【正文】 9 DS1302的引腳及功能 9 DS1302數(shù)據(jù)傳送時(shí)序 10 LED顯示電路設(shè)計(jì) 11 LED顯示器的選擇 12 LED的段驅(qū)動(dòng)芯片選擇 12 LED位驅(qū)動(dòng)芯片的選擇 13 LED驅(qū)動(dòng)電路與單片機(jī)的連接 14 按鍵電路設(shè)計(jì) 15 16 16 17 17 184 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 22 22 LED動(dòng)態(tài)顯示程序模塊的設(shè)計(jì) 23 24 26 26 275 系統(tǒng)調(diào)試及分析 28 28 296 結(jié)論 32謝 辭 33參考文獻(xiàn) 34附錄１ 35附錄2 36I語(yǔ)音播報(bào)記事器的設(shè)計(jì)1 緒論 本設(shè)計(jì)的目的和意義隨著時(shí)代的發(fā)展與進(jìn)步，人們的生活節(jié)奏越來(lái)越快，競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈。因此，合理的安排時(shí)間，遵守時(shí)間，準(zhǔn)時(shí)上課、上班、赴約、到會(huì)、洽談等是每個(gè)人的愿望。此時(shí)，若有一臺(tái)智能語(yǔ)音記事器，將各種約定時(shí)間記錄下來(lái)，按時(shí)進(jìn)行語(yǔ)音提醒，就可以避免遲到、缺席事件的產(chǎn)生。 本設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀近年來(lái)，集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，單片語(yǔ)音集成電路領(lǐng)域就出現(xiàn)了重大變革，產(chǎn)生了許多新的技術(shù)和產(chǎn)品，開(kāi)拓了更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，并朝著更大容量，更優(yōu)音質(zhì)，更高智能，更具有靈活性的方向發(fā)展。其突破性的EEPROM存儲(chǔ)方法可以將模擬語(yǔ)音數(shù)據(jù)直接寫(xiě)入單個(gè)存儲(chǔ)單元，不需要經(jīng)過(guò)A/D或D/A轉(zhuǎn)換。此系列產(chǎn)品具有音質(zhì)自然、使用方便、單片存儲(chǔ)、反復(fù)錄放、低功耗、抗斷電等許多特點(diǎn)。鑒于此，我們?cè)谕ㄓ嵲O(shè)備、電話機(jī)、智能儀器儀表、治安報(bào)警系統(tǒng)、語(yǔ)音報(bào)站/報(bào)數(shù)/報(bào)價(jià)器、語(yǔ)音復(fù)讀機(jī)、教學(xué)儀器、智能玩具、高檔電子禮品等場(chǎng)合獲得了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)語(yǔ)音組合電路的設(shè)計(jì)十分復(fù)雜，開(kāi)發(fā)工具十分昂貴，語(yǔ)音錄制及軟件編制工作量巨大，而且組合出來(lái)的語(yǔ)音效果也不甚理想，尤其在投資不大的產(chǎn)品、系統(tǒng)中最為突出，從而制約了這一技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。使其具有類(lèi)似于人一樣的說(shuō)話和聽(tīng)懂人說(shuō)話的能力。但是這種系統(tǒng)由于需要人為觸發(fā)，其實(shí)并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)真正意義上的自動(dòng)報(bào)時(shí)功能?，F(xiàn)在開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)都是在現(xiàn)有觸發(fā)式語(yǔ)音報(bào)時(shí)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加語(yǔ)音識(shí)別電路，使得開(kāi)發(fā)后的系統(tǒng)能夠具有對(duì)話應(yīng)答報(bào)時(shí)記事的功能，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音記事報(bào)時(shí)真正自動(dòng)化、智能化。(2)顯示器由4位數(shù)字型數(shù)碼管組成。