectpassesbetweenthetransmitterandreceiver,infraredlightisblocked,resultinginsignallevel,bycomparisonamplificationspreadSCMcontrolmoduleplusaminusonecount,andtheresultstransmittedtotheLCDdisplaymodule,whenvehiculartrafficiftheremainingparkingspaces,thevoicepromptwelcome,otherwisethevoicepromptparkingisfullPleasewait.Thedesignresultscanbeefficientlyandaccuratelysimulatethecaroutoftheparkingsituationandbecounted,displayandvoicepromptstoachieveintelligentmanagementofparkingcounts.Keywords:STC89C51microcontroller；-beaminfraredsensor；LCD；voiceprompts;目录摘要.1Abstract.2前言.3第一章绪论.41.1开发背景.41.2研究的目的及意义.41.3研究现状与存在问题.41.4本文所做的工作.5第二章系统总体方案设计.62.1系统的基本要求.62.2系统硬件和软件设计.6第三章系统的硬件设计.73.1单片机控制系统.73.2对射红外检测电路设计.103.3液晶显示电路设计.123.4语音录放电路设计.143.5按键电路设计.18第四章系统的软件设计.194.1程序的总体设计.194.2传感器信号输入设计.204.3液晶显示程序设计.204.4语音录放程序设计.224.5按键程序设计.23第五章系统测试.245.1系统调试.245.2测试结果.24第六章总结.27参考文献致谢附录0前言随着家用小汽车数量的增加，动态交通压力的日渐加重，停车需求的加强，停车位紧缺等问题紧跟而来。若仍采用人工计数的形式管理停车场，已经无法满足人们的日常停车需求。随着科学技术发展，采用高效率、智能化、精确可靠的停车场车位自动计数系统已成为了用户的迫切需要。目前单片机凭借着高集成度、控制功能强、微型化、低功耗，占用体积小、使用灵活方便等优势广泛应用在我们生活的各个领域。不仅在市民使用的各种IC智能卡，计算机上的网络通讯与传输数据，远程控制的玩具，全自动洗衣机内部控制等小的方面得以应用，而且在大的领域如：军用武器设备的内部控制，航空航天系统的研发等方面也能发现单片机的身影。在控制系统的设计中，大部分都是用硬件电路实现功能，靠软件完成功能实现的不常见。单片机通过软件实现绝大部分控制功能的设计思路与传统控制系统的设计相比是一大改变与进步，且单片机的这种以软件实现大部分控制功能的设计在系统性能方面也有提高。这种技术称作微控技术，随着单片机涉及领域的不断拓宽，微控技术水平在不断提高与完善。对射型红外传感器是一种发射器和接收器分开，分别安装于待测物体路径两侧的传感器。工作原理是将光信号通过电路转换为电平信号并输出。当有车辆通过时，光线被遮挡，产生电平信号，经比较放大传到单片机控制模块加减计数，通过LCD显示空余车位数，若为驶入车辆，则语音提示。随着红外传感器技术的进步，其应用领域越来越广，如：家庭中的小家电，室内烟雾报警器，景区的人流量检测，投币机和数码相机等均涉及该技术。随着传感器技术地不断完善，其检测速度，检测距离，物体识别度等性能也会越来越好。全文共分为五章。第一章绪论，第二章系统总体方案设计，第三章系统的硬件设计，第四章系统的软件设计，第五章系统调试。1第一章绪论1.1开发背景根据国家统计局数据，截止2014年初，全国用于民用汽车的数量已达到一亿三千万，其中包含了1000万辆低速运行的货车和三轮的汽车，与上年初相比增加了13.7%，其中私人汽车增加了17.0%，达到一亿辆之多，民用轿车增加了19.0%，达到7126万辆，其中私人轿车增加了20.8%，有6410万辆之多。然而另一方面，随着车辆的增加，动态交通压力也日渐加重，停车需求，停车位的数量等静态问题也日益凸显出来。如果停车场仍继续采用以往的人工计数管理，已经满足不了社会需求，同时对整个城市，公司和物业的服务形象有影响。随着科学技术的发展，选择智能化、效率更高、更具准确性的停车场自动车位计数管理已成为了用户的迫切需要和停车场业主的当务之急。1.2研究的目的及意义目前，随着车辆的增多，车位需求的不断增大，流动性的不断增强，导致司机不能快速，正确地了解当前停车场现状，更不可看到具体还有多少停车位和停车位的具体位置。