毕业设计（论文）-基于单片机的智能电话控制系统

1、毕业设计（论文）-基于单片机的智能电话控制系统 目 录前 言11 dtmf远程控制系统211 系统组成212 产品使用说明32 系统工作原理43 电路设计631 振铃模块电路设计632 摘挂机电路设计733 dtmf接收电路834 语音提示电路设计144 系统程序设计2041 系统流程图2042各功能模块软件设计215 产品制作与调试2651 产品的制作2652 pcb板的制作2853元器件的安装2954 元器件的焊接3055 产品调试31结束语34参考文献35附录1mt8870芯片的内部结构36附录2isd4004芯片内部结构37附录3主程序设计38摘 要文章系统地介绍基于dtmf远程控制系

2、统的组成设计方案电路原理程序设计及产品的研发过程dtmf远程控制系统是以at89c51单片机作为控制核心mt8870为dtmf信号的接收电路及其它的外围电路在系统程序的控制下实现功能该系统由振铃信号检测摘挂机控制双音频解码语音提示及电器控制五大电路部分组成它适用于家庭商店等无人的场所还可以用于工业控制现场以电话作为媒介 通过电话线完成对设备的远程操作关键词电话遥控双音频解码单片机abstractusing the at89c51 single chip processor and the mt8870 decoder which is specially used for decoding m

3、ultiple dual channel audio frequency signals as core components the control system of the intelligent telephone can remotely control the electric appliances through the pstn public switched telephone network this article introduced the control system抯 constitution it抯 working principle and the progr

4、am designed idea the detail specification for several main function circuits which is used for telephone ring detecting picking up a call simulating dual channel audio frequency signals decoding voice suggestion and electric appliances controlling were provided this control system can be used in hom

5、e stores and officeskeywords remote controlling through telephone dual channel audio frequency coded and decoded controlling under a single chip processor前 言随着现代通信电子技术和计算机技术的不断创新和发展为人类社会的发展和生产带来了极大的便利同时如何现代的科学技术去改善人类的生活使人们的生活更加的舒适方便又因现在的电话网络遍布城乡各地从而产生一种利用公共电话网的dtmf远程控制设计的构想实现对各种家用设备远程常规的有线遥控需进行专门的布线

6、增加了投入而红外线超声波遥控则受距离所限现有的遥控方式中还有载波通信控制手段和基于无线寻呼的遥控方式载波方式即通过电力线传递信息该方式只能局限于同一变电所同一变压器所辖范围内因此也存在距离问题应用范围有限基于无线寻呼的遥控方式利用了现有的寻呼频率资源不需占用额外的频谱从而使操作者能够及时了解受控方信息使产品达到交互式与智能化dtmf远程控制系统是由单片机构成主控部分主要信息处理接收外部操作指令形成各种控制信号并完成对于各种信息的接口电路提供单片机与电话外线的接口其中包括铃流检测摘挂机控制忙音检测双音频dtmf识别及语音提示电路通过市局交换机向电话机发出振铃信号ac220v2输入电压允许波动范围

7、85110ac3充许高度海拨不超过2000m4环境温度-40505空气湿度不大于85256接口标准符合dtmf电话拨号技术条件12 产品使用说明本系统使用非常方便下面做一下简单的介绍首先用户把本装置的信号线并联在电话线的两端插上电源线打开电源开关本装置自动复位就能正常工作了当异地5次而无人接听时系统自动摘机继而发出了欢迎使用家用器远程控制装置并回送提示音提示输入密码 系统将自动挂机当用户输入正确的密码后就可以在语音的提示下进行其它的相关操作用户操作完成按键结束完成一次的远程操作而已经开启的电器将保持其开启的状态直到下一次的通话控制使其关闭本装置使用起来简单易学而且功能强大t1开始计数当计数的次

8、数达到5次时计数器溢出向cpu申请中断当cpu响应中断请求后置p26口低电平启动模拟摘挂机电路实现自动摘机接通线路后cpu置p16口低电平选中语音芯片而后微处理器模拟spi总线工作方式向isd4004发出控制命令从而启动语音提示电路该电路主要由isd4004lm386和外围电路组成语音信号通过变压器发出请输入密码这一提示信息提示用户输入密码用户输入的密码通过电话线接口电路再通过解码芯片mt8870及一些外围元器件组成的解码电路将双音频信号转化为相应的二进制号码从该芯片的q1q4端口传送到at89c51的p10p13口进行密码检验如果密码不正确语音信号会提示用户密码不正确请从新输入密码当密码检验

