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1、公交车报站系统设计作者：指导教师： 【摘 要】 随着多媒体信息处理技术的发展，音频处理技术得到了广泛的应用.语音技术是研究用数字信号处理技术对语音信号进行处理的一门学科，是在多学科基础上发展起来的综合性技术。语音技术涉及数字信号处理、模式识别、语音学、语言学和人工智能等多个学科。在当今社会，即使在私家车越来越多的今天，公交车仍然是人们出行的首选，因为公交车具有方便、快捷、车票便宜等优点。本文介绍一个公交车报站系统，采用AT89C51单片机控制电路的硬件设计和软件设计方案。其功能实现过程为：以单片机为核心模块，键盘扫描控制，实现显示驱动和语音模块报站。本系统可靠性，实用性，可移植性强，成本低，易
2、作，非常适用于公交车使用。【关键词】 单片机；语音芯片；LCD汉字显示；语音处理Design Of Reporting-Calling System In The BusAuthor: zhang huaTutor:dan tao（Class061, Computer control technology，Electrical engineering，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723003，Shaanxi）Abstract：With the development of multimedia information processing
3、 technology, Audio processing technology has been widely applied. Speech technology is using digital signal processing technology, the audio signal of a subject, in a multidisciplinary developed on the basis of comprehensive technical. Speech technology involve digital signal processing, pattern rec
4、ognition, voice science, linguistics and artificial intelligence, and other disciplines. This paper introduces a Bus reporter system. In the present time, public buses are still the best choice when people travel, though the private cars are more and more, because public buses are convenient, speedy
5、, and the tickets are cheap. The Process to achieve its function is: Take the MCU as the nucleus module, the determinant keyboard scanning as the control importation and realize the display driver and voice module station reported. The system reliability, availability, portability strong, low-cost,
6、easy to operate, is suitable for the public transportation use. Keywords：Single-chip microcomputer control，Voice chip，Chinese character LCD display，Speech processing目 录摘要 I 1ABSTRACT II.21绪论.41.1 引言.41.2 课题研究背景和意义42总体方案.53硬件设计.63.1 语音电路设计.63.2 单片机控制电路设计.103.3 显示模块电路设计.144软件设计.184.1 流程图.184.2 显示的设计.1
