語音報數(shù)計數(shù)器電路設(shè)計畢業(yè)論文

1、麗水學(xué) 院 2011 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）目 錄第一章 緒論 .11.1 設(shè)計背景.11.2 方案選擇.11.3 方案選定.31.4 設(shè)計要求.3第二章 主要器件說明 .42.1 單片機 STC89C52 介紹 .4 2.2 顯示數(shù)碼管 .62.3 語音芯片 PM50 概述.72.4 A1104 霍爾元件介紹 .9第三章 硬件電路模塊設(shè)計 .11 3.1 設(shè)計原理 .11 3.2 最小系統(tǒng)設(shè)計 .113.3 霍爾傳感器電路.123.4 顯示電路.133.5 PM50 放音電路 .14第四章 軟件設(shè)計 .164.1 主程序設(shè)計.164.2 外部中斷模塊程序設(shè)計.164.3 語音報數(shù)程序框圖.1

2、7第五章 系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試 .185.1 軟件調(diào)試.185.2 硬件調(diào)試.18第六章 總結(jié)與展望 .20致 謝 .21參考文獻 .22附錄 1 電路原理圖.23附錄 2 PCB 圖 .24附錄 3 實物圖片.25附錄 4 元件清單.26附錄 5 源程序.27麗水學(xué) 院 2011 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）1第一章 緒論1.1 設(shè)計背景計數(shù)器是指帶有顯示功能的以實現(xiàn)計數(shù)為目的的一種儀器。它的主要作用是記錄并顯示數(shù)據(jù)多少。本次設(shè)計的帶有語音報數(shù)計數(shù)器區(qū)別于普通計數(shù)器的一個重要標致是突破了傳統(tǒng)計數(shù)器每只能顯示不用語音提示的缺陷。在現(xiàn)實生活和生產(chǎn)中，廠家都希望通過提高效率來獲取更多的利潤。在這種前提下，提

3、高效率就變成了廠家最簡單而又是切實可行的一中途徑。而引入語音計數(shù)器取代人工計數(shù)或普通計數(shù)器，將更加有利于效率的提高，而且相比人工計數(shù)它不易出現(xiàn)差錯。隨著數(shù)字統(tǒng)計報數(shù)器不斷的被推廣和使用，并以其強大的功能，使用方便，利于統(tǒng)計等一系列優(yōu)勢廣受用戶的喜歡。以單片機為控制核心的計數(shù)器，已被廣泛用于電子式電能表、工業(yè)自動化系統(tǒng)、自動測試系統(tǒng)等智能化測量計數(shù)領(lǐng)域，以其可靠的性能、便捷的操作贏得市場的認同。運用霍爾元件基于單片機的計數(shù)器實現(xiàn)只實現(xiàn)了基本計數(shù)功能，要實現(xiàn)語音播報，需要語音芯片，PM50 系列芯片是較為常用了語音錄放集成電路，一般多用于語音電話，留言機等設(shè)備。更可于單片機實現(xiàn)接口，進行語音分段錄

4、放音的功能，PM50 芯片錄制的語音可分 1-8 段或 128 段采樣頻率為 4.8K-21KHZ的高保真語音段，可用于自動報時器，汽車自動報站器等設(shè)備，如果采用具有語音處理的 16 位或 32 位的處理器實現(xiàn)同樣的功能將會增大開發(fā)的周期和成本，會使本來簡單的系統(tǒng)更加的復(fù)雜。1.2 方案選擇主方案選定：方案 1：基于數(shù)字電路的數(shù)字統(tǒng)計報數(shù)器電路設(shè)計主要由組合邏輯電路與時序邏輯電路組成，電路的原理框圖如圖 2.1 所示。該圖包括脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、控制電路、譯碼顯示電路及語音報警電路 5 個部分。其中，計數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。計數(shù)器主要用來記錄數(shù)量多少，然后通過譯碼來顯示，而控制電路具

5、有直接控制計數(shù)器的啟動/停止計數(shù)、暫停/連續(xù)計數(shù)、譯碼顯示電路的顯示和清零復(fù)位的功能。為了準確達到系統(tǒng)的各個要求，在設(shè)計控制電路時，應(yīng)正確處理各個信號之間的時序關(guān)系。當需要顯示的數(shù)據(jù)較多時，往往驅(qū)動顯示的電路會變得很復(fù)雜，整個電路也隨之變復(fù)雜。麗水學(xué) 院 2011 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）2 圖 1.1 步進計數(shù)系統(tǒng)的總體參考方案框圖 方案 2：基于單片機的數(shù)字統(tǒng)計報數(shù)器電路設(shè)計主要以 AT89S51 單片機為系統(tǒng)核心來完成我所需要并達到我所要求的功能，電路的原理框架圖如圖 2.2 所示。該圖主要由振蕩電路、復(fù)位電路、電源電路、數(shù)碼管驅(qū)動電路、數(shù)碼顯示、語音報數(shù)電路和單片機等 7 個部分組成。由

