【《单片机语音播报系统的硬件设计案例概述》4600字】

单片机语音播报系统的硬件设计案例概述目录TOC\o"1-3"\h\u19118单片机语音播报系统的硬件设计案例概述 1305531.1硬件的总体设计 1216951.2STC89C52芯片介绍 2135151.3声音采集电路 411811.4QJ000M02模块介绍 5315451.5显示电路 88631.5.1LCD1602工作原理 831811.5.2LCD1602的基本参数及引脚功能 872831.5.3LCD1602的指令说明及时序 9316811.5.4LCD1602的初始化过程 11本次设计中所用到的元器件清单如表3-1表3-1元器件清单模块名称型号数量（个/块）51单片机STC89C521QJ000M02语音模块QJ000M021液晶显示屏LCD16021按键轻触按键6咪头MIC111.1硬件的总体设计大多数语音播报系统通过微处理器控制QJ000M02芯片完成语音播报功能。记录的形式下，音频信号，即声波信号，通过麦克风传输并转换为电信号。由于QJ000M02的特性，驻极体直接获得的声音信号虽然很微弱，但不需要通过放大滤波，就可以直接送到QJ000M02。在语音播放模式下，在微控制器将播放地址和音频播放指令发送到QJ000M02之后，它可以播放相应的音频。播放音乐时，芯片通常由外部滤波器和放大器处理，但是QJ000M2芯片具有1W8欧姆放大器，因此1W8欧姆扬声器可以直接连接到芯片，而无需外部滤波器电路和功率放大器电路。系统结构图如图3-1所示。单片机控制电路电源电路液晶显示电路单片机控制电路电源电路液晶显示电路声音采集电路时钟电路声音采集电路时钟电路复位电路复位电路录音模块电路录音模块电路按键电路按键电路声音播放电路声音播放电路图3-1系统总体结构框图1.2STC89C52芯片介绍STC89C52是一种高性能的微处理器，是一个8位CMOS8K字节的isp只读存储器，可读写1000次。兼容标准MCS-51指令系统和80C51针结构，STC89C52是一款功能强大的微型计算机，它与通用的8位CPU和ISPFlash存储器相结合，为许多嵌入式控制器提供经济高效的解决方案STC89C52具有以下功能：40管脚、8K字节的Flash片内存储器、256字节的RAM、32个外部输入/输出接口（I/O），5个优先级的干扰级别，2级嵌套中断，2个16位可编程定时器，2个完整的通信接口和时钟接口。此外，STC89C52可以降低到0Hz，运行静态逻辑，并切换到两个可选的节能模式。在空闲模式下，CPU停止工作，允许ram、定时器/计数器、串行端口和中断继续。在掉电模式下，RAM的内容被保存，振荡器被冻结，所有微控制器的操作被停止，直到下一次崩溃或下一次硬件配置。STC89C52具有四个8位并行I/O端口：端口P0，P1，P2和P3，对应的极点为P0.0〜P0.7，P1.0〜P1.7，P2.0〜P27，P3。0〜P1.7，共有32条I/O电缆，每根电缆都可以单独用作输入或输出。端口P0：端口P0是具有8位打开和关闭的I/O端口。作为输出端口，每位可驱动8级TTL逻辑。当向端口P0写入“1”时，针的功能是输入具有严格限制的数据。在该模型中，P0没有内部上拉电阻。在编程期间，端口P0还用于接收字节指令。在程序测试期间，它将发布结果作为指南。检查探头后，必须存在一个外部上拉电阻。端口P1：端口P1是具有内置上拉电阻器的高效8位I/O端口。P1处理器可以驱动4级TTL逻辑。将“1”写入端口P1时，内部上拉电阻会将端口拉高，并且此时可以将其用作输入端口。当用作输入时，由于内部电阻，针向外拉以产生电流（IIL）。端口P2：端口P2是具有内部上拉电阻的8位加速I/O端口，P2输出缓冲器可驱动4级TTL逻辑。当将“1”写入端口P2时，内部上拉电阻会将端口上拉，此时可以将其用作输入端口。当用作输入时，由于内部电阻，针向外拉以产生电流（IIL）。在此应用中，端口P2使用较强的内部上拉发送1。当使用8位地址访问外部存储器时，端口P2导出P2锁存器的内容。端口P3：端口P3是具有内部上拉电阻器的高效8位I/O端口。P3输出控制器可以驱动4个TTL逻辑电平。当将“1”写入端口P3时，内部上拉电阻将上拉到高位置，此时它可以用作输入端口。在闪存编程和验证期间，P3端口还接收一些控制信号。