电子语音记事播报器(共37页)

东华理工学院长江学院毕业设计（论文）题 目 语音播报记事器英文题目 The pronunciation disseminates the news record 学生姓名 毕永锋班 级 指导教师 罗先喜专 业 自动化二零零六年六 月 摘要传统的记事提醒方法在生活节奏越来越快的今天显的力不从心，而高智能化、高自动化的高端的语音记事提醒工具的研究在随着单片机技术的进步于成熟早已提到议事日程上来了，目前国内外许多电子产品如手机、电子词典、商务通已经增加了此相功能来满足人们的更高的要求，但是生产商也只是刚刚开始尝试，并没有深入的去研究。目前，高智能的语音播报记事器还处于刚刚起步阶段，所以本论文对它的研究有其技术的发展与成熟有着十分重大的意义。本论文运用的是MCS-51系列单片机为核心器件，系统由实时时钟、语音录放控制、当前时间调整、提醒时间设置、LED译码/驱动、时间显示和语音处理等模块组成。对时间的显示、标准、调整，语音的录放，按键电路的使用方法以及功能进行了详细的介绍。 本论文从系统的各个组成部件以及相应的硬件介绍上着手，挖掘了其软件方面的程序，对目前的技术进行了总结。本论文在结合目前国内外比较成功的经验的基础上，针对其存在的问题进行了比较详细的论述。语音播报记事器目前被广泛的应用与智能火灾报警、智能防盗门、公交报站器、录音电话、ATM智能提示等诸多方面，正在慢慢的改变着人们的生活。关键词语音录放控制；单片机；调整ABSTRACTThe traditional record reminder method lacking the ability to do what one would like which reveals in rhythm of life more and more quick today, But high intellectualized, the high automated high tech pronunciation record maturely reminds the tool the research in along with the monolithic integrated circuit technology progress to already to mention the agenda came up. At present the domestic and foreign many electronic products like handset, the electronic dictionary, the commerce passed already increases this function to satisfy peoples higher request. The present paper utilizes is the MCS-51 series monolithic integrated circuit for the core component, The system by the real-time clock, the pronunciation recording and sending out control, the current time adjustment, the reminder time establishment, the LED decoding/actuation, the time demonstrated and module and so on pronunciation processing composes. To the time demonstration, the standard, the adjustment, pronunciation recording and sending out, the pressed key electric circuit application method as well as the function have carried on the detailed introduction10.The present paper from the system each composition part as well as the corresponding hardware introduced on began, to excavate its software aspect procedure, has carried on the summary to the present technology.The present paper at present domestic and foreign compares the successful experience in the union in the foundation, has carried on the quite detailed elaboration in view of its existence question.The pronunciation disseminates