畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文介紹了一種以單片機(jī)為核心控制單元的數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)的組成以及系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)的基本原理是對語音信號的錄制和回放的數(shù)字化控制。</p><p>　　該系統(tǒng)以AT89C52單片機(jī)為微處理器，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的控制以及數(shù)據(jù)的

2、處理。系統(tǒng)采用閃存28F512作為外部數(shù)據(jù)存儲器來存放語音數(shù)據(jù)，以滿足能夠較長時(shí)間存儲語音信息。語音采集部分采用ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，語音回放部分采用DAC0832實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換，并通過鍵盤等接口電路實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，單片機(jī)工作在中斷查詢模式，能夠快速響應(yīng)按鍵要求，以控制信號的采集、存儲和回放等。同時(shí)，外圍電路輔以帶通濾波器和增益、功率放大等電路對信號進(jìn)行濾波放大，以保證信息的高質(zhì)量存儲與回放。</p><p>

3、　　關(guān)鍵詞：數(shù)字化存儲，回放，數(shù)字濾波，采樣，模/數(shù)轉(zhuǎn)換</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1緒論1</b></p><p><b>　　1.1課題背景1</b></p><p>　　1.2課題研究的意義1</p>

4、<p>　　1.3數(shù)字化處理的前景1</p><p>　　1.4課題任務(wù)要求2</p><p>　　1.5本文的主要內(nèi)容3</p><p>　　2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)4</p><p><b>　　3硬件部分設(shè)計(jì)7</b></p><p><b>　　3.1拾音器7

5、</b></p><p>　　3.2放大器的設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.2.1前置增益放大器7</p><p>　　3.2.2輸出功率放大器8</p><p>　　3.3濾波器設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.4單片機(jī)選型12</p><p>　　3.4.1AT89C52

6、介紹12</p><p>　　3.4.2引腳簡介13</p><p>　　3.4.3主要功能及其特性14</p><p>　　3.4.4中斷14</p><p>　　3.5采樣保持電路15</p><p>　　3.6 D/A轉(zhuǎn)換器DAC083215</p><p>　　3.6.1 D

7、AC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳16</p><p>　　3.6.2 DAC0832工作方式16</p><p>　　3.7 A/ D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.7.1 A/ D轉(zhuǎn)換的常用方法18</p><p>　　3.7.2 ADC0809的主要特性和結(jié)構(gòu)18</p><p>　　3.7.3 AD

8、C0809管腳功能及定義19</p><p>　　3.7.4 ADC0809工作方式20</p><p>　　3.8鍵盤電路22</p><p>　　3.9存儲器的選取23</p><p><b>　　4軟件設(shè)計(jì)26</b></p><p>　　4.1編程工具軟件Keil C5126&

9、lt;/p><p>　　4.2 Protrus軟件設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.3軟件程序的設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.3.1程序總體流程圖27</p><p>　　4.3.2子程序設(shè)計(jì)28</p><p>　　4.3.3系統(tǒng)仿真30</p><p><b>　　5結(jié)論

10、32</b></p><p><b>　　6致謝33</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)34</b></p><p><b>　　附錄36</b></p><p><b>　　外文資料41</b></p>&l

11、t;p><b>　　外文翻譯48</b></p><p><b>　　1緒論</b></p><p><b>　　1.1課題背景</b></p><p>　　語音信號處理是信息科學(xué)的一個(gè)重要分支，伴隨著大規(guī)模集成技術(shù)的高度發(fā)展以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速前進(jìn)，推動(dòng)了語音信號處理技術(shù)的快速發(fā)展。數(shù)字化語

12、音存儲與回放系統(tǒng)，則是利用數(shù)字語音電路來實(shí)現(xiàn)語音信號的數(shù)據(jù)存儲、還原等任務(wù)，它是以數(shù)字電路為基礎(chǔ)，采用51系列單片機(jī)作為核心的語音處理系統(tǒng)[5]。數(shù)字化原理語音電路是一種集語音合成技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)以及微控制器技術(shù)為一體的新型綜合型技術(shù)，利用它可以很容易的實(shí)現(xiàn)語音的可控制。為了克服集成芯片音量不能放大、智能性比較差、錄音的時(shí)間比較固定同時(shí)還要增加硬件投資，并且在一些由單片機(jī)構(gòu)成的測控系統(tǒng)中，由于單片機(jī)接口有限，還需要擴(kuò)展硬件接口線