9、正确后再由语音信号提示用户输入要控制的设备代号当用户操作成功后再由语音提示用户是否继续操作用户可以根椐自己的需求进行下一步的操作如不需要既可挂机结束任何操作3 电路设计31 振铃模块电路设计如下图31所示该电路是以光耦合器件为核心组成的当有铃流信号进来此信号通过光耦合器件给发光二极管一个电压从而使光耦合器件工作再经过一个反向器输出标准的方波信号可供主控部分的检测com 电路的设计思想 由于在电话线上没有摘机之前电话线的两端是4860v的直流电压信号当电话线上无振铃信号时该系统不会工作当一有铃流信号进来程控交换机送来的是253hz的正弦交流电压其pp为9015v信号以1秒送4秒断的形式发送振铃检

10、测可以有多种形式但是最常用的是采取光耦合器件来实现的由于它的优点在于可以使输入与输出在电气电源地线上完全绝缘具有很高的抗干扰性而在该电路当中它作为一个开关器件和信号隔离的作用同时具有很高的耐压值可达到5001000v以及价格便宜设计简单工作可靠等优点只要在软件部分进行振铃次数的检测设置在一定次数的振铃后再摘机提高了系统的稳定性com 元件的选取及说明1隔直电容c1的选取隔直电容c1是电解电容用于过滤直流滤出低频信号而且振铃信号的电压还比较高2电阻r1的选取电阻r1是起限流作用保证光耦合器器件的正常工作因为电线的阻值少到一定值便会在电话环路内形成动作电流程控电话交换机检测到环路电流突变大于30m

11、a即认为用户己摘机会影响电话线路的正常工作所以取33k3稳压二极管d1的选取稳压二极管d1的采用主要考虑到对光耦进行保护而设计的它反相并接于光耦的两端当信号的正半周期加在光耦的两端使其导通当负半周期时使光耦截止可经此该二极管续流从而保护光耦不会电压过大而损坏这样就要求光耦要有良好的耐压性能此处取1n40034光耦u1的选取由于它是一种光电信号的耦合器件它是一种将发光二极管和光敏三极管封在一起通过光信号耦合使夹杂在输入开关量中的各种干扰脉冲都挡回在输入回路的一侧具有较高的电气隔离和抗干扰能力对地电位差干扰有很强的抑制能力而且有很强的抑制电磁干扰能力速度高价格低接口简单体积小寿命长等优点选取型号为

12、til系列的p6215电阻电容r2c2的选取电阻r2电容c2共同组成滤波电路主要是滤除振铃信号中的低次谐波使信号到开关三极管的基极可以得到较好的方波信号从而可以使以后输出的信号加到at89c51的定时计数器t0 6反相器的选取用来检测振铃信号的光耦在导通和截止时光耦三极管的集电极输出端电平并不是确定的数值如果此输出信号传给主控单元势必使主控单元无法识别影响其正常工作为了解决这一问题采用了在光耦的集电极加一反相器的办法反相器输出的波形有很大的改善基本上是方波信号本电路采用了开关三极管等组成信号三极管的集电极引出优化了电路设计使其工作更加可靠32 摘挂机电路设计根据国家有关标准规定不论任何电话机摘

13、机状态的直流电阻应300有r键的电子电话机的摘机状态直流电阻应350在挂机状态下其漏电流5ua因为程控电话交换机检测到电话线回路电流突变为大于30ma时即认为用户己摘机当回路电流小于30ma时认为电话己挂机即与系统通讯结束com 电路的设计思想如下图所示在未摘机之前p26端为高电平该电路处于末工作状态当振钤检测电路检测到五次振钤时p26输出低电平q2管导通从而使得q1的基极变为低电平也使q1导通q1的集电极经电阻r3和发光二极管组成回路形成大约300的电阻电流为30ma的恒流源使回路电流变大控制电路向交换机发出模拟摘机的信号交换机响应摘机信号完成电话线路接通整个电路完成自动模拟摘机过程com

14、元件的选取及说明1 极性保护电路d1的选取当程控交换机确认有摘机信号时送来的是直流信号但是电话线哪一端为正哪一端为负为了解决这一问题电话机中都装有极性保护电路这样做可以使不确定的极性变成确定的极性经其变换后再与电路的其它部分相连起到了必要的保护作用本电路选取的4个二极管的型号为1n40042 高压三极管q1及开关管q2的选取 接在电话线路中的三极管一般都选择高耐压的三极管该电路也考虑到电话线上的电压有时可能会出现很高的情况所以选用了高压三极管从程控交换技术手册可以了解摘机时电话线两端的电压为811v左右环路阻抗要小于2k600时比较合适环路电流要在30ma左右三极管q1的主要作用就是充当恒流源

15、需选用pnp型的三极管本电路选取的是2n5401而三极管q2的作用起到开关的作用当加高电平时处于饱和导通状态当低电平时处于截止状态本电路取出2n555133 dtmf接收电路com dtmf信号dtmf双音多频信号是目前在按键电话 固定电话移动电话 程控交换机及无线通信设备中广泛应用的一种信号它是一组由高频信号与低频信号叠加而成的组合信号ccitt和我国国家标准都规定了电话键盘按键与双音多频信号的对应关系如表1所示在表中显示电话键盘上的任何一个键都由两个都互不为谐波关系的频率组成因此每一个按键对应的一组频率都能够唯一地被辨认出来 每个号码所对应的两个频率互不为整数比高频率群中的最高频率1633

