【正文】 內(nèi)部的指令寄存器。到此，取指令過(guò)程結(jié)束，進(jìn)入執(zhí)行指令過(guò)程。執(zhí)行指令的過(guò)程： 指令寄存器中的內(nèi)容經(jīng)指令譯碼器譯碼后，說(shuō)明這條指令 是取數(shù)命令，即把一個(gè)立即數(shù)送到 A 中； PC 的內(nèi)容為 0001H，送地址寄存器，譯碼后選中 0001H 單元，同時(shí) PC 的內(nèi)容自 動(dòng)加 1變?yōu)?0002H； CPU 同樣通過(guò)控制總線(xiàn)發(fā)出讀命令； 0001H 單元的語(yǔ)音復(fù)讀機(jī) —— 單片機(jī)在語(yǔ)音錄放技術(shù)中的應(yīng)用 9 內(nèi)容 E0H 讀出經(jīng)內(nèi)部數(shù)據(jù)總線(xiàn)送至 A。 至此，本指令執(zhí)行結(jié)束。 PC=0002H，機(jī)器又進(jìn)入下一條指令的取指令過(guò)程。機(jī)器一直重復(fù)上述過(guò)程直到程序中的所有指令執(zhí)行完畢，這就是單片機(jī)的基本工作過(guò)程。 語(yǔ)音復(fù)讀機(jī) —— 單片機(jī)在語(yǔ)音錄放技術(shù)中的應(yīng)用 10 第二章 硬件設(shè)計(jì) 一、 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 什么是最小系統(tǒng) 在智能化儀器儀表中，控制核心均為微處理器，而單片機(jī)以高性能、高速度、體積小、價(jià)格低廉、穩(wěn)定可靠而得到廣泛應(yīng)用，是設(shè)計(jì)智能化儀器儀表的首選微控制器，單片機(jī)結(jié)合簡(jiǎn)單的接口電路即可構(gòu)成單片 機(jī)最小系統(tǒng)，它是智能化儀器儀表的基礎(chǔ)，也是測(cè)控。監(jiān)控的重要組成部分。 最小系統(tǒng)的構(gòu)成 單片機(jī)最小系統(tǒng)可以飛為四個(gè)部分：一是時(shí)鐘系統(tǒng)：一般用12M 的晶振。二是復(fù)位系統(tǒng)，一旦復(fù)位， CPU 將從 0000H 開(kāi)始執(zhí)行程序。三是電源部分，采用 +5V 的電源，要加一個(gè) LED 用來(lái)指示電源接通。四是 31 管腳接高電平表示使用內(nèi)部的程序區(qū)。 （ 1） 時(shí)鐘 系統(tǒng) 電路 系統(tǒng)的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。 AT89 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是此放大器的輸入端和 輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容 C1 和 C2 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對(duì)外接電容的值雖然沒(méi)有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振語(yǔ)音復(fù)讀機(jī) —— 單片機(jī)在語(yǔ)音錄放技術(shù)中的應(yīng)用 11 的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為 12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為 22μ F。在焊接刷電路板時(shí)，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。 （ 2） 復(fù)位 系統(tǒng) 電路 復(fù)位是由外部的復(fù)位電 路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳 RST 通過(guò)一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來(lái)抑制噪聲，它的輸出在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2，由復(fù)位電路采樣一次。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式，此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復(fù)位電路，如圖所示。當(dāng)時(shí)鐘頻率選用 6MHz 時(shí)， C 取 22μ F， Rs 約為 200Ω， Rk 約為 1K。 下面是最小系統(tǒng)的電路圖。 8 0 5 1+ 5 VP 1 01 2 M3 0 P F3 0 P FC 2 C 32 2 05 . 1 K2 01 91 84 0+ 5 V3 1+1 0 u FC 1R 5R 6K 1P 1 1 圖 1 單片機(jī)最小系統(tǒng) 語(yǔ)音復(fù)讀機(jī) —— 單片機(jī)在語(yǔ)音錄放技術(shù)中的應(yīng)用 12 二 、 “ H— 橋”電動(dòng)機(jī)控制及驅(qū)動(dòng)電路 設(shè)計(jì) 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 圖 2 直流電動(dòng)機(jī) 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 這是分析直流電機(jī)的物理模型圖。 