news the record at present reports to the police, the intelligent burglar-proof door by the widespread application and the intelligent fire, the public transportation newspaper stands, records the telephone, the ATM intelligence prompt and so on many aspects, slowly change peoples life.KeywordsPronunciation recording and sending out control ;Monolithic integrated circuit;Adjustment 目录摘要与关键词I英文摘要与关键词 II绪论11、 系统设计方案31.1 设计要求31.2 系统硬件电路设计框图31.3 设计思路42、 语音播报记事器的硬件设计52.1 系统的主要组成模块 52.2 MCS-51 单片机的介绍52.3 LED显示模块设计 8 2.3.1 LED显示器的介绍9 2.3.2 LED的段驱动芯片介绍 102.3.3 ULN2003驱动芯片的功能112.3.4 LED驱动电路与单片机的连接122.4 按键电路模块的设计132.4.1 键盘结构 13 2.4.2 键盘与单片机的接口电路 13 2.4.3 键盘与单片机的连接 142.5 蜂鸣电路的模块设计152.6 语音录放模块的设计16 2.6.1 ISD1420芯片的介绍16 2.6.2 ISD1420芯片与单片机的连接212.7 串行时钟模块设计22 2.7.1 DS1302芯片的介绍 22 2.7.2 DS1302芯片与单片机的连接 253、 语音播报记事器的软件设计 27 3.1 主程序的主要组成 27 3.1.1 主程序的设计 28结论 29致谢 30参考文献 31附录1 32附录2 33 绪论（1）语音播报记事器的背景及其意义随着社会的发展和科技的不断进步,人们的生活节奏变的越来越快，日常处理的琐碎的事情也越来越多，合理的时间安排、遵守按计划去处理该处理的事情如：准时上课、上班、赴约、到会、洽谈等是十分需要也是十分必要的。但是随着生活节奏的加快在充满压力的生活中，人们往往很容易因一时的疏忽就耽误了早已安排好的事情。这时如能有一个可以随时随地的及时的提醒人们此时要做的事情，人们也的生活也就不会因一时的疏忽而错过了对自己十分重要的事情而变得轻松舒适的多了。随着科学技术的发展现在单片机把这一设想变成了现实。单片微型计算机简称单片机,又称微控制器。它是在一块半导体芯片上,集成了CPU,ROM.RAM,I/O接口,定时器/计数器,中断系统等功能部件,构成了一台完整的数字电子计算机。由于集成电路技术的进步,片内甚至还可以包括含A/D转换器,PWM等称为“片内外设”的特殊功能部件。随着单片机功能的增强,由单片机构成的计算机应用系统的功能日益增强,配合大功率晶体管的应用,有了波形发生器,拓展了在电气传动领域的应用等。这进一步深化了单片机在工业控制,自动检测,智能仪器仪表,家用电器等领域的突出地位。单片机的历史非常短暂,然而发展十分迅猛 1 。（2）语音播报记事器的功能及应用目前人们最常用的用来提示自己的方法不外乎两种：一种是把要做的事情合理安排下来做成日程表，如课程表、工作安排、值班表，这种方法虽然有效但到时候也难免因种种繁忙或大脑疲劳而忘记去按日程表去做该在做的事情 ；另一种是把要做的事情记录到电子仪器如电子表、手机、商务通等，等到时间到时仪器便会以蜂鸣的形式进行提醒但如果时间太久了，虽然知道了事情的时间，却又容易想不起是什么事情。所以本设计语音播报记事器将采用语音播报的形式对人们进行主动提醒，不管时间有多久，它也能准确、及时地进行提醒。语音播报记事器不仅具有放音功能，还具有录音的功能，当你有什么重要的事情而又担心忘记时，你就可以对其进行录音，并设置好提醒时间，到时，它就会将录音内容播报出来，并在最后进行蜂鸣提醒。采用的DS1302芯片是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，它可以对年、月、日、周、日、时、分、甚至是秒进行计时，保证了时间标准性和实时性。而本设计也可以在当作钟表、闹钟来使用，完全可以代替手表以及闹钟，你可以录下父母、情侣、偶像的声音或者干脆可以录下歌曲、乐曲、各种动物的声音、各种经典电影的经典对白作为提示音，如果条件允许的话可以把录音作成彩铃，比较适合年轻人追求时尚的口味。本设计也考虑到了时间的误差产生的情况，因此我们采用设置了五个独立式键盘按键既“PLAY”、“REC”、“SET”、“ALM”、“1”、“RET”键，五个按键的配合使用可以随时随地地调整时间，当时间发生差错时也可以按照一定的方法进行及时的调整，所以根本不会有错误提醒的。当备忘事情超过一件时，也不必担心没有办法录制，因为本设计能够进行五组录音，当某件事情已过去时，可以将以前的语音信息覆盖，再次进行录音。