【正文】 DB1 DB0 功能設(shè)定 0 0 0 0 1 DL N F X X 功能：設(shè)定數(shù)據(jù)總線位數(shù)、顯示的行數(shù)及字型。 參數(shù)設(shè)定的情況如下所示： 位名 設(shè)置 I/D 0=寫入新數(shù)據(jù)后光標(biāo)左移 1=寫入新數(shù)據(jù)后光標(biāo)右移 S 0=寫入新數(shù)據(jù)后顯示屏不移動(dòng) 1=寫入新數(shù)據(jù)后顯示屏整體右移 1 個(gè)字符 3 顯示開(kāi)關(guān)控制指令 如表 45 所示 表 45 開(kāi)關(guān)控制指令 指令功能 指令編碼 RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 顯示開(kāi)關(guān)控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 功能：控制顯示器開(kāi) /關(guān)、光標(biāo)顯示 /關(guān)閉以及光標(biāo)是否閃爍。 2 進(jìn)入模式設(shè)置指令 如表 44 所示 表 44 模式設(shè)置指令 指令功能 指令編碼 RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 進(jìn)入模式設(shè)置 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 功能：設(shè)定每次定入 1 位數(shù)據(jù)后光標(biāo)的移位方向，并且設(shè)定每次寫入的 一個(gè)字符是否移動(dòng)。 EX0（ EX1）：外部中斷允許控制位 當(dāng) EX0（ EX1）＝ 0 禁止外中斷 當(dāng) EX0（ EX1）＝ 1 允許外中斷 ET0（ EX1）：定時(shí) /計(jì)數(shù)中斷允許控制位 當(dāng) ET0（ ET1）＝ 0 禁止定時(shí) (或計(jì)數(shù) )中斷 當(dāng) ET0（ ET1）＝ 1 允許定時(shí) (或計(jì)數(shù) )中斷 ET2：定時(shí)器 2 中斷允許控制位，在 AT89S5 AT89C52 中 ES：串行中斷允許控制位 當(dāng) ES＝ 0 禁止串行中斷 20 當(dāng) ES＝ 1 允許串行中斷 LCD1602 控制 LCD1602 字符發(fā)生存儲(chǔ)器 （ CGROM） 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（ CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了 160 個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，如 表 42 所示，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母 “A”的代碼是01000001B（ 41H），顯示時(shí)模塊把地址 41H 中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母 “A” 。 EA：中斷允許總控制位 當(dāng) EA=0 時(shí)，中斷總禁止。所以在本設(shè)計(jì)中采用 C 語(yǔ)言編寫軟件程序。 由于現(xiàn)在單片機(jī)的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到了 很高的水平，內(nèi)部的各種資源相當(dāng)?shù)呢S富， CPU的處理速度非常的快。匯編語(yǔ)言程序可讀性和可移植性比較差。 按鍵電路如圖 311 所示 圖 311 按鍵電路 19 4 軟件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)是硬件電路和軟件編程相結(jié)合的設(shè)計(jì)方案，選擇合適的編程語(yǔ)言是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。任一按鍵按下時(shí)，此腳位會(huì)輸出高電位，按鍵釋放后此腳又會(huì)恢復(fù)為低電位。 18 (3) DOA DOD（ Dataout AD，腳 1417）：按鍵之 BCD 碼輸出 (4) KBM（ Keyboard Mask，腳 6）：內(nèi)部消除開(kāi)關(guān)彈跳電路所外加電容的 引腳 。 圖 310 單片機(jī)擴(kuò)展口電路 MM74C922 主要引腳說(shuō)明： (1) Y1Y4（腳 1腳 4）： 4*4 鍵盤第一列至第四列。這樣鍵盤上按鍵的數(shù)量就為 4*4 個(gè)，這樣行列式鍵盤結(jié)構(gòu)能有效的提高單片機(jī)系統(tǒng)中 I/O口的利用率。 按鍵電路 計(jì)算機(jī)輸入數(shù)字和其他功能按鍵時(shí)要用到很 多按鍵，在這種情況下，編程會(huì)很簡(jiǎn)單，但是會(huì)占用大量的 I/O 口資源，因此在很多情況下都不采用這樣的方式，而是采用矩陣鍵盤的方式。