7、94.3 语音报站的设计.234.4 系统程序.285系统调试.346 总结.35附录 A元器件清单.36B参考文献.37致谢.391绪论1.1 引言 随着多媒体信息处理技术的发展，音频处理技术得到了广泛的应用.语音技术是研究用数字信号处理技术对语音信号进行处理的一门学科，是在多学科基础上发展起来的综合性技术。语音技术涉及数字信号处理、模式识别、语音学、语言学和人工智能等多个学科。本文介绍一个公交车报站系统，使用语音芯片实现语音报站同时可进行广告内容的文字显示，作为报站功能系统，能够很好公交车的服务质量和营造良好的文明乘车氛围。其功能实现过程为：以单片机为核心模块，键盘扫描控制，实现显示和语音
8、模块报站。随着科学技术的日益发展和进步, 无人售票公交车在街头多起来了，语音报站器也被广泛使用，这在相当大的程度上免除了乘务人员沿途报站的麻烦，给许多不熟悉公交线路的乘客带来了方便。在当今社会，即使在私家车越来越多的今天，公交车仍然是人们出行的首选，因为公交车具有方便、快捷、车票便宜等优点。1.2 课题研究背景和意义回顾公交车的发展过程，可以看到公交车从过的蒸汽式到电力式到燃油式又到现在的电车，从无人报站到有人报站，从人工售票到无人售票，这些变化过程都见证了我们社会的发展进步。公交车作为城市公共交通的重要方式，是城市居民出行的重要工具。在当今社会，即使在私家车越来越多的今天，公交车仍然是人们出
9、行的首选，因为公交车具有方便、快捷、车票便宜等优点。公共汽车为外出的人们提供了方便快捷的服务，而公共汽车的报站直接影响服务的质量。公交车已经成为一般工薪族和学生族出门必须的交通工具，目前公交车上采用的公交报站系统具有语音和显示报站的基本功能。集成有录音和语音提示功能的智能电子设备已经得到越来越广泛发应用，比如电话的自动语音留言和提示功能、汽车的倒车提示、公交车和城市地铁的语音报站器、儿童玩具、智能门铃、节日礼品等等都集成有语音录放功能。目前实现语音录放功能一般都是都过集成语音芯片来实现的，而生产语音芯片的公司也有不少，比如华邦、佑华、ISSD公司、ISD公司、北京中青世纪公司等。本次就以此系列
10、中的ISD1420芯片通过AT89C51单片机控制来介绍一个公交报站器的设计。2总体方案在做这次课题设计之前，根据调查和查阅的资料，用语音芯片，设计的一个简单的录入和播放电路及LCD显示的电路。主控MCU的I/O口要满足系统需求，响应时间快、功耗低，具有较大的片内外存储空间。发现要想实现预期效果有很多种可行的方案可供参考，市面上也有很多相关芯片供我们选择。除了显示部分的LCD以外，其它部分的使用哪种芯片最能达到预期效果呢？下面就对这几项方案做一个简单的介绍，最终选择最适合的方案来实行。2.1设计方案2.1.1单片机芯片单片机种类繁多，8位单片机有Intel MCS-51系列、PIC系列等，16
11、位单片机有Intel MCS-96系列等。在本系统中，8位单片机就能满足系统的设计需要。目前的8位单片机中，以Intel MCS-51系列单片机的品种最多，接口芯片以及应用软件也非常丰富。ATMEL公司推出的AT89C51单片机是一种以80C51为内核的低功耗、高性能的8位COMS单片机。它内部集成了4KB闪烁可编程可擦除只读存储器（EPEROM），这种存储器可以反复擦除1000次之多，使程序的调试非常方便。同时AT89C51具有128B内部RAM，32位可编程I/O线，2个16位定时器/计数器，5个中断源，具有低功耗闲置和掉电两种省电模式。选用AT89C51单片机作为公交车自动报站系统的中央
12、处理器，完全能够满足系统的需要。而且这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。2.1.2 语音芯片根据几种语音芯片性能之间的比较，其中，ISD系列芯片和PM60芯片比较符合本次课题的要求。两者相比，PM60芯片的编译程序和外围电路比较都比较简单，能减少我们的工作量，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。ISD1420为美国ISD公司出品的优质单片语音录放电路，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。录音内容存入永久存储单元，提供零功
13、率信息存储，这个独一无二的方法是借助于美国ISD公司的专利-直接模拟存储技术（DAST TM）实现的。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。2.2系统基本原理本系统硬件电路主要由单片机最小系统、语音播放电路和显示电路。单片机的作用是控制语音芯片播放相应语音提示，控制显示电路显示站台编号。系统采取手动报站方式，需要预先录取站名及提醒语句，电路中必须加入语音电路，语音电路采用ISD1420语音芯片。当按播放键，一方面单片机会将此对进行BCD转换控制显示电路显示站台