而语音播记事器对时间的设置是随意的，要求随时随地都可以方便的设置提醒，因为该设计具有标准的日历/时钟，即年、月、日、星期、时、分和秒，遇到闰年还可以进行自动修正。这样我们就省下了大量的时间和精力投入到工作和学习当中，无形之中节省出了大量的业余时间去尽情的享受生活的乐趣了。说了这么多你会觉得语音播报记事器离自己很遥远，其实生活中很多地方都有它的身影：公交车语音报站器，以前初到一个陌生的城市，很多人都会在坐公交车时坐过站，而现在车上的语音播报会提前提醒你，做好下车的准备，这样就给常出差的朋友以很大的帮助；留言电话，很多家庭都装上了可以录音的电话，当主人不在时你可以用简单话语把事情录到录音电话上，主人回来时可以及时的跟你联系；语音提示防跑水自来水水龙头，语音提示防跑水自来水水龙头，是一种半智能化产品，特殊功能是正值停水时打开水龙头，语音提示器就会发出“无水，请关闭阀门”等语。能有效地防止因停水时打开水龙头而忘记关闭，造成跑水现象的发生。它主要由水龙头、感压器和语音提示器等几个部分有机组合而成，是一种新颖实用会说话的水龙头，开创了智能化水龙头的先河，一补已有水龙头无语音提示易跑水的不足。它适用于各种液体和气体。技术成熟可靠，论证合理，可行性强。这样看来语音播报记事器的应用可谓是相当广泛的。 1、 系统设计方案为了得到合格的语音播报记事器，我们进行了大量的市场调查，对语音提示这一产品的历史，现状以及发展有了一定的了解，对语音记事器目前所存在的问题和技术上的缺陷有了一定了了解，最后我们对本设计提出了以下的几点设计要求：1.1设计要求以MCS-51系列单片机为核心器件组成一个语音提示系统。系统具有标准的日历/时钟，既年、月、日、星期、时、分和秒，遇到闰年自动修正的功能。系统显示器由4位数字型数码管组成。显示时间值和日期，常态下显示时间，利用一个按键控制日期的显示。能够随时对当前时间进行调整。能够随时输入定时播报（闹钟）时间。到了定时播报（闹钟）的时间，发出语音提醒信号和蜂鸣器提示信号。1.2 系统硬件电路设计框图为了使本设计符合以上的要求我们此次的设计将采用单片机作为核心控制部件，采用可擦除、可分段语音处理芯片ISD1420记录语言以及其他外围电路组成语音提示系统。系统由串行时钟、语音录放控制、当前时间调整、提醒时间设置、LED译码/驱动、时间显示和语音处理等模块组成。由调查情况针对语音播报记事器的现状又综合设计要求，我们得出系统设计框图如图11所示。单片机实时时钟RTC提醒时间设置语音录放控制当前时间调整4位时钟型LED显示LED译码/驱动模块语音处理模块蜂鸣器控制扬声器送话器图11 语音播报记事器的设计框图实时时钟RTC：可以保证时间标准；本设计采用DS1302与单片机连接来实现；提醒时间的设置： 适时的对提醒时间进行随意的设置和及时的调整；本设计采用是用按键电路与单片机连接来实现；语音录放控制： 将录入的语音播报出来提醒人们此时要做的事是什么，本设计采用的是DS1420语音处理芯片与单片机连接来实现；当前时间调整：由与单片机连接的按键电路的5个按键来调整；四位时钟LED显示：采用4位LED数码管与单片机连接实现；语音处理：由ISD1420、74LS377与单片机相连接组成的语音处理模块来实现；蜂鸣器控制：由HA2、三极管VT1、R9组成的蜂鸣电路与单片机连接来实现；同时本电路的LED显示还要通过74LS48芯片与单片机连接来驱动23。1.3 设计思路语音录入与播放功能采用ISD1420实现，通过P0口与单片机连接；系统的标准时间采用日历/时钟芯片DS1302实现，通过P2口与单片机连接；时间显示采用4位LED数码管接入。LED数码管的段码输入，由并行断口P1低4位产生。LED数码管的位码输入，由并行端口P1高4位产生；时间调整与定时时间的输入，通过接入键盘电路实现。系统共设计5个按键，通过P3口与单片机连接；报警声用蜂鸣器产生，蜂鸣器接入P3口的P3.7引脚。 2、语音播报记事器的硬件设计本设计的硬件设计可以分为LED显示电路模块、按键电路模块、蜂鸣电路模块、语音录放模块和串行时钟模块六个模块。设计过程中主要以硬件为主，所以我对当前市场上主流硬件进行了调查，由于成本问题很多厂商多用低端的芯片，而使的语音播报产品的质量大打折扣，针对这个问题本设计主要介绍了模块中所用到的重要芯片、硬件连线电路原理和各模块所实现的功能。2.1 系统的主要组成模块本设计的语音播报系统采用AT89S51单片机作为控制核心器件，AT89S51单片机是ATMEL公司的最新产品，具有可下载在线编程等功能容易操作，使用起来十分方便。由B1、C8C9组成系统工作时钟，由S1、R7、R8、C10组成系统复位电路。系统语音处理模块由ISD1420、74LS377、HA1、MIC1、R1R6、R10和C1C6、S2、R14、VD1、VD2组成模块，实现语音录入和语音播报功能。通过锁存器74LS377与单片机的P0口连接。系统的时间模块由DS1302、B2、C11、C12和BAT1组成，产生系统的标准时间。DS1302内部具有事时时钟/日历和31B的静态RAM，给系统提供秒、分、时、日、月和年等信息，对小与31他的月末的日期进行调整，还包括闰年的校正功能。时钟的运行可选择24小时或带AM和PM的12小时格式。