騙子孫海量,騙稿基于單片機的智能語音廣告牌控制系統(tǒng)V15 (2)

1、基于單片機的智能語音廣告牌控制系統(tǒng)摘 要信息社會的到來，使傳統(tǒng)的靜態(tài)廣告窗在激烈的市場競爭中顯得力不從心，廣告進(jìn)入自動控制時代已經(jīng)成為必然，本文所設(shè)計的智能滾動式語音廣告窗就是由單片機控制的一種靜態(tài)廣告 畫面轉(zhuǎn)換的自動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以將數(shù)幅廣告畫面循環(huán)滾動顯示，并且每幅廣告畫面對應(yīng)一 段語音信息，可以智能識別是否有人觀看然后播放與滾動廣告畫面對應(yīng)的語音信息 。本設(shè)計由單片機STC89C52芯片和專用時鐘芯片DS1302、熱釋紅外傳感器、WT588語音模塊和LCD1602顯示屏組成，加上其他外圍電路，組成的一個實用的單片機多功能廣告控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：單片機，時鐘芯片，熱釋紅外感器，語音模塊，

2、LCD顯示屏 Abstract The advent of the information society, the traditional static advertising window in the fierce competition in the market is insufficient, the ads into the automatic control era has become inevitable, the design of the intelligent speech advertisement window is rolling automatic contr

3、ol system consists of a static advertisement picture conversion MCU control, the system can be the number of advertising pictures circular scrolling, and each advertisement picture corresponds to a voice message, can identify whether the intelligent voice information people watch and then play with

4、rolling advertisement picture corresponding.This design by STC89C52 chip and clock chip DS1302, pyroelectric infrared sensor, WT588 voice module and LCD1602 display, and other peripheral circuits, a practical single chip multi-function control system composed of advertising.Keywords: Single chip, cl

5、ock chip, pyroelectric infrared sensor, voice module, LCD display目 錄第一章 緒 論41.1 課題研究的背景和意義41.2 智能廣告控制系統(tǒng)的功能4第二章 設(shè)計總體方案論證52.1. 智能廣告控制系統(tǒng)設(shè)計思路52.1.1 單片機的方案選擇52.1.2 數(shù)字時鐘的方案選擇62.1.3 人體感應(yīng)方案62.1.4 顯示電路的方案選擇82.1.5 語音模塊的方案選擇102.1.6 步進(jìn)電機驅(qū)動方案132.2. 智能廣告控制系統(tǒng)方案13第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計153.1 單片機設(shè)計方案153.2 時鐘日歷芯片設(shè)計173.3 語音模塊電路的組成

6、203.4 LCD顯示電路213.5 鍵盤控制系統(tǒng)的設(shè)計223.6 步進(jìn)電機驅(qū)動電路223.7 人體檢測電路233.8 電源電路24第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計254.1 編程軟件 keil254.2主程序設(shè)計254.3 鍵盤掃描程序274.4 步進(jìn)電機驅(qū)動子程序284.5 LCD1602顯示子程序29設(shè)計總結(jié)30致 謝31參考文獻(xiàn)32第一章 緒 論1.1 課題研究的背景和意義信息社會的到來，使傳統(tǒng)的靜態(tài)廣告窗在激烈的市場競爭中顯得力不從心，廣告進(jìn)入自動控制時代已經(jīng)成為必然，本文所設(shè)計的智能滾動式語音廣告窗就是由單片機控制的一種靜態(tài)廣告 畫面轉(zhuǎn)換的自動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以將數(shù)幅廣告畫面循環(huán)滾動顯示，并

7、且每幅廣告畫面對應(yīng)一 段語音信息，可以智能識別是否有人觀看然后播放與滾動廣告畫面對應(yīng)的語音信息 。 1.2 智能廣告控制系統(tǒng)的功能隨著商品市場的發(fā)展，廣告從靜態(tài)走向動態(tài)，也進(jìn)入了自動控制的時代。本課題要求以單片機為核心，設(shè)計一個滾動式廣告窗系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：1、自動輸出多種廣告畫面；2、能自動識別廣告窗前是否有人，若廣告窗前有人，則播放語音；沒人時，則繼續(xù)滾動廣告畫面；3、系統(tǒng)具有時鐘顯示功能，能夠自動精確走時；4、海報的展示時間可調(diào)，并可以由設(shè)定的時間控制；5、系統(tǒng)具有自我保護(hù)功能，出現(xiàn)異常時，能自動停止運行。第二章 設(shè)計總體方案論證本智能廣告控制系統(tǒng)可分為以下幾個模塊電路組成：

8、單片機模塊，時鐘模塊，人體檢測模塊，液晶顯示模塊，語音模塊，步進(jìn)電機驅(qū)動模塊，鍵盤和電源。2.1. 智能廣告控制系統(tǒng)設(shè)計思路2.1.1 單片機的方案選擇在嵌入式領(lǐng)域中有多種微處理器可以選擇，比如FPGA、DSP、單片機、ARM等，在這些處理器中單片機的價格最低，性能適中，適合此類場合。下面對一些常用的單片機類型進(jìn)行說明：方案一：51系列單片機。 51單片機是對目前所有兼容Intel 8031指令系統(tǒng)的單片機的統(tǒng)稱，其代表型號有ATMEL公司的AT89系列等，Philips、華邦、Dallas、Siemens(Infineon)等公司也有許多兼容的產(chǎn)品，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)、白色家電等領(lǐng)域之

