重慶郵電大學移通學院本科畢業設計（論文）編 號：_審定成績：_畢 業 設 計 （論 文）設計（論文）題目： 出租車計費系統分析與設計 單 位（系別）： 自動化系 學 生 姓 名： 劉宏博 專 業： 自動化 班 級： 05121002 學 號： 0512100227 指 導 教 師： 潘顯兵 答辯組負責人： 填表時間： 2014 年 5 月重慶郵電大學移通學院教務處制重慶郵電大學移通學院畢業設計(論文)任務書設計(論文)題目 出租車計費系統分析與設計 學生姓名 劉宏博 系別 自動化 專業 自動化 班級 0512100227 指導教師 潘顯兵 職稱 副教授 聯系電話教師單位 重慶郵電大學移通學院 下任務日期 2014 年 2 月 18 日 主 要 研 究 內 容 、 方 法 和 要 求一、主要內容該項目主要由硬件電路設計和軟件控制兩部分組成，硬件部分主要完成出租車計費系統設計需要的AT89C51芯片及外圍顯示和撥擋開關控制電路設計。軟件部分通過C語言完成出租車計費系統的整個程序設計。2、 基本要求 根據現有要求采用單片機為核心系統，給出能夠實現進行語音播報、時鐘顯示、打印票據等功能的完整設計，學會及熟練操作Proteus及visio等軟件模擬仿真、軟件硬件的調試和做出電路原理圖。并且編寫所需程序等。3、 研究方法 通過向詢問導師、查詢資料，比對多種芯片選擇硬件，自行搜索和學習，并最終進行選擇，總結歸納完成設計。 進 度 計 劃收集及整理資料寫出文獻綜述報告 4周-6周設計思想，確定技術方案 6周-8周系統設計 9周-10周撰寫畢業論文并修改 11周-13周提交畢業設計并答辯 14周-15周畢業答辯與安排 16周-17周 主 要 參 考 文 獻1 李華MCS-51系列單片機實用接口技術M北京：北京航空航天大學出版社，19932 張毅剛單片機原理及應用第一版高等教育出版社，20083 張志良單片機原理與控制技術M北京：機械工業出版社，2002指導教師簽字： 年 月 日教研室主任簽字： 年 月 日備注：此任務書由指導教師填寫，并于畢業設計(論文)開始前下達給學生。摘 要隨著經濟的發展，帶動汽車行業快速發展，出租車日益普遍，了解在出租車上應用的計費系統，對我們日常生活也有幫助。而使用單片機實現該系統，是深化單片機應用的良好途徑。本文是基于AT89C51單片機完成的出租車計費系統設計與分析，系統由單片機AT89C51和一些外圍原件組成，具有操作簡單，顯示明了，功能強大的特點。整個系統只有四個按鍵，包括一個“啟動/停止”，一個“復位清除”，一個“查詢、確認”，一個“功能鍵”使用六個七段數碼管作為顯示器，可以顯示數字、字母使系統信息一目了然；本系統除了里程統計和費用計算以外，還具有萬年歷和語音播報功能。萬年歷由時鐘芯片DS1302實時提供時鐘信號，再由單片機調用顯示；語音播報由語音芯片ISD1420提供語音信息，語音信息放在不同的地址里，由單片機從這些地址中調用合適的語音進行播放。1本方案充分發揮人性化的特點，利用ISD1420的語音功能，模擬實現帶語音提示的出租車計價系統。比較真實地模擬出租車的空車、載客、到站及對各狀況的費率的計算、統計、顯示和語音播報等功能。本系統涉及到的理論知識有：AT89C51單片機知識、ISD1420語音芯片的可擦、寫的語音芯片的工作原理及應用、實時時鐘芯片的工作原理及應用、出租車計費系統的原理和實現方法。【關鍵詞】時鐘芯片DS1302 語音芯片ISD1420 單片機AT89C51 掉電保護芯片24C02ABSTRACTThe abstract this graduation project instruction booklet in view of the rental car which completes with monolithic integrated circuit AT89C51 counts the price system. Along with the economical development,leads the automobile profession fast development, the rental car is day by day common, understood on the rental car the application cost system, also has the help to our daily life.But uses the monolithic integrated circuit to realize this system, is deepens the monolithic