單片機(jī)語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)案例概述目錄TOC\o"1-3"\h\u19118單片機(jī)語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)案例概述 1305531.1硬件的總體設(shè)計(jì) 1216951.2STC89C52芯片介紹 2135151.3聲音采集電路 411811.4QJ000M02模塊介紹 5315451.5顯示電路 88631.5.1LCD1602工作原理 831811.5.2LCD1602的基本參數(shù)及引腳功能 872831.5.3LCD1602的指令說明及時(shí)序 9316811.5.4LCD1602的初始化過程 11本次設(shè)計(jì)中所用到的元器件清單如表3-1表3-1元器件清單模塊名稱型號(hào)數(shù)量（個(gè)/塊）51單片機(jī)STC89C521QJ000M02語(yǔ)音模塊QJ000M021液晶顯示屏LCD16021按鍵輕觸按鍵6咪頭MIC111.1硬件的總體設(shè)計(jì)大多數(shù)語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)通過微處理器控制QJ000M02芯片完成語(yǔ)音播報(bào)功能。記錄的形式下，音頻信號(hào)，即聲波信號(hào)，通過麥克風(fēng)傳輸并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。由于QJ000M02的特性，駐極體直接獲得的聲音信號(hào)雖然很微弱，但不需要通過放大濾波，就可以直接送到QJ000M02。在語(yǔ)音播放模式下，在微控制器將播放地址和音頻播放指令發(fā)送到QJ000M02之后，它可以播放相應(yīng)的音頻。播放音樂時(shí)，芯片通常由外部濾波器和放大器處理，但是QJ000M2芯片具有1W8歐姆放大器，因此1W8歐姆揚(yáng)聲器可以直接連接到芯片，而無需外部濾波器電路和功率放大器電路。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示。單片機(jī)控制電路電源電路液晶顯示電路單片機(jī)控制電路電源電路液晶顯示電路聲音采集電路時(shí)鐘電路聲音采集電路時(shí)鐘電路復(fù)位電路復(fù)位電路錄音模塊電路錄音模塊電路按鍵電路按鍵電路聲音播放電路聲音播放電路圖3-1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖1.2STC89C52芯片介紹STC89C52是一種高性能的微處理器，是一個(gè)8位CMOS8K字節(jié)的isp只讀存儲(chǔ)器，可讀寫1000次。兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)和80C51針結(jié)構(gòu)，STC89C52是一款功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)，它與通用的8位CPU和ISPFlash存儲(chǔ)器相結(jié)合，為許多嵌入式控制器提供經(jīng)濟(jì)高效的解決方案STC89C52具有以下功能：40管腳、8K字節(jié)的Flash片內(nèi)存儲(chǔ)器、256字節(jié)的RAM、32個(gè)外部輸入/輸出接口（I/O），5個(gè)優(yōu)先級(jí)的干擾級(jí)別，2級(jí)嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)器，2個(gè)完整的通信接口和時(shí)鐘接口。此外，STC89C52可以降低到0Hz，運(yùn)行靜態(tài)邏輯，并切換到兩個(gè)可選的節(jié)能模式。在空閑模式下，CPU停止工作，允許ram、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行端口和中斷繼續(xù)。在掉電模式下，RAM的內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，所有微控制器的操作被停止，直到下一次崩潰或下一次硬件配置。STC89C52具有四個(gè)8位并行I/O端口：端口P0，P1，P2和P3，對(duì)應(yīng)的極點(diǎn)為P0.0?P0.7，P1.0?P1.7，P2.0?P27，P3。0?P1.7，共有32條I/O電纜，每根電纜都可以單獨(dú)用作輸入或輸出。端口P0：端口P0是具有8位打開和關(guān)閉的I/O端口。作為輸出端口，每位可驅(qū)動(dòng)8級(jí)TTL邏輯。當(dāng)向端口P0寫入“1”時(shí)，針的功能是輸入具有嚴(yán)格限制的數(shù)據(jù)。