【正文】 與高速的轉(zhuǎn)換器件，數(shù)據(jù)量很大，單片機(jī)處理比較困難；如果使用低精度低速的轉(zhuǎn)換器件，語音質(zhì)量將大打折扣，故沒有采用。 綜上所述，在本設(shè)計中，考慮到本人對單片機(jī)的運用熟 練度和單片機(jī)的功能領(lǐng)域，選擇 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89S52 單片機(jī)作為本設(shè)計的微控制器。它也有很多特點，比如： 體積小 、 集成度高 、 可靠性好 、 易于擴(kuò)展 ； 具有較強(qiáng)的中斷處理能力 ； 功能強(qiáng)、效率高的指令系統(tǒng) 及 低功耗、低電壓 。并且 可以在線進(jìn)行重復(fù)編程、快速擦除、快速寫入程序，能重復(fù)擦除 / 寫入 1000 次左右，數(shù)據(jù)保存時間為十年。 MCU 微處理控制器的方案對比選擇 方案一： MCU 微處理控制器的種類很多，有 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89SXX 系列單片機(jī)，其中有 8 位的單片機(jī)，也有 16 位的單片機(jī)。 3 第二章 系統(tǒng) 的硬件 設(shè)計 和方案對比選擇 本章重點主要是從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖來闡述了硬件的設(shè)計以及從方案上對比選擇各個電路部分的元件， 目的是使系統(tǒng)達(dá)到一個低成本、高質(zhì)量、穩(wěn)定可靠的設(shè)計。當(dāng)用鍵盤 設(shè)置 本 報警 器 工作 時 ， 可 通過 數(shù)碼管 提示 。 設(shè)計過程中包括硬件電路設(shè)計和 protel 排版 兩個方面 。本語音報警 器設(shè)計 結(jié)構(gòu)簡單，使用靈活，功能穩(wěn)定，音質(zhì)自然、清晰，無論對于社會或者科研也有一定的研究價值 。 安防的最好方法 ,是在不法分子有入侵企圖時通過各種提醒 警告 甚至恐嚇方式 ,增加其心理壓力 ,使之主動離開。 1 題目 :基于 protel 實現(xiàn)語音報警器電路板的設(shè)計 專業(yè) :電子信息工程技術(shù) 摘要 本 設(shè)計 系統(tǒng)硬件利用 AT89S52 作為 CPU 進(jìn)行總體控制，通過 ISD4004 語音芯片建立語音信息庫，對語音信息進(jìn)行自由組合，形成變化多樣的語音信息，利用 LM386 功放播出語音信息以及提示語音， 熱釋電紅外傳感器 RE200B 作檢測元件 ,具有本低、報警可靠性高、方便實用等特點，適于一般家庭使用。 目 錄 第一章 語音報警器設(shè)計的意義及任務(wù) …………………………… 3 語音報 警器設(shè)計的意義 ………………… ………………………… 4 設(shè)計任務(wù) ……………………………………………………………… 4 第二章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計和方案對比選擇 ?????????? 5 系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)設(shè)計方案對比選 擇 MCU 微處理控制器的方案對比選擇 語音芯片的方案對比選 擇 防盜檢測部分的方案選擇 第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計電路及元件說明 MCU 微控制器電路 防盜檢測電路 語音芯片電路 13 ISD4004 引 腳的說明 14 ISD4004 的操作模式說明如下 16 2 功放電路 16 按鍵控制 17 復(fù)位電路 17 晶振電路 18 系統(tǒng)電源供電電路 18 設(shè)計總結(jié) 19 致謝 36 參考文獻(xiàn) 36 附錄 20 附錄一 語音報警器設(shè)計的原理圖 20 附錄二 語音報警器設(shè)計的 PCB 圖 21 附錄三 語音報警器設(shè)計的元器件清單 24 附錄四 系統(tǒng)的參考程序 26 第一章 語音報警器設(shè)計的意義及任務(wù) 語音報警器設(shè)計的意義 隨著人們生活水平的提高和安防意識的 增強(qiáng) , 急需開發(fā)面向大眾、價格低廉、運行可靠的自動報警系統(tǒng)。