公交车语音自动报站以及汉字显示系统设计

《公交车语音自动报站以及汉字显示系统设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《公交车语音自动报站以及汉字显示系统设计（49页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、 .wd.公交汉字显示系统硬件局部主要内容设计的主要内容：一种新型的公交车自动报站系统的设计原理，以89C52RC单片机为核心，控制ISD4004语音芯片及16*16LED点阵显示模块做汉字显示的新方案。利用89C52RC单片机作为CPU来进展总体控制，通过语音控制电路进展各种提示语音的播放，同时使用LED点阵电路进展汉字显示，实现了公共汽车的语音自动报站以及汉字提示的功能.如图1所示。图1：系统构造图主要包括四个局部：语音录放音电路、LED点阵显示、电源电路、按键控制电路组成。采取的主要技术路线或方法开发方案和原理框图是由教师引导提供的。具体的电路图和线路组织连接都是需要自己设计的。整个电路

2、的硬件及功能控制软件是自己设计和编写的。一、单片机芯片：STC89C52RC单片机芯片采用40引脚的双列直插封装方式。40条引脚如下：1、主电源引脚Vss和Vcc 2、外接晶振引脚XTAL1和XTAL2 3、控制或与其它电源复用引脚RST/VPD，ALE/，和/Vpp4、输入/输出引脚P0.0 - P0.7，P1.0 - P1.7，P2.0 - P2.7，P3.0 - P3.7。 P0口P0.0 - P0.7是一个8位漏极开路型双向I/O口，在访问外部存储器时，它是分时传送的低字节地址和数据总线，P0口能以吸收电流的方式驱动八个TTL负载。 P1口P1.0 - P1.7是一个带有内部提升电阻的

3、8位准双向I/O口。能驱动(吸收或输出电流)四个TTL负载。 P2口P2.0 - P2.7是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口，在访问外部存储器时，它输出高8位地址。P2口可以驱动(吸收或输出电流)四个TTL负载。 P3口P3.0 - P3.7是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口。能驱动(吸收或输出电流)四个TTL负载。P3口还用于第二功能。二：语音芯片ISD4004-8M；ISD4004 系列单片语音录放电路如图2所示：1、 简述单片8 分钟语音录放内置微控制器串行通信接口3V单电源工作多段信息处理工作电流25-30mA,维持电流1A不耗电信息保存100 年(典型值)高质量、自然

4、的语音复原技术10 万次录音周期(典型值)自动静噪功能片内免调整时钟,可选用外部时钟ISD4004 系列工作电压3V,单片录放时间8至16分钟,音质好,适用于移动 及其他便携式电子产品中。芯片采用CMOS技术,内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列。芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制,操作命令可通过串行通信接口(SPI或Microwire)送入。芯片采用多电平直接模拟量存储技术, 每个采样值直接存贮在片内闪烁存贮器中,因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声,防止了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和金属声。采样频率可为4

5、.0,5.3,6.4,8.0kHz,频率越低,录放时间越长,而音质则有所下降,片内信息存于闪烁存贮器中,可在断电情况下保存100年(典型值),反复录音10 万次。三：LED点阵电路；利用74HC138对4块8*8点阵进展拼接成16*16的点阵，然后通过单片机控制，进展汉字的显示。电路图如图3所示：图3：LED点阵电路四：电源电路由于语音芯片ISD4004的工作电压时3V,不同于单片机的5V工作电压，所以就必须有电源电路，提供3V的稳定电压，本电路才用LM317电源电路，5V进，3V出的一个稳压电路，很适合于产品电源。利用电容滤波，使语音电路噪声减少。电路图如图4所示：图4：电源电路预期的成果及

6、形式采用STC89CRC52单片机实现对系统的控制功能，利用语音芯片ISD4004-8M进展语音设计及74HC38控制点阵显示，通过键盘改变语音芯片工作状态，先录音并存储，然后放音，同时实现自动报站，并同时用点阵进展相关信息显示。最终软件调试功能测验， 根本到达了系统的设计要求。时间安排第13周：搜集资料，确定方案；第4周：搜集89C52RC、ISD4004等器件的功能和引脚资料，熟悉单片机一般编程语言，为后期的设计做前期准备；第56周：分析功能实现原理，利用Protel画出电路图。第78周：进一步和同组人探讨整个功能实现包括硬件和软件的结合；用软件进展仿真测试。第911周：焊接出实际的电路板

7、，测试、运行、实现功能；第1113周：汇总整个的工作流程，查资料，做论文，准备辩论。指导教师意见签 名：年 月 日备注鉴于系统工作的稳定性和准确性，整个电路大都采用了集成电路，虽然这加大了设计的本钱，并给焊接电路带来了小麻烦，但更重要的是这给编程、电路的复杂度和调试带来了极大的方便，能够很好的增加程控电压源的工作稳定性和精度。同时由于16*16的点阵是由自己亲手焊接，而且是采用的万能板，所以不是很美观，但是功能 根本能实现。摘要随着时代的进步，公交车已经成为一般工薪族和学生族出门必须的交通工具。由于单片机技术以及电子语音技术飞速开展。目前，在公交车报站方面，也由传统的人工报站，逐渐改变为使用微

