【文章內(nèi)容簡介】 信息，傳入單片機中，再由單片機觸發(fā) LED 驅(qū)動電路和 ISD語音芯片，進行自動報站及漢字顯示 ,完成完整的工作模式。工作流程如圖 . 單片機 AT89C51 GPS 模塊 LED 顯示屏 ISD1730 放音電路 圖 系統(tǒng)框圖 7 第 3章 硬件電路設(shè)計 硬件電路包括 四大 部分： 單片機模塊，語音電路， LED 顯示模塊和 GPS 模塊 。詳細闡明芯片的選擇比較，所選用芯片內(nèi)部組成、功能特點、外圍電路及其接口電路，并設(shè)計出具體的硬件電路。 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計 AT89C51 簡介 AT89C51有 40個引腳， 4個 8位并行 I/O口， 1個全雙工異步串行口，同時內(nèi)含 5個中斷源， 2個優(yōu)先級， 2個 16位定時 /計數(shù)器。 AT89C51的存儲器系統(tǒng)由 4K的程序存儲器 (掩膜 ROM)，和 128B的數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)組成 ， 具有低電 壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計 ， 使用系統(tǒng)可用 USB供電。 AT89C51單片機主要由以下幾部分組成： 1． cpu系統(tǒng) 8位 cpu，含布爾處理器 時鐘電路； 總線控制邏輯。 2． 存儲器系統(tǒng) 4K字節(jié)的程序存儲器（ ROM/EPROM/Flash，可外擴至 64KB）； 128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器（ RAM，可再外擴 64KB）； 特殊功能寄存器 SFR。 3． I/O口和其他功能單元 4個并行 I/O口； 2個 16位定時計數(shù)器； 1個全雙工異步串行口； 中斷系統(tǒng)（ 5個中斷源， 2個優(yōu)先級）。 AT89C51單片機的主要特性： 1. 一個 8 位的微處理器 (CPU)。 2. 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器 RAM(128B)，用以存放可以讀／寫的數(shù)據(jù)，如運算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等， SST89 系列單片機最多提供 1K 的 8 RAM。 3. 片內(nèi)程序存儲器 ROM(4KB)，用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。但也有一些單片機內(nèi)部不帶 ROM/EPROM，如 8031， 8032， 80C31 等。目前單片機的發(fā)展趨勢是將 RAM 和 ROM 都集成在單片機里面，這樣既方便了用戶進行設(shè)計又提高了系統(tǒng)的抗干擾性。 SST 公司推出的 89 系列單片機分別集成了 16K、 32K、64K Flash 存儲器，可供用戶根據(jù)需要選用。 4. 四個 8 位并行 I／ O 接口 P0~P3，每個口既可以用作輸入，也可以用作輸出。 5. 兩個定時器／計數(shù)器，每個定時器／計數(shù)器都可以設(shè)置成計數(shù)方式，用以對外部事件進行計數(shù)，也可以設(shè)置成定時方式，并可以根據(jù)計數(shù)或定時的結(jié)果實現(xiàn)計算機控制。為方便設(shè)計串行通信，目前的 52 系列單片機 都會提供 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器。 6. 五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在新推出的單片機都不只 5 個中斷源，例如SST89E58RD 就有 9 個中斷源。 7. 一個全雙工 UART(通用異步接收發(fā)送器 )的串行 I／ O 口，用于實現(xiàn)單片機之間或單機與微機之間的串行通信。 8. 片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩頻率為 12MHz。 SST89V58RD 最高允許振蕩頻率達 40MHz，因而大大的提高了指令的執(zhí)行速度。 引腳說明 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣 故。在 FLASH編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流，當 P2 口被寫 “1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外 9 部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL門電流。當 P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： P3 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部 輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當 /EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲 器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當/EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 10 晶體振蕩電路 常用到的振蕩器有三種： RC 振蕩器，環(huán)形振蕩器和晶體振蕩器。 RC 振蕩器是應(yīng)用最為普遍的一種振蕩器電路，它的結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，另外 該電路功耗也較低。但是這種電路的工作電壓極大地影響著它的頻率，工藝相關(guān)性比較差，精度較差。