而以往的人工计数管理停车场并不能满足以上需求，所以建立具有自动计数功能的智能化大型停车场具有很重要的意义。运用单片机知识设计一个智能化停车场车位计数系统，可实现准确扫描车辆，显示空车位数量，车辆驶入语音提示等功能。这项研究不仅给驾驶员提供便利，能高效快速找到有空位的停车场，也提高了停车场整体运作速率，减少人力，使其更加方便管理，同时促进交通系统及社会和谐发展。1.3研究现状与存在问题在外国，车主们只要在出发前通过专门的网站提前选择好自己的车位和停车时间，并通过信用卡预定，便可轻松找到性价比高且有位置停车位。例如意大利，车主们在预定好车位后，可以直接通过手机付款。如果要提前终止或延长停车时间，直接发短信或打电话给相关负责人员，便可修改订单。在国内，有些停车场在停车位上方安装超声波探测器。首先，当有车辆驶入停车场时，在停车场入口处的LCD屏会显示当前空余车位数。其次，在车辆驶入停车场后，车主们可以根据有显示空余车位的LCD屏所引导的方向行驶。最后，当车主选好空位并停2入后，标识有空车位的指示灯由绿变红，表明该停车位已被使用。目前，视频车辆计数器的推出是停车场车位计数系统的进步，其运用了数字图像处理技术，计算机模式识别技术，计算机视觉识别技术等。工作原理为：通过视频图像采集的信息，对驶入驶出停车场的车辆进行统计，从而推算出停车场剩余车位数与停车场车流量等信息。视频车辆计数器是24小时不间断地停车场信息采集与处理。该设备具有智能化，高准确率，自动化，不需要人工干涉等优点。在停车场计数管理方面，我国停车场还存在不少问题。随着科学技术发展，不少停车场已采用智能化车位计数系统。由于我国汽车快速发展，车辆较多，目前的大部分停车场管理系统仍采用人工计数管理等比较传统的管理模式，很大程度制约国家发展。在运用传感器检车车辆出驶方面，因为车道宽度比较大，而传感器的有效距离并没有那么远，导致车辆检测不够准确，不仅如此，在有些停车场的进出口地方装有2个车道，这些都会对传感器检测物体的性能有所影响，降低其质量。我国停车场大多只能显示空余车位数，在商场，购物中心的大型停车场内，由于停车场空间大，环境及标志物类似不易辨别，车主往往因寻找空位而迷失方向，浪费不必要时间，降低效率。1.4本文所做的工作本次设计主要是以STC89C51单片机为核心设计停车场计数系统。利用对射型红外传感器电路作为信号输入模块，进行车位计数。所做的工作主要有：对STC89C51单片机知识理解，运用STC89C51单片机对进出车辆进出计数，LCD显示器的选择，运用LCD12864设计液晶显示电路，显示剩余车位数，对语音存储芯片的选择与工作方式的理解，运用ISD4004语音芯片设计智能化的语音录放电路。为了很好地进行系统设计，必须对各芯片，各器件，各模块性能与工作方式加以理解。3第二章系统总体方案设计2.1系统的基本要求本文主要完成的是基于单片机的停车场计数系统设计，以STC89C51单片机为核心，运用对射式红外传感器完成车辆进出信号采集，将信号传至单片机控制计数，并进行LCD数据显示和语音提示。本次系统设计分为系统的硬件设计和系统的软件设计。2.2系统硬件和软件设计2.2.1系统的硬件设计基于单片机的停车场计数系统设计的硬件部分主要包括：对射红外检测电路，STC89C51单片机控制计数，液晶显示电路，语音录放电路和按键电路设计。其硬件结构框图如图2-1所示：对射红外检测电路STC89C51控制计数LCD显示电路按键电路语音录放电路图2-1系统总体设计框图具体工作原理为：以STC89C51单片机为核心，将对射红外检测电路作为信号的输入模块，当检测到物体经过发射器和接收器阻断光线时，产生信号经比较、放大传至单片机控制模块进行加减计数，并将计数结果显示在液晶屏上，车辆驶入时，若有剩余车位，语音提示“欢迎光临”，否则语音提示“车位已满，请稍后”，同时显示“车位已满，请稍后”。设计中添加了按键电路，语音提示电路，能即时地提醒车主，更加人性化。2.2.2系统软件设计本设计采用STC89C51单片机作为数据处理计数控制核心，传感器将检测到的信号经比较放大送入单片机控制计数，通过编程实现，编写液晶屏显示程序和语音录放程序，将计数结果在液晶屏上显示并语音提示，编写按键程序，实现手动调节，完成系统软件4设计。5第三章系统的硬件设计硬件设计包括了单片机最小系统的设计，对射红外检测电路、液晶显示电路和语音录放电路中所用芯片的介绍和电路分析，以及按键电路的分析。3.1单片机控制系统3.1.1主控芯片STC89C51介绍STC89C51单片机是一款具有强抗干扰能力、功耗低、功能强大、高速运行的新一代单片机。