8、电脑控制的语音文字报站系统。从以前售票员的大声报站变成现在的自动语音报站以及汉字提示等新型的报站系统，加快了现代化建设的进程。是国家自动化交通开展的标志。本文介绍了一种新型的公交车自动报站汉字显示系统的设计原理，同时提供了一种以89C51单片机为核心，控制ISD4004语音芯片及LED点阵显示汉字的新方案。利用89C51单片机作为CPU来进展总体控制，通过语音控制电路进展各种提示语音的播放，同时使用LED点阵电路进展汉字显示，实现了公共汽车的语音自动报站以及汉字提示的功能，实现了图文、语音一体化协调工作，减轻了司售人员的劳动强度，提高了车辆的服务质量，是一种科技、时尚的新产品。同时它摆脱传统电

9、子屏线的束缚，使其应用更加市场化，其流动显示的特点更为广告界所推崇，是一种全新的媒体。ISD4004语音系列芯片是美国ISD4004公司推出的产品，具有屡次重复录放，存储时间长，使用时不需扩大存储器，所需外围电路简单等特点。本系统是以C语言来进展软件设计，指令的执行速度快，节省存储空间。为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化构造，使程序设计的逻辑关系更加简洁明了,使硬件在软件的控制下协调运作。关键词：89C51单片机，LED点阵显示，语音芯片Abstract With the progress of The Times,the bus has become a general applica

10、bility and students go to the family transportation.Due to the microcontroller technology and electronic voice technology rapidly develope.At present, in the bus stops,also from the traditional artificial stops, gradually changing into using the microcomputer control system of bus stop announcement.

11、 From before the loud voice stops of the conductor to be the new characters suggest and stops system,accelerating the process of modernization.Its the national symbol of automation transportation development. This paper introduces the design principle of a new kind of bus automatic stops display sys

12、tem and provides a new plan to control ISD4004 pronunciation chip and LED dot matrix to display chinese characters by 89C51 mcu .Useing 89C51 as CPU to overallcontrol and through the speech control circuit to play various kind speech hint.Realizing the bus stops and characters of the voice of functi

13、on,the text, voice integration are realized coordinationly too.Reduce the labor intensity of sales personnel department, improving the quality of bus service.It is a kind of new products of technology and fashion.At the same time,it gets rid of traditional electronic screen line,to make its applicat

14、ion become more market-oriented.The characteristics of flow shows is praised highly by advertising.it is a kind of new media.ISD4004 seriespronunciation chip is the products of ISD company,with the charactor of repeated recording, long time storage ,without expanded memory when using and simple circ

15、uit of the periphery, etc.This system based on C language for software design,the instruction execute speedly and save storage space.In order to facilitate expansion and change,the design of software adopt modular structure,make the program design of logical relationship more concise,make the hardwa

16、re under the control of the software operation harmoniously .Keywords:89C51 MCU, LED dot matrix display, pronunciation chip目 录摘要VIIIABSTRACTIX1 绪论11.1 概述11.2 目的及意义22 总体设计的原理与实现32.1 方案论证32.1.1 语音电路方案论证32.1.2 设计系统方案论证42.2 电路原理的总体设计53 硬件局部的设计73.1 硬件组成局部73.2 相关芯片介绍73.2.1 STC89C52RC单片机芯片73.2.2 ISD4004语音芯

17、片83.2.3 74HC138芯片133.2.4 LM317芯片143.3 硬件各局部设计163.3.1电源电路163.3.2 LED点阵显示电路173.3.3ISD4004语音录放音电路183.3.4按键控制电路184 软件局部的设计204.1 软件总体设计204.2 软件各模块设计214.2.1 延时子程序214.2.2 ISD4004语音录放程序224.2.3 中断控制程序244.2.4 LED点阵汉字显示程序255 系统调试265.1 常见硬件故障调试265.2 软件程序调试265.2.1 调试软件KEILC51简介265.2.2 软件程序测试275.2.3 系统电路功能仿真275.2

18、.4 KEIL与PROTEUS对系统联调285.2.5 硬件实现29结论31致谢32参考文献33附录外文原文及翻译34附录源程序代码51附录原理图611绪论1.1 概述随着现代社会的建设，公共汽车越来越为群众所喜爱，不仅仅可以在低消费下到达目的地，同时也能很方便的省去很多的自驾麻烦。是打工族和学生族的常用交通工具。而随着人们使用公共汽车的普遍，车辆上一般都相当拥挤，造成许多的乘客未到站先下车或者推迟下车的情况，也加重了售票员的劳动强度。随着信息社会的到来，单片机广泛的应用于工业控制系统、数据采集系统、自动测试系统、声学领域和微机技术等广阔的领域。而利用单片机对语音芯片进展控制可以到达语音报站的

