【導(dǎo)讀】設(shè)計(jì)及產(chǎn)品的研發(fā)過(guò)程。DTMF遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)是以AT89C51單片機(jī)作為控制核心，該系統(tǒng)由振鈴信號(hào)檢測(cè)、摘、掛機(jī)控制、雙音頻解碼、語(yǔ)音提示及電器控制五大。它適用于家庭、商店等無(wú)人的場(chǎng)所、還可以用于工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)。話作為媒介，通過(guò)電話線完成對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程操作。生產(chǎn)帶來(lái)了極大的便利。因現(xiàn)在的電話網(wǎng)絡(luò)遍布城鄉(xiāng)各地，同時(shí)如何利用現(xiàn)代的科學(xué)。技術(shù)去改善人類的生活，使人們的生活更加的舒適、方便。從而產(chǎn)生一種利用公共電。話網(wǎng)的DTMF遠(yuǎn)程控制設(shè)計(jì)的構(gòu)想，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種家用設(shè)備遠(yuǎn)程遙控。處理器控制和驅(qū)動(dòng)電路模塊六大部分組成。備了香噴噴的飯菜；提早打開(kāi)空調(diào)，一進(jìn)門便能享受清涼的的世界?同時(shí)又由于采用的基于公共電話網(wǎng)新型的遙控方式，現(xiàn)有的遙控方式中，還有載波通信控制手段和基于無(wú)線尋呼的遙控方式。

　　

【正文】 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 23 4. 圖 各功能模塊軟件設(shè)計(jì) 解碼電路數(shù)據(jù)提取程序 關(guān)于 MT8870 芯片的各 引腳的功能和相關(guān)的解碼電路在前一章的硬件電路己經(jīng)介紹，其工作時(shí)序圖如圖 ，其芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)附錄。只有當(dāng)芯片的反相的輸入端有音頻信號(hào)的進(jìn)來(lái)時(shí)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間延時(shí)以后，在這一時(shí)間是系統(tǒng)的傳輸延時(shí)時(shí)間，其內(nèi)部的數(shù)字檢測(cè)算法，檢測(cè)到音頻信號(hào)時(shí)， ESt 端就出現(xiàn)高電平，隨后 St/GT 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 24 經(jīng)過(guò)了一段電容充電的上升時(shí)間，這時(shí)， St/GT 端的檢測(cè)出大于該芯片的內(nèi)部參考電位 VTSt 時(shí)， St/GT 馬上跳變?yōu)楦唠娖?，這時(shí)再經(jīng)過(guò)編碼、轉(zhuǎn)換、鎖存在內(nèi)部的寄存器后，這時(shí) StD 端變?yōu)楦唠娖?，且是隨 St/GT 端的電壓低于 VTSt 就變?yōu)?低電平，也表明了該芯片的解碼工作己經(jīng)結(jié)束。所以我們利用 StD的下跳變作為單片機(jī)外部中斷 INT1的信號(hào)源，當(dāng) StD 有下降沿到達(dá)時(shí)，產(chǎn)生外部中斷。其解碼以后的中斷服務(wù)子程序（數(shù)據(jù)接收程序）如下，同時(shí) TOE 端是內(nèi)部芯片三態(tài)門的使能控制端，為高電平有效。表明 允許接收數(shù)據(jù)。 4． 2． 1 MT8870的工作時(shí)序圖 解碼中斷服務(wù)程序： MT8870: SETB TOE MOV P1,0FH MOV A,P1 ANL A,0FH MOV @R0,A CJNE A,CODE,BACK SETB SIGNAL CLR EX0 BACK : INC R0 PUSH A RETI ISD4004 的地址分段特性和單片機(jī)尋址 ISD4004 芯片盡管提供了地址輸入線，但它的內(nèi)部各信息段的地址卻無(wú)法直接讀圖 MT8870的工作時(shí)序圖 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 25 出。通常情況下只能使用 ISD 器件提供的不許要知道地址的操作模式，這無(wú)法滿足復(fù)雜或?qū)崟r(shí)操作使用的要求。為實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用，最好使用地址的直接 操作。 ISD 分段地址不是通常意義上的字節(jié)地址單元，而是信息的基本組成單位，ISD4004 的內(nèi)部有 2840K 字節(jié)的 Flash Memory 存儲(chǔ)單元，總共可以規(guī)劃為 2400 行。每個(gè)地址單元指向其中的一行，具有 2400 個(gè)地址單元。 