13、路等諸多缺點(diǎn)，本系統(tǒng)則采用了另外一種方案：沒有采用專用的語音處理芯片，不需擴(kuò)展接口電路[7]。而是以AT89C52單片機(jī)為核心，采用濾波、放大等電路設(shè)計(jì)了一套可以靈活的實(shí)現(xiàn)錄音、放音、音量自動(dòng)控制的新型的語音存儲與回放系統(tǒng)。這種方法為以單片機(jī)為中心的測控系統(tǒng)語音操作提供了一種新的思路[8]。</p><p>　　1.2課題研究的意義</p><p>　　數(shù)字化具有以下幾個(gè)的特點(diǎn)：</

14、p><p>　?。?）數(shù)字信號和模擬信號比較而言，數(shù)字信號是加工信號。加工信號對于有雜波的外部環(huán)境以及易產(chǎn)生失真的電路來說應(yīng)該具有較好的穩(wěn)定性。可以說，數(shù)字信號非常適用于易產(chǎn)生雜波和波形失真的數(shù)據(jù)等遠(yuǎn)距離傳送使用。數(shù)字信號傳送具有穩(wěn)定性好、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。相關(guān)軟件對程序進(jìn)行編寫與仿真[9]。</p><p>　?。?）數(shù)字信號需要使用集成電路和大規(guī)模集成電路，但是計(jì)算機(jī)易于處理數(shù)字信號，同時(shí)數(shù)

15、字信號還特別適合于數(shù)字特技和圖像處理。 </p><p>　?。?）數(shù)字信號處理電路簡單，它沒有模擬電路里的各種調(diào)整，因而電路工作穩(wěn)定、技術(shù)人員能夠從日常的調(diào)整工作中解放出來。</p><p>　?。?）可以很容易的對數(shù)字信號進(jìn)行加密，這對商業(yè)經(jīng)營、版權(quán)保護(hù)、軍事經(jīng)濟(jì)情報(bào)保密和信息高速公路的安全是十分必要的。因此, 從信息產(chǎn)業(yè)向社會(huì)提供服務(wù)和對信息產(chǎn)品的實(shí)際要求出發(fā),采用數(shù)字化方案是很必須

16、的[22]。 </p><p>　　綜上，研究數(shù)字化的意義重大。</p><p>　　1.3數(shù)字化處理的前景</p><p>　　數(shù)字化和信息化有著密不可分的聯(lián)系，進(jìn)而影響著科技進(jìn)步的現(xiàn)代化進(jìn)程。在在新經(jīng)濟(jì)時(shí)代，推動(dòng)時(shí)代發(fā)展的根本力量，仍必將是信息化和科技進(jìn)步推動(dòng)的全球經(jīng)濟(jì)一體化。對科技進(jìn)步的現(xiàn)狀(包括數(shù)字技術(shù))與經(jīng)濟(jì)發(fā)展前景的聯(lián)系，會(huì)引起人們的各種思考。一方面，數(shù)

17、字技術(shù)對推動(dòng)科技進(jìn)步(以新穎性、創(chuàng)造性、實(shí)用性為標(biāo)準(zhǔn))帶來的機(jī)遇，不容忽略；另一方面，人類綜合能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的提高，也會(huì)推動(dòng)數(shù)字信息化在更寬闊 的領(lǐng)域里有新的創(chuàng)造[25]。</p><p>　　人類通過對信息的處理來認(rèn)識客觀的世界，又是通過對信息的應(yīng)用實(shí)踐來改造世界的。人們可以認(rèn)為，信息處理的數(shù)字化技術(shù)，一定和其他任何事物的發(fā)展規(guī)律一樣，只是信息處理的一個(gè)階段：反映了從模擬到數(shù)字的飛躍，但是在這個(gè)階段將

18、會(huì)停留很長時(shí)間讓我們?nèi)グl(fā)展它、去完善處理它的方法。數(shù)字處理絕不是信息處理方法的終極方案，也不是沒有缺陷的方案(比如不適合用它處理頻率很高的信號等)。</p><p>　　數(shù)字化處理技術(shù)對人類的貢獻(xiàn)已經(jīng)十分明顯，而信息處理的數(shù)學(xué)方法對科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)作用更是不可估量的，數(shù)字化革命已經(jīng)滲透到了人類生活和工作的各個(gè)方面。而且，人類正以信息處理主宰者的姿態(tài)，不斷實(shí)踐，繪制著自己更加豐富多彩的光明未來[28]! </p

19、><p>　　數(shù)字化已經(jīng)成為了時(shí)代的主流發(fā)展的趨勢。</p><p><b>　　1.4課題任務(wù)要求</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)的主要目的是將單片機(jī)信息處理技術(shù)應(yīng)用到數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)中，依靠單片機(jī)可再次開發(fā)的獨(dú)特的優(yōu)勢設(shè)計(jì)一個(gè)簡單實(shí)用的數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)，按照規(guī)定要求能夠?qū)崿F(xiàn)對語音信號的存儲以及回放功能。前置濾波放大部分能夠