6、于單片機具有集成度高、體積小、可靠性高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、處理功能強等特點，從而具有更強的競爭力。圖 1.2 基于單片機的計數(shù)器系統(tǒng)電路的原理框架圖語音模塊的選擇 方案一：采用基本的硬件電路，主芯片 PM50 系列芯片直接控制整個語音電路，用 LM386 作為音頻放大芯片，電路結(jié)構(gòu)簡單，一般較為常用。主要運用與簡單語音報警器，溫度報警器等等。方案二：在原來課題設(shè)計的基礎(chǔ)上，利用單片機作為控制芯片實現(xiàn)分段錄放功能，利用單片機控制的 PM50 芯片將會徹底發(fā)揮其優(yōu)勢，可以選擇錄放的起始段，而且比 STD 系列語音芯片性價比更高。脈沖發(fā)生器譯碼顯示計數(shù)器語音報數(shù)電路控制電路單片機振蕩電路數(shù)碼管顯示信號檢

7、測電路語音報數(shù)電路復(fù)位電路麗水學(xué) 院 2011 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）31.3 方案選定本設(shè)計主方案的選擇：通過兩種方案的全面比較，從中可以發(fā)現(xiàn)第一種方案電路設(shè)計比較復(fù)雜，可靠性能低；第二種方案用單片機做系統(tǒng)控制核心，具有可靠性高、集成度高、體積小等優(yōu)點，且已被廣泛應(yīng)用。因此選擇第二種方案。本設(shè)計的語音模塊的選擇采用方案二。本設(shè)計處理器選擇 STC89C52 單片機，語音芯片選擇 PM50，用微處理器對 PM50 芯片的分段錄放音控制時，發(fā)揮了芯片的優(yōu)勢。1.4 設(shè)計要求 1.制作一個以單片機為基礎(chǔ)的計數(shù)器； 2.電路由計數(shù)模塊，顯示模塊，語音播報模塊組成； 3.調(diào)試電路； 4.掌握電路的設(shè)計

8、、焊接和調(diào)試的方法； 5.總結(jié)設(shè)計的過程并寫好論文。麗水學(xué) 院 2011 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）4 第二章 主要器件說明2.1 單片機 STC89C52介紹STC89C52是一個低功耗，高性能 CMOS8位單片機， 40個引腳，片內(nèi)含 8k Bytes ISP(In-system programmable)的 Flash 只讀程序存儲器 。512bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM） 。器件采用 STC（宏晶）公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，功能強大 。2.1.1 STC89C52主要特性1 8031 CPU 與 MCS-

9、51 兼容 2 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲器3 全靜態(tài)工作： 0Hz-33MHz4 三級程序存儲器保密鎖定5 512*8位內(nèi)部 RAM6 32條可編程 I/O 線 7 3個16位定時器/計數(shù)器 8 6個中斷源 9 可編程串行通道 10低功耗的閑置和掉電模式 2.1.2 管腳說明VCC：供電電壓。 GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當 P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 FIASH 編程時，P0口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時，P0輸出原

10、碼，此時 P0外部必須被拉高。圖 2.1 單片機引腳麗水學(xué) 院 2011 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）5P1口：P1口是一個內(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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH 編程和校驗時， P1口作為第八位地址接收 。P2口：P2口為一個內(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 TTL 門電流，當 P2口被寫“1”時，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， P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這

11、是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個 TTL 門電流。當 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。 P3.0RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2/

12、INT0（外部中斷 0）P3.3/INT1（外部中斷 1）P3.4T0（記時器0外部輸入） P3.5T1（記時器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口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。I/O 口作為輸入口時有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口時實際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線，經(jīng)過某種運算或變換后再寫回到端口鎖存器。只有讀端口時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。上面圖中的兩個三角形表示的就是輸入緩沖器CPU 將根據(jù)不同的指令分別發(fā)出讀端口或讀引腳信號以完成不同的操作。這是由硬件自動完

13、成的，不需要我們操心，1然后再實行讀引腳操作，否則就可能讀入出錯，為什么看上面的圖，如果不對端口置1，端口鎖存器原來的狀態(tài)有可能為 0，Q 端為0，Q為1，加到場效應(yīng)管柵極的信號為 1，該場效應(yīng)管就導(dǎo)通對地呈現(xiàn)低阻抗，此時即使引腳上輸入的信號為1，也會因端口的低阻抗而使信號變低使得外加的 1信號讀入后不一定是 1。若先執(zhí)行置 1操作，則可以使場效應(yīng)管截止引腳信號直接加到三態(tài)緩沖器中實現(xiàn)正確的讀入，由于在輸入操作時還必須附加一個準備動作，所以這類 I/O 口被稱為準雙向口。 89C52的 P0/P1/P2/P3口作為輸入時都是準雙向口。接下來讓我們再看另一個問題，從圖中可以看出這四個端口還有一個

14、麗水學(xué) 院 2011 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）6 差別，除了 P1口外 P0/P2P3口都還有其他的功能。RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST 腳兩個機器周期的高電平時間。/EA/VPP：當/EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH） ，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1時，/EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當/EA端保持高電平時，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)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的 輸出。2.2 顯示數(shù)碼管2.2.1 數(shù)

15、碼管的分類按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。圖 2.2 為 2 位數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極 COM 接到+5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM 接到地線 GND 上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。見圖 2.2。圖2.2 數(shù)碼管示意圖 圖2.3