其特性如下所示：(1)增强型1T模式8051CPU，具有6时钟/机器周期与12时钟/机器周期；(2)工作频率：035MHz，实际工作频率可达到48MHz；(3)工作电压：5V单片机：3.4V5.5V，3V单片机：2.0V3.8V；(4)片上集成512个字节RAM；(5)2个16位计数器/定时器，定时器0可用做2个8位定时器；(6)含有片上FLASH，直接运用程序读写；(7)通过UART异步串行口，也可通过定时器实现多个串口；(8)用于应用可编程IAP/系统可编程ISP，可直接通过串口下载程序不需要专用的编程器、仿真器；(9)4路外部中断，低电平触发中断或下降沿触发中断；(10)看门狗定时器；(11)封装：PDIP-40、PLCC-44、PQFP-44。RST9P3010P3111P3212P3313P3414P3515P3616P3717X118X219GND20P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE30EA31P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039VCC40P101P112P123P134P145P156P167P178U2STC89C5112单单12MC222PC322PVCCVCCC110UFR710KVCCSW1123456789R310K单单GND1VCC2VL3RS4RW5EN6D07D18D29D310D411D512D613D714BLA+19BLK-20PSB15NC16RST17NC18U112864单单VCC132R210K单单单单CS1MOSI2MISO3VSSD4NC5NC6NC7NC8NC9NC10VSSA11VSSA12OUT13CAP14NC15IN-16IN+17VCCA18NC19NC20NC21NC22VSSA23RAC24INT25XCLK263VCC27SCLK28U3ISD4004GND1IN2OUT3U57530VCCC8104pC10104pC910UFC1110UF12单单C7104pC6104pR810KR910KR41KC1210UFR1010K132R110K单单单单C4104pC51ufGAIN1IN-2IN+3GND4OUT5VS6BYP7GAIN8U4LM386C1310UFR51KVCCC1410UFC1610UFC15104pR141012单单SW2SW3SW4VCC1243U8单单单单R610KR171k1243U7单单单单R1610KR181kP32P33P34P35P36P32P33P35P36P341OUT11IN-21IN+3GND42IN+52IN-62OUT7VCC8U6LM393R1510kR1210k132R1110k单单单单132R1310k单单单单图3-1STC89C51引脚图6如图3-1所示，为STC89C51单片机引脚图，其引脚功能介绍如下：(1)电源引脚VCC(40脚)：电源；GND(20脚)：地；(2)外接晶振引脚XTAL1(18脚)：外接晶振输入引脚；XTAL2(19脚)：外接晶振输出引脚；(3)控制引脚RST(9脚)：复位信号输入端；PSEN(29脚)：输出信号，外部程序存储器读选通信号，访问外部ROM，PSEN生效，在每个机器周期中PSEN激活两次，访问外部RAM与内部ROM，PSEN失效；ALE(30脚)：地址锁存允许信号；EA/Vpp(31脚):输入信号，在FLASH编程，该引脚输入编程电压Vpp；(4)多功能I/O端口引脚P0端口(第32-39脚)：双向信号，多功能端口，8位双向三态I/O口，P0端口驱动8个LSTTL负载，外接上拉电阻，端口可高电平输出；P1端口(第1-8脚)：双向信号，8位准双向I/O口，可以驱动4个LSTTL负载；P2端口(第21-28脚)：双向信号，多功能端口，8位准双向I/O口；P3端口(第10-17脚):双向信号，多功能端口，8位准双向I/O口。可以驱动4个LSTTL负载；P3口的其他功能如下表3-1所示：表3-1P3口各引脚的第二功能引脚号引脚功能描述引脚号引脚功能描述P3.0RXD，串行通信数据接收端P3.4T0，定时器/计时器0外部计数信号输入端P3.1TXD，串行通信数据发送端P3.5T1，定时器/计时器1外部计数信号输入端P3.2INT0，外部中断0请求信号，低电平或下降沿有效P3.6WR，外部数据存储器写选通信号，低电平有效P3.3INT1，外部中断1请求信号，低电平或下降沿有效P3.7RD，外部数据存储器读选通信号，低电平有效3.1.2单片机最小系统设计单片机发挥功能正常工作时所需要的组成部分即为单片机最小系统。