基于单片机的家用电器电话遥控装置设计

1、 哈尔滨学院本科毕业论文（设计）题目：基于单片机的家用电器 遥控装置设计院（系）：理工学院专 业：电子信息工程年 级：2006级姓 名：学 号：指导教师：职 称：2010 年 6 月 19 日目 录 TOC o 1-3 u 摘 要 PAGEREF _Toc264923531 h 1Abstract PAGEREF _Toc264923532 h 2前 言 PAGEREF _Toc264923533 h 3第一章 绪论 PAGEREF _Toc264923534 h 41.1 固定 通信原理简述 PAGEREF _Toc264923535 h 4信令系统概述 PAGEREF _Toc264923

2、536 h 4用户电路 PAGEREF _Toc264923537 h 51.2 系统设计要求及设计方案 PAGEREF _Toc264923538 h 7家用电器 遥控系统设计的具体要求 PAGEREF _Toc264923539 h 7家用电器 遥控系统设计的方案 PAGEREF _Toc264923540 h 7第二章 硬件电路设计 PAGEREF _Toc264923541 h 92.1 单片机的选型与引脚分配 PAGEREF _Toc264923542 h 9单片机的选择 PAGEREF _Toc264923543 h 9单片机端口分配 PAGEREF _Toc264923544 h

3、 92.2 振铃检测与模拟摘挂机电路 PAGEREF _Toc264923545 h 10振铃检测电路设计 PAGEREF _Toc264923546 h 10模拟摘挂机电路设计 PAGEREF _Toc264923547 h 112.3 接口电路设计 PAGEREF _Toc264923548 h 122.4 DTMF解码电路设计 PAGEREF _Toc264923549 h 122.4.1 DTMF解码电路原理 PAGEREF _Toc264923550 h 122.4.2 DTMF解码电路设计 PAGEREF _Toc264923551 h 132.5 键盘与显示电路设计 PAGERE

4、F _Toc264923552 h 142.6 密码存储电路设计 PAGEREF _Toc264923553 h 16串行接口基础 PAGEREF _Toc264923554 h 16密码存储电路原理 PAGEREF _Toc264923555 h 162.7 语音提示电路设计 PAGEREF _Toc264923556 h 17语音芯片选型及应用技术 PAGEREF _Toc264923557 h 17语音提示电路原理图设计 PAGEREF _Toc264923558 h 182.8 输出控制电路设计 PAGEREF _Toc264923559 h 18第三章 软件设计 PAGEREF _T

5、oc264923560 h 203.1 系统主程序设计 PAGEREF _Toc264923561 h 20系统工作过程 PAGEREF _Toc264923562 h 20系统主程序流程图 PAGEREF _Toc264923563 h 203.2 密码服务程序设计 PAGEREF _Toc264923564 h 21单片机模拟SPI串行接口控制编程 PAGEREF _Toc264923565 h 21密码拾取子程序设计 PAGEREF _Toc264923566 h 22密码修改程序设计 PAGEREF _Toc264923567 h 223.3 键盘与显示程序设计 PAGEREF _To

6、c264923568 h 23键盘扫描程序设计 PAGEREF _Toc264923569 h 233.3.2 LED动态显示程序设计 PAGEREF _Toc264923570 h 243.4 语音提示控制软件设计 PAGEREF _Toc264923571 h 25使用SPI串行接口控制ISD4004基础 PAGEREF _Toc264923572 h 25语音提示程序流程图 PAGEREF _Toc264923573 h 26参考文献 PAGEREF _Toc264923574 h 28附 录 PAGEREF _Toc264923575 h 29后 记 PAGEREF _Toc26492

7、3576 h 30摘 要智能控制开始越来越多的进入人们的视野，小到儿童的玩具，大到工业自动化控制，处处都活跃着智能控制的身影。家用电器 遥控装置以部分标准程控交换信令作为系统控制命令的载体，以路基移动通信网（PLMN）和公共 交换网（PSTN）作为控制命令的传输介质，使用户在户外即可利用个人用户终端（固定 或者移动 ）发送DTMF双音多频信号，经程控交换机处理后由用户线传输到家电控制系统。系统在完成DTMF解码后译出BCD码，对控制命令进行分析处理后发送至各个控制器，实现对家用电器的远程控制功能。为方便用户操作，控制系统添加了语音提示功能，语音芯片在单片机的控制下播放所需的语音，话音通过 接口

