1、第1章緒論隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展和進(jìn)步，無人售票公交車在街頭多起來了，語音報(bào)站器也 被廣泛使用，這在相當(dāng)大的程度上免除了乘務(wù)人員沿途報(bào)站的麻煩，給許多不熟悉公交 線路的乘客帶來了方便。1.1課題研究的背景及意義公共汽車為外出的人們提供了方便快捷的服務(wù)，而公共汽車的報(bào)站直接影響服務(wù)的 質(zhì)量。傳統(tǒng)由乘務(wù)人員人工報(bào)站，該方式因其效果太差和工作強(qiáng)度太大，在很多大城市 已經(jīng)被淘汰。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展和進(jìn)步，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)在許多領(lǐng) 域得到了廣泛的應(yīng)用。在聲學(xué)領(lǐng)域，微機(jī)技術(shù)與各種語音芯片相結(jié)合，即可完成語音的 合成技術(shù)，使得汽車報(bào)站器的實(shí)現(xiàn)成為可能，從而為市民提供了更加人性化的服務(wù)。鑒 于傳

2、統(tǒng)公交車報(bào)站系統(tǒng)的不足之處，結(jié)合公交車輛的使用特點(diǎn)及實(shí)際營運(yùn)環(huán)境，設(shè)計(jì)了 一種由單片機(jī)控制的公交車自動報(bào)站系統(tǒng)1。公交車自動報(bào)站器的設(shè)計(jì)主要是為了彌補(bǔ)改變傳統(tǒng)語音報(bào)站器必須有司機(jī)操控才 能工作的落后方式，進(jìn)站、出站自動播報(bào)站名及服務(wù)用語，為市民提供更人性化，更完 善的服務(wù)。1.2報(bào)站器的動態(tài)發(fā)展趨勢公共汽車行駛在現(xiàn)代文明程度高的市區(qū)，它是一道流動的風(fēng)景線，因而對整車外形 乃至色彩都有更高的要求。作為公共汽車還要求有醒目和減少乘務(wù)人員勞動強(qiáng)度的電子 報(bào)站器，電子顯示路牌，無人售票裝置，前后電視監(jiān)視系統(tǒng)等新技術(shù)的采用也將越來越 普及。公交車報(bào)站器在公交事業(yè)中占有舉足輕重的地位，它直接影響到公交車的

3、服務(wù)質(zhì) 量。目前公交車報(bào)站有三種方式，一種是利用GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的公交車報(bào)站系 統(tǒng)，在司機(jī)座位后面隔板上，安裝了一臺15英寸的液晶電視和GPS信號接收器，安裝 了這套設(shè)備后，公交車在語音報(bào)站的同時(shí)，通過液晶電視還可以顯示到站站名的字幕， 這樣如果沒聽清報(bào)站的話，通過顯示屏，乘客也可以一目了然。當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時(shí)，調(diào) 度中心將會給公交車發(fā)出相應(yīng)的信息，以短信的形式傳送到顯示屏上，同時(shí)車載臺會發(fā) 出相應(yīng)的提示音；駕駛員也可以通過相應(yīng)的工具進(jìn)行回復(fù)3。目前在美國部分城市GPS 衛(wèi)星定位系統(tǒng)已經(jīng)投入使用，國內(nèi)也有此類產(chǎn)品的研制開發(fā)，其功能強(qiáng)大，系統(tǒng)穩(wěn)定， 但其投資昂貴，尤其是一些中小城市無法承受。

4、另外兩種是手動電子報(bào)站和人工報(bào)站的 方式，而它們都離不開司務(wù)人員，加大司乘人員的工作強(qiáng)度。手動電子報(bào)站一般有司機(jī) 或者乘務(wù)員控制，經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)報(bào)，誤報(bào)的情況4。城市公共交通是市民出行的主要交通工具之一。提供舒適，安全、便捷的乘車環(huán)境， 對于公交企業(yè)來說，不僅是應(yīng)盡的責(zé)任，亦是不斷追求的目標(biāo)。1.3設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)任務(wù)本課題要求設(shè)計(jì)一公交車自動報(bào)站系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)公交車的語音自動報(bào)站，即在進(jìn)站、 出站時(shí)候自動播報(bào)語音提示信息及服務(wù)用語，同時(shí)利用LED點(diǎn)陣電路進(jìn)行漢字顯示。 本設(shè)計(jì)要求利用AT89C51作為主控芯片完成主控電路的設(shè)計(jì)，輔助電路要求包括語音 電路、漢字點(diǎn)陣顯示電路、電源電路等。1.4技術(shù)指標(biāo)

5、工作電壓 24V靜態(tài)功耗-6W音頻輸出210W信噪比 34DB系統(tǒng)容量 可容納300個(gè)站點(diǎn)信息和8分鐘語音廣告信息環(huán)境溫度-30 C80 C最大廣告條數(shù)100條第2章方案的選擇與論證公交車自動報(bào)站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是對里程計(jì)數(shù)來控制報(bào)站時(shí)刻，進(jìn)站、出站自動播 報(bào)站名及服務(wù)用語，準(zhǔn)確、及時(shí)、完全不需要人工介入。本章介紹了兩種不同的方案， 并將其進(jìn)行對比。2.1方案比較2.1.1方案一公交車站自動報(bào)站器的設(shè)計(jì)，對車輪軸的轉(zhuǎn)角的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，將計(jì)數(shù)值與預(yù)置值 對比，即可確定報(bào)站時(shí)刻，達(dá)到準(zhǔn)確自動的目的。以AT89C51為主控芯片，對外來脈 沖計(jì)數(shù)，結(jié)合語音芯片ISD4004輸出語音。系統(tǒng)由脈沖檢測、脈沖

6、計(jì)數(shù)、CPU控制、 控制信號、語音芯片、輸出顯示等組成。原理框圖如圖2.1所示。圖2.1原理框圖脈沖檢測：該系統(tǒng)關(guān)鍵是對轉(zhuǎn)軸所轉(zhuǎn)過的圈數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，考慮到車輛將在復(fù)雜的 環(huán)境中運(yùn)行，故采用可靠的霍爾元件DN6848作為信號的采集裝置，再經(jīng)光電耦合器 4N25輸入給單片機(jī)。脈沖計(jì)數(shù)：光電耦合器的信號進(jìn)入C51后，采用中斷方式對脈沖計(jì)數(shù)。外部晶 振 12MHz。CPU控制：程序中將計(jì)數(shù)值于預(yù)置值進(jìn)行比較，判斷是否到站，當(dāng)?shù)秸緯r(shí)就輸出信號控制語言芯片進(jìn)行報(bào)站?？刂瓢存I：用于手動控制、手動調(diào)整、預(yù)置值的輸入等語言芯片：由專用語音芯片ISD4004組成，可擦寫，便于在不同公交線上使用。輸出顯示：LED點(diǎn)陣