在警告失效的情況下 ,可以記錄入侵時間、進(jìn)行現(xiàn)場錄音 ,然后通過電話或其他方式通知主人或報警中心 。 設(shè)計任務(wù) 本設(shè)計結(jié)合 單片機(jī)的特點和 語音報警 器 的特點 ， 提出了一種 基于 單片機(jī) AT89S52 來 控制語音芯片 ISD4004 進(jìn)行 語音報警 ，并通 過數(shù)碼管來顯示當(dāng)前實時情況。 本系統(tǒng)硬件利用 AT89S52作為 CPU進(jìn)行總體控制，通過 ISD4004 語音芯片建立語音信息庫，對語音信息進(jìn)行自由組合，形成變化多樣的語音信息，利用 LM386 功放播出 站號 語音信息以及提示語音 信息 ，同時運用 數(shù)碼管 進(jìn)行 相應(yīng) 顯示。適合普通 家庭使 用 的語音報警系統(tǒng)。 系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)設(shè)計方案對比選擇 根據(jù)設(shè)計要求，結(jié)合實際情況和設(shè)計成本要求，對系統(tǒng)主要部分的電路方案敘述如下。 AT89S52 為 8 位的單片機(jī)， 它是一種低損耗、高性能的 CMOS 微處理器，片內(nèi)有 8K 字節(jié)的存儲空間， 128 字節(jié) RAM、 4 個 8 位并口、 1個全雙工串行口、 2 個 16 位定時 /計數(shù)器，尋址范圍 64K。 方案二：微處理控制器也有凌陽公司生產(chǎn)的，同樣有 8 位的 CPU 和 16 位的 CPU。但是其應(yīng)用領(lǐng)域主要是 為控制處理數(shù)據(jù)處理以及數(shù)字信號處理等領(lǐng)域 ，其中 凌陽的 16 位單片機(jī)就是為適應(yīng)這種發(fā)展而設(shè)計的 。 語音播放部分 的方案對比選擇 方案一：使用通用 A/D 器件對音頻信號進(jìn)行采樣和轉(zhuǎn)換，然后保存到數(shù)據(jù)存儲器地址 4 單元當(dāng)中，放音時將不同地址單元的語音信息進(jìn)行組合，通過 D/A 器件轉(zhuǎn)換以后還原為模擬音頻信號。 方案二：使用專用的語音處理設(shè)備與語音編程設(shè)備實現(xiàn) 。這種方案編程容易，語音銜接流暢，但是對器件和設(shè)備要求高，在短時間和一般條件下不易實現(xiàn)，故沒有采用。專用芯片有很多型號，這里我們選擇了現(xiàn)有產(chǎn)品中性能最好的 ISD400408M 芯片，該芯片能夠連續(xù)錄音 8 分鐘，可分 2400 段，同時采用 SPI 串行總線接口，便于與單片機(jī)連接， 8K 的采樣率可以提供 高質(zhì)量的語音信息，對于任務(wù)要求的完成已經(jīng)游刃有余，所以我們選擇了這個方案。與 ISD 同類芯片相比它具有：價格便宜，有多種手動控制方式，分段管理方便、多段控制時電路簡單、采樣速度及錄放音時間可調(diào)、每個單鍵均有開始停止循環(huán)多種功能等特點，同時保留了 ISD2500芯片的一些特點， 都是 DIP28雙列直插塑料封裝，在管腳排列上也基本相同。 與普通的錄音／重放芯片相比ISD4004 具有如下特點：首先，記錄聲音沒有段長度限制，并且聲音記錄不需要Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換和壓縮；其次，將快速閃存作為存儲介質(zhì)，無需電源即可保存數(shù)據(jù)長達(dá) 100 年，重復(fù)記錄 10000 次以上；此外， ISD4004 具有記錄時間長（可達(dá) 16 分鐘，本文采用的為 8 分鐘的 ISD4004 語音芯片）的優(yōu)點；最后 ， ISD4004 的開發(fā)應(yīng)用具有所需外圍電路簡單 電路具有抗斷電、音質(zhì)好，使用方便 以及使用 語音還原技術(shù)和自動靜噪功能強(qiáng) 等優(yōu)點。 