STC89C51单7片机最小系统由复位电路和晶振电路组成。其最小系统电路如图3-2所示：RST9P3010P3111P3212P3313P3414P3515P3616P3717X118X219GND20P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE30EA31P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039VCC40P101P112P123P134P145P156P167P178U2单单单12单单12MC222PC322PVCCVCCC110UFR710KVCCK4123456789R310K单单GND1VCC2VL3RS4RW5EN6D07D18D29D310D411D512D613D714BLA+19BLK-20PSB15NC16RST17NC18U112864单单VCC132R210K单单单单CS1MOSI2MISO3VSSD4NC5NC6NC7NC8NC9NC10VSSA11VSSA12OUT13CAP14NC15IN-16IN+17VCCA18NC19NC20NC21NC22VSSA23RAC24INT25XCLK263VCC27SCLK28U3ISD4004GND1IN2OUT3U57530VCCC8104pC10104pC910UFC1110UF12单单C7104pC6104pR810KR910KR41KC1210UFR1010K132R110K单单单单C4104pC51ufGAIN1IN-2IN+3GND4OUT5VS6BYP7GAIN8U4LM386C1310UFR51KVCCC1410UFC1610UFC15104pR141012单单K3K2K1VCC1243U8单单单单R610KR171k1243U7单单单单R1610KR181kP32P33P34P35P36P323P35P36P341OUT11IN-21IN+3GND42IN+52IN-62OUT7VCC8U6LM393R1510kR1210k132R1110k单单单单132R1310k单单单单图3-2单片机最小系统图(1)复位电路：单片机复位是为了把电路恢复为初始状态，返回一个提前设置好的值。当机器操作错误导致系统无法正常运行时，执行复位操作方可返回正常初始状态。只有RST脚的高电平达两个机器周期以上，单片机复位才有效。单片机复位后，PC值为0000H，内部从0000H单元执行程序。复位电路一般分为上电复位和按键复位。上电复位是单片机系统接通电源后自动复位，按键复位是在单片机在运行期间，通过按下按钮使系统复位。本设计采用上电复位。图中9脚RST与VCC间接10uF电容，与GND间接10K电阻。其工作原理为：单片机接通电源，9脚RST上电瞬间的电位与VCC相等，该电位随RC充放电路电流的减少而减小，计算出从电容充电到电源所需时间为100ms，9脚RST高电平持续时间超过10ms，实现上电复位。(2)晶振电路：晶振电路给单片机提供时钟控制信号，使单片机有条不紊地工作。晶振电路分为：外部振荡和内部振荡。外部振荡是把外部时钟信号输入单片机中。STC89C51单片机内部包含一个高增益反相放大器用来组成振荡器，18脚XTAL1和19脚XTAL2分别与放大器输入端和输出端相接，在这两引脚上外接定时器件，内部振荡器可自激振荡。在本设计中选用两个22pF电容并联一个晶振组成定时器件。电容的大小对振荡的稳定性与起振的快速性有影响，一般选择10-30pF两个瓷片电容。83.2对射红外检测电路设计3.2.1对射型红外传感器介绍对射型红外传感器为光电传感器的一种，由发射器和接收器组成。发射器主要通过红外发射二极管发射光源，其发射器与接收器分别位于被检测物体通过路径的两侧。本设计选用PH301红外发射器，PH302红外接收器，其工作原理为：当没有物体通过时，发射器发出的红外光直接被接收器接收，产生低电平信号；当有物体经过时，发射器与接收器间的光线被阻挡，产生高平信号，通过介质完成。当物体通过之后返回原来状态。对射型红外传感器是一种无接触式、检测有效距离长、能辨别不透明反光物体的传感器，不仅可检测金属物体，对液体、塑料、玻璃等物质也可检测。具有高灵敏度，响应速度快，高亮度，功耗低，寿命长等优点。主要应用于家用小家电、转求式鼠标、自动售货机、ATM自动取款机、医疗设备、输送带控制等方面。3.2.2LM393芯片介绍LM393是由两个独立的、高精度、双通道的低电源电压比较器构成。失调电压比较低，最小为2.0mV。它特别为宽电压范围，单电源供电设计，也可工作在双电源供电电路中，无论工作电压的大小，消耗的电流都很低，约为0.8mA。