環(huán)形振蕩器的振蕩頻率范圍很寬，穩(wěn)定度較高。但是對電源噪聲很敏感，布局尺寸面積較大。晶體振蕩器頻率很準，而且工作穩(wěn)定 。 由于 AT89C51 的振蕩器特性可知道， XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。圖 單片機引腳圖 C1 22u FC222u F 12M H ZX1X2圖 晶體振蕩電路 11 如采用外部時鐘源驅(qū)動器件， XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必 須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 振蕩電路由 AT89C51 的 18， 19 腳的時鐘端 (XTALl 及 XTAL2)以及 12MHz 晶振X電容 C2， C3 組成，采用片內(nèi)振蕩方式。 復(fù)位電路 運行的單片機應(yīng)用系統(tǒng)，由于環(huán)境惡劣，在工作的過程中一旦因干擾失控，經(jīng)常會出現(xiàn)“死機”的現(xiàn)象，它表現(xiàn)為系統(tǒng)無法繼續(xù)正常的運行，處在一種癱瘓狀態(tài)，它的硬件電路并沒有損壞，只是內(nèi)部程序運行出現(xiàn)了錯誤，這時，即使干擾消失，系統(tǒng)也不會恢復(fù)正常，這就需要采取一些措施來保障系統(tǒng)失控后能自動恢復(fù)正常，“程序運行監(jiān)視系統(tǒng)”（ watchdog 看門狗 ）就是常用的一種抗干擾措施，用以保證系統(tǒng)因干擾失控后能自動復(fù)位。單片機選用 AT89S51，用外置看門狗芯片 MAX813L,，此芯片體積小、功耗低、性價比高的帶看門狗和電源監(jiān)控功能的復(fù)位芯片；使用簡單、方便。它所提供的復(fù)位信號為高電平。系統(tǒng)從軟件死循環(huán)狀態(tài)恢復(fù)到復(fù)位狀態(tài)，使系統(tǒng)重新恢復(fù)到正常的運行狀態(tài)。 目前在市場上有許多流行的專用復(fù)位芯片常用的有 Maxim 公司生產(chǎn)的 MAX 系列芯片 ,本文利用 MAX813L 設(shè)計復(fù)位電路 ,如圖 所示 。 MAX813L 有雙列直插和貼片兩種封裝形式。 第 1 腳 MR 為復(fù)位輸入端 ,低電平有效，第 2腳 VCC 為電源端 ,第 3腳 GND 為地 ,第 4 腳 PFI 為電源故障檢測輸人端 ,D2di o deR 14 10KR 2310KV C CK8R P 110kR E S E Tp2. 7P 3. 4MR1V C C2G N D3P F I4P F O5W D I6R E S E T7W D O8U7 M A X 813 L圖 復(fù)位電路 12 第 5腳 PFO 為電源故障輸出端 ,第 6 腳 WDI 為看門狗檢測輸入端 ,第 7腳 RESET 為復(fù)位輸出端 ,第 8 腳 WDO 為看門狗輸出端。 復(fù)位電路 具有以下特點 ： 1復(fù)位輸出。系統(tǒng)上電、掉電以及供電電壓降低時 , 第 7腳產(chǎn)生復(fù)位輸出 , 復(fù)位脈沖寬度的典型值為 200ms,高電平有效復(fù)位，門限的典型值為 。 2看門狗電路輸出。如果在 即第 6腳無脈沖輸入 , 第8腳輸出一個低電平信號。 3 人工 復(fù)位輸人 ,低電平有效 ,即第 1 腳輸人一個低電平 , 則第 1 腳產(chǎn)生復(fù)位輸出 4 當輸入電源不足時 ,第 5 腳輸出一個低電平信號 MAX813L 的第 (1)腳與第 (8)腳相連。第 (7)腳接單片機的復(fù)位腳（ AT89S51的第 (9)腳）；第 (6)腳與單片機制 。在軟件設(shè)計中， 號，如果因某種原因單片機進入死循環(huán)，則 。于是 后在MAX813L 的第 (8)腳輸出低電平，該低電平加到第 (1)腳，使 MAX813L 產(chǎn)生復(fù)位輸出，使單片機有效復(fù)位，擺脫死循環(huán)的困境。另外，當電源電壓低于限 值 時， MAX813L 也產(chǎn)生復(fù)位輸出，使單片機處于復(fù)位狀態(tài)，不執(zhí)行任何指令，直至電源電壓恢復(fù)正常，可有效防止因電源電壓較低進單片機產(chǎn)生錯誤的動作。 電源故障輸入 PFI 通過一個電阻分壓器監(jiān)測未穩(wěn)壓的直流電源。當 PFI低于 時，電源故障輸出腳第 5腳 PFO 變低，可引起 AT89S51中斷進行電源故障處理，或?qū)⒅匾獢?shù)據(jù)保存下來。把分壓接到未穩(wěn)壓的直流電源是為了更早地對電源故障告警 . 程序運行“死機”及相應(yīng)對策，程序正常運行時，由主程序在小于 的時間間隔內(nèi)周期性地從 P1． 7端向 MAX813L 的 WDI輸入端發(fā)送一個脈沖信號，以清除芯片內(nèi)部的看門狗定時器。 語音電路 設(shè)計 語音錄放電路 設(shè)計以 ISD1730 為核心，輔以 外圍錄放電路 ， 外圍電路相當簡單。由于其可以進行直接模擬信號的存儲，省去了信號模數(shù)轉(zhuǎn)換的相關(guān)電路，使得信號更加的穩(wěn)定、錄放音質(zhì)量好 。內(nèi)置微控制器串行通信接口， 3V 單電源工作，多段信息處理，工作電流 2530mA,維持電流 1μ A，不耗電信息保存 100 年 (典型值 )，高質(zhì)量、自然的語音還原技術(shù)， 10 萬次錄音周期 (典型值 )，自動靜噪功能，片內(nèi)免調(diào)整時鐘 ，使得語音質(zhì)量以及穩(wěn)定性更加高。 13 語音電路 芯片的 介紹 ISD1730 是 ISD 公司最新推出的單片高音質(zhì)語音錄放電路，該芯片提供多項創(chuàng)新功能，包括多信息管理系統(tǒng)，新信息提示（ vAlert ），雙運作模式（獨立 amp。 嵌入式），以及可定制的信息操作指示音效。芯片內(nèi)部包含有自動增益控制、麥克風前置擴大器、揚聲器驅(qū)動線路、振蕩器與內(nèi)存等的全方位整合系統(tǒng)功能。