【文章內(nèi)容簡介】 可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠性，降低系統(tǒng)的成本。只要程序長度小于 4K，四個 I/O 口全部提供給用戶?？捎?5V電壓編程 ,而且擦寫時間僅需 10 毫秒，僅為 8751/87C51 的擦除時間的百分之一 ,與 8751/87C51 的 12V 電壓擦寫相比，不易損壞器件，沒有兩種電源的要求，改寫時不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。工作電壓范圍寬（ ~6V） ，全靜態(tài)工作，工作頻率寬在 0Hz～24MHz 之間，比 8751/87C51 等 51 系列的 6MHz～12MHz 更具有靈活性 ,系統(tǒng)能快能慢。 AT89C51 芯片提供三級程序存儲器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。 P0 口是三態(tài)雙向口 ,通稱數(shù)據(jù)總線口 ,因為只有該口能直接用于對外部存儲器的讀 /寫操作。 圖 AT89C51芯片引腳分布 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 12 ③ AT89C51 引腳功能 AT89C51 單片機(jī) 40 引腳分布如右圖 。 AT89C51 是一種低損耗、高性能、 CMOS 八位 微處理器，片內(nèi)有 4k 字節(jié)的在線可重復(fù)編程、快速 擦除快速寫 入程序的存儲器，能重復(fù)寫入 /擦除 1000 次，數(shù)據(jù)保存時間為十年。它與MCA51 系列單片 機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，不僅可完全代 替 MCS51 系列單片機(jī)，而且能使系統(tǒng)具有許多 MCS51 系列產(chǎn)品沒有的功能。 AT89C51 可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠性，降低系統(tǒng)的成本。 只要程序長度小于 4K，四個 I/O 口全部提供給用戶。 可用 5V電壓編程 ,而且擦寫時間僅需 10 毫秒，僅為 8751/87C51 的擦除時間的百分之一 ,與 8751/87C51 的 12V 電壓擦寫相比，不易損壞器件，沒 有兩種電源的要求，改寫時不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。工作電壓范圍寬（ ~6V），全靜態(tài)工作，工作頻率寬在 0Hz～ 24MHz之間，比 8751/87C51 等 51 系列的 6MHz～ 12MHz更具有靈活性 ,系統(tǒng)能快能慢。 AT89C51 芯片提供三級程序存儲器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。 P0 口是三態(tài)雙向口 ,通稱數(shù)據(jù)總線口 ,因為只有該口能直接用于對外部存儲器的讀 /寫操作。 3） MT8870 是雙直插式 DTMF 信號接收處理專用集成電路。 MT8870 電路的 基本特性是實現(xiàn) DTMF 信號分離濾波和譯碼功能，輸出相應(yīng)的 16表 2 P3口的第二功能 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 13 種 DTMF 頻率組合的 4 位并行二進(jìn)制碼（如表 1 所示）。電路輸出的二進(jìn)制碼 Q1— Q4由數(shù)據(jù)輸出允許端 TOE 控制。 TOE 為高電平時， Q1Q4 輸出與當(dāng)前輸入的 DTMF 信號相對應(yīng)的二進(jìn)制碼；低電平時， Q1～ Q4 端呈高阻狀態(tài)。運放和 R R C1 組成一反相放大器，對輸入的 DTMF 信號進(jìn)行隔離放大，其增益 K=－ R2/R5，改變 R2 的值可變增益的大小，但增益不宜過大，一般 K 值取為 1～ 5，輸入的 DTMF 信號的幅度應(yīng)在～ 883mV 之間。 4 端為 VREF為基準(zhǔn) 電壓輸出端，取值 VDD/2=。 （詳細(xì)連接方法，見圖 ， MT8870 與單片機(jī)的接口技術(shù)） 輸入的 DTMF 信號經(jīng) MT8870 解調(diào)后，在 StD 端產(chǎn)生一個控制輸出信號，該信號輸出端與單片機(jī) AT89C51 的外部中斷輸入端 INT1 相連，當(dāng)該信號發(fā)生由 1 到 0 的跳變時，中斷標(biāo)志 IE1（中斷安排為下降沿觸發(fā)方式），設(shè)置中斷標(biāo)志為 1，當(dāng) AT89C51響應(yīng)中斷后，產(chǎn)生一個 RD 信號，經(jīng)相反之后使 MT8870 的 TOE 端產(chǎn)生一個高電平脈沖信號，該信號使 MT8870 的數(shù)據(jù)輸出端 Q1— Q4 由原來的高阻狀態(tài)變?yōu)榕c當(dāng)前輸入的雙音頻信號相對應(yīng)的二進(jìn)制編碼信號， AT89C51 通過 P1 口將該二進(jìn)制數(shù)讀入并保存在數(shù)據(jù) RAM 區(qū)。 語音提示電路設(shè)計 基于 DTMF 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)利用語音提示電路實現(xiàn)用戶和系統(tǒng)之間的交流。用戶在語音的提示下進(jìn)行操作。首先存儲若干段系統(tǒng)提示音，由單片機(jī)判斷用戶輸入的信息，在對語音提示電路進(jìn)行尋址 ,播放相應(yīng)的提示音，提示用戶進(jìn)行下一步操作。 ISD4004 芯片介紹 1） ISD4004 性能 ISD4004 是美國 ISD 公司制造的一種新款語音芯片。 與 ISD 其它系列語音產(chǎn) 品不同的是， ISD4004 是一種微控制器“從”設(shè)備，而“主”控制器可以是內(nèi)置有 SPI 兼容接口圖 MT8870 與單片機(jī)的連接圖 V D DV S SGSI N HQ1Q2Q3Q4O S C 1O S C 2T O ES T DE S TS T / G TV R E FP W D NIN +IN P 1. 0P 1. 1P 1. 2P 1. 3A T 8 9 C 5 1R\ D \I\ N \ T \ 1\300K R 3 FC2100K R 5100K R4100K R2C1 FC3 FM T 8 8 7 0信號輸入3. 5795 V C CV C C100K R 1邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 14 的微控制器，也可以用 I/O 仿真 SPI 通信協(xié)議。該芯片的所有操作必須由微控制器控制，操作命令可通過串行通信接口（ SPI 或 Microwire）送入。 它采用了“多級存儲”等專利技術(shù)。該系列的特點是錄音時間長。它的片內(nèi)含大容量的 FLASH memory(2840K),一片電路就能實現(xiàn)最長達(dá) 16分鐘的錄放音。根據(jù)存儲時間不同，同一系列的型號芯片的性能也有不同，表 3 所示。 表 3 ISD4004系列型號與性能對照表 ISD4004 系列工作電壓為 3V，單片錄放時間為 8～ 16 分鐘，音質(zhì)好，適用于移動電話及其它便攜式電子產(chǎn)品中。 其工作電流的典型值為：放音時， ICC=25mA；錄音時，ICC=30mA；靜態(tài)電流只有 1μ A。存儲語音信息能保留 100 年，可錄放語音 10 萬次。通過串行外設(shè)接口 SPI 與單片機(jī)連接，可實現(xiàn)對語音芯片更加靈活的尋址和控制，同時減少芯片的引出端數(shù)，提高了芯片的使用靈活性。 由于聲音錄放采用了 ChipCorded 專利技術(shù) ,即聲音無須 A/D 轉(zhuǎn)換和壓縮就可直接存儲 ,不存在 A/D 轉(zhuǎn)換誤差 ,在一個記錄位 (BIT)可存儲 多達(dá) 250 級聲音信號 ,相當(dāng)于通常A/D技術(shù)記錄容量的 8倍。片內(nèi)集成了晶體振蕩器、麥克風(fēng)前置放大器、自動增益控制、抗混疊濾波器、平滑濾波器、聲音功率放大器等 ,只需很少的外圍器件 ,就可構(gòu)成一個完整的聲音錄放系統(tǒng)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)見附錄。 