14、编号;另一方面控制语音芯片播放相应语音提示，完成语音报站。3 硬件设计本系统硬件构架主要有几大模块组成：单片机模块，语音模块， 显示模块，ICP下载模块。 一、单片机模块是主控部分，系统采用AT89C51单片机作为控制核心器件。主要是接收键值后命令语音和显示模块响应键值所对应的功能。 二、语音模块由语音芯片及外围串行接口与单片机通讯，并进行选段播放。 三、液晶模块与主控MCU通讯，主要是用于接到命令后驱动液晶进行相应显示。 以上三大模块构成了公交车报站系统3.1语音电路设计图3.1 语音录放电路本部分采用ISD1420P语音芯片及外围电路实现语音报站功能，该芯片掉电不丢失，语音质量高。外围主要
15、由驻极体话筒和扬声器加少量电容电阻组成，实现语音信号的输入输出，并且用一个二极管作为录音指示灯，在录音模式中，不用和单片机相连,使用硬件录音, 将录音键27脚置低，并组合相应的地址，从而实现分段录音。录音时发光二极管D1被点亮，D1熄灭表示录音结束。在报站状态下，通过8根地址线和2根录放控制线和单片机相连。只需要由单片机P1口送出所需报站名及其他语句的存储地址，给24脚一个下降沿信号，开始放音。通过更改地址即可播放不同的预录的语音信号，组成所需要的一句话，实现自动播报站名及提示性语句。3.1.1 ISD1420 系列语音录放集成电路应用说明ISD1420 系列单片录放时间8至20秒，音质好。芯
16、片采用CMOS技术，内含振荡器、话筒前置放大、自动增益控制、防混淆滤波器、平滑滤波器、扬声器驱动及EEPROM阵列。最小的录放系统仅需麦克风、喇叭、两个按钮、电源及少数电阻电容。再录放操作结束后，芯片自动进入低功耗模式、功耗仅0.5uA.ISD1110/ISD1420 系列有唯一的录音控制和边缘/电平触发两种放音控制。不分段时外围线路最简，也可按最小段长为单位任意组合分段，参见表1-1“最大段数”芯片提供若干操作模式，大大提高了控制的灵活性。芯片采用多电平直接诶模拟量存储专利技术，每个采样直接存储再片内单个EEPROM单元中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调各效果，避免了一般固体录
17、音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”。采样频率从5.3，6.4到8.0KHz，对音质仅有轻微影响。片内信息可保存100年（无需后备电源），EEPROM单片可反复录音十万次。图3.2 ISD1110/1420语音芯片内部结构图3.1.2 ISD-1110、1420语音录放贴片组件ISD-1110,1420系列语音录放组件，是应用目前技术最先进的美国ISD公司单片语音处理大规模集成电路ISD系列为核心，内含64K/128K EEPROM存储器、消除噪声的话筒前置放大器和自动增益调节AGC电路、适合语音的专用滤波电路、具有极高温度稳定性能的时钟振荡电路及全部语音处理电路。它具有全贴片微型化、
18、使用方便、语音任意录抹放、断电语音保存、微功耗、直推喇叭、音质与磁带效果相当等特点。这种电路还提了多种应用方式选择和接口，并可方便地应用到各种集成化电子语音系统中。 ISD系列语音录放组件可用于各种一段式语音留言装置、语音报警及语音提示装置中，能够在电源断开的情况下，长期保存信息，又可以随意更改录入的内容，整个体积小巧，厚度仅为9毫米，使用领域十分广泛，也极为方便。1、特点单片语音录放电路，内含 EEPROM存储器，永久性存储信息，可录放音十万次，存储可保留一百年易于使用，无需编程及开发系统，可随意改变录放内容单电源5V供电，具有自动节电功能直接普通驻极体话筒录音，直接8-16W喇叭放音。采用
19、简易的手动控制方式，可选循环放音方式体积小巧，厚度仅为9毫米。 2、电特性工作电压：4.5V 6.5V 静态电流：典型值为0.5uA 工作电流：25mA（16欧姆喇叭）3、操作过程、接通电源，电路自动进入节电准备状态。按住录音键(REC保持低电平)，电路进入录音状态，录音指示灯亮，直至REC变高或存储器录满，录音结束进入准备状态，REC的优先级高于PLAYE或PLAYL。、放音有两种方式：轻触PLAYE键，即给 PLAYE键一个低脉冲，电路即进入放音状态，直至结束。或给PLAYL一个脉冲，放音结束电路进入准备状态。按下PLAYL键(PLAYL变低并保持)，电路进入放音状态，直至PLAYL变高或
20、放音结束，电路进入准备状态。、ISD组件的L端接高电平（VCC）时，按PLAYE键即循环放音，按PLAYL停止，或按住PLAYL键循环放音，松开即停止。若L端接地（VSS），则不循环放音，每触发一次放音一遍。录音状态下L端应接地。4操作模式地址输入有双重功能,根据地址中的A6,A7的电平状态决定A0A7的功能。如果A6,A7有一个是低电平,A0A7输入全解释为地址位,作为起始地址用。地址位仅作为输入端,在操作过程中不能输出内部地址信息。根据 、 或 的下降沿信号,地址输入被锁定。如果A6,A7同为高电平时,它们即为模式位。使用操作模式有两点要注意:所有初始操作都是从0地址开始,0地址是1420