7、漢字顯示。預(yù)置存儲：采用兩種方式存儲，一種是在燒寫器上將數(shù)據(jù)寫入，另一種是在車上， 單片機(jī)處于輸入狀態(tài)，車輛行駛一遍，將站與站之間的脈沖數(shù)寫入片內(nèi)。2.1.2方案二利用8031單片機(jī)作為CPU來進(jìn)行總體控制，當(dāng)汽車到達(dá)某站時(shí)，汽車司機(jī)通過鍵 盤來控制本系統(tǒng)進(jìn)行工作，并且，系統(tǒng)將使用狀態(tài)指示電路，向司機(jī)指示出當(dāng)前的行駛 方向及站號（如與實(shí)際方向不符，司機(jī)可通過鍵盤來調(diào)整）。原理圖框圖如圖2.2所示。圖2.2原理框圖本系統(tǒng)使用8031作為CPU，由CPU來控制語音合成芯片TC8830AF，使其工作在 CPU控制模式下。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行語音再生時(shí)，由CPU控制語音合成電路中的語音芯片來 讀取其外接的存儲器

8、內(nèi)部的語音信息，并合成語音信號，再通過語音輸出電路，進(jìn)行語 音報(bào)站和提示。CPU同時(shí)通過程序讀取漢字信息，送入LED點(diǎn)陣顯示電路來進(jìn)行漢字 提示。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行語音錄制時(shí)，語音信號通過語音輸入電路輸入給語音合成電路中的語 音合成芯片，由語音合成芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并將生成的數(shù)字語音信息存儲到語音存儲 芯片中，從而建立語音庫。2.2方案選擇將方案一與方案二進(jìn)行比較，方案二是采用8031單片機(jī)控制，通過鍵盤來控制報(bào) 站時(shí)刻，并不完全符合設(shè)計(jì)的要求，它仍然需要操作員員手動控制，所以本課題決定選 用方案一，它使用AT89C51作為主控制芯片，通過對里程的計(jì)數(shù)來控制報(bào)站時(shí)刻，完 全無需人工介入，選用的語音芯片

9、是美國ISD公司的ISD4004，該芯片與其它語音芯片 相比較，其語音音質(zhì)好，錄放時(shí)間長。第3章硬件電路的設(shè)計(jì)公交車報(bào)站系統(tǒng)主要由四個(gè)部分組成，即主控電路、脈沖檢測電路、語音電路以及LED點(diǎn)陣漢字顯示電路。各部分電路的設(shè)計(jì)在本章中做了詳細(xì)的說明。3.1主控電路的設(shè)計(jì)3.1.1關(guān)于AT89C51單片機(jī)AT89C單片機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示。它主要由下面幾個(gè)部分組成：1個(gè)8位中 央處理單元（CPU）、片內(nèi)Flash存儲器、片內(nèi)RAM、4個(gè)8位的雙向可尋址I/O 口、1 個(gè)全雙工UART （通用異步接收發(fā)送器）的串行接口、2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、多 個(gè)優(yōu)先級的嵌套中斷結(jié)構(gòu)，以及一個(gè)片內(nèi)振蕩器和

10、時(shí)鐘電路。在AT89C單片機(jī)結(jié)構(gòu)中， 最顯著的特點(diǎn)是內(nèi)部含有Flash存儲器，而在其他方面的結(jié)構(gòu)，則和Inter公司的8051 的結(jié)構(gòu)沒有太大的區(qū)別。外部中斷計(jì)數(shù)器 輸入圖3.1 AT89C單片機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖與MCS-51兼容4K字節(jié)可編程閃爍存儲器壽命：1000次寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz三級程序存儲器鎖定128*8 位內(nèi)部 RAM32可編程I/O線兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器6個(gè)中斷源可編程串行通道片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路另外，AT89C51是用靜態(tài)邏輯來設(shè)計(jì)的，其工作頻率可下降到0Hz，并提供兩種可 用軟件來選擇的省電方式空閑方式(Idle Mode)和掉電方式(P

11、ower Down Mode)o在空閑方式中，CPU停止工作，而RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)都繼續(xù)工 作。在掉電方式中，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時(shí)鐘被“凍結(jié)”，使一切功能都暫停，故 只保存片內(nèi)RAM中的內(nèi)容，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。引腳功能說明AT89C51引腳圖如圖3.2所示。pi. aFl. 1 Pl. 2 Fl. 3 Pl. 4 Pl. 5 Fl. & Pl. TRESET KKJjJPW. Ci 7XE/F3. 1 iirru/F：a. 2 rm/ps a T0.irP：3. 4 T1/P2 5E- RD； P3. T XTALZ KTmLI VeeICECCI cI cE

12、c cI cI cEc cI1J C s2F0- O/hIiuPU_ L； AHIF0_ E/hBZP0_ ：3/AIi：3PO. 4/AB4F0_ S/AH5P0-F0_ r/AUFEA/i.ippJLLWFMiGPSEHPA 7/AB15F2-P2= 5/AH12F2_ 4/AH 12P2- ：=7 AH 11FZ_ E/AIiinP2_ 1/AH9P2. 0/AB8圖3.2 AT89C51引腳圖VCC：供電電壓。VSS:接地。P0 口： P0 口為一個(gè)8位漏級開路雙向I/O 口，每腳可吸收8個(gè)TTL門電流。當(dāng)P1 口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它

13、可 以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL門電流。P1 口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為 低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出4 個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2 口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此 作為輸入時(shí)，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于

14、內(nèi)部上拉的緣故。P2 口 當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)，P2 口輸出地址的高八 位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫 時(shí)，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址 信號和控制信號。P3 口： P3 口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O 口，可接收輸出4個(gè)TTL門電 流。當(dāng)P3 口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部 下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3 口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳備選功

15、能P3.0 RXD （串行輸入口）P3.1 TXD （串行輸出口）P3.2 /INT0 （外部中斷0）P3.3 /INT1 （外部中斷1）P3.4 T0 （記時(shí)器0外部輸入）P3.5 T1 （記時(shí)器1外部輸入）P3.6 /WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位 字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率 周期輸出正脈沖信

16、號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或 用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。 如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC 指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE 禁止，置位無效。/PSEN:外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個(gè)機(jī)器周 期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP:當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲器(0000H-FFFFH)，不 管是否有內(nèi)部程

17、序存儲器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)舊人端保 持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程 電源(VPP)。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2:來自反向振蕩器的輸出6。3.1.2振蕩器電路的設(shè)計(jì)89系列單片機(jī)的內(nèi)部振蕩器電路如圖3.3所示，由一個(gè)單級反相器組成。XTAL1 為反相器的輸入，XTAL2為反相器的輸出?？梢岳盟鼉?nèi)部的振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘，只要 在XTAL1和XTAL2引腳上外接一個(gè)晶體及電容組成的并聯(lián)諧振電路，便構(gòu)成一個(gè)完整 的振蕩信號發(fā)生器，如圖3.5示，此方法稱為內(nèi)部方式。另一種使用方法如

