基于單片機的錄音筆的設計與實現(xiàn)畢業(yè)設計好!

1、<p>　　基于單片機的錄音筆的</p><p><b>　　設計與實現(xiàn)</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著電子技術的飛速發(fā)展，數(shù)碼錄音筆已得到越來越多的人的青睞，論文通過對多種錄音筆的設計方案進行比較和分析，選定低成本的STC單片機設計一個數(shù)字錄音筆。</p>

2、<p>　　本論文研究基于單片機錄音筆的設計，在對音頻采集理論研究的基礎上，本設計以低功耗STC89C51單片機為控制核心，通過單片機、語音芯片ISD4004、液晶顯示LCD12864、鍵盤模塊、溫度傳感器模塊及實時時鐘模塊結合實現(xiàn)了硬件電路的設計，ISD4004語音芯片使得大大簡化了外圍電路的設計，也很好保證了錄音效果，LCD12864使得人機交互更簡潔方便，同時，本設計還增加了時間、溫度的顯示及語音播報功能。文中也給出

3、了軟件部分的程序，并且通過現(xiàn)場調試，達到預期的效果。</p><p>　　數(shù)碼錄音筆在錄音領域等實際應用中具有諸多優(yōu)勢，值得進一步學習和研究。</p><p>　　關鍵詞：低功耗 STC89C51 ISD4004 錄音 語音播報</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With

4、 the rapid development of electronic technology, digital voice recorder has been more and more people of all ages, the paper compared and analyzed by a variety of recording pen design, selected low-cost STC microcontroll

5、er design a digital voice recorder.</p><p>　　The thesis is based on the design of the single-chip voice recorder, on the basis of theoretical research on audio capture, the design of low power SCM STC89C51 f

6、or control core LCD12864, keyboard module, the temperature sensor module, single-chip, voice chip ISD4004, liquid crystal display and the real-time clock module to achieve a combination of hardware circuit design, ISD400

7、4 voice chip so that greatly simplifies the design of peripheral circuits is also very good to ensure that recordings,</p><p>　　Digital voice recorder has many advantages in practical applications such as re

8、cording field, it is worth further study and research.</p><p>　　Key words: low-power STC89C51 ISD4004 recording voice broadcast</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I

9、I</b></p><p>　　Abstract錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　目錄IV</b></p><p><b>　　前言1</b></p><p>　　1 設計要求及方案2</p><p>　　1.1 設計任務及要求2</

10、p><p>　　1.2 設計方案選擇與論證2</p><p>　　2 系統(tǒng)的硬件設計與實現(xiàn)4</p><p>　　2.1 核心控制模塊4</p><p>　　2.1.1 STC89C58RD+單片機介紹4</p><p>　　2.1.2 單片機復位、晶振電路設計7</p><p>　　2.

11、2 音頻處理模塊7</p><p>　　2.2.1 ISD4004芯片簡介8</p><p>　　2.2.2 SPI10</p><p>　　2.2.3 LM386芯片簡介14</p><p>　　2.2.4 音頻處理電路設計15</p><p>　　2.3 液晶顯示模塊16</p><

12、p>　　2.3.1 LCD12864介紹16</p><p>　　2.3.2 12864模塊與單片機接口電路18</p><p>　　2.4 時鐘模塊19</p><p>　　2.4.1 DS1302介紹19</p><p>　　2.4.2 DS1302模塊電路21</p><p>　　2.5 溫度采集

13、模塊21</p><p>　　2.5.1 DS18B20介紹21</p><p>　　2.5.2 DS18B20電路連接22</p><p>　　2.5 電源模塊22</p><p>　　2.6 蜂鳴器模塊23</p><p>　　3 系統(tǒng)軟件設計與實現(xiàn)24</p><p>　　3.

14、1主程序流程圖及代碼24</p><p>　　3.2 子程序的設計25</p><p>　　3.2.1 錄放聲音程序設計25</p><p>　　3.2.2 LCD12864程序設計26</p><p>　　3.2.3 DS1302程序設計27</p><p>　　3.2.4 DS18B20程序設計28&l

15、t;/p><p>　　4軟硬件調試及結果30</p><p><b>　　總結32</b></p><p><b>　　致謝33</b></p><p><b>　　參考文獻33</b></p><p>　　附件一 系統(tǒng)總原理圖34</p&g

16、t;<p>　　附件二 系統(tǒng)PCB35</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　錄音筆對于我們現(xiàn)如今的人們已經是再熟悉不過的產品了，它已經應用在了很多領域。正是由于錄音筆能夠錄音的特點，在你無法憑借記憶記住重要談話，或者重要會議的重要內容的時候，它便體現(xiàn)除了它的優(yōu)勢，清晰完整無誤的記錄下你要記錄的東西，而你能夠拿出更多的時間來處理

17、其他事情，當你有充足的時間時再來處理這些未處理的內容。除此之外錄音筆小巧易于攜帶，存儲內容量大，基于這些優(yōu)點，越來越多的得到人們的青睞！通過對先進技術的兼收并蓄，并高標準、能夠高起點自主開發(fā)一系列的高技術產品，因此研究本課題具有非常重要的實用意義。</p><p>　　隨著視聽家電產品的不斷豐富，已經有越來越多微小型產品走入人們的日常生活，他們最突出的優(yōu)點是體積小，而且重量輕，給人們帶來了方便。作為一種簡單的獲取

18、和記錄數(shù)字化文件的工具，錄音筆風靡市場，成為學生記者、商務人士購置錄音設備的首選，也成為時間緊張在職人員的掌上新寵。這正是本次論文選題的主要依據(jù)和動機。</p><p>　　現(xiàn)在所說的錄音筆指的數(shù)碼錄音筆，數(shù)字錄音器的一種，為了便于操作和提升錄音質量造型并非以單純的筆型為主，攜帶方便，同時擁有多種功能，如激光筆功能、FM 調頻、MP3 播放等。與傳統(tǒng)錄音機相比，數(shù)碼錄音筆是通過數(shù)字存儲的方式來記錄音頻的。<

