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1、 摘 要本系统是一个基于单片机AT89C51的语音温度计的设计，用来测量环境温度，整个设计系统分为5部分：单片机控制、温度传感器、液晶显示、语音报温以及键盘控制电路，整个设计是以AT89C51为核心，选用DS18B20单总线数字温度传感器，RT1602液晶显示器实现，液晶显示当前日期、时间和温度。当测量温度超过设定的温度上下限时，启动蜂鸣器和指示灯报警。温度显示稳定，且温度测量误差1，温度值小数部分保留两位有效数字。增加了手动实时播报时间温度功能。LCD采用的是RT1602，它具有功耗低、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧等优点，应用越来越广泛。整个设计其外围电路相对比较简单，实现容易。在本论文中
2、附带了软件实现的流程图以及部分子程序以及各种硬件电路图。关键词：DS18B20；液晶显示；语音播报；声光报警 AbstractThis system is a design of the speech thermometer according to the microprocessor AT89C51,which is used to measure the environment temperature, The whole design system is divided into 5 parts: A microprocessor control, temperature sensor
3、，the LCD display, the speech report and the keyboard control circuit, at the same time.The whole design take AT89C51 as the core, choose to single bus digital temperature sensor DS18B20, DS1302 serial clock chip, RT1602 LCD monitor realization, LCD display the current date, time, weeks and temperatu
4、re. When measuring temperature over set temperature fluctuation limit, start with light alarm buzzer. Temperature display stability, and temperature measurement error acuities 1, plus or minus temperature the decimal part retained two significant digits. Increased manual real-time broadcast time tem
5、perature function. The LCD I choose is RT1602, its power consume is low, it has many advantages , for example, the volume is small, the contents is abundant, super thin and agile etc, and its application is becoming more and more extensive. The whole design lies in its outer circuit is much more sim
6、ple, and it can carry out more easily. In my thesis, there are flow chart and parts of subprogram and various hardware circuit diagrams. Keyword：DS18B20;LCD;speech function;sounding and light alarm 目 录1 引言12 方案论证32.1 电源模块32.2 温度传感器模块32.3 显示模块42.4 键盘控制模块52.5 语音播报模块53 设计原理63.1 单片机模块63.1.1 单片机介绍63.1.2
