【文章內(nèi)容簡介】 情況之下，單片機(jī)開發(fā)人員可以直接利用單片機(jī)的內(nèi)部程序存儲器、數(shù) 據(jù)存儲器、定時 /計數(shù)器、中斷、 I/O 端口，因為這樣可以減少開發(fā)整個系統(tǒng)的成本。但是在很多情況下，僅僅依靠單片機(jī)內(nèi)部的資源是不能夠達(dá)到要求的，在很多更高級更繁雜的應(yīng)用中，單片機(jī)內(nèi)部的 RAM、 ROM 容量不夠大， I/O 接口的數(shù)量也可能會不夠用，這個時候我們就應(yīng)該對單片機(jī)進(jìn)行擴(kuò)展，單片機(jī)最小系統(tǒng)的擴(kuò)展是在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)計時經(jīng)常會遇到的情況。 本次設(shè)計為簡單的單片機(jī)控制的 語音報站系統(tǒng) ，因為功能不是很復(fù)雜，所以不需要拓展，只需要采用單片機(jī)最小系統(tǒng)電路（復(fù)位電路和外部時鐘電路）再外加一些外設(shè)就能夠滿足要求。在這里 復(fù)位電路采用手動復(fù)位。 STC12C5A60S2 芯片性能介紹 STC12C5A60S2 是 STC 公司 發(fā)布 的一 款功耗比較低 、 性能卻比較高的 8 位微處理芯片 ， 它能為用戶提供 60K 系統(tǒng)可編程 片內(nèi) ROM 存儲器 ，高速 10 位 8 路A/D 數(shù) /模轉(zhuǎn)換器 。 STC12C5A16S2 采用了 經(jīng)典的 8051 內(nèi)核，但 STC 公司在此基礎(chǔ)上 做 出 了 許多 的改進(jìn) ，增加了很多 傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)不 具備 的功能。在 單片機(jī) 上 ，集成了靈活 的 8 位 CPU 和 60K 的 可編程 ROM， 這讓 STC12C5A60S2 為 廣大 嵌入式 控制系統(tǒng)的 應(yīng) 用提供的 解決方 法變得更 加靈活多變、有效 。 STC12C5A60S2 主要性能參數(shù)： 1. 單片機(jī)的性能變得更好 ， 單片機(jī)開發(fā)人員可以根據(jù)自己的需要選擇 6 時鐘 /機(jī)器周期和 12 時鐘 /機(jī)器周期 2. 工作電壓 可以是 ～ 或者 ～ 3. 工作頻率： 0～ 40M 赫茲 ， 差不多是一般 8051 單片機(jī) 的 0～ 80M 赫茲 ，實際工作頻率 最高可達(dá)到 48M 赫茲 4. 用戶應(yīng)用程序空間為 60K 字節(jié) 5. 片上集成 1280 字節(jié) RAM 6. 32 個可編程 I/O 口線 7．靈活 ISP 編程 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 7 8. 具有 EEPROM 功能 9. 共 4 個 16 位定時器 /計數(shù)器 10. 工作溫度 限制 ： 工業(yè)應(yīng)用中，溫度最小為 40℃，最高為 +85℃ ，一般的商業(yè)應(yīng)用要求比較低，為 0～ 75℃ 11. PDIP 封裝 芯片如圖 41 所示： 圖 41 STC12C5A60S2 芯片引腳圖 芯片引腳介紹： （ 1）輸入 /輸出（ I/O）引腳分為 P0、 P P P3 四個口 在這四個口中，每個口都有 8 個引腳，即 8 位，一共是 32 個引腳。 P0 口（ 32 至 39 腳）： 8 位雙向三態(tài) I/O 口線，既可以作為普通的 I/O 口引腳，也可以作為數(shù)據(jù) /低 8 位地址總線。 P1 口（ 1 至 8 腳）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，可以作為普通的 I/O 口引腳，是四個口中最普通的一個。 P2 口（ 21 至 28腳）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，既可以作為普通的 I/O 口引腳，也可以作為高 8 位地址總線。 