LM393的另一特性是：不论是何种电源供电，其共模输入电压均在地电平附近波动。LM393主要应用于延时发生器、限幅器、脉冲发生器、多频振荡器、简单的模/数转换器、高电平数字逻辑门电路、宽频压控振荡器和MOS时钟计时器。LM393可以直接与TTL端口、CMOS端口相连。与标准比较器比较，LM393的特别优势是在双电源供电电路中，可兼容MOS逻辑电路。广泛应用于开关电源、计算机主板、通讯设备、电池充电器、DC模块等方面。LM393内部结构图与引脚如图3-3、3-4所示：9图3-3LM393内部结构图图3-4LM393引脚图LM393引脚功能介绍如表3-2所示：表3-2LM393引脚功能介绍引脚号引脚名称引脚功能描述引脚号引脚名称引脚功能描述11OUT1输出端52IN+2同相输入端21IN-1反相输入端62IN-2反相输入端31IN+1同相输入端72OUT2输出端4GND接地端8VCC电源电压LM393是一种宽频带、高增益的比较器。标准PC板的设计可以减小输出端到输入端的寄生电容耦合而产生的振荡。只要减小输入电阻到10千欧，反馈信号也将随之减小，这样即使增加正反馈量也不会(因寄生电容)引起振荡。LM393芯片中，未用到的引脚都要接低电平。LM393偏置网络确立了其静态电流与电源电压范围无关。一般电源不用加旁路电容。差分的输入电压可以大于VCC且不损伤器件。LM393为集电极开路输出，发射极与地的NPN晶体管相接，可由多集电极输出提供。3.2.3对射红外检测电路分析对射红外检测电路主要由对射型红外传感器、LM393比较器和一些外围电路组成。具体电路如图3-5所示：VCC1243U8单单单单R610KR171k1243U7单单单单R1610KR181k1OUT11IN-21IN+3GND42IN+52IN-62OUT7VCC8U6LM393R1510kR1210k132R1110k单单单单132R1310k单单单单图3-5对射红外检测电路图由于对射型红外传感器传出的信号不全是数字信号，含有部分模拟信号，因此在传10感器输出部分接入LM393将信号进行整形，比较与放大后经P2.0、P2.1端传入单片机中控制计数，LM393为集电极开路输出，因此在输出端接入10K电阻，用于输出高电平。当无物体通过时，传感器接收端一直能接收到发射端红外信号，接收端导通，传感器输出低电平信号，LM393的IN+端电压为0V，IN-端参考电压为3.1V左右，IN+端电压小于IN-端电压，OUT端输出低电平；当有物体经过时，发射端发射的光线被遮挡，接收端收不到红外信号，接收端截止，传感器输出将近5V，IN+端电压将近5V，大于IN-端电压，经比较，OUT端输出高电平。3.3液晶显示电路设计3.3.1LCD12864介绍液晶显示器(LiquidCrystalDisplay)广泛应用于微型计算机控制系统中，LCD具有比LED功率低、抗干扰能力强、体积小等优势。在形状和大小方面，LCD更加灵活方便，接口更简单，可显示数字、字符、文字和图形。LCD液晶显示器作为一种新型的显示输出设备，凭借着灵活的接口方式、方便的操作指令、极低的控制电压、较高的对比度、极低的功耗、较强的抗干扰能力等性能被广泛运用。随着技术的日渐成熟，应用领域地迅速扩展，LCD正逐渐成为新的热点。本设计采用比较常用的LCD12864液晶显示器。其具有4位/8位并行接口和2线/3线串行接口，是一个含有简体中文字库的点阵图形液晶显示模块，内部包含DC-DC转换电路，不需要外加负压，软件设计较为简化，不需要片选信号。LCD12864凭借着简单的硬件电路和简而明了的程序编写，在不同的方法显示方面均优胜于同类型其他显示器。LCD12864基本特性如下：(1)电源电压VDD：3.05.5V；(2)时钟频率：2MHZ；(3)显示分辨率：12864点；(4)内置128个168点ASCII字符集和48个(1616点阵)汉字，可以显示汉字和图形；(5)显示方式：STN、半透、正显；(6)驱动方式：1/32DUTY，1/5BIAS；(7)背光方式：侧部高亮白色LED，功耗仅为普通LED的1/51/10。