19、效果。因此，了解并掌握单片机智能控制技术工作原理及特性是非常重要的。在一些自动语音报站系统中，广泛采用的是通过使用语音芯片进展设计电路，然后通过MIC录音电路以及功放电路进展语音的录制与播放，同时通过单片机对语音芯片进展选择以及功能的控制，从而完成语音报站。但是由于传统的语音芯片的外围电路比拟复杂，所以实现复杂、易受干扰、不易控制且精度不高。因此，本系统用一种比拟昂贵且现代社会才刚刚常用的一种ISD4004系列语音芯片，不需复杂的外围电路和AD转换电路能直接与单片机完成语音的录制和播放，实现方便、精度高，可根据不同需要用于各种场合；为了提高对语音芯片的认识和了解，尤其是对ISD4004系列的深

20、入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本设计基于ISD4004芯片设计的公交车汉字显示报站系统，介绍了STC89C52RC单片机语音汉字显示控制系统，主要是通过单片机组成的应用系统来完成对语音的录制以及播放，汉字的LED点阵显示以及语音播放的控制，从而实现了单片机对语音汉字的控制。在正常情况下，通过ISD4004对语音报站信息进展播放以及利用LED点阵进展相关提示汉字的显示，ISD4004芯片采用CMOS技术,内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列。芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制,操作命令可通过串行通信接口(S

21、PI或Microwire)送入。通过单片机对报站语音进展采集处理，同时设定相关汉字显示信息；当到站按键按下时，该系统会发出到站站名及相关语音声音，同时让LED点阵进展汉字提示信息的显示，报站语音以及汉字显示完毕时等待下一个到站按键的触发。1.2目的及意义首先是设计出一种的方便实用的公交车汉字显示报站系统。单片机智能控制技术广泛地应用于工业控制、智能语音等方面，ISD4004 系列工作电压3V,单片录放时间8至16分钟,音质好,适用于移动 及其他便携式电子产品中。芯片采用多电平直接模拟量存储技术, 每个采样值直接存贮在片内闪烁存贮器中,因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声,防止了

22、一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和金属声。采样频率可为 4.0,5.3,6.4,8.0kHz,频率越低,录放时间越长,而音质则有所下降,片内信息存于闪烁存贮器中,可在断电情况下保存100年(典型值),反复录音10 万次。而本系统则 根本完成了设计的任务要求，通过STC89C52RC单片机语音录放控制系统，主要是通过单片机组成的应用系统来完成对语音的采集、语音的存储处理、提示汉字的显示以及语音播放的控制，从而实现了单片机对公交车到站的语音汉字显示功能。其次，为了理论联系实际，用大学所学的理论来进展实际工作，将知识转变为生产力。通过大学本科四年的学习，已经初步具有了一定的分析和设计能力。

23、通过本次设计将大学所学的知识进展系统地梳理，概括和总结，并综合运用这些所学的知识。公共汽车为外出的人们提供了方便快捷的服务，而公共汽车的报站直接影响服务的质量。传统由乘务人员人工报站，该方式因其效果太差和工作强度太大，在很多大城市已经被淘汰。近年来，随着科学技术的日益开展和进步，微型计算机技术已经在许多领域得到了广泛的应用。在声学领域，微机技术与各种语音芯片相结合，即可完成语音的合成技术，使得汽车报站器的实现成为可能，从而为市民提供了更加人性化的服务。鉴于传统公交车报站系统的缺乏之处，结合公交车辆的使用特点及实际营运环境，设计了一种由单片机控制的公交车语音报站显示系统 。公交车语音报站显示系统

24、的设计主要是为了弥补人工报站的辛苦以及误报的落前方式，进站、出站播报站名及相关服务用语，为市民提供更人性化，更完善的服务 。2总体设计的原理与实现2.1方案论证本设计主要是通过单片机组成的应用系统来完成对语音的录制、语音的存储处理、语音的播放以及汉字显示的控制，从而实现了单片机对语音报站汉字显示的控制。语音录放电路有共同的特点：语音录制播放环境复杂、现场性强等。假设采用一般语音芯片采集语音信号，则需要设计信号调理电路、A/D 转换及相应的接口电路，才能把语音芯片输出的模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。这样，由于各种因素会造成语音录放系统较大的偏差，会使语音系统的稳定性和可靠性下降 。所以

25、要选择适宜的方案，才能使设计得到最大的优化。2.1.1语音电路方案论证方案一：采用普通的语音芯片，可满足到达报站信息录制以及播放，但普通语音芯片录制语音效果不好，重复性差、可靠性较差，对于高频率使用以及方便录放时不适用。对一些语音内容不固定并要求现场录音和放音的系统，采用一般语音芯片实现，录放音的质量难以控制。而且在语音录放系统中,采用一般语音芯片,比方华邦的W90P710系列、HELIOS公司的HZ24QP系列等.但这些芯片输出的都是模拟信号,必须经过进展A/D 转换和压缩处理等才能送给单片机，从而产生了失真、大大降低了录放音质量，并不具有抗断电、音质差、使用不方便、不能反复录放、需专用的语