DS1302是一个串行接口芯片，既RST（复位线）、I/O（数据线）及SCLK（串行时钟线）通过P2口P2.0、P2.1、P2.2与单片机连接。采用4位一体时钟型LED显示器，用与显示系统时间和一些提示信息。由74LS48、ULN2003、R15和DISP1组成时间显示模块，通过P1口与单片机连接。由5个独立式按键REC、SET、ALM、+1、RET，上拉电阻R13和中断扩展电路74LS08组成按键输入控制电路，与单片机的P3口的相应引脚连接，实现该系统的提示语音录入、定时时间设置和时间调整功能。由蜂鸣器HA2、三极管VT1、R9、组成蜂鸣器控制电路，完成闹钟功能，通过编程可以实现时间到时发出“嘟、嘟”的提示音。系统电源由电源变压器T1（220V/9V）、桥式整流模块2W06、稳压模块7805以及C13C16组成，提供系统所需的+5V电源。2.2 MCS-51单片机介绍自1971美国Intel公司首先研制出4位单片机4004以来，它的发展可粗略划分为四个阶段: 第一阶段 19711976年,属于萌芽阶段.发展了各种4位单片机,多用于家用电器,计数器,高级玩具。第二阶段 19761980年,高8位机阶段,发展了各种中,低档8位单片机,典型的如MCS-48系列单片机,片内含有多个8位并行I/O接口,一个8位定时器/计数器,不带串行I/O接口,其功能可满足一般工业控制和智能化仪器仪表等的需要。第三阶段 19801983年,高8位机阶段,发展了高性能的8位单片机,例如MCS-51系列单片机,它带有串行I/O接口和多个16位定时器/计数器,具有多级中断功能.这一阶段进一步拓宽了单片机的应用范围,使之能用于智能终端,局部网络的接口,并挤入了个人计算机领域。第四阶段 1983年以后,16位单片机阶段。发展了MCS-96系列等16位单片机。功能很强,价格却迅速下降.片内有A/D转换器;可以快速输入,输出;可用于电机控制;网络通信能力有显著提高。在国际市场上,单片机的类型很多。其中Intel公司的产品比较领先和占有较大销售份额.在我国,Intel公司MCS-48系列,MCS-51系列,MCS-96系列的各种机型用的最多,占主流地位。随着大规模集成电路技术的演进,单片机的性能仍在快速提高。其生产工艺经历PMOS,NMOS，HMOS.CMOS等各个阶段,正朝着CHMOS(高速型CMOS)工艺的发展方向发展并继续提高集成度;增大RAM,ROM;增多功能模块;提高速度;降低功耗。（1）单片机的特点单片机的集成度很高,它将微型计算机的主要功能部件都集中在一块芯片上,具有一下特点:体积小,重量轻,价格便宜,耗电少。根据工控环境要求设计,且许多功能部件集成在芯片内部,其信号通道受外界影响小, 故可靠性高,抗干扰性能优于采用一般的CUP。制功能强,运行速度快.其结构组成与指令系统都着重满足工控要求.有极丰富的条件分支转移指令,有很强的位处理功能和I/O口逻辑操作功能。储器容量可能不大;引脚也嫌少,I/O引脚常不够用,且兼第二功能以至第三功能.但存储器和I/O接口都易于扩展。（2）单片机的应用:由于上述单片机特点,可推知其应用最多的领域为它具有“小,轻,廉,省”的特点,尤其耗电少,又可使供电电源的体积小,重量轻,所以特别适用于“电脑型产品”,在家用电器,玩具,游戏机,声像设备,电子称,收银机,办公设备,厨房设备等许多产品上得到应用。于仪器,仪表,不仅能完成测量,还具有处理(运算,误差修正,线性化),监控等功能,易于实现数字化和智能化。利于“机电一体化”技术的发展,多用于数控机械,缝纫机械,医疗设备,汽车等。泛应用于打印机,绘图仪等许多计算机外围设备,特别是用于智能终端,可大大减轻主机负担。于各种工业控制,如温度控制,液面控制,生产线顺序控制等4、5。于多机应用。例如机床加工中心,其各种功能可分散由各个单片机子系统分别完成,上级主机则负责统管协调.又如要求较高的数据检测采集系统,每一采集通道如是一个单片机子系统,可实现多点同时快速采集和预处理,然后再由主机进行集中处理和控制,以构成大型的实时测控系统。2.2.1 MCS-51单片机的结构与功能MCS-51的结构框图如图2-1所示。图2-1 MCS-51的结构框图MCS-51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，引脚分布如上图： P0.0P0.7 P0口8位双向口线（在引脚的3932号端子）。 P1.0P1.7 P1口8位双向口线（在引脚的18号端子）。 P2.0P2.7 P2口8位双向口线（在引脚的2128号端子）。 P3.0P3.7 P2口8位双向口线（在引脚的1017号端子）。 （1）P0口有三个功能外部扩展存储器时，当做数据总线（如图1中的D0D7为数据总线接口） 外部扩展存储器时，当作地址总线（如图1中的A0A7为地址总线接口） 不扩展时，可做一般的I/O使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。 P1口只做I/O口使用：其内部有上拉电阻。 (b)P2口有两个功能 扩展外部存储器时，当作地址总线使用 做一般I/O口使用，其内部有上拉电阻；(c)P3口有两个功能 有内部EPROM的单片机芯片（例如8751），为写入程序需提供专门的编程脉冲和编程电源，这些信号也是由信号引脚的形式提供的， 即：编程脉冲：30脚（ALE/PROG），编程电压（25V）：31脚（EA/Vpp） 接触过工业设备的兄弟可能会看到有些印刷线路板上会有一个电池，这个电池是干什么用的呢？这就是单片机的备用电源，当外接电源下降到下限值时，备用电源就会经第二功能的方式由第9脚（即RST/VPD）引入，以保护内部RAM中的信息不会丢失。 (d)ALE/PROG 地址锁存控制信号 在系统扩展时，ALE用于控制把P0口的输出低8位地址送锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。PORG为编程脉冲的输入端，在8051单片机内部有一个4KB或8KB的程序存储器（ROM），ROM的作用就是用来存放用户需要执行的程序的，通过编程脉冲输入才能写进去。 (e)PSEN 外部程序存储器读选通信号 在读外部ROM时PSEN低电平有效，以实现外部ROM单元的读操作。 内部ROM读取时，PSEN不动作； 外部ROM读取时，在每个机器周期会动作两次； 外部RAM读取时，两个PSEN脉冲被跳过不会输出； 外接ROM时，与ROM的OE脚相接。 (f)EA/VPP 访问和序存储器控制信号 接高电平时： 扩展外部ROM：当读取内部程序存储器超过0FFFH（8051）1FFFH（8052）时自动读取外部ROM。 接低电平时：CPU读取外部程序存储器（ROM）。 在前面的学习中我们已知道，8031单片机内部是没有ROM的，那么在应用8031单片机时，这个脚是一直接低电平的。 8751烧写内部EPROM时，利用此脚输入21V的烧写电压。 (g)RST 复位信号 （h）XTAL1和XTAL2 外接晶振引脚。当使用芯片内部时钟时，此二引脚用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。(i)VCC：电源+5V输入 (j) VSS：GND接地。 在本文中C8051是单片机控制系统的核心，由C8051来完成所有的信号处理，并以它为中心进行内存扩展，扩展了8K的内部存储器EPROM和外部数据存储器RAM。2.3 LED显示模块设计LED显示器的驱动是一个非常重要的问题，由系统硬件设计框图可知，显示电路由LED显示器、段驱动电路和位驱动电路组成。由于单片机的并行口不能直接驱动LED显示器，必须采用专用的驱动电路芯片，使之产生足够大的电流，显示器才能够正常工作。如果驱动电路能力差，即负载能力不够时，显示器亮度就低，而且驱动电路长期在超负荷下运行容易损坏。因此，在实际使用中必须接入LED驱动电路。2.3.1 LED显示器的介绍在本设计中的显示是选择4位一体的时钟型LED显示器，简称“4LED”，如图22所示，“：”前的2位显示“小时”的十位和个位，“：”后的2位显示“分”的十位和个位。a) 4位LED引脚排列图 b) 4位LED原理图图224LED显示器引脚4LED显示器是一个共阴极接法的4位时钟型LED显示器。其中各段的公共引出端用a、b、c、d、e、f、g为4位LED表示。D1、D2、D3、D4分别是每一位的共阴极输出端，dp是小数点引出端。4位一体时钟型LED显示器的内部结构如图22所示。它是由4个单独的LED和一个“：” LED组成，每个LED的段输出引脚在内部并联后，引出到器件的外部，其引脚如图23所示。图234LED显示器内部结构原理图对于这种结构的LED显示器，它的体积和结构都符合设计要求，由于4位LED阴极的各段已经在内部接在一起，所以必须使用动态扫描方式。2.3.2 LED的段驱动芯片的介绍在LED的驱动和显示单元的设计中,采用的方式有许多种:利用计算机芯片的端口作为LED的驱动口,并通过软件编程加外部驱动实现,缺点是占用计算机芯片的时间和相关资源;利用专用接口芯片如Intel8155、8255等作为计算机芯片的端口扩展并通过软件编程加外部驱动实现,缺点是电路较复杂,功耗较大,也要占用计算机芯片的时间和相关资源;利用显示用专用芯片如Intel8279、MAX7219、PS7219等,可实现较复杂的功能,但其占用计算机芯片端口还是较多,并且芯片价格较高。大多数显示驱动器都没有严格的总线时序,在强干扰环境下容易造成时序混乱,使显示不正常。本文讨论的LED显示方案是利用Philips公司的LPC系列单片机芯片的电路特性,从另一种形式来定制专用的LED显示驱动控制器芯片。主要利用基于I2C总线的通讯接口,使连接可靠;且基于软件编程控制显示,使显示方式及种类多样。由于LPC系列芯片的端口驱动能力较强,一般的LED可直接连接,在不外加元件的情况下,可实现多位LED或大量发光二极管的显示,与其它芯片连接时,占用的I/O口较少。而本设计则采用74LS48作为段驱动电路，芯片具有锁存、译码、驱动的功能。就是在输入端输入要显示字型的BCD码，在输出端就可以得到具有一定驱动能力的7段显示字型码。ULN2003芯片内部结构是达林顿的，专门用来驱动继电器的芯片，甚至在芯片内部做了一个消线圈反电动势的二极管。ULN2003的输出端允许通过IC 电流200mA，饱和压降VCE 约1V左右，耐压BVCEO 约为36V。