21、存储空间的起始端,以后的操作可根据模式的不同,而从不同的地址开始工作。当电路中录放音转换或进入省电状态时，地址计数器复位为0。当 、 或 变为低电平,同时A6,A7为高电平时,执行对应操作模式。这种操作模式一直执行到下一个低电平控制输入信号出现为止,这一刻现行的地址/模式信号被取样并执行。3.1.3 语音芯片ISD1420引脚及功能芯片内部的模拟和数字电路使用不同的电源总线，并且分别引在外封装上，这样可使噪声最小。模拟和数字电源端最好分别总线，尽可能在靠近供电端处相连，而去耦电容应量靠近芯片。地线（VSSA，VSSD）芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线，这两个脚最好在引脚焊盘上相连。图3
22、.3 芯片管脚图录音（/REC）低电平有效。只有/REC变低（不管芯片处在节电状态还湿正在放音），芯片即开始录音。录音期间，/REC变高或内存录满后，录音周期结束，芯片自动写入一个信息结束标志（EOM），使以后的重放操作可发即使停止。之后芯片自动进入节电状态。边沿触发放音（/PLAYE）此端出现下降沿时，芯片开始放音。放音持续至顶回到高电平，遇到EOM标志，或内存结束。放音结束后自动进入节电状态。开始放音后，可以释放/PLAYE.电平触发放音（/PLAYL）此端出现下降沿时，芯片开始放音。放音持续指端回到高电平，遇到EOM标志，或内存结束。放音结束后芯片自动进入节电状态。录音指示(/RECLE
23、D)处于录音状态时，此端为低，可驱动LED。此外，放音遇到EOM标志时，此端输出低电平脉冲。话筒输入（MIC）此端边至片内前置放大器。片内自动增益控制电路（AGC）将前置增益控制在-15至24dB。外接话筒将通过串联电容耦合至此端。耦合电容值和此端的10k输入阻抗决定芯片频带的低频节制点。话筒参照（MIC REF）此端时前置放大器的反响输入。当以差分形式连接话筒时，可减小噪音，提高共模抑制比。自动增益控制（AGC）AGC动态调节器整前置境益以补偿话筒输入电平的宽幅变化，使得录制变化很大的音量时失真能保持最小，响应时间取决于此端的5k输入阻抗和外接的对地电容的时间常数。释放时间取决于此端外接的关
24、联对地电容和电阻的时间常数。470k和4.7uF的标称值在绝大多数场合下可获得满意的效果。模拟输出（ANA OUT）前置放大器输出。前置电压增益取决于AGC端的电平。模拟输入（ANA IN）此端即芯片录音的输入信号。对话筒输入来说，ANA OUT端应通过外接电容连至本端。该电容和本端的3k输入阻抗给出了芯片频带的附加低端截止频率。其它音源可通过交流耦合直接连至本端。喇叭输出（SP+、SP-）这对输出端能驱动16以上的喇叭。单端使用时必须输出端和喇叭间接耦合电容，而双端输出即不用电容又能将功率提高4倍。录音时，它们都呈高阻态，节电模式下，它们保持为低电平。外部时钟（XCLK）此端内部有下拉元件，
25、不用时应接地。芯片内部的采样时钟在出厂前已调校，保证了标称的最小录音时间。商业级芯片在整个温度各电压范围内，频率变化再2.25%内，并保证最小录放时间，所以有些芯片的录放时间比标称的值较大。工业级芯片在整个温度和电压范围内，频率变化在5%内，建议使用稳压电源。若要求更高精度或系统同步，可从本端输入外部时钟。由于内部的防混淆及平滑滤波器已设定，帮上述持荐的时钟频率不应改变。输入时钟的占空比无关紧要，因为内部首先进行了分频。地址（A0-A7）地址端有两个作用，取决于最高（MSB）两位A7、A6的状态。当A7或A6有一个为0时，所有输入均释放为地址位，作为当前录放操作的起始地址，地址端只用输入，不输
26、出操作过程的内部地址信息。地址再/PLAYE、/PLAYL、或/REC的下降沿锁存。3.2 单片机控制电路设计单片机根据键盘信息对语音和液晶显示进行控制，实现报站功能。本单片机语音控制系统设计的目的是应用语音识别技术，由单片机控制其他单片机外围的各种机电、电子、测控等器件，使其在人们的语音指令下工作。本系统是由8051单片机最小系统、语音芯片等组成的语音控制、语音播放与显示综合系统。用话筒在语音芯片上录音，将录好的数据存储在语音芯片中，录音时间是20秒，这样就可以实现对语音芯片录音的功能。在不断电的情况下，存储在语音芯片里的语音会永久保存，除非人工清楚存储器上的语音数据。我们还可以在电脑上开发