26、音开发工具、不能随意列改内容和耗电多等缺点。另外,在语音录放系统中,采用普通语音芯片.外围电路会比拟复杂，而且在软件实现时也需要用到复杂的算法，一定程度上也增加了软件实现的难度。方案二：在语音录放系统中，传统的语音芯片是将模拟信号远距离采样进展AD转换，而为了获得较高的语音录放质量，就必须采用措施解决由长线传输及放大电路零点漂移等造成的误差补偿问题。采用语音芯片ISD4004进展语音的录放，直接对模拟信号进展存储。便于单片机处理及控制，省去传统的语音录放的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，此元件线形较好。对一些语音内容不固定并要求现场录音和放音的系统，采用一般语音芯片实现，录放音的质量

27、难以控制。美国ISDInformation Storage Devices公司的ISD 系列芯片采用直接模拟存储专利技术，把语音信号以原始的模拟形式直接存储在片内EEPROM存储器中，无需进展A/D 转换和压缩处理等，从而减少了失真、大大提高了录放音质量，并具有抗断电、音质好、使用方便、可反复录放、无需专用的语音开发工具、能随意列改内容和耗电省等优点，很适合于现场录放音系统。而且语音录放系统中,采用普通语音芯片.外围电路会比拟复杂，而是用ISD4004芯片直接使用简单的外围电路即可。而且在软件实现时也不需要用到复杂的算法，一定程度上也减轻了软件实现的难度。采用语音芯片ISD4004系列，可以表

28、达系统芯片化这个趋势。局部功能电路的集成，使总体电路更简洁，搭建电路和焊接电路时更快。而且，集成块的使用，有效地防止外界的干扰，提高语音录放电路的质量以及实用性。所以集成芯片的使用将成为电路开展的一种趋势。本方案应用这一语音芯片。2.1.2设计系统方案论证该系统主要由语音录放和汉字显示两局部组成。下面列举两种实现方案：方案一：语音录放可以使用一般的语音芯片，汉字显示局部则使用比拟美观的而且内含相当多的字模的液晶显示模块。考虑到一般语音芯片存储的是数字信号，所以还要设计相应的模数转换电路。而模拟信号转数字信号过程中，信号失真是令人伤脑筋的问题。此方案由于使用液晶显示模块，需要进展其驱动的攥写，并

29、且硬件复杂，如果信号产生失真，都将会导致误差的产生，难以完全去除，而且本钱会有较大增长幅度。方案二：使用ISD语音芯片和LED点阵模块构成。其具有以下特点：具有高的语音录放质量及实用性，可重复使用；抗干扰能力强，稳定性好；信号易于处理、传送和自动控制；便于现场录制播放，播放语音显示效果好安装方便，维护简单，工作可靠性高。ISD语音芯片可以采用美国ISDInformation Storage Devices公司的ISD4004系列芯片，这类芯片采用直接模拟存储专利技术，把语音信号以原始的模拟形式直接存储在片内EEPROM存储器中，无需进展A/D 转换和压缩处理等，从而减少了失真、大大提高了录放音

30、质量，并具有抗断电、音质好、使用方便、可反复录放、无需专用的语音开发工具、能随意列改内容和耗电省等优点，很适合于现场录放音系统。比拟两个方案后可以发现，方案二更适合于用作本系统的实施方案。尽管方案二不需要A/D，但考虑到系统扩大等因素，单片机可以选用STC89C52RC。2.2电路原理的总体设计基于ISD4004语音芯片的语音报站汉字显示系统的设计研制过程主要包括：总体设计、硬件设计、软件设计、仿真调试等几个阶段。对于总体设计，主要是画出原理框图、确定出主要技术指标。如图2.2.1所示：图2.2.1系统总体设计框图单片机芯片是与MCS-51 兼容的STC89C52RC，STC89C52RC单片

31、机带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能8位微处理器。语音录放电路使用的是ISD4004-8MS以及其外围录放电路，外围电路相当简单；由于其可以进展直接模拟信号的存储，省去了信号模数转换的相关电路，使得信号更加的稳定、录放音质量好。同时单片8至16 分钟语音录放，内置微控制器串行通信接口，3V单电源工作，多段信息处理，工作电流25-30mA,维持电流1A，不耗电信息保存100 年(典型值)，高质量、自然的语音复原技术，10 万次录音周期(典型值)，自动静噪功能，片内免调整时钟,可选用外部时钟。利用9014三极管对录制语音进展放大处理，同时通过LM386及喇叭，对输出语音信号进展放

32、大播放，让语音质量以及稳定性更加高。汉字显示电路采用的是16*16 LED点阵显示。一种方法属于静态显示。显然，静态显示需占用较多的I/O口线。另一种是动态扫描显示。通过控制各个显示器公共阳极轮流接高电平的方法，逐一轮流地启动各个LED。动态显示法是目前各种单片机采用的流行方法。其优点是硬件简单，“动态由软件实现。因而选用动态显示的方法。电源电路是给语音芯片ISD4004提供3V稳压电源，利用LM317，通过电阻分压，输出稳定的3V稳定电源，让语音芯片可以正常的工作。实现语音录制播放功能。按键控制电路完成对语音播放以及汉字显示开场的控制，通过对单片机相关引脚的高地电平的控制，从而完成对语音芯片

