【文章內(nèi)容簡介】 ISD1400 系列語音芯片是 ISD（Information Storage Device）公司生產(chǎn)的。它包括時鐘振蕩器、 128K 可編程電擦除只讀存儲（ EEPROM） 、低噪前置放大器、自動增益控制電路、抗干擾濾波器、差分功率放大器等電路。ISD1400 系列語音芯片采用直接存儲模擬信號，自動待機省電，可編程電擦除只讀存儲和總線技術(shù)，高保真、錄音數(shù)據(jù)永久保存、省電、適用于同單片機接口。ISD1420是 ISD1400 系列中語音時長為 20S 的語音芯片。 ISD1400 系列語音芯片具有下列特點： （1）.采用直接模擬量存儲技術(shù)（DAST） ，重顯優(yōu)質(zhì)原音。 （2）零功率信息存儲，無需備用電池，存儲的信息可保留 10 年以上。 （3）易于使用，無需編程，可隨意改變錄音內(nèi)容，錄放次數(shù)達 10 萬次以上。 （4）具有自動省電功能，錄音和回放后即刻進入等待模式，僅需 維持流。 （5）可分段存儲多段信息。 （6）自帶時鐘源。 （7）高抗干擾性能。 （8）單+5V 標準電源供電。 （9）可直接驅(qū)動 8～16Ω 喇叭工作，輸出不失真功率大于 50 信號單端輸出，外接功率放大器，輸出功率為額定輸出功率的 1/4，約為 12mW左右。 （10）采用總線技術(shù)，適于同單片機接口。 ISD1420 錄音時間為 20S，它最多可錄音 160 個語音段，語音段最短時間可達到 。 其管腳排列如圖所示：重慶郵電大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）14圖 ISD1420 管腳圖主要管腳介紹如下： A0～A7——地址或操作模式控制端，當 A6 和 A7 不全為高電平時，A0～A7 為分段錄音信息地址線，不同的地址對應(yīng)不同的錄音片段，A6 和 A7全為高電平時，A0～A5 用于選擇操作模式。 MIC——話筒輸入端，話筒輸入信號通過電容交流耦合至此引腳并傳給片上預(yù)放大器，片上自動增益控制（AGC ）電路控制預(yù)放大器的增益在 15～24dB 之間。耦合電容值和該端內(nèi)阻（10kΩ）決定語音信號通頻帶下限頻率。 ANA IN——模擬信號輸入端，對于話筒輸入，ANA IN 引腳應(yīng)通過外部電容與 ANA OUT 引腳連接，若為外部輸入信號，則要直接通過電容耦合到此端。耦合電容決定片上控制預(yù)放大器通頻帶的下限頻率。 SP+、SP －——喇叭輸出端，該端可直接驅(qū)動 16Ω 喇叭?？刹捎秒p端輸出驅(qū)動喇叭，也可采用單端輸出驅(qū)動喇叭，不過雙端輸出信號的功率是單端的四倍，單端輸出需要該腳與喇叭之間串接 100μF 的交流耦合電容，錄音期間該輸出端保持高阻狀態(tài)。 RECLED——工作狀態(tài)指示端，在錄音或放音時該端輸出低電平，可驅(qū)動一個 LED 來指示狀態(tài)。 PLAYL——電平觸發(fā)放音控制端，該端電平變?yōu)榈碗娖讲⒈３?，芯片進入放音狀態(tài)。 REC——錄音觸發(fā)端，REC 一旦變?yōu)榈碗娖?，芯片就進入錄音狀態(tài)。 語音電路設(shè)計部分電路中包含了為語音系統(tǒng)供電的電源部分電路設(shè)計。電源部分采用二極管整流電路，接在電源變壓器的次級輸出端，用四個二極管組成橋式整流電路。它們的后級為濾波電容，交流電整流后，要求將交流成分濾的越干凈越好，所以濾波電容選用大容量的電解電容［13］ 。 電路如圖重慶郵電大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）15圖 ISD1420 與單片機借口電路并且設(shè)有兩種語音工作模式：自動和人工兩種播報方式。在通常情況下，語音處于自動播報狀態(tài)，只要來車系統(tǒng)自動產(chǎn)生語音通知道口值守人員和來往行人；遇有特出情況，值守人員可以自行將開啟人工播報方式，用與語音板相連接的麥克風對發(fā)布通知。 實驗過程中發(fā)現(xiàn)的 ISD1420 芯片使用應(yīng)該注意的幾個問題： （1）該芯片所有控制端、地址端必須可靠的接地或接高電平，不能懸空，否則會出現(xiàn)停播的現(xiàn)象。 （2）為了充分發(fā)揮其優(yōu)質(zhì)高保真的特點，應(yīng)注意：AGC 阻容盡量靠近芯片，且連線要盡量的短。電源地線寬度應(yīng)在 以上。 （3）芯片的 SP+,SP端一定不能直接接地，只能接喇叭或是懸空。 第 二 節(jié) NRF401 電 路 設(shè) 計 NRF401 無線收發(fā)芯片采用 FSK 調(diào)制解調(diào)技術(shù),最高工作速率可以達到 20 KbitPs 。