在該模型中，P0沒有內(nèi)部上拉電阻。在編程期間，端口P0還用于接收字節(jié)指令。在程序測(cè)試期間，它將發(fā)布結(jié)果作為指南。檢查探頭后，必須存在一個(gè)外部上拉電阻。端口P1：端口P1是具有內(nèi)置上拉電阻器的高效8位I/O端口。P1處理器可以驅(qū)動(dòng)4級(jí)TTL邏輯。將“1”寫入端口P1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻會(huì)將端口拉高，并且此時(shí)可以將其用作輸入端口。當(dāng)用作輸入時(shí)，由于內(nèi)部電阻，針向外拉以產(chǎn)生電流（IIL）。端口P2：端口P2是具有內(nèi)部上拉電阻的8位加速I/O端口，P2輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)4級(jí)TTL邏輯。當(dāng)將“1”寫入端口P2時(shí)，內(nèi)部上拉電阻會(huì)將端口上拉，此時(shí)可以將其用作輸入端口。當(dāng)用作輸入時(shí)，由于內(nèi)部電阻，針向外拉以產(chǎn)生電流（IIL）。在此應(yīng)用中，端口P2使用較強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。當(dāng)使用8位地址訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，端口P2導(dǎo)出P2鎖存器的內(nèi)容。端口P3：端口P3是具有內(nèi)部上拉電阻器的高效8位I/O端口。P3輸出控制器可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。當(dāng)將“1”寫入端口P3時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將上拉到高位置，此時(shí)它可以用作輸入端口。在閃存編程和驗(yàn)證期間，P3端口還接收一些控制信號(hào)。單片機(jī)的引腳圖如圖3-2-1所示。圖3-2-1STC89C52單片機(jī)引腳圖最小的微型單片機(jī)系統(tǒng)是指由最少的組件和單個(gè)微型計(jì)算機(jī)芯片組成的系統(tǒng)。對(duì)于52的微型單片機(jī)產(chǎn)品，最小系統(tǒng)應(yīng)包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)，晶振和復(fù)位電路。單片機(jī)接口電路主要用于連接計(jì)算機(jī)和其他外部設(shè)備。復(fù)位電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)復(fù)位電路的極性電容C3的大小直接影響單片機(jī)的復(fù)位時(shí)間。CS-51微控制器通常使用兩種復(fù)位方法：自動(dòng)重置和按鍵重置。這里采用了按鍵重置和上電復(fù)位兩個(gè)的組合。晶體電路振蕩器：典型的晶體振蕩器是一個(gè)12MHZ的大型晶體振蕩器，單個(gè)微芯片的C1和C2上的最小起始電容通常為15-33pF。單片機(jī)最小系統(tǒng)的電路如圖3-2-2所示。圖3-2-2單片機(jī)最小系統(tǒng)的電路1.3聲音采集電路聲音采集電路的設(shè)計(jì)是直接使用駐極體進(jìn)行聲音采集。在效應(yīng)晶體管的柵極，柵極和源極之間有一個(gè)間接二極管，如圖3-3所示。當(dāng)駐極體膜片本身施加電場(chǎng)時(shí)，表面電荷為Q，極板之間的電容為C，并且在極點(diǎn)末端產(chǎn)生電壓U=Q/C。電壓變化的頻率反映了外部聲音的頻率。圖3-2-2駐極體原理圖1.4QJ000M02模塊介紹它是一種新型的高質(zhì)量MP3錄音模塊，可以全方位滿足客戶的需求?？梢允褂梦募A分類，指定要播放的文件名和指定要播放的索引號(hào)，從而可以靈活地組織音頻文件。還可以按文件名或索引在指定文件夾中保存和播放，并且可以指定任何文件的刪除。具有讀取內(nèi)存狀態(tài)和查詢內(nèi)存容量的能力，能夠隨時(shí)了解內(nèi)存狀態(tài)并靈活使用。圖3-4-1QJ000M02產(chǎn)品特性：1）支持WAV，WMA，MP3高質(zhì)量音頻播放，音質(zhì)優(yōu)美。2）MP3格式的高質(zhì)量音頻錄制，采樣率為48KHz，比特率為32?128Kbps。3）使用內(nèi)部存儲(chǔ)器或外部U盤作為存儲(chǔ)，可以支持32G內(nèi)存和32GU。4）有3種錄音系統(tǒng)，麥克風(fēng)，電纜錄音和兩聲道錄音。5）交換文件名記錄器，最長(zhǎng)22個(gè)字符。6）連續(xù)錄制時(shí)間最多可以使用3個(gè)月。