【文章內容簡介】 果。鍵盤就是實 現(xiàn)人向機器輸入數據和對系統(tǒng)進行干預的基本設備，它實質上是一組按鍵開關的集合。鍵盤可分為兩個基本類型 :一種是用硬件電路來識別，稱為編碼鍵盤 。另一種是用軟件方法來識別，稱為非編碼鍵盤 [10]。由于非編碼鍵盤所需硬件少、價格便宜，所以本系統(tǒng)選用了非編碼鍵盤。并且選用 8279通用編程鍵盤，它具有 16x8位的隨機存取存儲器 RAM和 8X8位先進先出寄存器 (FIFO)。 利用 8279 可實現(xiàn)鍵盤和顯示器的自動掃描，給出適當的逐行掃描頻率，便識別 平頂山學院 2021屆 本科 生 畢業(yè) 設計 基于單片機的鐵路道口報警系統(tǒng)的設計 秦佳 10 鍵盤上閉合鍵的鍵碼，能提供鍵盤消抖和串鍵保護功能。不僅可以大大節(jié)省 CPU對鍵盤和顯示器的操作時間，從而減輕 CPU 負擔，而且顯示穩(wěn)定，程序簡單，不會出現(xiàn)誤操作。 8279 的 /CS 為片選信號輸入端，低電平有效，是啟動 8279 工作的地址選擇線，它接到 AT89C51 系統(tǒng)的譯碼器 74 璐 138 的 IY引腳上。 8279 有 8條雙向數據輸入瑜出線 DB7 一 DBO，用來傳送數據和控制命令，與 AT89C51 系統(tǒng)的 PO 口相連。 AO 為控制命令狀態(tài)與數據選擇信號，用來標志輸入 /輸出的信息是控制命令還是數據。當AO=1(高電平 )時，輸入 /輸出的信息為控制 /命令狀態(tài) 。當 Ao 二 0(低電平 )時，輸入 /輸出的信息 為數據。 8279 的 AO 腳與 AT89C51 地址總線的 AO相連。瓜 D為讀有效輸入信號，低電平有效，讀有效時，將緩沖器數據讀出，送外部數據總線。陰 R為寫有效輸入信號，低電平有效，寫有效時，緩沖器接收外部數據總線上的數據。 SU 一 SLO為掃描線，用來掃描按鍵開關和顯示器的各位數字。當選擇編碼掃描方式時，此方式可從外部對掃描計數器產生的二進制計數值進行譯碼，以提供鍵盤或顯示器掃描信號，掃描線輸出，高電平有效。 SU 一 SLo呈分頻式波形輸出，當外接 4 一 16 譯碼器時，可掃描顯示 16 位顯示器 。當選擇譯碼掃描方式時，掃描線輸出低 電平有效， SU一 SLO 每一時刻只能有 1 位為低電平輸出。此時， 827 只能外接 4 位顯示器和 4X8 鍵盤。根據本系統(tǒng)人機界面的要求，故將 8279 外部掃描線連接為編碼掃描方式，外接8x3 鍵和 16 位數碼顯示器。 RL7 一 RLO 為回送線，通過按鍵與掃描連接。其內部回送緩沖器具有鎖存功能，用來對 8條回送線上的信息進行緩沖和鎖存。在鍵盤工作方式下，對回送線逐條進行掃描，以確定該行哪一個鍵閉合。之后，該閉合鍵在陣列中的地址以及 SHIFr 和 CNTL 的狀態(tài)一起形成鍵盤數據送入先進先出寄存器。 數碼管由 8 個發(fā) 光二極管構成，可用來顯示 0～ 9,A,B,C,D,E,F,P 及小數點“ .”等字符。若把各二極管的陰極連接在一起，則稱為共陰極數碼管。在本系統(tǒng)的數碼顯示電路中采用的是共陰極數碼管。當某個二極管通導時，相應的字段發(fā)光。這樣，若進行適當的控制，使某些二極管通導，這些通導二極管發(fā)光后就可構成一個顯示字符。在共陰極數碼管中，這若干個導通二極管用“ 1”表示，其余二極管用“ 0”表示。 8279的引腳 OUTA3～ AO、 B3～ B0為 A組顯示信號輸出端，對應顯示每個數碼管段選碼 。SL3～SL0 為 B 組顯示信號輸出端，對應顯示數碼管的 片選。根據 8279 的輸出端與數碼管各 平頂山學院 2021屆 本科 生 畢業(yè) 設計 基于單片機的鐵路道口報警系統(tǒng)的設計 秦佳 11 段的對應關系可以推出各種顯示狀態(tài)的段選碼。由于數碼管中每段發(fā)光二極管的負載電流需 l0mA 左右，因此， 8279 的引腳 OUTA3～ A0,OUTB3～ BO 輸出的八路顯示信號由MC1413 來實現(xiàn)對數碼管每路段選的驅動放大作用。