integrated circuit application the good way. This system is composed by monolithic integrated circuit AT89C51 and some periphery original part, has the operation to be simple, demonstration perspicuity, function formidable characteristic. Overall system only then two pressed keys, “start/stop” “replacement”; Uses six seven section of nixie tubes to take the monitor, may demonstrate the numeral, the letter cause the system information to be clear; This system besides course statistics and calculation of charge, but also has ten thousand calendars and the pronunciation disseminates news the function. Ten thousand calendars real-time provide the clock signal by clock chip DS1302, again transfers the demonstration by the monolithic integrated circuit; The pronunciation disseminates news by pronunciation chip ISD1420 provides the pronunciation information, the pronunciation information places in the different address, transfers the appropriate pronunciation by the monolithic integrated circuit from these addresses to carry on the broadcast. This plan full display user friendly characteristic, uses ISD1420 the pronunciation function, the simulation realization belt voice prompt rental car counts the price system.Compared with really simulates the rental car the spatial vehicle, carries passengers, to station of arrival and to various conditions tariff computation, the statistics, the demonstration and the pronunciation disseminates news and so on the functions. This system involves the theory knowledge includes: The AT89C51 monolithic integrated circuit knowledge, the ISD1420 pronunciation chip may scratch the pronunciation chip principle of work and the application, the real-time clock chip principle of work and the application, the rental car cost system principle and the realization method which, write.