基于AT89S52单片机语言机声光通讯板的设计.doc
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1、前 言 速发展,微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展,单片机控制技术已经进入一个崭新的时代,其应用也越来越广。而三相电动机的智能检测控制,对工业生产安全有着重要的意义。随着微控技术的发展,单片机在自动化控制领域的应用也越来越广泛。本设计采用AT89S52单片机控制芯片作为整个系统的控制核心,并且采数码管及LED作为显示部分,采用WTV040语音芯片、TDA2030A和LM386作为报警部分、语音放大部分及打点信号发生部分,整个设计是通过按键的动作执行不同的显示及报警的控制。、本装置经济实用,稳定性强,使用维护简便,软件功能强大,运行稳定可靠,另外一个亮点就是采用了时下比较流行的
2、WTV040语音芯片,其播放出的语音声音清晰洪亮,使得设备变得人性化,深受人们喜爱。关键字:AT89S52单片机,WTV040语音芯片,报警,TDA2030A,自动化控制目 录1 概述11.1 设计说明11.2 环境条件12 硬件系统图设计33 总体框图44 单片机概述54.1 AT89S52的主要性能54.2 AT89S52的功能特性描述54.3 AT89S52的管脚排列及介绍64.4 AT89S52管脚分配85 硬件资源功能模块介绍95.1 晶振电路95.2 复位电路95.3 输入模块105.4 输出模块126 打点信号产生及功放电路136.1 LM386的介绍及1000ZH方波的发生13
3、6.2 TDA2030A的介绍及放大电路157 语音芯片模块187.1 WTV040的介绍187.2 WTV040电路188 软件设计介绍208.1 主程序流程图218.2 中断服务程序流程图229 系统调试239.1调试过程239.2调试结果239.3更新方向24参考文献26附录 一27附录 二2828济源职业技术学院毕业设计1 概述1.1 设计说明本设计适用于煤矿井上和井下一要需要信号装置的场所。具有语言报警、打点信号、声光显示、通讯联络等功能。语言报警内容可根据使用场合不同更换。集声光信号、语言报警、通讯联络为一体。功能齐全,性能可靠,结构紧凑,使用方便,是煤矿安全设施中理想的多功能信号
4、装置,其整体控制如下图1-1-1所示: 图1-1-1 控制过程图1.2 环境条件海拔高度不超过2000;运行环境温度-5OC+40 OC;环境相对温度不大于今为烈%(+20 OC);有爆炸性气体(甲烷)和煤尘的矿井中;无强烈振动和冲击的地方;无破坏绝缘的气体和导电尘埃的环境中;无滴水的地方;污染等级:3级;安装种类:I类。2 硬件系统图设计本设计中主要以AT89S52为控制核心的控制系统,通过外部按键的不同操作使单片机分别控制语音芯片的报警和1000HZ的方波的输出,再通过功放系统对信号进行放大,一致于推动扬声器正常工作。硬件的系统图如图1-1所示:单片机按键控制语音芯片功放系统1000HZ方
5、波扬声器显示板图2-1 硬件系统图3 总体框图在本设计中主要有几个模块来组成我们的整个电路系统,其主要有单片机、输入模块、显示模块、功放模块、语音模块和打点信号发生模块。其总体框图设计如下图3-1图所示:单片机输入模块语音模块复位电路输入模块显示模块晶振电路功放模块打点信号发生模块 图3-1 系统框图4 单片机概述AT89S52作为普通51单片机已与广泛应用于各种产品中,其接口简单,方便使用,且功能强大,因此本系统采用AT89S52单片机作为主控制芯片。4.1 AT89S52的主要性能与MCS-51单片机产品兼容l 8K字节在系统可编程Flash内存l 1000次擦写周期l 全静态操作:0Hz
6、33Hzl 三级加密程序内存l 32个可编程I/O口线l 三个16位定时器/计数器l 八个中断源l 全双工UART串行通道l 低功耗空闲和掉电模式l 掉电后中断可唤醒l 看门狗定时器l 双数据指针l 掉电标识符4.2 AT89S52的功能特性描述AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K 在系统可编程Flash 内存。使用Atmel 公司高密度非易失性内存技术制造,与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序内存在系统可编程,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高
7、灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能: 8k字节Flash,256字节RAM,32 位I/O 口线,看门狗定时器,2 个数据指针,三个16 位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。另外,AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。4.3 AT89S52的管脚排列及介绍图4-3-1 管脚排列P0 口:P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为
8、输出口,每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0埠写“1”时,引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时,P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下,P0具有内部上拉电阻。 在flash编程时,P0口也用来接收指令位元组;在程序校验时,输出指令位元组。程序校验 时,需要外部上拉电阻。 P1 口:P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,p1 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P1 埠写“1”时,内部上拉电阻把埠拉高,此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流。 此外,P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数
9、输入(P1.0/T2)和时器/计数器2 的触发输入(P1.1/T2EX),具体如下所示: 在flash编程和校验时,P1口接收低8位地址字节。 引脚号第二功能: P1.0 T2(定时器/计数器T2的外部计数输入),时钟输出 P1.1 T2EX(定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制) P1.5 MOSI(在系统编程用) P1.6 MISO(在系统编程用) P1.7 SCK(在系统编程用) P2 口:P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 埠写“1”时,内部上拉电阻把埠拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外