9、中。目前很多公司都有51系列的兼容機型推出，在今后很長的一段時間內(nèi)將占有大量市場。1方案二： AVR系列單片機。 AVR單片機是1997年由ATMEL公司研發(fā)出的增強型內(nèi)置Flash的RISC (ReducedInstruction Set CPU)精簡指令集高速8位單片機。AVR單片機廢除了機器周期，拋棄復(fù)雜指令計算機( CISC)追求指令完備的做法；采用精簡指令集，以字作為指令長度單位，將內(nèi)容豐富的操作數(shù)與操作碼安排在一字之中，廣泛應(yīng)用于計算機外部設(shè)備、工業(yè)實時控制、儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等各個領(lǐng)域。1方案三： MSP430。 MSP430系列是一個16位、具有精簡指令集、超低功耗的

10、混合型單片機，由于它具有極低的功耗、豐富的片內(nèi)外設(shè)和方便靈活的開發(fā)手段，已成為眾多單片機系列中一顆耀眼的新星。片上集成了AD、DA、PWM、LCD驅(qū)動，其比較器AD采樣方式能達(dá)到很高的精度，開發(fā)系統(tǒng)也很便宜。缺點是在位操作時有點麻煩，不適合用于邏輯控制以及對功耗不敏感的使用場合。1 從成本、開發(fā)的難易程度考慮，選用宏晶公司的STC89C52單片機。它是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K可編程Flash存儲器，與80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容，有8K字節(jié)的Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，3個16位定時計數(shù)器，1個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全

11、雙工串行口及時鐘電路。22.1.2 數(shù)字時鐘的方案選擇數(shù)字時鐘是本設(shè)計的主要部分，有兩種方案可以選擇。方案一：本方案采用Dallas公司的專用時鐘芯片DS1302。一種低功耗、高性能的實時時鐘芯片，附加31字節(jié)的靜態(tài)RAM，利用SPI 三線接口和單片機進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和RAM數(shù)據(jù)。實時時鐘可提供年、月、日、星期、時分、秒，每個月小于31天時可以自動調(diào)整，并且具有閏年補償功能。工作電壓為2.55.5V 。并采用雙電源供電（主電源和備用電源），也可設(shè)置備用電源充電方式，具有對備用電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。保證了時鐘在電源電壓不足或突然掉電等突發(fā)情況下仍能正

12、常工作。當(dāng)電源電壓不足或突然掉電時，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)換到外部備用電池供電系統(tǒng)。而且即使系統(tǒng)不上電，程序不執(zhí)行時，備用電池也能保證芯片的正常運行，可以隨時提供正確的時間。3方案二：本方案完全用軟件實現(xiàn)數(shù)字時鐘。原理為：在單片機內(nèi)部存儲器設(shè)三個字節(jié)分別存放時鐘的時、分、秒信息。使用定時中斷與軟件結(jié)合來實現(xiàn)1秒定時中斷，每產(chǎn)生一次中斷，存儲器內(nèi)對應(yīng)的秒值加1；當(dāng)秒值達(dá)到60，則將其清零，并將相應(yīng)的分值加1；若分值達(dá)到60，則清零分字節(jié)，并將時字節(jié)值加1；當(dāng)時值達(dá)到24，則將十字節(jié)清零。這種方案具有硬件電路簡單的特點。然而，每次執(zhí)行程序時，定時器都要重新賦初值，所以該時鐘精度較低。而且，因為是軟件來實現(xiàn)時鐘

13、，當(dāng)單片機斷電時，程序?qū)⒉辉賵?zhí)行，時鐘也會停止工作?；诒驹O(shè)計精度的考慮，這里采用方案一完成數(shù)字時鐘的功能。2.1.3 人體感應(yīng)方案人體感應(yīng)模塊其實就是熱釋電紅外傳感器，它是一種能檢測人或動物發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器。早在1938年，有人提出過利用熱釋電效應(yīng)探測紅外輻射，但并未受到重視，直到六十年代，隨著激光、紅外技術(shù)的迅速發(fā)展，才又推動了對熱釋電效應(yīng)的研究和對熱釋電晶體的應(yīng)用。熱釋電晶體已廣泛用于紅外光譜儀、紅外遙感以及熱輻射探測器，它可以作為紅外激光的一種較理想的探測器。它目標(biāo)正在被廣泛的應(yīng)用到各種自動化控制裝置中。除了在我們熟知的樓道自動開關(guān)、防盜報警上得到應(yīng)用外，在更多的領(lǐng)域應(yīng)

14、用前景看好。比如：在房間無人時會自動停機的空調(diào)機、飲水機。電視機能判斷無人觀看或觀眾已經(jīng)睡覺后自動關(guān)機的機構(gòu)。開啟監(jiān)視器或自動門鈴上的應(yīng)用。結(jié)合攝影機或數(shù)碼照相機自動記錄動物或人的活動等等。您可以根據(jù)自己的奇思妙想，結(jié)合其它電路開發(fā)出更加優(yōu)秀的新產(chǎn)品?；蜃詣踊刂蒲b置。4熱釋電傳感器基本知識：熱釋電效應(yīng)同壓電效應(yīng)類似，是指由于溫度的變化而引起晶體表面荷電的現(xiàn)象。熱釋電傳感器是對溫度敏感的傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，在元件兩個表面做成電極，在傳感器監(jiān)測范圍內(nèi)溫度有T的變化時，熱釋電效應(yīng)會在兩個電極上會產(chǎn)生電荷Q，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱的電壓V。由于它的輸出阻抗極高，在傳感器中有一