7、单片机外围电路设计83.1.3 AT89C51复位电路93.1.4 AT89C51时钟电路103.2 温度传感器模块113.2.1 DS18B20的测温原理113.2.2 DS18B20与AT89C51的接口电路设计123.3 键盘控制模块133.4 报警模块143.5 液晶显示模块153.6 语音播报模块163.6.1 ISD1420语音芯片录放音电路设计183.6.2 ISD1420与AT89C51接口电路设计204 软件部分214.1 开发工具介绍214.2 系统的主程序设计214.2.1 键盘扫描子程序224.2.2 测量温度子程序设计234.2.3 报警子程序25 4.2.4 实现时
8、钟功能的程序设计254.2.6 语音播放子程序275 仿真结果数据分析285.1 功能仿真和结果28结 论30致 谢31参考文献32附录A 英文原文33附录B 汉语翻译41附录C 源程序46附录D 原理图641 引 言电子计算机的发展和变化是极为惊人的，自从1946年世界上第一胎电子计算机问世到现在为止不过几十几年的时间，电子计算机的发展已经经历了四个时代：第一代为电子管数字计算机时代，发展年代为1946年到1958年。此时，逻辑元件采用的是电子管，主存储器用到的是磁鼓，磁芯，外用存储器采用的是磁带，运行速度为每秒几千次到几万次。其用途是用来进行科学计算。第二代是采用晶体管的计算机，期发展时代
9、为1958年到1964年。逻辑元件由原来的电子管变为了晶体管。第三代计算机中采用的是中，小规模的集成电路，其发展时代是从1964年到1971年。1971年之后就出现了集成在一块大规模集成电路上的处理器-微型电子计算机的核心。通常认为第四代计算机的起点是70年代的中期以后，那时中，大型计算机中应用的是大规模集成的电子芯片，第四代计算机时代在80年代仍然持续。微处理器的由抵挡向高档发展的同时，单片微型计算机也在不断的发展中：1975 年美国德州仪器（ TI ）公司推出 TMS-1000, 英代尔公司推出4004 4位单片机。1980年英代尔公司在 MCS48 系列的基础上，又推出高性能的MCS51
10、系列8位单片机。1982年 16 位单片机问世后。英代尔又推出了MCS-96系列16位单片机。而今32位单片机又以其强大的功能提供给应用者。目前单片机正在继续向提高性能的方向发展着：一方面继续增加芯片的时钟频率，使之更加适应快速的应用环境，另外芯片内的存储器容量也在继续增加，使得芯片存放程序和数据的能力可以不断扩大。单片机的另一个功能就是其特有的功能。实际上，单片机的品种远比微处理器的品种多， 原因在于单片机能够根据不同的应用环境发挥各自不同的性能上的特点1。随着集成技术的发展和应用广泛的迫切需要，单片机的发展十分迅速，其发展趋势具有以下特点：高度可靠性，高速度性，低功率，技术高新化，宽电压，
11、品种多样化。单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、电流、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（电压表、功率计，示波器，各种分析仪）。21世纪是人类全面进入信息电子化的时代，现代信息技术的三大基础是信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。人类探知领域和空间的拓展，人们需要获得的电子信息种类也日益增加，需要信息传递的速度
12、也就更快，信息处理能力也要增强，因此要求与此相对应的信息采集技术传感器技术必须跟上信息化发展的需要。传感器技术是人类得到自然界信息的触觉，它为人们认识和控制相应的对象提供更方便的条件和更可靠的依据。现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。它属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛应用于工农业生产、科学研究和生活等领域，应用数量居各种传感器之
13、首。近百年来，温度传感器的发展经历了三个阶段：(1)传统的分立式温度传感器 (含敏感元件)；(2)模拟集成温度传感器控制器；(3)智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从由模拟式向数字式、从集成化向智能化、网络化的方向发展。作为现代信息技术的三大核心技术之一的传感技术，将是二十一世纪世界各国在高新技术发展方面争夺的一个重要领域。2 方案论证分析本题，根据设计要求先确定了本系统的整体设计原理框图如图所示 显示模块 电源模块微控制器模块 报警模块 温度采集 语音录放 键盘控制 图2.1 原理框图 2.1 电源模块方案一：采用四只干电池作为电源。该方案的优点是设计简明扼要，成本低；，能独立驱动