16、hz为备用频率这样就变为7中取二的方式只有12个号码这12个号码代表阿拉伯数字09以及符号和通常这12个号码足够用了其中符号用于表示特殊功能如重发暂停等如按5时高频群频率1336hz与低频群频率770hz同时输出采用十六键时高频群频率1633hz系备用频率ad预定为数据通信等其它功能flowfhighkeytoeq4 q3 q2 q1697120911000169713362100106971477310011770120941010077013365101017701477610110852120971011185213368110008521477911001941120901101094

17、11336110119411477111006971633a111017701633b111108521633c111119411633d10000any0zzzzcom dtmf解码芯片mt8870 dtmf信号接收器又称为dtmf解码器它的功能是把dtmf信号变换为二进制数字信号利用这些数字信号借助逻辑电路进行控制在程控电话系统中它往往接在交换机中目前双音多频产品多属于cmos 集成产品国际上一些主要器件产品厂商或公司均有代表性的dtmf接收器如mitel公司mt8870m8870mh88305与mk5091等这些dtmf产品集成度高体积小抗干扰能力强并且中间传输的是两个音频信号最后输出的

18、是二进制编码信号便于与微型计算机接口 本系统选取的mt8870是mitel公司生产的dtmf信号接收器是coms大规模集成电路芯片 mt8870的内部集频带分离滤波器与数字解码功能为一体滤波部分用开关电容技术分成高频群及低频群滤波器解码器使用数字计数器技术检测把全部16个dtmf音调解码成四位二进制码由于它内部有差动放大器时钟振荡器和锁存三态总线接口所以减少了该集成电路外部器件的数目其它内部结构见附录com mt8870 各引脚功能简介1mt8870 各引脚的的分布情况如有com2引脚功能如下in为运算放大器同相输入端in-为运算放大器反相输入端gs为增益选择它为内部运算放大器的输出端与前端连

19、接反馈电阻提供通道vref为基准电压输出端标准值vdd2用来给内部运放输入端加偏置inhpwdn为内部连接端大多接到vssosc12分别为时钟输入端及时钟输出端这两脚之间接一个3579545mhz的石英晶体组成内部振荡电路vss为负电源输入端大多数情况该端接公共地toe为三态输出使能输入端该端为逻辑高时使能q0-q3有输出q1-q4为三态数据输出端当toe为使能时提供与最接近接收到的有效音调对相对应的四位二进制码std为延时导引输出端当一个被收到的音调对已被寄存并且锁存器的输出已被校正时该端为逻辑高当stgt端电压降到低于vrs时该端转换为逻辑低est为早期导引输出端表示有效音调频率的检测一旦

20、数字算法检测到一个有效的音调对信号状态该端就出现高电平信号状态的任何减小将导致est转换为逻辑低stgt为导引输入保护时间输出它是一个双向端std检测出一个大于vtst的电压器件寄存所检测到的音调对并校正锁存器输出std端检测出一个小于vtst 的电压器件自由地接收一个新的音调对gt输出的作用是重复外部导引时间常数vdd为正电源输入端规定vdd 为5vcom mt8870芯片与单片机的接口电路1mt8870与at89c51单片机的接口图2中央处理器at89c51简介at89c51是由美国atmel 公司生产的至今为止世界上最新型的高性能八位单片机 at89c51的特点 at89c51具有以下几

21、个特点at89c51与mcs-51系列的单片机在指令系统和引脚上完全兼容片内有4k字节在线可重复编程快擦写程序存储器全静态工作工作范围0hz24mhz三级程序存储器加密1288位内部ram32位双向输入输出线两个十六位定时器计数器五个中断源两级中断优先级一个全双工的异步串行口间歇和掉电两种工作方式 at89c51的功能描述at89c51是一种低损耗高性能cmos八位微处理器片内有4k字节的在线可重复编程快速擦除快速写入程序的存储器能重复写入擦除1000次数据保存时间为十年它与mcs-51系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容不仅可完全代替mcs-51系列单片机而且能使系统具有许多mcs-51系列

22、产品没有的功能at89c51可构成真正的单片机最小应用系统缩小系统体积增加系统的可靠性降低系统的成本只要程序长度小于4k四个io口全部提供给用户可用5v电压编程而且擦写时间仅需10毫秒仅为875187c51的擦除时间的百分之一与875187c51的12v电压擦写相比不易损坏器件没有两种电源的要求改写时不拔下芯片适合许多嵌入式控制领域工作电压范围宽27v6v全静态工作工作频率宽在0hz24mhz之间比875187c51等51系列的6mhz12mhz更具有灵活性系统能快能慢at89c51芯片提供三级程序存储器加密提供了方便灵活而可靠的硬加密手段能完全保证程序或系统不被仿制p0口是三态双向口通称数据

