【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 情況之下，單片機(jī)開(kāi)發(fā)人員可以直接利用單片機(jī)的內(nèi)部程序存儲(chǔ)器、數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、中斷、 I/O 端口，因?yàn)檫@樣可以減少開(kāi)發(fā)整個(gè)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(jí)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(huì)不夠用，這個(gè)時(shí)候我們就應(yīng)該對(duì)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(jì)時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到的情況。 本次設(shè)計(jì)為簡(jiǎn)單的單片機(jī)控制的 語(yǔ)音報(bào)站系統(tǒng) ，因?yàn)楣δ懿皇呛軓?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(shí)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(dòng)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(chǔ)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(kāi)發(fā)人員可以根據(jù)自己的需要選擇 6 時(shí)鐘 /機(jī)器周期和 12 時(shí)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(shí)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(gè)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(jì) 7 8. 具有 EEPROM 功能 9. 共 4 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)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(gè)口 在這四個(gè)口中，每個(gè)口都有 8 個(gè)引腳，即 8 位，一共是 32 個(gè)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(gè)口中最普通的一個(gè)。 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(gè)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(hào)名稱 RXD 串行口輸入端 TXD 串行口輸出端 INT0 外部中斷 0 請(qǐng)求輸入端口 INT1 外部中斷 1 請(qǐng)求輸入端口 T0 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 T1 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 WR 外部 RAM 寫(xiě)選通 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 RD 外部 RAM 讀選通 （ 2）電源及時(shí)鐘引腳 電源及時(shí)鐘引腳總共 4 個(gè)，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(shí)鐘時(shí)，這個(gè)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(shí)鐘時(shí)，這個(gè)引腳輸入外部時(shí)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(gè)，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(gè)功能，分別可以作為地址鎖存允許信號(hào)輸出引腳和編程脈沖輸入引腳，通過(guò)引腳輸出的高低電平來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的功能。在系統(tǒng)擴(kuò)展單片機(jī)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器的情況下， ALE 端口的輸出信號(hào)用來(lái)鎖存存儲(chǔ)器的低8 位地址；如果不需要訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器， ALE 端口和正常一樣，輸出周期變化的正脈沖信號(hào)，其頻 率為振蕩器的六分之一。需要注意的是，當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)跳過(guò)一個(gè) 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(duì)單片機(jī)的初始化操作，它就好像是對(duì)電腦的重啟，當(dāng)電腦出現(xiàn)死機(jī)的情況時(shí)，只需重啟電腦，電腦的內(nèi)部程序就會(huì)初始化。單片機(jī)也是這樣，在單片機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，有時(shí)候會(huì)受到各種特殊情況干擾，單片機(jī)的工作會(huì)變得不正常，這時(shí)只需要按下復(fù)位按鈕，單片機(jī)內(nèi)部的程序就會(huì)重新開(kāi)始運(yùn)行。 為了使單片機(jī) CPU 和系統(tǒng)其他各個(gè)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(kāi)始正常工作，我們需要對(duì)單片機(jī) 在啟動(dòng)的時(shí)候進(jìn)行復(fù)位。單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)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(gè)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(gè)高電平信號(hào)，而且能夠維持 2 個(gè)機(jī)器周期以上，這時(shí) CPU 就會(huì)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(guò)按鍵對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)按鍵復(fù)位，另一種就是上電以后系統(tǒng)的自動(dòng)復(fù)位，此次設(shè)計(jì)使用的是手動(dòng)按鈕復(fù)位。手動(dòng)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(gè)獨(dú)立按鍵，那么當(dāng)按下獨(dú)立按鍵的時(shí)候， +5V 的正電源將會(huì)直接 加到 RST 端，松開(kāi)的時(shí)候，杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 RST 又將與正電源斷開(kāi)，由于人的反應(yīng)時(shí)間的原因，按按鍵的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于兩個(gè)機(jī)器周期，所以，完全能夠滿足復(fù)位時(shí)間的要求。這個(gè)系統(tǒng)的手動(dòng)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(gè)時(shí)間，也就是單片機(jī)在完成任務(wù)的時(shí)候需要時(shí)鐘信號(hào)。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(gè)單片機(jī)要用的時(shí)鐘信號(hào)，一般 情況下一個(gè)系統(tǒng)只需要一個(gè)晶振，這樣可以讓各模塊的運(yùn)行保持同步，當(dāng)然也有一個(gè)系統(tǒng)使用多個(gè)晶振的情況，本次設(shè)計(jì)是共用了一個(gè)晶振。 簡(jiǎn)而言之，晶振就是給單片機(jī)提供工作信號(hào)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(gè)放大器，可以進(jìn)行反向放大，它的增益比較高，用來(lái)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(gè)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(duì)應(yīng)的兩個(gè)引腳組 成的振蕩電路中會(huì)有諧波生成，盡管這個(gè)諧波對(duì)電路的影響很小，但是會(huì)降低電路的時(shí)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(gè)引腳處接近的地方接入兩個(gè)電容來(lái)降低諧波對(duì)電路穩(wěn)定性的影響，一般兩個(gè)電容的范圍是在 10pF 到 50pF。我在這個(gè)系統(tǒng)中選擇了兩個(gè) 30pF 的電容和 的晶振，接在放大器的反饋回路中，形成一個(gè)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(jì) 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(jì)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(jià)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(gè)象素點(diǎn)全都是通過(guò)它后面的薄膜型晶體管來(lái)驅(qū)動(dòng)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(jì) 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(hào)線： CS： TFTLCD 片選信號(hào)； WR：向 TFTLCD 寫(xiě)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(xiě)命令； 1，讀寫(xiě)數(shù)據(jù)）。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 TFT 顯示屏顯示的效果如圖 4圖 46 所示： 圖 45 列車(chē)運(yùn)行時(shí)信息 圖 46 列車(chē)到站時(shí)信息 屏幕的上面部分可以顯示列車(chē)到站的信息和下一站的預(yù)報(bào)，而屏幕的下面部分則可以顯示列車(chē)已過(guò)站臺(tái)的信息，當(dāng)列車(chē)已經(jīng)經(jīng)過(guò)某站點(diǎn)時(shí)，該站點(diǎn)就會(huì)從紅色變成綠色 ，并且叉會(huì)變成勾。 語(yǔ)音模塊 現(xiàn)在市場(chǎng)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(jì)的要求，我選擇 ISD4004 語(yǔ)音芯片，它最長(zhǎng)可以錄制16 分鐘，完全夠 25 個(gè)站語(yǔ)音播報(bào)的儲(chǔ)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(jì) 12