18、圖3.4示，由外部時(shí)鐘源提供一個(gè)時(shí)鐘信號到XTAL1端輸入， 而XTAL2端浮空。在組成一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，多數(shù)采用圖3.5所示的方法，這種 方式的結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉，可靠性高。振蕩器的等效電路如圖3.5上部所示。在圖中給出了外接元件，即外接晶體及電容 C1，C2,并組成并聯(lián)諧振電路。在電路中，對電容C1和C2的值要求不是很嚴(yán)格，如果用高質(zhì)的晶振，則不管頻率為多少，C1, C2通常都選擇30pF。有時(shí)，在某些應(yīng)用場合，為了降低成本，晶體振蕩器可用陶瓷振蕩器代替。如果使用陶瓷振蕩器，則電容C1，C2 的值取 47pF7。XTAL1XTAL2圖3.3 AT89C51單片機(jī)內(nèi)部振蕩器電路外部振蕩信

19、號NCXTAL2XTAL1GNDCMOS 門圖3.4外部時(shí)鐘接法Cl = C2圖3.5片內(nèi)振蕩器等效電路通常，在單片機(jī)中對所使用的振蕩晶體的參數(shù)要求如下:ESR （等效串聯(lián)電阻）：根據(jù)所需頻率按圖366選取。C0 （并聯(lián)電容）：最大7.0pF。CL （負(fù)載電容）：30pF+3pF。通常，其誤差及溫度變化的范圍要按系統(tǒng)的要求來確定。圖3-6 ESR與頻率的關(guān)系曲線在本設(shè)計(jì)中，采用的是內(nèi)部方式，即如圖3.5所示，在XTALl和XTAL2引腳上外 接一個(gè)12MHZ的晶振及兩個(gè)47pF的電容組成。3.1.3復(fù)位電路的設(shè)計(jì)89系列單片機(jī)與其他微處理器一樣，在啟動的時(shí)候都需要復(fù)位，使CPU及系統(tǒng)各 部件處

20、于確定的初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開始工作。89系列單片機(jī)的復(fù)位信號是從RST 引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后， 如RST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)振蕩周期），則CPU就可以響 應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位時(shí)序如圖3.7所示，因外部的復(fù)位信號是與內(nèi)部時(shí)鐘異步的，所 以在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2都對RST引腳上的狀態(tài)采樣。當(dāng)在RST端采樣到“1”信號 且該信號維持19個(gè)振蕩周期以后，將ALE和/PSEN接成高電平，使器件復(fù)位。在RST 端電壓變低后，經(jīng)過1-2個(gè)機(jī)器周期后退出復(fù)位狀態(tài)，重新啟動時(shí)鐘，并恢復(fù)ALE和 /PSEN的狀態(tài)。如果在系統(tǒng)復(fù)位

21、期間將ALE和/PSEN引腳拉成低電平，則會引起芯片 進(jìn)入不定狀態(tài)。I S5 I S6 I S1 I S2 I S3 I S4 I S5 I S6 I S1 I S2 I S3 I S4 I S5 I S6 I S1 I S2 I S3 I圖3.7內(nèi)部復(fù)位定時(shí)時(shí)序手動復(fù)位手動復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平。一般采用的辦法是在RST端 和正電源VCC之間接一個(gè)按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則VCC的+5V電平就會直接加到 RST端。由于人的動作很快也會使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，保證能滿足復(fù)位的 時(shí)間要求。手動復(fù)位的電路如圖3.8所示。圖3.8手動復(fù)位電路上電復(fù)位AT89C51的上電復(fù)

22、位電路如圖3.9所示，只要在RST復(fù)位輸入引腳上接一電容至 VCC端，下接一個(gè)電阻到地即可。對于CMOS型單片機(jī)，由于在RST端內(nèi)部有一個(gè)下 拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減至1uF。上電復(fù)位的過程是在加電時(shí)，復(fù)位電路通過電容加給RST端一個(gè)短暫的高電平信 號，此高電平信號隨著Vcc對電容的充電過程而逐漸回落，即RST端的高電平信號必 須維持足夠長的時(shí)間。上電時(shí)，Vcc的上升時(shí)間約為10ms，而振蕩器的起振時(shí)間取決于振蕩頻率，如晶振 頻率為10MHz，起振時(shí)間為1ms；晶振頻率為1MHz，起振時(shí)間則為10ms。在圖3.8的復(fù)位電路中，當(dāng)Vcc掉電時(shí)，必然會使RST端電壓迅速下降到0V

23、以下， 但是，由于內(nèi)部電路的限制作用，這個(gè)負(fù)電壓將不會對器件產(chǎn)生損害。另外，在復(fù)位期 間，端口引腳處于隨機(jī)狀態(tài)，復(fù)位后，系統(tǒng)將端口置為全“ 1”態(tài)。如果系統(tǒng)在上電時(shí)得不到有效的復(fù)位，則在程序計(jì)數(shù)器PC中將得不到一個(gè)合適的 初值，因此，CPU可能會從一個(gè)未被定義的位置開始執(zhí)行程序。圖3.9上電復(fù)位電路復(fù)位后寄存器的狀態(tài)當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，內(nèi)部寄存器的狀態(tài)如表3.1所列，即在SFRS中，除了端口鎖存器、 堆棧指針SP和串行口的SBUF外，其余的寄存器全部清0，端口鎖存器的復(fù)位值為0FFH， 堆棧指針值為07H，SBUF內(nèi)為不定值。內(nèi)部RAM的狀態(tài)不受復(fù)位的影響，在系統(tǒng)上 電時(shí)，RAM的內(nèi)容是不定的8。表

24、3.1各特殊功能寄存器的復(fù)位值專用寄存器復(fù)位值專用寄存器復(fù)位值PC0000HTCON00HACC00HB00HPSW00HSP07HDPTR0000HP0-P3FFHIPXXX00000BIE0XX00000BTMOD00HTH000HTL000HTH100HTL100HSCON00HSBUF不定PCON (CHMOS)0XXX0000B在本設(shè)計(jì)中復(fù)位電路米用的是上電復(fù)位，即如圖3.9所示。3.1.4電壓變換電路的設(shè)計(jì)公交車上所使用的電源電壓為24V，而AT89C51芯片的工作電壓為5V,所以需要 將24V的電壓轉(zhuǎn)換成5V電壓。設(shè)計(jì)中采用了三端固定正電壓集成穩(wěn)壓器7805,來得到 +5V穩(wěn)定電