8、电路的麦克风采集后经用户线传给 交换机，这样用户既可以在个人用户终端设备听到提示话语。系统设计以AT89S51为处理器核心，用DTMF解码芯片MT8870对双音多频信号进行解码，用SPI串行接口控制EEPROM芯片25C04和语音录放芯片ISD4004，实现密码存储和语音提示功能，使用继电器完成对家用电器电源的接通和切断实现电器的开启和关闭，完成了家用电器 遥控装置系统的设计工作。关键词：远程控制；家用电器；双音多频；语音；单片机AbstractIntelligent control has more and more came into peoples eyes. We can find t

9、hem easily from the toys of children and the automated machines in the works. By using CCITT and SPC exchange order of Chinese standard as the carrier of system control order and PLMN & PSTN as transmitted medium, the intelligent telephone remote control system can realize the remote control to the

10、household appliances, which makes the fixed phone or mobile phone send the DTMF signals, the switchboard will treat with the signals and then they will be transmitted to the intelligent control system through the telephone lines. The system will decode the DTMF signals and then get the relevant bina

11、ry code. After the analysis by the system they will be sent to the controllers. For the convenience of users, the intelligent telephone remote control system has the function of play warming tone. Under the control of single chip, the voice chip can play the right warming tone when needed. The warmi

12、ng tone will be collected by the microphone of the telephone interface circuit, then it will be sent to the telephone switchboard. Thus the user can hear the voice. We designed the control core with the single chip of AT89S51, the DTMF decoder of MT8870, EEPROM of 25C04 and warming tone chip of ISD4

13、004 which are controlled by using the SPI. We use relays to make-up or cut off the electrical source of the household appliances. Thus we realize the remote control to the household appliances.Key words: remote control; household appliances; DTMF; warming tone; single chip前 言从20世纪90年代开始，数字化技术取得了迅猛的发

14、展并日益渗透到各个领域。随着Internet网向普通家庭生活不断扩展，消费电子、计算机、通讯一体化日趋明显，智能化信息家电产品开始进入社会和家庭。智能化家电由于其安全、方便、快捷、智能等特点在21世纪必将成为现代社会和家庭的新时尚。三年前，提及“智能家居”还只是一个遥不可及的概念，而如今随着人们生活水平的提高，以及一浪高过一浪的房地产热潮，中国的智能家居行业取得了迅猛的发展并日益渗透到平常百姓的生活当中。据业内人士估计，2010年智能家居全球市场规模将达到5800亿美元，届时将有9亿个家庭使用数字化设备。中国每年在智能家居领域有超过700亿元的市场份额，并以20%的速度增长。一些巨头企业也跃跃

15、欲试，都想在智能家居行业中争得市场份额。国内智能家居市场处于快速发展阶段。以可视对讲企业为主的厂家纷纷将自己原本单一的产品进行了技术整合，加入智能家居控制的功能，以期在智能家居市场上分得一杯羹。除此之外，照明、布线箱、音响、网络家电等IT厂商也都充分利用各自的资源来争夺智能家居市场。家用电器 远程控制是一种基于公共 网络系统的远程控制技术，它不需要占用无线电频率资源，更不需要专门的布线，减少了人们生活空间的电磁污染，且控制系统的时效性和可靠性也很好。随着我国经济的高速发展，国内通信设施进一步完善，固定 、 的用户总数已超过2亿，这为 远程控制系统的推广普及创造了良好的基础。利用现有的个人通信终

16、端，实现基于陆基移动通信网（PLMN）和公用 交换网（PSTN）的 控制系统可以充分整合现有资源使之发挥更大功能，给人们生活带来极大方便。理论上交换机发出的各种信号都可以通过软件编程而识别，通过单片机对发出的脉冲信号来检测信号单位时间内的脉冲个数计算出其频率，完成信号音的识别，进而通过程序实现相应操作。但是考虑系统的可靠性和稳定性，选择硬件来实现振铃音检测、双音多频信号解码等功能更加方便可行，因为这些技术已经比较成熟，且可供选择的专用集成IC种类也已相对齐全。模拟摘挂机和家用电器的控制必须使用具体硬件电路来实现。振铃音计数、密码校验、密码修改、输入命令分析以及电器状态查询等功能使用软件编程方式

17、比较简单。经调查发现人们对智能化家具的认可度较高，所以该系统具有潜在市场。设计使用方面，该系统借助家庭固定 网络传送控制命令信号，由单片机系统进行命令分析，由继电器控制家用电器，无需对固定 或者家电做太大改动，安装方便。总之，该系统有市场，安装方便，实用简单，所以是具有研究和开发价值的。第一章 绪论1.1 固定 通信原理简述信令系统概述1.信令信令系统是通信网的重要组成部分。 通信过程分成三个阶段：呼叫建立，通话和呼叫拆除1。信令是在呼叫建立和呼叫拆除过程中用户和交换机之间、交换机和交换机之间都要交互一些以协调相互的动作的控制信息。2.用户线信令用户信令是用户和交换局之间在用户线上传送的信令。