【Key words】:Clock chip DS1302 Pronunciation chip ISD1420 Monolithic integrated circuit AT89C51 Fulls electricity protection chip 24C02目 錄前 言1第一章 系統分析與設計題目要求2第一節 設計的意義2第二節 設計要求2第二章 概述3第一節 出租車計費器概述3第二節 單片機發展前景概述4第三節 單片機的應用范圍5第三章 系統介紹6第一節 系統組成6第二節 里程計量及費用計算功能7第三節 NE555脈沖計量功能7第四節 按鍵功能8第五節 時鐘功能8第六節 語音功能8第七節 電路設計原理圖9第四章 硬件設計10第一節 主程序/CPU模塊10第二節 NE555脈沖發射器模塊13第三節 按鍵掃描模塊14第四節 時鐘模塊15第五節 語音播放模塊17第六節 掉電保護模塊25第七節 顯示模塊26第五章 程序設計28第一節 主程序流程框圖28第二節 里程和費率計算程序流程圖29第三節 程序設計30結 論33致 謝34參考文獻35附 錄36一、英文原文36二、 英文翻譯3942前 言隨著生活水平的提高，人們已不再滿足于衣食住的享受，出行的舒適已受到越來越多人的關注。于是，出租車行業以低價高質的服務給人們帶來了出行的享受。但是總存在買賣糾紛困擾著行業的發展。然而解決這一矛盾的最好方法就是改良出租車的計價器，用更加精良的計價器來為乘客提供更加方便快捷的服務。隨著電子技術的發展，出租車計價器的設計技術也在不斷進步和提高。基于單片機系統設計的出租車計價器是以單片機作為核心的控制元件，采用靈敏的霍爾開關型器件，具有功能強，性能可靠，電路簡單，成本低的特點，加上經過優化的程序，使其具有很高的智能化水平。第一章 系統分析與設計題目要求第一節 設計的意義出租車計費器是乘客與司機雙方的交易準則，它是出租車行業發展的重要標志，是出租車中最重要的工具。它關系著交易雙方的利益。具有良好性能的計費器無論是對廣大出租車司機朋友還是乘客來說都是很必要的。因此，汽車計價器的研究也是十分有一個應用價值的。第二節 設計要求為保證乘客權益，所設計的出租車計價系統，要求設置起步費、行使費和燃油附加費，起步價(如2公里內3元)，2公里后行駛費開始按每公里增加費用，每公里的單價為1.8元。燃油附加費-每車次加收0.5元，且燃油費不顯示在計價器上。該電路系統能夠模擬實際出租汽車的啟動、停止、暫停、空車等狀態，可以顯示計費金額、行駛公里數、計費開始時間等參數，而且各關鍵參數可以進行調整，以適應在實際應用中起步價、每公里價格和計費方式等參數的變化。第二章 概述第一節 出租車計費器概述出租車行業在我國是八十年代初興起的一項新興行業，隨著我國國民經濟的高速發展，出租汽車已成為城市公共交通的重要組成部分。多年來國內普遍使用的計價器只具備單一的計量功能。目前全世界的計價器中有90%為臺灣所生產。現今我國生產計價器的企業有上百家，主要是集中在北京、上海、沈陽和廣州等地。我國第一家生產計價器的是重慶市起重機廠，最早的計價器全部采用機械齒輪構，只能完成簡單的計程功能，可以說，早期的計價器就是個里程表。隨著科學技術的發展，產生了第二代計價器。它采用了手搖計算機與機械結構相結合的方式，實現了半機械半電子化。此時它在計程的同時還可完成計價的工作。大規模集成電路的發展又產生了第三代計價器，也就是全電子化的計價器。它的功能也在不斷完善。出租汽車計價器是一種專用的計量儀器，它安裝在出租汽車上，能連續累加，并指示出行程中任一時刻乘客應付費用的總數，其金額值是計程和計時時間的函數。出租車計價器的設計技術也在不斷進步和提高，基于單片機系統設計的出租車計價器是以單片機作為核心的控制元件，采用靈敏的霍爾開關型器件，具有功能強，性能可靠，電路簡單，成本低的特點，加上經過優化的程序，使其具有很高的智能化水平。1出租車計價器在最初使用時具備的主要功能是根據行駛里程計價，要求精度高，可靠性好。不同國家和地址的計費方式存在差異，如有些地區有夜間收費及郊區收費等，而有些地區則無夜間收費和郊區收費；目前國內有些大城市要計計費器有稅控功能，而有些城市無此要求；即使同一地區，不同車型的出租車其計費方式也有差別；隨著電子技術的發展以及對計價器的不斷改進和完善，便產生了諸多的附加功能。例如：(1)LED顯示功能，數碼管的使用讓計價器實現多屏顯示的功能，可同時顯示各項營運數據，使乘客一目了然；(2)永久時鐘功能，在非營運狀態下，日歷時鐘芯片的使用使計價器可以顯示永久時鐘；(3)存儲功能，可存儲多項營運數據，便于查詢。新型數據存儲器的應用使得計價器的營運數據在掉電情況下還可以保存10年。2第二節 單片機發展前景概述單片機也被稱為微控制器，常用英文字母的縮寫MCU表示單片機，它最早是被用在工業控制領域。單片機由芯片內僅有CPU的專用處理器發展而來。中國使用單片機的歷史只有短短的30年，在初始的短短五年時間里 發展極為迅速。