(4)能夠隨時(shí)對(duì)當(dāng)前時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。(6)定時(shí)播報(bào)（鬧鐘）時(shí)間到，發(fā)出語(yǔ)音提醒信號(hào)和蜂鳴器提示信號(hào)。下面來(lái)分別論證兩部分電路的方案。單片機(jī)按鍵接入電路時(shí)鐘電路復(fù)位電路LED顯示器段碼驅(qū)動(dòng)LED顯示器位碼驅(qū)動(dòng)4位LED顯示器電路圖21基于單片機(jī)定時(shí)器的時(shí)鐘電路框圖第一種方案：圖21為基于單片機(jī)定時(shí)器的時(shí)鐘部分電路框圖。由于此方法在斷電后將停止走時(shí)，且通電后必須對(duì)時(shí)鐘再進(jìn)行調(diào)時(shí)、校準(zhǔn)。第二種方案：圖22為基于時(shí)鐘芯片的時(shí)鐘電路框圖。圖22 基于時(shí)鐘芯片的時(shí)鐘電路框圖通過(guò)上述方案設(shè)計(jì)及性能比較，在本設(shè)計(jì)中采用第二種方案。語(yǔ)音芯片配合相應(yīng)的外圍電路就可以構(gòu)成一個(gè)錄放音電路。與單片機(jī)連接后放音可以由單片機(jī)控制。該系統(tǒng)由實(shí)時(shí)時(shí)鐘、當(dāng)前時(shí)間調(diào)整、提醒時(shí)間設(shè)置、LED譯碼/驅(qū)動(dòng)、時(shí)間顯示和語(yǔ)音處理等模塊組成。時(shí)鐘源由實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片提供，由于時(shí)鐘芯片可以與單片機(jī)進(jìn)行雙向通信，所以，可以先通過(guò)時(shí)間設(shè)置把當(dāng)前時(shí)間值寫(xiě)入單片機(jī)中，然后再通過(guò)單片機(jī)把當(dāng)前時(shí)間寫(xiě)入時(shí)鐘芯片。單片機(jī)實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片提醒時(shí)間設(shè)置當(dāng)前時(shí)間調(diào)整LED譯碼驅(qū)動(dòng)模塊4位LED顯示語(yǔ)音處理模塊揚(yáng)聲器送話器蜂鳴器控制圖24語(yǔ)音播報(bào)記事器系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖3 硬件電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)是將中央處理器(CPU)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器及輸入輸出接口電路等計(jì)算機(jī)主要部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。 AT89S51的特點(diǎn)AT89S51是ATMEL公司采用CMOS工藝生產(chǎn)的低功耗、高性能8位單片機(jī)，與MCS51單片機(jī)兼容，其功能特點(diǎn)為：(1)4K字節(jié)閃爍存儲(chǔ)器(FLASH)，可進(jìn)行1000次寫(xiě)、擦除操作。(3)三層加密程序存儲(chǔ)器。(5)32根可編程輸入/輸出線。(7)6個(gè)中斷源。(9)支持低功耗模式和掉電模式。時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。定時(shí)元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。圖31 內(nèi)部方式時(shí)鐘電路 圖32 外部方式時(shí)鐘電路外部方式的時(shí)鐘電路如圖32所示，XTAL1接地，XTAL2接外部振蕩器。片內(nèi)時(shí)鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘P1和P2，供單片機(jī)使用。 (1)復(fù)位操作復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。表31 一些寄存器的復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0～P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUF不定IE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00H(2)復(fù)位信號(hào)及其產(chǎn)生RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。