25、壓。電壓變換電路如圖3.10所示。集成穩(wěn)壓器是指將不穩(wěn)定的直流電壓變 為穩(wěn)定的直流電壓的集成電路。由于集成穩(wěn)壓器具有穩(wěn)壓精度高、工作穩(wěn)定可靠、外圍 電路簡單、體積小、重量輕等顯箸優(yōu)點(diǎn)，在各種電源電路中得到了普遍的應(yīng)用。常用的 集成穩(wěn)壓器有：金屬圓形封裝、金屬菱形封裝、塑料封裝、帶散熱板塑封、扁平式封裝、 雙列直插式封裝等。在電子制用中應(yīng)用較多的是三端固定輸出穩(wěn)壓器。78xx系列集成 穩(wěn)壓器是常用的固定正輸出電壓的集成穩(wěn)壓器，輸出電壓有5V、6V、9V、12V、15V、 18V、24V等規(guī)格，最大輸出電流為1.5A。它的內(nèi)部含有限流保護(hù)、過熱保護(hù)和過壓保 護(hù)電路，采用了噪聲低、溫度漂移小的基準(zhǔn)電

26、壓源，工作穩(wěn)定可靠9。根據(jù)輸出電流值 的不同，選用不同系列的芯片，當(dāng)電流小于100mA時(shí)，可以選用78L00系列；當(dāng)電流 在0.5A以內(nèi)時(shí)，可選用78M00系列；當(dāng)電流在1.5A以內(nèi)，應(yīng)選用7800系列的芯片。 7805的最大輸出電流為1.5A。780524V 口2 I 3，L V0.33uF 丁0.1uFr 丁圖3.10電壓變換電路3.2脈沖檢測電路的設(shè)計(jì)3.2.1霍爾器件簡介霍爾器件的分類霍爾器件是一種磁傳感器。用它們可以檢測磁場及其變化，可在各種與磁場有關(guān)的 場合中使用?；魻柶骷曰魻栃?yīng)為其工作基礎(chǔ)?；魻柶骷哂性S多優(yōu)點(diǎn)，她們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便， 功耗小，頻率

27、高（可達(dá)1MHZ），耐震動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐 蝕。霍爾線性器件的精度高、線性度好；霍爾開關(guān)器件無觸點(diǎn)、無磨損、輸出波形清晰、 無抖動、無回跳、位置重復(fù)精度高（可達(dá)um級）。取用了各種補(bǔ)償和保護(hù)措施的霍爾器 件的工作溫度范圍寬，可達(dá)-55C150C。按照霍爾器件的功能，可將它們分為霍爾線性器件和霍爾開關(guān)器件。前者輸出模擬 量，后者輸出數(shù)字量。按照被檢測的對象的性質(zhì)，可將它們的應(yīng)用分為直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。前者是直接 檢測出受檢測對象本身的磁場或磁特性，后者是檢測受檢對象上人為設(shè)置的磁場，用這 個(gè)磁場來作被檢測的信息的載體，通過它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、 壓力、

28、應(yīng)力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā) 生變化的時(shí)間等，轉(zhuǎn)變成電量來進(jìn)行檢測和控制。工作磁體的設(shè)置用磁場作為被傳感物體的運(yùn)動和位置信息載體時(shí)，一般采用永久磁鋼來產(chǎn)生工作磁 場。例如，用一個(gè)5X4X2.5 （ mm 3 ）的釹鐵硼II號磁鋼，就可在它的磁極表面上得到 約2300高斯的磁感應(yīng)強(qiáng)度。在空氣隙中，磁感應(yīng)強(qiáng)度會隨距離增加而迅速下降。為保 證霍爾器件，尤其是霍爾開關(guān)器件的可靠工作，在應(yīng)用中要考慮有效工作氣隙的長度。 在計(jì)算總有效工作氣隙時(shí)，應(yīng)從霍爾片表面算起。在封裝好的霍爾電路中，霍爾片的深 度在產(chǎn)品手冊中會給出。因?yàn)榛魻柶骷枰ぷ麟娫?，在作運(yùn)動或位置傳感

29、時(shí)，一般令磁體隨被檢測物體運(yùn) 動，將霍爾器件固定在工作系統(tǒng)的適當(dāng)位置，用它去檢測工作磁場，再從檢測結(jié)果中提 取被檢信息。工作磁體和霍爾器件間的運(yùn)動方式有：（a）對移；（b）側(cè)移；（c）旋轉(zhuǎn)；（d）遮斷。霍爾開關(guān)電路的輸出級一般是一個(gè)集電極開路的NPN晶體管，其使用規(guī)則和任何 一種相似的NPN開關(guān)管相同。輸出管截止時(shí)，輸漏電流很小，一般只有幾nA，可以忽 略，輸出電壓和其電源電壓相近，但電源電壓最高不得超過輸出管的擊穿電壓（即規(guī)范 表中規(guī)定的極限電壓）。輸出管導(dǎo)通時(shí)，它的輸出端和線路的公共端短路。因此，必須 外接一個(gè)電阻器（即負(fù)載電阻器）來限制流過管子的電流，使它不超過最大允許值（一 般為20m

30、A），以免損壞輸出管。輸出電流較大時(shí)，管子的飽和壓降也會隨之增大，使用者應(yīng)當(dāng)特別注意，僅這個(gè)電壓和你要控制的電路的截止電壓（或邏輯“零”）是兼容的。以與發(fā)光二極管的接口如圖3.11所示，對負(fù)載電阻器的選擇作一估計(jì)。若在Io為 20mA （霍爾電路輸出管允許吸入的最大電流），發(fā)光二極管的正向壓降VLED=1.4V， 電源電壓VCC=5V，所需的負(fù)載電阻器的阻值匕廣匕=5V-頃5I0.02 A（3.1）圖3.11霍爾開關(guān)與發(fā)光二極管3.2.2光電耦合器簡介光電耦合器是一種電信號的耦合器件，它一般是將發(fā)光二極管和光敏三極管的光路 耦合在一起，輸入電信號加于發(fā)光二極管上，輸出信號由光敏三極管取出。光電

31、耦合器 以光電轉(zhuǎn)換原理傳輸信息，它不僅使信息發(fā)出端（一次側(cè)）與信息接收并輸出端（二次 側(cè)）是絕緣的，從而對地電位差干擾有很強(qiáng)的抑制能力，而且有很強(qiáng)的抑制電磁干擾能 力。速度高、價(jià)格低、接口簡單。光電耦合器具有體積小、使用壽命長、工作溫度范圍寬、抗干擾性能強(qiáng)。無觸點(diǎn)且 輸入與輸出在電氣上完全隔離等特點(diǎn)，因而在各種電子設(shè)備上得到廣泛的應(yīng)用。光電耦 合器可用于隔離電路、負(fù)載接口及各種家用電器等電路中。光電耦合器的工作過程：光敏三極管的導(dǎo)通與截止，是由發(fā)光二極管所加正向電壓控制的。當(dāng)發(fā)光二極管加 上正向電壓時(shí)，發(fā)光二極管有電流通過發(fā)光，使光敏三極管內(nèi)阻減小而導(dǎo)通；反之，當(dāng) 發(fā)光二極管不加正向電壓或所加