23、总线口因为只有该口能直接用于对外部存储器的读写操作 at89c51引脚功能at89c51单片机40引脚分布comat89c51是一种低损耗高性能cmos八位微处理器片内有4k字节的在线可重复编程快速擦除快速写入程序的存储器能重复写入擦除1000次数据保存时间为十年它与mca-51系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容不仅可完全代替mcs-51系列单片机而且能使系统具有许多mcs-51系列产品没有的功能at89c51可构成真正的单片机最小应用系统缩小系统体积增加系统的可靠性降低系统的成本只要程序长度小于4k四个io口全部提供给用户可用5v电压编程而且擦写时间仅需10毫秒仅为875187c51的擦除

24、时间的百分之一与875187c51的12v电压擦写相比不易损坏器件没有两种电源的要求改写时不拔下芯片适合许多嵌入式控制领域工作电压范围宽27v6v全静态工作工作频率宽在0hz24mhz之间比875187c51等51系列的6mhz12mhz更具有灵活性系统能快能慢at89c51芯片提供三级程序存储器加密提供了方便灵活而可靠的硬加密手段能完全保证程序或系统不被仿制p0口是三态双向口通称数据总线口因为只有该口能直接用于对外部存储器的读写操作3mt8870是双直插式dtmf信号接收处理专用集成电路 mt8870电路的基本特性是实现dtmf信号分离滤波和译码功能输出相应的16种dtmf频率组合的4位并行

25、二进制码如表1所示电路输出的二进制码q1q4由数据输出允许端toe控制toe为高电平时q1-q4输出与当前输入的dtmf信号相对应的二进制码低电平时q1q4端呈高阻状态运放和r2r4c1组成一反相放大器对输入的dtmf信号进行隔离放大其增益k r2r5改变r2的值可变增益的大小但增益不宜过大一般k值取为15输入的dtmf信号的幅度应在275883mv之间4端为vref为基准电压输出端取值vdd2 25v 详细连接方法commt8870与单片机的接口技术输入的dtmf信号经mt8870解调后在std端产生一个控制输出信号该信号输出端与单片机at89c51的外部中断输入端int1相连当该信号发生由

26、1到0的跳变时中断标志ie1中断安排为下降沿触发方式设置中断标志为1当at89c51响应中断后产生一个rd信号经相反之后使mt8870的toe端产生一个高电平脉冲信号该信号使mt8870的数据输出端q1q4由原来的高阻状态变为与当前输入的双音频信号相对应的二进制编码信号at89c51通过p1口将该二进制数读入并保存在数据ram区34 语音提示电路设计基于dtmf远程控制系统利用语音提示电路实现用户和系统之间的交流用户在语音的提示下进行操作首先存储若干段系统提示音由单片机判断用户输入的信息在对语音提示电路进行寻址播放相应的提示音提示用户进行下一步操作com isd4004芯片介绍1isd4004

27、性能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isd4004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仿真spi通信协议该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送入它采用了多级存储等专利技术该系列的特点是录音时间长它的片内含大容量的flash memory 2840k 一片电路就能实现最长达16分钟的录放音根据存储时间不同同一系列的型号芯片的性能也有不同表3所示表3 isd4004系列型号与性能对照表isd4004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

28、电话及其它便携式电子产品中其工作电流的典型值为放音时icc 25ma录音时icc 30ma静态电流只有1a存储语音信息能保留100年可录放语音10万次通过串行外设接口spi与单片机连接可实现对语音芯片更加灵活的寻址和控制同时减少芯片的引出端数提高了芯片的使用灵活性由于声音录放采用了chip-corded 专利技术即声音无须ad转换和压缩就可直接存储不存在ad转换误差在一个记录位 bit 可存储多达250级声音信号相当于通常ad技术记录容量的8倍片内集成了晶体振荡器麦克风前置放大器自动增益控制抗混叠滤波器平滑滤波器声音功率放大器等只需很少的外围器件就可构成一个完整的声音录放系统其内部结构见附录2

29、isd4004芯片引脚功能描述 isd4004芯片的引脚图com isd4004芯片的引脚说明如下vccavccd供电电源端3v而且为了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模拟数字信号电源正端vssavssd接地线端芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线anain录音信号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值16mvanain-录音信号反相

30、输入端信号通过耦合电容输入最大幅度为峰值16mvaud out音频输出端可驱动5k的负载mosi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miso串行输出端isd未选中时本端呈高阻状态sclk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isdint 中断输出端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末尾eom标志只在放音中检测到内部的eom标志时此状态