15、個場效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換。熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷Q會被空氣中的離子所結(jié)合而消失，即當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時，T=0，則傳感器無輸出。當(dāng)人體進(jìn)入檢測區(qū)，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生T，則有T輸出；若人體進(jìn)入檢測區(qū)后不動，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出了。所以這種傳感器檢測人體或者動物的活動傳感。 由實驗證明，傳感器不加光學(xué)透鏡(也稱菲涅爾透鏡)，其檢測距離小于2m，而加上光學(xué)透鏡后，其檢測距離可大于7m。 使用中應(yīng)注意以下幾點： 第一、直流工作電壓必須符合我們要求的數(shù)值，過高和過低都會影響模塊性能，而且要求電源必須經(jīng)過良好的穩(wěn)壓濾波，例如電腦USB電源、手機充電器電源、比較舊的9V的層疊電池都無

16、法滿足模塊工作要求，建議客戶用變壓器的電源并經(jīng)過三端穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓后再通過220UF和0.1UF的電容濾波后供電。 第二、調(diào)試時人體盡量遠(yuǎn)離感應(yīng)區(qū)域，有時雖然人體不在模塊的正前方，但是人體離模塊太近時模塊也能感應(yīng)到造成一直有輸出，還有調(diào)試時人體不要觸摸電路部分也會影響模塊工作，比較科學(xué)的辦法是將輸出端接一個LED或者是萬用表，把模塊用報紙蓋住，人離開這個房間，等2分鐘后看看模塊是否還是一直有輸出？ 第三、模塊不接負(fù)載時能正常工作，接上負(fù)載后工作紊亂，一種原因是因為電源容量很小負(fù)載比較耗電，負(fù)載工作時引起的電壓波動導(dǎo)致模塊誤動作，另一種原因是負(fù)載得電工作時會產(chǎn)生干擾，例如繼電器或者電磁鐵等感性負(fù)載

17、會產(chǎn)生反向電動勢，315M發(fā)射板工作時會有電磁輻射等都會影響模塊。解決辦法如下：A、電源部分加電感濾波。B、采用負(fù)載和模塊使用不同的電壓的方法，例如：負(fù)載使用24V工作電壓，模塊使用12V工作電壓，其間用三端穩(wěn)壓器隔離。C: 使用更大容量的電源。 第四、人體感應(yīng)模塊只能工作在室內(nèi)并且工作環(huán)境應(yīng)該避免陽光、強烈燈光直接照射，如果工作環(huán)境有強大的射頻干擾，可以采用屏蔽措施。若遇有強烈氣流干擾，關(guān)閉門窗或阻止對流。感應(yīng)區(qū)盡量避免正對著發(fā)熱電器和物體以及容易被風(fēng)吹動的雜物和衣物。第五、人體感應(yīng)模塊建議安裝在密封的盒里，否則可能一直會有輸出信號。第六、如果要求人體感應(yīng)模塊的探測角度小于90度時，可以用不

18、透明膠紙遮擋鏡片或裁剪縮小鏡片來實現(xiàn)。第七、人體感應(yīng)模塊采用雙元探頭，人體的手腳和頭部運動方向與感應(yīng)靈敏度有著密切的聯(lián)系，而且紅外模塊的特性決定了無法精確控制感應(yīng)距離。第八、模塊中的探頭（PIR）可以裝焊在電路板的另一面。也可將探頭用雙芯屏蔽線延長，長度應(yīng)在20厘米以內(nèi)為好。本設(shè)計使用的HC-SR501模塊是基于紅外線技術(shù)的自動控制模塊，采用德國原裝進(jìn)口LHI778探頭設(shè)計，靈敏度高，可靠性強，超低電壓工作模式，尤其是干電池供電的自動控制產(chǎn)品，用于各類自動感應(yīng)電器設(shè)備。42.1.4 顯示電路的方案選擇常用的單片機顯示電路分為LED顯示屏和LCD顯示屏兩大類：方案一：LED顯示屏：是由若干個LC

19、D顯示屏組成，LCD顯示屏（LED Segment Displays）由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。數(shù)碼管實際上是由七個發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點就是8個。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,dp來表示。當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會發(fā)亮，以形成我們眼睛看到的字樣了。如：顯示一個“2”字，那么應(yīng)當(dāng)是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。LCD顯示屏有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸數(shù)碼管的顯示筆畫常用一個發(fā)光二極管組成，而大尺寸的數(shù)碼管由二個或多個發(fā)光二極管

20、組成，一般情況下，單個發(fā)光二極管的管壓降為1.8V左右，電流不超過30mA。發(fā)光二極管的陽極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽數(shù)碼管，發(fā)光二極管的陰極連接到一起連接到電源負(fù)極的稱為共陰數(shù)碼管。常用LCD顯示屏顯示的數(shù)字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。LCD顯示屏要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)LCD顯示屏的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。靜態(tài)顯示：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動

21、的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要58=40根I/O端口來驅(qū)動，要知道一個89S51單片機可用的I/O端口才32個呢：），實際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進(jìn)行驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。5動態(tài)顯示：LCD顯示屏動態(tài)顯示接口是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當(dāng)單片機輸出字形碼時，單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，