2） ISD4004 芯片引腳功能描述 ① ISD4004 芯片的引腳圖如右圖 所示 ② ISD4004 芯片的引腳說明如下： VCCA,VCCD：供電電源端 3V，而且為了使噪聲最小 ,芯片的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線 ,并且分別引到外封裝的不同管腳上 ,模擬和數(shù)字電源端最 好分別走線 ,盡可能在靠近供電端處相連 ,而去耦電容應(yīng)盡量靠近器件。模擬、數(shù)字信號電源正端。 VSSA,VSSD：接地線端。芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字 電路也使用不同的地線。 ANAIN+：錄音信號同相輸入端，輸入放大器可用單端或差分驅(qū)動。單端輸入時 ,信號圖 ISD4004 引腳分布 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 15 由耦合電容輸入 ,最大幅度為峰值 32mV,耦合電容和本端的 3KΩ電阻輸入阻抗決定了芯片頻帶的低端截止頻率。差分驅(qū)動時 ,信號最大幅度為峰值 16mV。 ANAIN：錄音信號反相輸入端，信號通過耦合電容輸入 ,最大幅度為峰值 16mV。 AUD OUT：音頻輸出端，可驅(qū)動 5KΩ的負(fù)載。 MOSI：串行輸入端，主控制器應(yīng)在串行時鐘上升沿之前半個周期將數(shù)據(jù)放到本端 ,供 ISD 輸入。 MISO：串行輸出端， ISD 未選中時 ,本端呈高阻狀態(tài)。 SCLK：時鐘輸入端，由主控制器產(chǎn)生 ,用于同步 MOSI 和 MISO 的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)在SCLK 上升沿鎖存到 ISD,在下降沿移出 ISD。 INT: 中斷輸出端，本端為漏極開路輸出。 ISD 在任何操作 (包括快進(jìn) )中檢測到 EOM或 OVF 時 ,本端變低并保持。中斷狀態(tài)在下一個 SPI 周期開始時清除。中斷狀態(tài)也可用RINT 指令讀取。 OVF 標(biāo)志 —— 指示 ISD 的錄、放操 作已到達(dá)存儲器的末尾。 EOM 標(biāo)志 —— 只在放音中檢測到內(nèi)部的 EOM標(biāo)志時 ,此狀態(tài)位才置 1。 RAC：行地址時鐘，漏極開路輸出。每個 RAC 周期表示 ISD 存儲器的操作進(jìn)行了一行(ISD4004 系列中的存貯器共 2400Line)。該信號 175ms 保持高電平 ,低電平為 25ms。快進(jìn)模式下 ,RAC 的 s 的高電平 , s為低電平。該端可用于存儲管理技術(shù)。 XCLK：外部時鐘輸入端，不用時必須接地。 AUTCAP：自動靜噪端，用于當(dāng)沒有信號時自動減少噪音。大信號不衰減時，靜音衰減 6Db。 3） ISD4004 與 SPI 總線的接口技術(shù) 數(shù)據(jù)傳輸有串行和并行數(shù)據(jù)傳輸兩種方式。長期以來，并行數(shù)據(jù)傳輸以其高速度而十分廣泛的應(yīng)用于各種設(shè)備，如 CPU、 RAM 和打印機(jī)等；串行數(shù)據(jù)傳輸僅在遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)上占據(jù)一定優(yōu)勢。隨著集成電路制造工藝的發(fā)展，器件的速度大為提高，串行傳輸?shù)乃俣鹊南拗?，因此出現(xiàn)了大量帶串行外圍接口的集成電路。這些芯片與并行接口芯片相比，具有引腳少，芯片體積小，接口線少等優(yōu)點，它的應(yīng)用范圍也越來越廣泛。 由于 ISD4004 通過 SPI接口傳送數(shù)據(jù)， SPI 總線即（ Serial Peripheral Interface—串行外設(shè)接口）是 MOTOROLA 公司推出的一種串行擴(kuò)展接口 ,是全雙工同步通信口。 它可以使 MCU 與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息。 如 外圍設(shè)置 FLASHRAM、網(wǎng)絡(luò)控制器、 LCD顯示驅(qū)動器、 A/D 轉(zhuǎn)換器和 MCU 等。 ① SPI 總線組成 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 16 SPI 接口一般使用 4 條線：串行時鐘線（ SCK）、主機(jī)輸入 /從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線 MISO、主機(jī)輸出 /從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線 MOST 和低電平有效的從機(jī)選擇線 SS(有的 SPI 接口芯片帶有中斷信號線 INT、有的 SPI 接口芯片沒有主機(jī)輸出 /從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線 MOSI)。由于 SPI 系統(tǒng)總線一共只需 3～ 4位數(shù)據(jù)線和控制即可實現(xiàn)與具有 SPI總線接口功能的各種 I/O器件進(jìn)行接口，而擴(kuò)展并行總線則需要 8根數(shù)據(jù)線、 8～ 16位地址線、 2～ 3 位控制線，因此，采用 SPI 總線接口可以簡化電路設(shè)計，節(jié)省很多常規(guī)電路中的接口器件和 I/O 口線，提高設(shè)計的可靠性。 SPI 組成的系統(tǒng)如下圖所示。 圖 SPI組成的系統(tǒng) 利用 SPI總線可在軟件的控制下構(gòu)成各種系統(tǒng)。如 1 個主 MCU 和幾個從 MCU、幾個從MCU相互連接構(gòu)成多主機(jī)系統(tǒng)（分布式系統(tǒng)）、 1個主 MCU 和 1個或幾個從 I/O設(shè)備所構(gòu)成的各種系統(tǒng)等。在大多 數(shù)應(yīng)用場合，可使用 1個 MCU作為控機(jī)來控制數(shù)據(jù)，并向 1 個或幾個從外圍器件傳送該數(shù)據(jù)。從器件只有在主機(jī)發(fā)命令時才能接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)的傳輸格式是高位（ MSB）在前，低位（ LSB）在后。 SPI 總線接口系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)如上圖 所示。 當(dāng)一個主控機(jī)通過 SPI 與幾種不同的串行 I/O 芯片相連時，必須使用每片的允許控制端，這可通過 MCU的 I/O 端口輸出線來實現(xiàn)。但應(yīng)特別注意這些串行 I/O 芯片的輸入輸出特性：首先是輸入芯片的串行數(shù)據(jù)輸出是否有三態(tài)控制端。平時未選中芯片時，輸出端應(yīng)處于高阻態(tài)。若沒有三態(tài)控制端，則應(yīng)外加三態(tài)門 。否則 MCU 的 MISO 端只能連接 1 個輸入芯片。其次是輸出芯片的串行數(shù)據(jù)輸入是否有允許控制端。因此只有在此芯片允許時， SCK 脈沖才把串行數(shù)據(jù)移入該芯片；在禁止時， SCK 對芯片無影響。若沒有允許控制端，則應(yīng)在外圍用門電路對 SCK 進(jìn)行控制，然后再加到芯片的時鐘輸入端；當(dāng)然，也可以只在 SPI 總線上連接 1 個芯片，而不再連接其它輸入或輸出芯片。 因此可以利用 片選線實現(xiàn)多機(jī)通信或擴(kuò)展多片 SPI 芯片，在啟動一次傳送時由主機(jī)產(chǎn)生 8 個脈 主控器 SCLK MISO MOSI 器件 1 器件 2 CS1 CS2 圖 SPI 系統(tǒng)組成原理圖 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 17 沖傳給從機(jī)作為同步時鐘，數(shù)據(jù)由串行數(shù)據(jù)輸出端移出，由串行數(shù)據(jù)輸入端移入，其典型的時序圖如下圖 所示。 由于 ISD4004 提供了 SPI 的串行接口，因此用戶可以通過單片機(jī)實現(xiàn)對該芯片的操作、工作模式設(shè)置及尋址，從而完成之間的數(shù)據(jù)交換。 為了能夠正確地交換數(shù)據(jù)， SPI 串行外設(shè)接口必須