【文章內(nèi)容簡介】 D13D14D15D16D17VCCB10B11B12B13B14B15B16B17C10C11C12C13C14C15C16C17 圖 26 AT89C51 引腳圖 10 定時 /計數(shù)器的結(jié)構(gòu)及控制 定時 /計數(shù)器的實質(zhì)是加 1 計數(shù)器（ 16 位），由高 8 位和低 8 位兩個寄存器組成。 TMOD 是定時 /計數(shù)器的工作方式寄存器，確定工作方式和功能； TCON 是控制寄存器，控制 T0、 T1 的啟 動和停止及設(shè)置溢出標(biāo)志 。定時 /計數(shù)器結(jié)構(gòu)如圖27 所示： 圖 27 定時 /計數(shù)器結(jié)構(gòu)圖 AT89S51 單片機(jī)定時 /計數(shù)器的工作由兩個特殊功能寄存器控制。 TMOD 用于設(shè)置其工作方式； TCON 用于控制其啟動和中斷申請 [9]。 TMOD 工作方式寄存器 TMOD 用于設(shè)置定時 /計數(shù)器的工作方式，低四位用于 T0，高四位用于 T1。其格式如表 32： 表 23 工作方式寄存器格式 位號 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 符號 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 GATE：門控位。 GATE＝ 0 時，以運(yùn)行控制位 TRX(X=0， 1)來啟動定時 /計數(shù)器運(yùn)行； GATA＝ 1 時，要用軟件使 TR0 或 TR1 為 1，同時外部中斷引腳或也為高電平時，才能啟動定時 /計數(shù)器工作； C/T 計數(shù)器模式和定時器模式選擇位 ： C/T=1 時，選擇計數(shù)器模式，計數(shù)器對外部輸入引腳 T0（ ）或 T1（ ）的外部脈沖計數(shù)； C/T=0 時，選擇定時器模式。 M1M0：工作方式設(shè)置位。定時 /計數(shù)器有四種工作方式，由 M1M0 進(jìn)行設(shè)置。 11 表 24 工作方式及功能 M1 M0 工作方式 功能 0 0 工作方式 0 13位計數(shù)器 0 1 工作方式 1 16位計數(shù)器 1 0 工作方式 2 自動再裝入 8位計數(shù)器 1 1 工作方式 3 定時器 0：分成兩個 8位計數(shù)器 定時器 1：停止計數(shù) TCON TCON 的低 4 位用于控制外部中斷 ,已在前面介紹。 TCON 的高 4 位用于控制定時 /計數(shù)器的啟動和中斷申請。其格式如下： 表 25 控制寄存器格式 位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 字節(jié)地址： 88H TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 TF1（ ）： T1 溢出中斷請求標(biāo)志位。 T1 計數(shù)溢出時由硬件自動置 TF1 為 1。 CPU 響應(yīng)中斷后 TF1 由硬件自動清 0。 T1 工作時， CPU 可隨時查詢 TF1 的狀態(tài)。所以，TF1 可用作查詢測試的標(biāo)志。 TF1 也可以用軟件置 1 或清 0，同硬件置 1 或清 0的效果一樣。 TR1（ ）： T1 運(yùn)行控制位。 TR1 置 1 時， T1 開始工作； TR1 置 0 時， T1 停止工作。TR1 由軟件置 1 或清 0。所以，用軟件可控制定時 /計數(shù)器的啟動與停止。 TF0（ ）： T0 溢出中斷請求標(biāo)志位，其功能與 TF1 類同。 