19、/p><p>　　本論文研究基于單片機錄音筆的設計，在對音頻采集理論研究的基礎上，本設計采用低功耗STC89C51單片機為控制核心，通過單片機、語音芯片ISD4004、液晶顯示LCD12864、鍵盤模塊、溫度傳感器模塊及實時時鐘模塊等結合實現(xiàn)了硬件電路的設計，ISD4004 語音芯片使得大大簡化了外圍電路的設計，也很好保證了錄音效果，LCD12864使得人機交互更簡潔方便，同時，本設計還增加了時間、溫度的顯示及語音播

20、報功能。論文末尾給出了軟件部分的程序，并且通過了現(xiàn)場調試，達到預期的效果。</p><p>　　這次的設計也有很多的不足，我相信數(shù)碼錄音筆在以后的不斷發(fā)展和完善后將不斷的給人們的工作和生活帶來更多的方便。</p><p><b>　　1 設計要求及方案</b></p><p>　　隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，錄音筆已經廣泛應用到學習、生活、工作中，進而

21、對其功能和性能提出了更高的要求，為此設計一款數(shù)碼錄音筆。</p><p>　　1.1 設計任務及要求</p><p>　　此次的設計任務是設計一款基于單片機的錄音筆的設計。</p><p><b>　　設計要求如下：</b></p><p>　　●具有單片機核心控制模塊；</p><p>　　●具

22、有音頻處理模塊（ISD4004及功放LM386模塊）；</p><p>　　●具有LCD顯示模塊（LCD12864模塊）；</p><p>　　●具有鍵盤控制模塊。</p><p>　　●具有（定時）錄音、放音功能。</p><p>　　●具有語音、溫度顯示及語音播報功能。</p><p>　　1.2 設計方案選擇與論

23、證</p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　基于單片機、數(shù)字信號處理器 DSP、FLASH 存儲器的數(shù)碼錄音放音系統(tǒng)。在錄音時，語音信號經過處理后送到 A/D 轉換器，轉換成數(shù)字信號，把這些數(shù)字信號送到數(shù)字信號處理器DSP進行壓縮處理，壓縮后的語音數(shù)據(jù)與時間日期一起送到FLASH 中，回放時從 FLASH 存儲器中讀取壓縮的數(shù)據(jù)以及時間，經過

24、 D/A 轉換后，再通過喇叭等具有播放功能的器件進行播放。具體框圖如下所示：</p><p>　　由于此方案要通過A/D芯片，專門的DSP芯片，本設計不需要高速、高精度運算，而且DSP功耗相對高，成本比較高，因此不選擇此方案。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>　　采用處理器集成型可重構系統(tǒng)PICEX實現(xiàn)數(shù)碼錄音筆的

25、核心部分設計，對于每一個模塊功能實現(xiàn)模塊都構成一個可實現(xiàn)重構功能模塊。在系統(tǒng)完成各種任務時，可重構模塊的運行是完全獨立于內核的，在編程中使個個模塊并行運行。錄音狀態(tài)時各部件采用流水線的方法，即每個部件的輸入數(shù)據(jù)都取自上一個部件輸出的一個值，各部件幾乎同時進行工作，處于并行運行狀態(tài)。雖然此方案提高了系統(tǒng)的并行性，節(jié)省了資源這種設計所需重構部件多，設計工作量大操作時間長，所以本設計也不采取這種方案。</p><p>

26、<b>　　方案三：</b></p><p>　　通過51單片機與語音功能集成芯片ISD4004，以及 LCD12864 液晶芯片進行設計，由單片機控制ISD4004來實現(xiàn)語音的錄制存儲以及播放清除等功能。并且通過LCD12864來實現(xiàn)良好的人機交互界面。具體框圖如下所示：</p><p>　　由于采用資源不多的 51 單片機，這樣節(jié)省了資源同時單片機運算速度已經足夠

27、用于檢測按鍵，以及控制錄音筆進行各種操作，而且這種設計無需對數(shù)字信號進行編碼壓縮的復雜的操作，實現(xiàn)簡單，功耗不高，相對而言成本也不高，所以本設計采用了此方案。</p><p>　　2 系統(tǒng)的硬件設計與實現(xiàn)</p><p>　　2.1 核心控制模塊</p><p>　　控制模塊是整個錄音筆的核心，實現(xiàn)對語音芯片ISD4004、溫度ds18b20、實時時鐘ds1302、

28、液晶顯示模塊發(fā)送或接受指令，使其完成相應的動作。本設計采用了型號為STC89C58RD+單片機，它是一種簡明易掌握，效率較高的指令系統(tǒng)，對存儲空間和時間的利用率較高。</p><p>　　2.1.1 STC89C58RD+單片機介紹</p><p>　　STC89C58RD+是宏晶科技生產的低電壓、高性能CMOS 8位單片機，片內含32KB的可以反復檫寫的程序存儲器和1280B的隨機存取數(shù)

29、據(jù)存儲器（RAM），器件采用高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內配置有通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，可靈活的應用于各種控制領域。STC89C58RD+單片機與Intel公司的80C52在引腳排列、硬件組成、工作特點和指令系統(tǒng)等方面兼容。其主要工作特性是：</p><p>　　●片內程序存儲器內含32KB的Flash程序存儲器，可以擦寫壽命為100，000次以上；&l