16、數(shù)碼管的等效圖 麗水學(xué) 院 2011 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）72.2.2 數(shù)碼管的驅(qū)動方式數(shù)碼管要正常顯示，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)數(shù)碼管的驅(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)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。動態(tài)顯示驅(qū)動：動態(tài)驅(qū)動是將每個數(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，通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的 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。語音報數(shù)計數(shù)器以單個產(chǎn)品為檢測對象，磁鋼靠近一次，產(chǎn)生一個脈沖信號，計數(shù)一個單位，不需要小數(shù)點顯示，只是把 h 端一直接高電平。下面是我選

17、擇的 SM2105 兩位數(shù)碼管各引腳對應(yīng)的 a b c d e f g h 同名端圖：2.3 語音芯片 PM50 概述PM50系列智能語音芯片是中青世紀科技公司2003年開發(fā)的智能語音產(chǎn)品，具有21KHZ高保真音質(zhì)，其開發(fā)設(shè)計簡單度、智能控制的簡單度、整體性價比等，是較為常用了語音錄放集成電路，一般多用于語音電話、留言機等設(shè)備。更可于單片機實現(xiàn)接口，進行語音分段錄放音的功能，可用于自動報時器，汽車自動報站器等設(shè)備。2.3.1 芯片功能與特點1可存儲聲音長度：13 秒100 秒。2寬范圍工作電壓：DC 36V。3工作電流 50mA，靜態(tài)電流 1uA。4直接驅(qū)動 8 歐姆 0.5 瓦的喇叭，PWM

18、 和 DAC 雙音頻輸出模式。5寬范圍采樣頻率：4.8K21KHZ。COM1egcfCOM2adhb圖 2.4 共陽數(shù)碼管 SM2105 引腳圖麗水學(xué) 院 2011 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）8 6錄制的語音可分 18 段或 128 段 。7自帶 8 個輸入端口，9 個輸出端口，功能均可由用戶自定義 。8FLASHRAM 結(jié)構(gòu)，可以反復(fù)擦寫錄入，壽命在 1 萬次以上。9兩種封裝形式：COB28 和 COB16 。10開發(fā)用的電腦軟件系超智能傻瓜圖形設(shè)計，外行也能使用。11配合編程軟件可以開發(fā)出并行、串性、智能型等多種控制模式。12最小系統(tǒng)的外圍電路只需一只振蕩電阻、一只電源濾波電容。2.3.2 引

19、腳定義與實物照片 圖 2.5 PM50 引腳圖 圖 2.6 PM50 實物照片PM50S 系列（COB28）的引腳定義表：腳號名稱用途腳號名稱用途1GND電源地斷15FM編程端2FC編程端16FD編程端3FA編程端17FK編程端4K1輸入 118R復(fù)位端5K2輸入 219O1輸出 16K3輸入 320O2輸出 27K4輸入 421O3(LED2)輸出 38K5輸入 522O4輸出 49K6輸入 623O5輸出 510K7輸入 724O6輸出 611K8輸入 825O7輸出 712ROSC振蕩電阻26O8輸出 813SP1/DAC喇叭端 127LED1指示燈14SP2喇叭端 228VOD正電源端

20、麗水學(xué) 院 2011 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）9表 2.7 PM50 引腳定義2.4 A1104 霍爾元件介紹A110 x 系列采用 BiCMOS 技術(shù)生產(chǎn)，相關(guān)器件具有快速上電和低工作噪音的優(yōu)點。器件編程在封裝之后進行可消除封裝應(yīng)力引起的偏移，從而確保更高的開關(guān)點精確度。獨一無二的霍爾元件幾何尺寸以及低偏移放大器有助于減少噪音，并降低通常由器件超模壓、溫度劇增和熱應(yīng)力引起的殘余偏移電壓。該系列中的所有器件除磁性開關(guān)點水平之外無任何差別。BiCMOS 工藝小巧精致的幾何尺寸讓這些器件均能以超小型封裝形式提供。現(xiàn)有的封裝類型為大多數(shù)應(yīng)用提供磁性最優(yōu)化的解決方案。2.4.1 特點和優(yōu)點1連續(xù)工作，快

21、速上電，低噪音。2在整個工作溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定運行。3電池反接保護。4高可靠性。5下線線編程使其具有最佳性能。6可靠的 EMC 性能。7高 ESD 保護額定值。8無旁路電容的穩(wěn)壓器穩(wěn)定。2.4.2 內(nèi)部電路圖麗水學(xué) 院 2011 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）10 圖2.8 A1104 內(nèi)部功能圖A1104霍爾效應(yīng)在單硅片里包含有以下元件：穩(wěn)壓器、霍爾電壓發(fā)生器、小信號放大器、施米特觸發(fā)器和 NMOS 輸出晶體管。輸入電壓在4.5-28V 之間，擴展板載保護電路使30伏特絕對最大電壓額定值成為可能，因而無需添加外部元件就可為汽車和工業(yè)電動機整流應(yīng)用提供超級保護。磁鋼用來提供霍爾能感應(yīng)的磁場，當磁鋼靠近霍爾

