【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ROM：用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格； 　　I/O 口：四個(gè) 8 位并行 I/O 口，既可用作輸入，也可用作輸出； 　　T/C：兩個(gè)定時(shí)/記數(shù)器，既可以工作在定時(shí)模式，也可以工作在記數(shù)模式； 　　五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)； 　　一個(gè)全雙工 UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行 I/O 口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與微機(jī)之間的串行通信； 　　片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高振蕩頻率為 12M。圖 A 系統(tǒng) 51 單片機(jī)最小系統(tǒng)根據(jù) 51 單片機(jī)的工作需求，設(shè)計(jì)了如圖 的最小系統(tǒng)。其中包括晶振電路，復(fù)位電路等。同時(shí)由于 51 單片機(jī) P0 內(nèi)無(wú)上拉電路，所以在 P0 口處設(shè)計(jì)了 10K 的上拉電路。二、 SPCE061A 芯片重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 本方案采用凌陽(yáng)科技公司 16 位高性能的微控制器— SPCE061A 作為主控器 ，SPCE061A 是臺(tái)灣凌陽(yáng)公司生產(chǎn)的性價(jià)比很高的一款十六位單片機(jī)，使用它可以非常方便的實(shí)現(xiàn)控制和語(yǔ)音播報(bào)的系統(tǒng)，該芯片擁有 8 路 10 位精度的AD，其中 1 路 AD 為音頻轉(zhuǎn)換通道，并且內(nèi)置有自動(dòng)增益電路。這為實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音錄入提供了方便的硬件條件。2 路 10 位精度的 DA，只需要外接 2 個(gè)功放（LM386）即可完成語(yǔ)音的播放。另外，凌陽(yáng)十六位單片機(jī)具有易學(xué)易用的效率較高的一套指令系統(tǒng)和集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。在此環(huán)境中，支持標(biāo)準(zhǔn) C 語(yǔ)言，可以實(shí)現(xiàn) C 語(yǔ)言與凌陽(yáng)匯編語(yǔ)言的互相調(diào)用，并且，提供了語(yǔ)音錄放的庫(kù)函數(shù)，只要了解庫(kù)函數(shù)的使用，就會(huì)很容易完成語(yǔ)音播報(bào)，這些都為軟件開(kāi)發(fā)提供了方便的條件。通過(guò)它,可以方便地實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的功能 。]3[SPCE061A 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示。 圖 SPCE061A 內(nèi)部結(jié)構(gòu)SPCE061A 單片機(jī)的主要性能有：? 內(nèi)核采用 16 位 ’ 微處理器；?TMnSP? 工作電壓 ：(CPU) VDD 為 ～ ，(I/O) VDDH 為 ～； 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 ? CPU 時(shí)鐘頻率：～ ；? 內(nèi)置 2K 字 SRAM；? 內(nèi)置 32K 字 FLASH；? 系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下 (時(shí)鐘處于停止?fàn)顟B(tài))， 耗電僅為 ；? 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(可自動(dòng)預(yù)置初始計(jì)數(shù)值)；? 2 路 10 位 DAC(數(shù)/模轉(zhuǎn)換)輸出通道；? 32 位通用可編程輸入/輸出端口；? 14 個(gè)中斷源可來(lái)自定時(shí)器 A / B，時(shí)基，2 個(gè)外部時(shí)鐘源輸入；? 具備觸鍵喚醒的功能；? 7 通道 10 位電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道聲音模數(shù)轉(zhuǎn)換器；? 