30、t;/p><p>　　●片內數(shù)據(jù)存儲器內含有1280字節(jié)的RAM；</p><p>　　●有32根可編程I/O口線；</p><p>　　●有2個可編程定時器；</p><p>　　●中斷系統(tǒng)是有5個中斷源、5個中斷矢量、2個級優(yōu)先權的中斷結構；</p><p>　　●串行口是有一個全雙工的可編程串行通信口；</p&

31、gt;<p>　　●有一個數(shù)據(jù)指針DPTR；</p><p>　　●低功耗工作模式有掉電模式和空閑模式；</p><p>　　●有可編程的3級程序鎖定位；</p><p>　　●工作電源電壓為5.5~3.4V，且典型值為5V；</p><p>　　●最高工作頻率為40MHz；</p><p>　　●工作溫

32、度范圍：-40 ~+85℃。</p><p>　　STC89C58RD+單片機的引腳排列如圖2.1：</p><p><b>　　引腳功能：</b></p><p><b>　　Vcc:電源電壓</b></p><p><b>　　GND:地</b></p>&l

33、t;p>　　P0口：為雙向8為三態(tài)I/O接口。作為輸出口用的時候，每位能吸收電流的方式驅動8個TTL 邏輯門電路，當對端口P0 寫“1”時，可以作為高阻抗輸入端用。</p><p>　　在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或者程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間將激活內部上拉電阻。</p><p>　　在FLASH編程時，P0口接收指令字節(jié)，然而在程序校驗時，輸出指

34、令字節(jié)，當校驗時，要求外接上拉電阻。</p><p>　　P1口：PI 是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，Pl口輸出緩沖級能夠驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。當作為輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻的某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流，與AT89C51不同之處是，Pl.0 和P1.1還能夠分別作為定時/計數(shù)器2 的外部計

35、數(shù)輸入（Pl.0/T2 ）和輸入（P1.1/T2EX) 。</p><p>　　P2口：P2 是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口輸出緩沖級能夠驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯電路。對端口P2寫“l(fā)"，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口，當作為輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻的某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（llt ）。</p><p>

36、;　　在訪問外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOvx@DPTR 指令）時，P2會送出高8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX@RI指令）時，P2口會輸出P2鎖存器的內容。</p><p>　　P3口：P3口是一組帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級能夠驅動(吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口P3寫入“1”時，它們將會被內部上拉電阻拉高并可以作為

37、輸入端口。此時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL) 。 </p><p>　　P3口除了作為一般的I/0口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下所示：</p><p>　　端口引腳 第二功能 </p><p>　　P3.0 RXD（串行輸入口〕 </p><p>　　P3.1 TXD（串行輸出口〕 </p><

38、;p>　　P3.2 INTO（外中斷0〕 </p><p>　　P3.3 INTO（外中斷l(xiāng)) </p><p>　　P3.4 TO （定時／計數(shù)器0 ) </p><p>　　P3.5 Tl （定時／計數(shù)器l ) </p><p>　　P3.6 WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） </p><p>　　P3.7 RD

39、（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） </p><p>　　此外，P3口還會接收一些用于FLASH閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。</p><p>　　2.1.2 單片機復位、晶振電路設計</p><p>　　AT89C52單片機復位、晶振電路如圖2.2、圖2.3：</p><p>　　晶振是石英振蕩器的簡稱，英文名為Crystal，晶振分為有源晶振

40、和無源晶振兩種，它的作用是在電路產生震蕩電流并且發(fā)出時鐘信號。它是時鐘電路中最重要的部件，它的作用是向IC等部件提供基準頻率，它就像個標尺，工作頻率不穩(wěn)定時會造成相關設備工作頻率的不穩(wěn)定，自然容易出現(xiàn)問題。由于制造工藝的不斷提高，現(xiàn)在晶振的頻率偏差、溫度穩(wěn)定性、老化率和密封性等重要技術指標都很好，已經不太容易出現(xiàn)故障，但在選用時仍然需要留意一下晶振的質量。</p><p>　　復位電路是為了確保微機系統(tǒng)中電路穩(wěn)定

41、必不可少的一部分，復位電路的第一功能是上電復位。微機電路正常工作時一般需要供電電源為5V±5%，即4.75～5.25V。由于微機電路是時序數(shù)字電路，需要穩(wěn)定的時鐘信號，因此在電源上電時，只有當VCC超過4.75V并低于5.25V以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時，復位信號才能夠被撤除，微機電路開始正常的工作。</p><p>　　2.2 音頻處理模塊</p><p>　　音頻處理模塊主要由

42、語音芯片ISD4004，功放LM386等元件構成，其作用是對聲音的處理，通過單片機控制聲音的錄放。</p><p>　　2.2.1 ISD4004芯片簡介</p><p>　　ISD4004系列工作電壓3V,單片錄放時間8 至16分鐘,音質好,適用于移動電話及其他便攜式電子產品中。芯片采用CMOS 技術,內含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動靜噪及高密度多電平閃爍存貯陣列。

43、芯片設計是基于所有操作必須由微控制器控制,操作命令可通過串行通信接口(SPI 或Microwire)送入。芯片采用多電平直接模擬量存儲技術, 每個采樣值直接存貯在片內閃爍存貯器中,因此能夠非常真實、自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調和效果聲,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"。采樣頻率可為 4.0,5.3,6.4,8.0kHz,頻率越低,錄放時間越長,而音質則有所下降,片內信息存于閃爍存貯器中，特征

44、如下：</p><p>　　●單片8 至16 分鐘語音錄放 </p><p>　　●內置微控制器串行通信接口 </p><p><b>　　●3V單電源工作 </b></p><p><b>　　●多段信息處理 </b></p><p>　　●工作電流25-30mA,維持電流

45、1μA </p><p>　　●不耗電信息保存100 年(典型值) </p><p>　　●高質量、自然的語音還原技術 </p><p>　　●10 萬次錄音周期(典型值) </p><p><b>　　●自動靜噪功能 </b></p><p>　　●片內免調整時鐘,可選用外部時鐘 </p&