27、程序，建立更大容量的语音库，建立更复杂的语音识别指令，并进行录音，这样就达到了人机交流，智能化控制的目的。本单片机控制系统能在家用电器，工业语音控制系统上都可以发展应用，是非常实用的系统。将中央处理器、存储器和输入/输出接口都集成在一个大规模集成电路芯片上的微型计算机称为单片机。单片机面向控制应用领域。给单片机配上适当的外围设备和软件，便可构成一个单片机应用系统。单片机应用系统可分为基本系统和扩展系统两大类，扩展系统和基本系统的区别在于有无程序存储器、数据存储器和I/O接口电路等扩展部件。MCS-51系列的典型产品为8051、8751和8031，均为8位单片机，MCS-96系列为16位单片机。
28、单片机具有体积小、可靠性高、控制功能强、使用方便、性能价格比高、容易产品化等特点。单片机主要应用在：智能仪表、机电一体化、实时控制、分布式多机系统、家用电器等，对各个行业的技术改造和产品的更新换代起重要的推动作用。8051、8751和8031均为8位单片机，其内部结构是基本相同的。都具有如下硬件资源：面向控制的8位CPU、128B内部RAM数据存储器、32位双向输入/输出线、一个全双工的异步串行口、二个16位定时器/计数器、五个中断源、2个中断优先级、时钟发生器、可以寻址64KB的程序存储器和64KB的外部数据存储器。MCS-51内部有一个功能很强的8位微处理器CPU，它由算术逻辑运算部件（A
29、LU）、布尔处理器、控制器和工作寄存器组成。8051内部有4KBROM，8751内部有4KBEPROM，而8031内部无程序存储器。单片机可通过上电自动复位和人工复位，使CPU和系统中的其它部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作（需掌握复位以后内部各寄存器的状态）。若系统有外部扩展的接口电路，则也需与单片机同步复位，以保证CPU有效地对外部电路进行初始化编程。两者复位电路的不同，需保证两者同步复位。在实际的8051应用系统中，内部RAM的07FH，除了实际用到的工作寄存器、位标志和堆栈区以外的单元，都可以作为数据缓冲器使用，存放输入的数据或运算的结果。 8051内部的I/O口锁存器
30、以及定时器、串行口、中断等各种控制寄存器和状态寄存器都称为特殊功能寄存器，它们离散地分布在内部RAM 80HFFH的地址空间（8051有21个特殊功能寄存器）。而其中部分地址能被8整除的字节地址单元可以位寻址，即有些特殊功能寄存器，既能用字节地址访问又可以用位地址访问其中的某些位。 8051的定时器/计数器是根据输入的脉冲进行加1计数，当计数器溢出时，将溢出标志位置1，表示计数到预定值。其方式寄存器TMOD决定了定时器/计数器是工作在定时器方式还是工作在计数器方式，并控制定时器/计数器的工作方式以及计数时是否受外部引脚的控制。控制寄存器TCON控制定时器/计数器的启停（TRi）、寄存定时器/计
31、数器的溢出状态（TFi）。 并行口 8051有四个双向8位输入/输出口P0P3，每个口都有锁存器、输入/输出缓冲器。四个并行口硬件组成有相同又有不同，其不同是与各个口所担负的作用与功能相关联的。如P0口无内部上拉电阻，P1口、P3口无多路开关，P3口的每位可定义第二I/O功能等。各个口在不同作用时的信息内容和信息流向是不同的。如P0、P2口的多路开关就决定了当前口是作为通用I/O口与外部的输入/输出设备之间交换信息，还是作为系统扩展的地址/数据总线使用，多路开关的切换由其控制端决定。 系统扩展时，通常P0口作为8位数据总线；P2口作高8位地址总线，P0口同时作低8位地址总线。P0口的低8位地址
32、总线与8位数据总线是分时复用的，需使用地址锁存器锁存低8位地址。16位地址总线共同完成对外部存储器64KB范围寻址。 3.2.1 MCS-51系列单片机外部引脚说明 MCS-51单片机组成中包含运算器、控制器、片内存储器、4个I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统、振荡器的功能部件。图中SP是堆栈指针寄存器，PC是程序计数器，PSW是程序状态字寄存器，DPTR是数据指针寄存器。MCS-51外部引脚说明 MCS-51系列单片机芯片均为40条引脚，HMOS工艺制造的芯片用双列直插（DIP）方式封装。各引脚功能说明如下： 1. 主电源引脚 Vcc（40脚）：接+5V电源正端。 Vss（20脚）：