聲音模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動(dòng)增益控制(AGC)功能；? 具備串行設(shè)備接口；? 具有低電壓復(fù)位 (LVR)功能和低電壓監(jiān)測(cè)(LVD)功能；? 內(nèi)置在線仿真電路 ICE（InCircuit Emulator）接口；? 具有 WatchDog 功能 。SPCE061A 有兩種封裝片，一種為 84 個(gè)引腳，PLCC84 封裝形式；另一種為 80 個(gè)引腳，LQFP80 封裝。本設(shè)計(jì)中使用 PLCC84 封裝形式，它的排列如圖 所示。在 PLCC84 封裝中，有 15 個(gè)空余腳，用戶在使用時(shí)這 15 個(gè)空余腳懸浮。對(duì)應(yīng)的引腳功能表入表 所示。根據(jù)其對(duì)于管腳和應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)了如圖 的最小系統(tǒng)。包括下載電路，晶振電路，復(fù)位電路等。由于單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，所以單片機(jī)需要多點(diǎn)供電，根據(jù)其功能要求，設(shè)計(jì)了多點(diǎn)供電，同時(shí)每處都設(shè)計(jì)了濾波電路。重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 SPCE061A PLCC84封裝排列圖表 引腳功能表引腳名稱 引腳編號(hào) 類型 描述IOA[15:8] 60～53 輸入輸出 IOA[15:8]:雙向 IO 端口IOA[7:0] 48～41 輸入輸出 IOA[7:0]：通過(guò)編程可設(shè)置成喚醒引腳IOA[6:0]：與 ADC Line_In 輸入共用IOB[15:11]IOB10IOB9IOB8IOB7IOB6IOB5IOB464～687677787980811輸入輸出輸入輸出輸入輸出輸入輸出輸入輸出輸入輸出輸入輸出輸入輸出IOB[15:11]：雙向 IO 端口。 IOB10～0 除用作普通 IO 端口外，還可作其他用途（如下所示）IOB10：通用異步串行數(shù)據(jù)發(fā)送引腳 TxIOB9：TimerB 脈寬調(diào)制輸出引腳 BPWMOIOB8：TimerA 脈寬調(diào)制輸出引腳 APWMOIOB7：通用異步串行數(shù)據(jù)接收引腳 RxIOB6：雙向 IO 端口IOB5：外部中斷源 EXT2 的反饋引腳重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 IOB3IOB2IOB1IOB02345輸入輸出輸入輸出輸入輸出IOB4：外部中斷源 EXT1 的反饋引腳IOB3：外部中斷源 EXT2IOB2：外部中斷源 EXT1IOB1：串行接口的數(shù)據(jù)傳送引腳IOB0：串行接口的時(shí)鐘信號(hào)DAC1 21 輸出 DAC1 音頻輸出DAC2 22 輸出 DAC2 音頻輸出OSC311 13 輸入 32768Hz 晶體振蕩器輸入引腳OSC320 12 輸出 32768Hz 晶體振蕩器輸出引腳AGC 25 輸入 AGC 的控制引腳MICN 28 輸入 麥克風(fēng)負(fù)向輸入引腳MICP 33 輸入 麥克風(fēng)正向輸入引腳MICOUT 27 輸出 麥克風(fēng) 1 階放大器輸出引腳，引腳外接電阻決定 AGC 增益倍數(shù)OPI 26 輸入 麥克風(fēng) 2 階放大器輸入引腳XICE 16 輸入 激活 ICE（高電平激活）XICECLK 17 輸入 ICE 串行接口時(shí)鐘信號(hào)引腳XICESDA 18 輸入輸出 ICE 串行接口數(shù)據(jù)信號(hào)引腳PFUSE 29 輸入 程序保密設(shè)定腳。接+5VPVIN 20 輸入 程序保密設(shè)定腳。接 GNDXRESB 6 輸入 復(fù)位輸入。若這個(gè)引腳輸入低電平時(shí)會(huì)使控制器被重置復(fù)位XSLEEP 63 輸出 睡眠狀態(tài)指示，進(jìn)入睡眠狀態(tài)時(shí)輸出高電平VREF2 23 輸出 2V 電壓輸出；最大可達(dá) 5mA 的驅(qū)動(dòng)電流；可作為外部 ADC 通道的最高參考輸入電壓，不可作為電源使用VRTPAD 35 輸入 AD 轉(zhuǎn)換外部參考電壓輸入腳。它決定 AD 轉(zhuǎn)換輸入電壓上限值。若該點(diǎn)輸入一個(gè) 參考電壓，則 AD 轉(zhuǎn)換電壓輸入范為0V～。外部 AD 最高參考電壓VCM 34 輸出 ADC 參考電壓輸出腳VMIC 37 輸出 麥克風(fēng)電源VCP 8 輸入 鎖相環(huán)壓控制振蕩器的阻容輸入XROMT、PVPP 、 669 出廠測(cè)試用引腳，懸空即可XTEST 14 輸入 測(cè)試模式時(shí)接高電平，正常使用時(shí)接地或不接VDDH 5575輸入 I/O 電平參考。