单片机的引脚图如图3-2-1所示。图3-2-1STC89C52单片机引脚图最小的微型单片机系统是指由最少的组件和单个微型计算机芯片组成的系统。对于52的微型单片机产品，最小系统应包括：单片机，晶振和复位电路。单片机接口电路主要用于连接计算机和其他外部设备。复位电路：单片机最小系统复位电路的极性电容C3的大小直接影响单片机的复位时间。CS-51微控制器通常使用两种复位方法：自动重置和按键重置。这里采用了按键重置和上电复位两个的组合。晶体电路振荡器：典型的晶体振荡器是一个12MHZ的大型晶体振荡器，单个微芯片的C1和C2上的最小起始电容通常为15-33pF。单片机最小系统的电路如图3-2-2所示。图3-2-2单片机最小系统的电路1.3声音采集电路声音采集电路的设计是直接使用驻极体进行声音采集。在效应晶体管的栅极，栅极和源极之间有一个间接二极管，如图3-3所示。当驻极体膜片本身施加电场时，表面电荷为Q，极板之间的电容为C，并且在极点末端产生电压U=Q/C。电压变化的频率反映了外部声音的频率。图3-2-2驻极体原理图1.4QJ000M02模块介绍它是一种新型的高质量MP3录音模块，可以全方位满足客户的需求。可以使用文件夹分类，指定要播放的文件名和指定要播放的索引号，从而可以灵活地组织音频文件。还可以按文件名或索引在指定文件夹中保存和播放，并且可以指定任何文件的删除。具有读取内存状态和查询内存容量的能力，能够随时了解内存状态并灵活使用。图3-4-1QJ000M02产品特性：1）支持WAV，WMA，MP3高质量音频播放，音质优美。2）MP3格式的高质量音频录制，采样率为48KHz，比特率为32〜128Kbps。3）使用内部存储器或外部U盘作为存储，可以支持32G内存和32GU。4）有3种录音系统，麦克风，电缆录音和两声道录音。5）交换文件名记录器，最长22个字符。6）连续录制时间最多可以使用3个月。7）采用FAT和FAT32文件系统。8）计算机可以通过USBInternet转换内部存储器的音频内容。9）支持USB音频功能。10）使用无线通讯，UART，通用标准接口，控制更加灵活方便。11）1W音频放大器，8ohm/1W直扬声器，32级音量大且可调的音量。12）DC5V电源。图3-4-2QJ000M2管脚图管脚号管脚名称类型功能描述1P34IO普通IO口2GNDPWP与TF卡座连接的GND3P22IO普通IO口4P37IOAUX录音音频信号左声道输入端5P02IOAUX录音音频信号右声道输入端6Mie_inI录音音频输入端7P35/RESETIFLASH控制引脚（外部下载器对FLASH进行下载时需要对该引脚进行控制）8ALODAC音频输出9SP=AO喇叭接线端10SP+AO喇叭接线端11FS_DIISPI-FLASH的SPI接口数据输入端12FS_DOOSPI-FLASH的SPI接口数据输出端13FS_CLKISPI-FLASH的SPI接口时钟信号输入端14GNDPWP电源地15FS_CSI/OSPI-FLASH的片选端16TXDOUART异步串口数据输出端17RXDIUART异步串口数据输入端18IRDAI红外信号输入端19ADC_KEYIADC按键连接端20VDD33PWPLDO1.3V电源输出端21BUSYI/O忙信号22VDDPWP模块电源端+5V23GNDPWP与TF卡座连接的GND24P12IOP12端口25DMIOUSB数据端DM26DPIOUSB数据端DP27DNDPWP与TF卡座连接的GND28P13IOP13端口表3-4-1管脚说明技术规格：名称功能支持音频格式支持采样频率8K～42.1K，比特率8~224Kbps的MP3音频文件。支持采样频率8K～42.1K的WAV音频文件。支持采样频率8K～42.1K的WMA音频文件。支持存储器容量模块内存最大可达３２GB最大支持３２GBU盘USB接口全速２.０供电电压DC３.３～５V额定电流２０～２５０ｍＡ（和负载有关）IO端口电平３.３VTTL电平尺寸２１ｍｍ*１８ｍｍ*４ｍｍ工作温度－40～85度湿度5％～95％表3-4-2技术规格图3-4-3QJ000M2总体电路图1.5显示电路液晶是一种液晶是一种有机化合物，在常温条件下对其通电时，其内部分子排列变得有秩序。光线比较容易通过；不通电时，分子排列混乱，可以阻止光线通过。