ISD4004 的錄放時(shí)間為 960s，因此它的分辨率為 400ms。 ISD 器件可以進(jìn)行多段錄放操作，每一段稱為一個(gè)信息段。一個(gè)信息段由起始地址指針（ MSP）指定、記錄數(shù)據(jù)和信息結(jié)束標(biāo)志（ EOM）三部分組成。一個(gè)信息段占用一行或多行存儲(chǔ)空間，可以包含多個(gè)地址單元；一個(gè)地址單元最多只能作為一 個(gè)獨(dú)立的段。因此， ISD4004 最多可以分為 2400 段。 ISD 系列芯片可由開(kāi)發(fā)人員或用戶任意錄制、播放需要的一段或幾段語(yǔ)音等。在聽(tīng)覺(jué)表達(dá)中最復(fù)雜的就是語(yǔ)音的組合，它是將用戶預(yù)存的多段語(yǔ)音選擇順序連續(xù)播放，將字或詞素組合成一句話、甚至一段話播放出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)最準(zhǔn)確、定量的語(yǔ)義表達(dá)，例如“歡迎使用家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，請(qǐng)輸入密碼，以 號(hào)結(jié)束?！?、“對(duì)不起，你的輸入有誤，再見(jiàn)?！钡?。 ISD4004 是采用模擬存取技術(shù)集成的可反復(fù)錄放的 960 秒語(yǔ)音芯片，掉電后語(yǔ)音不丟失，最大可分 2400 段，最小每段語(yǔ)音長(zhǎng)度為 400ms，每段語(yǔ)音都可由地址線控制輸出，每 400ms 為一個(gè)地址，由 A0A10 的地址線控制。用戶錄制的語(yǔ)音每一段結(jié)束后芯片自動(dòng)設(shè)有段結(jié)束標(biāo)志（ EOM），芯片錄滿后設(shè)有溢出標(biāo)志（ OVF） 。如果用單片機(jī)等控制電路按某一段的起始地址進(jìn)行放音操作，遇到段結(jié)束標(biāo)志（ EOM）即自動(dòng)停止放音，單片機(jī)收到段結(jié)束標(biāo)志（ EOM）就開(kāi)始觸發(fā)下一段語(yǔ)音的起始地址，如此控制，即可以將很多、不同段的語(yǔ)音組合在一起成一句話放音出來(lái)，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的自動(dòng)組合。 這種控制方式有較強(qiáng)的通用性和方便性，它不需要事先規(guī)定每段語(yǔ)音的時(shí)間長(zhǎng)度、總 段數(shù)，甚至不需要知道每段語(yǔ)音在 ISD4004 芯片上的具體地址，只要用戶記住錄入語(yǔ)音的段順序即可控制各段語(yǔ)音的自由組合。 首先，單片機(jī) 89C51 控制 ISD4004 語(yǔ)音芯片從頭至尾放音一遍，它會(huì)將語(yǔ)音芯片中的每一段語(yǔ)音的起始地址都記錄下來(lái)，即完成了芯片搜索操作。然后，用戶可按照 RS232 標(biāo)準(zhǔn)串口協(xié)議向單片機(jī)的 RXD 端發(fā)送合成指令，單片機(jī)即將合成命令翻譯成對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音芯片中各段語(yǔ)音的起始地址并控制語(yǔ)音芯片發(fā)出需要的語(yǔ)音，一段結(jié)束后邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 26 立刻又播發(fā)需要的下一段，如此將一句話合成“說(shuō)”完。在單片機(jī)的 TDX端將作為忙信 號(hào)端使用，當(dāng)有語(yǔ)音輸出時(shí)該端將保持低電平，空閑時(shí)為高電平。 單片機(jī)遵循標(biāo)準(zhǔn) 5V 的 RS232 串口協(xié)議方式（ TDX、 RDX雙線，串口方式一、無(wú)校驗(yàn)），協(xié)議如下： 串口速率： 4800 bit/s 引導(dǎo)碼： AA AA 靜音延遲 秒： DD （在一句話中停頓一會(huì)，起逗號(hào)作用） 句結(jié)束放音存儲(chǔ)碼： FF FF （立刻語(yǔ)音合成放音） TDX 端放音忙信號(hào)： 低電平有效 （ 空閑為高電平，語(yǔ)音合成放音期間變?yōu)榈碗娖捷敵?。? 數(shù)據(jù)碼： 碼址與語(yǔ)音段位序號(hào)對(duì)應(yīng)，如 00 為第一段， 01 為 第二段， 02 為第三段，?? .每句話最多 100 段。 單片機(jī)控制語(yǔ)音芯片內(nèi)部地址的獲取 根據(jù) ISD器件的地址形成和分段特性，我們可以連續(xù)錄入多段信息，不用考慮各段的地址；錄制完畢之后，在播放過(guò)程中根據(jù)器件的輸出信號(hào)，確定各段的起始地址和結(jié)束地址。 在使用中，我們利用 89C51 的內(nèi)部定時(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí)，使用了外部中斷捕捉 EOM跳變信號(hào)。