用户输出口的外接负载可根据以上参数估算。采用集电极开路输出，输出电流大，故可以直接驱动继电器或固体继电器(SSR)等外接控制器件，也可直接驱动低压灯泡6。图24给出了74LS48的引脚图。图2474LS48芯片引脚图引脚图中大写字母A、B、C、D为BCD码的输入端，小写字母a、b、c、d、e、f、g为字型码输出端，LT为灯测试输入端，RBI为消隐输入，RBO为消隐输出。表31给出了74LS48BCD段锁存/译码/驱动器的输入与输出信号的对应关系，详细内容可查阅数字电路在使用时，将该芯片的输入端引脚A、B、C、D与单片机的P1口或者P3口连接，该芯片的输出端7个引脚，与LED显示器的7个段码引脚相连接。74LS48的作用是接收来自单片机的BCD码型的输入信号，经过锁存、译码和放大后，输出7段字型码到LED显示器，完成对BCD码到7段字型码的锁存、译码和驱动的功能。表21 74LS48BCD7段码器输入/输出端信号对照表输入端电平输出端电平显示字型输入端电平输出端电平显示字型DCBAg f e d c b aDCBAg f e d c b a00000111111（3FH）001011101011（6DH）500010000110（06H）101101111011（7DH）600101011011（5BH）201110000111（07H）700111001111（4FH）310001111111（7FH）801001100110（66H）410011101111（6FH）92.3.3 ULN2003驱动芯片的功能LED的位驱动较常用的芯片是ULN2003，它具有7个达林顿电路的集成芯片。此种芯片集电极可以收集最大达500mA的电流，耐压为30V，能驱动常规的LED显示器。图24是ULN2003芯片的引脚图。其中IN0IN6引脚是输入端，OUT0OUT6引脚是输出端。第8脚接有续流二极管,输出与9脚配合,可驱动感性负载等。在本设计中将该芯片的输入端引脚IN0、IN1、IN2、IN3与单片机的P1口连接，该芯片的输出端引脚OUT0、OUT1、OUT2、OUT3与LED显示器的4个位码引脚D1D4相连接。ULN2003的作用是接收来自单片机的位码输入信号，经过反相放大后输出，送到LED显示器位码引脚，完成对位码信号的反向和驱动的功能。图25ULN2003芯片的引脚图2.3.4 LED驱动电路与单片机的连接本设计采用的LED的输出接口是单片机的P1口，就是用P1口的低四位作LED的段码输出信号，P1口的高四位作LED位码的输出控制信号的。其硬件电路连接如图26所示。电阻为可以保证LED可靠导通与截止的上拉电阻。图26LED驱动电路与单片机的连接该电路的工作原理是：当P1口的低四位输出段码信号的BCD码后，通过74LS48芯片的锁存、译码和驱动作用，在其输出端输出具有一定驱动能力的七段字型码，由于4LED的段码输入引脚是并联在一起的，所以每一位LED的段码输入引脚都能获得这个段码信号。若要控制在每一时刻只有一位LED被点亮，必须靠位码信号控制。P1口的高4位输出位码信号，经ULN2003反向后接到LED的位码控制端，因此P1口的位码信号在每一时刻只有一位是“1”，其它位全为“0”，然后按时间顺序改变输出“1”的位置，控制在每一时刻只有一位LED被点亮，达到动态显示的目的。若要显示“0123”时，P1口的控制信号及4LED的显示状态如表22所示。表224LED动态扫描显示状态点亮顺序P1口输出控制字74LS48输出段码g f e d c b a2003输出位码D1 D2 D3 D4位码 段码110000000B（80H）0111111B（3FH）0111201000001B（41H）0000110B（06H）1011300100010B（22H）1011011B（5BH）1101400010011B（13H）1001111B（4FH）1110根据上表我们可以得出：因为74LS48是BCD码7段译码器，而它对小数点位没有驱动作用，因此我们必须设计一个驱动电路来驱动4LED显示器中的“：”符号。VT2、R11、R12器件组成dp(“：”)的驱动电路，R11为发射极限流电阻，R12为基极的限流电阻。而控制4LED的D2的引脚P1.5于VT2的基极连接，dp段是发光二极管是VT2的集电极负载。该电路的工作原理是：当VT2的基极为低电平时，VT2导通，dp段被点亮。即“：”与LED数码管的第二位一起被点亮；当VT2的基极为高电平时，VT2截止，dp段熄灭。器件选择：R1120欧姆，R12100欧姆，VT2选择PNP型三极管9012。2.4 按键电路模块设计本设计的按键电路模块要实现两个功能：一是可以随时定时（闹钟）时间，二是随时对当前时间进行调整。为实现这两个功能我们采用了独立式键盘。2.4.1 键盘结构在单片机组成的测控系统及智能化仪器中，用得最多的是非编码键盘。键盘结构可以分为独立键盘和行列键盘（矩阵式）两类。在本设计中只需五个按键，因此选择独立式键盘。如图36所示，电路由按键和六个电阻组成，按键分别命名为“PLAY”、“REC”、“SET”、“ALM”、“1”、“RET”键，按键可以采用轻触开关。