原理使用液晶显示的此功能可以通过施加电压来控制显示区域。液晶显示器具有厚度薄、适用于大尺寸且易于实现全彩的集成电路电动机。1.5.1LCD1602工作原理1602液晶也叫1602字符型液晶，这是一种特殊的类型，用于显示字母和数字。LCD点矩阵模块，用于字符等，能够同时显示16列2行共32个字符。图3-5-11602液晶显示器尺寸图1.5.2LCD1602的基本参数及引脚功能LCD1602分为带背光和不带背光两种，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并没有什么差别。LCD1602的主要技术包括：32个字符的显示功能；芯片工作电压4,5V〜5.5V；工作电流2.0mA（工作电压为5.0V状态下）。LCD内部包含以下几个重要组成部分：（1）DDRAM：显示数据RAM，它用于寄存待显示的字符，共有80个字节。（2）CGROM：字体生成器ROM，它存储160个不同尺寸的图像以用于字符显示。（3）CGRAM：RAM紧凑型，由8个用户定义的5×7点表组成。LCD1602采用标准的14针或16针，16引脚接口功能如下表所示。表3-5-1LCD引脚接口功能表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9DB2数据2VDD电源正极10DB3数据3VL液晶显示偏压11DB4数据4RS数据/命令选择12DB5数据5R/w读/写选择13DB6数据6E使能信号14DB7数据7DB0数据15BLA背光源正极8DB1数据16BLK背光源负极其中，VL引脚是液体显示器的对比度调整端，当连接到电源的正极时，对比度是最弱的，而当接地时，对比度是最高的。1.5.3LCD1602的指令说明及时序通过在显示屏上写入指令，可以识别LCD1602液晶模块的读写性能，切换功能等，如下表所示。序号指令RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB01清屏00000000012光标复位000000001*3进入模式设置00000001**4显示开关控制0000001DCB5设置显示屏或光标移动方向000001S/CR/L**6功能设置00001DLNF**7字符发生器地址设置0001字符发生器地址8DDRAM地址设置001显示数据库存储地址9读取忙标志或AC地址01BF计数器地址10写数据到CGRAM或DDRAM10要写入的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数据11读出的数据内容表3-5-2LCD1602指令表各指令的具体功能如下：（1）清屏：清除LCD屏幕，将光标移动到屏幕的左上角，将AC地址设置为0，然后将光标从左向右移动，且DDRAM的自增量为1。（2）光标复位：将光标移至显示屏左上角，地址计数器AC设置为00H，DDRAM内容保持不变。（3）输入设置模式：设定每次进入1位数据后光标移位方向及写入的字符是否移动。①I/D：指定光标的移动方向。I/D=1，光标向右移动，I/D=0，光标向左移动。②S：显示屏上画面向左或向右全部平移一个字符位。S=0时显示不移动；S=1时有效。③当S=1，I/D=1时，显示向左移动；当S=1，I/D=0时，显示向右移动。（4）显示开关控制，控制显示，光标和光标闪烁的开关。①D：控制显示的开与关。②C：光标控制，C=1，表示有光标；C=0，表示没有光标。③B：控制光标是否闪烁，B=1，表示闪烁。B=0，表示不闪烁。（5）设置显示屏或光标的移动方向；设置显示屏的整个屏幕移动或光标移动模式。①当S/C=0，R/L=0时，光标移至左侧，并且AC地址减少1。②当S/C=0且R/L=1时，光标向右移动，直接AC地址增加1。③当S/C=1且R/L=0时，显示的内容向左移动，并且光标不移动。④S/C=1，R/L=1时，显示内容向右移动，光标不移动（6）功能设置：设置数据总线的数量，行数和显示的字符。①DL=1，数据总线8位；DL=0，数据总线为4位。②N=0，表示半条线；N=1，代表两行。③F=0，字母为5×7点；（7）设置字符的CGRAM地址：设置要存储在数据中的下一个CGRAM地址。DB5〜DB3是字母数字字符，即要显示的字符DB2〜DB0使用的