其中，固定部分有磁鐵，這里稱(chēng)作主磁極；固定部分還有電刷。轉(zhuǎn)動(dòng)部分有環(huán)形鐵心和繞在環(huán)形鐵心上的繞組。 (其中 2 個(gè)小圓圈是為了方便表示該位置上的導(dǎo)體電勢(shì)或電流的方向而設(shè)置的 ) 上圖表示一臺(tái)最簡(jiǎn)單的兩極直流電機(jī)模型，它的固定部分（定子）上，裝設(shè)了一對(duì)直流勵(lì)磁的靜止的主磁極 N 和 S，在旋轉(zhuǎn)部分（轉(zhuǎn)子）上裝設(shè)電樞鐵心。定子與轉(zhuǎn)子之間有一氣隙。在電樞鐵心上放置了由 A 和 X 兩根導(dǎo)體連成的電樞線(xiàn)圈，線(xiàn)圈的首端和末端分別連到兩個(gè)圓弧形的銅片上，此銅片稱(chēng)為 換向片。換向片之間互相絕緣，由換向片構(gòu)成的整體稱(chēng)為換向器。換向器固定在轉(zhuǎn)軸上，換向片與轉(zhuǎn)軸之間亦互相絕緣。在換向片上放置著一對(duì)固定不動(dòng)的電刷 B1 和 B2，當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞線(xiàn)圈通過(guò)換向片和電刷與外電路接通。 語(yǔ)音復(fù)讀機(jī) —— 單片機(jī)在語(yǔ)音錄放技術(shù)中的應(yīng)用 13 直流電機(jī)具有響應(yīng)快速、較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、從零轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速具備可提供額定轉(zhuǎn)矩的性能，但直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)也正是它的缺點(diǎn)，因?yàn)橹绷麟姍C(jī)要產(chǎn)生額定負(fù)載下恒定轉(zhuǎn)矩的性能，則電樞磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)須恒維持 90176。 ，這就要藉由碳刷及整流子。碳刷及整流子在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花、碳粉因此除了會(huì)造成組件損壞之外，使用場(chǎng)合也受到限制。 交流電機(jī)沒(méi)有碳刷及整流子，免維護(hù)、堅(jiān)固、應(yīng)用廣，但特性上若要達(dá)到相當(dāng)于直流電機(jī)的性能須用復(fù)雜控制技術(shù)才能達(dá)到?，F(xiàn)今半導(dǎo)體發(fā)展迅速功率組件切換頻率加快許多，提升驅(qū)動(dòng)電機(jī)的性能。 微處理機(jī)速度亦越來(lái)越快，可實(shí)現(xiàn)將交流電機(jī)控制置于一旋轉(zhuǎn)的兩軸直 角 坐標(biāo)系統(tǒng)中，適當(dāng)控制交流電機(jī)在兩軸電流分量，達(dá)到類(lèi)似直流電機(jī)控制并有與直流電機(jī)相當(dāng)?shù)男阅堋? 直流電機(jī)的最大弱點(diǎn)就是有電流的換向問(wèn)題，消耗有色金屬較多，成本高，運(yùn)行中的維護(hù)檢修也比較麻煩。因此，電機(jī)制造業(yè)中正在努力改善交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能，并且大量代替直流電動(dòng)機(jī)。不過(guò)，近年 來(lái)在利用可控硅整流裝置代替直流發(fā)電機(jī)方面，已經(jīng)取得了很大進(jìn)展。包括直流電機(jī)在內(nèi)的一切旋轉(zhuǎn)電機(jī)，實(shí)際上都是依據(jù)我們所知道的兩條基本原則制造的。一條是 ： 導(dǎo)線(xiàn)切割磁通產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；另一條是：載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到電磁力的作用。因此，從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，任何電機(jī)都包括磁場(chǎng)部分和電路部分。從上述原理可見(jiàn)，任何電機(jī)都體現(xiàn)著電和磁的相互作用，語(yǔ)音復(fù)讀機(jī) —— 單片機(jī)在語(yǔ)音錄放技術(shù)中的應(yīng)用 14 是電、磁這兩個(gè)矛盾著的對(duì)立面的統(tǒng)一。我們?cè)谶@一章里討論直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，就是討論直流電機(jī)中的 “ 磁 ” 和“ 電 ” 如何相互作用，相互制約，以及體現(xiàn)兩者之間相互關(guān)系的物理量和現(xiàn)象（電樞電動(dòng)勢(shì) 、電磁轉(zhuǎn)矩、電磁功率、電樞反應(yīng)等）。 電動(dòng)機(jī)控制的基本原理 我們知道，要控制直流電動(dòng)機(jī)很簡(jiǎn)單：將直流電源的正、負(fù)2 根輸出線(xiàn)連接到直流電動(dòng)機(jī)的 2 個(gè)接線(xiàn)端，直流電動(dòng)機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，如果將直流電源的正、負(fù)兩級(jí)交換，直流電動(dòng)機(jī)就會(huì)向與原來(lái)相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。 