【正文】 再到周期非常長(zhǎng)的軟件調(diào)試，我們接觸了真正設(shè)計(jì)一個(gè)電子產(chǎn)品的全部過程，學(xué)到了很多實(shí)實(shí)在在的知識(shí)。另外，通過這次設(shè)計(jì)，我最大的體會(huì)就是理論的知識(shí)看似掌握的很透徹，但真正把它做出產(chǎn)品出來確實(shí)遇到很多困難。由于本人學(xué)識(shí)有限，加之時(shí)間倉促，文中不免有錯(cuò)誤和待改進(jìn)之處，真誠(chéng)歡迎各位師長(zhǎng)、提出寶貴意見。在課題的寫作期間，我經(jīng)歷了不知從何入手的無助和設(shè)計(jì)過程中遇到的各種困難，都是靠楊老師在百忙之中抽出時(shí)間來對(duì)我們悉心指導(dǎo)，為我們提出了各方面的指導(dǎo)意見，為我們提供各方面的重要資料，是我們的工作進(jìn)程中的中間力量。尤其是在焊接芯片時(shí)，由于他的引腳很多，只要焊錯(cuò)一點(diǎn)就很麻煩。又由前面數(shù)據(jù)采集模塊的介紹我們已經(jīng)知道，DAC0832被接成雙緩沖方式，已指定了0832的口地址為07FFFH。錄音時(shí)AT89C51通過定時(shí)器控制采樣頻率。進(jìn)一步分析可知，該曲線在頻率很高處有大幅度的下降，故可用帶通濾波器來擬合該曲線，由于受單片機(jī)數(shù)據(jù)運(yùn)算處理能力的限制，數(shù)字濾波不易實(shí)現(xiàn)，故這里采用硬件濾波，濾波電路如圖所示。AT29C040讀取時(shí)間僅為70ns，單一+5V電源，雙8k字節(jié)的引導(dǎo)區(qū)，內(nèi)部程控定時(shí)器，硬件和軟件數(shù)據(jù)保護(hù)功能，快速扇出程序周期10ms，低功耗：待機(jī)為100uA，啟動(dòng)工作為50mA，10000次擦寫次數(shù)。輸出狀態(tài)信號(hào)STS 接到P3. 2 端可供單片機(jī)查詢判斷A / D 轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。為了實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)A /D 轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀出, AD574 的片選信號(hào)CS 由地址總線的次低位A1( P0. 1) 提供, 在讀寫時(shí),A1 應(yīng)設(shè)置為低電平。在圖2 中,由于AD574 片內(nèi)有時(shí)鐘,故無需外加時(shí)鐘信號(hào)。這種方式可以使系統(tǒng)所能操作的A /D 數(shù)達(dá)10 片之多。(3) 讀取并存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換結(jié)果。(2) 啟動(dòng)采樣。由于該接口系統(tǒng)要求各路信號(hào)測(cè)量同步, 即同時(shí)啟動(dòng)各A / D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換[23]。其中,AD574 是1 個(gè)完全的單片式12位逐次比較型A /D 轉(zhuǎn)換器, 它帶有可以直接與8 位或16 位總線接口的三態(tài)緩沖器,因而不需要再加鎖存器。當(dāng)RAM中的數(shù)據(jù)達(dá)到一定數(shù)量時(shí), 單片機(jī)向計(jì)算機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求。也可以在它的下降沿向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求, 以通知A /D 轉(zhuǎn)換已完成,同時(shí)CPU可以讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果。STS:輸出狀態(tài)指示引腳。在轉(zhuǎn)換期間, 當(dāng)A0 為0 時(shí),AD574 進(jìn)行全12 位轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換間為25μs 。12 / 8 :數(shù)據(jù)輸出格式選擇腳。AD574 為28 腳雙列直插式封裝, 其引腳分布如圖1 所示。 A/D轉(zhuǎn)換器AD574介紹1. AD574 的特點(diǎn)及功能AD574 是AD 公司生產(chǎn)的12 位逐次逼近型ADC , 它的轉(zhuǎn)換速度為25μs , 轉(zhuǎn)換精度為0. 05 % , 可廣泛應(yīng)用在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中[21]。電源抑制比 DAC的輸出電壓的變化量與相對(duì)應(yīng)的電源電壓變化量之比定義為電源抑制比。通常用轉(zhuǎn)換時(shí)間來反映建立時(shí)間，如DAC0832的轉(zhuǎn)換速度為100ns,。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用的是上電復(fù)位方式。 