33、的控制，从而到达完成语音报站汉字显示功能。本章节方案比拟后可以发现，完成了基于ISD4004的语音报站显示的单片机系统的方案论证，选择了更适合于用作本系统的实施方案，完成了电路的总体设计。3 硬件局部的设计3.1硬件组成局部基于ISD4004语音芯片的语音报站汉字显示系统的硬件设计主要包括：1电源电路为语音芯片提供3V稳压电源；2LED汉字显示电路完成汉字显示；3ISD4004语音录放电路完成语音录制放音；4按键控制电路完成按键控制播放录音功能5单片机电路的核心系统五局部组成，具体的电路介绍本局部就先不进展详细的介绍，在论文的硬件各局部设计中将会对各个局部的电路进展详细的介绍。下面我就先对硬件

34、电路设计中使用的主要器件的技术资料进展相关的介绍。让我们对硬件进展整体的了解。3.2相关芯片介绍3.2.1STC89C52RC单片机芯片STC89C52RC是STC公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8Kb的可反复擦写的Flash只读程序存储器和512b的随机存取数据存储器RAM，器件采用高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准MCS51指令系统，片内置通用中央处理器CPU和Flash存储单元，功能强大STC89C52RC单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100000次。将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片

35、中，是一种高效微控制器，STC89C52RC单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。如图3.2.1图3.2.1 STC89C52RC管脚图STC89C52RC有P0、P1、P2、P3四个端口，共有32I/O口，P3口也可作为一些特殊功能口，如下表所示：表3.1 P3口的第二功能口 线第 二 功 能P3.0RXD串行数据接收输入端P3.1TXD串行数据发送输出端P3.2INT0外部中断0输入端P3.3INT1外部中断0输入端P3. 4T0定时/计数器T0的外部输入端P3. 5T1定时计数器T1的外部输入端P3. 6WR外数据存储器写选通信号，低电平有效P3. 7RD外数据存储器

36、读选通信号，低电平有效P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。STC89C52RC单片机主要性能参数：l 时钟频率HZ：080Ml 8Kash程序存储器l 512内程序存储器(RAM)l 2个数据指针l 3个16位定时器/计数器T0/T1l 4个8位输入输出接口(P0P3),共32根I/O口线l 8个中断源l 4个优先级l 看门狗电路3.2.2ISD4004语音芯片Winbond公司的ISD系列语音芯片采用了“直接模拟量存储(DAST)专利技术，信号无需经过D/A，A/D转换，数字压缩和语音合成等复杂的数字信号处理过程，减少了失真，使其声音存贮效果较以前产品有大幅提高，实际试听主观评价

37、可以到达磁带录音机的水平，是目前市场上录放效果最好的语音电路之一。 ISD4004语音芯片采用CMOS技术，内含晶体振荡器、防混叠滤波器、平滑滤波器、自动静噪、音频功率放大器及高密度多电平闪烁存储陈列等(见图)，因此只需很少的外围器件就可构成一个完整的声音录放系统。芯片设计是基于所有操作由微控制器控制，操作命令通过串行通信接口(SPI或Micwire)送入。采样频率可为4.0kHz、 5.3kHz、6.4kHz、8.0kHz频率越低，录放时间越长，而音质则有所下降。片内信息存于闪烁存储器中，可在断电情况下保存100年(典型值) 反复录10万次。器件工作电压3，工作电流2530mA，维持电流1u

38、A，单片录放语音时间816min，音质好，适用于移动 机及其它便携式电子产品中。如图3.2.2.1、图3.2.2.2所示。图3.2.2.1：ISD4004系列语音芯片内部框图图3.2.2.2 ISD4004系列语音芯片外部引脚图1、简述单片8 分钟语音录放内置微控制器串行通信接口3V单电源工作多段信息处理工作电流25-30mA,维持电流1A不耗电信息保存100 年(典型值)高质量、自然的语音复原技术10 万次录音周期(典型值)自动静噪功能片内免调整时钟,可选用外部时钟ISD4004 系列工作电压3V,单片录放时间8至16分钟,音质好,适用于移动 及其他便携式电子产品中。芯片采用CMOS技术,内

39、含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列。芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制,操作命令可通过串行通信接口(SPI或Microwire)送入。芯片采用多电平直接模拟量存储技术, 每个采样值直接存贮在片内闪烁存贮器中,因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声,防止了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和金属声。采样频率可为4.0,5.3,6.4,8.0kHz,频率越低,录放时间越长,而音质则有所下降,片内信息存于闪烁存贮器中,可在断电情况下保存100年(典型值),反复录音10 万次。2、引脚描述电源:(VCCA,VCCD) 为使噪声

40、最小,芯片的模拟和数字电路使用不同的电源总线,并且分别引到外封装的不同管脚上,模拟和数字电源端最好分别走线,尽可能在靠近供电端处相连,而去耦电容应尽量靠近器件。地线:(VSSA,VSSD) 芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线。同相模拟输入(ANA IN+) 这是录音信号的同相输入端。输入放大器可用单端或差分驱动。单端输入时,信号由耦合电容输入,最大幅度为峰峰值32mV,耦合电容和本端的3K电阻输入阻抗决定了芯片频带的低端截止频率。差分驱动时,信号最大幅度为峰峰值16mV，为ISD33000 系列一样。反相模拟输入(ANA IN-)差分驱动时,这是录音信号的反相输入端。信号通过耦合电容输入