22、傳感器時，內(nèi)部的霍爾元件產(chǎn)生電壓變化，經(jīng)過內(nèi)部放大器放大，然后通過斯密特觸發(fā)器整波輸出到 N 溝道 MOS 場效應(yīng)管的柵極，當霍爾元件感應(yīng)到的磁感應(yīng)強度超過工作點時，就是場效應(yīng)管的柵極電壓超過一定大小時，接地導(dǎo)通，輸出低電平，所以霍爾傳感器和磁鋼需要配對使用。2.4.3 引腳說明及應(yīng)用A1104的引腳如圖2.9，引腳1接電源正極，引腳2接地，引腳3是輸出端。輸入電壓：4.5-28V；工作電流：20mA?；魻杺鞲衅鲀?nèi)部的霍爾元件在額定控制電流的作用下，若不給元件加外磁場，輸出的霍爾電壓的理想值應(yīng)為零，但由于存在著電極的不對稱以及材料電阻率不均衡等因素，霍爾元件會輸出電壓，該電壓稱為不等位電勢。其

23、值與輸人電壓和電流成正比。VO 電壓很小，一般不超過 lmV。霍爾對磁鋼方向有要求。沒有磁鋼時輸出高電平，有磁鋼時輸出低電平。應(yīng)用時元件工作參數(shù)為溫度：-40-85。Bop 為 35G，Brp 為 25G?；魻栃?yīng)開關(guān)具有磁性工作閾值(Bop)。如果霍爾單元承受的磁通密度大于工作閾值，那么輸出晶體管將開A1104圖 2.9 引腳圖123麗水學(xué) 院 2011 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）11啟；當磁通密度降至低于工作閾值(Brp)時，晶體管會關(guān)閉。滯后(Bhys)是兩個閾值(Bop-Brp)之間的差額。即使存在外部機械振動及電氣噪音，此內(nèi)置滯后頁可實現(xiàn)輸出的凈切換。單極霍爾效應(yīng)的數(shù)字輸出可適應(yīng)各種邏輯

24、系統(tǒng)。這些器件非常適合與簡單的磁棒或磁桿一同使用。Allegro 提供各種單極霍爾效應(yīng)開關(guān)，各開關(guān)均具有與磁鐵南極相關(guān)的不同工作閾值及滯后。經(jīng)過實物實測，由于選擇的磁鋼磁性較弱，霍爾元件輸出低電平的感應(yīng)距離在 2 到 3毫米之間，根據(jù)工業(yè)需求可以改變磁鋼的磁性強弱來滿足其所需要的感應(yīng)距離進行產(chǎn)品計數(shù)。麗水學(xué) 院 2011 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）12 第三章第三章 硬件電路模塊設(shè)計硬件電路模塊設(shè)計3.1 設(shè)計原理帶磁性的產(chǎn)品靠近離開霍爾元件傳感器這一個過程中，霍爾元件從高電平變?yōu)榈碗娖捷敵鲆粋€脈沖到單片機，單片機設(shè)置為下降沿有效，觸發(fā)中斷，進入外部中斷實現(xiàn)脈沖次數(shù)累加，跳出中斷，數(shù)據(jù)再通過單片機

25、處理傳輸?shù)秸Z音芯片實現(xiàn)報數(shù)，再傳輸?shù)綌?shù)碼管顯示。圖 3.1 硬件設(shè)計框圖3.2 最小系統(tǒng)設(shè)計單片機最小系統(tǒng),或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的使單片機可以工作的系統(tǒng)。對 52 系列單片機來說,最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：單片機、晶振電路、復(fù)位電路。下面是這個設(shè)計所采用 52 單片機的最小系統(tǒng)電路圖。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:20-Apr-2011Sheet of File:C:UserswfbDesktop動動動071動動動動動動CLR.DdbDrawn By:RSTVCCC230C430Y112MR1410K+C31

26、0uFVCCRSTP1.01P1.12P1.23P1.34P1.56P1.45P1.67P1.78P0.039P0.138P0.336P0.237P0.435P0.534P0.633P0.732RXD10P2.021P2.122P2.223P2.526P2.728TXD11P2.627P2.425P2.324ALE30PSEN29INT012INT113T115T014EA31XTAL119XTAL218RST9RD17WR16VCC40VSS20U289C52圖 3.2 單片機最小系統(tǒng)圖在智能化儀器儀表中，控制核心均為微處理器，而單片機以高性能、高速度、體積小、STC89C52單片機PM50

27、 語音芯片音頻輸出霍爾傳感器檢測磁信號LED 數(shù)碼管顯示麗水學(xué) 院 2011 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）13價格低廉、穩(wěn)定可靠而得到廣泛應(yīng)用，是設(shè)計智能化儀器儀表的首選微控制器。單片機結(jié)合簡單的晶體振蕩電路和復(fù)位電路即可構(gòu)成單片機最小系統(tǒng)，它是智能化儀器儀表的基礎(chǔ)，也是測控、監(jiān)控的重要組成部分。數(shù)據(jù)的處理和傳送都在單片機內(nèi)完成。單片機用來接收傳感器送來的脈沖，觸發(fā)中斷；在中斷中對脈沖進行累加，數(shù)據(jù)個十分離；處理數(shù)據(jù)成為對應(yīng)的語音地址傳送到語音芯片；將數(shù)據(jù)傳送到數(shù)碼管顯示。單片機隊數(shù)據(jù)的處理傳送具體在下面的電路中有詳細介紹。3.2.1 復(fù)位電路如圖 3.2，復(fù)位電路和時鐘電路是維持單片機最小系統(tǒng)運行