22、沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。5方案二：LCD顯示屏：分為段式LCD和點陣式LCD, 對于普通的段式LCD，需要專門的驅(qū)動電路，LCD顯示的可視角度較小，本身不發(fā)光；對于具有驅(qū)動電路和微處理器接口的液晶顯示模塊（字符或點陣），一般采用并行接口，對

23、微處理器的接口要求較高，占用資源多，但顯示內(nèi)容豐富。LCD1602液晶顯示屏：也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。LCD128642液晶顯示屏：帶中文字庫的128X64 是一種具有4 位/8 位并行、2 線或3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體 中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864, 內(nèi)置81

24、92 個16*16 點漢字，和128 個16*8 點ASCII 字符 集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面?？梢燥@示84 行1616 點 陣的漢字. 也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶 顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。5本設(shè)計選用顯示豐富靈活的LCD1602液晶顯示屏作為顯示模塊。2.1.5 語音模塊的方案選擇方案一：ISD4000系列語音芯片ISD4000系列語音芯片是美國ISD公司生產(chǎn)的2.7V3.3V單電源單片語音錄

25、放電路。ISD4000系列語音芯片采用多電平直接模擬量存儲技術(shù)。每個取樣值直接存儲在片內(nèi)閃存中，因此能夠非常真實、自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)和效果聲，避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和“金屬聲”。取樣頻率可分為4.0kHz、5.3kHz、6.4kHz、8.0kHz，取樣頻率越低，錄音時間越長，而音質(zhì)有所下降，片內(nèi)信息存于閃存中，可在斷電情況下保存100年（典型值），可反復(fù)錄音10萬次。6ISD4004 工作于SPI 串行接口。SPI 協(xié)議是一個同步串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,協(xié)議假定微控制器的SPI 移位寄存器在SCLK 的下降沿動作，因此對ISD4004 而言，在時鐘止升沿鎖存MOSI

26、 引腳的數(shù)據(jù),在下降沿將數(shù)據(jù)送至MISO 引腳。方案二：WT588D語音芯片WT588d語音芯片是早期可外掛FLASH的一款語音芯片，WT588D音質(zhì)較好，控制靈活的特點，更增加了可播放MIDI和弦功能，性能更好。WT588D是一款具有單片機內(nèi)核的語音芯片，因此，可以冠名為WT588D系列語音單片機。WT588D系列語音單片機是廣州唯創(chuàng)電子有限公司聯(lián)合臺灣華邦共同研發(fā)出來的集單片機和語音電路于一體的可編輯語音芯片。功能多音質(zhì)好應(yīng)用范圍廣性能穩(wěn)定是WT588D系列語音單片機的特長，彌補了以往各類語音芯片應(yīng)用領(lǐng)域狹小的缺陷，MP3控制模式、按鍵控制模式、按鍵組合控制模式、并口控制模式、一線串口控制

27、模式、三線串口控制模式以及三線串口控制控制端口擴展輸出模式，讓應(yīng)用人員能將產(chǎn)品投放在幾乎可以想象得到的場所。作為一款以語音為基礎(chǔ)的芯片，對音質(zhì)的追求當(dāng)然也是精益求精的，完全支持6K22KHz采樣率的音頻加載，芯片的獨到之處便是將加載的音頻音質(zhì)幾乎完整無損的展現(xiàn)出來。WT588D系列語音單片機能通過配套軟件WT588D voiceChip輕而易舉的做到語音組合播放、插入完美的陶冶靜音。靜音的時長控制得絕無絲毫誤差！可控制的語音地址位能達(dá)到220個！每個地址位里能加載可組合語音為128段語音！WT588D系列語音單片機模塊內(nèi)置SPI-FLASH存儲器，WT588D系列語音單片機芯片可根據(jù)實際用法外

28、置SPI-FLASH存儲器，眾多的控制模式、語音組合只需更換SPI-FLASH的內(nèi)容，即可完全實現(xiàn)操作方式的切換。WT588D系列語音單片機支內(nèi)容在線下載，這是一個應(yīng)用人員不可或缺的優(yōu)勢持SPI-FLASH！WT588D語音單片機的推出，非常的具有語音市場的前瞻性和革命性，勢必會在語音芯片的應(yīng)用方面卷起一股旋風(fēng)。模塊封裝（帶SPI-Flash及外圍電路）有DIP16、DIP28，芯片封裝有DIP18、SSOP20和LQFP32形式；根據(jù)外掛或者內(nèi)置SPI-Flash的不同，播放時長也不同，支持2M32Mbit的SPI-Flash存儲器；內(nèi)嵌DSP高速音頻處理器，處理速度快；內(nèi)置13Bit/DA

29、轉(zhuǎn)換器，以及12Bit/PWM輸出，音質(zhì)好；PWM輸出可直接推動0.5W/8揚聲器，推挽電流充沛；支持DAC/PWM兩種輸出方式；支持加載WAV音頻格式；支持加載6K22KHz采樣率音頻；支持對已加載語音播放試聽；可通過專業(yè)上位機操作軟件，隨意組合語音，可插入靜音，插入的靜音不占用內(nèi)存的容量，一個已加載語音可重復(fù)調(diào)用到多個地址；220段可控制地址位，單個地址位最多可加載128段語音，地址位內(nèi)的語音組合播放；最多可加載500段用于編輯的語音；USB下載方式，支持在線下載/脫機下載；即便是在WT588D語音芯片通電的情況下，也一樣可以正常下載數(shù)據(jù)到SPI-Flash；芯片復(fù)位時間5ms；支持MP3