若該點(diǎn)輸入一個(gè) 5V 的參考電壓，則 I/O 輸入輸出高電平為 5VVDD 7 輸入 鎖相環(huán)電源VSS 9 輸入 鎖相環(huán)地VSS 124 輸入 模擬地VSS 345 輸入 數(shù)字地重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 0、62VDD 136 輸入 數(shù)字電源三、 電源模塊A 方案中 51 單片機(jī)的采用 5V 電源，因此可直接采用 5V 直流電路直接供電，在給系統(tǒng)供電前先進(jìn)行濾波處理。圖 A 系統(tǒng)電源圖圖 中 J1 為電源接口，直接和 5V 直流電源相接，經(jīng)過(guò) 2 個(gè)濾波電容濾波后給整個(gè)系統(tǒng)供電。LED 起指示燈的作用。B 方案中凌陽(yáng)單片機(jī)采用 電源，先將 5V 直流電壓經(jīng)過(guò) LM7833 后產(chǎn)生 給整個(gè)系統(tǒng)供電。同時(shí)利用 0Ω 電阻將數(shù)字地與模擬地進(jìn)行轉(zhuǎn)換。圖 B 方案電源電路圖圖 中 J1 是電源接口，61 板的內(nèi)核 SPCE061A 電壓要求為 ，而重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 I/O 端口的電壓可以選擇 也可以選擇 5V。所以，在板子上具有兩種工作電壓 5V 和 。主要其中單片機(jī)參考的電壓的大小為 。凌陽(yáng)單片機(jī)的供電方式為：? 5V 電池供電。可以用 3 節(jié)干電池來(lái)供電，5V 直流電壓直接通過(guò)LM7833 穩(wěn)壓器穩(wěn)壓到 ，為整個(gè)系統(tǒng)提供了 5V 和 兩種電壓值。? 5V 穩(wěn)壓源供電用戶可以直接外接 5V 的直流穩(wěn)壓源供電，5V 電壓再通過(guò) LM7833 穩(wěn)壓到 。? 供電用戶可以提供直流 電壓為系統(tǒng)進(jìn)行供電，此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)只有 電壓 I/O 端口電壓此時(shí)只有一種選擇。需要注意的是由于 SPY0029 最大輸出電流為 50mA，所以如果需要外接一些模組時(shí)要先考慮一下是否合適。四、 鍵盤電路系統(tǒng)鍵盤電路如圖 所示。圖 B 方案鍵盤電路電路中的 VCC 端接高電平（5V） ，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，SSS4 端均接高電平。其中 KEYKEYKEY3 的功能是通過(guò)控制信號(hào)，采用軟件執(zhí)行的方法，對(duì)單片機(jī)的相應(yīng)的 IO 口置為高電平或者低電平。第三節(jié) 語(yǔ)音采集模塊凌陽(yáng) 61 單片機(jī)中內(nèi)擁有 8 路 10 位精度的 AD，其中 1 路 AD 為音頻轉(zhuǎn)換通道，并且內(nèi)置有自動(dòng)增益電路。MIC 采集到的信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波電容進(jìn)入單片機(jī)的重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 內(nèi)置 AD 接口即可，對(duì)于語(yǔ)音芯片，則直接與語(yǔ)音芯片上相應(yīng)的端口相連。圖 語(yǔ)音采集電路圖 中，麥克風(fēng)采集的信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波電容后，輸送給單片機(jī)進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換。第四節(jié) 語(yǔ)音處理芯片ISD1700 系列芯片是華邦公司新推出的單片優(yōu)質(zhì)語(yǔ)音錄放電路，該芯 片提供多項(xiàng)新功能，包括內(nèi)置專利的多信息管理系統(tǒng)，新信息提示（vAlert）, 雙運(yùn)作模式（獨(dú)立amp。嵌入式） ，以及可定制的信息操作指示音效。芯片內(nèi)部包含有自動(dòng)增益控制、麥克風(fēng)前置擴(kuò)大器、揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)線路、振蕩器與內(nèi)存等的全方位整合系統(tǒng)功能。 其主要特點(diǎn)： ? 可錄、放音十萬(wàn)次，存儲(chǔ)內(nèi)容可以斷電保留一百年。 ? 兩種控制方式，兩種錄音輸入方式，兩種放音輸出方式 ? 