28、的基本模塊。復(fù)位電路通常分為兩種：上電復(fù)位和手動復(fù)位。有時系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)死機的情況，在程序開發(fā)過程中，經(jīng)常需要手動復(fù)位，而本次由于有電源開關(guān)，相當于手動復(fù)位，所以設(shè)計的電路選用上電復(fù)位。對復(fù)位電路的要求上復(fù)位電容的上電充電過程要大于 2 個單片機機器周期，參數(shù)上選擇如圖 3.2，接地電阻選 10k 電阻，復(fù)位電容為 10uF。3.2.2 時鐘電路高頻率的時鐘有利于程序更快的運行，也可以實現(xiàn)更高的信號采樣，從而實現(xiàn)更多的功能。但是對系統(tǒng)要求較高，而且功耗大，運行環(huán)境苛刻?？紤]到單片機本身用作控制芯片，并非高速信號采樣處理，所以選取合適的頻率即可。單片機內(nèi)部無晶振電路，必須外加晶振電路才能使

29、單片機工作，通常選用的晶振頻率為 1.2MHZ-12MHZ 之間，晶振頻率越大，系統(tǒng)時鐘頻率越高，單片機的運行速度越快，但反過來速度越快對存儲器的要求越高。合適頻率的晶振對于選頻信號強度準確度都有好處，一般選取 12.000Mhz 無源晶振接入 XTAL1 和 XTAL2 引腳。晶振電路中選擇的兩個 30pF電容有去容抗去粗超的作用，有穩(wěn)定晶振頻率的作用。3.3 霍爾傳感器電路計數(shù)器傳感器選擇霍爾傳感器 A1104，霍爾傳感器檢測磁信號，霍爾傳感器通電處于高電平，檢測到磁信號產(chǎn)生電壓變化輸出低電平，低電平輸出到單片機 T0 口。123456ABCD654321DCBATitleNumberRe

30、visionSizeBDate:1-Apr-2011 Sheet of File:C:Documents and SettingsAdministrator.WWW-24BD733DAF8動動動動動071動動動動動動CLR.DdbDrawn By:R1010K123IC1HallelementVCC圖 3.3 霍爾傳感器電路麗水學(xué) 院 2011 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）14 本設(shè)計中霍爾傳感器通電后本身處于高電平，當磁鋼通過時，霍爾元件感應(yīng)磁場產(chǎn)生電壓，經(jīng)過內(nèi)部放大器放大后輸出到內(nèi)部場效應(yīng)管的基極使其導(dǎo)通接地，產(chǎn)生低電平，單片機的 INT0 口，單片機下降沿有效進入中斷，對脈沖數(shù)進行累加，累加的

31、數(shù)據(jù)進行個十分離后跳出中斷，通過主程序處理發(fā)送數(shù)據(jù)對應(yīng)的地址到 PM50 芯片的數(shù)據(jù)端，此地址對應(yīng)語音芯片的錄音地址報出相應(yīng)的語音片段，這樣就實現(xiàn)了累加后的數(shù)據(jù)播報，然后通過單片機的 P0 口和 P2 口將數(shù)據(jù)顯示在數(shù)碼管中，其中 P2 口對應(yīng)位選端口。這樣整個計數(shù)語音播報顯示數(shù)據(jù)完成。3.4 顯示電路 兩位數(shù)碼管分別與單片機的 P0 口和 P2 口連接實現(xiàn)動態(tài)顯示。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:17-M ay-2011Sheet of File:C:Documents and SettingsAdministrator動 動

32、 動 動 動 071動 動 動 0511動 動 動 CLR.DdbDrawn By:R2100R3100R5100R6100R7100R8100R9100R11100Q1PNPQ2PNPR131KR121KVCC1212O1K1K212346789105LED1P1.01P1.12P1.23P1.34P1.56P1.45P1.67P1.78P0.039P0.138P0.336P0.237P0.435P0.534P0.633P0.732RXD10P2.021P2.122P2.223P2.526P2.728TXD11P2.627P2.425P2.324ALE30PSEN29INT012INT113

33、T115T014EA31XTAL119XTAL218RST9RD17WR16VCC40VSS20U289C52圖 3.4 顯示電路圖位選部分十位對應(yīng)單片機的 P2.0 口，個位對應(yīng)單片機的 P2.1 口。單片機的 P0 口分別對應(yīng)數(shù)碼管的各個 LED，單片機控制各個 LED 的開與關(guān)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示。我們已經(jīng)知道了所要使用的數(shù)碼管型號及引腳縮對應(yīng)的數(shù)碼管同名端，P0.1 到 P0.7 分別接數(shù)碼管的 a,b,c,d,e,f,g,h。由此我們可以設(shè)定數(shù)碼管顯示的數(shù)字對應(yīng)的段碼如下表 3.5：表 3.5通過單片機的 P2 口控制數(shù)碼管選通后，將要顯示的數(shù)據(jù)顯示在數(shù)碼管上。比如要顯示32 這個數(shù)，單

34、片機中個十分離后的數(shù)據(jù)為 3 和 2，位選 1 選通，發(fā)送 3 的段碼 0 xC0 顯示，再選通位選 2，發(fā)送 2 的段碼，這樣顯示完成。01234567890 xC00 xF90 xA40 xB00 x990 x920 x820 xF80 x800 x90麗水學(xué) 院 2011 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）153.5 PM50 放音電路PM50芯片可以和少量的外圍元件構(gòu)成一個最小化的錄放音電路。它可以工作在并行模式和串行模式，本設(shè)計使用串行模式，下面是經(jīng)典的最小化錄放音電路圖：123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:1-Apr-2011 Sh

