【正文】 .............................................. 2 （一）主控電路 ................................................. 2 AT89C51 性能概述 ................................. 2 （二）語(yǔ)音芯片電路設(shè)計(jì) ......................................... 4 ISD2590 性能特點(diǎn) ............................... 4 ............................................... 6 （三）功放電路的設(shè)計(jì) ............................................ 6 （四）鍵盤(pán)接口電路 .............................................. 7 三、軟件設(shè)計(jì) ....................................................... 7 （一） 主流程圖 ................................................. 7 （二）功能模塊設(shè)計(jì) .............................................. 9 ................................................ 9 ............................................... 11 四、性能測(cè)試 ...................................................... 13 （一）仿真工具 ................................................ 13 （二）仿真過(guò)程 ................................................ 13 （三）仿真測(cè)試 ................................................ 13 五、總結(jié) .......................................................... 14 致謝 .............................................................. 15 參考文獻(xiàn) .......................................................... 15 附錄 1：電路原理圖 ................................................ 16 附錄 2：仿真測(cè)試圖 ................................................ 16 1 一、引言 （一） 設(shè)計(jì)背景及意義 現(xiàn)代 社會(huì) ， 環(huán)境污染 已越來(lái)越 嚴(yán)重， 4 月 22 日 是 世界地球日 而 6 月 5 日 則是 世界環(huán)境日， 由此 可見(jiàn) 環(huán)境問(wèn)題在日常生活中是多么的重要 。 同時(shí)也可預(yù)見(jiàn) ， 在不久的將 來(lái)公共汽車(chē) 必 將 成為 現(xiàn)代城市生活中的 首選交通設(shè)備之一。無(wú)人售票公共汽車(chē) 所面臨的 首要 問(wèn)題 就 是乘客們?nèi)绾?獲取必要的乘車(chē)信息，例如：車(chē)輛的行駛路線 如何 ，?？空九_(tái)及行車(chē)、開(kāi)關(guān)門(mén)等信息 。因此，設(shè)計(jì)一款功能齊全、使用方便的 公交車(chē)語(yǔ)音報(bào)站 系統(tǒng) ， 是非常有實(shí)用意義的 。單片機(jī)具有體積小、功能齊全、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)， 使用單片機(jī)設(shè)計(jì)制造的設(shè)備非常實(shí)用。 該設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、方便，有一定的實(shí)用價(jià)值。 （三）主要設(shè)計(jì)思路 本次設(shè)計(jì)擬采用模塊化設(shè)計(jì)的方法，將整個(gè)公交報(bào)站系統(tǒng)分為電源、單片機(jī)、語(yǔ)音芯片、語(yǔ)音輸出電路和按鍵電路 幾個(gè)模塊，各個(gè)模塊之間通過(guò)硬件的接口設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行控制。 