46、gt;<p>　　ISD4004內部結構框圖如圖2.4：</p><p>　　ISD4004引腳如圖2.5：</p><p>　　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,而去耦電容應盡量靠近器件。 </p><p>　　

47、地線 (VSSA,VSSD): 芯片內部的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線。 </p><p>　　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動。單端輸入時,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3KΩ電阻輸入阻抗決定了芯片頻帶的低端截止頻率。差分驅動時,信號最大幅度為峰峰值16mV，為ISD33000 系列相同。 </p><

48、p>　　反相模擬輸入(ANA IN-): 差分驅動時,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16mV </p><p>　　音頻輸出(AUD OUT): 提供音頻輸出,可驅動5KΩ的負載。 </p><p>　　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。 </p><p>　　串行輸入(MOS

49、I): 此端為串行輸入端，主控制器應在串行時鐘上升沿之前半個周期將數(shù)據(jù)放到本端,供ISD 輸入。 </p><p>　　串行輸出(MISO): ISD 的串行輸出端。ISD 未選中時,本端呈高阻態(tài)。 </p><p>　　串行時鐘(SCLK): ISD 的時鐘輸入端,由主控制器產生,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。 </

50、p><p>　　中斷(/INT): 本端為漏極開路輸出。ISD 在任何操作(包括快進)中檢測到EOM 或OVF 時,本端變低并保持。中斷狀態(tài)在下一個SPI 周期開始時清除。中斷狀態(tài)也可用RINT 指令讀取。OVF 標志----指示ISD的錄、放操作已到達存儲器的未尾。EOM 標志----只在放音中檢測到內部的EOM 標志時,此狀態(tài)位才置1。 </p><p>　　行地址時鐘(RAC): 漏極開

51、路輸出。每個RAC 周期表示ISD 存儲器的操作進行了一行(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?？爝M模式下,RAC的218.75μs是高電平,31.25μs 為低電平。該端可用于存儲管理技術。 </p><p>　　外部時鐘(XCLK): 本端內部有下拉元件。芯片內部的采樣時鐘在出廠前已調校,誤差在 +1%內。商業(yè)級芯片在整個溫度和電壓范圍內, 頻率變化在

52、+2.25%內。工業(yè)級芯片在整個溫度和電壓范圍內,頻率變化在-6/+4%內,此時建議使用穩(wěn)壓電源。若要求更高精度,可從本端輸入外部時鐘(如圖2.6)。由于內部的防混淆及平滑濾波器已設定,故上述推薦的時鐘頻率不應改變。輸入時鐘的占空比無關緊要,因內部首先進行了分頻。在不外接地時鐘時,此端必須接地。</p><p>　　自動靜噪(AMCAP): 當錄音信號電平下降到內部設定的某一閾值以下時,自動靜噪功能使信號衰弱,這

53、樣有助于養(yǎng)活無信號(靜音)時的噪聲。通常本端對地接1mF 的電容,構成內部信號電平峰值檢測電路的一部分。檢出的峰值電平與內部設定的閾值作比較,決定自動靜噪功能的翻轉點。大信號時,自動靜噪電路不衰減,靜音時衰減6dB。1mF 的電容也影響自動靜噪電路對信號幅度的響應速度。本端接VCCA 則禁止自動靜噪。</p><p><b>　　2.2.2 SPI</b></p><p&

54、gt;　　SPI(Serial Peripheral Interface--串行外設接口)總線系統(tǒng)是一種同步串行外設接口，它可以使MCU與各種外圍設備以串行方式進行通信以交換信息。SPI有三個寄存器分別為：控制寄存器SPCR，狀態(tài)寄存器SPSR，數(shù)據(jù)寄存器SPDR。外圍設備FLASHRAM、網絡控制器、LCD顯示驅動器、A/D轉換器和MCU等。SPI總線系統(tǒng)可直接與各個廠家生產的多種標準外圍器件直接接口，該接口一般使用4條線：串行時鐘線

55、（SCLK）、主機輸入/從機輸出數(shù)據(jù)線MISO、主機輸出/從機輸入數(shù)據(jù)線MOSI和低電平有效的從機選擇線SS(有的SPI接口芯片帶有中斷信號線INT、有的SPI接口芯片沒有主機輸出/從機輸入數(shù)據(jù)線MOSI)。 　　 　　</p><p>　　SPI接口是在CPU和外圍低速器件之間進行同步串行數(shù)據(jù)傳輸，傳輸數(shù)據(jù)為8位，在主器件的移位脈沖下，數(shù)據(jù)按位傳輸，高位在前，低位在后，為全雙工通信，數(shù)據(jù)傳輸速度總體來說比I2C

56、總線要快，速度可達到幾Mbps。如圖2.6所示，在SCLK的下降沿上數(shù)據(jù)改變，同時一位數(shù)據(jù)被存入移位寄存器。</p><p>　　SPI接口內部硬件圖如圖2.7：</p><p>　　ISD4004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 引腳的數(shù)據(jù),在下降沿將

57、數(shù)據(jù)送至 MISO引腳。協(xié)議的具體內容為：</p><p>　　1. 所有串行數(shù)據(jù)傳輸開始于SS下降沿。</p><p>　　2. SS在傳輸期間必須保持為低電平,在兩條指令之間則保持為高電平。</p><p>　　3. 數(shù)據(jù)在時鐘上升沿移入 , 在下降沿移出。</p><p>　　4. SS 變低,輸入指令和地址后,ISD才能開始錄放操作。