為提高計(jì)時(shí)的精度，使用了自動(dòng)重載的工作模式，定時(shí)器在每個(gè)定時(shí)周期結(jié)束之后立即重新裝入初值開(kāi)始計(jì)時(shí)。使每個(gè)定時(shí)周期之間沒(méi)有隔離。在這種模式下，定時(shí)器是 8 位工作狀態(tài)，最大計(jì)時(shí)周 期不到 ，為產(chǎn)生 400ms 的定時(shí)周期，采用多次定時(shí)產(chǎn)生一個(gè)周期的方法。每個(gè)定時(shí)周期設(shè)定為 ， 800 次產(chǎn)生一個(gè) 400ms的周期。播放遇到 EOM 標(biāo)記， EOM 引腳信號(hào)變底持續(xù) 50ms 之后變高； ISD 器件的播放一直到 EOM 由低電平回到高電平。由于 89C51 外部中斷的觸發(fā)信號(hào)是高電平到低電平的跳變。每次播放之前，開(kāi)放定時(shí)和外部中斷。開(kāi)始播放時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)器。播放結(jié)束時(shí)，引發(fā)外部中斷，停止定時(shí)器計(jì)時(shí)。在此之前，每個(gè) 400ms 地址計(jì)數(shù)器值加 1，一直到播放結(jié)束為止。此時(shí)，地址計(jì)數(shù)器當(dāng)前值與起始值之差值就是該段 所占用的地址單元數(shù)；從而在起始的基礎(chǔ)上計(jì)算出結(jié)束地址。 ISD4004 的錄放音控制實(shí)現(xiàn)都是利用軟件使單片機(jī)的 I/O口模擬 SPI的工作通信協(xié)議，在指令的控制下，實(shí)現(xiàn) 16 分鐘錄放音。其中程序和和流程見(jiàn)附錄。 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 27 單片機(jī)的 SPI 口的模擬 由于 AT89C51 單片機(jī)不具有 SPI 接口，因此我們必須用軟件來(lái)模擬 SPI接口通信協(xié)議。具體做法是：用四個(gè)普通 I/O 口分別與 ISD 器件的 MISO 、 MOSI、 SCLK 和 SS端相連，其中與 SCLK 相連的 I/O 口負(fù)責(zé)提供時(shí)鐘 脈沖。所有的串行數(shù)據(jù)傳送從 SS腳下降沿開(kāi)始，在傳送過(guò)程中 SS 端一直保持低電平，指令期間為高電平。始終上升沿?cái)?shù)據(jù)輸入 ISD，時(shí)鐘下降沿?cái)?shù)據(jù)從 ISD 輸出。 用軟件模擬 SPI 接口時(shí)，時(shí)序一定要正確。 AT89C51 單片機(jī)的指令執(zhí)行時(shí)間為1us(12MHz 晶振時(shí) )，而 ISD4004 芯片的 SPI 時(shí)在 ns 級(jí)的，所以用 NOP指令滿足大部分時(shí)延的要求。其流程圖如上圖 所示 . 系統(tǒng)初始化 片選 產(chǎn)生時(shí)鐘下降沿，使 ISD器件輸出一位數(shù)據(jù) 保存數(shù)據(jù) 產(chǎn)生時(shí)鐘上升沿， ISD器件輸入一位數(shù)據(jù) 傳輸完成？ 返回 產(chǎn)生時(shí)鐘上升沿， ISD器件輸入一位數(shù)據(jù) Y N 圖 SPI接口模擬流程圖 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 28 開(kāi)始 原理圖繪制 生成網(wǎng)絡(luò)表文件 電氣測(cè)試 定義板框 各類參數(shù)設(shè)置 載入網(wǎng)絡(luò)表 和元器件封裝 元件布局 布線規(guī)則設(shè)定 自動(dòng)布線 手動(dòng)調(diào)整 輸出圖表 結(jié)束 圖 PCB設(shè)計(jì)流程圖 系統(tǒng)程序 下面為總的具體主程序流程和程序部分。見(jiàn)附錄。 4 PCB 設(shè)計(jì) PCB 板的設(shè)計(jì)流程 由于制作樣品的是單 面板，下面給出 PCB 板制作的總體流程。 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 29 DTMF 遠(yuǎn)程控制裝置的 PCB設(shè)計(jì) 原理圖繪制 ① 產(chǎn)生原理圖：在進(jìn)入 Protel 99 后，建立一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)文件如取名為 。然后進(jìn)入該數(shù)據(jù)庫(kù)，打開(kāi)文件夾 Documents，打開(kāi)編輯欄。在該編輯欄的空白處單擊鼠標(biāo)右鍵從彈出的菜單中選擇 New，新建 Sheet1 的原理圖文件。打開(kāi)該文件然后在邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 30 環(huán)境設(shè)置中設(shè)置好相應(yīng)的工作環(huán)境，再進(jìn)行原理圖的繪制。 ② 電氣設(shè)計(jì) 規(guī)則檢查：在畫(huà)完電路原理圖以后，要進(jìn)行電氣法則測(cè)試，于檢驗(yàn)在電路原理圖繪制的中產(chǎn)生錯(cuò)誤。首先在 [Tools]菜單項(xiàng)中選擇 [ERC]，執(zhí)行 ERC 命令后，系統(tǒng)彈出 Setup Electrical Rule Check 對(duì)話框，選中對(duì)話框中相應(yīng)的項(xiàng)目，然后確認(rèn)。 ERC 即自動(dòng)進(jìn)行，產(chǎn)生一個(gè)測(cè)試報(bào)告，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)該報(bào)告從新修改相關(guān)的錯(cuò)誤或疏漏，以后從屬上述同樣的操作。 ③ 生成網(wǎng)絡(luò)表文件：執(zhí)行創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表命令 [Design][Create Netlist]，系統(tǒng)彈出Netlist Creation 對(duì)話框，對(duì)該對(duì)話框中 Preference 和 Trace Options 兩個(gè)標(biāo)簽頁(yè)進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置可生成所需要的網(wǎng)絡(luò)表文件。 PCB 板的規(guī)劃 ① 定義板框：在繪制電路板之前，首先要定義板框，定義板框主要包括：定義定義電路板的層數(shù)、電路板的外形尺寸和形狀等。首先新建一個(gè) PCB 文檔，打開(kāi)后點(diǎn)擊編輯區(qū)下方的 Keep Out 層標(biāo)簽，切換當(dāng)前層為禁止布線層。然后在上面繪制一個(gè)矩形板框。執(zhí)行 [Design][Rules]命令，選擇 Routing 標(biāo)簽頁(yè)的 Rules Classes 區(qū)中的Routing Layers 規(guī)則，將 Toplayer 設(shè)置 成 Not used， Bottomlayer 設(shè)置成 Vertical，即把布線層設(shè)置在底層的單層板。但同時(shí)自己也可以利用板框向?qū)?chuàng)建自定義模板。這里不重復(fù)了。 ② 電路參數(shù)設(shè)置：因?yàn)樵O(shè)置 PCB 電路參數(shù)，是為了更好地進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先執(zhí)行[Tools][Preferences]命令或快捷鍵 T+P 將在彈出的 Preferences 對(duì)話框中進(jìn)行設(shè)置，在該對(duì)話框中有六個(gè)選項(xiàng)卡分別為： Option、 display、 Colors、 Show/Hide、 Defaults、Signal Integrity 選項(xiàng)卡。在這里系統(tǒng)默認(rèn)就行。 ③ 載入 網(wǎng)絡(luò)表和元件封裝：執(zhí)行 [Design][Netlist]命令打開(kāi)載入網(wǎng)絡(luò)表對(duì)話框，在 Netlist File 選項(xiàng)中，輸入所要載入的網(wǎng)絡(luò)表文件名及路徑，網(wǎng)絡(luò)表沒(méi)有錯(cuò)誤后，按[Aduanced]載入網(wǎng)絡(luò)表。載入網(wǎng)絡(luò)表后，電路板中會(huì)出現(xiàn)由元件封裝和連接關(guān)系組成的一些凌亂的圖形。接下來(lái)就把這些凌亂的圖形放置到適當(dāng)?shù)奈恢?，即元件布局? ④ 元件布局：元件布局可采用自動(dòng)布局和手動(dòng)布局兩種方式。在這里我們采用手動(dòng)布局的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。 ⑤ 規(guī)則設(shè)定 ：在布線前要進(jìn)行配置，配置主要 Design Rules 對(duì)話框中進(jìn)行。在這里我們將間 距約束設(shè)置為 10mil,布線拐角設(shè)定為 45 度拐角，導(dǎo)線寬度將穿過(guò)中心芯片引腳的導(dǎo)線設(shè)置成 ，地線和電源線設(shè)置成 和 ，其它導(dǎo)線為根據(jù)布線的方便性和電氣特性設(shè)置成 。 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 31 ⑥ 自動(dòng)布線：布線規(guī)則設(shè)定好后，執(zhí)行 [Auto Route][All]命令，將按布線規(guī)則和其它參數(shù)的設(shè)定對(duì)整個(gè)電路板進(jìn)行布線。 ⑦ 手動(dòng)調(diào)整：在自動(dòng)布線的過(guò)程中線條較多，有時(shí)達(dá)不到布線要求，布線不完整，所以需要進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整。在調(diào)整過(guò)程中可將布線