1986年在上海召開了全國首屆單片機開發與應用交流會，很多地區還成立了單片微型計算機應用協會，在全國形成的一股浪潮。單片機應用技術飛速發展，我們首先從它的構成說起：單片機，亦稱單片微電腦 或單片微型計算機。它是把中央處理器（CPU）、隨機存取存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、輸入/輸出端口（I/0）等主要計算機功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機，正因為如此才改變了現有生活。2單片機是所有微處理機中性價比最高的一種，隨著種類的不斷全面，功能不斷完善，其應用領域也迅速擴大。單片機在智能儀表、實時控制、機電一體化、辦公機械、家用電器等方面都有相當的應用領域。當前，8位單片機主要用于工業控制，如溫度、壓力、流量、計量和機械加工的測量和控制場合；高效能的16位單片機（如MCS-96、MK-68200）可用在更復雜的計算機網絡。3縱觀我們現在生活的各個領域，從導彈的導航裝置，到飛機上各種儀表的控制，從計算機的網絡通訊與數據船輸，到工業自動化過程的實時控制和數據處理，以及我們生活中廣泛使用的各種智能IC卡、電子寵物等，這些都離不開單片機。出租汽車計價器是一種專用的計量儀器，它關系著交易雙方的利益。它關系著交易雙方的利益。它安裝在出租汽車上，能連續累加，并指示出行程中任一時刻乘客應付費用的總數，其金額值是計程和計時時間的函數。出租車計價器在最初使用時具備的主要功能是根據行駛里程計價，要求精度高，可靠性好。以前沒有單片機時，這些東西也能做，但是只能使用復雜的模擬電路，然而這樣做出來的產品不僅體積大，而且成本高，并且由于長期使用，元器件不斷老化，控制的精度自然也會達不到標準。在單片機產生后，我們就將控制這些東西變為智能化了，我們只需要在單片機外圍接一點簡單的接口電路，核心部分只是由人為的寫入程序來完成。這樣產品的體積變小了，成本也降低了，長期使用也不會擔心精度達不到了。3所以，它的魔力不僅是在現在，在將來將會有更多的人來接受它、使用它。據統計，我國的單片機年容量已達3億片，且每年以大約20%的速度增長，但相對于世界市場我國的占有率還不到1%。特別是沿海地區的玩具廠等生產產品多數用到單片機，并不斷地輻射向內地。第三節 單片機的應用范圍由于單片機超小型化，結構緊湊，可靠性高，價格低廉，在國民經濟中得到廣泛應用：.工業：電機控制、工業機器人、過程控制、數字控制。.儀器儀表：智能儀器、醫療器械、色譜儀、示波器。.民用：電子玩具、高級電視游戲機、錄像機、激光盤驅動。.電信：調制解調器、智能線路運行控制。.導航與控制：導彈控制、魚雷制導控制、智能武器裝置、航天導航系統。.數據處理：圖形終端、彩色黑白復印機、溫氏硬盤驅動器、磁帶機。.汽車：點火控制、出租車記費控制、變速器控制、防滑剎車、排氣控制。由上所述，從家用電器、智能儀器儀表、工業控制直到火箭導航尖端技術領域，單片機都發揮著十分重要的作用。 第三章 系統介紹第一節 系統組成此出租車計費系統以單片機為系統核心，利用AT89C51單片機配合六個數碼管組成的顯示模塊及ISD1420語音模塊等，實現基本的出租車計價器功能。本系統是由AT89C51單片機、數碼管顯示模塊、計數脈沖發生器、系統實時時鐘及語音等模塊組成。系統框圖如圖3-1所示： 圖3.1 系統功能圖系統利用單片機豐富的IO端口，及其控制的靈活性，實現基里程計價功能和價格調節、時鐘顯示功能。其原理如圖32所示。圖3.2 系統功能原理圖第二節 里程計量及費用計算功能一、里程計量功能 單片機對傳感器輸出脈沖進行計數，并將脈沖數換算成公里數； 每公里的脈沖數：PulsePerKM=20（個脈沖） 二、費用計算功能（出租車收費標準自擬）費用計算包括三部分：起步費、行使費和燃油附加費： 起步費用（Y）當行駛里程（S）在2Km(含2Km)以內按3元計費。即行使費用（Y1）為： Y1 = Y + 0.5 = 3.5（元） 行使費用（Y1）當行駛里程（S）超出2Km時，按1.8元/Km收費，這時行駛費用為：Y1=Y+1.8(S-2)其中：Y為起步價=3S為行使里程（總行使里程）Y1為行使費用（總行使金額）三、燃油附加費(每車次加收0.5元)燃油費不顯示在計價器上。第3節 NE555脈沖計量功能本系統中555當傳感器脈沖計量然后轉換為公里數，并根據規則計算對應的費用。同時，監測行駛速度，統計低速時間，計算低速等待費用，提供數碼管顯示更新函數，以便主函數可以控制更新用戶界面以及行駛里程、費用等信息的顯示。具有定時精度高、工作速度快、可靠性好、電源電壓范圍寬、輸出電流大等優點。