30、控制模式、按鍵控制模式、38按鍵組合控制模式、并口控制模式、一線串口控制模式、三線串口控制模式以及三線串口控制控制端口擴展輸出模式；三線串口控制模式切換到三線串口控制控制端口擴展輸出模式只需發(fā)送數(shù)據(jù)就可以進(jìn)行切換。切換后仍可把切換前的最后一工作狀態(tài)帶進(jìn)切換后的模式工作；任意設(shè)定顯示語音播放狀態(tài)信號的BUSY輸出方式；抗干擾性強，可應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域；220段可控制地址位，單個地址位最多可加載128段語音，地址位內(nèi)的語音組合播放；語音播放停止馬上進(jìn)入休眠模式，芯片轉(zhuǎn)為完全停止?fàn)顟B(tài)；15種按鍵控制模式，任意一個按鍵可設(shè)定任意一種控制模式；配套WT588D VoiceChip上位機軟件，接口簡單，使用方

31、便。能極大限度的發(fā)揮出WT588D語音單片機的各項功能；簡單的單片機編寫方式，擺脫以往復(fù)雜繁瑣的匯編思維；單個芯片支持外掛多個存儲器；插入的靜音時間范圍10ms25min；工作電壓DC2.8V5.5V；靜態(tài)休眠電流小于10uA。本設(shè)計結(jié)合易用和成本等各方面的考慮，選用WT588作為語音模塊方案。2.1.6 步進(jìn)電機驅(qū)動方案步進(jìn)電機驅(qū)動器是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控

32、制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速和定位的目的。方案一：L298芯片，它是是一種H橋式驅(qū)動器，它設(shè)計成接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號，可用來驅(qū)動電感性負(fù)載。H橋可承受46V電壓，相電流高達(dá)2.5A。L298(或XQ298，SGS298)的邏輯電路使用5V電源，功放級使用546V電壓，下橋發(fā)射極均單獨引出，以便接入電流取樣電阻。L298(等)采用15腳雙列直插小瓦數(shù)式封裝，工業(yè)品等級。H橋驅(qū)動的主要特點是能夠?qū)﹄姍C繞組進(jìn)行正、反兩個方向通電。L298特別適用于對二相或四相步進(jìn)電機驅(qū)動。方案二：ULN2003A芯片，它是一個7路反向器電路，即當(dāng)輸入端為高電平時ULN2003A輸出端為低電平，當(dāng)輸入

33、端為低電平時ULN2003A輸出端為高電平。也可以作為一些器件，如步進(jìn)電機的驅(qū)動電路。它具有價格低廉的特點。本設(shè)計使用的步進(jìn)電機功率較小，從性價比來考慮，選用方案二的ULN2003A芯片作為單片機的驅(qū)動芯片。2.2. 智能廣告控制系統(tǒng)方案本設(shè)計的核心為單片機控制模塊，通過單片機協(xié)調(diào)各模塊之間的運作。通過步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)動可以自動輸出多種廣告畫面。通過人體感應(yīng)模塊自動識別廣告窗前是否有人，若廣告窗前有人，則通過語音模塊播放語音，沒人時，則繼續(xù)滾動廣告畫面。由于加入的時鐘芯片，海報的展示時間可以調(diào)節(jié)，時鐘芯片DS1302采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設(shè)置備用電源充電方式，提供了對后備電源進(jìn)行涓

34、細(xì)電流充電的能力，即使在斷電的情況下也能使計時準(zhǔn)確。其中開機時間、關(guān)機時間通過鍵盤來進(jìn)行調(diào)節(jié)。以上功能通過以下模塊：單片機模塊，時鐘模塊，人體檢測模塊，液晶顯示模塊，語音模塊，步進(jìn)電機驅(qū)動模塊，鍵盤和電源即可滿足設(shè)計要求。本系統(tǒng)的電路設(shè)計方框圖如圖2.1所示:1、電源為5V直流電；2、時鐘模塊采用DS13023、熱釋紅外感應(yīng)模塊4、微型控制器部分芯片采用單片機STC89C52；5、顯示部分采用LCD1602顯示屏來顯示；6、步進(jìn)電機驅(qū)動用ULN2083組成；6、語音模塊采用WT588模塊；8、按鍵用來調(diào)節(jié)開、關(guān)機時間值。時鐘模塊DS1302 02單片機STC89C52顯示屏LCD1602電源

35、按鍵人體檢測模塊步進(jìn)電機驅(qū)動模塊語音模塊圖2.1 系統(tǒng)原理框圖第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 單片機設(shè)計方案單片機是微型機的一個主要分支，它在結(jié)構(gòu)上的最大特點使把CPU、存儲器、定時器和多種輸入/輸出接口電路集成在一塊超大規(guī)模集成電路芯片上。就其組成和功能而言，一塊單片機芯片就是一臺計算機。單片機是微型計算機的主要分支，它的結(jié)構(gòu)中最重要的特征是把CPU，存儲器，定時器，和各種電路集成在單個超大規(guī)模集成芯片上。在其組成和功能而言，在單一的芯片上組成了一臺計算機。單片機具有如下特點：有優(yōu)異的性能價格比；1 集成度高、體積小、有很高的可靠性；2 控制功能強；3 低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品；4 外