35、eet of File:C:Documents and SettingsAdministrator.WWW-24BD733DAF8動動動動動071動動動動動動CLR.DdbDrawn By:K1K2R1100R412K12J1CON2C1104VCCGND1FC2FA3K14K25K36K47K58K69K710K811ROSC12SP113SP214VDD15LE D16O817O718O619O520O421O322O223O124R25FK26FD27FM28U1PM50O1圖 3.6 最小化放音電路圖在該串行模式下最大可分 128 段，K1 為數(shù)據(jù)端，K2 為時鐘端，O1 為忙信號端。

36、時鐘上升沿時數(shù)據(jù)端有效。語音段的地址為 80HFFH，第一段的地址是 80H，按順序排列，最多 128 段語音。外部單片機直接送入要放音的段號數(shù)據(jù)，播放，結(jié)束時 PM50 的忙信號拉低，在判斷一段語音結(jié)束時，外部單片機再送下一段語音的段號。最小系統(tǒng)的外圍電路只需一只振蕩電阻、一只電源濾波電容。電阻選 12K 歐，濾波電容選 104pF。單片機控制時序圖如下，K2 時鐘為 10HZ100KHZ內(nèi)均可，選擇 1KHZ。麗水學(xué) 院 2011 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）16 圖 3.7 PM50 工作原理圖語音段的地址從 80H 開始，80H，81H，82H，83H，84H，85H，86H，87H，88H

37、，89H 分別對應(yīng)的數(shù)字語音是1，2，3，4，5，6，7，8，9，十，對于大于等于 10 的數(shù)字報數(shù)，比如 11，先報 1，然后報十，然后再報 1。這樣就實現(xiàn)了用最少的語音片段對數(shù)字的播報。本次設(shè)計語音芯片語音段的錄音已經(jīng)由商家錄好了，當我拿到芯片的時候已經(jīng)可以直接使用了，大大方便了我設(shè)計的完成。麗水學(xué) 院 2011 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）17第四章 軟件設(shè)計4.1 主程序設(shè)計主程序的設(shè)計框圖如上圖 4.1，在程序設(shè)計中，設(shè)定的全局變量中 play 為語音播放標志位，temp 為脈沖數(shù)。主程序先實現(xiàn)數(shù)據(jù)的初始化（開中斷、數(shù)據(jù)堆棧的設(shè)置：EX0=1，IT0=1，EA=1,play=0），然后再判

38、斷標志位，在語音標志位 play=1 時進入程序中斷，再實現(xiàn)語音播報和數(shù)碼管的顯示。當沒有觸發(fā)中斷時，一直處在語音標志位判斷的死循環(huán)中，不斷調(diào)用放音程序和 LED 顯示程序。 圖 4.1 主程序框圖 圖 4.2 中斷程序框圖4.2 外部中斷模塊程序設(shè)計外部中斷的程序設(shè)計如框圖 4.2，霍爾傳感器接收到磁信號產(chǎn)生一個脈沖到單片機，觸發(fā)單片機外部中斷以后先置語音播報標志位為 1，中斷主要是負責(zé)對脈沖次數(shù)累加，因為只用到 2 位數(shù)碼管，最高數(shù)設(shè)為 99，所以要判斷脈沖數(shù) temp 是不是溢出，溢出則重新賦值，如果沒有溢出進行下一步數(shù)據(jù)處理，將脈沖數(shù) temp 拆分為個數(shù)和十位數(shù)。完成后退出中斷。進入

39、中斷Play=1Temp+判斷Temp99Temp 個十分離跳出中斷Temp=1YN判斷 play=1數(shù)碼管顯示,play=0NY語音報數(shù)初始化麗水學(xué) 院 2011 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）18 4.3 語音報數(shù)程序框圖圖 4.3 語音報數(shù)程序框圖如圖4.3，程序判斷標志位為1后進入播報和顯示,進入子程序后先判斷是兩位數(shù)還是一位數(shù)，根據(jù)不同播報數(shù)字，播報完畢以后進入顯示處理。LED顯示程序做動態(tài)顯示，段碼從P0口輸出，P2口做位選擇。每一段語音都有各處的地址，此段程序的設(shè)計就是讓單片機串行輸出語音存放地址，語音芯片便會按接收的地址，播放相應(yīng)的語音。例如32，十位為3，先發(fā)送3的地址（0 x82H

40、）并發(fā)音，再發(fā)送十音的地址（0 x89H）并發(fā)音，個位為20，發(fā)送2音的地址（0 x81H）到語音芯片并發(fā)音，這樣就連續(xù)播報完成了3、十、2三個音，完成了32的語音播報。判斷 temp 十位是否0發(fā)送十位數(shù)音的地址并發(fā)音發(fā)送十音的地址并發(fā)音判斷個位是否0發(fā)送個位音的地址并發(fā)音YNNplay=1Y數(shù)碼管顯示麗水學(xué) 院 2011 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）19第五章 系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試5.1 軟件調(diào)試軟件設(shè)計與調(diào)試采用 KEIL 與 proteus 一起配合在電腦完成的，先采用分模塊的設(shè)計方法分別設(shè)計出數(shù)碼管顯示與單片機計數(shù)，這里直接用開關(guān)代替霍爾元件作為觸發(fā)單片機的外部中斷信號，由于語音播報的 PM5