58、</p><p>　　5. 指令格式是(8位控制碼)加 (16 位地址碼 ) 。</p><p>　　6. ISD的任何操作(含快進)如果遇到EOM或OVF,則產生一個中斷,該中斷狀態(tài)在下一個SPI周期開始時被清除。</p><p>　　7. 使用"讀"指令使中斷狀態(tài)位移出ISD的MISO引腳時,控制及地址數(shù)據(jù)也應同步從MOSI端移入。因此要注意

59、移入的數(shù)據(jù)是否與器件當前進行的操作兼容。當然 , 也允許在一個SPI周期里,同時執(zhí)行讀狀態(tài)和開始新的操作(即新移入的數(shù)據(jù)與器件當前的操作可以不兼容)。</p><p>　　8. 所有操作在運行位(RUN)置1時開始 ,置0時結束。</p><p>　　9. 所有指令都在SS端上升沿開始執(zhí)行。</p><p>　　ISD4004上電順序如下：</p>&

60、lt;p>　　器件延時TPUD(8kHz采樣時,約為25毫秒)后才能開始操作。因此, 用戶發(fā)完上電指令后,必須等待TPUD,才能發(fā)出一條操作指令。</p><p>　　例如,從00從處發(fā)音,應遵循如下時序: </p><p>　　1. 發(fā) POWERUP 命令; </p><p>　　2. 等待 TPUD( 上電延時 ); </p><p&

61、gt;　　3. 發(fā)地址值為00的SETPLAY命令; </p><p>　　4. 發(fā)PLAY命令。</p><p>　　器件會從此00地址開始放音,當出現(xiàn)EOM時,立即中斷,停止放音。</p><p>　　如果從00處錄音,則按以下時序: </p><p>　　1. 發(fā)POWER UP命令; </p><p>　　2

62、. 等待TPUD(上電延時); </p><p>　　3. 發(fā)POWER UP命令；</p><p>　　4. 等待2倍TPUD; </p><p>　　5. 發(fā)地址值為00的SETREC命令; </p><p>　　6. 發(fā)REC命令。</p><p>　　器件便從00地址開始錄音,一直到出現(xiàn)OVF(存貯器

63、末尾)時 , 錄音停止。</p><p>　　ISD4004時序圖如圖2.9：</p><p>　　ISD4004回放/記錄和停止循環(huán)如下圖所示：</p><p>　　ISD4004指令表如圖2.11所示：</p><p>　　2.2.3 LM386芯片簡介</p><p>　　LM386是美國國家半導體公司生產的音頻

64、功率放大器，主要應用于低電壓消費類產品。為使外圍元件最少，電壓增益內置為20。但在1腳和8腳之間增加一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調為任意值，直至 200。輸入端以地位參考，同時輸出端被自動偏置到電源電壓的一半，在6V電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為24mW，使得LM386特別適用于電池供電的場合。其特性如下：</p><p>　　●靜態(tài)功耗低，約為4mA，可用于電池供電； </p><p&g

65、t;　　●工作電壓范圍寬，4-12V或 5-18V； </p><p><b>　　●外圍元件少； </b></p><p>　　●電壓增益可調，20~200； </p><p><b>　　●低失真度。</b></p><p>　　LM386的內部結構如圖2.12：</p><

66、p>　　LM386的引腳排列如圖2.13：</p><p>　　2.2.4 音頻處理電路設計</p><p>　　在本設計中，用語音芯片ISD4004-08MP和LM386構成的音頻處理電路(如圖2.14)。ISD4004可以工作在3.3v電壓，工作電流25-30mA，通過MIC采集聲音信息，輸入同相模擬輸入端(ANA IN+)，因為單端輸入時,信號由耦合電容輸入,此端最大幅度為峰峰

67、值32mV，所以選擇此端。ISD4004設計是基于所有操作必須由微控制器控制,操作命令可通過串行通信接口SPI送入，所以由單片機STC89C58RD+模擬SPI協(xié)議SPI接口控制該芯片執(zhí)行相應的動作。芯片采用CMOS 技術,內含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列。采集的信號經過ISD4004內部的一系列處理，從音頻輸出端(AUD OUT)輸出，經過LM386音頻放大電路放大，直接通過喇叭放出

68、來。其中音頻放大電路增益是20，輸入端通過可調電阻，調節(jié)可控制輸出音量的大小。電路中濾波電容的運用也是一大關鍵。</p><p>　　2.3 液晶顯示模塊</p><p>　　本模塊是由LCD12864液晶顯示器組成，由單片機控制使其顯示相應的界面。</p><p>　　2.3.1 LCD12864介紹</p><p>　　12864液晶圖形

69、顯示器可以顯示字母、數(shù)字符號、中文字型及圖形，具有繪圖及文字畫面混合顯示功能。提供三種控制接口，分別是8位微處理器接口，4位微處理器接口及串行（OCMJ4X16A/B無串行接口）。所有的功能，包含顯示RAM，字型產生器，都包含在一個芯片里面，只要一個最小的微處理系統(tǒng)，就可以方便操作模塊。內置2M-位中文字型ROM (CGROM) 總共提供8192 個中文字型(16x16 點陣)，16K-位半寬字型ROM (HCGROM) 總共提供126

70、 個符號字型(16x8 點陣)，64 x 16-位字RAM(CGRAM)，另外繪圖顯示畫面提供一個64x256點的繪圖區(qū)域（GDRAM）。內置8192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，可構成全中文人機交互圖形界面。其引腳說明如表2.1：</p><p>　　表2.1 LCD12864的顯示地址</p><p>　　（

71、1）LCD12864的顯示地址如表2.2：</p><p>　　表2.2 LCD12864的顯示地址</p><p>　　（2）LCD12864的圖像顯示</p><p>　　先設垂直地址再設水平地址(連續(xù)寫入兩個字節(jié)的資料來完成垂直與水平的坐標地址) 垂直地址范圍 AC5...AC0 水平地址范圍 AC3…AC0 繪圖RAM