18、用户通话信令和流程如图1-1所示，它是两个用户通过两个交换局进行通话的接续示意图。主叫发端交换机A收端交换机B被叫摘机信令送拨信令占用信令选择信令振铃信令应答信令回铃音信令通话挂机信令向后挂机信令挂机信令向前挂机信令拆线证实信令局间信令用户线信令用户线信令应答信令拨号信令图1-1 用户通话信令及其流程图1-1中主叫发端局、终端局被叫间传送的信令就是用户线信令。它包括：用户状态信令，选择（地址）信令，铃流和各种信号音。用户状态信令由 机叉簧产生，通过闭合获切断直流回路，用以启动获复原局内设备，主要包括摘机、挂机等。一般用户信令为直流信令。选择信令是用户发送的拨号（被叫号码）数字信令。在使用号盘话

19、机及直流脉冲按键话机的情况下发出直流脉冲信号，在使用多频按键话机的情况下，发送的信号是由两个音频组成的双音多频信令。铃流及各种信号音是交换机向用户设备发送的振铃信号，或在话机受话器中可以听到的可闻信号，如拨号音、回铃音、忙音、长途通知音和空号音等。3.DTMF双音多频拨号用户向交换机发送的信号主要是被叫号码，它包括两种形式：直流脉冲和双音多频（DTMF即Dual Tone Multi Frequency的缩写）。当今应用较多的是DTMF拨号方式。DTMF信号的构成如表1-1所示。表1-1 键盘与DTMF频率对应关系表高频低频1209Hz1336Hz1477Hz1633Hz697Hz123A77

20、0Hz456B852Hz789C941Hz*0#D如表1-1所示，DTMF有两组频率信号组成：高频和低频。高频和低频信号每组有4个频率，每一个DTMF信号都是由一个高频信号和一个低频信号组成，这样两组频率信号共能表示16种信息，分别对应09、*、#、AD2。用户电路1.模拟用户电路用户电路是程控交换机通过用户线与用户终端设备相连的接口电路，由于用户线和用户终端有数字和模拟之分，所以用户线电路也有两种：模拟用户电路和数字用户电路。模拟用户电路是程控交换机通过模拟用户线与模拟终端设备相连的接口电路；数字用户电路是程控交换机（ISDN交换机）通过数字用户线与数字终端设备相连的接口电路。我们只介绍模拟

21、用户电路。2.模拟用户电路功能模拟用户电路的功能框图如图1-2所示。用户 机振铃检测极性倒换开关过压保护开关馈电电路混合电路编码电路测试开关平衡电路监视电路测试总线振铃总线极性倒换控制监视信号图1-2 模拟用户电路的功能框图如上图所示模拟用户电路的功能可归纳为以下BORSCHT七个功能。（1）B（battery feeding）馈电在 通信中，交换机通过用户线向用户终端设备提供通信的电源，这种馈电功能是由交换机的用户电路完成的。（2）O（over voltage protection）过压保护为了防止高压的袭击，交换机一般采用两级保护措施，第一级保护是在总配线架上安装避雷设施和保护器（气体放电

22、管），第二级保护就是用户电路的过压保护。（3）R（ringing control）振铃控制向用户振铃的振铃电压一般较高，我国规定的标准是90V MACROBUTTON MTEditEquationSection2 方程部分(下一个) SEQ MTEqn r h * MERGEFORMAT SEQ MTSec h * MERGEFORMAT 15V、25Hz交流电压作为铃流电压，铃流电压一般是通过继电器控制或高压电子器件向话机提供的。（4）S（supervision）监测为完成 呼叫，交换机必须能够正确判断出用户线上的以下三种情况： = 1 * GB3 用户话机的摘挂机状态； = 2 * GB3

23、 用户话机（号盘）发出的拨号脉冲； = 3 * GB3 投币、磁卡等话机的输入信号。（5）C（CODEC&filters）编译码和滤波编译码器的任务是完成模拟信号和数字信号之间的转换。（6）H（hybird circuit）混合电路混合电路用来完成二/四线转换。用户话机的模拟信号是二线双向的，数字交换网络的PCM数字信号是四线单向，因此，在编码以前和译码之后一定要进行二/四线转换。（7）T（test）测试用户电路可配合外部测试设备对用户设备进行测试。用户电路除以上七项基本功能外，还具有主叫号码显示，计费脉冲发送，极性反转等功能。1.2 系统设计要求及设计方案家用电器 遥控系统设计的具体要求（1