2.4.2 键盘与单片机的接口电路如图27所示，将“1”键与单片机的P3.0口连接，“RET”键与单片机的P3.1口连接；“SET”键与“ALM”键通过74LS08相与后连接到INT1口，“REC”键与T0口通过74LS08相与后连接到INT0口，在本设计中T0、T1口是作为基本输入输出口使用的。图27按键与单片机的硬件连接2.4.3 键盘与单片机的接口电路设计将“1”键、“RET”键直接与单片机的P3.0与P3.1口连接；“SET”与“ALM”通过0相与后连接到INT1口，“REC”与T0口通过74LS08相与后连接到INT0口，其中T0、T1口作为基本输入输出口使用。“PLAY” 键与“REC”键的功能：这两键是用来控制语音信息的录音和放音的，在与“1”、“RET”键配合使用时可以对不同地址段进行的录音放音选择的。（1）“PLAY”键语音信息的播放。（2）“REC”键语音信息的录制。（3）当“PLAY”键被按下时在单片机的INT0口会产生一个中断， P0口为低电平，此时，语音播报记事器就执行放音操作，当“REC”键时，单片机的INT0口也会产生一个中断，P0口为高电平时语音播报记事器就执行录音操作。（4）“PLAY” 键与“REC”键可与“1”键 “RET”键同时完成各自的功能，“1”键用来选择录音的段数，“RET”键用来确认录、放音段已完成。（5）INTA是程序服务的中断的地址标号。“RET”键的功能：确认，即对“1”键调整位进行确认，该键按下时，说明被调整位的值已经修改完，转去调整下一位。该引脚与P3.1引脚连接，使用在I/O接口方式，同样为了保证P3.1使用在输入方式在初始化程序中对它进行编程：SETBP3.1；即设置P3.1引脚作为输入口使用键盘的硬件电路设计只能保证六个按键信号的可靠进入，要想完成键盘的输入功能，还要靠软件编程来具体实现。设置当前时间和闹钟时间的中断服务程序，请参考软件设计一节INTA、INTB子程序设计。“ALM”键与“SET”键的功能：“ALM”键设置时间而“SET”键则是调整当前时间的，被调整值的修改和修改确认只要与“1”、“RET”键的配合使用就能完成。按下“ALM”键时在单片机的INT0口产生一个中断， T1口为低电平，单片机就去执行设置闹钟时间的操作。按下“SET”键时，INT0口也产生一个中断， T1口为高电平，单片机就是执行对当前时间调整的操作。“ALM”键与“SET”键与“1”键、“RET”键同时完成各自的功能，“1”键用来对调整位进行加1操作，“RET”用来确认调整位已修改完。INTB为服务程序的标号地址。“1”键的功能：分别对时间值的小时十位、小时个位、分的十位、分的个位进行1调整，即该键每按下一次，对应的时间调整位1。该引脚与P3.0引脚连接，工作在I/O接口方式，为了保证P3.0工作在输入方式，在初始化程序中对它进行编程：SETBP3.0；P3.0引脚作为输入口使用。“RET”键的功能：确认，即对“1”键调整位进行确认，该键按下时，说明被调整位的值已经修改完，转去调整下一位。该引脚与P3.1引脚连接，使用在I/O接口方式，同样为了保证P3.1使用在输入方式在初始化程序中对它进行编程：SETBP3.1；设置P3.1引脚作为输入口使用。2.5 蜂鸣器的模块设计本设计选择一只蜂鸣器来实现当预先规定的提醒时间到时有声音提醒信号产生。压电式蜂鸣器（HA）工作时约需要10mA的驱动电流，并设计一个相应的驱动及控制电路。电路设计如图37所示，蜂鸣器（HA）作为三极管VT1的集电极负载，VT1用来控制蜂鸣器的发声与否。当VT1导通时，蜂鸣器发出蜂鸣的声音，VT1断开时，蜂鸣器不发声。R9是限流电阻。下面我们来介绍下蜂鸣器电路与单片机的接口问题。VT1的基极与单片机P2口的P2.7引脚相连接，此时的P2.7引脚就是作为输出口使用的。当P2.70时，VT1导通时，使蜂鸣器的两个引脚间产生近5V的直流电压，蜂鸣器中有电流通过，而产生蜂鸣音。当P2.71时，VT1断开，蜂鸣器的两引脚间的直流电压为于0V，蜂鸣器就不会发出提示声音。蜂鸣电路原理图如图28所示图28 蜂鸣电路原理图2.6 语音录放模块设计2.6.1 ISD1420芯片的介绍本设计的语音录放功能是由ISD1420语音芯片来实现的，它是语音处理集成电路，由振荡器、语音存储单元、前置放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、输出放大器组成。一个最小的录放系统仅由一个麦克风、一个喇叭、两个按钮、一个电源、少数电阻电容组成。ISD1420型号语音芯片的最后2位数字表示语音录放时间的长短，所以本型号的的最长录音时间为20秒。这种语音芯片内部有基准时钟源，以单一电源+5V供电。芯片的录放次数可达10万次，语音信息可保存100年。配合相应的外围元件就可以构成一个录放电路。在语音录放时可通过按键控制，极为方便。利用它，语音和音频信号被直接存储，以其原本的模拟形式进入EEPROM存储器。直接模拟存储允许使用一种单片固体电路方法完成其原本语音的再现。不仅语音质量优胜，而且断电语音保护。其芯片引脚如图29所示。图29ISD1420的外部引脚图语音芯片ISD1420为单片语音记录、回放一体化芯片，记录时长为20s；可被划分为160小段，每段125ms。