第四節 按鍵功能本系統設置4個按鍵，各個按鍵的功能如下： “啟動停止”鍵，開始進入行使/結束行使。 “功能鍵”，選擇單雙程。 “查詢確認”，顯示時間、里程、金額。 “復位清除”鍵，進入空車狀態。第五節 時鐘功能本系統采用兩種方法實現日歷時鐘： 用實時時鐘芯片DS1302作為時鐘電路，產生年月日時分秒等信號，供系統調用。內含有一個實時時鐘/日歷和31字節靜態 RAM 通過簡單的串行接口與單片機進行通信實時時鐘 用單片機中斷的方法產生年月日時分秒等信號。 兩種方法由同學自行選擇。4第六節 語音功能本系統采用ISD1420系列單片錄放時間8至20秒，音質好。片內信息可保存100年（無需后備電源），可反復錄音十萬次。 當首次按下“啟動”鍵，出租車開始啟動，系統播放”Hello passenger welcome to take my taxi”播送完畢，計費器開始計費。 在行使狀態下，按下“停止”鍵，表示出租車到站，結束行使。這時候，系統播放“您好！請按記價器顯示金額付費，帶好您的隨身物品，歡迎再次乘坐，再見！”的提示音。 按下“復位清除”鍵，進入空車狀態。第七節 電路設計原理圖第4章 硬件設計第一節 主程序/CPU模塊一、AT89C51單片機的電路圖及說明AT89C51是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含4k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和128 bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，內置功能強大的微型計算機AT89C51提供了高性價比的解決方案。AT89C51 提供以下標準功能：4k 字節Flash 閃速存儲器，128字節內部RAM，32 個I/O 口線，兩個16位定時/計數器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數器，串行通信口及中斷系統繼續工作。5AT89C51是一個低功耗高性能單片機，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數器，2個全雙工串行通信口，AT89C51可以按照常規方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發成本。7圖4.1 AT89C51芯片引腳圖（一）引腳說明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據存儲器，它可以被定義為數據/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輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的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。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址1時，它利用內部上拉優勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。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口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時器0外部輸入）P3.5 T1（記時器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數據存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數據存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執行狀態ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現。/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。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部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性:XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。