31、位才置1rac行地址时钟漏极开路输出每个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2400line 该信号175ms保持高电平低电平为25ms快进模式下rac的21875s的高电平3125s为低电平该端可用于存储管理技术xclk外部时钟输入端不用时必须接地autcap自动静噪端用于当没有信号时自动减少噪音大信号不衰减时静音衰减6db3isd4004与spi总线的接口技术数据传输有串行和并行数据传输两种方式长期以来并行数据传输以其高速度而十分广泛的应用于各种设备如cpuram和打印机等串行数据传输仅在远距离数据上占据一定优势随着集成电路制造工艺的发展器件的速度大为

32、提高串行传输的速度的限制因此出现了大量带串行外围接口的集成电路这些芯片与并行接口芯片相比具有引脚少芯片体积小接口线少等优点它的应用范围也越来越广泛由于isd4004通过spi接口传送数据spi总线即serial peripheral interface串行外设接口是motorola公司推出的一种串行扩展接口是全双工同步通信口它可以使mcu与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息外围设置flashram网络控制器lcd显示驱动器ad转换器和mcu等接口一般使用4条线串行时钟线sck主机输入从机输出数据线miso主机输出从机输入数据线most和低电平有效的从机选择线ss 有的spi接口芯片带有中

33、断信号线int有的spi接口芯片没有主机输出从机输入数据线mosi 由于spi系统总线一共只需34位数据线和控制即可实现与具有spi总线接口功能的各种io器件进行接口而扩展并行总线则需要8根数据线816位地址线23位控制线因此采用spi总线接口可以简化电路设计节省很多常规电路中的接口器件和io口线提高设计的可靠性利用spi总线可在软件的控制下构成各种系统如1个主mcu和几个从mcu几个从mcu相互连接构成多主机系统分布式系统1个主mcu和1个或几个从io设备所构成的各种系统等在大多数应用场合可使用1个mcu作为控机来控制数据并向1个或几个从外围器件传送该数据从器件只有在主机发命令时才能接收或发

34、送数据其数据的传输格式是高位msb在前低位lsb在后spi总线接口系统的典型结构如所示当一个主控机通过spi与几种不同的串行io芯片相连时必须使用每片的允许控制端这可通过mcu的io端口输出线来实现但应特别注意这些串行io芯片的输入输出特性首先是输入芯片的串行数据输出是否有三态控制端平时未选中芯片时输出端应处于高阻态若没有三态控制端则应外加三态门否则mcu的miso端只能连接1个输入芯片其次是输出芯片的串行数据输入是否有允许控制端因此只有在此芯片允许时sck脉冲才把串行数据移入该芯片在禁止时sck对芯片无影响若没有允许控制端则应在外围用门电路对sck进行控制然后再加到芯片的时钟输入端当然也可以

35、只在spi总线上连接1个芯片而不再连接其它输入或输出芯片com由于isd4004提供了spi的串行接口因此用户可以通过单片机实现对该芯片的操作工作模式设置及寻址从而完成之间的数据交换为了能够正确地交换数据spi串行外设接口必须遵循一定的数据传输协议该协议具体如下1 所有串行数据传输从ss端下降沿开始 端在传送工程中应一直保持低电平在指令间为高电平 2 时钟信号在上升沿时锁存输入数据时钟信号在下降沿时输出数据3 录放音操作起始于 变低并通过miso给isd器件输入操作码和地址具体的操作码如下表3所表示4 操作码有五位地址码十一位5 每个操作包括信息快速检索结束出现eom标志或溢出时将产生一次中断

36、当下一个spi周期开始时此中断被清除信息快速检索允许用户跳过信息直到遇到eom标志内部地址指针加16 中断数据从isd器件的miso端输出的同时控制码及地址信号也从mosi 端输入读出中断数据和启动一个新的操作 7 运行位run置1启动操作置0时结束操作可在同一个spi周期内完成8 所有操作都在端上升沿开始执行的spi接口的控制位 spi的接口控制位commosi主设备输出从设备输入miso主设备输入从设备输出ovf溢出标志eom信号结束iab忽略地址控制位iab 1时 忽略地址寄存器a10a0位iab 0时使用a10a0位操作即当iab置0时录放音操作从地址a9a0开始为了能够连续录放音ia

37、b应在一行结束之前置1否则isd芯片将在同一个语音段重复操作这个特点在语音提示类产品中非常有用同时行地址时钟端与iab配合使用进行存储管理mc使信息检索mc 1时使能信息检索mc 0时取消信息检索pu上断电选择pu 1时上电pu 0时断电p 录放音选择p 1时放音p 0时录音 run 启动停止操作run 1时启动run 0时停止 p10p0行地址寄存器输出a10a0输入地址寄存器 isd4004与单片机的接口技术由于isd4004是在单片机的控制下实现工作因此单片机必须实现模拟spi总线的工作方式同时对isd4004工作状态进行查询如操作是否达到某一地址的末尾存储器是否溢出可以选用单片机的6个