24、）控制系统能够通过 终端通信设备对异地电器实现智能控制；（2）控制系统能够实现自动模拟摘机，实现双方通信；（3）远程控制要有密码保护功能，避免误操作发生危险；（4）控制密码能方便被用户修改，应具有断电保护功能；（5）具有现场操作功能，并尽量节约成本；（6）控制系统要有语音提示功能，方便用户操作。1.2.2家用电器 遥控系统设计的方案1.设计思路为实现控制系统的功能，完成设计要求，采用模块化设计，以单片机为核心，由控制机（固定 ）通过 网络线路传送控制信息至单片机，由单片机控制相应动作，从而实现系统的远程控制功能。系统框图如图1-3所示。键盘LED显示密码存储振铃检测与模拟摘挂机电路DTMF解码

25、电路 接口电路语音控制电路输出控制电路用户 机家电1家电N单 片 机用户线图1-3 家用电器 遥控系统框图2.各部分功能概述（1）单片机：主要是接收控制信息，控制语音电路提示用户操作，经行密码校验、控制摘机和挂机、控制密码存储和输出控制命令；（2）键盘与LED显示：修改/显示密码、控制代码等方便人机交换；（3）密码存储电路：存储密码信息；（4）振铃检测与模拟摘挂机电路：传递振铃信号并在单片机控制下实现模拟摘挂机操作；（5） 接口电路：作为操作系统与用户 机的接口电路，完成控制信息的传递，并将语音信息传递到用户线；（6）DTMF解码电路：对DTMF双音多频信号进行解码并将解码后BCD码数据传送给

26、单片机；（7）语音控制电路：存储语音信息，在单片机控制下放音以提示用户操作；（8）输出控制电路：执行单片机的控制操作，实现家用电器的远程控制功能；（9） 机：控制操作的平台。第二章 硬件电路设计 单片机的选型与引脚分配单片机的选择控制系统的主控部分是单片机配合软件来完成信息的记录和处理，实现对操作密码的校验或修改；控制其他部分完成预定的操作，进而实现对家用电器的控制。ATMEL公司推出的AT89系列单片机是以8051为基核而开发生产的，是目前市场上比较流行的单片机系列之一，也是工程设计人员经常选用的芯片。对于用户而言，使用它具有一下两点优势：（1）内含Flash程序存储器，用户程序可以电写入或

27、者擦除；（2）与8051芯片引脚兼容，极大方便了产品设计过程中的调试工作。AT89系列单片机包括两大类：一类是常规的Flash系列，这类单片机必须采用常规的并行编程；另一类是在线可编程的ISP Flash（In System Programmable Flash）系列，这类单片机还可以在线通过SPI口串行接口编程。结合系统功能的需要和设计成本两个方面，根据程序的大小、接口电路的规模，选用ATMEL公司的AT89S51单片机即可满足设计要求，故用之作为控制器的核心。该单片机内含4KB的Flash程序存储器，存储空间大小能满足要求且系统程序可反复写入与擦除，便于调试。2.1.2单片机端口分配AT8

28、9S51单片机可用于I/O口的引脚共有32个，分别是，和；有两个定时/计数器输入引脚T0和T1；还有两个中断输入和。单片机端口分配如表2-1所示。表2-1 单片机端口分配端口功能引脚分配P0数据/地址总线P1摘挂机控制家电控制P24位BCD控制码采集片选控制25C04ISD40048155P3模拟SPI端口MOSIMISOSCLK振铃计数中断输入MT8700ISD40048155读写控制写读 振铃检测与模拟摘挂机电路振铃检测电路设计1.振铃信令当没有振铃信号时，线路上的供电电压为-48V（部分交换机为60V）；当用户被呼叫时，程控交换机向被叫用户发送铃流信号。程控交换机向用户振铃的振铃电压一般

29、较高，我国规定的标准是90V MACROBUTTON MTEditEquationSection2 方程部分(下一个) SEQ MTEqn r h * MERGEFORMAT SEQ MTSec h * MERGEFORMAT 15V、25Hz交流电压作为铃流电压，采用5S断续，其间1S送、4S断。2.振铃检测原理根据振铃信号电压较高的特点，可以先经过桥式整流后经光耦输输出方波脉冲至单片机处理3。振铃检测电路原理图如图2-1所示。图2-1 振铃检测电路 当没有振铃信号时，线路-48V的供电电压经四个二极管构成的全桥整流后，不足以使62V稳压管导通，振铃信号输出端电压接近0V，当振铃信号到来时，