36、部總線增加了I2C、SPI等串行總線方式，進(jìn)一步縮小了體積，簡化了結(jié)構(gòu)；5 單片機的系統(tǒng)擴展、系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。因此，單片機被廣泛用于智能電表，機電一體化，實時控制，分布式多處理器系統(tǒng)，以及人們的生活各個角落。單片機應(yīng)用具有十分重要的意義，它已經(jīng)從根本上改變了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的設(shè)計思路和方法。大多數(shù)過去的必須是功能性的模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的功能，單片機的軟件已能夠全部實現(xiàn)。由軟件代替硬件控制技術(shù)，是生產(chǎn)控制技術(shù)的一場革命。7使用單片機的智能性，電子時鐘可以很容易地設(shè)計成具有智能功能的。微控制器有一個時鐘振蕩系統(tǒng)，微處理器系統(tǒng)利用時鐘定時器/計數(shù)器功能來實現(xiàn)電子時鐘

37、功能。然而，這種設(shè)計系統(tǒng)時鐘誤差較大時，累積誤差也更大，因此它可以通過糾錯軟件進(jìn)行修正，或添加設(shè)計高精度時鐘日歷芯片，以達(dá)到精確的時間。還有很多不同的微控制器功能都是兼容的，這就比較容易實現(xiàn)產(chǎn)品的多功能性。目前在單片機系統(tǒng)中，廣泛使用8XC5X主微處理器芯片微控制器系列。該設(shè)備是標(biāo)準(zhǔn)MCS- 51內(nèi)核，兼容的硬件資源，種類齊全，功能完善，性能穩(wěn)定，體積小，價格低，貨源充足，方便調(diào)試和編程，所以應(yīng)用廣泛。例如，常用的STC89C52單片機，具有8KB閃存可編程可擦除只讀存儲器（EEPROM）的低電壓，高性能CMOS8位微型計算機。有32個可編程I/ O引腳，2個16位定時器/計數(shù)器，6個中斷源，

38、可編程串行UART通道，可直接驅(qū)動LED輸出。系統(tǒng)內(nèi)部的閃存芯片可適于允許程序或用常規(guī)的非易失性存儲器編程到程序。因此，STC89C52是一款功能強大，靈活性高和價格合理的單芯片，可在各種控制領(lǐng)域很容易地應(yīng)用。STC89C52具有以下主要性能：1. 8KB可改編程序閃存存儲器；2. 全靜態(tài)工作：024MHz；3. 1288字節(jié)內(nèi)部RAM；4. 32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口；5. 6個中斷優(yōu)先級； 2個16位可編程定時計數(shù)器；6. 具有可編程的串行通道；7. 內(nèi)部時鐘振蕩器。此外，STC89C52的設(shè)計采用靜態(tài)邏輯，工作頻率可以降低到0Hz，并提供兩個可用軟件進(jìn)行選擇的省電模式 - 空閑

39、模式和掉電模式。在空閑模式下，CPU停止工作，而RAM，定時/計數(shù)器，串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。在掉電模式下，片上振蕩器停止工作，因為時鐘是“凍結(jié)”，使所有功能都暫停，保存的片內(nèi)RAM只有內(nèi)容，直到下一個硬件復(fù)位。8單片機最小系統(tǒng)主要由復(fù)位電路，晶振電路，電源等幾部分組成。1. 復(fù)位電路復(fù)位電路有兩種方式：上電復(fù)位和按鈕復(fù)位，我們主要用上電復(fù)位方式。如圖3 .1所示。圖3.1 時鐘和復(fù)位電路2. 晶振電路單片機系統(tǒng)的晶體振蕩器在單片機系統(tǒng)中的作用是非常大的，整個部分被稱為晶體振蕩器，他結(jié)合了微控制器MCU的內(nèi)部電路來產(chǎn)生所需的時鐘頻率，單片機振蕩器的頻率時鐘越高，那么MCU的運行速度就更快速，

40、單片機實現(xiàn)所有的指令都是基于振蕩器時鐘頻率。在正常工作條件下，一個普通的晶振頻率絕對精度可達(dá)百萬分之五十。有的精度更高。晶振通常與鎖相環(huán)電路一起使用，以提供所需的系統(tǒng)時鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時鐘信號，可以用同一個晶振相連的不同的鎖相環(huán)來提供。根據(jù)技術(shù)手冊：電容取30PF，晶振為11.0592MHz3.2 時鐘日歷芯片設(shè)計DALLAS公司推出的DS1302是一款高性能、低功耗的實時時鐘日歷芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用與CPU的SPI同步通信三線接口，并采用突發(fā)方式傳送多個字節(jié)的時鐘信號和數(shù)據(jù)RAM。實時時鐘提供秒，分，小時，天，周，月和年，一個月超過31天少可以自動調(diào)整，且具

41、有閏年補償。 2.55.5V的寬工作電壓。雙電源（主電源和備用電源），可設(shè)置備用電源充電模式，提供了后備電源涓流充電電流的能力。有雙主用和備用電源引腳，并通過一個大電容的備用電源（1F）代替。應(yīng)當(dāng)強調(diào)的是，DS1302需要使用32.768KHz晶體。9 DS1302引腳說明：DS1302引腳圖參照圖3.2。圖3.2 DS1302芯片引腳圖在編程過程中，應(yīng)注意DS1302工作時序。DS1302是SPI總線驅(qū)動器方式。這不僅要向寄存器寫入控制字，還需要讀取相應(yīng)寄存器的數(shù)據(jù)。與DS1302的通信，首先需要了解它的控制字。DS1302的控制字如表3.1。寄存器名稱765432101RAM/CKA4A3