整個(gè)復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位相按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。這樣，只要電源Vcc的上升時(shí)間不超過(guò)1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。其中，按鍵電平復(fù)位是通過(guò)使復(fù)位端經(jīng)電阻與Vcc電源接通而實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖33(b)所示；而按鍵脈沖復(fù)位則是利用RC微分電路產(chǎn)生的正脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖33(c)所示。 圖33（a）上電復(fù)位 圖33（b）按鍵電平復(fù)位 圖33（c）按鍵脈沖復(fù)位 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用的是美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的能提供秒、分、時(shí)、日、月及年等信息，對(duì)小于31天的月末日期進(jìn)行調(diào)整，還包括閏年的校正功能的串行時(shí)鐘芯片DS1302，它與單片機(jī)的連接如圖34所示，時(shí)鐘芯片的SCL、I/O、。它可以對(duì)年、月、日、周、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償功能，～。DS1302內(nèi)部有一個(gè)318的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302的時(shí)鐘校準(zhǔn)也較為容易，若采用專(zhuān)用晶振器，幾乎無(wú)須調(diào)整即可達(dá)到國(guó)家要求的時(shí)鐘誤差標(biāo)準(zhǔn)。 DS1302的引腳及功能DS1302的引腳如圖35所示，各引腳的功能如下：（1）VCCGND：+5V電源和接地引腳。（3）RST：片選信號(hào)引腳，高電平有效。（5）SCLK：數(shù)據(jù)傳送控制時(shí)鐘輸入引腳。圖35 DS1302引腳排列 DS1302數(shù)據(jù)傳送時(shí)序DS1302與單片機(jī)的通信僅需3根線，即RST（復(fù)位線）、I/O（數(shù)據(jù)線）及SCLK（串行時(shí)鐘線）。DS1302數(shù)據(jù)傳送時(shí)序如圖36所示。在進(jìn)行單字節(jié)傳送或多字節(jié)傳送時(shí)，開(kāi)始的8位命令字節(jié)用于指定RAM和時(shí)鐘寄存器中哪個(gè)將被訪問(wèn)。圖36 DS1302數(shù)據(jù)傳送時(shí)序DS1302有單字節(jié)傳送方式和多字節(jié)傳送方式。數(shù)據(jù)輸入時(shí)，時(shí)鐘的上升沿?cái)?shù)據(jù)必須有效，數(shù)據(jù)的輸出在時(shí)鐘的下降沿。上電時(shí)，在VCC1＞，RST=0。單字節(jié)數(shù)據(jù)輸入跟隨在寫(xiě)命令字節(jié)的8個(gè)SCLK周期之后，在隨后的8個(gè)SCLK周期的上升沿輸入數(shù)據(jù)字節(jié)，數(shù)據(jù)從低位開(kāi)始輸入。注意，被傳送的第一個(gè)數(shù)據(jù)位發(fā)生在寫(xiě)命令字節(jié)的最后一位之后的第一個(gè)下降沿。這一操作使DS1302具有連續(xù)的多字節(jié)方式的讀能力。數(shù)據(jù)從位0開(kāi)始輸出。當(dāng)VCC2＞VCC1時(shí)，VCC2給DS1302供電；當(dāng)VCC2＜VCC1時(shí)，VCC1給DS1302供電。此外，它還提供可編程的慢速充電功能，從而對(duì)備用電池進(jìn)行供充電。這包括人對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的狀態(tài)干預(yù)與數(shù)據(jù)輸入，以及應(yīng)用系統(tǒng)向人們顯示運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行結(jié)果等。