P3 口（ 10 至 17 腳）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，除了可作為普通的 I/O 口引腳之外，每個引腳還有第二功能。第二功能如表 41 所示： 引腳 第二功能 第二功能信號名稱 RXD 串行口輸入端 TXD 串行口輸出端 INT0 外部中斷 0 請求輸入端口 INT1 外部中斷 1 請求輸入端口 T0 定時 /計數(shù)器 0 T1 定時 /計數(shù)器 1 WR 外部 RAM 寫選通 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 8 RD 外部 RAM 讀選通 （ 2）電源及時鐘引腳 電源及時鐘引腳總共 4 個，分別是： ① Vcc（ 40 腳）：接 +5V 電源。 ② Vss（ 20 腳）：接地。 ③ XTAL1（ 19 腳）：接單片機(jī)外部晶振電路的引腳，包括晶體振蕩器和微調(diào)電容，采用外部時鐘時，這個引腳接地。 ④ XTAL2（ 18 腳）：接單片機(jī)外部晶振電路的引腳，包括晶體振蕩器和微調(diào)電容，采用外部時鐘時，這個引腳輸入外部時鐘。 （ 3）控制線和 復(fù)位引腳 單片機(jī)用于復(fù)位和控制用的引腳共 4 個，分別為：第 9 腳，第 29 腳，第 31腳和第 30 腳。這些引腳都有自己特殊的功能，有些可以有兩種模式選擇，在這里不一一介紹，下面以第 30 腳作為代表進(jìn)行介紹： 第 30 腳的名稱是 ALE/PROG，有兩個功能，分別可以作為地址鎖存允許信號輸出引腳和編程脈沖輸入引腳，通過引腳輸出的高低電平來實現(xiàn)不同的功能。在系統(tǒng)擴(kuò)展單片機(jī)訪問外部存儲器的情況下， ALE 端口的輸出信號用來鎖存存儲器的低8 位地址；如果不需要訪問外部存儲器， ALE 端口和正常一樣，輸出周期變化的正脈沖信號，其頻 率為振蕩器的六分之一。需要注意的是，當(dāng)訪問外部存儲器時，系統(tǒng)會自動跳過一個 ALE 脈沖。 單片機(jī)復(fù)位電路 單片機(jī)的復(fù)位顧名思義就是對單片機(jī)的初始化操作，它就好像是對電腦的重啟，當(dāng)電腦出現(xiàn)死機(jī)的情況時，只需重啟電腦，電腦的內(nèi)部程序就會初始化。單片機(jī)也是這樣，在單片機(jī)的運行過程中，有時候會受到各種特殊情況干擾，單片機(jī)的工作會變得不正常，這時只需要按下復(fù)位按鈕，單片機(jī)內(nèi)部的程序就會重新開始運行。 為了使單片機(jī) CPU 和系統(tǒng)其他各個模塊進(jìn)入已經(jīng)設(shè)定好的初始狀態(tài)，并且從初始狀態(tài)開始正常工作，我們需要對單片機(jī) 在啟動的時候進(jìn)行復(fù)位。單片機(jī)的復(fù)位信號是從 RST 引腳進(jìn)入到單片機(jī)里的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)整個系統(tǒng)進(jìn)入正常的工作狀態(tài)后，且晶振電路穩(wěn)定工作，如果 RST 引腳接收到一個高電平信號，而且能夠維持 2 個機(jī)器周期以上，這時 CPU 就會響應(yīng)，并且讓系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)的復(fù)位方法有兩種，一種方法是通過按鍵對單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行手動按鍵復(fù)位，另一種就是上電以后系統(tǒng)的自動復(fù)位，此次設(shè)計使用的是手動按鈕復(fù)位。手動復(fù)位的方法需要在 RST 端直接加上高電平，所以只需在正電源和 RST 端加上一個獨立按鍵，那么當(dāng)按下獨立按鍵的時候， +5V 的正電源將會直接 加到 RST 端，松開的時候，杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 9 RST 又將與正電源斷開，由于人的反應(yīng)時間的原因，按按鍵的時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于兩個機(jī)器周期，所以，完全能夠滿足復(fù)位時間的要求。