【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 信息，傳入單片機(jī)中，再由單片機(jī)觸發(fā) LED 驅(qū)動(dòng)電路和 ISD語(yǔ)音芯片，進(jìn)行自動(dòng)報(bào)站及漢字顯示 ,完成完整的工作模式。工作流程如圖 . 單片機(jī) 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(jì) 硬件電路包括 四大 部分： 單片機(jī)模塊，語(yǔ)音電路， LED 顯示模塊和 GPS 模塊 。詳細(xì)闡明芯片的選擇比較，所選用芯片內(nèi)部組成、功能特點(diǎn)、外圍電路及其接口電路，并設(shè)計(jì)出具體的硬件電路。 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) AT89C51 簡(jiǎn)介 AT89C51有 40個(gè)引腳， 4個(gè) 8位并行 I/O口， 1個(gè)全雙工異步串行口，同時(shí)內(nèi)含 5個(gè)中斷源， 2個(gè)優(yōu)先級(jí)， 2個(gè) 16位定時(shí) /計(jì)數(shù)器。 AT89C51的存儲(chǔ)器系統(tǒng)由 4K的程序存儲(chǔ)器 (掩膜 ROM)，和 128B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)組成 ， 具有低電 壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個(gè)端口只需要兩個(gè)口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì) ， 使用系統(tǒng)可用 USB供電。 AT89C51單片機(jī)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(shí)鐘電路； 總線控制邏輯。 2． 存儲(chǔ)器系統(tǒng) 4K字節(jié)的程序存儲(chǔ)器（ ROM/EPROM/Flash，可外擴(kuò)至 64KB）； 128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM，可再外擴(kuò) 64KB）； 特殊功能寄存器 SFR。 3． I/O口和其他功能單元 4個(gè)并行 I/O口； 2個(gè) 16位定時(shí)計(jì)數(shù)器； 1個(gè)全雙工異步串行口； 中斷系統(tǒng)（ 5個(gè)中斷源， 2個(gè)優(yōu)先級(jí)）。 AT89C51單片機(jī)的主要特性： 1. 一個(gè) 8 位的微處理器 (CPU)。 2. 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM(128B)，用以存放可以讀／寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)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(jī)最多提供 1K 的 8 RAM。 3. 片內(nèi)程序存儲(chǔ)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(jī)內(nèi)部不帶 ROM/EPROM，如 8031， 8032， 80C31 等。目前單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是將 RAM 和 ROM 都集成在單片機(jī)里面，這樣既方便了用戶進(jìn)行設(shè)計(jì)又提高了系統(tǒng)的抗干擾性。 SST 公司推出的 89 系列單片機(jī)分別集成了 16K、 32K、64K Flash 存儲(chǔ)器，可供用戶根據(jù)需要選用。 4. 四個(gè) 8 位并行 I／ O 接口 P0~P3，每個(gè)口既可以用作輸入，也可以用作輸出。 5. 兩個(gè)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式，用以對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置成定時(shí)方式，并可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時(shí)的結(jié)果實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。為方便設(shè)計(jì)串行通信，目前的 52 系列單片機(jī) 都會(huì)提供 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。 6. 五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)。現(xiàn)在新推出的單片機(jī)都不只 5 個(gè)中斷源，例如SST89E58RD 就有 9 個(gè)中斷源。 7. 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)之間或單機(jī)與微機(jī)之間的串行通信。 8. 片內(nèi)振蕩器和時(shí)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(dá) 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(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng)P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個(gè)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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣 故。在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個(gè)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(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1”時(shí)，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(shí)， 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(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外 9 部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， 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(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL門電流。當(dāng) 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(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部 輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， 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(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ) 器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng)/EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)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(shí)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(jiǎn)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(duì)電源噪聲很敏感，布局尺寸面積較大。晶體振蕩器頻率很準(zhǔn)，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(jī)引腳圖 C1 22u FC222u F 12M H ZX1X2圖 晶體振蕩電路 11 如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)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(shí)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(yùn)行的單片機(jī)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(huì)出現(xiàn)“死機(jī)”的現(xiàn)象，它表現(xiàn)為系統(tǒng)無法繼續(xù)正常的運(yùn)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(yùn)行出現(xiàn)了錯(cuò)誤，這時(shí)，即使干擾消失，系統(tǒng)也不會(huì)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(dòng)恢復(fù)正常，“程序運(yùn)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(dòng)復(fù)位。單片機(jī)選用 AT89S51，用外置看門狗芯片 MAX813L,，此芯片體積小、功耗低、性價(jià)比高的帶看門狗和電源監(jiān)控功能的復(fù)位芯片；使用簡(jiǎn)單、方便。它所提供的復(fù)位信號(hào)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(yùn)行狀態(tài)。 目前在市場(chǎng)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(jì)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(cè)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(cè)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(diǎn) ： 1復(fù)位輸出。系統(tǒng)上電、掉電以及供電電壓降低時(shí) , 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(gè)低電平信號(hào)。 3 人工 復(fù)位輸人 ,低電平有效 ,即第 1 腳輸人一個(gè)低電平 , 則第 1 腳產(chǎn)生復(fù)位輸出 4 當(dāng)輸入電源不足時(shí) ,第 5 腳輸出一個(gè)低電平信號(hào) MAX813L 的第 (1)腳與第 (8)腳相連。第 (7)腳接單片機(jī)的復(fù)位腳（ AT89S51的第 (9)腳）；第 (6)腳與單片機(jī)制 。在軟件設(shè)計(jì)中， 號(hào)，如果因某種原因單片機(jī)進(jìn)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(jī)有效復(fù)位，擺脫死循環(huán)的困境。另外，當(dāng)電源電壓低于限 值 時(shí)， MAX813L 也產(chǎn)生復(fù)位輸出，使單片機(jī)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(jìn)單片機(jī)產(chǎn)生錯(cuò)誤的動(dòng)作。 電源故障輸入 PFI 通過一個(gè)電阻分壓器監(jiān)測(cè)未穩(wěn)壓的直流電源。當(dāng) PFI低于 時(shí)，電源故障輸出腳第 5腳 PFO 變低，可引起 AT89S51中斷進(jìn)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(duì)電源故障告警 . 程序運(yùn)行“死機(jī)”及相應(yīng)對(duì)策，程序正常運(yùn)行時(shí)，由主程序在小于 的時(shí)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(gè)脈沖信號(hào)，以清除芯片內(nèi)部的看門狗定時(shí)器。 語(yǔ)音電路 設(shè)計(jì) 語(yǔ)音錄放電路 設(shè)計(jì)以 ISD1730 為核心，輔以 外圍錄放電路 ， 外圍電路相當(dāng)簡(jiǎn)單。由于其可以進(jìn)行直接模擬信號(hào)的存儲(chǔ)，省去了信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換的相關(guān)電路，使得信號(hào)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(yǔ)音還原技術(shù)， 10 萬次錄音周期 (典型值 )，自動(dòng)靜噪功能，片內(nèi)免調(diào)整時(shí)鐘 ，使得語(yǔ)音質(zhì)量以及穩(wěn)定性更加高。 13 語(yǔ)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(yǔ)音錄放電路，該芯片提供多項(xiàng)創(chuàng)新功能，包括多信息管理系統(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。