32、正向電壓很小時(shí)，發(fā)光二極管中無電流或通過電流很小，發(fā)光強(qiáng)度減弱，光敏三極管的內(nèi)阻增大而截止10。3.2.3脈沖檢測電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是對轉(zhuǎn)軸所轉(zhuǎn)過的圈數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，考慮到車輛將在復(fù)雜的環(huán)境中運(yùn) 行，而霍爾元件具有耐震動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，故 采用可靠的霍爾元件DN6848作為信號采集裝置，再經(jīng)過光電耦合器4N25輸入給單片 機(jī)。光電耦合器的電流傳輸比為10%250%，響應(yīng)時(shí)間小于10us，其電路如圖3.12所 示。圖3.12脈沖檢測電路3.3語音輸出電路的設(shè)計(jì)3.3.1關(guān)于語音芯片ISDWinbond語音芯片概述美國ISD (Information Storsg

33、e Devices)公司是專業(yè)研制和生產(chǎn)先進(jìn)的半導(dǎo)體語音 芯片的著名廠家和領(lǐng)導(dǎo)者，其開發(fā)的高密度“多級”存儲方法稱作“ChipCorder”的專業(yè)技 術(shù)，可以在一個(gè)存儲單元存儲256級的不同電平，即存儲相同信息僅需要用傳統(tǒng)存儲技 術(shù)1/8的存儲空間。該公司與1998年12月被臺灣華邦(Winbond)并購，1990年改名 為 WECA (Winbond Electronic Corpration American)，但保留其 ISD 名稱和標(biāo)識，這個(gè) 合并將把ISD公司領(lǐng)先的信息存儲、語音錄放技術(shù)和強(qiáng)大的用戶群與Winbond公司的 高效率的制造能力和分布于全時(shí)間的營銷能力結(jié)合起來。ISD系列

34、語音芯片有ISD1100系列、ISD1200系列、ISD1400系列、ISD2500系列、ISD4000系列和ISD5000系列幾種。ISD1100系列中有10s和12s的單片聲音錄放器件ISD1110和ISD1112。ISD1200系列中有10s和12s的單片聲音錄放器件ISD1210和ISD1212。ISD1400系列中有16s和20s的單片聲音錄放器件ISD1416和ISD1620。ISD1800系列中有8s、10s、12s和16s的單片單段聲音錄放器件ISD1810。ISD2500系列中有32s、40s、48s、64s和60s、75s、90s、120s的單片聲音錄放器 件 ISD253

35、2、ISD2540、ISD2548、ISD2564 和 ISD2560、ISD2575、ISD2590、ISD120。ISD4000系列中有120s、150s、180s和240s的單片聲音錄放器件ISD4001、ISD4002、 ISD4003 和 ISD4004。ISD5000系列中有4min、5min、6min和8min的單片聲音錄放器件ISD5008。其中ISD1100系列、ISD1200系列和ISD1400系列都是獨(dú)立使用；ISD2500系列是 手動切換或則與微控制器兼容，放音時(shí)可以用邊沿或電平進(jìn)行觸發(fā)；ISD4000系列、 ISD5000系列都帶有微控制器SPI或Microwire串

36、行接口 11。語音芯片 ISD4004ISD4000系列單片聲音錄放器件是用CMOS工藝實(shí)現(xiàn)的高語音質(zhì)量、3V工作電壓 的集成電路芯片，特別適用于移動電話和各種便攜式產(chǎn)品7。按錄放時(shí)間又分ISD4002、 ISD4003和ISD4004三個(gè)子系列。片內(nèi)集成有振蕩器、抗混疊濾波器、平滑濾波器、自 動靜音電路、音頻放大器和高密度多級Flash存儲陣列。這個(gè)系列的新片要求用于微處 理器或微控制器系列，通過串行外圍接口 SPI或Microwire串行接口進(jìn)行尋址和控制。 錄音數(shù)據(jù)被存放方法是通過ISD的多級存儲專利技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，用聲音和聲頻信號的自然 形式直接存放在故態(tài)存儲器中，從而提供高質(zhì)量回放語音的

37、保真度。1. ISD4004的主要性能及其特點(diǎn)（1）單片實(shí)現(xiàn)聲音錄放功能（2）采用單一 3V工作電壓（3）低功耗：典型的錄音工作電流為25mA典型的放音工作電流為15mA 典型待機(jī)節(jié)能狀態(tài)電流為1uA（4）單片錄放時(shí)間為8min、10min、12min和16min（5）高質(zhì)量自然的聲音/音頻回放（6）自動靜音電路可以在無聲狀態(tài)時(shí)消除背景噪音（7）不需要考慮實(shí)現(xiàn)算法（8）具有微控制器SPI或Microwire串行接口（9）可以對多段信息尋址控制（10）可以通過SPI或Microwire控制寄存器控制功耗（11）語音數(shù)據(jù)斷電不丟失，可以保存100年（12）允許反復(fù)錄音10萬次（13）片上帶有時(shí)鐘源

38、（14）有PDIP、SOIC、TSOP和CSP多種封裝形式（15）使用溫度范圍有商業(yè)用擴(kuò)展型和工業(yè)用兩種可供選擇:商業(yè)品擴(kuò)展型：-20+70C工業(yè)品：-40+85C2.外部引腳及其說明/SS 128SCKJMOSI 2ISD4004 27CCDMISO 326-CLKVSSD425INTNC524RACNC623VSSANC722-CNC821-CNC920-CNC1019NCVSSA 1118VCCAVSSA 1217ANA IN+AUDOUT1316-ANA IN-AMCAP1415-C圖3.13 ISD4004引腳圖電源（VCCA,VCCD）：為使噪聲最小，芯片的模擬和數(shù)字電路使用不同的

39、電源總線, 并且分別引到外封裝的不同管腳上，模擬和數(shù)字電源端最好分別走線，盡可能在靠近供電 端處相連，而去耦電容應(yīng)盡量靠近器件。地線（VSSA,VSSD）:芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線。同相模擬輸入(ANA IN+)：這是錄音信號的同相輸入端。輸入放大器可用單端或差 分驅(qū)動。單端輸入時(shí)，信號由耦合電容輸入，最大幅度為峰峰值32mV,耦合電容和本端的 3KQ電阻輸入阻抗決定了芯片頻帶的低端截止頻率。差分驅(qū)動時(shí)，信號最大幅度為峰峰 值16mV，為ISD33000系列相同。反相模擬輸入(ANA IN-)：差分驅(qū)動時(shí),這是錄音信號的反相輸入端。信號通過耦合 電容輸入，最大幅度為峰峰值16m

40、V音頻輸出(AUD OUT)：提供音頻輸出，可驅(qū)動5KQ的負(fù)載。片選(SS)：此端為低,即向該ISD4004芯片發(fā)送指令，兩條指令之間為高電平。串行輸入(MOSI)：此端為串行輸入端，主控制器應(yīng)在串行時(shí)鐘上升沿之前半個(gè)周期 將數(shù)據(jù)放到本端，供ISD輸入。串行輸出(MISO)： ISD的串行輸出端。ISD未選中時(shí)，本端呈高阻態(tài)。串行時(shí)鐘(SCLK)： ISD的時(shí)鐘輸入端，由主控制器產(chǎn)生，用于同步MOSI和MISO的 數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)在SCLK上升沿鎖存到ISD，在下降沿移出ISD。中斷(/INT)：本端為漏極開路輸出。ISD在任何操作(包括快進(jìn))中檢測到EOM或 OVF時(shí)，本端變低并保持。中斷狀態(tài)