放 17 音時(shí)，由地址輸入提供起始地址，放音持續(xù)到 EOM 標(biāo)志。高電平選擇放音，低電平選擇錄音。 P/R(27 引腳）：錄音 /放音模式選擇引腳。此引腳內(nèi)部與下拉元件，不用時(shí)應(yīng)接地。 EOM 標(biāo)志在錄音時(shí)由芯片自控插入到該信息段的結(jié)尾。 此引腳變高后可使芯片停止而進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。 此引腳為低電平使能所有的錄音和播放操作。芯片處于存儲(chǔ)空間末尾時(shí)，此引腳輸出低電平脈沖以表示溢出，之后該引腳狀態(tài)跟隨 CE 引腳的狀態(tài)，直到 PD 引腳變高復(fù)位芯片 ANA OUT(21 引腳）：模擬輸出引腳。對(duì)話筒輸入來(lái)說(shuō)，應(yīng)將 ANA OUT 引腳通過(guò)外接電容連至此引腳，該電容和本端的 3 千歐輸入阻抗決定了芯片頻帶的附加低端截至頻率。 ANA IN（ 20 引腳）：模擬輸入引腳。響應(yīng)時(shí)間取決于該端內(nèi)置的 5 千歐電阻和從該端到 VSSA 端所接電容的時(shí)間常數(shù)。 AGC(19 引腳）：自動(dòng)增益控制 引腳。此引腳是前置放大器的反向輸入，當(dāng)以差分形式連接話筒時(shí)，可減小噪聲，提高共模抑制比。 麥克的輸入通過(guò)此引腳將信號(hào)送至片內(nèi)的前置放大器，片內(nèi)自動(dòng)增益控制電路（ AGC）將此前置放大器的增益控制在 15— 24dB。 可驅(qū)動(dòng) 16 歐以上的揚(yáng)聲器（內(nèi)存放音時(shí)功率為 ,AUXIN 放音是功率為 50mW）。 16 AUX IN(11 引腳）：輔助輸入。當(dāng)A8 和 A9 均為 1 時(shí)，為模式輸入。最前面的 600 個(gè)狀態(tài)作為狀態(tài)內(nèi)部存儲(chǔ)器的尋址用，最后 256 個(gè) 狀態(tài)作為操作模式。 AO0/MOA6/M6,A7A9(110 引腳 )：地址線 /模式輸入。單片機(jī)的 （ INT1）引腳、 引腳和 ISD2560DE 的 EOM 標(biāo)志輸出相連， EOM 標(biāo)志在錄音時(shí)由芯片自動(dòng)插入到錄音信息的結(jié)尾處，放音遇到 EOM 時(shí)，會(huì)產(chǎn)生低電平脈沖（約 )觸發(fā)單片機(jī)中斷，單片機(jī)在檢測(cè)到此輸出的上升沿后播放新的錄音。 PD 引腳和 ISD2560 的節(jié)電控制輸入相連，通過(guò)此引腳可以控制芯片的開(kāi)關(guān)。 ISD2560 應(yīng)用電壓：?jiǎn)?5 V供電 , 錄 /放時(shí)間： 60S 尋址空間： 1024位 最多語(yǔ)音分段： 600 支持 OVF 溢出 ISD2560引腳圖如圖 38所示： 圖 38 ISD2560引腳圖 15 A0A9 引腳提供語(yǔ)音芯片 ISD2560 的地址 /模式輸入，通過(guò) A A9 引腳可以配置ISD2560 操作模式。如 37 圖所示： 電 子 泵 用比 較 器取 樣 保 持模 擬 存 儲(chǔ) 圖 37 閉環(huán)存儲(chǔ)電路 被采樣信號(hào)經(jīng)采樣電路取樣保持，同時(shí)電子被泵入模擬存儲(chǔ)單元，此時(shí)兩者被送入比較器的比較端，當(dāng)兩者電平相等時(shí)則停止向 EPROM 中寫入數(shù)據(jù)，這樣模擬信息得到了存儲(chǔ)。 ISD2560 的采樣頻率 8K， 故實(shí)際應(yīng)用中，為存儲(chǔ)不失真音頻信息，放大后的信號(hào)必須經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器后方可送入存儲(chǔ)單元，該濾波器為一五極點(diǎn)抗干擾濾波器，高頻頻限為 ，完全滿足奈奎斯特定律，該器件典型 14 帶寬為 。錄入時(shí)，語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)換能器 MIC 轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)隔直電容去除直流分量后送入前置放大器，微弱的電信號(hào)經(jīng)過(guò)前置放大后由ANAOUT 腳輸出，經(jīng)過(guò)隔直電容后送入 ANAIN 腳，既而信號(hào)進(jìn)入自動(dòng)增益 AGC 放大器，信號(hào)電平得到調(diào)理，使其符合存儲(chǔ)電路的動(dòng)態(tài)范圍。ISD2560 可不分段，也可按最小段長(zhǎng)為單位來(lái)任意組合分段。此外，ISD2560 還具備微控制器所需的控制接口。 