72、的地址計數(shù)器（AC）只會對水平地址(X 軸)自動加一,當水平地址=0FH 時會重新設為00H但并不會對垂直地址做進位自動加一，故當連續(xù)寫入多筆資料時，程序需自行判斷垂直地址是否需重新設定。</p><p>　?。?）LCD12864的讀寫時序圖（8位模式）</p><p>　　2.3.2 12864模塊與單片機接口電路</p><p>　　對12864的控制和讀寫數(shù)

73、據(jù)與指令都是通過對單片機的控制來實現(xiàn)，12864的數(shù)據(jù)端口與單片機的P0口通過上拉電阻相連接。利用單片機控制12864的RW RS E三個選通信號的控制來實現(xiàn)數(shù)據(jù)與指令的傳輸，以求達到預期的目的</p><p><b>　　2.4 時鐘模塊</b></p><p>　　時鐘模塊主要是由時鐘芯片DS1302以及相應的電路組成，本設計中，用于時間采集作用。</p&g

74、t;<p>　　2.4.1 DS1302介紹</p><p>　　DS1302是 DALLAS公司推出的涓流充電時鐘芯片，內含有一個實時時鐘/日歷和 31 字節(jié)靜態(tài) RAM 通過簡單的串行接口與單片機進行通信，實時時鐘/日歷電路提供秒分時日日期月年的信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調整，時鐘操作可通過 AM/PM 指示決定采用 24或12小時格式DS1302與單片機間能簡單地采用同步串行的方式進行

75、通信，僅需用到三個口線RES復位、I/O數(shù)據(jù)線、SCLK串行時鐘 。DS1302 工作時功耗很低，保持數(shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于 1mW。 DS1302 是由 DS1202 改進而來，增加了以下的特性，雙電源管腳用于主電源和備份電源供應 Vcc1 為可編程涓流充電電源。它廣泛應用于電話傳真便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產品領域。</p><p>　?。?）DS1302引腳說明</p><p&

76、gt;　　X1,X2 -32.768KHz晶振管腳</p><p>　　GND -地</p><p>　　RST -復位腳</p><p>　　I/O -數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳</p><p>　　SCLK -串行時鐘</p><p>　　Vcc1,Vcc2 -電源供電

77、管腳</p><p>　　（2）DS1302操作時序圖</p><p>　?。?）DS1302常用寄存器</p><p>　　對DS1302進行操作時，需要向DS1302里對時，從時間常用寄存器地址中寫對入所設定的時間，轉換成BCD碼，在寫入之前需要去除寫保護位，然后在寫入時間數(shù)據(jù)，寫入完成后需要對DS1302加上寫保護位，以保證在不知情的情況下對時鐘芯片進行不必要

78、的錯誤操作。</p><p>　　2.4.2 DS1302模塊電路</p><p>　　STC89C5158RD+單片機P3.7接DS1302的RST端，上電后單片機的P3.7腳自動輸出高電平。P3.0作為串行時鐘接口。P3.6作為時鐘數(shù)據(jù)的I/O。DS1302采用雙電源供電，平時由+5V電源供電，斷電后有鋰電池提供+3V的電源。值得注意的是：X1和X2兩端連接的晶振的頻率為32.768K

79、HZ。</p><p>　　2.5 溫度采集模塊</p><p>　　溫度采集模塊只要是由溫度傳感器DS18B20等組成。</p><p>　　2.5.1 DS18B20介紹</p><p>　　DS18B20是美國DALLAS公司推出的單總線數(shù)字測溫芯片。他具有獨特的單總線接口方式，僅需使用1個端口就能實現(xiàn)與單片機的雙向通訊。采用數(shù)字信號輸

80、出提高了信號抗干擾能力和溫度測量精度。他的工作電壓使用范圍寬(3．0～5．5 V)，可以采用外部供電方式，也可以采用寄生電源方式，即當總線DQ為高電平時，竊取信號能量給DS18B20供電。他還有負壓特性，電源極性接反時，DS18B20不會因接錯線而燒毀，但不能正常工作?？梢酝ㄟ^編程實現(xiàn)9～12位的溫度轉換精度設置。而且設定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉換時間就越長，在實際應用中要將分辨率和轉換時間權衡考慮。所有數(shù)據(jù)都是以最低有效位在前

81、的方式進行讀寫。</p><p>　　DS18B20引腳說明：</p><p>　　DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；</p><p><b>　　GND為電源地；</b></p><p>　　VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）</p><p>　　2.5.2 DS18B20電路連接

82、</p><p>　　由DS18B20的接口電路可知，通過數(shù)據(jù)端口與單片機的P2.0口相連接，通過對單片機的端口時序設計和控制就可以實現(xiàn)溫度傳感器的控制，以達到自己設計的要求。</p><p><b>　　2.5 電源模塊</b></p><p>　　本設計供電電源分別為+5V,3.3V，+5V用于單片機供電，+3.3V用于語音芯片ISD400

83、4。為了讓單片機處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)，利用LM7805穩(wěn)壓到5V。運用AMS1117-3.3V穩(wěn)壓芯片將ISD4004的輸入電壓調節(jié)為3.3V。電路供電電路如下圖：</p><p><b>　　2.6 蜂鳴器模塊</b></p><p>　　此電路用于檢測錄音芯片內存是否溢出，溢出則發(fā)出報警聲。 </p><p>　　3 系統(tǒng)軟件設計與實現(xiàn)<

84、;/p><p>　　基于單片機的錄音筆設計需要在軟件的支持下才能實現(xiàn)的，系統(tǒng)的軟件設計部分包括主程序及各子程序。主程序完成系統(tǒng)初始化和顯示處理的功能。子程序包括錄音放音子程序，按鍵掃描字程序，溫度檢測子程序，時鐘芯片字程序，液晶顯示子程序等。</p><p>　　3.1主程序流程圖及代碼</p><p>　　系統(tǒng)接通電源后，主程序初始化后進入開機界面然后進入主循環(huán)，首先