14、单片机，适合小电流负载。方案二：采用独立的稳压电源。电源的稳压的特性较好，能够保证整个系统稳定工作。但是产生了很多赘余的线路。综上分析，为使系统调试方便，能够稳定工作，成本低，简明扼要等要求，所以决定选择第一种方案。2.2 温度传感器模块方案一：AD590是单片集成的敏感电流源，激励电压在+4V+30V间选择，其测量范围为-55摄氏度-150摄氏度，所输出的电流数值（微安数）等于绝对温度K的数值。AD590具有标准化的输出和固有的线性关系，分不同的测温范围和精度供设计者选用，通过微调电路对AD590的输出进行修正，可达到很高的测试精度。AD590不需要低电平测量设备和电桥，可以使用长导线，而不
15、会因为电压的降低和感应的噪声电压而产生误差；它又是一个高阻抗的电流源；对激励的电压变化不够敏感。但是AD590需要把被测温度转化为电流再通过放大器和A/D转换器才能输出数字量送给单片机进行温度控1。方案二：DS18B20是美国达拉斯半导体公司推出的第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可以将温度直接转化成串行数字量供微处理器处理。因此，在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器是解决这些问题的有效方案，新型数字温度传感器DS18B20具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网优点，在实际测温的过程中取
16、得了良好的测量效果。其供电方式简单，可用数据线供电，所需的外围器件较少，甚至不需要外围器件。通过比较，根据本设计电路简单和设计的要求考虑，温度传感器DS18B20具有更高的性价比，DS18B20能够构建经济的测温网络。因而在本次设计中，选用的是达拉斯公司生产的数字温度传感器DS18B20，故采用的是方案二。2.3 显示模块方案一：采用八位数码管，将单片机的数据通过数码管显示出来。该方案简单易行，成本低，但所需的元器件较多，且不容易进行操作，可读性较差，一旦设定后，很难加入其它的功能，显示格式受控制，且耗电量大。方案二：采用LCD显示屏进行显示。LCD显示屏是一种低压、微功耗的显示器件，只要2-
17、3伏就可以工作了，工作电流仅为几微安，是其它显示器无法相比的，同时可以显示大量信息，除数字外，还可以显示字母，曲线，比其他传统的LED数码显示器的画面有了质的提高。虽然LCD显示器的价格比传统的LED数码管要贵些，但它的显示效果更好，是当今显示器的主流应用的产品，所以采用LCD作为显示器。采用LCD显示屏，更容易实现题目的要求，对后续功能的兼容性很高，只需将软件修改即可完成不同的功能，可操作性强，易于读数，采用RT1602两行十六字符的显示屏进行显示，能同时显示日期，时间，温度。综上分析，LCD显示屏具有方便显示和画面显示清晰等特点 所以采用第二种方案。2.4 键盘控制模块方案一：44矩阵式键
18、盘。此方案对于本系统来说无非是浪费I/O占用MCU的资源，不利于系统的扩展和开发，会使系统的实用性降低，况且本系统根本不需要16个按键。方案二：独立式按键。对于独立式按键来说，如果设置过多按键，虽然会占用较多I/O口，给布线带来不便，此方案适用于按键较少的情况。综上分心，在本设计中所需要的控制点数的较少，只需要几个功能键，简便、易操作、成本低就成了首要考虑的因素。所以此时，采用方案二。2.5 语音播报模块方案一：通过A/D转换器、单片机，存储器，DA转换器实现声音信号的采样、处理、存储和实现。首先将声音信号放大，通过AD转换器采样将语音模拟信号转换成数字信号，并由单片机和处理存放到存储器中，实
19、现录音操作。在录、放音过程中由单片机控制D/A转换器，将存储器中的数据转化成声音信号。此方案安装调试复杂，集成度低，成本也不低。方案二：采用ISD1420语音录放。ISD1420是采用模拟存取技术集成的可反复录放的20秒语音芯片，掉电语音不丢失，最大可分160段，最小每段语音长度为125ms，每段语音都可由地址线控制输出，每125ms为一个地址，由A0-A7八根地址线控制。该芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术，每个采样值可直接存储在片内单个EEPROM单元中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声。此外，ISD1420还省去了A/D和D/A转换器，方便扩展更多的功能。综上所述，
20、选择方案二，即ISD14201。 3 设计原理本系统选用的模块包括：单片机系统，电源模块，LCD显示模块，语音播报模块，温度传感器模块，键盘控制模块。3.1 单片机模块本次的毕业设计的核心部分是单片机的控制，给以相关的执行命令，按照人们的意愿执行相应的操作命令，这次选用的是日常生活中常用的芯片AT89C51,主要是他的价格便宜,而且通用性较强,容易获得并能完美的完成设计要求。3.1.1 单片机介绍单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调