30、线路上的90V交流振铃信号经全桥整流变换成90V的脉动直流电压，其峰值足以击穿耐压值为62V稳压管，经电阻给光耦提供电压，从光电耦合器输出的波形是时通时断的方波信号，可以直接输出至单片机的中断输入引脚T0，单片机可以根据振铃信号光电转换后的高低电平检测有无振铃。模拟摘挂机电路设计1.摘挂机信令根据ITU及国家标准规定：不论任何 机，摘机状态的直流电阻应300，有“R”键的电子 机的摘机状态直流电阻应350。在挂机状态下，其漏电流5A。当用户摘机时， 机通过叉簧接上约250的负载，使整个 线回路流过约30mA的电流。交换机检测到该电流后便停止铃流发送，并将线路电压变为十几伏的直流，完成接续。2.

31、模拟摘挂机原理模拟摘挂机电路原理图如图2-2所示。图2-2 模拟摘挂机电路当单片机对振铃脉冲计数值达到软件设定值（比如8）时，单片机发出摘机命令，此时继电器K1上电，在 用户线之间接入了150电阻。程控交换机检测到用户线之间的电阻减小，即认为被叫用户已摘机，之后便停止发送振铃信号，通话双方之间建立通话线路，进入正常通话状态。当系统完成操作后单片机发送挂机命令，继电器K1失电，断开用户线之间的150电阻，程控交换机检测到这个变化之后即认为用户已挂机，之后会拆除双方通话线路，结束通话。 接口电路设计 接口电路是系统与 网络连接的端口，将用户线上的音频信号传给DTMF解码电路，并可将系统操作的语音提

32、示音反馈给交换机。为减少外围元件，提高电路的稳定性， 接口电路主电路采用通话集成电路MC34014。 接口电路的设计已经比较成熟，在这里我采用了MC34014 接口标准电路。为了提高接收信号的质量，从受话器输出端口取音频信号送DTMF解码电路。 接口电路原理的设计电路如图2-3所示。图2-3 接口电路设计如图2-3所示， 接口电路左边两个输入引线直接接 用户线经全桥整流后输出的引脚，MC34014的第8和第9引脚接DTMF双音多频解码电路，以便将用户线上的DTMF双音多频信号采集下来传送给MT8700进行解码；同时MC34014外接的MK1还能将语音芯片播放的操作提示话语收录下来传送到用户线上

33、交给程控交换机处理。 DTMF解码电路设计AB机之间建立正常通话电路后，此时如果再从A机输入一组号码，交换机不会将之视为用户拨打号码处理，这时可从B机直接听到A机所拨号码的双音多频组合音。双音多频信号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 键盘按键与双音多频信号的对应关系。 DTMF解码电路原理使用集成电路进行双音频信号的解码不但外围电路简单，可靠性也很强。进过专用集成电路的解码，把双音频信号转换成不同的码制信号，可以直接被单片机读取3。目前有很多家公司生产双音多频信号解码电路，便于与单片机并行通信的有MITEL公司的MT8870和HOLTEK公司的HT

34、9170等，便于与单片机串行通信的有Motorola公司的MC145436。本设计中采用精度高稳定性好的MT8870来实现双音多频信号解码。MT8870是一种带呼叫进展过滤器的单片双音多频收发器。它包括一个带增益可调放大器的DTMF接收器和一个DTMF发送器。其中滤波电路采用高频群和低频群两个六阶开关电容带通滤波器，解码采用数字计数器技术来确定输入的DTMF音调的频率，并将其译成标准的四位二进制码。发送器采用开关电容D/A变换器。MT8870提供了一个标准的微处理器总线接口，可以直接与AT89系列单片机和微机通信。它从接收端接收来自 机的双音多频信号，该双音多频信号先经其内部的拨号音滤波器，滤

35、除拨号音信号，然后经前置放大后送入双音频滤波器，将双音频信号按高，低音频信号分开，再经高、低群滤波器，幅度检测器送入输出译码电路，经过数字运算后，在其数据输出端输出相对应的二进制码。转换数据表如表2-2所示。表2-2 转换数据表输入DTMF对应键码输出BCD码低频Hz高频HzD3D2D1D06971209100016971336200106971477300117701209401007701336501017701477601108521209701118521336810008521477910019411336010109411209*10119411477#11002.4.2 DTMF