当REC脚为低电平时，进行录音，PLAYE或PLAYL为低时进行放音，ISD1420可进行连续录音，也可进行分段录音。ISD1420的结构框图如图2-10所示。解码器模拟收发器永久模拟存储阵列分时自动增益控制（AGC）地址缓冲器电源调整内部时钟控制输入五阶有源抗干扰滤波器五阶有源平滑滤波器采样时钟图2-10 ISD1420的结构框图（1）ISD1420引脚功能及内部结构如图29所示，它有28个引脚，电路外形图引出端功能说明：A1A7：地址输入端或控制命令输入端，当A7、A6同时为高电平时，A4A0为控制命令；否则，A7A0为地址。DGND：数字信号地线。AGND：模拟信号地线。SP-，SP+：音频信号输出端，连接816欧姆的扬声器。V+：模拟信号电源，+5V。MIC：话筒输入端，通过电容耦合，连接驻极体花筒。MICREF：话筒参考输入端。AGC：自动增益控制端，调整芯片内部前置放大增益器，使录入信号不失真。ANAIN：模拟信号输入端。ANAOUT：模拟信号输出端。PLAYL非：放音控制电平触发端。当该端为低电平时，芯片进入放音周期；当该端为高电平时，停止放音。PLAYE非：放音控制脉冲触发端。当该端输入由高电平变为低电平时芯片进入放音周期。RECLED非：录音显示端。该端接发光二极管，在录音时做录音指示灯。XCLK：时钟控制端。REC非：录音控制端。该端为低电平时，芯片进入录音状态，录音期间该端必须保持低电平，REC信号的优先级高与PLAYL和PLAYE两种放音信号。ISD1420的内部逻辑结构ISD1420系列语音集成电路由内部时钟电路、自动增益控制电路、前置放大电路、滤波器、差动功率放大电路、电源电路、存储器EEPROM、地址译码电路、存储控制电路等组成。（2）ISD1420的特点使用方便的单片录放系统,外部元件最少。重现优质原声，没有常见的背景噪音。放音可由边沿或电平触发。无耗电信息存储,省掉备用电池。信息可保存100年,可反复录放10万次。无需专用编程或开发系统。较强的分段选址能力可处理多达160段信息。具有自动节电模式。录或放后立即进入维持状态,仅需0.5A电流。单一5伏电源供电7。电特性：工作电压：5V静态电流：典型值0.5A，最大值2A工作电流：典型值15mA，最大值30mA（16欧姆）（3）固定地址录放音电路工作原理固定地址录放音电路叫常使用的是从存储器的首地址开始的固定地址，就是把A0A7引脚都接地，录放音通过有关按键进行控制。固定地址的录放音电路图如图2-11所示。 图2-11 固定地址录放音电路录音时按下S3键，REC电平由高变低，用话筒输入声音信号。同时由于RECLED端的电平降低，发光二极管此时发光，指示录音正在进行中。放开S3键，录音就中止，发光二极管熄灭，指示录音中止。放音时可以通过两种方式控制：电平触发控制，就是按下S1键，此时PLAYL端由高电平变成低电平，开始放音。在放音过程中如果松开S1键，PLAYL端电平变高，放音中止，否则放音则继续进行，直到全部信息播放完了为止。脉冲触发方式，就是在按下S2键时在PLAYE打产生一个由高到低的电平跳变，此时为放音状态，并一直进行下去直到全部信息播放完毕为止，而不管期间是否松开S2键。（4）随机地址录放电路的工作原理随机地址录放电路的录放音起始地址是通过单片机对ISD1200/1400系列语音芯片的A0A7进行控制来实现的。随机地址可以选择芯片中的任意地址。单片机的P1端口和ISD1420A0A7对应连接，P3。1和REC的外接开关S的一段相连，P3。0则与PLAYL或PLAYE项链。模拟语音信号从MIC和MICREF两个端口是湖如，经放大器放大后从ANAOUT端输出，然后通过外接耦合电容输入到ANAIN端，该信号在经过适当放大后就可以被时钟信号采样存储到EEPROM中。AGC端一般只接一个RC积分电路就可以，它能使存储的语音具有良好的重放效果。A7A0端口具有地址编码和逻辑控制双重功能。当A7、A6都为高电平是，A4、A3、A1、A0各位用作芯片操作方式控制。A0可以用作信息检索控制。在放音时，如果不清楚每段语音的实际地址，可以用A0控制检索，A0每输入一个负脉冲，地址计数器就可以条国一段，指示下一段的开始地址。A1是用来作删除信息段结束标志的控制位的，在录音过程中可以用来删除每段信息中间的结束标志符的插入，使全部录制内容只保留最后一个结束标志符，以便于连续重放。A3是用来进行控制片内信息循环重放的，既可以循环重放一段，又可以循环重放全部信息。A4用于连续寻址控制，一般情况下芯片放完一段信息时遇上结束标志符就要停止，计数器会自动复位。用A4=0可以制止这种复位过程，实现片内信息的连续重放。A1若与A0一起用，控制效果更好。当A7、A6中有一个为低电平时，A7A0用作EEPROM的地址编码。编码范围为00H9FH，工160个地址码，对应着160段语音存储单元。若芯片的录放时间为Tm，则每段录放时间Ts=Tm/160,称为分辨率。根据它可以估算出从录放时间开始算起的每段语音起始时间。录放地址信息都是在有效录放控制命令下降沿时写如片内地址锁存器的，依次可以有选择地进行语音的存储录放。在录音时，在不同地址内录入不同的语音；放音时，在单片机控制下同步发出对应语音。随机地址