7）采用FAT和FAT32文件系統(tǒng)。8）計(jì)算機(jī)可以通過USBInternet轉(zhuǎn)換內(nèi)部存儲(chǔ)器的音頻內(nèi)容。9）支持USB音頻功能。10）使用無線通訊，UART，通用標(biāo)準(zhǔn)接口，控制更加靈活方便。11）1W音頻放大器，8ohm/1W直揚(yáng)聲器，32級(jí)音量大且可調(diào)的音量。12）DC5V電源。圖3-4-2QJ000M2管腳圖管腳號(hào)管腳名稱類型功能描述1P34IO普通IO口2GNDPWP與TF卡座連接的GND3P22IO普通IO口4P37IOAUX錄音音頻信號(hào)左聲道輸入端5P02IOAUX錄音音頻信號(hào)右聲道輸入端6Mie_inI錄音音頻輸入端7P35/RESETIFLASH控制引腳（外部下載器對(duì)FLASH進(jìn)行下載時(shí)需要對(duì)該引腳進(jìn)行控制）8ALODAC音頻輸出9SP=AO喇叭接線端10SP+AO喇叭接線端11FS_DIISPI-FLASH的SPI接口數(shù)據(jù)輸入端12FS_DOOSPI-FLASH的SPI接口數(shù)據(jù)輸出端13FS_CLKISPI-FLASH的SPI接口時(shí)鐘信號(hào)輸入端14GNDPWP電源地15FS_CSI/OSPI-FLASH的片選端16TXDOUART異步串口數(shù)據(jù)輸出端17RXDIUART異步串口數(shù)據(jù)輸入端18IRDAI紅外信號(hào)輸入端19ADC_KEYIADC按鍵連接端20VDD33PWPLDO1.3V電源輸出端21BUSYI/O忙信號(hào)22VDDPWP模塊電源端+5V23GNDPWP與TF卡座連接的GND24P12IOP12端口25DMIOUSB數(shù)據(jù)端DM26DPIOUSB數(shù)據(jù)端DP27DNDPWP與TF卡座連接的GND28P13IOP13端口表3-4-1管腳說明技術(shù)規(guī)格：名稱功能支持音頻格式支持采樣頻率8K～42.1K，比特率8~224Kbps的MP3音頻文件。支持采樣頻率8K～42.1K的WAV音頻文件。支持采樣頻率8K～42.1K的WMA音頻文件。支持存儲(chǔ)器容量模塊內(nèi)存最大可達(dá)３２GB最大支持３２GBU盤USB接口全速２.０供電電壓DC３.３～５V額定電流２０～２５０ｍＡ（和負(fù)載有關(guān)）IO端口電平３.３VTTL電平尺寸２１ｍｍ*１８ｍｍ*４ｍｍ工作溫度－40～85度濕度5％～95％表3-4-2技術(shù)規(guī)格圖3-4-3QJ000M2總體電路圖1.5顯示電路液晶是一種液晶是一種有機(jī)化合物，在常溫條件下對(duì)其通電時(shí)，其內(nèi)部分子排列變得有秩序。光線比較容易通過；不通電時(shí)，分子排列混亂，可以阻止光線通過。原理使用液晶顯示的此功能可以通過施加電壓來控制顯示區(qū)域。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大尺寸且易于實(shí)現(xiàn)全彩的集成電路電動(dòng)機(jī)。1.5.1LCD1602工作原理1602液晶也叫1602字符型液晶，這是一種特殊的類型，用于顯示字母和數(shù)字。LCD點(diǎn)矩陣模塊，用于字符等，能夠同時(shí)顯示16列2行共32個(gè)字符。圖3-5-11602液晶顯示器尺寸圖1.5.2LCD1602的基本參數(shù)及引腳功能LCD1602分為帶背光和不帶背光兩種，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并沒有什么差別。LCD1602的主要技術(shù)包括：32個(gè)字符的顯示功能；芯片工作電壓4,5V?5.5V；工作電流2.0mA（工作電壓為5.0V狀態(tài)下）。LCD內(nèi)部包含以下幾個(gè)重要組成部分：（1）DDRAM：顯示數(shù)據(jù)RAM，它用于寄存待顯示的字符，共有80個(gè)字節(jié)。（2）CGROM：字體生成器ROM，它存儲(chǔ)160個(gè)不同尺寸的圖像以用于字符顯示。（3）CGRAM：RAM緊湊型，由8個(gè)用戶定義的5×7點(diǎn)表組成。LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的14針或16針，16引腳接口功能如下表所示。