顯然，我們不可能用手去交換電動(dòng)機(jī)的接線(xiàn)，這就需要用采取用電控制的方式去控制變換電路。在電氣領(lǐng)域中，人們常用繼電器來(lái)轉(zhuǎn)換觸電，以改變電動(dòng)機(jī)的引線(xiàn)的連接方式，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。用晶體三極管也可以做電子開(kāi)關(guān)。它的靈敏度高、動(dòng)作速度快、不受塵埃及氣體氧化的影響、 耐震動(dòng)、無(wú)機(jī)械動(dòng)作、無(wú)火花干擾、價(jià)格低廉、使用壽命長(zhǎng)，因而得到廣泛應(yīng)用。 普通數(shù)字集成電路的功率很小，其輸出電流和吸入電流都無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)小型玩具直流電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。因此，如果想用普通數(shù)字集成電路來(lái)控制直流電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，可以利用晶體三極管“ H橋”電路。 “ H橋”電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 我們首先用 4 支開(kāi)關(guān)和 1 支電動(dòng)機(jī)配合，來(lái)組成如圖 3 所示的語(yǔ)音復(fù)讀機(jī) —— 單片機(jī)在語(yǔ)音錄放技術(shù)中的應(yīng)用 15 “ H橋”電動(dòng)機(jī)控制及驅(qū)動(dòng)電路。由于這個(gè)電路結(jié)構(gòu)酷似英文字母“ H”的形狀，故得此大名。 “ H橋”的基本原理如下：當(dāng)開(kāi)關(guān) SW1和 SW4閉合、開(kāi)關(guān) SW2和 SW3斷開(kāi) 時(shí)，電流如圖 3 種箭頭所示方向流過(guò)電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，假設(shè)它是順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。 當(dāng)開(kāi)關(guān) SW2和 SW3 閉合、開(kāi)關(guān) SW1和 SW4 斷開(kāi)時(shí)，電流從另一方向流過(guò)電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的軸向相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，即向逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，如圖 4 所示。 MS W 1S W 2S W 3S W 4O NO F FO NO F FV +V + MS W 1S W 2S W 3S W 4O NO F FO NO F FV +V + 圖 3 正轉(zhuǎn) 圖 4 反轉(zhuǎn) 語(yǔ)音復(fù)讀機(jī) —— 單片機(jī)在語(yǔ)音錄放技術(shù)中的應(yīng)用 16 1 KR 1R 38 5 5 08 0 5 0電機(jī)端子1 KAR 2R 4B8 5 5 08 0 5 01 K1 K8 0 5 08 0 5 08 0 5 0 8 0 5 0+ 5 V 圖 5 “ H橋”電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 用晶體三極管構(gòu)成的“ H橋”驅(qū)動(dòng)電路 現(xiàn)在我們將上圖中的 4 個(gè)開(kāi)關(guān)換成 4 個(gè)晶體三極管，就構(gòu)成了如圖 5 所示的晶體三極管“ H橋”電路。為了使電路控制簡(jiǎn)單方便，電路中使用了 2 種不同極性的晶體三極管，即 2 個(gè) PNP 型晶體三極管和 2 個(gè) NPN 型晶體三極管。圖中上邊的驅(qū)動(dòng)需要提供電流，它使用 PNP 型晶體管，下邊的驅(qū)動(dòng)需要吸收電流，使用 NPN型晶體管。 R 是晶體三極管的基極限流電阻， A 和 B 是 2 個(gè)控制信號(hào)輸入端。 用控制信號(hào)恰當(dāng)?shù)拈_(kāi)、關(guān)“ H橋” 的 4 個(gè)晶體三極管是很重要的，晶體三極管是“ H橋”在正電源和地之間的一個(gè)通道。 當(dāng) A 端 為低電平“ 0”， B 端為高電平“ 1”時(shí)，晶體三極管 VT1和 VT4 導(dǎo)通， VT2 和 VT3 截止，電流經(jīng)晶體三極管 VT電動(dòng)機(jī)左 引腳 、右引腳、晶體三極管 VT4 流過(guò)，電動(dòng)機(jī)的軸正轉(zhuǎn)。 而當(dāng) A 端為高電平“ 1”， B 端為低電平“ 0”時(shí)，晶體三極管語(yǔ)音復(fù)讀機(jī) —— 單片機(jī)在語(yǔ)音錄放技術(shù)中的應(yīng)用 17 VT2和 VT3導(dǎo)通， VT1和 VT4截止，電流經(jīng)晶體三極管 VT電動(dòng)機(jī)右引腳、左引腳、晶體三極管 VT3 流過(guò)，與上次方向正好相反，電動(dòng)機(jī)的軸便朝著相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。 