ISD2560 省去了 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器，集成度較高，內(nèi)部包括前置放大器，內(nèi)部時(shí)鐘，定時(shí)器，采樣時(shí)鐘，濾波器，自動(dòng)增益控制，邏輯控制，模擬收發(fā)器，解碼器和 480k字節(jié)的 EEPROM。 13 ISD2560 的采樣頻率為 8kHZ，同一系列的產(chǎn)品采樣頻率越低，錄音 /放音時(shí)間越長(zhǎng)，但同頻帶和音質(zhì)會(huì)有所降。 ISD2560 是 ISD 公司生產(chǎn)的語(yǔ)音錄入和重放芯片 ISD2500 系列之一， ISD2500 系列芯片包括 ISD2560， ISD2575， ISD2590和 ISD25120 四種，他們的主要區(qū)別在于存儲(chǔ)語(yǔ)音的時(shí)間長(zhǎng)度， ISD2560 的錄音時(shí)間為60 秒， ISD2575 的錄音時(shí)間為 75 秒， ISD2590 的錄音時(shí)間為 90 秒，而 ISD25120 的錄音時(shí)間為 120 秒。 （ 5）能較好的真時(shí)再現(xiàn)語(yǔ)音的自然效果，避免了一搬固體語(yǔ)音電路的因?yàn)榱炕蛪嚎s所造成的量化噪聲和失真現(xiàn)象。 （ 3）控制簡(jiǎn)單，控制引腳與 TTL 電平兼容。 ISD 系列語(yǔ)音芯片具有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 1）采用模擬量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器直接存儲(chǔ)的專利技術(shù)，即將模擬量數(shù)據(jù)直接寫入單個(gè)存儲(chǔ)單元，不需要經(jīng)過(guò) A/D， D/A 轉(zhuǎn)換。其接口電路如圖 35 所示。 時(shí)鐘接口電路如圖 34 所示： 圖 34 時(shí)鐘電路 顯示電路 本設(shè)計(jì)采用 LCD1602 液晶 顯示器來(lái)顯示輸出數(shù)據(jù)。電容器 C1 和 C2 通常取 22pf 左右，可穩(wěn)定頻率并對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用。如圖33 所示，其為手動(dòng)復(fù)位電路，通過(guò)接通一按鈕開(kāi)關(guān)，使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。 89 系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從 RST 引腳輸入到芯片內(nèi)部的斯密特觸發(fā)器中的。 時(shí)鐘電路： C51 內(nèi)置最高頻率達(dá) 12MHz 的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序， 但C51 單片機(jī)需外置振蕩電容。 全雙工串行口： C51 內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。 定時(shí) /計(jì)數(shù)器： C51 有兩個(gè) 16 位的可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷，用于控制程序轉(zhuǎn)向。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)： C51 內(nèi)部有 128 個(gè) 8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和 128 個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問(wèn)，而不能用于存放用戶數(shù) 10 據(jù)，所以，用戶能使用的 RAM 只有 128 個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義 的字型表。 MCS51單片機(jī)雖然和 DSP,ARM相比處理速度和運(yùn)算速度上都比較慢，但它體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜，速度也可以滿足本次實(shí)驗(yàn)的要求，所以我們采用 AT89C51這款單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的主控芯片。 ARM：是 32位單片機(jī)，適合做中高級(jí)工控或簡(jiǎn)單語(yǔ)音 /圖片（不含視頻）的處理。 主控芯片選型及分析 隨著集成電路工藝的發(fā)展，出現(xiàn)了單片機(jī)、 DSP、 ARM等多種單片機(jī)。 8 3 硬件電路設(shè)計(jì) 硬件電路主要包括單片機(jī)為核心的復(fù)位電路、時(shí)鐘電路，顯示電路、語(yǔ)音電路和按鍵電路。除外，還有各部件之間的連接、引腳間的連接等工作。 