85、是按鍵檢測，提示密碼輸入，正確則進入主菜單選擇界面，否則重復輸入，有三次校正密碼的機會，三次輸入密碼錯誤則蜂鳴器提示報警系統(tǒng)必須手動重啟，正確進入菜單后，進行所需的選擇然后，通過12864顯示出設計相關信息。主程序流程圖如圖3.1：</p><p>　　3.2 子程序的設計</p><p>　　本次子程序的設計包括錄音放音設計,實時時鐘，溫度檢測，12864的液晶顯示設計，溫度時間的播報，

86、按鍵掃描等常用程序設計。</p><p>　　3.2.1 錄放聲音程序設計</p><p>　　ISD4004通過單片機控制，當檢測到按下錄音鍵，單片機通過SPI接口發(fā)送相應指令將輸入的信號進行采樣，經過芯片內部的一系列處理，保存在芯片的儲存器中。當檢測到按下放音鍵時，發(fā)送放音指令使其處于放音狀態(tài)。錄放程序流程圖如下：</p><p><b>　　相關部分

87、程序如下：</b></p><p>　　void ISD_SPI_Send8( uchar addr_8 ); //spi 串行發(fā)送，8 位數(shù)據(jù)</p><p>　　void ISD_SPI_Send16( uint addr_16 ); //spi 串行發(fā)送，16位數(shù)據(jù)</p><p>　　uint ISD_SPI_Rowadd(void); //讀

88、取16位行地址 </p><p>　　void ISD_Stop(void);//發(fā)送 stop 指令</p><p>　　void ISD_PowerUp(void); // 上電 0X20</p><p>　　void ISD_PowerDown(void); //掉電 0X10</p><p>　　void ISD_Play(void

89、); //發(fā)送當前地址放音指令 </p><p>　　void ISD_SetPlay(uint add); //發(fā)送指定地址放音指令</p><p>　　void ISD_Rec(void); //發(fā)送當前地址錄音指令 </p><p>　　void ISD_SetRec(uint add); //發(fā)送指定地址錄音指令</p><p

90、>　　void PLAY_now(uchar add_set); //按指定地址段開始播放</p><p>　　void REC_now(uchar add_set); // 按指定地址段開始錄音</p><p>　　void isd_voice_year(uchar i1,uchar i2,uchar i3,uchar i4,uchar i5,uchar i6); //播報

91、年月日</p><p>　　void isd_voice_hour(uchar i1,uchar i2,uchar i3,uchar i4,uchar i5,uchar i6); //播報時分秒</p><p>　　void isd_voice_baoshi(void); //播報"報時"</p><p>　　void isd_rec_pl

92、ay(void); //錄音放音一體化</p><p>　　void addr_display(uint addr,uchar flag); //錄放音地址顯示</p><p>　　3.2.2 LCD12864程序設計</p><p>　　本設計采用的是LCD12864液晶顯示，由于其本身帶有驅動模塊液晶屏，所以對于該顯示操作程序可以分為開顯示，設置顯示初始行，寫數(shù)

93、據(jù)和清屏等部分。12864的寫命令程序，寫數(shù)據(jù)程序，顯示程序都以子程序的形式在12864庫函數(shù)里，方便程序函數(shù)之間調用。</p><p><b>　　部分程序如下：</b></p><p>　　void main_menu(void);//主菜單</p><p>　　void main_menu1(void);</p><p

94、>　　void main_menu2(void);</p><p>　　void start(void);//開始界面</p><p>　　void start1(void);</p><p>　　void initialize(void); //初始化</p><p>　　void write_com(uchar com); //寫指

95、令</p><p>　　void write_dat(uchar dat); //寫數(shù)據(jù)</p><p>　　void CGRAM(void); //CGRAM自定義顯示字符</p><p>　　void init_photo(void); //圖片初始化</p><p>　　void photo(uchar *address);//圖片顯示

96、</p><p>　　void photo2(void);</p><p>　　void display1(void); //登陸界面</p><p>　　void display2(void); //歡迎界面</p><p>　　void display3(void);</p><p>　　void displa

97、y_design(void);</p><p>　　3.2.3 DS1302程序設計</p><p>　　在DS1302的時鐘日歷或者RAM進行數(shù)據(jù)傳送時，DS1302必須首先發(fā)送命令字節(jié)。若進行單字節(jié)傳送，8位命令字節(jié)傳送結束之后，在下個2SCLK周期的上升沿輸入數(shù)據(jù)字節(jié)，或者在下8個SCLK周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。</p><p>　　DS1302程序流程圖如

98、下：</p><p><b>　　部分程序如下：</b></p><p>　　void write_ds1302_byte(uchar dat); //寫操作寫入一個字節(jié)</p><p>　　void write_ds1302(uchar address,uchar dat);//DS1302寫入數(shù)據(jù)</p><p>　

99、　uchar read_ds1302_byte(uchar address); //單字節(jié)讀數(shù)據(jù)操作</p><p>　　void set_rtc(void); //校對時間</p><p>　　void read_ds1302(void); //讀ds1302所有數(shù)據(jù)</p><p>　　void time_deal(void); //處理數(shù)據(jù)，bcd轉換成十進制

100、</p><p>　　void ds1302_display(void); //顯示界面</p><p>　　void ds1302_display_data(void); //顯示年星期月日時秒分數(shù)據(jù)</p><p>　　void ds1302_main(void); //時間主函數(shù)</p><p>　　3.2.4 DS18B20程序設計&