該系統(tǒng)電路如圖 24 所示。 圖 24 數碼顯示電路 實驗中發(fā)現(xiàn)， 8279 的 A3～ AO、 B3～ B0輸出口數據更換與 SL3～ SL0輸出并不完全同步，所以造成顯示碼不應亮的段也微微發(fā)光，并且顯示的字符段只是較其他段亮度強一些。所以在編碼掃描方式下，應該用 BD 信號控制譯碼器的工作，使顯示器在更換數據時消隱，上述問題即可得到解決。 1SD1420 芯片功能簡介 ISD1400 系列語音芯片是 ISD（ Information Storage Device）公司生產的。它包括鐘振蕩器、 128K 可編程電擦除只讀存儲器（ EEPROM）、低噪前置放大器、自動益控制電路、抗干擾濾波器、差分功率放大器等電路。 ISD1400 系列語音芯片采用接存 平頂山學院 2021屆 本科 生 畢業(yè) 設計 基于單片機的鐵路道口報警系統(tǒng)的設計 秦佳 12 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，高保真、錄數據永久保存、省電、適用于同單片機接口 [11]。 ISD1420 是 ISD1400 系列中語音時長 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（ DAST），重顯優(yōu)質原音。 （ 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，可隨意改變錄音內容，錄放次數達 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 A 維持電流。 （ 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）可直接驅動 8～ 16Ω喇叭工作，輸出不失真功率大于 50 Mw 也可作激勵信號單端輸出，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，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 25 所示。 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放大器，片上自動增益控制（ AGC）電路控制預放大器的增益在 15～ 24dB 之間。耦合電容值和該端內阻（ 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放大器通頻帶的下限頻率。 SP+、 SP－ —— 喇叭輸出端，該端可直接驅動 16Ω喇叭。可采用雙端輸出驅動喇叭，也可采用單端輸出驅動喇叭，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 100μ F 的交流耦合電容，錄音期間該輸出端保持高阻狀態(tài)。 平頂山學院 2021屆 本科 生 畢業(yè) 設計 基于單片機的鐵路道口報警系統(tǒng)的設計 秦佳 13 圖 25 ISD1420管腳圖 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)。 語音電路設計 該部分電路設計中，包含了為語音系統(tǒng)供電的電源電路 設計。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。 該電路設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)自動產生語音通知道口值守人員和來往行人；遇有特殊情況，值守人員可以自行開啟人工播報方式，用與語音板相連接的麥克風對外發(fā)布通知。所設計的語音電路如圖 26 所示。 