36、解码电路设计MT8870具有拨号音抑制和模拟信号输入可调功能，所以在设计MT8870双音多频信号解码电路时，只需外加一些阻容元件即可。DTMF解码电路如图2-4所示。图2-4 DTMF解码电路MT8870的连线如图2-4所示，它的第6、3引脚接收来自 机的双音多频信号， MT8870的数据输出端Q1Q4连到单片机的P2.0P2.3，单片机通过P2口采集并识别4位二进制代码。为了使单片机及时获取有效数据，MT8870的STD有效端经反相后接CPU的引脚。当MT8870获取有效双音多频信号后STD电平由低变高，再反相为低，CPU检测到引脚低电平后，指示P2口接收有效二进制代码。而无效的双音频信号（

37、 线路杂音、人们的语音信号等）是不会引起MT8870的STD端发生变化的。 键盘与显示电路设计由于键盘和显示会占用大量的单片机引脚，而单片机的引脚资源有限，故采用8155扩展芯片组建键盘及显示接口电路。8155芯片是单片机应用系统中广泛使用的芯片之一，其中包含256字节的SRAM，两个8位并行口，一个6位并行口和一个14位计数器（当输入脉冲频率固定时，还可以作为定时器使用），它与单片机的接口非常简单。AT89S51单片机可以与8155直接连接而不需要附加任何电路，即可使系统增加256字节的RAM，22位I/O线及一个计数器。8155与单片机的连接电路如图2-5所示。P0ALERDWRRESET

38、EAAD0AD7CEIO/MALERDWRRESETTIMER INTIMER OUTABCAT89S518155图2-5 单片机与8155的连接8155的RAM地址因P2.7（A15）=0及P2.6（A14）=0，故可选为00111111 00000000B（3F00H）00111111 11111111B（3FFFH）。8155的I/O端口的地址如表2-3表所示。表2-3 8155芯片地址分配A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0I/O口01000命令/状态01001A口01010B口01011C口01100计数器低8位01101计数器高6位及方式由于

39、8155接口芯片含有单片机应用系统扩展常用的资源，所以可以方便的利用8155构成键盘和显示接口电路。用8155扩展的键盘与显示电路如图2-6所示。图2-6 显示与键盘电路图2-6中8个显示器采用共阴极的LED，LED的段显示数据由8155的B口提供，74LS07起到驱动作用，LED的位选信号由8155的A口经反相器74LS06反向后，若要显示某一位数据，只要将该为的位选信号口置1，然后再由B口送所需的段显示数据即可。键盘的列扫描输出也由A口提供，键盘的行输入由C口采集。 密码存储电路设计串行接口基础串行接口有两大类：一类是用于芯片之间传输信息的串行总线或接口，例如、SPI、SCI、Microw

40、ire和1-wire等串行总线接口；另一类是用于不同设备之间进行交换信息的串行接口，例如RS-232、RS-422、RS-423、IEEE 1394、USB串行接口等。密码存储电路设计中采用可与单片机进行串行通信的存储芯片。由于串行EEPROM涉及到串行通信协议规约，所以串行EEPROM不同于传统的存储器。串行EEPROM是可在线电擦除和写入的存储器，具有体积小，接口简单设局保存可靠、可在线改写、低功耗等特点，而且是低压写入，在单片机系统中应用广泛。常用串行EEPROM按总线形式可分三种，即总线、Microwire总线和SPI/SCI总线。串行总线接口SPI是美国摩托罗拉公司开发的串行接口，S

41、PI（Serial Peripheral Interface）是一种同步串行接口，目前这种串行接口的推广应用速度很快。SPI总线系统可直接与多个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，该接口一般使用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MOSI和低电平有效地从机选择线。密码存储电路原理1.存储器芯片选型Microchip公司的25C04串行接口EEPROM采用简单的SPI兼容串行总线结构，用时钟（SCK）、数据输入（SI）、数据输出（SO）三总线进行数据传输，片选信号（）控制器件的选通。对于片内不带SPI串行总线接口的AT89系列单片机，也可通过普

42、通的I/O口用软件编程的方式模拟实现与25C04间的接口。2.密码存储电路原理设计AT89系列单片机没有专门的SPI串行通信接口，所以要用软件编程的方法模拟SPI通信协议才能实现AT89系列单片机与25C04存储芯片的SPI通信4。EEPROM串行接口芯片25C04在设计中与单片机连接的电路图如图2-7所示。图2-7 单片机外接EEPROM芯片电路原理图 语音提示电路设计语音芯片选型及应用技术设计中采用可以由单片机进行串行通信控制的ISD4000系列语音芯片。ISD4000系列单片语音录放器件是用CMOS工艺实现的高语音质量。3V工作电压的集成电路芯片，特别适用于移动 等各种便携式设备。为了给