TR0（ ）： T0 運(yùn)行控制位，其功能與 TR1 類同。 中斷控制 CPU 對中斷系統(tǒng)所有中斷以及某個中斷源的開放和屏蔽是由中斷允許寄存器 IE 控制的。 12 表 26 中斷寄存器地址控制 位 7 6 5 4 3 2 1 0 字節(jié)地址： 88H EA ES ET1 EX1 ET0 EX0 IE EX0()，外部中斷 0 允許位； ET0()，定時 /計數(shù)器 T0 中斷允許位； EX1()，外部中斷 0 允許位； ET1()，定時 /計數(shù)器 T1 中斷允許位； ES（ )，串行口中斷允許位； EA ()， CPU 中斷允許（總允許）位。 單片機(jī)外圍電路介紹 AT89C51 單片機(jī)的復(fù)位輸入引腳 RST 為 AT89C51 提供了初始化的手段。有了它可以使程序從指定處開始執(zhí)行 ，即從程序存儲器中的 0000H 地址單元開始執(zhí)行程序。在 89C51 的時鐘電路工作后，只要在 RST 引腳上出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上的高電平時，單片機(jī)內(nèi)部則初始復(fù)位。只要 RST 保持高電平，則 89C51 循環(huán)復(fù)位。只有當(dāng) RST 由高電平變成低電平以后， 89C51 才從 0000H 地址開始執(zhí)行程序 [8]。 復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。 本系統(tǒng)的復(fù)位電路是采用按鍵復(fù)位的電路，如圖 28 所示，是常用復(fù)位電路之一。單片機(jī)復(fù)位通過按動按鈕產(chǎn)生高電平復(fù)位稱手動復(fù)位。上電時，剛接通電源，電容 C 相當(dāng)于瞬間短路， +5V 立即加到 RESET 端，該高電平使 89C51 全機(jī)自動復(fù)位，這就是上電復(fù)位；若運(yùn)行過程中需要程序從頭執(zhí)行，只需按動按鈕即可。按下按鈕，則直接把 +5V 加到了 RESET 端從而復(fù)位稱為手動復(fù)位。復(fù)位后，P0 到 P3 并行 I/O 口全為高電平，其它寄存器全部清零 。 13 C10UFSVCCresetR210KR110K1 2 圖 28 AT89C51 復(fù)位電路 按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過 RST 端經(jīng)電阻與電源 Vcc 接通而實現(xiàn)的。時鐘頻率選用 6MHZ 時， C 取 22uF,Rs 取 200Ω，RK取 1KΩ。 報警部分 美國 ISD 公司于 2021 年最新推出一種 單片 8～ 20 秒單段語音錄放電路 ISD1810，它的基本 結(jié)構(gòu)與 ISD11 1420 完全相同，采用 CMOS 技術(shù)，內(nèi)含振蕩器，話筒前置放大，自動增益控制，防混淆濾波器，揚(yáng)聲器驅(qū)動及 FLASH 陣列 [9]。 一、 主要特性： （ 1） 使用方便的單片 8 至 20 秒語音錄放 ； （ 2） 外接電阻調(diào)整錄音時間，高質(zhì)量，自然的語音還原技術(shù) ； （ 3） 內(nèi)置喇叭驅(qū)動放大電路 ； （ 4） 邊沿、電平觸發(fā)放音 10000 次錄音周期（典型） ； （ 5） 自動節(jié)電，維持電流 ， 35v 單電源工作 ； （ 6） 不耗電信息保存 100 年（典型值） ，借助專用設(shè)備可以批量拷貝 。 