41、在下一個(gè)SPI周期開始時(shí)清除。中斷狀態(tài)也可用RINT 指令讀取。OVF標(biāo)志-指示ISD的錄、放操作已到達(dá)存儲器的未尾。EOM標(biāo)志-只 在放音中檢測到內(nèi)部的EOM標(biāo)志時(shí)，此狀態(tài)位才置1。行地址時(shí)鐘(RAC)：漏極開路輸出。每個(gè)RAC周期表示ISD存儲器的操作進(jìn)行了 一行(ISD4004系列中的存貯器共2400行)。該信號175ms保持高電平，低電平為25ms。 快進(jìn)模式下，RAC的218.75ps是高電平，31.25ps為低電平。該端可用于存儲管理技術(shù)。外部時(shí)鐘(XCLK):本端內(nèi)部有下拉元件。芯片內(nèi)部的采樣時(shí)鐘在出廠前已調(diào)校，誤 差在+1%內(nèi)。商業(yè)級芯片在整個(gè)溫度和電壓范圍內(nèi)，頻率變化在+2.

42、25%內(nèi)。工業(yè)級芯 片在整個(gè)溫度和電壓范圍內(nèi)，頻率變化在-6/+4%內(nèi)，此時(shí)建議使用穩(wěn)壓電源。若要求更高 精度，可從本端輸入外部時(shí)鐘(如前表所列)。由于內(nèi)部的防混淆及平滑濾波器已設(shè)定，故上 述推薦的時(shí)鐘頻率不應(yīng)改變。輸入時(shí)鐘的占空比無關(guān)緊要，因內(nèi)部首先進(jìn)行了分頻。在不 外接地時(shí)鐘時(shí)，此端必須接地。自動靜噪(AMCAP):當(dāng)錄音信號電平下降到內(nèi)部設(shè)定的某一閾值以下時(shí)，自動靜噪 功能使信號衰弱，這樣有助于養(yǎng)活無信號(靜音)時(shí)的噪聲。通常本端對地接1mF的電容, 構(gòu)成內(nèi)部信號電平峰值檢測電路的一部分。檢出的峰值電平與內(nèi)部設(shè)定的閾值作比較， 決定自動靜噪功能的翻轉(zhuǎn)點(diǎn)。大信號時(shí),自動靜噪電路不衰減，靜音

43、時(shí)衰減6dB。1mF的 電容也影響自動靜噪電路對信號幅度的響應(yīng)速度。本端接VCCA則禁止自動靜噪。極限參數(shù)支流電源電壓范圍(VccVss)： -0.3+0.7V輸入電壓范圍(所有引腳)：(Vss-0.3V)(Vcc+0.3V)輸入電壓范圍(所有引腳，輸入電流不超過土 20mA)：(Vss-1.0V)(Vcc+1.0V) 輸入電壓范圍(MOSI、SCLK、INT、RAC、SS引腳，輸入電流不超過20mA)：(Vss-1.0V)5.5V結(jié)溫：+150C存儲溫度范圍(Tstg)： -65+150C引腳焊接溫度(10s)： +300C串行外圍接口 SPIISD4004的串行操作是通過SPI串行接口實(shí)現(xiàn)

44、的，SPI串行接口協(xié)議如下：數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議設(shè)定微控制器SPI的移位寄存器是有串行時(shí)鐘SCLK的下降沿驅(qū)動。而對ISD4004數(shù)據(jù)輸入是由MOSI引腳上的上升沿驅(qū)動，數(shù)據(jù)輸出是由MISO引腳上的 下降沿驅(qū)動。所有串行數(shù)據(jù)傳送都是由/SS引腳上的下降沿開始。在所有串行通信期間，/SS引腳上都保持低電平，而在兩條指令之間保持高電 平。數(shù)據(jù)輸入由時(shí)鐘的上升沿驅(qū)動，數(shù)據(jù)輸出由時(shí)鐘的下降沿驅(qū)動。錄音和放音操作的初始化是通過把/SS引腳為低電平使能芯片，把操作碼和地 址串行輸入。輸入操作碼和地址的格式如下：8位控制碼和16位地址每個(gè)由EOM或溢出產(chǎn)生的結(jié)果信號都將產(chǎn)生中斷，包括報(bào)文周期插入周期。 當(dāng)下一次初始

45、化SPI周期時(shí)，中斷將被清除。當(dāng)中斷數(shù)據(jù)被移位移出MISO引腳時(shí)，控制和地址數(shù)據(jù)就同時(shí)被移進(jìn)MOSI引腳。需要注意的是，移入的數(shù)據(jù)與當(dāng)前系統(tǒng)的操作是一致的。有可能在同一個(gè)SPI周期讀中斷數(shù)據(jù)和啟動一個(gè)新的操作。（8）任何一個(gè)操作都是從RUN位被置1開始，由RUN位清零結(jié)束。（9）所有的操作都是有/SS的上升沿開始。SPI控制寄存器用于各個(gè)期間功能的控制，這些控制包括放音、錄音、報(bào)文插入、 上電和掉電、啟動和停止操作以及忽略地址指針等。以下是控制寄存器的說明：（1） N控制寄存器：用于控制操作。當(dāng)其為1時(shí)，啟動操作；當(dāng)其為0時(shí)，停止 操作。（2） / R控制寄存器：用于選擇放音和錄音操作。當(dāng)其為

46、1時(shí)選擇放音操作；當(dāng)其 為0時(shí)，選擇錄音操作。圖3.14 SPI端口及其相關(guān)控制位示意圖（3）MC控制寄存器：用語控制報(bào)文插入功能。當(dāng)其為1時(shí)，允許報(bào)文插入；當(dāng) 其為0時(shí)，關(guān)閉報(bào)文插入功能。（4）PU控制寄存器：用于主電源控制。當(dāng)其為1時(shí)，控制上電；當(dāng)其為0時(shí)，掉 電進(jìn)入節(jié)能狀態(tài)。（5）IAB控制寄存器：忽略地址控制位。當(dāng)其為1時(shí)，忽略輸入地址寄存器的內(nèi) 容A9-A0/A15-A0。當(dāng)其為0時(shí)，使用在操作上使用的輸入地址寄存器的內(nèi)容 A9-A0/A15-A0。當(dāng)IAB被清0時(shí)，放音或錄音操作就從地址A9-A0/A15-A0開始。為了連續(xù)放音或錄音，IAB應(yīng)該在相應(yīng)行結(jié)束前變?yōu)?,否則將會從同