10、部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流。 在访问外部程序内存或用16位地址读取外部数据存储器(例如执行MOVX DPTR) 时,P2 口送出高八位地址。在这种应用中,P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址(如MOVX RI)访问外部数据存储器时,P2口输出P2锁存器的内容。 在flash编程和校验时,P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。 P3 口:P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,P2 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P3 埠写“1”时,内部上拉电阻把埠拉高,此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出
11、电流。 P3口亦作为AT89S52特殊功能(第二功能)使用,如下所示: 在flash编程和校验时,P3口也接收一些控制信号。 端口引脚 第二功能: P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 INTO(外中断0) P3.3 INT1(外中断1) P3.4 TO(定时/计数器0) P3.5 T1(定时/计数器1) P3.6 WR(外部数据存储器写选通) P3.7 RD(外部数据存储器读选通) 此外,P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。 RST复位输入。当振荡器工作时,RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。 ALE/PROG当访问
12、外部程内存或数据存储器时,ALE(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下,ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是:每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH内存编程期间,该引脚还用于输入编程脉冲(PROG)。如有必要,可通过对特殊功能寄存器(SFR)区中的8EH单元的D0位置位,可禁止ALE操作。该位置位后,只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE启动。此外,该引脚会被微弱拉高,单片机执行外部程序时,应设置ALE禁止位无效。 PSEN程序储存允许(PSEN)输出是外部程序内存的读选通信号,当AT89
13、C52由外部程序内存取指令(或数据)时,每个机器周期两次PSEN有效,即输出两个脉冲,在此期间,当访问外部数据存储器,将跳过两次PSEN信号。 EA/VPP外部访问允许,欲使CPU仅访问外部程序内存(地址为0000H-FFFFH),EA端必须保持低电平(接地)。需注意的是:如果加密位LB1被编程,复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平(接Vcc端),CPU则执行内部程序内存的指令。4.4 AT89S52管脚分配AT89S52各管脚的功能分配如下表4-4-1所示:P0口数码管显示P1.4、P1.5显示板P1.0开机按键P3.3-P3.6语音播放P1.1报警按键P3.7语音复位P1.2方波按
14、键P3.8方波开关表4-4-15 硬件资源功能模块介绍5.1 晶振电路1晶体振荡器的作用 石英晶体振荡器也称石英晶体谐振器,它用来稳定频率和选择频率,是一种可以取代LC谐振回路的晶体谐振组件。 2本设计所用的晶体振荡电路如图5-1-1所示:图5-1-1 晶体振荡电路此晶体电路所选用的石英晶振频率为6MHZ。时钟周期就是单片机外接晶振的倒数,例如6M的晶振,它的时间周期是1/6 us,是计算机中最基本的、最小的时间单位。在一个时钟周期内,CPU仅完成一个最基本的动作。对于某种单片机,若采用了1MHZ的时钟频率,则时钟周期为1us;若采用4MHZ的时钟频率,则时钟周期为0.25us。由于时钟脉冲是
15、单片机的基本工作脉冲,它控制着单片机的工作节奏(使单片机的每一步都统一到它的步调上来)。显然,对同一种机型的单片机,时钟频率越高,单片机的工作速度就越快。但是,由于不同的单片机的硬件电路和器件不完全相同,所以其需要的时钟频率范围也不相同。因此在本设计中用的STC12C5A60S2单片机的时钟范围是1.2MHz-12MHz。5.2 复位电路复位是计算机的一个重要工作状态。在单片机工作时,接电时要复位,断电后要复位,发生故障后要复位。单片机复位后单片机内的中央处理器CPU及其它功能部件都处于一个确定的初始状态,并从这个状态开始工作。单片机的复位电路有:上电复位电路、手动复位电路和自动复位电路。本次
16、设计所用的复位电路是手动复位。手动复位的电图如图4-2-1图所示:图5-2-1 复位电路5.3 输入模块1在本设计中输入模块主要是一些按键,它主要完成人机对话的功能,对系统能够进行实时的控制作用,本系统中共享到了5个按键,一个是用于对TDA2030输入方波信号,另四经光耦隔离后输入单片机。光电耦合器是一种将发光二极管和光敏三极管组装在一起的新颖光电器件,它采用光信号来传递信息,这种信息传递方式是所有采用变压器和继电器作隔离来进行信号传递的一般解决方案所不能相比的。由于光电耦合器具有可单向传递信息、通频带宽、寄生回馈小、消噪能力强、抗电磁干扰性能好等特点,因而无论在数字电路还是在模拟电路中均得到
17、了越来越广泛的应用。采用光电耦合器作固体继电器具有体积小、耦合密切、驱动功率小、动作速度快、工作温度范围宽等优点。设计中所用的按键为轻触机械开关,正常情况下按键的接点是断开的,当我们按压按钮时,由于机械触点的弹性作用,一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通,在断开时也不会一下子断开。因而机械触点在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动,按键的时序如下图4-3-1图所示,抖动时间的长短由按键的机械特性及操作人员按键动作决定,一般为5ms20ms;按键稳定闭合时间的长短是由操作人员的按键按压时间长短决定的,一般为零点几秒至数秒不等。 图5-3-1 按键过程示意图从上面图中我们可以看到,一次完整的击键
18、过程,包含以下4个阶段: 等待阶段: 此时按键尚未按下,处于空闲阶段。前沿(闭合)抖动阶段:此时按键刚刚按下,但按键信号还处于抖动状态,这个时间一般为520ms。为了确保按键操作不会误动作,此时必须有个前沿消抖动延时。 键稳定阶段:此时抖动已经结束,一个有效的按键动作已经产生。系统应该在此时执行按键功能;或将按键所对应的键值记录下来,待按键释放时再执行。 后沿(释放)抖动阶段:一般来说,考究一点的程序应该在这里再做一次消抖延时,以防误动作。但是,如果前面“前沿抖动阶段”的消抖延时时间取值合适的话,可以忽略此阶段。 按键释放阶段:此时后沿抖动已经结束,按键已经处于完全释放状态。2按键经光耦隔离后
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- 基于 AT89S52 单片机 语言 声光 通讯 设计