42、A2A1A0RD/W秒寄存器10000000/1分寄存器10000010/1小時寄存器10000100/1日寄存器10000110/1月寄存器10001000/1星期寄存器10001010/1年寄存器10001100/1寫保護(hù)寄存器10001110/1慢充電寄存器10010000/1時鐘突發(fā)寄存器10101110/1表3.1 DS1302控制字（即地址及命令字節(jié)）控制字是設(shè)定DS1302的工作方式、傳送字節(jié)數(shù)等工作方式。數(shù)據(jù)的傳輸都是由控制字開始的?？刂谱置恳晃坏暮x和作用如下：1. BIT7：控制字的最高有效位，必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫入到DS1302中。2. BIT 6：如

43、果為0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù)；3. BIT 5至BIT 1（A4A0）：用A4A0表示，定義片內(nèi)寄存器和RAM的地址。定義如下：當(dāng)位6位= 0，該地址被定義時鐘和其它寄存器。 A4A0= 06，秒，分鐘，小時，天，月，周，年寄存器的順序。當(dāng)A4A0 =7，芯片寫保護(hù)寄存器地址。當(dāng)A4A0=8，選擇為慢充電參數(shù)。當(dāng)A4A0 =31，突發(fā)模式時鐘選擇寄存器。當(dāng)位6=1，地址的RAM中的定義，A4A0= 030，對應(yīng)的RAM每個子地址，RAM地址31對應(yīng)于所述多字節(jié)模式選擇寄存器。4. BIT 0 0（最低有效位）：如為0，表示要進(jìn)行寫操作，為1表示進(jìn)行讀操作。 控制字總是

44、從最低位開始輸出。在控制字指令輸入后的下一個SCLK時鐘的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從最低位（0位）開始。同樣，在緊跟8位的控制字指令后的下一個SCLK脈沖的下降沿，讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出的數(shù)據(jù)也是從最低位到最高位。DS1302的1腳接電源正極，2、3腳接一個走時的晶振，4腳接電源負(fù)極，5-7腳與單片機的P34、P35、P36相連，8腳接紐扣電池的正極。具體電路如圖3.3所示：圖3.3 DS1302時鐘芯片原理圖3.3 語音模塊電路的組成WT588D是一款具有單片機內(nèi)核的語音芯片，因此，可以冠名為WT588D系列語音單片機。本設(shè)計采用按鍵控制模式用三極管代替按鍵對語音模塊

45、進(jìn)行觸發(fā)控制。WT588D的3、4腳是PWM輸出端口，直接可以驅(qū)動小功率的喇叭，這里接的是一個0.5W8的喇叭；8腳與電源負(fù)極相連；12、13腳是觸發(fā)端，分別和三極管Q1、Q2的集電極相連，當(dāng)三極管導(dǎo)通時，對應(yīng)的語音就會播報，三極管的控制信號取自單片機的P24、P25；14和16腳與3.3V的電源相連，為語音模塊提供電源。具體電路如圖3.4所示：圖3.5 語音模塊電路原理圖3.4 LCD顯示電路顯示電路采用1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊5。 它有若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。每位之間有一個點距的間隔，每行

46、之間也有也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。1602的驅(qū)動電路帶有11條指令，可以很方便的控制液晶的現(xiàn)實效果如：清屏、左移右移、光標(biāo)顯示。而且1602顯示的字符在下一條指令為到來之前不會改變，也就是能夠維持顯示的字符，1602液晶占用的系統(tǒng)資源也少。RS是復(fù)位腳與單片機的P10相連，控制線RW、E分別是數(shù)據(jù)和片選線，分別與單片機的P11、P12相連，LCD1602的數(shù)據(jù)接口DB0DB7和單片機的P0口相連。電阻R1的作用是調(diào)節(jié)提供給驅(qū)動器的供壓，從而調(diào)節(jié)液晶顯示的對比度。電阻R2的作用是背光板的限流電阻，調(diào)節(jié)此電阻的大小可以調(diào)節(jié)液晶顯示的亮度。 顯示電路圖如圖3.5所示：圖3.5 顯示電路

47、原理圖3.5 鍵盤控制系統(tǒng)的設(shè)計按鍵需要4個，分別是：S1返回按鍵，從設(shè)定菜單返回上一級菜單，直至主界面；S2加數(shù)鍵，調(diào)整選中的數(shù)值，短按為加1，長按超過1秒為連加；S3減數(shù)鍵，調(diào)整選中的數(shù)值，短按為減1，長按超過1秒為連減；S4 菜單鍵，進(jìn)入設(shè)定菜單。4個按鍵分別與單片機的P20-P23相連接，按鍵按下時，相應(yīng)的單片機端口被拉低為低電位。其電路如圖3.6所示：圖3.6 按鍵調(diào)時電路3.6 步進(jìn)電機驅(qū)動電路步進(jìn)電機驅(qū)動電路以ULN2803 為核心，它的公共端10腳接電源正極，9腳接電源負(fù)極，輸入腳1-4腳分別與單片機的P14-P17口相連接，輸出端15-18腳與步進(jìn)電機的4根相線相連，步進(jìn)電機