LED顯示器的驅(qū)動(dòng)是一個(gè)重要的問(wèn)題，由于單片機(jī)的并行口不能直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器，必須采用專(zhuān)用的驅(qū)動(dòng)電路芯片，使之產(chǎn)生足夠大的電流，顯示器才能正常工作。因此，在實(shí)際使用中必須接入LED驅(qū)動(dòng)電路。若選擇靜態(tài)顯示，則LED驅(qū)動(dòng)的選擇較為簡(jiǎn)單只要驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能力與顯示器電流相匹配即可。動(dòng)態(tài)顯示則不同，由于一位數(shù)據(jù)的顯示是段選和位選信號(hào)共同配合完成的，因此，要同時(shí)考慮段和位的驅(qū)動(dòng)能力，而且段的驅(qū)動(dòng)能力決定位的驅(qū)動(dòng)能力。用“：”前兩位顯示時(shí)間“小時(shí)”的十位和個(gè)位，用“：”后兩位顯示“分”的十位和個(gè)位。其中a、b、c、d、e、f、g為4位LED各段的公共引出端。它是由4個(gè)單獨(dú)的LED和一個(gè)“：”LED組成，每個(gè)LED的段輸出引腳在內(nèi)部并聯(lián)后，引出器件的外部。圖37 4位LED引腳排列圖 LED的段驅(qū)動(dòng)芯片選擇 LED的段驅(qū)動(dòng)電路有很多種，可以選擇BCD7段鎖存/譯碼/驅(qū)動(dòng)器作為段驅(qū)動(dòng)電路。即在輸入端輸入要顯示字型的BCD碼，在輸出端就可以得到具有一定驅(qū)動(dòng)能力的7段顯示字型碼。引腳圖中大寫(xiě)字母A、B、C、D為BCD碼的輸入端，小寫(xiě)字母a、b、c、d、e、f、g為字型碼輸出端，LT為燈測(cè)試輸入端，RBI為消隱輸入，RBO為消隱輸出。74LS48的作用是接收來(lái)自單片機(jī)的BCD碼型的輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)鎖存、譯碼、放大后，輸出7段字型碼鎖存、譯碼和驅(qū)動(dòng)的功能。前者是具有7個(gè)達(dá)林頓電路的集成芯片，后者是具有8個(gè)達(dá)林頓電路的集成芯片。圖310是ULN2003的引腳圖，其中IN1～I(xiàn)N7引腳是輸入端，OUT1～OUT7引腳是輸出端。在本設(shè)計(jì)中選用ULN2003作為位驅(qū)動(dòng)電路，將芯片的輸入端ININININ4與單片機(jī)的P1口連接，將該芯片的OUTOUTOUTOUT4與LED顯示器的4個(gè)位碼引腳DDDD4相連接。 LED驅(qū)動(dòng)電路與單片機(jī)的連接本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)的P1口作為與LED的輸出接口，即P1口的低四位作為L(zhǎng)ED的段碼輸出信號(hào)，P1口的高四位作為L(zhǎng)ED位碼的輸出控制信號(hào)。圖311 4LED顯示器接口電路原理圖該電路的工作原理是：當(dāng)P1口的低四位輸出段碼信號(hào)的BCD碼后，通過(guò)74LS48芯片的鎖存、譯碼、驅(qū)動(dòng)作用，在其輸出端輸出具有一定驅(qū)動(dòng)能力的7段字型碼，由于4LED的段碼輸入引腳是并聯(lián)在一起的，所以每一位LED的段碼輸入引腳都能獲得這個(gè)段碼信號(hào)，若要控制在每一時(shí)刻只有一位LED被點(diǎn)亮，必須靠位碼信號(hào)控制。若要顯示“0123”時(shí)，P1口的控制信號(hào)及4LED的顯示狀態(tài)如表表32所示。 按鍵電路設(shè)計(jì)語(yǔ)音播報(bào)記事器在工作時(shí)應(yīng)具備的幾項(xiàng)基本的功能，一是隨時(shí)對(duì)當(dāng)前時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，二是能夠通過(guò)切換鍵來(lái)顯示日期，三是隨時(shí)輸入定時(shí)播報(bào)（鬧鐘）時(shí)間。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤(pán)是人—機(jī)對(duì)話的主要設(shè)備，用于向單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)和操作命令。