這個系統(tǒng)的手動按鍵復(fù)位電路如下圖 42，圖中的 EST 就是 RST，接單片機(jī)的第 9 引腳： 圖 42 復(fù)位電路 單片機(jī)晶振電路 單片機(jī)系統(tǒng)都必須帶有晶振，即晶體振蕩器，它在單片機(jī)系統(tǒng)里扮演了重要的角色。單片機(jī)每完成一步任務(wù)，都需要一個時間，也就是單片機(jī)在完成任務(wù)的時候需要時鐘信號。因此，晶振的作用片很明確了，是為單片機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生一個單片機(jī)要用的時鐘信號，一般 情況下一個系統(tǒng)只需要一個晶振，這樣可以讓各模塊的運行保持同步，當(dāng)然也有一個系統(tǒng)使用多個晶振的情況，本次設(shè)計是共用了一個晶振。 簡而言之，晶振就是給單片機(jī)提供工作信號脈沖的，也就是確定單片機(jī)的工作速度的。 STC12C5A60S2 單片機(jī)內(nèi)有一個放大器，可以進(jìn)行反向放大，它的增益比較高，用來構(gòu)成內(nèi)部的振蕩電路， XTAL1 引腳作為此放大器的輸入端， XTAL2 引腳作為此放大器的輸出端。與這個放大器一起組成自激電路的，是單片機(jī)外部電路中的石英晶體或者其他材料諧振器，它們作為反饋元件。由于晶振和單片機(jī)對應(yīng)的兩個引腳組 成的振蕩電路中會有諧波生成，盡管這個諧波對電路的影響很小，但是會降低電路的時鐘振蕩器的穩(wěn)定性，所以為了提高電路的穩(wěn)定性，我們需要在和晶振的兩個引腳處接近的地方接入兩個電容來降低諧波對電路穩(wěn)定性的影響，一般兩個電容的范圍是在 10pF 到 50pF。我在這個系統(tǒng)中選擇了兩個 30pF 的電容和 的晶振，接在放大器的反饋回路中，形成一個并聯(lián)的晶振電路。此系統(tǒng)的晶振電路如圖 43 所示： 圖 43 晶振電路 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 10 顯示模塊 由于段式液晶屏只能顯示數(shù)字和少量的英文字符，而單色圖形式液晶模的圖形分辨率 較低，所以本次設(shè)計我選擇了可以顯示數(shù)字、中英文字符并且分辨率較高的 TFT 液晶模塊。另外 TFT 屏幕的價格也在逐漸降低，也減少了成本。 TFT（ Thin Film Transistor）是薄膜型晶體管液晶顯示屏，它其中的每一個象素點全都是通過它后面的薄膜型晶體管來驅(qū)動的，這樣提高了顯示屏的響應(yīng)速度 ，所以 TFT 液晶的色彩更逼真，圖像質(zhì)量更高。 顯示模塊電路如圖 44 所示： 圖 44 顯示模塊電路 本次設(shè)計 TFT 液晶屏采用的是 16 位并行方式與單片機(jī)相連接，它與 8 位的方式相比速度更快。 該模塊的 80 并口有如下一些 信號線： CS： TFTLCD 片選信號； WR：向 TFTLCD 寫入數(shù)據(jù)； RD：從 TFTLCD 讀取數(shù)據(jù)； D[15:0]： 16 位雙向數(shù)據(jù)線； RST：硬復(fù)位 TFTLCD； RS：命令 /數(shù)據(jù)標(biāo)志（ 0，讀寫命令； 1，讀寫數(shù)據(jù)）。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 11 TFT 顯示屏顯示的效果如圖 4圖 46 所示： 圖 45 列車運行時信息 圖 46 列車到站時信息 屏幕的上面部分可以顯示列車到站的信息和下一站的預(yù)報，而屏幕的下面部分則可以顯示列車已過站臺的信息，當(dāng)列車已經(jīng)經(jīng)過某站點時，該站點就會從紅色變成綠色 ，并且叉會變成勾。 語音模塊 現(xiàn)在市場上主要有，既可以錄音又可以播放的 ISD 系列，一次性的 APLUS 系列，掩膜型 等等。根據(jù)本次設(shè)計的要求，我選擇 ISD4004 語音芯片，它最長可以錄制16 分鐘，完全夠 25 個站語音播報的儲存，而且它能較好的還原之前錄制的聲音效果。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 12