【正文】 A RESET KEY PAD A RESETamp。CLK MCU Title Size C Date: File: 5Jun2008 Sheet of C:\Documents and Settings\Administrator桌 Drawn By: \語 .ddb \ 桌\畢 畢 畢畢 語 畢 畢 6 Number Revision 1 2 3 4 5 圖 41 整體電路圖 工作原理為：首先通過 MIC 錄入一段語音信號，信號通過放大電路后使信號 的幅度達到 A/D 采樣的要求，放大電路中要可以實現(xiàn)增益可調(diào)。放大后的模擬語 音信號送入微機實驗臺上的 ADC0809 轉(zhuǎn)換成數(shù)字語音數(shù)據(jù)， 然后在程序的控制下 以文件的方式存儲到硬盤上。 回放時， 由程序控制從文件中提取出數(shù)字語音數(shù)據(jù)， 然后送入 DAC0832 轉(zhuǎn)換成模擬信號，最后送入揚聲器回放出來。 但是在實際的安裝調(diào)試時，并不可能完全和設(shè)計的一樣。 各個子系統(tǒng)單元電路介紹 單片機系統(tǒng)硬件的設(shè)計 本設(shè)計單片機選用合適的 51 系列單片機為系統(tǒng)核心，加以數(shù)碼管、電阻、 電容、晶振、按鍵開關(guān)等器件做其外圍電路。 1. 單片機最小系統(tǒng) 51 單片機選用 AT89C51。單片機及外圍電路如圖 42。 19 第四章 硬件介紹 圖 42 單片機及外圍電路 對于AT89C51單片機，其最小系統(tǒng)只需要電源、上電復(fù)位電路、時鐘電路就 能工作。由于我們的程序存儲器（ROM）采用內(nèi)部Flash存儲單元，所以單片機上 的EA接高。 時鐘電路的晶振采用12M的晶振，它由JZ、兩個33pF電容和單片機內(nèi)部的OSC 電路組成，為單片機提供12MHz的時鐘信號源。 微處理器系統(tǒng)在開始工作時必須對微處理器內(nèi)部的寄存器等進行復(fù)位， 使各個寄 存器的值設(shè)為預(yù)定狀態(tài)才能順利開始工作。 復(fù)位電路的好壞決定著單片機能否正 常工作。 復(fù)位電路基本功能是在系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號， 直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后， 撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)過一定的延時才撤銷復(fù)位信號， 主要是防止由于電源開關(guān)或插頭分合過程中引起的抖動。 復(fù)位電路可以使用專用 復(fù)位芯片，也可以用電阻電容搭建。本文從可靠性和成本考慮最終選用電阻電容 來搭建復(fù)位電路。對于 51 內(nèi)核的單片機，RST 是復(fù)位信號輸入端，高電平有效。 當(dāng)此輸入端保持兩個機器周期(24 個時鐘振蕩周期)的高電平時，可以完成復(fù)位 操作。當(dāng)單片機加電時由于 RC 充電的效果，使得復(fù)位腳保持一會高電平使單片 機內(nèi)部寄存器徹底復(fù)位。 74HC573 為地址鎖存器，51 單片機的低 8 位地址總線地址是和數(shù)據(jù)總線復(fù)用 的，而 RAM 的地址總線地址和數(shù)據(jù)總線是分開的，所以要用地址鎖存器把低 8 位 地址和數(shù)據(jù)分開，常用的地址鎖存器有 74LS/HC373 和 74LS/HC573，這里選用 74HC573。 20 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 2. 供電電路圖設(shè)計 單片機系統(tǒng)供電需要+5V 電壓，而音頻放大器需要+12V 和12V 雙電源供電。 所以本系統(tǒng)需要三組電源，如圖 43 所示。 圖 43 單片機供電電路圖 3． 鍵盤電路設(shè)計 鍵盤是標(biāo)準(zhǔn)的輸入設(shè)備，實現(xiàn)鍵盤有兩種方案：一是采用現(xiàn)有的一些芯片實 現(xiàn)鍵盤掃描，如 8279, CH451, LMC9768 等，還有就是用軟件實現(xiàn)鍵盤掃描。使 用現(xiàn)成的芯片可以節(jié)省 CPU 的開銷，但增加了成本，而用軟件實現(xiàn)具有較強的靈 活性，也只需要很少的 CPU 開銷，可以節(jié)省開發(fā)成本。本文便使用軟件實現(xiàn)鍵盤 的掃描。 常見的鍵盤可分為獨立按鍵式鍵盤和行列掃描式鍵盤。 獨立按鍵式鍵盤應(yīng)用 在需要少量按鍵的情況，按鍵和單片機的 I/O 口線直接連接。而行列掃描式鍵盤 用在按鍵需求較多的情形下?？紤]到血壓計面向大多數(shù)人群，需操作簡單，所以 采用獨立按鍵式鍵盤。 獨立式鍵盤電路如圖 44 所示。其中 PP1P1P13 為 51 單片機的 IO 口。 。 21 第四章 硬件介紹 圖 44 按鍵電路圖 理論上當(dāng)按鍵按下或彈起時，可以相應(yīng)的產(chǎn)生低電平或高電平，但實際并非 如此。鍵盤按鍵一般都采用觸點式按鍵開關(guān)。當(dāng)按鍵被按下或釋放時，按鍵觸點 的彈性會產(chǎn)生抖動現(xiàn)象。即當(dāng)按鍵按下時，觸點不會迅速可靠地接通，當(dāng)按鍵釋 放時，觸點也不會立即斷開，而是要經(jīng)過一段時間的抖動刁才能穩(wěn)定下來，按鍵 材料不同，抖動時間也各不相同。 