但是在鍵的按下和松開(kāi)時(shí)，開(kāi)關(guān)的機(jī)械觸點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，一般抖動(dòng)時(shí)間在5ms～10ms左右，抖動(dòng)的波形如圖312所示。消除抖動(dòng)的措施有硬件消除和軟件消除兩種方式。在軟件消除抖動(dòng)方法中，若CPU檢測(cè)到有鍵按下，就執(zhí)行一段延時(shí)程序后再檢測(cè)此按鍵，若仍為按下?tīng)顟B(tài)，CPU則認(rèn)為該鍵確實(shí)按下。圖312鍵合斷時(shí)的電壓抖動(dòng)在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，使用到的按鍵有獨(dú)立式按鍵和矩陣式按鍵兩種，本設(shè)計(jì)中采用的是獨(dú)立式鍵盤(pán)?！?、ALM、+RET和RS鍵，按鍵采用輕觸開(kāi)關(guān)。 ALM鍵功能：設(shè)置定時(shí)時(shí)間，即當(dāng)需要時(shí)鐘進(jìn)行定時(shí)服務(wù)時(shí)，可以通過(guò)該鍵的功能來(lái)輸入定時(shí)時(shí)間，使用ALM鍵、+1鍵、RS鍵、RET鍵來(lái)配合完成這一功能。RS鍵：移位鍵，在選定調(diào)整時(shí)間、日期、定時(shí)時(shí)間時(shí)，每按下一次順序移動(dòng)要設(shè)置的位，同時(shí)顯示要調(diào)整的值。RET鍵：確認(rèn)鍵，對(duì)+1鍵調(diào)整位進(jìn)行確認(rèn)，該鍵按下時(shí)，說(shuō)明被調(diào)整位的值已經(jīng)確定，轉(zhuǎn)去調(diào)整下一位，在常態(tài)下按下該鍵切換顯示時(shí)間的“星期”值。圖313 鍵盤(pán)與單片機(jī)的接口電路為了能夠在約定時(shí)間提醒用戶該做什么事情，達(dá)到記事的目的，本設(shè)計(jì)加入了提醒電路的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)的蜂鳴器電路原理圖如圖314所示。蜂鳴器作為三極管的集電極負(fù)載，當(dāng)三極管導(dǎo)通時(shí)蜂鳴器發(fā)出鳴叫的聲音，三極管截止時(shí)，蜂鳴器不發(fā)聲，電阻是限流電阻。=0時(shí)，三極管導(dǎo)通時(shí)，使蜂鳴器中有電流通過(guò)，而產(chǎn)生蜂鳴音。圖314 蜂鳴器電路設(shè)計(jì)原理圖語(yǔ)音芯片ISD1420是語(yǔ)音處理集成電路，ISD1420芯片型號(hào)的最后2位數(shù)字表示語(yǔ)音播放時(shí)間的長(zhǎng)度。這種語(yǔ)音芯片內(nèi)部有基準(zhǔn)時(shí)鐘源，以單一電源V供電。配合相應(yīng)的外圍元件就可以構(gòu)成一個(gè)錄放音電路。語(yǔ)音芯片ISD1420有28個(gè)引腳，各引腳的功能說(shuō)明如下：A0～A7：地址輸入端或控制命令輸入端。DGND：數(shù)字信號(hào)地線。、：音頻信號(hào)輸出端，連接8～16Ω揚(yáng)聲器。MIC：話筒輸入端，通過(guò)電容耦合。MICREF：話筒參考輸入端。ANAIN：模擬信號(hào)輸入端。：放音控制電平觸發(fā)端。：放音控制脈沖觸發(fā)器。：錄音顯示端。XCLK：時(shí)鐘控制器。該端為低電平時(shí)，芯片進(jìn)入錄音狀態(tài)，錄音期間該端必須保持低電平。語(yǔ)音芯片ISD1420的基本的應(yīng)用方法有兩種，一種是隨機(jī)地址法，另一種是固定地址法。隨機(jī)地址可以選擇芯片中的任意地址。圖315 隨機(jī)地址錄放音電路單片機(jī)的P1端口和ISD1420的A0～A7對(duì)應(yīng)連接。AGC端一般只接一個(gè)RC積分電路即可，它可使存儲(chǔ)的語(yǔ)音具有良好的重放效果。當(dāng)AA6都取值為高電平時(shí)，AAAA0各位用作芯片操作方式控制。例如在放音時(shí)，如果不清楚每段語(yǔ)音的實(shí)際地址，可用A0控制檢索過(guò)程，A0每輸入一個(gè)負(fù)脈沖，地址計(jì)數(shù)器就可跳過(guò)一段，指向下一段的起址。A3可用來(lái)進(jìn)行片內(nèi)信息循環(huán)重放的控制，既可以循環(huán)重放一段，又可以循環(huán)重放全部。用A4=0可制止這種復(fù)位過(guò)程，實(shí)現(xiàn)片內(nèi)信息的連續(xù)播放。當(dāng)AA6中有一個(gè)為低電平時(shí)，A0～A7用做EEPROM的地址編碼。若芯片的錄