41、0 芯片在 proteus 軟件調(diào)試中無法調(diào)試但是原理比較簡單，所以我采取實物直接調(diào)試。5.1.1 分模塊設(shè)計1. 數(shù)碼管顯示兩位數(shù)碼管，各個引腳都通過實際測量，分別與單片機的 P0 口相連，位選端與 P2 口相連，與上面電路的設(shè)計一樣。在分模塊上調(diào)試，在分別給兩個位選端一個適當?shù)碾妷海纯磾?shù)碼管是否根據(jù)位選的導(dǎo)通情況進行暗亮轉(zhuǎn)變。2. 單片機計數(shù)模塊軟件調(diào)試中單片機的 T0 口直接與一個開關(guān)相連，開關(guān)另一端通 5 負，關(guān)狀態(tài)的時候T0 口高電平，開狀態(tài)的時候單片機的 T0 口處于低電平，下降沿有效，觸發(fā)中斷，進入中斷后進行累加計數(shù)，累加后的數(shù)據(jù)個十分離，跳出中斷。單片機控制 P2 口的值,進

42、行數(shù)碼管的位選，將數(shù)據(jù)在數(shù)碼管上顯示。5.1.2 軟件調(diào)試出現(xiàn)的問題和解決的辦法1.數(shù)碼管分模塊調(diào)試的時候是可以的，但是在整體調(diào)試中，無法顯示數(shù)據(jù)，出現(xiàn)亂碼顯示，最后在同學(xué)檢查后發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管各管腳對應(yīng)的 P0 口出現(xiàn)偏差，和程序定義的相應(yīng)段碼不合，改正后正常。2.在系統(tǒng)的把全部分模塊結(jié)合時，由于各延時的時間沒有進行過計算，調(diào)試中不穩(wěn)定，后來跟同學(xué)討論研究計算后解決。5.2 硬件調(diào)試在制作 PCB 板時經(jīng)常會有點錯誤，焊接不好難免會帶來些許錯誤，這樣就必須要有硬麗水學(xué) 院 2011 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）20 件的調(diào)試部分。硬件的調(diào)試需要知道原理，并且通過理論值與實測值對比進行分析，再對實物再進行

43、修改。本次調(diào)試出現(xiàn)如下幾點錯誤：1. 單片機不能工作，VCC 有 5V 電壓，GND 也接地了，復(fù)位電路也無問題，后來發(fā)現(xiàn)晶振電路有問題，焊點沒焊好。2. 數(shù)碼管顯示經(jīng)常出現(xiàn)某段不常亮，先開始出現(xiàn)閃爍，最后直接不亮了，用萬用表測量這段可以用，數(shù)碼管重新焊接后還是不亮，換同型號數(shù)碼管后還是這個問題，檢測單片機無問題，最后只能重新制板，解決問題。3. 這次設(shè)計的電路圖本來是有上拉電阻的，但是 pcb 排版不好，焊接比較麻煩，并且本電路可有可無，重新制作的 pcb 中無排阻，但是實物中有排阻的孔無排阻。4. 在語音調(diào)試中由于對語音芯片的不熟悉，調(diào)試過程中小問題不斷，但是無大的問題出現(xiàn)，不多介紹了。5

44、. 總結(jié)這次硬件調(diào)試，板做的好壞與焊接的好壞影響會比較大點，無緣無故出現(xiàn)問題多數(shù)問題出在這里，不過這次的霍爾元件在調(diào)試中可以工作，但是靈敏度不是很大，對磁鋼的感應(yīng)距離只有幾毫米，實際測量發(fā)現(xiàn)，A1104 霍爾器件對同一塊磁鋼的感應(yīng)距離會隨著輸入的電壓增大而增大。麗水學(xué) 院 2011 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）21第六章 總結(jié)與展望把論文結(jié)束的瞬間，覺得自己又回到了在學(xué)校學(xué)習(xí)，拿著書本翻閱資料，不懂的會追根究底，工作了，看書時間就少了，也沒有那么多的時間將問題深思熟慮，考的不周全，學(xué)習(xí)的感覺很棒，吸收知識很充實。經(jīng)過一個月的打理，畢業(yè)設(shè)計總歸完成了?？梢哉f完成的很累。我喜歡設(shè)計，這是我四年大學(xué)生活對

45、我作出的努力的體現(xiàn)。就這樣，我是積極地去做我的畢業(yè)設(shè)計，給大學(xué)的最后時光留下忙碌的身影！本設(shè)計中所闡述的僅僅是一種簡易的自制語音報數(shù)計數(shù)器電路設(shè)計?，F(xiàn)實生活中很多領(lǐng)域都會用到，而因此經(jīng)濟又實用?？傊?，不論工作還是學(xué)習(xí)，都要理論聯(lián)系實際，運用相關(guān)的理論知識，通過對電路原理的介紹和探究，得出其制作方案與實踐應(yīng)用原理，并重點研究了其相關(guān)的核心技術(shù)和應(yīng)用理論。相信，在現(xiàn)實生活中該理論一定能得到很好的應(yīng)用和更為廣闊的發(fā)展。在畢業(yè)設(shè)計過程中，我深深的體會到，實踐必須在充分理解電路原理的基礎(chǔ)上，才能做到目標明確，操作準確。反過來，分析調(diào)試過中的得失，能加深對理論的理解。我也將許多遺忘的知識又給溫習(xí)了。通過這