11LCD12864引脚如图3-6所示：RST9P3010P3111P3212P3313P3414P3515P3616P3717X118X219GND20P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE30EA31P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039VCC40P101P112P123P134P145P156P167P178U2单单单12单单12MC222PC322PVCCVCCC110UFR710KVCCSW1123456789R310K单单GND1VCC2VL3RS4RW5EN6D07D18D29D310D411D512D613D714BLA+19BLK-20PSB15NC16RST17NC18U112864单单VCC132R210K单单单单CS1MOSI2MISO3VSSD4NC5NC6NC7NC8NC9NC10VSSA11VSSA12OUT13CAP14NC15IN-16IN+17VCCA18NC19NC20NC21NC22VSSA23RAC24INT25XCLK263VCC27SCLK28U3ISD4004GND1IN2OUT3U57530VCCC8104pC10104pC910UFC1110UF12单单C7104pC6104pR810KR910KR41KC1210UFR1010K132R110K单单单单C4104pC51ufGAIN1IN-2IN+3GND4OUT5VS6BYP7GAIN8U4LM386C1310UFR51KVCCC1410UFC1610UFC15104pR141012单单SW2SW3SW4VCC1243U8单单单单R610KR171k1243U7单单单单R1610KR181kP32P33P34P35P36P32P33P35P36P341OUT11IN-21IN+3GND42IN+52IN-62OUT7VCC8U6LM393R1510kR1210k132R1110k单单单单132R1310k单单单单图3-6LCD12864引脚图LCD12864引脚功能介绍如下：(1)GND(1脚)，VCC(2脚)：电源引脚；(2)VL(3脚)：对比度（亮度）调整；(3)RS(CS)(4脚)：RS=L，DB7DB0显示指令数据，RS=H，DB7DB0显示数据；(4)RW(5脚)：RW=H,E=H,数据被读到DB7DB0，RW=L,E=HL,DB7DB0数据被写到IR或DR；(5)EN(6脚)：使能信号；(6)D0D7(714脚)：三态数据线；(7)PSB(15脚)：H：8位或4位并口方式，L：串口方式；(8)NC(16脚，18脚)：空脚；(9)RST(17脚)：高电平有效；(10)BLA+(19脚)，BLK-(20脚)：背光源正端(+5V)与背光源负端。在使用LCD12864显示模块时，若显示中文字符，应先设置字符显示位置即显示地址(80H9FH)，再写入文字符编码；若显示ASCII字符，其过程与中文字符显示相同，但当显示的字符连续时，只需设置第一个字符显示地址，下一个显示位置，液晶模块会自动通过对地址加“1”实现。只有当“BF=0”即液晶模块内部为非忙状态，指令才可被接受，且高位字节先写入，低位字节后写入。123.3.2LCD显示电路分析液晶显示电路是由LCD12864和一些外围电路组成，具体电路如图3-7所示：RST9P3010P3111P3212P3313P3414P3515P3616P3717X118X219GND20P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE30EA31P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039VCC40P101P112P123P134P145P156P167P178U2单单单12单单12MC222PC322PVCCVCCC110UFR710KVCCSW1123456789R310K单单GND1VCC2VL3RS4RW5EN6D07D18D29D310D411D512D613D714BLA+19BLK-20PSB15NC16RST17NC18U112864单单VCC132R210K单单单单CS1MOSI2MISO3VSSD4NC5NC6NC7NC8NC9NC10VSSA11VSSA12OUT13CAP14NC15IN-16IN+17VCCA18NC19NC20NC21NC22VSSA23RAC24INT25XCLK263VCC27SCLK28U3ISD4004GND1IN2OUT3U57530VCCC8104pC10104pC910UFC1110UF12单单C7104pC6104pR810KR910KR41KC1210UFR1010K132R110K单单单单C4104pC51ufGAIN1IN-2IN+3GND4OUT5VS6BYP7GAIN8U4LM386C1310UFR51KVCCC1410UFC1610UFC15104pR141012单单SW2SW3SW4VCC1243U8单单单单R610KR171k1243U7单单单单R1610KR181kP32P33P34P35P36P32P33P35P36P341OUT11IN-21IN+3GND42IN+52IN-62OUT7VCC8U6LM393R1510kR1210k132R1110k单单单单132R1310k单单单单图3-7液晶显示电路图图中液晶显示器虽然有20个引脚，但连线图并不复杂。