33、接低电平。 2. 外接晶体引脚 XTAL1（19脚）：接外部石英晶体的一端。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部时钟时，对于HMOS 单片机，该引脚接地；对于CHMOS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。 XTAL2（18脚）：接外部石英晶体的另一端。在单片机内部，它是片内振荡器的反相放大器的输出端。当采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端；对于CHMOS单片机，该引脚悬空不接。 3. 输入/输出引脚 （1） P0口（3932脚）：P0.0P0.7统称为P0口。在不接片外存储器与不扩展I/O口时，可作为准双向输入/输出
34、口。在接有片外存储器或扩展I/O口时，P0口分时复用为低8位地址总线和双向数据总线。 （2） P1口（18脚）：P1.0P1.7统称为P1口，可作为准双向I/O口使用。对于52子系列，P1.0与P1.1还有第二功能：P1.0可用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2，P1.1可用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。 （3） P2口（2128脚）：P2.0P2.7统称为P2口，一般可作为准双向I/O口使用；在接有片外存储器或扩展I/O口且寻址范围超过256字节时，P2口用作高8位地址总线。 P3口第二功能:P3.0 RXD 串行口输入 P3.1 TXD 串行口输出端 P3.2 INT0 外部
35、中断0请求输入端，低电平有效 P3.3 INT1 外部中断1请求输入端，低电平有效 P3.4 T0 定时器/计数器0计数脉冲输入端 P3.5 T1 定时器/计数器1计数脉冲输入端 P3.6 WR 外部数据存储器写选通信号输入端，低电平有效 P3.7 RD 外部数据存储器读选通信号输入端，低电平有效 （4） P3口（1017脚）：P3.0P3.7统称为P3口。除作为准双向I/O口使用外，还可以将每一位用于第二功能，而且P3口的每一条引脚均可以独立定义为第一功能的输入输出或第三功能。P3口的第二功能如表1.1所示。 4. 控制线 （1） ALE/PROG（30脚）：地址锁存有效信号输入端。ALE在
36、每个机器周期内输出两个脉冲。在访问片外程序存储器期间，下降沿用于控制锁存P0输出的低8位地址；在不访问片外程序存储器期间，可作为对外输出的时钟脉冲或用于定时目的。但要注意，在访问片外数据存储器期间，ALE脉冲会跳空一个，此时作为时钟输出就不妥了。 对于片内含有EPROM的机型，在编程期间，该引脚用作编程脉冲PROG的输入端。 （2） PSEN（29脚）：片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效。当从外部程序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期该信号两次有效，以通过数据总线P0口读回指令或常数。在访问片外数据存储器期间，PSEN信号将不再出现。 （3） RST/VPD引脚（9脚）：RST即为
37、RESET，VPD为备用电源。该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操作，使单片机回复到初始状态。上电时，考虑到振荡器有一定的起振时间，该引脚上高电平必须持续10ms以上才能保证有效复位。 当Vcc发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源VPD(+5V)为内部RAM供电,以保证RAM中的数据不丢失。 （4）EA/Vpp（31脚）：EA为片外程序存储器选用端。该引脚有效（低电平）时，只选用片外程序存储器，否则单片机上电或复位后选用片内程序存储器。 对于片内含有EPROM的机型，在编程期间，此引脚用作21V编
38、程电源Vpp的输入端。 综上所述，MCS-51系列单片机的引脚可归纳为以下两点： （1） 单片机功能多，引脚数少，因而许多引脚都有第二功能。 （2） 单片机对外呈现3总线形式，由P2、P0口组成16位地址总线；由P0 口分时复用为数据总线；由ALE、PSEN、RST、EA与P3口中的INT0、INT1、T0、T1、WR、RD共10个引脚组成控制总线。因此，可使片外存储器的寻址范围达到64KB。 3.2.2 晶振电路的设计8051片内有一由高增益反相放大器构成的振荡器。反相放大器的输入端为xTALl，输出端为xTAL2，两端踌接石英晶体及两个电容形成稳定的自激振荡器。电容通常取30PF左右。振荡