20、完成包括對語音信號的采集、放大濾波的功能，信號經(jīng)由采樣保持器傳送給ADC0809，并通過ADC0809實(shí)現(xiàn)對模擬信號的數(shù)字化。單片機(jī)作為處理器對信息進(jìn)行處理，并存入數(shù)據(jù)存儲器，然后通過DAC0832轉(zhuǎn)換為模擬信號經(jīng)濾波、功率放大電路回放出聲音。</p><p>　　需要考慮的有：拾音器和耳機(jī)的阻抗問題，放大器的輸入以及輸出阻抗，濾波器的通阻帶的要求，儲存器的容量字長，單片機(jī)的而執(zhí)行速度以及人機(jī)接口功能。本次設(shè)計(jì)分

21、為軟、硬件設(shè)計(jì)兩部分，硬件部分完成數(shù)據(jù)的采集、放大、濾波、AD轉(zhuǎn)換、DA轉(zhuǎn)換、功率放大等系統(tǒng)功能。軟件部分則對語音信號的錄制和播放進(jìn)行控制。</p><p><b>　　課題任務(wù)的內(nèi)容：</b></p><p>　　（1）收集整理相關(guān)資料和文獻(xiàn)，熟悉單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)以及單片機(jī)外圍電路的相關(guān)知識；</p><p>　　（2）對單片機(jī)、傳感器和AD、

22、DA轉(zhuǎn)換等相關(guān)知識進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)總體方案；</p><p>　?。?）硬件模塊設(shè)計(jì)以及整體硬件系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)；</p><p>　?。?）利用keil技術(shù)編輯軟件，并使用proteus仿真實(shí)現(xiàn)模數(shù)數(shù)模采集、存儲、讀取功能。</p><p>　　課題任務(wù)的具體要求：</p><p>　?。?）前置放大器的增益為46dB，末級放大器的增益為40dB

23、，且增益均可調(diào)；</p><p>　?。?） A/D轉(zhuǎn)換位數(shù) 8位，采樣頻率 8 KHz；</p><p>　?。?） D/A 轉(zhuǎn)換位數(shù) 8位，變換頻率 8 KHz；</p><p>　?。?）帶通濾波器的帶通范圍為200-3400Hz；</p><p>　?。?）語音存儲時(shí)間大約10s。</p><p>　　1.5本

24、文的主要內(nèi)容</p><p>　　本課題主要利用51系列單片機(jī)、濾波放大電路以及AD、DA和數(shù)據(jù)存儲，研究工作包括51單片機(jī)的原理應(yīng)用及接口電路的連接和軟件的編程調(diào)試。為了實(shí)現(xiàn)語音的存儲以及回放功能，本文主要研究工作如下：</p><p>　　首先，進(jìn)行數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)方案的分析與設(shè)計(jì)。主要介紹數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)的性能指標(biāo)、工作原理、外接電路接口技術(shù)等。設(shè)計(jì)數(shù)字化語音存儲與回

25、放系統(tǒng)，使之具有無失真實(shí)現(xiàn)語音的存儲和回放的功能。</p><p>　　然后，進(jìn)行語音存儲與回放系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。主要包括單片機(jī)最小硬件系統(tǒng)、模數(shù)數(shù)模之間的轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)的存儲，語音錄放的控制的分析與設(shè)計(jì)。根據(jù)語音頻段的范圍及要求，選擇傳感器。設(shè)計(jì)語音存儲與回放系統(tǒng)，使之具有存儲與回放的功能。</p><p>　　最后，進(jìn)行系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。主要通過keil軟件進(jìn)行程序的編寫并使用proteus進(jìn)

26、行各個(gè)部分的模擬仿真。</p><p><b>　　2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　分析題目：</b></p><p>　　數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)的基本原理是對聲音錄制以及回放的數(shù)字控制。其中關(guān)鍵技術(shù)在于對輸入語音信號進(jìn)行高品質(zhì)的存儲，同時(shí)外圍電路輔以帶通濾波器和放大器等電路對信號進(jìn)行濾波放大，實(shí)

27、現(xiàn)了語音信號的高質(zhì)量存儲與回放。數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)的基本思想是通過拾音器將聲音信號轉(zhuǎn)化成電信號，再經(jīng)過放大器放大，然后通過帶通濾波器濾波，模擬語音信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再通過單片機(jī)控制將數(shù)據(jù)從存儲器中讀出，然后通過數(shù)模轉(zhuǎn)換（D/A）轉(zhuǎn)換成模擬信號，經(jīng)放大再揚(yáng)聲器或耳機(jī)上輸出。</p><p>　　系統(tǒng)框架圖及原理圖如下：</p><p><b>　　圖2