48、的公共端接電源正極。具體電路如圖3.7所示：圖3.7 步進(jìn)電機驅(qū)動電路3.7 人體檢測電路人體感應(yīng)模塊，就是熱釋電紅外的傳感器模塊，是一種能檢測人或動物發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器，它在很多應(yīng)用領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用，比如：在房間無人時會自動停機的空調(diào)機、飲水機。電視機能判斷無人觀看或觀眾已經(jīng)睡覺后自動關(guān)機的機構(gòu)。開啟監(jiān)視器或自動門鈴上的應(yīng)用。結(jié)合攝影機或數(shù)碼照相機自動記錄動物或人的活動等等。HC-SR501模塊是基于紅外線技術(shù)的自動控制模塊，采用德國原裝進(jìn)口LHI778探頭設(shè)計，靈敏度高，可靠性強，超低電壓工作模式。HC-SR501模塊的內(nèi)部原理圖如圖3.8所示：圖3.8HC-SR501

49、人體感應(yīng)模塊內(nèi)部原理圖 HC-SR501模塊的3腳與電源正極相連，1腳與電源負(fù)極相連，2腳輸出端與單片機的P32相連，當(dāng)檢測到有人時，P32口被拉低為低電平。具體連接電路圖如圖3.9所示：圖3.9單片機和HC-SR501模塊原理圖3.8 電源電路整個電路使用了三種電源，+5V電源為整個電路供電。而+3V電源僅作為DS1302的備用電源。當(dāng)+5V電源被切斷后，DS1302啟用+3V電源，可以保持DS1302繼續(xù)工作。當(dāng)+5V電源恢復(fù)供電，LCD依舊顯示當(dāng)前時間，而不會因為斷電使系統(tǒng)復(fù)位到初始化時間，避免了重新校時的麻煩。另外還有一個語音電路使用的+3.3V采用三端集成穩(wěn)壓器ASM1117-3.3

50、作為電路的穩(wěn)壓電源。圖3.10電源模塊原理圖第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 編程軟件 keil單片機開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，用戶寫的匯編語言源程序要變?yōu)镃PU可以執(zhí)行的機器碼有兩種方法，一種 是手工匯編，另一種是機器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。機器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C器碼，用于MCS-51單片機的匯編軟件有早期的A51，隨著單片機開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機的軟件，這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C編譯器、宏

51、匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合在一起。運行Keil軟件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空閑的硬盤空間、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。104.2主程序設(shè)計該控制系統(tǒng)的程序主要分為三部分：主程序、步進(jìn)電機控制程序、鍵盤掃描子程序、顯示子程序、時鐘讀寫子程序、熱體感應(yīng)子程序和各種中斷子程序。主程序完成系統(tǒng)的地址分配、系統(tǒng)初始化和各子程序的調(diào)用。軟件設(shè)計是本控制系統(tǒng)設(shè)計的核心，在完成了系統(tǒng)硬件的搭接之后，剩下來的主要任務(wù)接是系統(tǒng)軟件的設(shè)計。主程序主要有定

52、義變量、初始化程序、各種子程序調(diào)用和報警控制程序組成，其流程圖如圖4.1所示：YY初始化NY語音輸出調(diào)整子程序調(diào)用顯示子程序是否執(zhí)行？是否按鍵？調(diào)用鍵盤掃描子程序讀人體傳感器讀時鐘芯片開始NNYN圖4.1 主程序流程圖3 鍵盤掃描程序為了實現(xiàn)單個按鍵復(fù)用的效果，本設(shè)計采用狀態(tài)機設(shè)計方法來編寫鍵盤掃描程序，鍵盤掃描子程序利用時間中斷程序，每隔10MS調(diào)用一次，監(jiān)控鍵盤的狀態(tài)。T0定時中斷程序主要是實現(xiàn)10ms的定時時間，并且對變量DS進(jìn)行加一處理，其中在對T0進(jìn)行賦初值時，選擇為TH0=0xdc，TL0=0x00，主要是c語言在經(jīng)過反匯編后，一條c語句將會編譯成幾條語句，這樣就增加了指令執(zhí)行的時

53、間，使定時產(chǎn)生誤差，而在經(jīng)過多次調(diào)試后，選擇以上數(shù)值為T0初值是最接近10ms。鍵盤掃描流程圖如圖4.2所示： NNNYY返回鍵值2是否釋放？是否1秒到？返回鍵值1是否抖動？無按鍵狀態(tài)圖4.2 鍵盤掃描流程圖4.4 步進(jìn)電機驅(qū)動子程序根據(jù)步進(jìn)電機手冊上提供的時序圖，畫出步進(jìn)電機驅(qū)動子序流程圖如圖4.3所示：開始D相得電初始化端口A相得電B相得電C相得電返回 圖4.3 步進(jìn)電機驅(qū)動子程序4.5 LCD1602顯示子程序LCD1602顯示子程序流程圖如圖4.4所示：寫指令1602初始化開始N寫數(shù)據(jù)計數(shù)器為0？寫數(shù)據(jù)Y結(jié)束圖4.4 LCD602顯示子程序流程圖設(shè)計總結(jié) 通過數(shù)周的努力，本次課程設(shè)計的任務(wù)基于單片