46、次畢業(yè)設(shè)計，我才明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。本課題在選題及研究過程中得到徐淑明老師悉心指導(dǎo)和同學(xué)的熱心幫助，幫助我開拓思路使我可以順利完成設(shè)計。麗水學(xué) 院 2011 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）22 致 謝感謝我的所有任課老師，他們嚴謹細致、認真講解，他們循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。四年的大學(xué)生活中，它們不管在生活還是學(xué)習(xí)上都給我很大的幫助，讓我從靦腆的小男孩變成能獨立面對社會的畢業(yè)生。首先向跟隨我們四年的班主任胡葉民老師致以最誠摯的感謝，他不僅是我的老師，更是我的益友，在我的四年大學(xué)生活中他不僅給予我們學(xué)習(xí)上的

47、幫助還給我生活上很多幫助，鍛煉我的各方面能力，使我步入社會時能很快很好的融入。還要感謝的是在我平時學(xué)習(xí)中給我很大幫助的老師們，他們淵博的知識，嚴謹?shù)闹螌W(xué)，讓我不僅學(xué)到了扎實的專業(yè)知識，還教會了我如何做人，面對問題養(yǎng)成了沉著冷靜，努力解決。上班了，面對自己不熟悉的環(huán)境，我要適應(yīng)，上班了沒有很多的時間看書，更沒有多少時間來做畢業(yè)設(shè)計，在我現(xiàn)在做這個設(shè)計時，離我離開學(xué)校有半年多了，很多知識我們已經(jīng)忘掉了，在這里我要感謝徐淑明老師，在百忙之中抽出時間輔導(dǎo)我，幫助我做畢業(yè)設(shè)計輔導(dǎo)，使我節(jié)省和很多時間，順利完成畢業(yè)設(shè)計。最后要感謝的是我的父母，因他們的給予我才能在這校園里完成我的大學(xué)夢想，使我的人生閱歷提

48、高，增長見識，提高了自己個方面的素質(zhì)和涵養(yǎng)。也要感謝我的同學(xué)。 ，因為我們團結(jié)我們才能高效的完成畢業(yè)設(shè)計。在未來的日子里，我會更加努力的學(xué)習(xí)和工作，不辜負父母對我的殷殷期望！我一定會好好孝敬和報答他們！在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！麗水學(xué) 院 2011 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）23參考文獻1 楊愛琴 數(shù)字電路與邏輯設(shè)計M北京:科學(xué)出版社，20052 張毅剛 單片機原理與應(yīng)用M北京:高等教育出版社，20093 劉平，馬云 電路設(shè)計基礎(chǔ)與專用系統(tǒng)構(gòu)成M北京:科學(xué)出版社，2006.94 赫建

49、國，鄭燕，薛延俠 單片機在電子電路設(shè)計中的應(yīng)用M.北京:清華大學(xué)出版社，2006.55 歐陽文 ATMEL89 系列單片機的原理與開發(fā)實踐M北京:中國電力出版社，20076 張大明 單片機控制實訓(xùn)指導(dǎo)及綜合應(yīng)用實例M北京:機械工業(yè)出版社，20077 徐瑋，徐富軍，沈建良 C51 單片機高效入門M.北京:機械工業(yè)出版社，20078 潘永雄 新編單片機原理與應(yīng)用M西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2007.29 劉文秀 單片機仿真J中國學(xué)術(shù)期刊，2004，6(5):56-61.10 康華光 電子技術(shù)基礎(chǔ)M.西安交通大學(xué),2008.8 40-5511 戴仙金 51 單片機及其 C 語言程序開發(fā)實例M清華

50、大學(xué)出版社.2008.12 (完整)12 王昊天，李海濤，王志強 PIC 單片機原理與應(yīng)用M機械工業(yè)出版社 2010.1 19-3913 李平，李亞榮，關(guān)天民 PM50 的高響度語音電路設(shè)計M大連交通大學(xué),2005.114 唐明道，楊林武 PM50 單片語音錄放電路應(yīng)用J電子技術(shù)雜志 199815 Joseph.A method of developing 80C552 microcontroller on MCS-51 deviceJ.East China Institute of Metallurgy,1998 ,14(27):101-125.麗水學(xué) 院 2011 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）2

51、4 附錄 1 電路原理圖123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:3-Apr-2011 Sheet of File:C:Documents and SettingsAdministrator.WWW-24BD733DAF8動動動動動071動動動動動動CLR.DdbDrawn By:R2100R3100R5100R6100R7100R8100R9100R11100Q1PNPQ2PNPR131KR121KVCC1212O1K1K2C5104VCCRSTVCCR1010K123IC1HallelementVCCC230C430Y112MR1410K+C310uFVCCRSTVin1GND2Vout3U3LM7805S1+C7220uF+C6220uFR151K12J3DC 12VVCCK1K2R1100R412K12J1CON2C1104VCCDS1REDGND1FC2FA3K14K25K36K