二、 封裝形式： 現(xiàn)在有四種形式的封裝供客戶選擇 ： （ 1） 通用的，硬包封雙列直插 14 腳的 DIP14，字符標(biāo)記為 ISD1820P； （ 2） 通用的，軟包封單列直插 12 腳的 COB12，字符標(biāo)記為 1810COB； （ 3） 錄音喊話器及錄音門鈴專用的，軟包封單列直插 10 腳的，字符標(biāo)記 14 為 VT8375； （ 4） 通用的，軟包封雙列直插 12 腳的組件板 M12，字符標(biāo)記為 ISD1810M。 在此選用的是第 3 種封裝方式如下 圖 29 元件的封裝 三 、使用操作 電源電壓 35V，在錄放模式下，按住 REC 錄音按鍵不放即錄音， RECLED 燈會亮起，錄音在該組件只需外 加電池、按鍵、喇叭、話筒即可使用。 松開按鍵時停止，放音有三種情況： 邊沿 觸發(fā)放音，按 PE 鍵一下即將全段語音放出，除非斷電或語音結(jié)束不能停止放音； 電平觸發(fā)放音，按住 PL 鍵時即放音，松開按鍵即停止； 循環(huán)放音，置循環(huán)放音開關(guān)閉合，按動 PE 鍵即開始循環(huán)放音，只能斷電才能停止。 在直通模式下，直通開關(guān)閉合，對話筒說話會從喇叭里擴(kuò)音播放出來，構(gòu)成喊話器功能，由于該模式下的話筒放大同時經(jīng)過 AGC 自動增益調(diào)節(jié)和帶通濾波器，其音質(zhì)比通常的話筒放大器要好很多，而且不會出現(xiàn)喇叭過載的情況。 如果用戶不需要直通模式，而且對電路的靜態(tài)耗電有要求，就可以改變話筒的接入方 式，將話筒下端的偏置電阻接到 RECLED 端，這樣，在平時由于 RECLED 端為高電平話筒沒有電壓電流，整個電路的耗電幾乎為零。但這種方式下直通模式不能工作。如果用戶只需要電路做放音用，可以在芯片錄好音測試無誤后，將芯片的 REC 端長期接低電平。取消 REC 按鍵，這樣可以防止意外抹音 15 表 27 工作環(huán)境 條件 參數(shù) 工作溫度 0℃ ~+50℃ 錄放音電源電壓 + ~+ 地電平 0V 如果用戶想制作變調(diào)電路，現(xiàn)在 ISD 芯片也可以了，原來的 ISD 系列芯片的內(nèi)部時鐘 固定，幾乎不能產(chǎn)生變調(diào)效果，而 ISD1820P 可以方便的實現(xiàn)，只需要錄音和放音時的外部振蕩電阻不同就能改變聲音的錄入和播放速度，詳見振蕩電阻和取樣率表。將 ROSC 端所接的振蕩電阻改為電位器可以無級調(diào)節(jié)語音的快慢，錄入的時間越短音質(zhì)越好，錄入的時間越長音質(zhì)越差。 表 28 錄音采樣 Rosc 錄放時間 采樣頻率 典型帶寬 80KΩ 8 100KΩ 10 120KΩ 12 160KΩ 16 200KΩ 20 ISD1820P 的批量拷貝，可以借助 ISD1425 編程拷貝機(jī)加 ISD1820P 拷貝模塊的方案。用戶可以先將需要的語音編程制作在 ISD2532 或 ISD2560 芯片上，然后即可向 ISD1820P 拷貝模塊上的芯片拷貝即可，時間長度在模塊上事先設(shè)定。 軟件系統(tǒng)工作流程 在硬件設(shè)計完畢之后，接下來就是設(shè)計中最核心和最為主要的軟件部分設(shè)計。所謂軟件設(shè)計就是把軟件需求變換成軟件的具體設(shè)計方案（即模塊結(jié)構(gòu)）的過程。 產(chǎn)品猶如我們?nèi)祟愐粯樱布?統(tǒng)是整個外形，軟件系統(tǒng)則是大腦，程序猶如思維。整個系統(tǒng)的工作流程，保證了系統(tǒng)的正常運(yùn)行；想要充分利用好 MCU，就要將其資源按需分配，有條有理，這就需要將 MCU 的內(nèi)存詳細(xì)合理分配，各個單元各盡其責(zé)； MCU 的端口分配，不僅有助于程序控制，而且對 PCB 制版大 16 有裨益。 