43、设计的系统足够的后期扩展空间，设计中采用了录放音时间较长的ISD4004-08M芯片，这个芯片的录音时间长达8min，输入采样频率是，典型的滤波通带是。ISD4000系列的串行操作是通过SPI串行接口实现的，SPI串行接口协议如下：数据传输协议设定微控制器SPI的移位寄存器是由串行时钟SCLK的下降沿驱动。而对于ISD4000系列器件，在时钟上升沿锁存MOSI引脚的数据，在下降沿将数据送到MISO引脚。语音提示电路原理图设计ISD4000系列语音芯片的录音和放音电路设计方法已比较成熟，我在这里直接借鉴而不做太大变动即可满足系统对语音处理的要求。考虑到本次设计的产品时要面向千家万户的，所以在设计

44、中充分考虑产品的实用性，故不向ISD4004语音芯片中录入一成不变的提示声音。在设计语音提示放音电路的同时加入了录音电路，方便具体用户现场录入各自所需的操作控制提示语音。ISD4004在系统中应用的电路设计原理图如图2-8所示。图2-8 语音提示电路原理图由于ISD4004语音芯片必须使用SPI接口与外部的语音控制器（AT89S51）通信，而设计所使用的AT89系列单片机没有专门的SPI接口硬件模块，所以在编程的时候，同样需要采用软件模拟SPI协议时序的方法来控制ISD4004语音芯片。 输出控制电路设计家电远程控制系统通过对继电器的闭合实现对受控电器的控制。因此，在单片机与受控电器之间必须设

45、置一个驱动接口电路5。本系统采用美国TexasInstruments和Sprague公司开发的ULN2003A芯片，来关闭与开启继电器开关。ULN2003A采用七路达林顿驱动器阵列,是专门用来驱动继电器的芯片，每一路为集电极开路的反相器(相当于OC门)，每个内部反相器的输出端还接有续流二极管，具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点，适应于各类要求高速大功率驱动的系统。继电器是本系统的执行机构，选用HKEHRM2H-S-DC12V-C继电器。该继电器主要用于交流50Hz/60Hz，电压至380V，直流电压至220V的控制电路中及额定电流至30A的电力线路中，接通和分断电路，这

46、种继电器体积小，负载能力强，在功率因数为的情况下能输出8A电流，可以满足大多数家用电器的控制启动和关闭工作。输出电路设计原理图如图2-9所示。图2-9 输出控制电路P1.7输出，控制命令先经74LS04反向后输入到ULN2003，由ULN2003来直接驱动继电器。图中与继电器线圈并联的二极管用于继电器线圈掉电瞬间续流作用。若要开启某一个家用电器，只要将相应位口写1，反向后即可在相应继电器线圈上建立电流通路，若要关闭某一个家用电器，则要向相应位口写0.第三章 软件设计 系统主程序设计系统工作过程当用户被叫时，程控交换机即将向被叫用户发送振铃信令。振铃信号经振铃检测电路变换成单脉冲，这个脉冲输入到

47、单片机的定时计数器T0引脚。单片机对这个脉冲进行计数，达到事先设定的数值之后即认为家中无人，随后发送摘机命令，控制模拟摘挂机的继电器线圈上电，常开触点闭合接入150电阻达到模拟摘机效果。此时通话双方之间建立了正常的通话线路。单片机控制语音芯片播放提示语音，用户在语音提示下继续操作。软件会对用户进行身份确认，若用户连续3次输入错误密码将直接挂机。身份确认后用户可按照提示输入控制命令，单片机将会对控制命令进行识别分析，然后通过控制相应家电的继电器上电与掉电完成对家用电器的控制。系统主程序流程图系统主程序是系统正常工作的基础。系统的主程序是紧紧围绕系统工作流程设计的，其流程图如图3-1所示。振铃脉冲

48、计数是否到设定值模拟摘机密码拾取身份是否合法命令识别控制输出是否挂机模拟挂机语 音 提 示NYNYNY开始结束图3-1 系统主程序流程图 密码服务程序设计单片机模拟SPI串行接口控制编程对于不含SPI串行接口的单片机AT89S51来说，要用其实现SPI串行协议对EEPROM芯片25C04进行读写操作，必须使用软件编程的方法模拟实现SPI串行通信协议。设计中使用、和来分别模拟SPI串行接口的MISO、MOSI和SCLK。对于在SCK的上升沿输入（接收）数据和在SCK下降沿输出（发送）数据的器件，一般应将将其串行时钟输出口的初始状态设置为1，而在允许接口后在配置为0。这样单片机在输出1位SCK时钟