表4.1 AT89C51 主要功能特性 兼容MCS51指令系統 4k可反復擦寫(1000次）Flash ROM 32個雙向I/O口 可編程UARL通道 兩個16位可編程定時/計數器 全靜態操作0-24MHz 1個串行中斷 128x8bit內部RAM 兩個外部中斷源 共6個中斷源第二節 NE555脈沖發射器模塊脈沖發生器模塊電路圖及說明如下圖4-2圖4.2 脈沖發生器模塊NE555定時器具有定時精度高、工作速度快、可靠性好、電源電壓范圍寬（3-18V）、輸出電流大（可高達200mA）等優點，可組成各種波形的脈沖振蕩電路、定時延時電路、是一種電路結構簡單、使用方便靈活、用途廣泛的多功能中規模集成電路。在這個電路中是多諧振蕩器，它電路簡單、性能穩定，波形標準。一、引腳說明Pin 1 (接地)：地線(或共同接地)，通常被連接到電路共同接地。Pin 2 (觸發點)：這個腳位是觸發NE555使其啟動它的時間周期。觸發信號上緣電壓須大于2/3 VCC，下緣須低于1/3 VCC 。Pin 3 (輸出)：當時間周期開始555的輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結束輸出回到O伏左右的低電位。于高電位時的最大輸出電流大約200 mA。Pin 4 (重置)：一個低邏輯電位送至這個腳位時會重置定時器和使輸出回到一個低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。Pin 5 (控制)：這個接腳準許由外部電壓改變觸發和閘限電壓。當計時器經營在穩定或振蕩的運作方式下，這輸入能用來改變或調整輸出頻率。Pin 6 (重置鎖定)：Pin 6重置鎖定并使輸出呈低態。當這個接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC以上時啟動這個動作。Pin 7 (放電)：這個接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當輸出為ON時為LOW，對地為低阻抗，當輸出為OFF時為HIGH，對地為高阻抗。Pin 8 (V +)：這是555個計時器IC的正電源電壓端。供應電壓的范圍是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。第三節 按鍵掃描模塊整個系統只有四個按鍵，一個“啟動/停止”，三個功能調整按鍵了，本模塊功能：掃描按鍵功能，返回掃描。 圖4.3 按鍵掃描模塊電路圖（按鍵連接電路圖）圖4.4 按鍵掃描模塊電路圖（總開關連接圖)第四節 時鐘模塊時鐘模塊電路圖及說明：圖4.5 時鐘模塊一、DS1302功能內含有一個實時時鐘/日歷和31字節靜態 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和閏年的天數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與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信僅需用到三個口線1.RES復位2. I/O 數據線3.SCLK串行時鐘 RAM 的讀寫數據以一個字節或多達31個字節的字符組方式通信DS1302工作時功耗很低保持數據和時鐘信息時功率小于1Mw。DS1302 存在時鐘精度不高，易受環境影響，出現時鐘混亂等缺點。若采用單片機計時，一方面需要采用計數器，占用硬件資源，另一方面需要設置中斷、查詢等，同樣耗費單片機的資源，而且，某些測控系統可能不允許。但是，如果在系統中采用時鐘芯片DS1302，則能很好地解決這個問題。二、特性實時時鐘具有能計算2100年之前的秒分時日日期星期月年的能力還有閏年調整的能力31 8位暫存數據存儲RAM串行I/O 口方式使得管腳數量最少寬范圍工作電壓2.0 5.5V工作電流2.0V時，小于300nA讀/寫時鐘或 RAM 數據時有兩種傳送方式單字節傳送和多字節傳送字符組方式8腳DIP封裝或可選的8腳SOIC封裝根據表面裝配簡單3線接口與TTL兼容Vcc=5V可選工業級溫度范圍-40 +85在DS1202基礎上增加的特性對Vcc1有可選的涓流充電能力，雙電源管用于主電源和備份，電源供應備份，電源管腳可由電池或大容量電容輸入。