41、,最大幅度为峰峰值16mV音频输出(AUD OUT)提供音频输出,可驱动5K的负载。片选(SS) 此端为低,即向该ISD4004 芯片发送指令，两条指令之间为高电平。串行输入(MOSI) 此端为串行输入端，主控制器应在串行时钟上升沿之前半个周期将数据放到本端,供ISD 输入。串行输出(MISO) ISD 的串行输出端。ISD 未选中时,本端呈高阻态。串行时钟(SCLK) ISD的时钟输入端,由主控制器产生,用于同步MOSI和MISO的数据传输。数据在SCLK上升沿锁存到ISD,在下降沿移出ISD。中断(/INT) 本端为漏极开路输出。ISD 在任何操作(包括快进)中检测到EOM或OVF时,本端

42、变低并保持。中断状态在下一个SPI 周期开场时去除。中断状态也可用RINT 指令读取。OVF 标志-指示ISD的录、放操作已到达存储器的未尾。EOM标志-只在放音中检测到内部的EOM标志时,此状态位才置1。行地址时钟(RAC) 漏极开路输出。每个RAC周期表示ISD 存储器的操作进展了一行(ISD4004系列中的存贮器共2400 行)。该信号175ms 保持高电平,低电平为25ms。快进模式下,RAC 的218.75s 是高电平,31.25s 为低电平。该端可用于存储管理技术。外部时钟(XCLK) 本端内部有下拉元件。芯片内部的采样时钟在出厂前已调校,误差在+1%内。商业级芯片在整个温度和电压

43、范围内, 频率变化在+2.25%内。工业级芯片在整个温度和电压范围内,频率变化在-6/+4%内,此时建议使用稳压电源。假设要求更高精度,可从本端输入外部时钟(如前表所列)。由于内部的防混淆及平滑滤波器已设定,故上述推荐的时钟频率不应改变。输入时钟的占空比无关紧要,因内部首先进展了分频。在不外接地时钟时,此端必须接地。自动静噪(AMCAP) 当录音信号电平下降到内部设定的某一阈值以下时,自动静噪功能使信号衰弱,这样有助于养活无信号(静音)时的噪声。通常本端对地接1mF 的电容,构成内部信号电平峰值检测电路的一局部。检出的峰值电平与内部设定的阈值作比拟,决定自动静噪功能的翻转点。大信号时,自动静噪

44、电路不衰减,静音时衰减6dB。1mF的电容也影响自动静噪电路对信号幅度的响应速度。本端接VCCA则制止自动静噪。3、SPI(串行外设接口)ISD4004 工作于SPI串行接口。SPI协议是一个同步串行数据传输协议,协议假定微控制器的SPI移位存放器在SCLK的下降沿动作,因此对ISD4004而言,在时钟止升沿锁存MOSI引脚的数据,在下降沿将数据送至MISO 引脚。协议的具体内容为：.所有串行数据传输开场于SS下降沿。.SS在传输期间必须保持为低电平,在两条指令之间则保持为高电平。.数据在时钟上升沿移入,在下降沿移出。.SS变低,输入指令和地址后,ISD 才能开场录放操作。.指令格式是(8 位

45、控制码)加(16 位地址码)。.ISD的任何操作(含快进)如果遇到EOM或OVF,则产生一个中断,该中断状态在下一个SPI周期开场时被去除。.使用读指令使中断状态位移出ISD 的MISO 引脚时,控制及地址数据也应同步从MOSI端移入。因此要注意移入的数据是否与器件当前进展的操作兼容。当然,也允许在一个SPI 周期里,同时执行读状态和开场新的操作(即新移入的数据与器件当前的操作可以不兼容)。.所有操作在运行位(RUN)置1时开场,置0 时完毕。.所有指令都在SS端上升沿开场执行。(一)信息快进用户不必知道信息确实切地址,就能快进跳过一条信息。信息快进只用于放音模式。放音速度是正常的1600 倍

46、,遇到EOM后停顿,然后内部地址计数器加1,指向下条信息的开场处。(二)上电顺序器件延时TPUD(8kHz 采样时,约为25 毫秒)后才能开场操作。因此,用户发完上电指令后,必须等待TPUD,才能发出一条操作指令。例如,从00 从处发音,应遵循如下时序:1. 发 POWERUP命令;2. 等待 TPUD(上电延时);3. 发地址值为00 的SETPLAY 命令;4. 发 PLAY 命令。器件会从此00 地址开场放音,当出现EOM时,立即中断,停顿放音。如果从00 处录音,则按以下时序:1. 发 POWER UP命令;2. 等待 TPUD(上电延时);3. 发 POWER UP命令4. 等待 2

47、 倍TPUD;5. 发地址值为00 的SETREC命令;6. 发 REC命令。器件便从00地址开场录音,一直到出现OVF(存贮器末尾)时,录音停顿。3.2.374HC138芯片74HC138是一款高速CMOS器件，74HC138引脚兼容低功耗肖特基TTLLSTTL系列。如图3.2.3.1所示。图3.2.3.1：74HC138外部引脚图74HC138译码器可承受3位二进制加权地址输入A0, A1和A3，并当使能时，提供8个互斥的低有效输出Y0至Y7。74HC138特有3个使能输入端：两个低有效E1和E2和一个高有效E3。除非E1和E2置低且E3置高，否则74HC138将保持所有输出为高。利用这种