按鍵抖動可能導(dǎo)致單片機將一次按鍵操作識別為多次操作， 一般采用硬件電 路或軟件程序來消除。 圖 45 按鍵抖動示意圖 一次完整的按鍵過程，如圖 45 所示，包含以下幾個階段。 等待階段：此時按鍵尚未按下，處于空閑階段； 閉合抖動階段：此時鍵剛剛按下，但信號處于抖動狀態(tài)，系統(tǒng)在檢測時 應(yīng)消抖延時，約 5ms 到 20ms； 有效閉合階段：此時抖動己經(jīng)結(jié)束，一個有效按鍵動作己經(jīng)產(chǎn)生，系統(tǒng) 應(yīng)該在此時執(zhí)行按鍵功能，或?qū)存I編碼記錄下來，待鍵彈起時再執(zhí)行其功能； 釋放抖動階段：許多時候編程人員并不在此時消抖延時，但最好也執(zhí)行 一次消抖延時，以防止誤操作； 22 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 有效釋放階段：若設(shè)計要求在按鍵抬起時才執(zhí)行功能，則應(yīng)當(dāng)在此時進 行按鍵功能的處理。 按鍵擊鍵的類型有多種劃分方式：按擊鍵時間分:短擊和長擊；按擊鍵次數(shù) 分：單擊和連擊；按特殊功能分：雙擊或組合鍵等。功能分析如下： (1)短擊，用戶快速按下單個按鍵，然后立即釋放； (2)長擊，用戶長時間按下一個按鍵。如某些重要的功能鍵，復(fù)位，為防止 用戶誤操作； (3)連擊，實現(xiàn)連續(xù)操作效果，如連續(xù)加 1 或減 1； (4)復(fù)合按鍵，用戶同時按下兩個或多個按鍵，實現(xiàn)某些特殊功能； (5)無鍵按下，當(dāng)用戶在一定時間內(nèi)未按任何按鍵，執(zhí)行某些特殊的操作， 如自動進入待機態(tài)或節(jié)能態(tài)。 從單片機串口輸出的信號先送到左邊的移位寄存器（74HC164）,由于移位脈 沖的作用，使數(shù)據(jù)向右移，達到顯示的目的。移位寄存器 74HC164 還兼作數(shù)碼管 的驅(qū)動，如圖 46 所示。 圖 46 數(shù)碼管顯示電路 4．存儲器設(shè)計 存儲器采用 2 片 32k*8 的 RAM HY62256 組成，如圖，其中 U9 的地址空間為 0000H7FFFH， U10 的地址空間為 8000H0FFFFH， 使用 U10 時， 單片機 IO 口 必須為高 ， 為低時選中的是 ADC，與非門輸出高，U10 無效。如圖 47 所 23 第四章 硬件介紹 示。 圖 47 儲存器電路 ．2 模擬音頻電路設(shè)計 1．MIC 電路設(shè)計 MIC 采用駐機體 MIC，當(dāng)駐極體話筒 MIC 拾到微弱聲音信號以后，便在 MIC 兩端產(chǎn)生信號電流，R42 將信號電流轉(zhuǎn)裝換成電壓信號，經(jīng)過電容器 C1C18 耦合到運算放大器的進行放大。MIC 工做時需要偏壓 MICBISE。這里用 VREF 作為 MICBISE，R3E5 組成 RC 低通濾波器，為 MIC 提供比較干凈的偏壓。 24 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 2． 放大濾波電路設(shè)計 放大器采用運算過放大器組成的差分放大器，這樣能有效地避免干擾，提高 信噪比，運放采用被發(fā)燒友稱作“運放皇”通用音頻運放 NE5532，其噪聲低， 價格便宜。放大器的放大倍數(shù)設(shè)為 20 倍，調(diào)試時可適當(dāng)調(diào)整放大倍數(shù)使音量合 適。 圖 48 中右邊的放大器組成低通濾波器。 圖 48 放大濾波電路設(shè)計 由于語音信號的帶寬為 200Hz3400HZ，涉及頻譜混疊現(xiàn)象，低通濾波器的 過渡帶衰必須較快。我們采用有源二階濾波器的方案． 3． ADC 設(shè)計 ADC 采用通用 ADC0809，ADC0809 是帶有 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、8 路多路開關(guān)以及 微處理機兼容的控制邏輯的 CMOS 組件。它是逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以和單 片機直接接口。 （1） ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖 49。 25 第四章 硬件介紹 ADC0809 由一個 8 路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個 A/D 轉(zhuǎn)換器和 一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通 8 個模擬通道，允許 8 路模擬量分時 輸入，共用 A/D 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量， 當(dāng) OE 端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 IN0－IN7：為 8 條模擬量輸入通。ADC0809 地址輸入和控制線：4 條 。ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng) ALE 線為高電平時，地址鎖存與譯碼器 將 A，B，C 三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。A，B 和 C 為地址輸入線，用于選通 IN0－IN7 上的一路模擬量 圖 49 ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 輸入。