显示器的1脚GND和2脚VCC给LCD显示供电，19脚BLA+和20脚BLK-给背光显示供电。3脚VL与10K可调电阻相接，用于调节对比度，接电源时的对比度最弱，接地时的对比度最强，显示屏正常显示前提是对比度在正常范围，否则均无法显示。4脚RS、6脚EN与单片机P26、P2.7端相接，当EN由高电平转为低电平时，液晶显示器开始执行命令。714脚D0D7与单片机P0口相接，信号经P0口送入LCD，P0口通过外接10K13上拉电阻输出高电平提供电流。17脚RST、15脚PSB与单片机EA端相接为高电平，数据从并口D0-D7传输数据。3.4语音录放电路设计3.4.1ISD4004语音芯片介绍随着技术发展，目前许多语音芯片都可以与单片机相接，在众多芯片中，不乏有性能较好的语音芯片，而ISD4004就是其中一员。ISD4004芯片的特别之处在于拥有多个电平，直接模拟量存储，声音信号不用通过模拟到数字转换，可以直接存储于片内闪烁存储器，自然，真实地再现声音，不会存在转换误差。ISD4004语音芯片具有单片存储，多次录放，不怕断电，扩展简单等优点，该类语音产品广泛应用于自动售货机，电子地图，智能玩具，公交车语音报站，智能仪器仪表等领域。ISD4004语音芯片运用了CMOS技术，其内部具有振荡器、平滑的滤波器、防止混淆的滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列。芯片在3V电压下工作，根据型号的不同，其录放时间和采样频率也不同。录放时间有816min不等，采样频率分为四种，即4.0kHz，5.3kHz，6.4kHz和8.0kHz。芯片内部自带SPI接口，只有录放时间越长,频率越低,音频质量才有所保证。通常芯片可反复录音10万余次，断电情况下音频数据可以保存100年。本设计采用的是ISD4004-08型号语音芯片，其录放时间为8分钟，采样频率为8.0kHz。ISD4004引脚如下图3-8所示：RST9P3010P3111P3212P3313P3414P3515P3616P3717X118X219GND20P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE30EA31P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039VCC40P101P112P123P134P145P156P167P178U2单单单12单单12MC222PC322PVCCVCCC110UFR710KVCCSW1123456789R310K单单GND1VCC2VL3RS4RW5EN6D07D18D29D310D411D512D613D714BLA+19BLK-20PSB15NC16RST17NC18U112864单单VCC132R210K单单单单CS1MOSI2MISO3VSSD4NC5NC6NC7NC8NC9NC10VSSA11VSSA12OUT13CAP14NC15IN-16IN+17VCCA18NC19NC20NC21NC22VSSA23RAC24INT25XCLK263VCC27SCLK28U3ISD4004GND1IN2OUT3U57530VCCC8104pC10104pC910UFC1110UF12单单C7104pC6104pR810KR910KR41KC1210UFR1010K132R110K单单单单C4104pC51ufGAIN1IN-2IN+3GND4OUT5VS6BYP7GAIN8U4LM386C1310UFR51KVCCC1410UFC1610UFC15104pR141012单单SW2SW3SW4VCC1243U8单单单单R610KR171k1243U7单单单单R1610KR181kP32P33P34P35P36P32P33P35P36P341OUT11IN-21IN+3GND42IN+52IN-62OUT7VCC8U6LM393R1510kR1210k132R1110k单单单单132R1310k单单单单图3-8ISD4004语音芯片引脚图(1)VCCA(18脚)，3VCC(27脚）：模拟电源端和数字电源端；VSSA(11脚)，VSSD(4脚)：模拟接地和数字接地；(2)IN+(17脚)，IN-(16脚）：同相输入端和反相输入端，用于录音信号；OUT(13脚)：音频输出端；14(3)CS(1脚)：片选端，低电平指令被发送；(4)MOSI(2脚)：ISD串行输入端；MISO(3脚)：串行输出端，ISD未被选中时，端口为高阻态；(5)SCLK(28脚)：ISD时钟输入端；XCLK(26脚)：外部时钟端。