49、的同时，将使接口芯片串行左移，从而输出一位数据至单片机的；此后再置为1，使单片机从口输出1位数据至串行接口芯片。至此，模拟1位数据输入输出结束，此后再置为0，模拟下一位数据输入输出，依此循环8次，即完成1次通过SPI总线传输8位数据的操作。对于在SCK下降沿输入数据和上升沿输出数据的器件，则应先置为0，即在接口芯片允许时，先置为1，以便外围接口芯片输出1位数据，之后再置为0，使外围接口芯片接收1位数据，从而完成1位数据的传送。密码拾取子程序设计 以下程序可以实现从单片机的（模拟MISO引脚）读取8位数据，放进R0。PCODE：； /*串行时钟输出口的初始状态设置为1*/ MOV R1，#08H

50、； /*设置传输数据位数*/PCODE1：； /*允许接口后在配置串行时钟输出口为0*/ NOP； /*短暂延时*/ NOP MOV C，； /*读MISO引脚数据*/ RLC A DJNZ R1，PCODE1； /*循环读取数据*/ MOV R0，A RET密码修改程序设计密码修改程序用于用户在线修改或者使用键盘现场修改用户操作密码。软件设计中将用户通过在线状态输入的密码或者通过现场使用键盘输入的密码存入寄存器R5中，将通过以上两种方法设置的新密码放入R6中，将第二次输入的新密码放入R7中。密码修改的程序流程图如图3-2所示。输入原始密码密码是否正确输入新密码重新输入新密码密码是否相同修改命

51、令确认是否修改新密码写存NNNYYY开始返回图3-2 密码修改程序流程图 键盘与显示程序设计硬件设计中键盘和LED显示电路是由8155扩展芯片组建的，这样在软件编写时可以将他们嵌到在一起。具体做法就是在等待按键释放或者有键按下后去抖动的时候调用LED显示程序，在送完LED显示数据后执行扫描键盘程序。键盘扫描程序设计1.键盘作用硬件设计中已经加入了键盘电路，键盘在控制系统中主要发挥以下作用。（1）对用户密码进行现场修改；（2）对用户家用电器进行现场控制；（3）控制语音录放芯片ISD4004录制用户特殊的提示语音。以上功能的实现方法是通过软件编程来识别各个键号，然后跳转至所需的软件地址执行程序。2

52、.扫描键盘子程序设计程序设计中扫描键盘的程序流程图如图3-3所示。判有无键闭合调用LED显示程序判有无键闭合计算键值判键是否释放NNNYYY键盘扫描开始返回调用LED显示程序图3-3 键盘扫描程序流程图 LED动态显示程序设计系统设计中采用LED显示用户密码，为方便硬件电路设计，采用动态扫描显示方式。所谓动态显示方式，就是在多位LED显示时，将所有位的段选线并连在一起，由一个8位I/O口控制。而共阴极公共端分别有相应的位选线I/O口控制，实现各位LED的分时选通。由于LED显示时闪烁的频率比较高，所以人看起来就跟多个LED同时发光一样。8位LED动态显示程序扫描流程图如图3-4所示。显示数据缓

53、冲区首地址动态扫描位选字送位选字查段码显示字送段码显示字调用键盘扫描子程序指向下一个显示缓冲单元是否显示完毕显示下一位YN动态显示开始图3-4 LED动态显示程序扫描流程图3.4 语音提示控制软件设计3.4.1使用SPI串行接口控制ISD4004基础ISD4004语音芯片是SPI串行接口控制芯片，要求微处理器遵循SPI串行接口协议，对于不含SPI串行接口电路的AT89系列单片机，要使用软件编程的方式模拟实现SPI串行通信协议，才能实现其对ISD4004语音芯片的控制。SPI串行接口协议如下：数据传输协议设定微控制器SPI的移位寄存器是由串行时钟SCLK的下降沿驱动。而对于ISD4000系列器件，在时钟上升沿锁存MOSI引脚的数据，在下降沿将数据送到MISO引脚。（1）所有串行数据传送都是由引脚的下降沿开始；（2）在所有串行通信期间，引脚都将保持低电平，在两条指令之间保持高电平；（3）数据在时钟上升沿移入，在时钟下降沿移出；（4）录音和放音初