2 圖 原理框圖 整個(gè) 設(shè)計(jì) 方案的 整體框架是 以單片機(jī)為 核心 器件， 語(yǔ)音芯片的語(yǔ)音輸出由按鍵電路負(fù)責(zé)控制以便 播放相關(guān) 的各種 語(yǔ)音信息。 本設(shè)計(jì)主要考慮了現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)生活中的實(shí)用性和價(jià)格低廉兩大因素而選擇美國(guó) atmel 公司 生的 AT89C5x 系列的 AT89C51 單片機(jī)。美國(guó) ISD(Information StorageDevices)公司生產(chǎn)的 ISD2590 語(yǔ)音合成芯片是目前比較常用的高性能單片語(yǔ)音錄 /放芯片之一 , 具有 音質(zhì)真實(shí)自然、使用方便、在掉電狀態(tài)下可以保存信息 100 多年等許多特點(diǎn)。 二、硬件設(shè)計(jì) （一）主控電路 AT89C51單片機(jī)是一種高性能 CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含 4K字節(jié)的能夠反復(fù)擦寫(xiě)的只讀 存儲(chǔ)器。 AT89C51 性能概述 1)與 51 系列單片機(jī)可以兼容 ； 2)系統(tǒng)可存儲(chǔ) 8bite 字節(jié) ； 3 3)可來(lái)回擦寫(xiě)的次數(shù)為 1000 次 ； 4)數(shù)據(jù) 可以保留 10 年 之久 ； 5)靜態(tài)操作的范圍為 0Hz 至 33Hz； 6)節(jié)約能源模式 ； 7)全雙工 UART 串行通道 ； 8)輸出端口可進(jìn)行 32 次編程 ； 9)指針?biāo)a(chǎn)生的數(shù)據(jù)為雙份 ； 10)中斷源的個(gè)數(shù)為五 ； 11)電源 中斷后可自動(dòng)提示 ； 12)定時(shí)器采用一款看門(mén)狗的一軟件 ； 13)具有斷電時(shí)的標(biāo)志符號(hào) E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1P 2P 3P 4P 5P 6P 7P 8P 39P 38P 37P 36P 35P 34P 33P 32P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27P 28P S E N29A L E / P30T X D11R X D10 圖 AT89C51 引腳圖 電源的電壓接管腳 40(VCC)。 P0 口： P0 口作為輸出口，每 8 個(gè) TTL 邏輯電平通常能夠消耗掉一位，可以認(rèn)為是一個(gè)雙向輸入輸出口的，并且是 8 位漏極開(kāi)路的 。 P0 口能夠用于外部 ROM、 RAM，它 既 可以作為數(shù)據(jù)低八位 也可以作為地址的低八位使用 ， 也就是說(shuō) P0 口是唯一可以 數(shù)據(jù) 和 地址 分時(shí)復(fù)用 的 I/O 口 。 當(dāng) 內(nèi)部 被 4 上拉為高 時(shí) ， P1 口 可以作為輸入 使用 ， 此時(shí) P1 口的各個(gè)引腳均為“ 1”。 P2 口： P2 口也是個(gè)雙向 輸入輸出 口， 每 4 個(gè) TTL 邏輯電平通常能夠消耗掉 P2 口的一位 ，當(dāng) P2 各個(gè)管腳都 寫(xiě)為“ 1” 后 ， 此端口 作為輸入使用。 如果已給的地址是高電平狀態(tài)， P2 口 就會(huì)利用內(nèi)部上拉的 特點(diǎn) ， P2 口 只有在讀寫(xiě)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)才會(huì)把它的 特殊功能寄存器的內(nèi)容輸出。 P3口可以接收一些控制信號(hào)為了 FLASH的編程和編程校驗(yàn)。當(dāng)單片機(jī)的振蕩器正常復(fù)位時(shí)，應(yīng) 該 使 高電平狀態(tài)在 9 號(hào) 引腳 上 至 少 保持 兩個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間，以確保電平狀態(tài)能被 單片機(jī) 順利 地 采集到 。 P1 口主要與按鍵想連接，其中口中的五個(gè)引腳 、 、 、 和 ）與五個(gè)按鍵相連接，通過(guò)按鍵控制著五中不同的程序；而 P2 口主要與 ISD2590芯片相連接，其中 口 口分別連接語(yǔ)音芯片的 A4 口 A8 口，向語(yǔ)音芯片發(fā)送按鍵指令，而 、 、 則分別與 PD、 P/R、 EOM 連接，發(fā)送語(yǔ)音控制 指令。此芯片具有處理多段信息的功能、且是低功耗、單片存放、具有 10 萬(wàn)次反復(fù)的錄音周期、錄音音質(zhì)真實(shí) 5 而自然、也方便使用。