28、.1系統(tǒng)框架圖</b></p><p>　　系統(tǒng)組成如圖2.1所示,由輸入通道、AT89C52單片機(jī)和輸出通道三部分組成。</p><p>　　先分析輸入通道部分：</p><p>　　圖2.2輸入通道結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　輸入通道由拾音器、前置放大電路和帶通濾波器組成；拾音器輸出的毫伏信號實(shí)測其范圍約為20-25mV，后級

29、A/D轉(zhuǎn)換輸入信號的動(dòng)態(tài)范圍為0-5V，因?yàn)榇穗娦盘柼∷圆荒軌蜻M(jìn)行采樣。語音信號的范圍與采樣范圍的比較得出放大器的放大倍數(shù)應(yīng)為200倍左右，此處將信號通過一增益為46dB的放大器，將其放大到伏特量級輸出通道由帶通濾波器、后級放大電路組成。</p><p>　　信號由拾音器拾起，經(jīng)由用NE5532設(shè)計(jì)放大電路的進(jìn)行放大，增益可調(diào)，這樣滿足了存儲放大器增益46dB要求。濾波電路采用帶通濾波電路，將帶通濾波器設(shè)計(jì)為

30、典型的200Hz-3.4kHz，輸出級帶通濾波器也為200Hz-3.4kHz，這樣既可濾掉低頻分量又可濾掉D/A轉(zhuǎn)換帶來的高頻分量，很好的濾除掉噪聲。根據(jù)奈奎斯特抽樣定理知欲使采樣信號無失真，抽樣頻率最低為6.8kHz，考慮到留有一定的余地，采用8kHz這樣就足夠保證語音質(zhì)量。系統(tǒng)信號采集由模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809及采樣/保持放大器LF398完成。LF398 具有高采樣速率、保持電壓下降慢等特點(diǎn)，語音信號經(jīng)其采樣后輸出至ADC0809。

31、</p><p><b>　　分析輸出通道部分：</b></p><p>　　圖2.3輸出通道結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　輸出通道也采用濾波電路，利用這種電路濾掉數(shù)字量轉(zhuǎn)換的模擬量中不在所要求頻率范圍的波形。功率放大部分由LM386組成。LM386是目前頗為流行的小功率音頻放大集成電路，它廣泛運(yùn)用于各種語音電路中。</p><

32、;p>　　作為系統(tǒng)的核心部分，即系統(tǒng)的處理控制中心單元，選用AT89C52。它屬于80C51增強(qiáng)型單片機(jī)版本，集成了時(shí)鐘輸出和向上或向下計(jì)數(shù)器等更多的功能，適合于控制等應(yīng)用場合。AT89C52內(nèi)置8位中央處理單元、256字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM、8k片內(nèi)程序存儲器（ROM）32個(gè)雙向輸入/輸出(I/O)口、3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器和5個(gè)兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩電路。通過分析可知，AT89C52完全滿足要求。&

33、lt;/p><p>　　圖2.4信號處理結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　存儲器的容量選擇根據(jù)所存語音信號的時(shí)間長短而定，因題目要求至少10s，所以存儲器的容量至少為80K?？梢赃x用2片64K的FLASH Memory 28F512作為外部數(shù)據(jù)存儲器來存放存儲的數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　3．硬件部分設(shè)計(jì)</b></p><p

34、><b>　　3.1 拾音器</b></p><p>　　拾音器本質(zhì)上是一種聲傳感器，它能夠把外界聲場中的聲信號轉(zhuǎn)換成電信號。它在語音通訊、噪聲的控制、環(huán)境的檢測、音質(zhì)的評價(jià)、文化娛樂、超聲檢測、水下探測和生物醫(yī)學(xué)工程及醫(yī)學(xué)等方面有廣著泛的應(yīng)用[10]。它的種類分為多種，按照它的特點(diǎn)和頻率等可以將它劃分為超聲傳感器、聲壓傳感器和聲表面波傳感器等。單純的磁性拾音器工作的電學(xué)原理為當(dāng)聲音在