101、lt;/p><p>　　DS18B20作為單線接口且每一個DS18B20都有唯一的系列號，因此多個DS18B20可以存在于同一條單線上工作，但本系統(tǒng)就用了一個DS18B20所以對DS18B20的搜索可以用Skip ROM命令跳過搜索，然后在對其進行操作。具體的DS18B20的操作流程如下3.5所示。</p><p><b>　　部分程序如下：</b></p>

102、<p>　　void init_ds18b20(void); //初始化</p><p>　　void delay(uint t);//延時</p><p>　　void write_byte(uchar dat);// DS18B20寫1個字節(jié)函數(shù)</p><p>　　uchar read_byte(void);// DS18B20讀1個字節(jié)函數(shù)<

103、;/p><p>　　uchar read_temperature(void);//讀溫度</p><p>　　uint read_temperature1(void); //讀溫度，兩位小數(shù)處理</p><p>　　void display(uchar temp,uint temp1);//溫度顯示</p><p>　　void ds18b20_

104、tem(void); //溫度顯示</p><p>　　void ds18b20_1302(void); //ds1302里的溫度顯示</p><p>　　void voice_temperature(uchar i1,uchar i2);//播報溫度</p><p><b>　　4軟硬件調試及結果</b></p><p&g

105、t;　　軟件設計是本次設計的重要組成部分。在單片機應用系統(tǒng)中，最常用的程序設計就是模塊化程序設計。模塊化設計具有結構清晰，功能明確，程序模塊可以共享，便于功能擴展及程序維護等特點。在軟件調試中，有時候出現(xiàn)語音播報不完整，經過分析，是延時時間沒有掌握好等，設計具有良好的人機界面很重要，因此，我盡量做到一看就知道怎樣操作。</p><p>　　在本設計軟硬件調試中，出現(xiàn)噪聲太大，錄不進聲音，輸出聲音過小等，經過分析，

106、對電路作出了修改（電路圖如附件一），出現(xiàn)噪聲大的原因是功放放大倍數(shù)過大，導致把噪聲也放大了。在制作PCB板，我特意對GND覆銅來消除一部分干擾，而且對輸入電壓進行濾波，對輸入輸出信號進行切換等，（PCB見附件二）。</p><p><b>　　實物圖如下：</b></p><p><b>　　調試結果如下圖：</b></p><

107、;p><b>　　總結 </b></p><p>　　這次畢業(yè)設計的項目雖然不是很大，但用的技術和知識一點也不遜色于大的項目設計，熟練的掌握了相關的技術知識和軟件開發(fā)環(huán)境程序的設計，比如其中的編程軟件KEIL和制作電路原理圖PCB的軟件Protel 99 SE就是比較常用的編程開發(fā)制作軟件。用到了SPI、DS18B20的單總線協(xié)議通信，STC89C58RD+單片機的基本操作知識，C語言

108、程序編輯等方面的知識。</p><p>　　這次畢業(yè)設計也是一次非常難得的理論和實際相結合的機會，通過這次比較完成的畢業(yè)設計，使我擺脫了以往單純的理論知識的學習狀態(tài)，并且在和實際實際的結合中鍛煉了我的綜合運用所學的專業(yè)基礎知識。不過這次設計中我也遇到了不少問題，比如在剛開始做的時候有些器件的具體使用都不知道怎樣操作和編程，程序編輯經常達不到預期設計效果，制作電路圖 PCB元器件的封裝不知道，結果耗費了很多的時間來

109、制作電路圖。后來我才漸漸的意識到是我在做設計之前沒有仔細的思考該怎樣去一步步的完成設計的方法和思路。查找相關的技術知識和理論知識。這些在設計中遇到的不少問題，最終在自己查找相關的操作知識和理論知識加上指導老師的或者同學的幫助下把問題一一的解決了，雖然設計順利的做完了但還是有許多的不足的地方，比如這次電路設計就是有點不太美觀，主要就是對焊接技術的操作還不是很流利。焊接技術對于我們來說還需要學習改善。</p><p>

110、;　　對于這次的畢業(yè)設計，讓我認識到了自己還有很多的不足，對于單片機應用方面的知識不是很熟練。對于書本上的很多的理論知識還是不夠靈活的運用，有很多我們掌握的知識在等著我們去學習。我會在以后的工作學習生活中彌補我所缺少的知識。同時還從中學到了一些很重要的東西，那就是理論和實際相結合。怎樣將我們所學的知識運用到我以后的工作中去。此次畢業(yè)設計給我奠定了一個實踐基礎。我會在以后的學習生活中磨練自己，是自己是英語以后的社會競爭。最后敬請各位專家、

111、老師和同學對論文和今后的研究工作提出寶貴的指導意見和建議。</p><p><b>　　致謝</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 童試白，華成英. 模擬電子技術基礎（第四版）[M] .北京：高等教育出版社，2009.</p><p>　　[2] 閻 石.

112、數(shù)字電子技術基礎（第五版）[M] . 北京：高等教育出版社，2009.</p><p>　　[3] 姜志海，黃玉清，劉連鑫. 單片機原理及應用（第二版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.</p><p>　　[4] 臧春華，邵杰，魏小龍. 綜合電子系統(tǒng)設計與實踐 [M].北京：北京航空航天大學出版社，北京理工大學出版社，哈爾濱工業(yè)大學出版社，哈爾濱工程大學出版社，西北工業(yè)大學出版社，

113、2009.</p><p>　　[5] 戴佳，戴衛(wèi)恒，劉博文. 51單片機C語言應用程序設計—實例精講（第2版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.</p><p>　　[6] 謝自美. 電子線路設計.實驗.測試（第二版）[M].湖北：華中科技大學出版社.</p><p>　　[7] 馮育長等.單片機系統(tǒng)設計與實例分析[M] .西安電子科技大學出版社，2007.