39、频率范围是1.212MHz，如下图2.3（左）所示。晶体振荡器的振荡信号从xTAL2端输出到片内的时钟发生器上。时钟发生器为二分频器向CPU提供两相时钟信号P1和P2。时钟信号纳周期称作饥器状态时间s是振荡周期的2倍。每个时钟周期有两个节拍(相)P1和P2，cPU就以两相时钟P1和P 2为基本节拍指挥805l单片饥各部件协调工作。下图（右）给出片内时钟发生原理。图3.4 震荡电路图在本设计中，晶体振荡器选择12M的，而自激振荡电路中的电容就取30PF。3.2.3 按键复位电路的设计单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处立个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，例如复位后PC0000H，
40、使单片机从第个单元取指令。大论是在单片机刚开的接广电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位，所以我们必须弄清楚MGS51型单片机复位的条件、复体电路和复位后状态。单片机复位的条件是：必须使RSW阳或RST引脚(9)加上持续两个机器周期(即24个振荡周期)的高电平。例如，若时钟频率为12MHz，每机器周期为1s，则只需2s以上时间的高点平，在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。单片机常见的复位电路如下图 3.3.3(a)，图3.3.3(b)所示。图3.3.3中 (a)图为上电复位点路，它足利用电容充电来实现的。在接电瞬间，RESET端的电位与VCC相同，随着充电电流的减少，RESET
41、的电位逐渐下降。只要保证RESET为高电平的时间大于两个机器周期，使能正常复位。图3.3.3中(b)图为按键复位电路。该电路除具有上电复位功能外，若要复位，只需按图3.3.3 (b)中的RESET键，此时电源vCC经电阻R1、R2分压，在RESET端产生一个复位高电平。 如图3.5(a) 上电复位电路 如图3.5(b) 按键复位电路（2）方案比较采用的是按键复位， 这种复位电路的特点就是上电以后，可以随时通过按键来发出复位信号。该电路除具有上电复位功能外，若要复位，只需按图中的RESET键，此时电源vCC经电阻R1、R2分压，在RESET端产生一个复位高电平。这对系统的可控性是很有帮助的。前面
42、已经介绍了复位电路的两种形式，其实对系统而言并没有什么大的区别，但考虑到系统调试时的方便，本系统采用了按键复位方式。当调试不成功时，经过调整后，只需单片机复位即可进行下一次的调试。这也降低了其他硬件由于电源供电问题，而导致的调试不成功。所以，最终选定按键复位电路为单片机部分的复位电路。而且第一种设计方案比较原理图和思路都比较复杂，所需要的器件也比较多，人不容易理解，最终还是选择第二种方案。3.3 显示模块简介本部分采用的是TS12864液晶显示，它的数据线与单片机的P0口连接，RS、RW、E与P2.0、P2.1、P2.2连接。在每次上电后都需要对LCD进行初始化设置，把需要显示的汉字放在数组里
43、，编译器会自动将汉字转换为机器码，通过相应的驱动程序送给LCD，就会显示相应的汉字，3.3.1 TS12864A-3液晶显示液晶显示（LCD）大体分为笔段型、字符型、点阵图形型等几大类。本文将介绍点阵图形型带汉字库的液晶显示器。当要显示文本内容时，只要把数据写到文本显示RAM中，即DDRAM中，控制芯片就会自动的控制显示。流程如下：设定工作模式。再检测忙信号。再传送数据。概述：点阵格式：12864，显示类型：STN，视角：6点（bottom view），显示色彩：gree 背光：LED背光，黄绿光，偏振模式：Positive，Reflective/Transflective，驱动方式：1/64
44、Duty Cycle，1/9Bias Glass to PCB：ZEBRA CONNECTOR，点大小：0.480.48mm ，点距离：0.520.52mm 引脚功能如表3.1。如表3.1引脚功能表引脚序号符号电平功能1 VSS OV 电源地2 VDD +5V 电源输入3 VO 液晶显示对比度调节4 RS（D/I） H/L H:Display Data,L:Displa Instruction 5 R/W H/L H:读信号，L：写信号6 E 读写使能7-14 DBO-DB7 H/L 数据总线15 PSB H/L H:8位或4为并口方式，L: 串口方式16 NC17 /RES H/L 复位端，低电平有效（见注释2）18 NC19 LED(+) 背光源正端（+5V）20 LED(-) 背光源负端*注释1：如再实际应用中仅使用并口通讯模式，可将PSB接固定高电平 模块有并行和串行两种连接方法（时序如下）：1、8位并行连接时序图MPU 写资料到模块MPU图3.6从模块读到资料 图3.7串行连接时序图3.3.2 字符表代码（02H-7FH）图3.8 字符表代码LED(-) LED(+) NC RST NC PSB DB7 DB6 DB5