計(jì)算機(jī)復(fù)位狀態(tài)表專用寄存器復(fù)位狀態(tài)專用寄存器復(fù)位狀態(tài)PCACCBPSWSPDPTRP0—P3IPIE0000H00H00H00H07H0000HFFHXXX0 0000B0XX0 0000BTMODTCONTH0TL0TH1TL1SCONSBUFPCON00H00H00H00H00H00H00HXXXX XXXXB0XXX 0000B ②復(fù)位電路 單片機(jī)復(fù)位電路包括片內(nèi)、片外兩部分，片外復(fù)位電路通過引腳加到內(nèi)部復(fù)位電路上，內(nèi)部復(fù)位電路在每個(gè)機(jī)器周期S5P2對(duì)片外信號(hào)采樣一次，當(dāng)RST引腳上出現(xiàn)連續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)，單片機(jī)就完成一次復(fù)位。 一般情況下，單片機(jī)時(shí)鐘輸入均采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，外接一個(gè)震蕩電路，本系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，晶振采用12MHz。為了減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定可靠的工作，諧振器和電容應(yīng)盡可能安裝的與單片機(jī)芯片靠近。時(shí)鐘信號(hào)可以有兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。6. T0和T1的4種工作方式方式0：13位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，TL1（或TL0）的低5位和TH1（或TH0）的8位構(gòu)成，TL中的高3位棄之未用。在初始化過程中，要置入定時(shí)/計(jì)數(shù)器的初值，這時(shí)要做一些計(jì)算。IT0（IT1）=1為脈沖觸發(fā)方式，后負(fù)跳有效。TR0位：定時(shí)器0運(yùn)行控制位，其功能和操作類同于TR1。使用查詢方式時(shí)，此位做狀態(tài)位供查詢，查詢有效后需由軟件清零；使用中斷方式時(shí)，此位做中斷申請(qǐng)標(biāo)志，進(jìn)入中斷服務(wù)后被硬件自動(dòng)清零。MM0位：工作模式選擇位。其值可用程序決定，其格式如下：GATE M1 M0GATE M1 M0GATE位：門控位。，可有程序安排產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)或不產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)。乘法運(yùn)算時(shí)，B中存放乘法，乘法操作后，乘積的高8位又存于B中；除法運(yùn)算時(shí)，B中存放除數(shù)，出發(fā)操作后，B中又存放余數(shù)。(3)特殊功能寄存器累加器A 累加器A是一個(gè)最常用的8位特殊功能寄存器，它既可用于存放操作數(shù)，也可用于存放運(yùn)算的中間結(jié)果。位尋址區(qū)的每一位都可當(dāng)作軟件觸發(fā)器，由程序直接進(jìn)行處理。①工作寄存器區(qū)在低128B的內(nèi)部RAM中，前32個(gè)單元（地址為00H—1FH）為通用工作寄存器區(qū)，共分為四組（寄存器0組、1組、2組、3組），每組8個(gè)工作寄存器由R0—R7組成，共占32個(gè) 單元。89C51單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM和特殊功能寄存器SFR：前者有128個(gè)字節(jié)，其編址為00H—FFH，可以讀、寫任何數(shù)據(jù)；后者也占128個(gè)字節(jié)，其編址位80H—FFH；兩者連續(xù)而不重疊。002BH：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2溢出或T2EX端負(fù)跳變。000BH：定時(shí)/計(jì)數(shù)器0溢出中斷入口。這里應(yīng)該注意的是，片外程序存儲(chǔ)器存放調(diào)試程序的部分，其編址與片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的編址是可以重疊的，就借EA的換接可實(shí)現(xiàn)分別訪問。程序存儲(chǔ)器的尋址范圍可以有64KB與此相應(yīng), 程序存儲(chǔ)器的編址自0000H開始,最大可至FFFFH?？刂破? 控制器包括時(shí)鐘發(fā)生器、定時(shí)控制邏輯、指令寄存器指令譯碼器、程序計(jì)數(shù)器PC、程序地址寄存器、數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR和堆棧指針SP等?？捎袝r(shí)鐘輸出\位處理能力4. 