發(fā)射功率可以調(diào)整,最大發(fā)射功率是+ 10 dBm。NRF401 的天線接口設(shè)計為差分天線,以便于使用低成本的 PCB 天線。它要求非常少的外圍元件,無需聲表濾波器、變?nèi)莨艿劝嘿F的元件, 只需要便宜且易于獲得的 4 MHz 晶體,收發(fā)天線合一。無需進行初始化和配置,不需要對數(shù)據(jù)進行曼徹斯特編碼,有 2 個工作頻寬( MHz) ,工作電壓為 ～5 V ,還具有待機模式,可以更省電和高效。NRF401 無線收發(fā)芯片的結(jié)構(gòu)框圖如圖重慶郵電大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）16圖 NFR401 結(jié)構(gòu)框圖 NRF401 有 3 種工作模式: 收模式(RX) 、發(fā)模式( TX) 和等待模式(Std1by) 。 工作模式可由 3 個引腳設(shè)定,分別是 TXEN、CS 和 PWRUP。因此通過單片機控制 NRF401 的工作模式,使其處于接收、發(fā)射、等待任一種狀態(tài),實現(xiàn)半雙工通信。 若 PWR = 0 ,TXEN 和 CS 任意,系統(tǒng)為待機狀態(tài)。若 TXEN = 1 ,為發(fā)送狀態(tài)。 TXEN = 0 ,為接收狀態(tài)。CS 為信道的選通端,CS = 0 選通信道為 MHz CS = l 選通信道為 MHz。其主要特性如下:1) 工作頻率為國際通用的數(shù)傳頻段。2) 工作速率最高可達 20 KbitPs 3) FSK 調(diào)制, 抗干擾能力強 。 4) 采用 PLL 頻率合成技術(shù),頻率穩(wěn)定性極好。 5) 靈敏度高達 105 dBm 6）功耗小, 接收狀態(tài) 250 μA , 待機狀態(tài)僅為 8μ A 7) 最大發(fā)射功率達+ 10 dBm 8) 低工作電壓(217 V) ,可滿足低功耗設(shè)備的要求 。9) 具有多個頻道,可方便地切換工作頻率。 10) 因采用了低發(fā)射功率、高接收靈敏度的設(shè)計,使用無需申請許可證,開闊地的使用距離最遠可達 1 000 m NRF401 接收機使用頻移鍵控( FSK) 調(diào)制方式,改善了噪聲環(huán)境下的系統(tǒng)性能。NRF401 另一個非常重要的特性是接收機的頻帶外阻抗很高(out of band blocking) ,這意味著它不需要外部聲表面波(SAW) 濾波器。此外 NRF401 的解調(diào)器是 DC 平衡的,因此可以使用任何一種協(xié)議,也可以使用各種 ‘0’、 ‘1’序列,因而無需浪費單片機寶貴的處理資源來進行曼徹斯特編碼。 Nrf401 的具體重慶郵電大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）17電路圖如圖 7 所示，1 腳和 20 腳之間連接的是振蕩電路，采用 4MHz 的高穩(wěn)定性晶振。9 腳是數(shù)據(jù)的輸入引腳，10 腳是數(shù)據(jù)的輸出引腳，與主控板 ARM 的UARI 輸入輸出接口相連。連接在奸PWR 端和 vss 之間的電阻 R4 可設(shè)置輸出功率，可以通過選擇不同的 R4 值來調(diào)整發(fā)射功率，發(fā)射功率越大，傳輸距離越遠，但芯片消耗電流也越大，所以在滿足距離要求的前提下，通過設(shè)置 R4 來選擇合適的發(fā)射功率，本文系統(tǒng)使用的 R4=22ko，最大發(fā)射功率為 +1odBm(具體內(nèi)容參考 節(jié))。PLL 回路濾波器是外接的單端 2 階濾波器，由 CS，CS和 R3 構(gòu)成。VCOI 引腳端和 VCOZ 引腳端之間外接高質(zhì)量片式電感，提高頻率的穩(wěn)定性。18 腳和 19 腳用于控制發(fā)射和接收模式，均與主控板的 GPIO 相連。巧腳和 16 腳是環(huán)形天線的連接引腳。天線以差分方式連接到丘 RF401，單端天線也可以通過一個差分轉(zhuǎn)換匹配網(wǎng)絡(luò)連接到 nRF401。本文設(shè)計的電路采用 PCB環(huán)形天線(如圖 12 所示) ，整個環(huán)形天線做在 PCB 上，對于便攜設(shè)備接近效應(yīng)小，比傳統(tǒng)的鞭狀天線或單端天線節(jié)省了空間和生產(chǎn)成本，機構(gòu)上也更穩(wěn) 固可靠。圖 NRF401 射頻模塊電路原理圖重慶郵電大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）18第四章 控制器的軟件設(shè)計 第 一 節(jié) 每 秒 鐘 的 設(shè) 定 延時方法可以有兩種，一種是利用 MCS51 內(nèi)部定時器才生溢出中斷來確定1 秒的時間，另一種是采用軟延時的方法。 