其特點(diǎn)如下： （ 1） 既可以實(shí)現(xiàn)聲音的錄音也可實(shí)現(xiàn)聲音的播放 （ 2） 正常的 工作電壓 是 3V （ 3） 功耗低主要表現(xiàn) 為： 錄音 時(shí)的 工作電流 最小是 25 毫安 放音 時(shí)的 工作電流 最小是 15 毫安 而 待機(jī)節(jié)能狀態(tài) 時(shí)的 電流 也就 只有 1 微安 還不用思考其 實(shí)現(xiàn) 所要的 算法 （ 4） 芯片內(nèi)含有 微 型 控制器 和 Microwire 串行接口 （ 5） 指令可以用于多段信息 （ 6） 芯片的 寄存器 和 功耗 由微型控制器 或 Microwire 控制 （ 7） 錄音次數(shù)可高達(dá) 10 萬(wàn)次 （ 8） 片內(nèi)自帶時(shí)鐘器 （ 9） 有 非塑膠封裝 、 貼片、薄型小尺寸封裝等幾 種封裝形式 （ 10） 根據(jù) 商業(yè)用擴(kuò)展型和工業(yè)用 有兩個(gè)溫度使用范圍：商業(yè)用的是 20 到 +70 度和工業(yè)用的是 40 到 +85 度 A01A12A23A34A45A56A67A78A89A910CE23P / R27E O M25V C C D28V C C A16V S S D12V S S A13A N A O U T21A N A I N20A C C19M I C17M I C R R F18S P +14S P 15AUX11O V E22PD24X C L K26 圖 ISD2590 引腳圖 ANA IN+ 是 信號(hào) 同相模擬輸入腳，錄音信號(hào)從 此引腳 上 對(duì)信號(hào)進(jìn)行 同相輸入，輸入放大器 的工作方式應(yīng)采用 差分驅(qū)動(dòng)的方式。 ANA IN 是信號(hào)反 相模擬輸入 腳，采用 差分驅(qū)動(dòng) 方式的 時(shí) 候 , 錄音信號(hào)從 此引腳 上對(duì) 信號(hào) 進(jìn)行反相輸入。 AUD OUT 是信號(hào)的 音頻輸出 引腳， 當(dāng) 音頻 信號(hào)從此 端口 輸出時(shí) ,所帶負(fù)載的最大值可達(dá)到 5KΩ。 SCLK 是 串行時(shí)鐘 引腳， ISD 的時(shí)鐘 信號(hào)就是從 此 時(shí)鐘 端口輸入 的 ,時(shí)鐘 信號(hào)是 由 電路的 主控制器產(chǎn)生 的 ,主要 用于 MOSI 和 MISO 的 同步 數(shù)據(jù)傳輸。 /INT 是 中斷 輸入口， 此 中斷輸入口同時(shí)也是 漏極開(kāi)路輸出口。 EOM 標(biāo)志 ： 只有在放音 過(guò)程 中檢測(cè)到內(nèi)部的 EOM 標(biāo)志時(shí) ,EOM 狀態(tài)位才 會(huì)被 置為高電平。 RAC 是 行地址時(shí)鐘 引腳，同時(shí)也是一個(gè)漏極開(kāi)路輸出端口。 語(yǔ)音芯片的 A4A8 引腳與單片機(jī)的 引腳相連接， PD、 P/R、 EOM 分別與、 相連接，除此之外，引腳 SP+、 MIC RRF 連接功放電路的兩端，給功放電路發(fā)送語(yǔ)音信號(hào)指令，通過(guò)揚(yáng)聲器播放語(yǔ)音，其中的滑動(dòng)變阻器用于調(diào)節(jié)播放聲音的大小。在本設(shè)計(jì)中，運(yùn)用了外接功放模塊 LM386 的方式來(lái)提高功放的功率，在 ISD2590 的 14 引腳（ SP+）處接一個(gè)電容和一個(gè)滑動(dòng)變阻器，通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器改變阻值來(lái)改變輸入給功放模塊 LM386 的信號(hào)強(qiáng)度，從而控制揚(yáng)聲器播放聲音的大小。 圖 按鍵接口電路 公交車(chē)語(yǔ)音報(bào)站器的具體設(shè)計(jì)電路原理圖詳見(jiàn)附錄 1。同時(shí)層次比較清晰，便于按模塊化方式設(shè)計(jì)和編寫(xiě)程序，且易于調(diào)試、修改和維護(hù)。本設(shè)計(jì)采用 C 語(yǔ)言完成整個(gè)程序的設(shè)計(jì)編寫(xiě)。 9 （二）功能模塊設(shè) 計(jì) 圖 語(yǔ)音程序流程圖 部分子程序： D E L AY 2 5 A C A L L P OW E R U P A C A L L :P L A Y 10 、 NOP NOP NOP P 3 . 2 S E T B NOP NOP NOP CM OS I , M OV A RRC P 3 . 2 C L R:OU T B I T 18R 1 , M OV P 3 . 2 C L R M OS I C L R:S E N D R E T P 1 . 6 S E T B S E N D AC AL L P 1 . 6 C L R P OW U P I NG A, M OV