工作過程及程序設(shè)計 本系統(tǒng)主要分為 2 個狀態(tài)：煙霧濃度較低時的正常狀態(tài)和煙霧濃度較高時的報警狀態(tài)。 正常狀態(tài)時，為了能夠指示整個系統(tǒng)是在正常工作的，采用綠色 LED 指示此狀態(tài)，同時考慮到功耗問題，控制綠色 LED 一秒鐘閃爍一次，定時器 T0 配合工作； 報警狀態(tài)時，紅色有警示作用，所以利用紅色 LED 指示此狀態(tài)，并使其一直亮著，同時，控制語音芯片放音，通過喇叭音頻輸出。定時器 T0 配合工作，報警狀態(tài)時，若煙霧濃度一直較高，則只報警一次。 10 秒鐘后，若煙霧濃度較低，則恢復(fù)正常狀態(tài)；若煙霧濃 度仍較高，則再報警 。 圖 210 為整個系統(tǒng)工作的主流程。 MCU 初始化完成了內(nèi)存清空，端口配置，AD 配置，定時、中斷設(shè)置等操作； AD 轉(zhuǎn)換包括通道 0、通道 1 的采樣；數(shù)據(jù)處理包括報警值的滑動濾波、煙霧濃度信號的滑動濾波、有符號增量計算等一系列計算。放音和 LED 控制由 MCU 通過 I/O 口直接控制 [10]。 初 初 初 MCU初 初 初 初 初 初A/ D初 初初 初 初 初初 初LED初 初初 初 初 初 初YNSTART 圖 210 系統(tǒng)流程圖 17 3 系統(tǒng)設(shè)計 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 MCP3002 的模擬輸入通道 CH0 接入煙霧濃度信號，模擬輸入通道 CH1接入報警門限可調(diào)電阻。具體電路，如圖 31 所示。 圖 31 傳感器連接電路 語音錄放電路中音頻信號由 J1 接入麥克風(fēng)，通過 1K 和 電阻形成串聯(lián)分壓，以給音頻信號直流偏置；將振蕩電阻調(diào)整為 100K，使得錄放時間大致為10 秒； AGC 端接入 22uF 的電容，動態(tài)調(diào)整前置增益以補(bǔ)償話 筒輸入電平的寬幅變化，使得錄制變化很大的音量時失真都能保持最小錄音時；按下開關(guān) KEY，紅色 LED 亮，表明已進(jìn)入錄音狀態(tài)，可以語音輸入要錄制的音頻；放音時，按一下按鍵 AN 即可實現(xiàn)一次放音操作，在結(jié)束放音時紅色 LED 會閃爍一下，表明放音結(jié)束 [11]。 圖 32 所示： 18 圖 32 語音錄放電路 為了有效地抑制共模噪聲，采用雙音頻輸入輸出。通過接在 1 腳、 8 腳間的電容來改變增益，經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，接入大小為 10uF 的電解電容，效果較好。BYPASS 引腳接大小為 470u 的電解電容能夠起到不錯的濾噪效果。輸出端接入耦合電容 ，作用之一是隔直耦合，隔斷直流電壓，直流電壓過大有可能會損壞喇叭線圈；耦合音頻的交流信號。通過電阻和電容構(gòu)成了一階高通濾波器，輸出給揚(yáng)聲器負(fù)載，能夠起到良好的濾波效果。減小電容 C14 的值，可使噪聲能量沖擊的幅度變小、寬度變窄；但調(diào)試發(fā)現(xiàn) C14 太低則會使截止頻率提高。經(jīng)反復(fù)測試發(fā)現(xiàn) 10uF 時效果較為合適。經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試，確定 LM386 音頻功放電路設(shè)計如圖 33 所示。 圖 33 音頻功放電路 如此設(shè)計，明顯改善了音頻的輸出效果，由于錄音環(huán)境的較差，使得錄音質(zhì)量不是很好，但其放音效果已經(jīng)達(dá)到預(yù)期的設(shè) 計目標(biāo)。 前向通道：煙