附加的7字節暫存存儲器三、DS1302的管腳排列及描述如下圖所示圖4.6 引腳配置和引腳功能說明四、DS1302內部寄存器CH： 時鐘停止位寄存器2 的第7 位 12/24 小時標志CH=0 振蕩器工作允許bit7=1 2 小時模式CH=1 振蕩器停止bit7=0 24 小時模式WP： 寫保護位寄存器2 的第5 位：AM/PM 定義WP=0 寄存器數據能夠寫入 AP=1 下午模式WP=1 寄存器數據不能寫入 AP=0 上午模式TCS： 涓流充電選擇 DS： 二極管選擇位TCS=1010 使能涓流充電 DS=01 選擇一個二極管TCS=其它 禁止涓流充電 DS=10 選擇兩個二極管DS=00 或11，即使TCS=1010 充電功能也被禁止表4.2 RS主要參數RS位電阻典型位00沒有沒有01R12K10R24K11R38K第五節 語音播放模塊一、語音播放模塊說明及電路圖（一）語音播放模塊播放提示音ISD1420系列單片錄放時間8至20秒，音質好。芯片采用CMOS技術，內含震蕩器、話筒前置放大、自動增益控制、防混淆濾波器、平滑濾波器、揚聲器驅動及EEPROM陣列。最小的錄放系統僅需麥克風、喇叭、兩個按鈕、電源及少數電阻電容。在錄放操結束后，芯片自動進入低功耗節電模式、功耗僅0.5uA。ISD1420系列有唯一的錄音控制和邊緣/電平觸發兩種放音控制。不分段時外圍線路最簡，也可按最小段長為單位任意組合分段，芯片提供若干操作模式，大大提高了控制的靈活性。芯片采用多電平直接模擬量存儲專利技術，每個采樣直接存儲在片內單個EEPROM單元中，因此能夠非常真實、自然地再現語音、音樂、音調各效果，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”。采樣頻率從6.4到8.0KHz，對音質僅有輕微影響。片內信息可保存100年（無需后備電源），EEPROM單片可反復錄音十萬次。（二）特點使用方便的單片錄放系統，外部元件最少重現優質原聲，沒有常見的背景噪音放音可由邊沿或電平觸發無耗電信息存儲，省掉備用電池信息可保存100年，可反復錄放10萬次無需專用編程或開發系統較強的分段選址能力可處理多達160段信息具有自動節電模式錄或放后立即進入維持狀態，僅需0.5A電流工作電壓：5V靜態電流：典型值0.5A，最大值2A工作電流：典型值15mA，最大值30mA（16歐姆）（三）功能介紹1.語音質量ISD1400系列提供6.4K和8.0K取樣頻率，用戶可以根據語音質量加以選擇。取樣的語音直接存儲到片內的不揮發存儲器內部，不需要數字化和壓縮的其它手段2.錄放音時間ISD1400能提供16秒和20秒的錄放音時間。3.EEPROM 存儲ISD 的ChipCorder技術使用片上不揮發存儲器，斷電后信息可以持續保存100年器件可以重復錄制10萬次。4.基本操作ISD1400 ChipCorder系列由一個單錄音信號REC實現錄音操作，兩個放音信號其中的一個實現放音操作，PLAYE（觸發放音），PLAYL（電平放音）。ISD1400可以配置成單一信息的應用如果使用地址線也可以用于復雜信息的處理。器件的操作在下面解釋。5.自動掉電模式在錄音或放音操作的結束，ISD1400將自動進入低功率等待模式，消耗0.5uA。電流在放音操作中，當信息結束時器件自動進入掉電模式；在錄音操作中，REC信號釋放變為高電平時器件進入掉電模式。6.尋址可選作為處理單一信息的補充ISD1400提供了全地址的尋址功能。ISD1400系列內部存儲陣列有160個可尋址的段，能實現下面的功能。表4.3 器件錄放音周期型號最小周期（秒）ISD1416100msISD1420125ms圖4-7 ISD1420 實物圖圖4-8 ISD1420 引腳圖7.錄音RECREC輸入是低電平有效錄音信號。當REC為低時開始錄音。在錄音過程中REC必須保持為低電平。REC信號優先于放音信號（PLAYE和PLAYL）。如果在放音過程中REC被拉低，放音將立即終止，錄音開始。錄制完畢后在結束處會記錄一個結束標志，這樣在分段放音時會結束放音。當REC變高后器件會自動進入掉電模式。8.模式注意REC 信號將被延遲50ms防止開關抖動引起重復觸發。9.PLAYE 觸發放音此管腳檢測到低電平跳變時，將開始放音操作，遇到結束標志（EOM）或儲存器的尾部放音將停止。結束放音后，器件自動進入掉電等待模式。在放音過程中將PLAYE變高不會終止當前的放音操作。10.PLAYL 電平放音當此管腳的信號由高變為0時，將開始放音操作。PLAYL 變為高電平遇到結束，標志EOM或存儲器的尾部放音將停止結束。放音后器件自動進入掉電等待模式。注：在放音中，如果遇到結束標志或到達存儲器尾部，如PLAYL 或PLAYE 保持為低電平器件仍將進入掉電等待模式，內部時鐘和時序停止。但是，PLAYE 和PLAYL 的上升沿沒有防抖動延遲，任何下降時序（特別是開關抖動）將會引起另外一次的音。11.電源輸入VCCA VCCDISD1400內部的模擬電路和數字電路使用不同的電源回路以減小噪聲的干擾。