38、io口分别与isd4004的misomosisclk 和rac 相连其中 是用作器件的片选信号misomosisclk 用于和单片机的数据通信控制isd4004的语音提示播放及查询等功能comd4004语音芯片与单片机的连接情况4 系统程序设计41 系统流程图系统流程图如下图图414com程图42 各功能模块软件设计com 解码电路数据提取程序关于mt8870芯片的各引脚的功能和相关的解码电路在前一章的硬件电路己经介绍其工作时序com其芯片的内部结构见附录只有当芯片的反相的输入端有音频信号的进来时经过一段时间延时以后在这一时间是系统的传输延时时间其内部的数字检测算法检测到音频信号时est端就出

39、现高电平随后stgt经过了一段电容充电的上升时间这时stgt端的检测出大于该芯片的内部参考电位vtst时stgt马上跳变为高电平这时再经过编码转换锁存在内部的寄存器后这时std端变为高电平且是随stgt端的电压低于vtst就变为低电平也表明了该芯片的解码工作己经结束所以我们利用std的下跳变作为单片机外部中断int1的信号源当std有下降沿到达时产生外部中断其解码以后的中断服务子程序数据接收程序如下同时toe端是内部芯片三态门的使能控制端为高电平有效表明允许接收数据421 mt8870的工作时序图解码中断服务程序mt8870 setb toe mov p10fh mov ap1 anl a0f

40、h mov r0a cjne acodeback setb signal clr ex0back inc r0push a reticom isd4004的地址分段特性和单片机寻址isd4004芯片尽管提供了地址输入线但它的内部各信息段的地址却无法直接读出通常情况下只能使用isd器件提供的不许要知道地址的操作模式这无法满足复杂或实时操作使用的要求为实现这些应用最好使用地址的直接操作isd分段地址不是通常意义上的字节地址单元而是信息的基本组成单位isd4004的内部有2840k字节的flash memory存储单元总共可以规划为2400行每个地址单元指向其中的一行具有2400个地址单元isd40

41、04的录放时间为960s因此它的分辨率为400msisd器件可以进行多段录放操作每一段称为一个信息段一个信息段由起始地址指针msp指定记录数据和信息结束标志eom三部分组成一个信息段占用一行或多行存储空间可以包含多个地址单元一个地址单元最多只能作为一个独立的段因此isd4004最多可以分为2400段isd系列芯片可由开发人员或用户任意录制播放需要的一段或几段语音等在听觉表达中最复杂的就是语音的组合它是将用户预存的多段语音选择顺序连续播放将字或词素组合成一句话甚至一段话播放出来从而实现最准确定量的语义表达例如欢迎使用家电远程控制系统请输入密码以号结束对不起你的输入有误再见等 isd4004是采用

42、模拟存取技术集成的可反复录放的960秒语音芯片掉电后语音不丢失最大可分2400段最小每段语音长度为400ms每段语音都可由地址线控制输出每400ms为一个地址由a0-a10的地址线控制用户录制的语音每一段结束后芯片自动设有段结束标志eom芯片录满后设有溢出标志ovfeom即自动停止放音单片机收到段结束标志eom就开始触发下一段语音的起始地址如此控制即可以将很多不同段的语音组合在一起成一句话放音出来实现语音的自动组合 这种控制方式有较强的通用性和方便性它不需要事先规定每段语音的时间长度总段数甚至不需要知道每段语音在isd4004芯片上的具体地址只要用户记住录入语音的段顺序即可控制各段语音的自由组

43、合 首先单片机89c51控制isd4004语音芯片从头至尾放音一遍它会将语音芯片中的每一段语音的起始地址都记录下来即完成了芯片搜索操作然后用户可按照rs232标准串口协议向单片机的rxd端发送合成指令单片机即将合成命令翻译成对应的语音芯片中各段语音的起始地址并控制语音芯片发出需要的语音一段结束后立刻又播发需要的下一段如此将一句话合成说完在单片机的tdx端将作为忙信号端使用当有语音输出时该端将保持低电平空闲时为高电平单片机遵循标准5v的rs232串口协议方式tdxrdx双线串口方式一无校验协议如下串口速率 4800 bitsaa aa静音延迟05秒dd 在一句话中停顿一会起逗号作用句结束放音存储

44、码ff ff tdx端放音忙信号低电平有效 空闲为高电平语音合成放音期间变为低电平输出数据码码址与语音段位序号对应如00为第一段01为第二段02为第三段每句话最多100段com 单片机控制语音芯片内部地址的获取根据isd器件的地址形成和分段特性我们可以连续录入多段信息不用考虑各段的地址录制完毕之后在播放过程中根据器件的输出信号确定各段的起始地址和结束地址在使用中我们利用89c51的内部定时器进行计时使用了外部中断捕捉eom跳变信号为提高计时的精度使用了自动重载的工作模式定时器在每个定时周期结束之后立即重新装入初值开始计时使每个定时周期之间没有隔离在这种模式下定时器是8位工作状态最大计时周期不到