因此，當(dāng)“ H橋”的兩個(gè)輸入端 A 和 B 分別為“ 0”和“ 1”時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，而輸入端變?yōu)椤?1”和“ 0”時(shí)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)?？梢?jiàn)在控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時(shí)，兩個(gè)輸入信號(hào)正好相反，也就是“ H橋”需要以對(duì)極性（電平）相反的控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)。輸入電平與電動(dòng)機(jī)軸旋轉(zhuǎn)方向的關(guān)系如表 1 所示。 這里有一個(gè)額外的功能介紹一下：如果同時(shí)使兩邊的輸入都為“ 1”（或者都為“ 0”），將得到一個(gè)意想不到的有效剎車(chē)裝置。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)也是一個(gè)發(fā)電機(jī)，當(dāng)它運(yùn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電壓，如果電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)引線(xiàn)端被連接在一起（短路），這個(gè)電壓將會(huì)“抵消”電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)使電動(dòng)機(jī)迅速地停止轉(zhuǎn)動(dòng)，它產(chǎn)生的 效果與剎車(chē)有異曲同工之妙，只可惜在這個(gè)操作里我們還用不上這個(gè)功能。 4 個(gè)晶體三極管的基極電阻是必須使用的，這里選用的電阻器為 510Ω，電阻值的大小和電動(dòng)機(jī)的功率決定了“ H橋”電路的功率。 “ H橋”電動(dòng)機(jī) 控制 電路 光電耦合器的作用和原理 光電耦合器也稱(chēng)為光電隔離器或光耦合器，有時(shí)簡(jiǎn)稱(chēng)光耦。這是一種以光為耦合媒介，通過(guò)光信號(hào)的傳遞來(lái)實(shí)現(xiàn)輸人與輸出間電隔離的器件，可在電路或系統(tǒng)之間傳輸電信號(hào)，同時(shí)確保這語(yǔ)音復(fù)讀機(jī) —— 單片機(jī)在語(yǔ)音錄放技術(shù)中的應(yīng)用 18 些電路或系統(tǒng)彼此間的電絕緣。近年來(lái)，隨著半導(dǎo)體技術(shù)、光電子學(xué)的深入發(fā)展，光耦的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、封裝制作技術(shù)也不斷 創(chuàng)新，各種類(lèi)型產(chǎn)品相繼問(wèn)世，數(shù)千種型號(hào)構(gòu)成幾百個(gè)品種系列，研發(fā)成為一個(gè)獨(dú)立的種類(lèi)繁多、性能優(yōu)良的半導(dǎo)體器件門(mén)類(lèi)，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)及其外設(shè)接口、工控、電信、儀器儀表、數(shù)據(jù)總線(xiàn)、高速數(shù)字系統(tǒng)、數(shù)字 I／ O 口、模／數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)發(fā)送、單片機(jī)接口、電平轉(zhuǎn)換、信號(hào)及級(jí)間隔離、脈沖放大等范圍，甚至在電源技術(shù)的線(xiàn)性隔離、電量反饋、電流傳感、電量變換等各個(gè)場(chǎng)合都有成功的應(yīng)用，市場(chǎng)需求量持繼增長(zhǎng)，發(fā)展極其迅速 。 2145T I L 1 1 79 0 1 3+ 5 V1 K1 KP 1 . 0+ 5 V2 0 0A2145T I L 1 1 79 0 1 3+ 5 V1 K1 KP 1 . 1+ 5 V2 0 0B 圖 6 “ H橋”電動(dòng)機(jī)控制電路 原理： 光電耦合器是以光為媒 介傳輸電信號(hào)的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見(jiàn)的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。光電耦合器的種類(lèi)較多，常見(jiàn)有光電二極管型、光電三極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光電達(dá)林頓型、集成電路型等。在光電耦合器輸語(yǔ)音復(fù)讀機(jī) —— 單片機(jī)在語(yǔ)音錄放技術(shù)中的應(yīng)用 19 入端加電信號(hào)使發(fā)光源發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵(lì)電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實(shí)現(xiàn)了電 一光一電的轉(zhuǎn)換。 通常，為了晶體三極管的安全，應(yīng)該在組成“ H橋”電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的 VT1~VT4，這 4 個(gè)晶體管的 C、 E 極之間都反向并聯(lián)一個(gè)晶體二極管，用來(lái)