48、复合使能特性，仅需4片74HC138芯片和1个反相器，即可轻松实现并行扩展，组合成为一个1-325线到32线译码器。任选一个低有效使能输入端作为数据输入，而把其余的使能输入端作为选通端，则74HC138亦可充当一个8输出多路分配器，未使用的使能输入端必须保持绑定在各自适宜的高有效或低有效状态。74HC138与74HC238逻辑功能一致，只不过74HC138为反相输出。CD74HC138 ，CD74HC238和CD74HCT138 ， CD74HCT238是高速硅栅CMOS解码器，适合内存地址解码或数据路由应用。74HC138 作用原理于高性能的存贮译码或要求传输延迟时间短的数据传输系统,在 高

49、性能存贮器系统中,用这种译码器可以提高译码系统的效率。将快速赋能电路用于高速存贮器时,译码器的延迟时间和存贮器的赋能时间通常小于存贮器的典型存取时间,这就是说由肖特基钳位的系统译码器所引起的有效系统延迟可以忽略不计。HC138 按照三位二进制输入码和赋能输入条件,从8 个输出端中译出一个 低电平输出。两个低电平有效的赋能输入端和一个高电平有效的赋能输入端减少了扩展所需要的外接门或倒相器,扩展成24 线译码器不需外接门;扩展成32 线译码器,只需要接一个外接倒相器。在解调器应用中,赋能输入端可用作数据输入端。功能表如图3.2.3.2所示。图3.2.3.2：74HC138引脚功能表3.2.4LM3

50、17芯片LM317 是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。LM117/LM317 的输出电压范围是1.2V至37V，负载电流最大为1.5A。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标 准的固定稳压器好。LM117/LM317 内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。通常 LM117/LM317 不需要外接电容，除非输入滤波电容到 LM117/LM317 输入端的连线超过 6 英寸约 15 厘米。使用输出电容能改变瞬态响应。调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压器高的多的纹波抑制比。LM117/LM317能够有许多特殊的用法。比方 把调整端

51、悬浮到一个较高的电压上，可以用来调节高达数百伏的电压，只要输入输出压差不超过LM117/LM317的极限就行。当然还要防止输出端短路。还 可以把调整端接到一个可编程电压上，实现可编程的电源输出。 特性简介:可调整输出电压低到1.2V。保证1.5A 输出电流。典型线性调整率0.01%。典型负载调整率0.1%。80dB 纹波抑制比。输出短路保护。过流、过热保护。调整管安全工作区保护。标准三端晶体管封装。 电压范围:LM117/LM317 1.25V 至 37V 连续可调。其封装形式如图3.2.4.1所示： 图3.2.4.1：LM317封装管脚如图3.2.4.2所示。图3.2.4.2：LM317引脚

52、分布LM317工作原理：LM317的输入最同电压为30多伏，输出电压1.5-32V.电流1.5A.不过在用的时候要注意功耗问题.注意散热问题。LM317有三个引脚.一个输入一个输出一个电压调节。输入引脚输入正电压,输出引脚接负载, 电压调节引脚一个引脚接电阻(200左右)在输出引脚,另一个接可调电阻(几K)接于地.输入和输出引脚对地要接滤波电容.LM317应用电路图如图3.2.4.3：图3.2.4.3：LM317应用电路图当稳压器离电源滤波器有一定的距离是Cn是必需的Cn对稳定性而言不必要；但改良瞬态响应Vout=1.25V(1+R2/R1)+IadjR2因为Iadj控制在小于100ua，这一

53、项的误差在多数应用钟可忽略。3.3 硬件各局部设计3.3.1电源电路由于语音芯片ISD4004的工作电压时3V,不同于单片机的5V工作电压，所以就必须有电源电路，提供3V的稳定电压，本电路才用LM317电源电路，5V进，3V出的一个稳压电路，很适合于产品电源。利用电容滤波，使语音电路噪声减少。电路图如图3.3.1所示：图 3.3.1电源电路3.3.2LED点阵显示电路在这次显示电路的设计中使用了四个8*8 LED点阵，利用74HC138译码器的E1、E2低有效，E3高电平有效进展点阵行列的控制显示，然后通过单片机控制，进展汉字的显示。电路图如图3.3.2所示：图 3.3.2LED点阵显示电路3

54、.3.3ISD4004语音录放音电路语音录放电路如下：使用的是ISD4004-8MS以及其外围录放电路，外围电路相当简单。由于其可以进展直接模拟信号的存储，省去了信号模数转换的相关电路，使得信号更加的稳定、录放音质量好。同时单片8至16 分钟语音录放，内置微控制器串行通信接口，3V单电源工作，多段信息处理，工作电流25-30mA,维持电流1A，不耗电信息保存100 年(典型值)，高质量、自然的语音复原技术，10 万次录音周期(典型值)，自动静噪功能，片内免调整时钟,可选用外部时钟。利用9014三极管对录制语音进展放大处理，同时通过LM386及喇叭，对输出语音信号进展放大播放，让语音质量以及稳定