21、制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域的广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的32位300M的高速单片机。单片机的命名比较杂乱，在计算机技术中，但基本的意思就是单片微型计算机（Single-Chip Microcomputer）的简称。形象的说，单片机是一种简化了的计算机，其主要针对各种小型设备和便携式的设备等嵌入式系统。1946年，世界上第一胎电子数字计算机ENIAC在美国宾西法尼亚大学研制成功。随后，计算机技术便突飞猛进，很难想象其在短短的几十年的时间居然发展得如此神速，普及得如此广泛。在计
22、算机技术中，单片微型计算机，也就是单片机，也是异军突起，发展十分迅速，已成为电子工程师必备的技术。单片机内部集成了中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、只读存储器(Read Only Memory,ROM)、随即存取存储器（Random Access Memory，RAM）、定时器/计算器及I/O（Input/Output）接口等部件。这些部件使单片机具有了和计算机同等强大的功能2。a. 运算器电路 运算器电路包括ALU（算术逻辑单元）、ACC（累加器）、B寄存器、状态寄存器、暂存器1和暂存器2等部件，运算器的功能是进行算术运算和逻辑运算。 b. 控制器电路控制
23、器电路包括程序计数器PC、PC加1寄存器、指令寄存器、指令译码器、数据指针DPTR、堆栈指针SP、缓冲器以及定时与控制电路等。控制电路完成指挥控制工作，协调单片机各部分正常工作。 c. 定时器/计数器 定时/计数器就相当于一个方便的闹钟，主要用于单片机硬件的定时或者计数。典型的8051单片机有两个16位的可编程定时器/计数器，以实现定时或者计数两种功能。通过定时器/计数器可以为串口通信组件提供波特率的计量，也可以产生相应的中断控制程序的转向。d. 存储器 存储器包括数据存储器和程序存储器，其主要特点是程序存储器和数据存储器的寻址空间是相互独立的，物理结构也不相同。 e. 并行I/O口 MCS5
24、2单片机共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2和P3），每一条I/O线都能独立地用作输入或输出。P0口为三态双向口，能带8个TTL门电路，P1、P2和P3口为准双向口，负载能力为4个TTL门电路。 f. 串行I/O口 MCS521单片机具有一个采用通用异步工作方式的全双工串行通信接口，可以同时发送和接收数据。 g. 中断控制系统 中断系统式一种应急响应的系统。典型的8051单片机提供了两个外部中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断。中断系统统一管理所有的中断源的响应，同时这些中断源提供了2级的优先级别供选择2。h. 时钟振荡电路 时钟振荡电路为单片机指令的执行提供了一个统一的步调。典型的8
25、051单片机内置了时钟振荡电路，只需外接一个无源晶振和振荡电容便可以工作。时钟振荡电路产生的时钟，是供整个单片机运行的脉冲时序。当然，单片机还提供了灵活的外部时钟源工作方式。i.总线 以上所有部分都是通过总线连接起来，从而构成一个完整的单片机。系统的地址信号、数据信号和控制信号都是通过总线传送的，总线结构减少了单片机的连线和引脚，提高了集成度和可靠性。 选用单片机的结构： 1 一个8 位算术逻辑单元 2 32 个I/O 口4 组8 位端口可单独寻址 3 两个16 位定时计数器 4 全双工串行通信 5 6 个中断源两个中断优先级 6 128 字节内置RAM 7 独立的64K 字节可寻址数据和代码
26、区 每个8051 处理周期包括12 个振荡周期，每12 个振荡周期用来完成一项操作。如取指令和计算指令执行时间，可把时钟频率除以12 取倒数，然后指令执行所须的周期数。因此如果你的系统时钟是11.059MHz， 除以12 后就得到了每秒执行的指令个数为921583条，指令取倒数将得到每条指令所须的时间1.085ms 。3.1.2 单片机外围电路设计 本次设计采用的是一个种高性能、功耗低CMOS 8位的单片机-AT89C51，片内包含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司高密度、非易失性存储