1 28 2 27 3 26 4 25 5 24 6 23 7 22 8 21 9 20 10 19 11 18 12 17 13 16 14 15 0A 1A 2A 3A 4A 5A NC NC 6A 7A NC VSSD VSSA SP? STATUE REC RCLE RECLED PLAYE PLAYL NC ANA OUT ANA IN ACC MIC REF MIC VCCA _SP ISD 1402 平頂山學院 2021屆 本科 生 畢業(yè) 設計 基于單片機的鐵路道口報警系統(tǒng)的設計 秦佳 14 本系統(tǒng)的打印輸出采用 AT89C51 單片機為核心，采用電平轉換器 MAX232 實現(xiàn)的串口輸出控制微行打印機的簡單應用方法。 圖 26 語音電路 電平轉換器 MAX232 為 RS232 收發(fā)器，單 +5V 電源供電，僅需外接幾個電容即可完成從 TTL 電平到 EIA 電平的轉換 [12]。即相當于 EIA 口，電位 5V 轉換為－ 8～－ 15V，電位 0V轉換為＋ 8～＋ 15V，轉換后信號由 TXD 輸出，而打印機內部的 MAX232 芯片 RXD引腳就接受該正負電位信號。 MAX232 引腳功能如圖 27所示。 平頂山學院 2021屆 本科 生 畢業(yè) 設計 基于單片機的鐵路道口報警系統(tǒng)的設計 秦佳 15 圖 27 MAX232管腳圖 打印部分電路連接如圖 28所示： 圖 28 打印部分電路 TUUP 系列打印機提供串行接口和并行接口供用戶使用。用戶可通過改變控制板上的串并口控制塊來選擇通信方式。本系統(tǒng)選用串口方式。 TUUP 系列打印機的串行接口與 RS232 標準兼容，其接口插座為 DIC10 線插座。 232MAX 1C? V? 1C? 2C? 2C? V? 2TOUT R2IN VCC GND T1OUT R1IN R1OUT T1IN T2IN R2OUT 平頂山學院 2021屆 本科 生 畢業(yè) 設計 基于單片機的鐵路道口報警系統(tǒng)的設計 秦佳 16 一個系統(tǒng)要想正常穩(wěn)定的工作，必須要有一套穩(wěn)定可靠的電源系統(tǒng)做保障。因此，系統(tǒng)電源電路設計理念應當為 :正常情況下，系統(tǒng)電源板直接引入 220V 交流電源，經過電源板處理后分別為主機、打印機、傳感器等供 電。電源電路設計如圖 29所示。 圖 29 電源電路 非正常情況下上圖后部分電路采用蓄電池電路，如停電，則用蓄電池為主機供電，當電池電壓低于一定值后，自動斷電。 3 系統(tǒng)軟件設計 平頂山學院 2021屆 本科 生 畢業(yè) 設計 基于單片機的鐵路道口報警系統(tǒng)的設計 秦佳 17 硬件電路通過以上章節(jié)確定下來以后，要實現(xiàn)硬件系統(tǒng)所要達到的要求，就必須依賴于軟件系統(tǒng)的設計加以保障。系統(tǒng)能否正常運行，除了硬件的合理設計外，功能完善的軟件設計是必不可少的。本系統(tǒng)的軟件方面采用匯編語言進行程序設計，用匯編語言編程的過程大致可以通過下面幾個步驟來實現(xiàn) : l)注意問題分析，明晰所要解決的問題。 2)審慎選擇算法。根據問題的要求和指令系統(tǒng)的特點，慎重決定所應采用的計算公式和方法，這就是常規(guī)所講的算法。算法尤為重要，它是進行程序設計的根本，決定所編寫程序的正確性和將來系統(tǒng)運行的可靠性。 3)繪制程序框圖。依據所選擇的算法，確定出運算的步驟和順序，把運算過程繪制成程序的流程框圖。 4)加工出操作流程圖。依據確定的數據格式，分配工作單元，進而將程序框圖畫成更詳細的操作流程圖。 5)編寫匯編語言程序。依據程序的操作流程圖和指令系統(tǒng)編寫出匯編語言程序。 6)進行程序測試。相對于單片機來說，沒有自開發(fā)的功能， 要使用仿真器，在仿真器上以單步、斷點、連續(xù)方式試運行程序，來完成對程序的測試，排除程序中的錯誤，達到程序要求。 7)合理優(yōu)化