45、06ms为产生400ms的定时周期采用多次定时产生一个周期的方法每个定时周期设定为05ms800次产生一个400ms的周期播放遇到eom标记eom引脚信号变底持续50ms之后变高isd器件的播放一直到eom由低电平回到高电平由于89c51外部中断的触发信号是高电平到低电平的跳变每次播放之前开放定时和外部中断开始播放时启动定时器播放结束时引发外部中断停止定时器计时在此之前每个400ms地址计数器值加1一直到播放结束为止此时地址计数器当前值与起始值之差值就是该段所占用的地址单元数从而在起始的基础上计算出结束地址isd4004的录放音控制实现都是利用软件使单片机的io口模拟spi的工作通信协议在指令

46、的控制下实现16分钟录放音其中程序和和流程见附录com 单片机的spi口的模拟由于at89c51单片机不具有spi接口因此我们必须用软件来模拟spi接口通信协议具体做法是用四个普通io口分别与isd器件的miso mosisclk和ss端相连其中与sclk相连的io口负责提供时钟脉冲所有的串行数据传送从ss脚下降沿开始在传送过程中ss端一直保持低电平指令期间为高电平始终上升沿数据输入isd时钟下降沿数据从isd输出用软件模拟spi接口时时序一定要正确at89c51单片机的指令执行时间为1us 12mhz晶振时 而isd4004芯片的spi时在ns级的所以用nop指令满足大部分时延的要求其流程图

47、comcom 系统程序 下面为总的具体主程序流程和程序部分见附录5 产品制作与调试51 产品的制作com pcb板的设计流程由于制作样品的是单面板下面给出pcb板制作的总体流程com dtmf远程控制装置的pcb设计1原理图绘制 产生原理图在进入protel 99后建立一个数据库文件如取名为mydesignddb然后进入该数据库打开文件夹documents打开编辑栏在该编辑栏的空白处单击鼠标右键从弹出的菜单中选择new新建sheet1的原理图文件打开该文件然后在环境设置中设置好相应的工作环境再进行原理图的绘制电气设计规则检查在画完电路原理图以后要进行电气法则测试于检验在电路原理图绘制的中产生错

48、误首先在 tools菜单项中选择erc执行erc命令后系统弹出setup electrical rule check对话框选中对话框中相应的项目然后确认erc即自动进行产生一个测试报告设计者可以根据该报告从新修改相关的错误或疏漏以后从属上述同样的操作生成网络表文件执行创建网络表命令designcreate netlist系统弹出netlist creation对话框对该对话框中preference和trace options两个标签页进行相应设置可生成所需要的网络表文件 2pcb板的规划 定义板框在绘制电路板之前首先要定义板框定义板框主要包括定义定义电路板的层数电路板的外形尺寸和形状等首先新建

49、一个pcb文档打开后点击编辑区下方的keep out层标签切换当前层为禁止布线层然后在上面绘制一个矩形板框执行designrules命令选择routing标签页的rules classes区中的routing layers规则将toplayer设置成not usedbottomlayer设置成vertical即把布线层设置在底层的单层板但同时自己也可以利用板框向导创建自定义模板这里不重复了电路参数设置因为设置pcb电路参数是为了更好地进行设计首先执行toolspreferences命令或快捷键tp将在弹出的preferences对话框中进行设置在该对话框中有六个选项卡分别为optiondisp

50、laycolorsshowhidedefaultssignal integrity选项卡在这里系统默认就行载入网络表和元件封装执行designnetlist命令打开载入网络表对话框在netlist file选项中输入所要载入的网络表文件名及路径网络表没有错误后按aduanced载入网络表载入网络表后电路板中会出现由元件封装和连接关系组成的一些凌乱的图形接下来就把这些凌乱的图形放置到适当的位置即元件布局元件布局元件布局可采用自动布局和手动布局两种方式在这里我们采用手动布局的方式进行设计规则设定 在布线前要进行配置配置主要design rules对话框中进行在这里我们将间距约束设置为10mil布线

51、拐角设定为45度拐角导线宽度将穿过中心芯片引脚的导线设置成06mm地线和电源线com其它导线为根据布线的方便性和电气特性设置成06mm 自动布线布线规则设定好后执行auto routeall命令将按布线规则和其它参数的设定对整个电路板进行布线 手动调整在自动布线的过程中线条较多有时达不到布线要求布线不完整所以需要进行手动调整在调整过程中可将布线集中的部位适当放宽有些线不能走通时只能设置跳线3输出板图将绘制好的pcb板打印到热转纸上面就可以pcb板的制作 52 pcb板的制作在设计好pcb板以后就开始制作电路板由于制作是单面板其过程包括下料热转印蚀刻和钻孔下面分别叙述制作过程下面简单的说明各步骤