27、技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89C51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89C51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，看门狗（WDT）电路，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，片内时钟振荡器。另外，AT89C51中还配置和设计了振荡频率，可通过软件设置到省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而
28、RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM中的数据，停止芯片其它功能直到外中断激活或硬件复位。同时该芯片还采用了其他三种封装形式即：PDIP、TQFP和PLCC等。微型处理器的基本功能都综合在了AT89C51中。当温度传感器的信号送达至AT89C51芯片时，部程序将依据送达信号的类型进行处理，并将处理结果送达显示模块、报警模块、语音播报模块。并且发送控制信号控制各个模块。模块在硬件设计方面上，外围电路提供能使其工作的晶振脉冲和复位按键，四个I/O口分别用于外围设备的连接。单片机AT89C51的 I/O端口具体分配与下表3.1:表3.1 AT89C51的I/O
29、端口具体分配AT89C51的IO端口外接点P0.1-P0.7语音芯片播音地址端口P1.0-P1.7LCD地址显示端P2.0DS18b20通道P2.4-P2.7连接键盘控制端口P2.1-P2.3DS1302P0.0开始播音口P3.1LCD读/写选择端P3.0LCD数据/命令端P3.2LCD使能端3.1.3 AT89C51复位电路任何微机系统执行的第一步都是系统复位，其作用是使整个控制芯片回到默认的硬件状态下即：单片机的片内电路初始化过程。也就是使单片机从一种确定的初态开始运行。AT89C51的复位过程是通过外部的复位电路实现的。复位引脚RST通过一个施密特触发器与复位电路相连结，施密特触发器作用
30、是用来抑制噪声，复位电路通常采用两种方式：上电自动复位、按钮复位。手动复位：人为的在复位输入端加上高电平让使系统复位得方法即为手动复位。一般方法是利用一个在RST端和正电源VCC之间的按键，当按下按键时，VCC和RST端接通，RST引脚处高电平，按键动作时间一般是数十毫秒，大于两个机器周期的时间，能够安全的使系统复位。上电复位：上电复位电路属于简单的复位电路，需要在RST复位引脚接一个电容到VCC上，接一个电阻到地就可以了。上电复位作用是在给系统上电时，复位电路通过电容加到RST复位引脚一个短暂的高电平信号，这个复位信号会随着VCC对电容的充电过程而回落，所以电容的充电时间决定RST引脚复位的
31、高电平维持时间。为了保证系统安全可靠的复位，RST引脚的高电平信号必须维持足够长的时间。在本设计中复位电路的设计是采用简单、用得比较广泛的复位电路接法，如图3.1所示，它具有按键复位和上电复位的双重复位功能。图3.1 复位电路3.1.4 AT89C51时钟电路时钟的作用相当于单片机的心脏，单片机各功能部件的运行工作状况都是以时钟频率为基准，有条不紊的按照给定的时钟频率工作。所以，时钟频率直接影响得是单片机的工作速度，单片机系统的稳定性也取决于时钟电路的质量。常用的时钟电路有两种方式：一种是内部时钟方式，另外一种是外部时钟方式。本文用的是内部时钟方式。电路图3.2所示：图3.2 时钟电路AT89
32、C51单片机内部有一个用于构成高增益反相放大器的振荡器，这个高增益反向放大器的输入端芯片引脚为XTAL1，输出端引脚为XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。3.2 温度传感器模块本模块主要作用是进行温度采集，然后AT89C51进行分析处理采集到的数据。本次设计中采用了DS18B20作为温度数据采集器，它的精度可以精确到0.0625，完全可以用来进行环境温度的测量和采集。DS18B20是美国DALLAS 公司生产的单总线数字温度传感器,其作用是可把温度信号直接转换成串行数字信号供微处理器处理,而且可以在一条总线上挂接任意多个DS18B20芯片,构成多点温
33、度检测系统无需任何外加硬件。DS18B20 数字温度传感器可提供912 位温度读数,读取或写入DS18B20 的信息仅需一根总线,总线本身可以向所有挂接的DS18B20 芯片提供电源,而不需额外的电源。由DS18B20 这一特点,非常适合于多点温度检测系统,硬件结构简单,方便联网,在仓储管理、工农业生产制造、气象观测、科学研究以及日常生活中被广泛应用1。3.2.1 DS18B20的测温原理DS18B20 内有一个能直接转化为数字量的温度传感器,其分辨率9,10 ,11 ,12bit 并且可编程,通过设置内部配置寄存器来选择温度的转换精度,出厂时默认设置12bit。温度的转换精度有0.5、0.2