89C51單片機(jī)的主要組成部分(1) CPUCPU是單片機(jī)的核心部分,他的作用是讀入和分析每條指令,根據(jù)每條指令的功能要求,控制各個(gè)部件執(zhí)行相應(yīng)的操作。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。另外，該引腳被略微拉高。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。單片機(jī)的應(yīng)用打破了人們傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，原來很多用模擬電路、脈沖數(shù)字電路和邏輯部件來實(shí)現(xiàn)的功能，現(xiàn)在均可以使用單片機(jī)，使用軟件來實(shí)現(xiàn)。 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源 MCS—51系列單片機(jī)單片微型計(jì)算機(jī)（SingChip Microputer）簡(jiǎn)稱單片機(jī)。圖中C2用以消除寄生振蕩,C3的作用是抑制紋波,C4是用以改善穩(wěn)壓電源的的暫態(tài)響應(yīng),VDVD7在輸出端電容漏電或調(diào)整端短路時(shí)起保護(hù)作用。 帶通濾波器這里介紹的穩(wěn)壓電源，采用三端可調(diào)穩(wěn)壓集成電路LM317，外圍電路十簡(jiǎn)單，便于制作。通常用幅頻響應(yīng)來表征一個(gè)濾波器的特征，欲使信號(hào)通過濾波器的失真很小，則相位和延時(shí)響應(yīng)亦須考慮。此外，由于集成運(yùn)放的開環(huán)電壓增益和輸入阻抗都很高，輸出阻抗又底，構(gòu)成有源濾波電路后還具有一定的電壓放大和緩沖作用。輸出端接CR9串聯(lián)電路，以校正喇叭的頻率特性，防止高頻自激．腳7接220uF去偶電容，以消除低頻自激．為便于該功放在高增益情況下工作，這里將不使用輸入端腳2對(duì)地短路． 輸出放大器濾波器是一種能使有用頻率信號(hào)通過同時(shí)抑制(或大為衰減)無用頻率信號(hào)的電子裝置。在本設(shè)計(jì)中決定采用動(dòng)圈式拾音器（１） 增益放大器　　拾音器輸出的毫伏信號(hào)實(shí)測(cè)其范圍約為20~25Mv此電信號(hào)太小不能夠進(jìn)行采樣，后級(jí)A/D轉(zhuǎn)換輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍為0~5V，語音信號(hào)的范圍與采樣范圍的比較得出放大器的放大倍數(shù)應(yīng)為200倍左右，此處將信號(hào)通過一增益為46dB的放大器，將其放大到伏特量級(jí)，輸出級(jí)放大電路亦采用這種電路，兩級(jí)放大電路都采用增益可調(diào)的典型電路[12]。電磁式拾音頭，用電磁感應(yīng)原理，將機(jī)械振動(dòng)變換成電信號(hào)的幅度響應(yīng)拾音頭。單純的磁性拾音器工作的電學(xué)原理為當(dāng)聲音在銅絲繞制的線圈內(nèi)震動(dòng)切割被該線圈所纏繞的磁芯產(chǎn)生的磁感線時(shí)，線圈內(nèi)感應(yīng)出電信號(hào)并流出。為了使A/D的輸入信號(hào)穩(wěn)定在其動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，在輸入級(jí)加上了自動(dòng)增益控制電路，同時(shí)也使音量穩(wěn)定。此處將其通過一增益為46dB的放大器，因此，將帶通濾波器設(shè)計(jì)為典型的300Hz~,輸出級(jí)帶通濾波器亦為300Hz~,這樣既可濾掉低頻分量又可濾掉D/A轉(zhuǎn)換帶來的高頻分量，很好的濾除掉噪聲。：A/D轉(zhuǎn)換電路帶通濾波器D/A轉(zhuǎn)換電路帶通濾波器輸出放大器耳機(jī)電源電路89C51單片機(jī)鍵盤設(shè)定存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)顯示增益放大器拾音器 整體框圖 系統(tǒng)組成如圖所示,由輸入通道、AT89C51單片機(jī)和輸出通道三部分組成。（2）D/A轉(zhuǎn)換芯片的選擇 D/A轉(zhuǎn)換芯片的作用是將存儲(chǔ)的數(shù)字語音信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬語音信號(hào)，由于一般的模擬轉(zhuǎn)換器都能達(dá)到1μs的轉(zhuǎn)換速率，足夠滿足題目的要求，故我們?cè)诖诉x用了通用D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832。（1）A/D轉(zhuǎn)換芯片的選擇 根據(jù)題目要求采樣頻率fs=8KHZ，字長(zhǎng)=8位，可選擇轉(zhuǎn)換時(shí)間不超過125181。抽樣量化存儲(chǔ) 采樣過程 具體實(shí)現(xiàn)包括直存取法、欠抽樣采樣法、自相似增量調(diào)制法等三種基本方法。結(jié)合實(shí)際情況，提出以下幾種可實(shí)現(xiàn)的方案。根據(jù)“奈奎斯特采樣定理”, 采樣頻率必須大于模擬信號(hào)最高頻率的兩倍， 由于