可處理多達(dá) 255 段以上信息 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 ? 有豐富多樣的工作狀態(tài)提示 ? 多種采樣頻率對(duì)應(yīng)多種錄放時(shí)間 ? 音質(zhì)好，電壓范圍寬，應(yīng)用靈活，價(jià)廉 物美圖 ISD 語(yǔ)音芯片示意圖ISD1700 系列錄放芯片是一種高集成度，高性能的芯片。它可以多段錄音，采樣率可在 4K 至 12K 間調(diào)節(jié)，供電范圍可以在 至 之間。 　　、ISD1700 系列錄放芯片可工作于獨(dú)立按鍵模式和 SPI 控制模式。芯片內(nèi)有存儲(chǔ)管理系統(tǒng)來(lái)管理多段語(yǔ)音， 這樣在獨(dú)立按鍵模式下也能進(jìn)行多段語(yǔ)音錄放。此芯片內(nèi)有振蕩器，可通過(guò)外部電阻來(lái)調(diào)節(jié)其振蕩頻率；還有帶自動(dòng)增益控制（AGC）的話筒運(yùn)放，模擬線路輸入，抗鋸齒濾波器，多級(jí)存儲(chǔ)陣列，平滑濾波器，音量控制，直接驅(qū)動(dòng)喇叭的 PWM 輸出與接外部功放的電流/電壓輸出。 　　ISD1700 還有有新錄音提示功能，當(dāng)有新的錄音后，LED 回每幾秒閃一次來(lái)提示用戶有新的錄音。此外還有 4 種音效來(lái)提示用戶的操作結(jié)果，如開(kāi)始錄音、停止錄音、擦除、下一曲和全部擦除等。 　　錄音數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在芯片的 FLASH 內(nèi)，沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何壓縮，所以有較好的音質(zhì)和斷電存儲(chǔ)。 　　芯片有兩路獨(dú)立的語(yǔ)音信號(hào)輸入通道，話筒輸入與模擬信號(hào)輸入。 　　在獨(dú)立按鍵模式下，當(dāng)某功能操作完成后芯片會(huì)自動(dòng)進(jìn)入掉電模式來(lái)降重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 低功耗。在 SPI 模式下，用戶可對(duì)芯片進(jìn)行更多功能操作。如對(duì)任意存儲(chǔ)地址進(jìn)行錄放，對(duì)模擬通道配置寄存器（Analog Path Configuration register, APC）進(jìn)行讀寫等。 　　主要應(yīng)用：按鍵： 　　REC：錄音，電平觸發(fā)； 　　PLAY：放音，邊沿觸發(fā)播放一段，電平觸發(fā)循環(huán)播放； 　　ERASE：邊沿觸發(fā)擦除首段錄音或末段錄音，電平觸發(fā)全局擦除； 　　FWD： VOL：8 級(jí)音量控制； 　　RDY/INT：就緒或中斷指示； 　　RESET：復(fù)位。 　　采樣率可通過(guò)外接電阻調(diào)節(jié) 　　采樣率 12KHz 8KHz 4KHzRosc 53KΩ 80KΩ 100KΩ 120KΩ 160KΩ可通過(guò) SPI 命令選擇外部時(shí)鐘或內(nèi)部時(shí)鐘，選用外部時(shí)鐘時(shí)需將 Rosc 上的電阻去掉，從該腳輸入時(shí)鐘， 外部時(shí)鐘頻率與采樣率的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下： 　　采樣率 12KHz 8KHz 5KHz外部時(shí)鐘頻率 暫停功能：將 Rosc 上的電阻接到 VCC 上便會(huì)暫停播放，將電阻接回 GND 便從斷點(diǎn)處繼續(xù)播放。但注意切換時(shí)不要使 Rosc 腳出現(xiàn)懸空狀態(tài)。消息與操作指示 4 種用戶可編輯聲音提示；有新錄音提示；LED：錄音時(shí)長(zhǎng)亮，放音、擦除與下一曲操作皆為閃亮。兩通道獨(dú)立輸入 MIC：話筒輸入；AnaIn：線路輸入。重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 圖 ISD 語(yǔ)音芯片示意圖圖 為 ISD1730 電路，由于其內(nèi)置放大電路，可以直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，所以外設(shè)電路無(wú)須再連接放大電路。第五節(jié) 顯示模塊顯示模塊由 LCD1602 模塊組成，顯示語(yǔ)音控制信息對(duì)應(yīng)的控制命令。1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了 160 個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常