34、5、0.125、0.0625。温度转换后以16bit 格式存入便笺式RAM,可以用读便笺式RAM命令(BEH) 通过1 - Wire 接口读取温度信息,数据传输时低位在前，高位在后。温度/数字对应关系如表3.2所示（分辨率为12bit时）。由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。操作协议为：初始化DS18B20（发复位脉冲）发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据表3.2 温度和数据对应表温度二进制数据十六进制数据+125C0000 0111 1101 000007D0h+85C*0000 0101 0101 00000550h+25.0625C00
35、00 0001 1001 00010191h+10.125C0000 0000 1010 001000A2h+0.5C0000 0000 0000 10000008h0C0000 0000 0000 00000000h-0.5C1111 1111 1111 1000FFF8h-10.125C1111 1111 0101 1110FF5Eh-25.0625C1111 1110 0110 1111FE6Fh1111 1100 1001 0000FC90h3.2.2 DS18B20与AT89C51的接口电路设计DS18B20可以从单总线上得到能量并储存在内部电容中,该能量是当信号线处于低电平期间消耗
36、,在信号线为高电平时能量得到补充,这种供电方式称为寄生电源供电。DS18B20也可以由35.5V的外部电源供电。所以在硬件上，DS18B20与单片机的连接有两种方法，一种是VCC接外部电源，GND接地，I/O与单片机的I/O线相连；另一种是用寄生电源供电，此时UDD、GND接地，I/O接单片机I/O。无论是内部寄生电源还是外部供电，I/O口线要接5K左右的上拉电阻.我们采用的是第一种连接方法, 如图3.3所示:把DS18B20数据线与AT89C51的P2.0,再加上上拉电阻。图3.3 DS18B20与AT89C51的接口电路3.3 键盘控制模块按键的开关状态通过一定的电路转换为高、低电平状态。
37、按键闭合过程在相应的I/O端口形成一个负脉冲。闭合和释放过程都要经过一定的过程才能达到稳定，这一过程是处于高、低电平之间的一种不稳定状态，称为抖动。本系统中用到四个功能控制按键，用P2的4个I/O口接4个独立式按键即可满足需要，软件消除抖动，当发现有键按下时，延时10-20ms再查询是否有键按下，若没有键按下，说明上次查询结果为干扰或抖动；若仍有键按下，则说明闭合键已稳定。准确判断去执行相应的程序。电路图如图3.4所示。图3.4 键盘控制电路3.4 报警模块报警模块的工作原理是当温度传感器检测到的温度高于温度的上限或低于温度的下限设定值时单片机的P0.0发出高电平信号促使PNP三极管导通点亮发
38、光二极管，蜂鸣器也发出响声，产生声光报警。电路图如图3.5所示。图3.5 报警电路3.5 液晶显示模块该模块是由RT1602液晶显示器件组成, 第3脚： VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当
39、E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。由上可知1602基本操作时序如表3.3。其第1516脚：背光电源脚。RT1602与单片机的应用连接电路图如图3.6所示。表 3.3 LCD1602基本操作时序基本时序操作输入输出读状态RS=L,R/W=H,E=HDOD7=状态读数据RS=H,R/W=H,E=H无写指令RS=L,R/W=L,E=高脉冲,DOD7=指令码DOD7=数据读指令RS=H,R/W=L,E=高脉冲,DOD7=数据无 图3.6 液晶显示模块接口电路3.6 语音播报模块本模块采用的核心语音芯片ISD1402语音芯片是美国ISD(Informat