52、 下料按板面的实际设计尺寸剪裁覆铜板可用小钢锯条沿边线锯开去掉四周的毛刺 热转印首先将pcb图打印到热转印纸后用热转印机转印到敷铜板上注意一般转印机温度加热到150摄氏度及在转印时转印纸和铜板之间不要出现折皱否则将影响板面上的线条的质量转印好后要等铜板上温度降低以后才能撕掉转印纸否则将会使打印在上面的线条一并撕掉同时板上温度也不要降得太低同样会将线条撕掉 蚀刻转印好的线路板必须经过检查修板直至确认无误后便可以进行腐蚀了通过化学物质把的非保护部分的覆铜腐蚀掉蚀刻可以通过一份固体三氯化铁兑两份水配置而成进行也可以用盐酸和双氧水11配置进行腐蚀步骤如下首先用塑料盆或陶瓷盆盛腐蚀液把要腐蚀的线路板浸没

53、在溶液之中来回晃动线路板以加快腐蚀速度腐蚀操作时要特别注意掌握蚀刻时间时间太长腐蚀过头会把线路板的线条弄细甚至烂掉造成废品这点在蚀刻的线条较细时尤为重要但是如果蚀刻时间太短则有些应该烂掉的铜箔还没有完全蚀刻掉也会影响线路板的质量增加修板的工作量一般来说新配置的腐蚀液的蚀刻时间约5分钟左右较陈旧的溶液须延长但若腐蚀时间超过2小时则必需更换新液其次清洗首先将腐蚀完的电路板用清水清洗掉腐蚀液后再有机溶液洗掉墨迹再用清水冲洗干净 钻孔蚀刻好的线路板仅仅是块半成品必须经过钻孔和刷助焊剂等工序线路板上的孔眼决定了焊接元件的位置直接关系到安装元件的质量因此要求按实际元件引脚的大小或图纸所标示尺寸钻孔孔眼必须

54、钻得正不能有偏歪的现象否则将为安装元件带来困难特别是在钻多脚元件及引脚较大的元件时更应注意在小型台式钻床上钻孔过程中注意钻床应取高速转钻头要锋利进刀不宜长太快以免将铜箔挤出毛刺钻完孔后用细纱布清除板上的粉尘然后在焊盘涂上酒精这样一块pcb板就好了53 元器件的安装com 元器件安装的基本要求与原则制造电子产品可靠与安全是两个重要因素而零件的安装对于保证产品的安全可靠是至关重要的下面列述一下安装时应遵循主要的基本要求与原则1 安装的基本要求 保证导通与绝缘的电气特性电气连接的通与断是安装的核心这里所说的通与断不仅是安装后简单地使用万用表测试的结果而且要考虑在震动长期工作温度等自然条件变化的环境中

55、都能保证通者恒通断者恒断 保证机械强度电子产品在使用过程中不可避免的需要运输和搬动会发生各种有意或无意达到震动冲击如果机械安装不够牢固电气连接不够可靠都有可能因为加速度的瞬间受力使装置受到损害 保证传热的要求在安装中必须考虑某些零部件在传热电磁方面的要求 安装时接地与屏蔽要充分利用接地与屏蔽一是消除外界对产品的电磁干扰二是消除产品对外界的电磁干扰三是减少产品内部的相互电磁干扰2安装元器件时应注意以下原则 为避免因元器件发热而减弱铜箔对基板的附着力并防止元器件的裸露部分同印制导线短路安装时元器件应离开面板约12mm 装配时应该先安装那些需要机械固定的元器件在此装置中如稳压管中心芯片插座 各种元器

56、件的安装应该使它们的标记用色码或字符标注的数值精度等朝上面或易于辨认的方向并注意标记的读书方向一致从左到右或从上到下在安装元件时应与焊接同步进行操作54 元器件的焊接焊接是制造电子产品的重要环节之一如果没有相应的工艺质量保证如何一个设计精良的电子装置都难以达设计指标对焊点的基本要求 可靠的电气连接焊接是电子线路从物理上实现电气连接的主要手段锡焊连接不是靠压力而是靠焊接过程形成的牢固连接的合金层达到电气连接的目的 足够的机械强度焊接不仅起到电气连接的作用同时也是固定元器件保证机械强度连接的手段 光洁整齐的外观良好的焊点要求焊料用量恰到好处外表有金属光泽没有拉尖桥接等现象并且不伤及导线的绝缘层及相邻元器件接前的准备位了提高焊接的质量和速度避免虚焊等缺点应该在装配以前对焊接表面进行可焊性处理镀锡镀锡实际上就是液态焊锡对被焊金属表面浸润形成以层既不同于被焊接金属又不同于焊锡的结合层由这个结合层将焊锡于待焊金属这两种性能成分都不相同材料牢固连接起来镀锡有以下工艺要求 待镀表面应该清洁 温度要足够高被焊金属表面的温度应该接近焊锡融化时的温度材能于焊锡形成