47、一行的地址處重復(fù)操作。存儲器管理時(shí)，RAC （行地址時(shí)鐘）引腳和IAB可 以用來繞著存儲器分段移動。（6） P9-P0/P15-P0 :行指針寄存器的輸出。（7） A9-A0/A15-A0:輸入地址寄存器。3.3.2錄音、放音電路的設(shè)計(jì)ISD4004聲音錄放器件的采樣頻率為6.4kHz，它單片錄放時(shí)間有8min、10min、12min 和16min幾種，其采用內(nèi)置非易失性FLASH存儲器，這種快擦寫存儲器斷電不會丟失 數(shù)據(jù)，所以保存數(shù)據(jù)不需要耗電。典型的被存儲信息可以保存時(shí)間高達(dá)100年，同一個(gè) 存儲單元可以反復(fù)被錄音10萬次13。功放電路的設(shè)計(jì)ISD4004芯片的音頻輸出引腳AUD OUT可

48、以驅(qū)動一個(gè)5k的負(fù)載，當(dāng)器件上電后， 該引腳輸出的電源為1.2V。本設(shè)計(jì)中選用的放大器是LM386, LM386是為低電壓應(yīng)用 設(shè)計(jì)的音頻功率放大器13，其工作電壓為6V，最大失真度為0.2，功率頻響為20 100kHz。功放電路連線圖如圖3.15所示。AUDOUT圖3.15功放電路由于功率放大器LM386要接+6V電壓，因此還需要一個(gè)電壓變換電路將24V電壓變換成+6V的電壓。這里選用的是芯片LM317。LM331是三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器，其 電路結(jié)構(gòu)和外接元件如圖3.15所示。它的內(nèi)部電路有比較放大器、偏置電路（圖中未畫 出）、恒流源電路和帶隙基準(zhǔn)電壓匕時(shí)等，它的公共端改接到輸出端，器件本身

49、無接地 端。所以消耗的電流都從輸出端流出，內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓（約1.2V）接至比較放大器的同 相端和調(diào)整端之間。若接上外部的調(diào)整電阻R1、R2后，輸出電壓為V = V + （REF + I ） RO REF R adj 21 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark236 o Current Document =V （1+ R2）+1 R（3.2）REF R adj 21LM317的V =1.2V，I =50uA，由于調(diào)整端電流I： I，故可以忽略，所以上式 HYPERLINK l bookmark239 o Current Document REFadjadj1化簡為

50、 HYPERLINK l bookmark242 o Current Document V= VEF （1+ R）（3.3）1電壓變換電路連線圖如圖3.17所示。圖3.17電壓變換電路錄音電路的設(shè)計(jì)連線圖如圖3.18所示，MIC是麥克風(fēng)，即語音信號的輸入端，輸出的模擬語音信 號經(jīng)過三極管組成的放大器放大后加到ISD4004語音芯片的ANA IN-反向模擬輸入端。3.4 LED顯示電路的設(shè)計(jì)3.4.1 LED顯示器件簡介發(fā)光二極管特性發(fā)光二極管與普通二極管一樣具有單向?qū)щ娦?，但是因其使用的半?dǎo)體材料不同， 其導(dǎo)通電壓較高，一般錯(cuò)二極管在0.2V左右，硅二極管在0.7V左右，而砷化鎵或磷化 鎵發(fā)光

51、二極管一般在1.1-2.4V，但其反向擊穿電壓不高，一般在5V或稍許高一點(diǎn)（不 能用500型萬用表的RX10k檔測量，在反壓較高的電路中需要加鉗位二極管保護(hù)）。對 小功率LED，支流工作電流以1-15mA為宜（不同材料的LED要求會相差較大），最大 電流不得超過50mA，最大平均電流不超過30mA，所以使用中必須要加限流電阻。中 功率LED的電流工作電流可達(dá)200mA左右。LED可看承具有恒壓特性，其正向壓降變 化不大，有一定的穩(wěn)定作用，其發(fā)光強(qiáng)度隨工作電流增大而增大。對紅色LED而言， 工作電流一般為5-7mA較合適，當(dāng)工作電流大于15mA后，其發(fā)光強(qiáng)度就趨于飽和。 另外LED的發(fā)光強(qiáng)度還一

52、環(huán)境溫度有關(guān)，溫度越低發(fā)光強(qiáng)度越高，隨溫度升高，發(fā)光 強(qiáng)度呈準(zhǔn)線性下降，在75C時(shí)發(fā)光強(qiáng)度僅為25C時(shí)的一半，在80C時(shí)，LED幾乎就不 能工作，LED的最大工作電流也隨溫度升高而線性下降。LED 顯示器1. LED顯示器類型LED顯示器是用發(fā)光二極管構(gòu)成的顯示器。構(gòu)成方式有兩大類：一是筆段字符式， 一般又有三種：7段（/8段）數(shù)碼管、15段（/17段）數(shù)碼管和6段符號顯示器；二是 點(diǎn)陣字符式，一般有5X7、5X8、8X8和16X16等若干種點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。為了適應(yīng)不同電 路的需要，根據(jù)構(gòu)成LED顯示器的發(fā)光二極管公共極的極性，有共陰極和共陽極兩種 形式。對共陰極數(shù)碼管，公共陰極接地，當(dāng)各段陽極上的

53、電平為高電平時(shí)，該段接通亮， 電平為0時(shí)，該段關(guān)斷不亮。對共陽極數(shù)碼管則剛好相反，高電平時(shí)不亮，低電平時(shí)亮。 這種器件根據(jù)顯示數(shù)位分類，可以分為一位、雙位和多位LED顯示器，一位LED顯示 器就稱作LED數(shù)碼管，兩位以上的一般就稱作LED顯示器。（1）7段（/8段）數(shù)碼管顯示器7段（/8段）數(shù)碼顯示器的每個(gè)數(shù)位都是由7段筆段組成，通過不同筆段的組合就 可以顯示不同的數(shù)字和部分字母以及其他符號。其第8筆段一小數(shù)點(diǎn)形式位于字符的右 下方。（2）15段（/17段）數(shù)碼管顯示器15段（/17段）數(shù)碼顯示器的每個(gè)數(shù)位都是由14 （/16）段數(shù)碼管組成外框加“米” 構(gòu)成，通過不同筆段的組合，不但可以顯示所

54、有的數(shù)字，還可以顯示所有的26個(gè)英文 字母和其他符號。15段與17段顯示器的區(qū)別在于外框上下兩橫結(jié)構(gòu)不一樣，17段顯示 器的上橫和下橫分別被分成兩個(gè)筆段，而15段顯示器則分別為一個(gè)筆段。17段顯示器 可以顯示兩種尺寸不同的數(shù)字，一種為半尺寸瘦型數(shù)字，另一種為全尺寸的寬型數(shù)字； 而15段顯示器則只能顯示全尺寸的數(shù)字。6段符號顯示器6段符號顯示器經(jīng)常在31或41計(jì)量顯示中用于顯示最高位和符號位，因?yàn)樵?位22半或4位半顯示器中，最高位最大僅為1，所以符號顯示器用6段筆段構(gòu)成“+1”，可 以根據(jù)需要顯示“+1”、-1”、“1”、 + ”、-”、+1.”、-1.”或“1.”等組合符號。點(diǎn)陣式顯示器筆段