第 二 節(jié) 計 數(shù) 器 硬 件 延 時 一 、 計 數(shù) 器 初 值 計 算 定時器工作時必須給計數(shù)器送計數(shù)器初值，這個值是送到 TH 和 TL 中的。他是以加法記數(shù)的，并能從全 1 到全 0 時自動產(chǎn)生溢出中斷請求。因此，我們可以把計數(shù)器記滿為零所需的計數(shù)值設(shè)定為 C 和計數(shù)初值設(shè)定為 TC 可得到如下計算通式： TC=MC 式中，M 為計數(shù)器摸值，該值和計數(shù)器工作方式有關(guān)。在方式 0 時 M 為213 ；在方式 1 時 M 的值為 216；在方式 2 和 3 為 28 二 、 計 算 公 式 T=（M－TC）T 計數(shù) 或 TC＝MT ／T 計數(shù)T 計數(shù)是單片機時鐘周期ＴＣＬＫ的 12 倍；TC 為定時初值 如單片機的主脈沖頻率為ＴＣＬＫ12MHZ ，經(jīng)過 12 分頻 方式 0 TMAX＝213 ＊１微秒＝ 毫秒 方式１ TMAX＝216 ＊１微秒＝ 毫秒 顯然１秒鐘已經(jīng)超過了計數(shù)器的最大定時間，所以我們只有采用定時器和軟件相結(jié)合的辦法才能解決這個問題． 重慶郵電大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）19三 、 １ 秒 的 方 法 我們采用在主程序中設(shè)定一個初值為 20 的軟件計數(shù)器和使 T0 定時 50 毫秒．這樣每當 T0 到 50 毫秒時 CPU 就響應(yīng)它的溢出中斷請求，進入他的中斷服務(wù)子程序。在中斷服務(wù)子程序中，CPU 先使軟件計數(shù)器減１，然后判斷它是否為零。為零表示１秒已到可以返回到輸出時間顯示程序。四 、 相 應(yīng) 程 序 代 碼 定時器需定時 50 毫秒，故 T0 工作于方式１。 初值： TC＝MT／ T 計數(shù) ＝2１６ －50ms/1us=15536=3CBOH ORG 1000H START: MOV TMOD, 01H 令 T0 為定時器方式１ MOV TH0, 3CH 裝入定時器初值 MOV TL0, BOH 。 MOV IE, 82H 開 T0 中斷 SEBT TR0 ；啟動 T0 計數(shù)器 MOV RO, 14H 。軟件計數(shù)器賦初值 LOOP: SJMP $ ；等待中斷 （２）中斷服務(wù)子程序 ORG 000BH AJMP BRTO ORG 00BH BRTO:DJNZ R0，NEXT AJMP TIME 跳轉(zhuǎn)到時間及信號燈顯示子程序 DJNZ：MOV R0，＃14H ；恢復(fù) R0 值 MOV TH0, 3CH 重裝入定時器初值 MOV TL0, BOH 。 MOV IE, 82H RET1 重慶郵電大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）20 END 第 3 節(jié) 軟 件 延 時MCS51 的工作頻率為 212MHZ，我們選用的 8031 單片機的工作頻率為6MHZ。機器周期與主頻有關(guān)，機器周期是主頻的 12 倍，所以一個機器周期的時間為 12*（1/6M）=2us。我們可以知道具體每條指令的周期數(shù)，這樣我們就可以通過指令的執(zhí)行條數(shù)來確定 1 秒的時間。 具體的延時程序分析： DELAY:MOV R4,08H 延時 1 秒子程序 DE2:LCALL DELAY1 DJNZ R4,DE2 RET DELAY1:MOV R6,0 延時 125ms 子程序 MOV R5,0 DE1: DJNZ R5,$ DJNZ R6,DE1 RET MOV RN，DATA 字節(jié)數(shù)數(shù)為 2 機器周期數(shù)為 1 所以此指令的執(zhí)行時間為 2ms DELAY1 為一個雙重循壞 循環(huán)次數(shù)為 256*256=65536 所以延時時間=65536*2=131072us 約為 125us DELAY R4 設(shè)置的初值為 8 主延時程序循環(huán) 8 次，所以 125us*8= 1秒 由于單片機的運行速度很快其他的指令執(zhí)行時間可以忽略不計。 第 四 節(jié) 時 間 及 信 號 燈 的 顯 示 一 、 8051 并 行 口 的 擴 展 8051 雖然有 4 個 8 位 I/O 端口,但真正能提供借用的只有 P1 口,因為 P2 和P0 口通常用于傳送外部傳送地址和數(shù)據(jù),P3 口也有它的第二功能。因此， 8031通常需要擴展。由于我們用外部輸入設(shè)定紅綠燈倒計時初值、數(shù)碼管的輸出顯示、紅綠黃信號燈