出厂前已校对好内部采样时钟，不外接时钟时，端口接地；RAC(24脚)：行地址时钟端，漏极开路输出，高电平为175ms，低电平为25ms；(6)INT（25脚)：中断，漏极开路输出；(7)CAP(14脚)：自动静噪控制端，接VCCA时，禁止自动静噪。由微控制器控制操作的ISD4004语音芯片，其工作于SPI串行接口，操作命令由SPI送入。在SPI同步串行数据传输协议中，假定了在SCLK的下降沿，微控制器的SPI移位寄存器动作。SPI接口指令如表3-3所示：表3-3SPI接口指令表指令8位控制码操作摘要POWERUP00100XXX上电：待TPUD后，器件方可工作SET_PLAY11100XXX(A15-A0)指定放音指令，后跟PLAY指令，放音继续PLAY11100XXX当前放音指令SET_REC10100XXX(A15-A0)指定录音指令，后跟REC指令，使录音继续REC10110XXX从当前地址录音SETMC11101XXX(A15-A0)指定快进指令，后跟MC指令快进继续MC11100XXX执行快进,直至EOM，若无信息,进入OVFSTOP0X110XXX停止当前操作STOPPWRDN0X01XXXX停止当前操作并掉电RINT0X110XXX读状态3.4.2LM386芯片介绍LM386为单通道音频集成功率放大器，内部为三级放大电路。由美国半导体公司生产，具有低功率、低功耗、可调整的电压增益、电源电压范围大、外接元件少和失真度低等优点，普遍在低电压消费类产品中得以运用，如收音机，录音机等。电压增益为20dB时，外围元器件可降低到最小，工作电压范围宽为412V或518V，4mA的静态消耗电流，电压可调增益20200dB，适用于电池供电。LM386分装分有塑封8引线双列直插式和贴片式。器件在上电、断电瞬间和工作稳定后一段时间，一定要仔细谨慎，特别注意在插拔音频插头、旋转音量调节钮等操作所带来的瞬态冲击，会导致输出的喇叭上会产生噪声。LM386的引脚如下图3-9所示：15RST9P3010P3111P3212P3313P3414P3515P3616P3717X118X219GND20P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE30EA31P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039VCC40P101P112P123P134P145P156P167P178U2单单单12单单12MC222PC322PVCCVCCC110UFR710KVCCSW1123456789R310K单单GND1VCC2VL3RS4RW5EN6D07D18D29D310D411D512D613D714BLA+19BLK-20PSB15NC16RST17NC18U112864单单VCC132R210K单单单单CS1MOSI2MISO3VSSD4NC5NC6NC7NC8NC9NC10VSSA11VSSA12OUT13CAP14NC15IN-16IN+17VCCA18NC19NC20NC21NC22VSSA23RAC24INT25XCLK263VCC27SCLK28U3ISD4004GND1IN2OUT3U57530VCCC8104pC10104pC910UFC1110UF12单单C7104pC6104pR810KR910KR41KC1210UFR1010K132R110K单单单单C4104pC51ufGAIN1IN-2IN+3GND4OUT5VS6BYP7GAIN8U4LM386C1310UFR51KVCCC1410UFC1610UFC15104pR141012单单SW2SW3SW4VCC1243U8单单单单R610KR171k1243U7单单单单R1610KR181kP32P33P20P35P36P3P3P21P36P341OUT11IN-21IN+3GND42IN+52IN-62OUT7VCC8U6LM393R1510kR1210k132R1110k单单单单132R1310k单单单单图3-9LM386引脚图(1)VS(6脚)，GND(4脚)：电源引脚；(2)IN+(3脚)，IN-(2脚)：同相输入端和反相输入端；OUT(5脚)：输出端；(3)GAIN(1脚和8脚)：电压增益设定端；(4)BYP(7脚)：旁路，通常与地间连接电容降低噪声。3.4.3语音录放电路分析语音录放电