這些電源回路通過不同的引腳引出，注意盡量靠近系統電源連接在一起。務必在靠近器件處加退藕措施。12.地輸入VSSA VSSD同VCCA VCCD 類似，ISD1400 內部模擬地和數子地也使用不同的回路。這些管腳在盡可能靠近器件處連接接地。13.錄音LED 輸出RECLED當處于錄音操作時RECLED 輸出為低電平。它可以驅動一個LED 顯示表明現在正處于錄音狀態。另外在放音中如果遇到結束標志（EOM），RECLED 將輸出一個短的低脈沖。14.麥克輸入MIC麥克輸入將信號傳送到前置放大器，增益由自動增益電路AGC 控制，增益在-15dB 到24dB。外部的麥克必須是AC 耦合，通過一個電容連接到該腳。電容的數值和該管腳器件內部的電阻10K 決定ISD1400 輸入的低頻截止頻率。關于低頻截止頻率的計算見應用信息。15.麥克基準MIC REFMIC REF 是麥克前置放大的反向輸入。當器件使用該輸入腳并以差分形式連接到麥克時，能減低噪聲和實現共模抑制。16.自動增益控制AGCAGC 動態調整前置放大器的增益，能在一個很寬的范圍內適應麥克的輸入電平。AGC 電路能以很小的失真記錄寬范圍的聲音，例如從很低的聲音到很高的聲音。AGC 的起控時間由電路內部的一個5K 電阻，和一個外部連接的電容（圖中的C6 連接在AGC 管腳和和模擬地VSSA 之間）決定。釋放時間由外部的電阻（R5）和電容（C6） 決定，二者并聯連接在AGC 管腳和VSSA 模擬地之間。在大多數應用中，470K 歐姆和4.7uF 的取值能較好的滿足需要。17.模擬輸出ANA OUT此管腳為用戶提供前置放大器的輸出前置放大器的電壓增益，由AGC 管腳上的電平決定。18.模擬輸入ANA INANA IN 將輸入的信號傳送到錄音電路。對于麥克輸入，ANA OUT 腳必須通過外部電容連接到ANA IN 腳這個電容的數值與ANA IN 內部的歐姆的輸入電阻能提供又一個音頻帶寬的低頻截止頻率。19.外部時鐘輸入XCLKISD1400系列的外部時鐘輸入管腳內部設有下拉電阻，ISD1400在出廠時配置成使用內部時鐘，能保證最小的錄放音時間。以ISD1420來講，在參數規定的范圍內使用能保證20 秒的錄放音時間。在商業級溫度范圍內，和規定的操作電壓范圍內取樣時鐘有2.25 的變化，但能保證規定最小的錄放音時間。對于一些器件，實際的錄放音時間可能會比通常的錄放音時間要多。內部時鐘在在工業級溫度范圍內和規定的操作電壓范圍內有5 的精度。在工業級的應用中建議使用穩定的電源。如果需要更高的精度，可以按照下表在XCLK 腳使用外部時鐘。表4.4 外部時鐘取樣速率器件型號采樣速率需要時鐘ISD14268.0KHz1024KHzISD14206.4KHz819.2KHz以上推薦的時鐘速率最好不要變動，因為濾波器的參數已經固定，如果取樣速率同推薦的數值不同，錄放音質量會引起下降。輸入時鐘的占空比沒有要求。因為時鐘在內部經過2分頻。如果不使用外部時鐘，XCLK 腳應該接地。20.喇叭輸出SP+ SPSP+和SP-能直接驅動低至10歐姆的喇叭。也可以使用單輸出，但需要注意：對于直接驅動發聲裝置，使用兩個反極性的輸出的功率是使用單輸出功率的4倍。另外，同時使用SP+和SP-可以不使用喇叭的耦合電容。對于使用單個輸出，必須在SP+和喇叭之間接一個耦合電容。在錄音狀態中，兩個喇叭輸出為高阻，狀態在掉電模式中保持為VSSA。根據A6 A7的電平不同，電路可以進入兩種不同的工作模式：地址模式和操作模式。如果A7 A6至少有一位為低電平，則電路認為A0-A7全部為地址位，A0-A7的數值將作為本次錄音或放音操作的起始地址。A0-A7全部為純輸入引腳，不會象操作模式中A0-A7還可能輸出內部地址信息輸入的A0-A7的信息。在PALYE PLAYL 或REC 的下降沿被電路鎖存到內部使用。21.地址輸入A0-A7根據最高兩位地址位的數值，地址輸入有兩種功能。當A7 A6至少有一位為0時，輸入認為是地址輸入，輸入的地址被當作當前錄音或放音的起始地址。這些地址管腳全部為輸入管腳，與操作模式中能輸出地址信息不同。地址輸入在信號PLAYE，PLAYL 或REC 的下降沿被鎖存。22.操作模式ISD1420內部具備有多種操作模式，并能以最少的元件實現較多的功能，下面將詳細描述。操作模式的選擇使用使用地址管腳來實現，但實際的地址在ISD1420的有效地址外部。當地址的最高兩位A7 A6為高電平時，其余的地址位將被成為狀態標志位而不再是地址位。因此，操作模式和尋址模式不能兼容，也就是說不能同時使用。在使用操作模式時必須注意兩點。第一，所有的操作開始于