ST 為轉(zhuǎn)換啟動信號。當(dāng) ST 上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時， 開始進行 A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST 應(yīng)保持低電平。EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng) EOC 為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進行 A/D 轉(zhuǎn)換。OE 為輸出允許 信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE＝1，輸出轉(zhuǎn) 換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7－D0 為數(shù)字量輸出線。 CLK 為時鐘輸入信號線。因 ADC0809 的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界 提供，通常使用頻率為 500KHZ ADC 與 51 單片機接口如圖 410，由于只采用 1 個通道，這里選用 IN0，所 以三個地址線全接地。時鐘信號采用單片機輸出的 ALE，為 2MHz。 ADC0809 對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是 0－5V，若信號太小， 必須進行放大； 輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變， 如若模擬量變化太快， 26 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 則需在輸入前增加采樣保持電路。 前邊放大器其輸出的信號為雙極性， 這里 R4 R46 實現(xiàn)雙極性到單極性轉(zhuǎn)換。 ADC 的片選采用單片機 IO 口 ，當(dāng) 為低時有效。 圖 410 ADC 與 51 單片機接口電路圖 4． DAC 設(shè)計 DA 轉(zhuǎn)換器的作用是將存儲的數(shù)字語音信號轉(zhuǎn)換為模擬語音信號，由于一般 的 DA 轉(zhuǎn)換器都能達到 1us 的轉(zhuǎn)換速率，足夠滿足題目的要求，故我們在此選用 了通用 DA 轉(zhuǎn)換器 DAC0832。 DI0~DI7：數(shù)據(jù)輸入線，TLL 電平。 ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效。 CS：片選信號輸入線，低電平有效。 WR1：為輸入寄存器的寫選通信號。 XFER：數(shù)據(jù)傳送控制信號輸入線，低電平有效。 WR2：為 DAC 寄存器寫選通輸入線。 Iout1：電流輸出線。當(dāng)輸入全為 1 時 Iout1 最大。 Iout2：電流輸出線。其值與 Iout1 之和為一常數(shù)。 Rfb：反饋信號輸入線，芯片內(nèi)部有反饋電阻。 Vcc：電源輸入線(+5v~+15v) Vref：基準(zhǔn)電壓輸入線(10v~+10v) AGND：模擬地，摸擬信號和基準(zhǔn)電源的參考地。 DGND：數(shù)字地，兩種地線在基準(zhǔn)電源處共地比較好。 27 第四章 硬件介紹 其與單片機連接方式如圖 411，片選采用單片機 IO 口 ，當(dāng) 為低 時有效。 圖 411 DAC 與單片機連接方式 5． 音頻功率放大器設(shè)計 經(jīng)帶 DAC 輸出的聲音回放信號，其幅度為 05v，足以用耳機來收聽，可不 接任何放大器。但考慮到實際中經(jīng)常會用到喇叭外放，故在本系統(tǒng)中增加外放功 能， 前端放大器采用通用型音頻功率放大器 LM386 來完成。電路如圖 。該 電路增益為 50—200，連續(xù)可調(diào)， 最大大不失真輸出功率為 325mw。輸出端接 C R9 串聯(lián)電路，以校正喇叭的頻率特性，防止高頻自激。腳 7 接 220uF 去耦電容， 以消除低頻自激。為便于該功故在高增益情況下工作．這里將不使用的輸入端腳 2 對地短路。 圖 音頻放大電路設(shè)計 28 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第五章 軟件設(shè)計 本設(shè)計軟件采用 C 語言設(shè)計。 KeilC51 KeilC51 簡介 8051 單片機，現(xiàn)有四種語言支持，即匯編、FI／M、C 和 BASIC. C 是一種源于編寫 UNIx 操作系統(tǒng)的語言，它是一種結(jié)構(gòu)化語言，可產(chǎn)生緊 結(jié)構(gòu)是以括號() 可以進行許多機器級函 ，有如下優(yōu)點： （1）對單片機的指令系統(tǒng)不要求了解，僅要求對 8051 的存貯器結(jié)構(gòu)有初步 了解 （2）寄存器分配、不同存貯器的尋址及數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)可由編譯器管理； （3）程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu)，可分為不同的函數(shù)，這種方式可使程序結(jié)構(gòu)化； （4）具有