臺灣公司 生產(chǎn)的 APR9600語音錄放芯 片和 美國 ISD 公司的 ISD4004 語音錄放 芯片 相比，相同點 都是 DIP28 雙列直插塑料封裝，在管腳排列上也基本相同 ，可以不加功放直接外接驅(qū)動揚聲器。 防盜檢測部分的方案選擇 采用熱釋電紅外傳感器 (PIR) RE200B 檢測人體信號 ,采用紅外傳感信號專用處理芯片BISS0001 對所采集的號進(jìn)行初步處理 。熱釋電傳感器以非接觸方式檢測出人體輻射的紅外線 ,并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘? ,它還能鑒別出運動的生物與其他非生物。實驗證明 ,若不加菲涅耳透鏡 ,熱釋電外傳感器的檢測距離僅 2m 左 右 檢測人體走過 ,配上菲涅耳透鏡后 ,檢測距離可增加到 10m,甚至 20m 以上。該系統(tǒng)中 AT89S52 是核心器件，系統(tǒng)的 5 設(shè)計原理圖如附錄二所示。 AT89S52 作為系統(tǒng)的核心控制元件，只有它能正常工作后才能使其它的元件進(jìn)入正常工作狀態(tài)。 圖 AT89S52 的塑封圖 圖 AT89S52 的管腳圖 1） VCC： 40 腳，供電電壓，一般接 +5V 電壓。 3） P0 口： 1～ 8 腳， P0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。對 P0 端口寫“ 1”時，引腳用作高阻抗輸入。在這種模式下，P0 具有內(nèi)部上電 阻。本設(shè)計中用 的排阻對 P0 口進(jìn)行上拉電平。 P1 端口 寫入 “ 1” 后，被內(nèi)部上拉 電阻把端口拉高 ， 此時可以作為 作輸入 口使用。 6 5） P2 口： 20～ 27 腳， P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。 6） P3 口： 10～ 17 腳， P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P3 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。 7） RESET： 9 腳， 復(fù)位輸入 端 。 8） PALE/ ： 30 腳， 當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 9） PSEN： 29 腳， 外部程序存儲器的選通信號。 當(dāng) EA 為 低電平時， 讀取 外部程序存儲器；當(dāng) EA 端 為 高電平時，則 讀取 內(nèi)部程序存儲器 ，設(shè)計中一般接高電平。 如采用外部時鐘源 時， XTAL1 為輸入端 。 如采用外部時鐘源 時 ， XTAL2 應(yīng)懸空不接 。2 窗 口 比較 。 7 BISS0001 是由運放、電壓比 較器、狀態(tài)控制器 、延遲時間定時器 ,以及封鎖時間定時器等構(gòu)成的數(shù)模混合專用電路。通過將管腳 A 置 1 或置 0 可將其設(shè)置為可重復(fù)觸發(fā)或不可重復(fù)觸發(fā)方式兩種工作方式。在將傳感的輸出信號進(jìn)行預(yù)處理后 ,通過雙向鑒幅器可檢出有效觸發(fā)信號 Vs。 YX 可通過 R3 、 C5 調(diào)節(jié)。 因為要完成語音報值，所以語音芯片是本系統(tǒng)中的核心器件，這里我們選用了性能優(yōu)良的錄放芯片 ISD4004來實現(xiàn)這部分的設(shè)計。錄音時間 8～ 16分鐘，時間長短由采樣頻率決定，采樣頻率越高記錄時間越短但音質(zhì)越好，我們的系統(tǒng)采用了 8分鐘的芯片，取得了較好的音質(zhì)。