40、ion Storage Device)公司的产品。它包括时钟振荡器、128K可编程电擦除只读存储器（EEPROM）、低噪前置放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、差分功率放大器等电路。ISD1400系列语音芯片采用直接存储模拟信号，自动待机省电，可编程电擦除只读存储和总线技术。ISD1400是一种具有高保真、录音数据永久保存、省电、适用于同单片机接口特点的新一代语音芯片。ISD1420是ISD1400系列中录音时长为20s语音芯片。ISD1420是采用模拟存取技术集成的可反复录放的20秒语音芯片，掉电语音不丢失，最大可分160段，最小每段语音长度为125ms，每段语音都可由地址线控制输出，每
41、125ms为一个地址，由A0-A7八根地址线控制。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 PLAYL、PLAYE 或REC 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：（一)所有初始操作都是从0地址开始，0地址是1420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。（二）当PLAYL 、PLAYE
42、 或REC 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。操作模式可以与微控制器一起使用，也可用硬件连线得到所需系统操作。A0-信息检索（或 only)不知道每个信息的实际地址,A0可使操作者快速检索每条信息，A0每输入一个低脉冲，可使得内部地址计数器跳到下一个信息。这种模式仅用于放音，通常与A4操作同时应用。A1- 删除 标志（only）可使录入的分段信息成为连续的信息，用A1可删除掉每段中间信息后的 标志，仅在所有信息后留一个 标志。当这个操作模式完成时，录入的所有信息就作为一个连续
43、的信息放出。A3- 循环重放信息（或 only）可使存于存储空间始端的信息自动地连续重放。一条信息可以完全占满存储空间，那么循环就可以从头至尾进行工作，并由始至终反复重放。5A4- 连续寻址：在正常操作中，当一个信息放出，遇到一个 标志时，地址计数器会复位，A4可防止地址计数器复位，使得信息连续不断地放出。A2、A5- 未用。ISD1420地址输入端具有双重功能，根据地址中的A6、A7的电平状态决定A0A7的功能。如果A6、A7有一个低电平，A0A7输入全解释为地址位，作为起始地址用，此时地址线仅作为输入端，在操作过程中不能输出内部地址信息。根据PLAYE、PLAYL或REC的下降沿信号，地址
44、输入被锁定。如果A6、7同为高电平时，它们即为模式位。在这里我们只用到地址功能来分段控制，所以我们需要保证A6、A7不可同时为1，这里我们可以用软件进行保护。地址输入端A0A7有效值范围为0000000010011111，这表明最多可被划分为160个存贮单元，可录放多达160段语音信息。由A0A7决定每段语音的起始地址，而起始地址又直接反映了录放的起始时间。其关系见公式：TQ=0.125s（128A7+64A6+32A5+16A4+8A3+4A2+2A1+0）6。3.6.1 ISD1420语音芯片录放音电路设计分段录音时，ISD1420的A0-A7用作地址输入线，A6、A7不可同时为高电平，所
45、以地址范围为00H-9FH，即为十进制码0-159 共160个数值。这表明ISD1420的EEPROM模拟存储器最多可被划分为160个存储单元，也就是说ISD1420最多可存储160个语音段，语音段的最小时间长度为0.125S。不同分段的选择是通过对A0-A7端接不同的高低电平来实现。ISD1420分段录音可以通过硬件（开关）来实现也可以通过软件编程来实现。其中ISD1420各引脚说明如下：A0-A7地址输入端，当A6和A7不全为高电平时，A0-A7为分段录音信息地址线，不同的地址对应不同的录音片断。MIC话筒输入端，话筒输入信号通过电容交流耦合至此引脚并传给片上预放大器，耦合电容C7的值和该
46、端内阻R7(10K)决定语音信号通频带下限频率。 MICREF话筒参考输人端，MICREF是预放大器的反相输入端，配合外电路可使片上预放大器具有较高的噪声抑制比和共模抑制比。ANA IN模拟信号输人端，对于话筒输入，ANA IN 引脚应通过外部电容C4与ANA OUT引脚连接，耦合电容C4决定片上控制预放大器通频带的下限频率。ANA OUT预放大器的输出端，预放大器的电压增益取决于AGC电平，对于小信号输入电平，其增益最大为24dB，对于强信号，增益较低。AGC自动增益控制端，AGC 动态地调整预放大器增益，使加至MIC输入端的非失真信号的范围扩展。内阻抗（5欧）和外部电容决定AGC的响应时间，外部电容和外部电阻的RC时间常数决定AGC的释放时间。SP+、SP- 喇叭输出端，该端可直接驱动16欧的喇叭。XCLK外接时钟输入端，ISD1420具有内部时钟，一旦接人外部时钟，内部时钟会自动失