表3-5-1LCD引腳接口功能表編號(hào)符號(hào)引腳說明編號(hào)符號(hào)引腳說明1VSS電源地9DB2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10DB3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11DB4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12DB5數(shù)據(jù)5R/w讀/寫選擇13DB6數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)14DB7數(shù)據(jù)7DB0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8DB1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極其中，VL引腳是液體顯示器的對(duì)比度調(diào)整端，當(dāng)連接到電源的正極時(shí)，對(duì)比度是最弱的，而當(dāng)接地時(shí)，對(duì)比度是最高的。1.5.3LCD1602的指令說明及時(shí)序通過在顯示屏上寫入指令，可以識(shí)別LCD1602液晶模塊的讀寫性能，切換功能等，如下表所示。序號(hào)指令RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB01清屏00000000012光標(biāo)復(fù)位000000001*3進(jìn)入模式設(shè)置00000001**4顯示開關(guān)控制0000001DCB5設(shè)置顯示屏或光標(biāo)移動(dòng)方向000001S/CR/L**6功能設(shè)置00001DLNF**7字符發(fā)生器地址設(shè)置0001字符發(fā)生器地址8DDRAM地址設(shè)置001顯示數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)地址9讀取忙標(biāo)志或AC地址01BF計(jì)數(shù)器地址10寫數(shù)據(jù)到CGRAM或DDRAM10要寫入的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)據(jù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容表3-5-2LCD1602指令表各指令的具體功能如下：（1）清屏：清除LCD屏幕，將光標(biāo)移動(dòng)到屏幕的左上角，將AC地址設(shè)置為0，然后將光標(biāo)從左向右移動(dòng)，且DDRAM的自增量為1。（2）光標(biāo)復(fù)位：將光標(biāo)移至顯示屏左上角，地址計(jì)數(shù)器AC設(shè)置為00H，DDRAM內(nèi)容保持不變。（3）輸入設(shè)置模式：設(shè)定每次進(jìn)入1位數(shù)據(jù)后光標(biāo)移位方向及寫入的字符是否移動(dòng)。①I/D：指定光標(biāo)的移動(dòng)方向。I/D=1，光標(biāo)向右移動(dòng)，I/D=0，光標(biāo)向左移動(dòng)。②S：顯示屏上畫面向左或向右全部平移一個(gè)字符位。S=0時(shí)顯示不移動(dòng)；S=1時(shí)有效。③當(dāng)S=1，I/D=1時(shí)，顯示向左移動(dòng)；當(dāng)S=1，I/D=0時(shí)，顯示向右移動(dòng)。（4）顯示開關(guān)控制，控制顯示，光標(biāo)和光標(biāo)閃爍的開關(guān)。①D：控制顯示的開與關(guān)。②C：光標(biāo)控制，C=1，表示有光標(biāo)；C=0，表示沒有光標(biāo)。③B：控制光標(biāo)是否閃爍，B=1，表示閃爍。B=0，表示不閃爍。（5）設(shè)置顯示屏或光標(biāo)的移動(dòng)方向；設(shè)置顯示屏的整個(gè)屏幕移動(dòng)或光標(biāo)移動(dòng)模式。①當(dāng)S/C=0，R/L=0時(shí)，光標(biāo)移至左側(cè)，并且AC地址減少1。②當(dāng)S/C=0且R/L=1時(shí)，光標(biāo)向右移動(dòng)，直接AC地址增加1。③當(dāng)S/C=1且R/L=0時(shí)，顯示的內(nèi)容向左移動(dòng)，并且光標(biāo)不移動(dòng)。④S/C=1，R/L=1時(shí)，顯示內(nèi)容向右移動(dòng)，光標(biāo)不移動(dòng)（6）功能設(shè)置：設(shè)置數(shù)據(jù)總線的數(shù)量，行數(shù)和顯示的字符。①DL=1，數(shù)據(jù)總線8位；DL=0，數(shù)據(jù)總線為4位。②N=0，表示半條線；N=1，代表兩行。③F=0，字母為5×7點(diǎn)；（7）設(shè)置字符的CGRAM地址：設(shè)置要存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)中的下一個(gè)CGRAM地址。DB5?DB3是字母數(shù)字字符，即要顯示的字符DB2?DB0使用的