55、式LED顯示器只能顯示數(shù)字、部分簡單的英文字母和其他簡單字符等，不能 顯示復(fù)雜的字母和符號，更不能顯示漢字和圖形，所以應(yīng)用范圍受到限制。而點(diǎn)陣式 LED顯示器就可以解決這個(gè)問題，常見的點(diǎn)陣式LED顯示器有5X7、5X8、8X8和 16X16等若干種點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。5X7、5X8、8X8點(diǎn)陣顯示器可以顯示大小寫英文字母、 數(shù)字和其他字符，16X16點(diǎn)陣顯示器則可以顯示漢字和簡單的圖形。LED顯示譯碼方式要驅(qū)動LED顯示器顯示相應(yīng)字符，必須通過接口向其提供字符的筆段字形碼和數(shù) 位代碼。如何得到字符的筆段字形碼，可以通過硬件譯碼方式，也可以通過軟件譯碼方 式。硬件譯碼常用的硬件譯碼器有BCD-7段譯碼器M

56、C14558,把譯碼器與驅(qū)動電路集成在一 起的BCD-7段譯碼驅(qū)動器MC14547，進(jìn)一步把鎖存器、譯碼器和驅(qū)動器集成在一起 的BCD7段鎖存譯碼驅(qū)動器MC14513和十六進(jìn)制輸出的鎖存譯碼驅(qū)動器MC14495 等。軟件譯碼當(dāng)LED顯示器用于微處理器或微控制器應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，利用微處理器的強(qiáng)大功能， 通過軟件查表方式對所需要顯示的字符到筆段字形碼的變換實(shí)現(xiàn)譯碼不是一件困難的 事，所以目前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用都是采用這種軟件譯碼方式。LED顯示器驅(qū)動方式LED顯示器驅(qū)動方式可以分成靜態(tài)顯示驅(qū)動和動態(tài)顯示驅(qū)動兩種。靜態(tài)顯示驅(qū)動一 般是通過數(shù)字集成電路對所需要顯示的字符筆段連續(xù)施加電壓；而動態(tài)顯示驅(qū)動則

57、是利 用矩陣少秒方式間斷向所需要顯示的字符筆段輪流施加電壓。（1）靜態(tài)顯示驅(qū)動當(dāng)LED顯示器工作于靜態(tài)顯示驅(qū)動方式時(shí)，不同數(shù)位LED數(shù)碼管的公共極（共陰 極或共陽極）將被連接在一起并接地或+5V，而每個(gè)數(shù)位的8段筆段分別與一個(gè)8位鎖 存器相連。不同數(shù)位的數(shù)碼管相互獨(dú)立，分別用不同的驅(qū)動器件進(jìn)行驅(qū)動，它們的顯示 字符一旦確定，只要不改變顯示字符，相應(yīng)的鎖存器的輸出就將一直維持不變。這種驅(qū)動方式的優(yōu)點(diǎn)是編程容易、管理簡單、顯示亮度高、穩(wěn)定性好，占用CPU 時(shí)間較少；但缺點(diǎn)是占用硬件電路和微處理器系統(tǒng)接口資源較多、引線多、印刷板布線 復(fù)雜、硬件投入成本高。（2）動態(tài)顯示驅(qū)動當(dāng)LED顯示器工作于動態(tài)顯

58、示驅(qū)動方式時(shí)，通常把不同數(shù)位的同名筆段互連起來， 共用一個(gè)顯示驅(qū)動器。每一個(gè)數(shù)位上的字符顯示都需要靠筆段字形驅(qū)動和數(shù)位驅(qū)動相配 合，如果數(shù)位顯示該位字符，持續(xù)施加一段時(shí)間的電壓，然后再顯示下一個(gè)數(shù)位的字符。 這樣輪回掃描所有的數(shù)位，利用人眼的視覺暫留現(xiàn)象，只要掃描時(shí)間恰當(dāng)，就會感覺到 不同數(shù)位上在同時(shí)穩(wěn)定地顯示不同的字符。動態(tài)顯示驅(qū)動方式的優(yōu)點(diǎn)是引線少、線路簡單、硬件成本相對較低。其缺點(diǎn)是需要 不斷刷新，當(dāng)采用軟件掃描時(shí)，占用CPU的時(shí)間較多；當(dāng)采用硬件掃描時(shí)，又會增加 硬件成本，LED顯示數(shù)位越多，顯示亮度越低，若處理不好或數(shù)位太多，將會引起顯示 閃爍。數(shù)據(jù)輸入接口方式數(shù)據(jù)輸入接口方式有并行

59、輸入方式和串行輸入方式兩種。（1）并行輸入數(shù)據(jù)并行輸入方式是以并行方式傳送數(shù)據(jù)，其優(yōu)點(diǎn)是傳送數(shù)據(jù)速度快，其缺點(diǎn)是需 要占用較多的I/O接口線。（2）串行輸入數(shù)據(jù)串行輸入方式是以串行方式傳送數(shù)據(jù)，其優(yōu)點(diǎn)是占用I/O接口資源少，其缺點(diǎn) 是傳送數(shù)據(jù)的速度相對較慢14。3.4.2 6116芯片簡介隨機(jī)存取存儲器簡稱RAM，也叫做讀/寫存儲器，既能方便地讀出所存數(shù)據(jù)，又能 隨時(shí)寫入新的數(shù)據(jù)。RAM的缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)的易失性，即一旦掉電，所存的數(shù)據(jù)全部丟失。 芯片引腳排列圖圖3.19所示是2KX8位靜態(tài)CMOS RAM6116的引腳排列圖A0A10是地址碼 輸入端，D0D7是數(shù)據(jù)輸出端，CS是選片端，OE是輸出

60、使能端，WE是寫入控 制端。圖3.19 6116引腳圖芯片工作方式和控制信號之間的關(guān)系表3.2所列是6116的工作方式與控制信號之間的關(guān)系，讀出和寫入線是分開的， 而且寫入優(yōu)先。表3.2靜態(tài)RAM6116工作方式與控制信號之間的關(guān)系3.4.3 LED點(diǎn)陣漢字顯示電路的設(shè)計(jì)電路圖如圖3.20所示。45J13-CLKQ1Q2RSTQ3Q4VCCQ5Q6Q7Q8Q9Q10Q11927466_58311213415121415J7A1Y1A2Y2A3Y3A4Y4A5Y5A6Y6A7Y7A8_Y81OE18A016A1J14_A212W9A4、7A5：5A63J8A1Y1A2Y2A3Y3A4Y4A5Y5