AT 89 C 51 控制器擴(kuò)展模塊按鍵模塊語(yǔ)音模塊運(yùn)算模塊顯示模塊 7 在設(shè)計(jì)中采用 AT89C51 單片機(jī)作為微處理器，低電壓、高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4K bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash只讀程序存儲(chǔ)器和 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 （ RAM） ，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器 （ CPU） 和 Flash 存儲(chǔ)單元。此編程工具相比匯編語(yǔ)言具有結(jié)構(gòu)化、適用范圍大、可移植性好等特點(diǎn)。硬件電路設(shè)計(jì)最重要的選擇是確定用于控制的單片機(jī)，并確定與之配套的外圍芯片，使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單。其中，本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，包括按鍵模塊、擴(kuò)展模塊、基本運(yùn)算模塊、語(yǔ)音模塊和顯示模塊。 通過(guò)擴(kuò)展必要的外圍接口電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算器的設(shè)計(jì)。所以本次設(shè)計(jì)采用 4*4 矩陣式鍵盤。 方案二： 4*4 矩陣式鍵盤。 獨(dú)立鍵盤為一端接地，另一端接 I/O 口，并且要接上拉電阻。該液晶有 16 個(gè)引腳， 它能顯示 32 個(gè)字符，并且硬件電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，顯示美觀。 （一）基本顯示特性 +5V電壓，對(duì)比可調(diào)度 ； 內(nèi)含復(fù)位電路 ； 提供各種控制命令，如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能； 有 80 字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 DDRAM； 內(nèi)建有 160 個(gè) 5X7 點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器 CGROM； 8 個(gè) 可由用戶自定義的 5X7的字符發(fā)生器 CGRAM。但由于數(shù)碼管只能顯示數(shù)字和代碼，不能顯示漢字及常用符號(hào)等，所以此方案不考慮 。 顯示電路部分設(shè)計(jì)方案論證與選擇 方案一：數(shù)碼管顯示方案。更重要的是本人經(jīng)過(guò)四年的學(xué)習(xí)，對(duì)單片機(jī)已有深刻的理解，使用起來(lái)更加方便靈活。所以該課題用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，不僅功能易于實(shí)現(xiàn)，而且精確度高，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)。 由于單片機(jī)集成了運(yùn)算器電路、控制電路、存儲(chǔ)器、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器以及輸入 /輸出口電路等，所以用單片機(jī)設(shè)計(jì)控制電路省去了很多分立元器件。這樣一來(lái) FPGA 的性價(jià)比太低， 所以這個(gè)方案不考慮。又由于其集成度高，成本偏高。可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，規(guī)模大，密度高，采用并行的輸入輸出方式，系統(tǒng)處理速度高，適合作為大規(guī)模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的控制核心。 方案二：采用 FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 ）作為系統(tǒng)的控制器。但是計(jì)算器專用芯片的使用最主要是規(guī)范和專業(yè)，適用于復(fù)雜領(lǐng)域計(jì)算。 用計(jì)算器專用芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)并編程實(shí)現(xiàn)。針對(duì)這些，對(duì)于控制器的選擇有以下三種方案。 （ 3） 該計(jì)算器能夠進(jìn)行錯(cuò)誤提示和數(shù)據(jù)溢出提示。 擴(kuò)展功能 （ 1） 該計(jì)算器可顯示負(fù)數(shù)。通過(guò)這幾章的介紹，完成簡(jiǎn)易計(jì)算器的設(shè)計(jì)。此章將硬件電路分為若干模塊，分 別介紹了各模塊的硬