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 , 就可以構(gòu)成一個完整的聲音錄放系統(tǒng)。 圖 ISD4004在本系統(tǒng)中應(yīng)用的原理圖。由于 ISD4004本身對電源供電質(zhì)量要求不是很 高，而且實驗證明此種方法可以使其可靠的工作，所以我們采用了此種方案。 ISD4004的 SPI總線由 4線構(gòu)成，分別為片選端 CS 、時鐘輸入端 SCLK、串行數(shù)據(jù)輸入端 MOSI、串行數(shù)據(jù)輸出端 MISO，關(guān)于詳細(xì)的 SPI總線協(xié)議以及驅(qū)動方法請參看有關(guān)資料。 2）數(shù)字和模擬地線（ VSSA， VSSD）使用不同的地線，這兩腳最好在引腳焊盤上相連。當(dāng)芯片發(fā)生溢出，即該端輸出低電平后，要將 PD 端短暫變高復(fù)位芯片，才能使之再次節(jié)電工作。芯片在 CE 端的下降沿鎖存地直線和 RP/ 端的狀態(tài)。高電平選擇放音，低電平選擇錄音。如果錄音過程被 PD 或 CE 端的高電平中止時，當(dāng)前地址中會自動存入一個信息結(jié)束標(biāo)志（ EOM ）。如果 CE 一直為低電平或芯片工作在某些操作模式，放音會忽略EOM ，繼續(xù)進(jìn)行下去。放音遇到 EOM 時輸出低電平脈沖。該端還可用于級聯(lián)擴(kuò)展。前置放大器的增益范圍是 1524dB，由片內(nèi)自動增益控制電路控制。 9）話筒參考端（ MIC REF）是前置放大器的反向輸入。 ISD4004 的操作模式說明 如下 ISD4004內(nèi)置了若干操作模式，可用最少的外圍器件實現(xiàn)最多的功能。因此操作模式和直接尋址相互排斥，操作模式可由微控制器，也可由硬件實現(xiàn)。 表 ISD4004 工作模式表 功放電路 在本設(shè)計中，使用了外接功放塊 LM386 的方法來提高功率，在 ISD4004 的 14 腳（ SP+），將音頻信號耦合至電位器 R20，通 過調(diào)節(jié)電位器的中心抽頭位置來改變輸入給LM386 的信號強(qiáng)度，從而控制了揚聲器的音量大小。為使外圍元件最少，電壓增益內(nèi)置為 20。 本設(shè)計中使用 +5V（ VCC）電源電壓供電，電路連接圖如圖 所示，圖中采用的是增益為 200 dB 的接法。如圖 所示 ： 圖 系統(tǒng)的按鍵控制圖 12 復(fù)位電路 在 AT89S52 單片機(jī)中的振蕩器運行時， RST 引腳上保持到少 2 個機(jī)器周期的高電平輸入信號，復(fù)位過程即可完成。本設(shè)計具體的復(fù)位電路 ，如圖 所示： 圖 復(fù)位電路連接圖 晶振電路 AT89S52 在工作時需要外部提供時鐘信號，因此，本設(shè)計選擇在其 18 腳 19 腳之間接上 12MHz 的晶振，為單片機(jī)提供 1μ s 的機(jī)器振蕩周期。在 圖中，電容器 C12， C13 起穩(wěn)定振蕩頻率電容值一般在 20～ 50pF。其中 C2 和 C3 濾波的作用的是消除電源的紋波特性， C4 和 C7 去耦的作用是 13 為了改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)、防止產(chǎn)生自激振蕩和減少高頻噪聲。 圖 系統(tǒng)電源供電電路連接圖 設(shè)計總結(jié) 通過這次對《 語音報警器設(shè)計 》的設(shè)計與制作過程，讓我更清楚了該次設(shè)計的流程，更加懂得該設(shè)計中各個電路部分的作用以及各元件的基本功能。這 樣做的目的一方面可以節(jié)約 PCB 板面積，另一方面也增加設(shè)計的美觀。 這次設(shè)計讓我更清楚地知道了該設(shè)計的工作原理。 這次設(shè)計同時還有以下自己的創(chuàng)新點： 1） PCB 為單層板，雙面焊接元件，這樣的作用一方面節(jié)約覆銅板，另一方面美觀。 3）電源接口采用插座，可以方便