55、性更加高。电路图如图 3.3.3所示。图3.3.3ISD4004语音录放电路3.3.4按键控制电路利用按键与单片机相关引脚进展连接，我们都知道单片机的引脚在工作状态时无负载时均是高电平，故如果需要进展相关控制，只需其通过按键与地连接，然后通过程序控制，当按键按下时，程序控制其他的引脚上下变化，从而让语音报站以及汉字显示。电路图如图 3.3.4所示。图3.3.4按键控制电路图本章节主要是对电路的硬件个局部的设计，电路的各局部硬件功能设计 根本完成。4 软件局部的设计4.1软件总体设计基于isd4004语音报站显示系统软件设计的任务是在总体设计和硬件设计的根基上，确定程序结够、分配单片机内部ROM

56、资源和语音芯片资源、划分功能模块、进展主程序和各模块程序的设计。利用相应的软件开发工具、程序语言C语言对划分的各功能模块编写控制程序，然后把各个模块程序连接起来，成为一个完整的应用程序，实现对单片机和语音芯片的初始化设置及相应功能的控制，到达与硬件相结合，实现对语音录放报站以及汉字显示功能。整个程序包括主程序和延时子程序以及ISD语音录放程序等几局部。STC89C52RC单片机提供了用户按键、显示和ISD4004所需接口。它接收击键功作，并将相应指令传给ISD4004，同时监控ISD4004的中断输出。当开关闭合时，读取ISD4004的状态存放器，从而根据OVF和EOM的状态进展相应的处理。当

57、OVF=1，即存储器溢出时，则不管当前为何种状态均将ISD4004的地址置零，并继续运行原指令；当EOM=1时，当前状态只可能为放音或快进，假设为快进则置为放音态，并继续运行。如此设计便实现了循环录放的功能，同时在快进时，自动停顿在下一个语音段开场处，并继续放音。流程图如图4.1.1所示。开场单片机、语音芯片初始化设置允许外部中断T0,并翻开全局中断允许位按键扫描PR是否为1REC模式PLAY模式AN键是否按下录音播放汉字滚动显示AN键是否按下录制语音停顿键是否按下停顿键是否按下图4.1.1主程序流程图主程序主要调用了4个子程序，分别是延时子程序、ISD4004语音录放程序、LED点阵显示子程

58、序、中断控制程序等。4.2 软件各模块设计4.2.1延时子程序为了准确的控制单总线接口的特殊时序要求，延时函数是相当关键的，它是所有读控制和写控制的组成局部以及显示时延时用；下面us的延时(12M)延时子程序和ms的延时(12M)延时子程序。void delay1(void) int16 i; for (i=0;i50;i+) ;void delay(unsigned int time) /延时n微秒while(time!=0)time-;void delayms(unsigned char g)/*延时gms*/ unsigned char i,j; for(i=0;ig;i+) for(j

59、=0;j121;j+);4.2.2ISD4004语音录放程序程序流程图如图4.2.2所示:发power up命令延时25ms录音指令延时50ms延时50ms发setrec命令+地址放/录音完毕发power up命令放音指令发rec命令发setplay命令+地址发play命令图4.2.2:语音录放程序流程图/*/入口：放音位置的上下位/放音程序/功能：从指定位置放音/*void play(unsigned char adl,unsigned char adh)unsigned char ovflog; while(AN = 0) ; isd_setplay(adl,adh);/发送setplay

60、指令，从0x0000地址开场放音 do isd_play();/发送放音指令 delay(20); while(ISD_INT = 1) /等待放音完毕的EOM中断信号 ; LED2 = 1; isd_stop();/放音完毕，发送stop指令 if(ovflog = chk_isdovf() /检查芯片是否溢出，如溢出则停顿放音，芯片复位 break; while(AN = 1) /等待AN键再次按下 if(STOP = 0) break; if(AN = 0) delayms(20); while(AN = 0);/An键再次按下，播放下一段语音4.2.3中断控制程序中断定时控制程序，对L

61、ED点阵动态扫描进展控制，同时也对汉字显示进展中断控制，让汉字可以按照从右至左的顺序进展滚动显示。/*定时器T0中断子程序*/void timer0() interrupt 1 using 3 TF0=0; TH0=0xb1; TL0=0xe0; if (n860) offset=0; n=0; 4.2.4LED点阵汉字显示程序该程序段主要完成向LED点阵点阵动态扫描显示，控制系统的汉字显示局部。/*汉字显示函数*/while (1) for (i=0;i8;i+) /显示左半边屏幕 P0=*(p+offset+2*i); P2=i|0x08; /P2.4=0,P2.3=1 选中U2, 输出扫描码给U6 delay1(); P0=*(p+offset+2*i+1); P2=i|0x10; /P2.4=1,P2.3=0 选中U3, 输出扫描码给U7 delay1(); for (i=8;i16;i+) /显示右半边屏幕