35、銅絲繞制的線圈內(nèi)震動(dòng)切割被該線圈所纏繞的磁芯產(chǎn)生的磁感線時(shí)，線圈內(nèi)感應(yīng)出電信號并流出。 </p><p>　　拾音器包括拾音頭（換能裝置、唱針）和音臂等附件。其換能裝置主要有壓電式、電磁式、電容式以及半導(dǎo)體等。電磁式拾音頭，用電磁感應(yīng)原理，將機(jī)械振動(dòng)變換成電信號的幅度響應(yīng)拾音頭。主要由線圈和磁鋼等組成。唱針耦合在線圈上的稱動(dòng)圈式，耦合在磁鋼上的稱動(dòng)磁式。此外，也有將唱針耦合在銜鐵上的稱為動(dòng)鐵式，也稱可變磁阻式。因

36、為動(dòng)圈式拾音器的音質(zhì)比較好，并且使用方便，所以在本設(shè)計(jì)中采用動(dòng)圈式拾音器。</p><p>　　3.2 放大器的設(shè)計(jì)</p><p>　　放大器可以將輸入信號的電壓或者功率給以放大的裝置，放大器由電子管或晶體管、電源變壓器或者其他電器元件組成。在通訊、廣播、雷達(dá)、電視、自動(dòng)控制等裝置中得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　3.2.1 前置增益放大器</p>

37、<p>　　拾音器輸出的信號實(shí)際范圍約為20~25mV，而后級A/D轉(zhuǎn)換輸入信號的動(dòng)態(tài)范圍為0~5V，由于此電信號太小不能夠進(jìn)行采樣。通過對語音信號的范圍與采樣范圍的比較得出放大器的放大倍數(shù)應(yīng)設(shè)置在200倍左右，即將拾音器輸出的信號通過一增益為46dB的放大器，將其放大到伏特量級。為了將從拾音器獲得的微弱語音信號放大，我們采用由運(yùn)放NE5532構(gòu)成的高輸入阻抗的放大器。</p><p>　　NE55

38、32是一種雙運(yùn)放高性能低噪聲運(yùn)算放大器，具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　小信號帶寬為10MHz</p><p>　　輸出驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)為600Ω，10V的有效值</p><p>　　輸入噪聲電壓為5nV/Hz</p><p>　　直流電壓增益可達(dá)50000 </p><p>　　交流電壓增益為2200-10kHz &l

39、t;/p><p>　　功率帶寬為140kHz</p><p>　　轉(zhuǎn)換速率可達(dá)9V/μs</p><p>　　大的電源電壓范圍為±3V-±20V </p><p><b>　　單位增益補(bǔ)償</b></p><p>　　相對大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器，NE5532顯示出了更好的噪聲性能，這

40、使得該器件特別適合應(yīng)用在高品質(zhì)和專業(yè)音響設(shè)備，儀器和控制電路和電話通道放大器。所以選用NE5532作為前置放大電路的運(yùn)放。前置放大電路如圖3.1所示。</p><p><b>　　圖3.1前置放大器</b></p><p>　　放大器的放大倍數(shù)按下式計(jì)算：</p><p><b>　?。?-1）</b></p>

41、<p><b>　　帶入數(shù)據(jù)有：</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　因?yàn)樵O(shè)計(jì)的R4的值可以調(diào)節(jié)，所以增益倍數(shù)可以滿足要求的調(diào)節(jié)范圍。</p><p>　　3.2.2輸出功率放大器</p><p>　　經(jīng)帶通濾波器輸出的聲音信號，其幅度為0—5V

42、，足以用耳機(jī)來收聽，可不接任何放大器。但考慮到實(shí)際中經(jīng)常會(huì)用到揚(yáng)聲器外放，故在本系統(tǒng)中增加外放功能，采用通用型音頻功率放大器LM386來完成[13]。</p><p>　　LM386是目前頗為流行的小功率音頻放大集成電路，它廣泛運(yùn)用于各種語音電路中。它的突出優(yōu)點(diǎn)是頻響寬、功耗低、電源電壓適應(yīng)范圍寬、外接元件少等。</p><p>　　LM386集成功率放大器的性能及特征</p>

43、<p>　　額定工作電壓：4—16V；</p><p>　　額定電流：當(dāng)電源電壓為6V時(shí)，靜態(tài)工作電流為4mA，適合用電池供電；</p><p>　　增益：①腳與⑧腳之間不接外部阻容元件時(shí)，電壓增益為20；接元件時(shí)，可提供增益到20—200之間的任何值； </p><p>　　頻響：可達(dá)數(shù)百kHz；</p><p>　　最大允許

44、功耗為（25℃）600mA，使用時(shí)不用散熱片；</p><p>　　負(fù)載電阻4Ω時(shí)，輸出功率（失真為10%）為300mA；</p><p>　　LM386有兩個(gè)信號輸入端。當(dāng)信號從②腳輸入時(shí)，構(gòu)成反相放大器；從③腳輸入時(shí)，構(gòu)成正相放大器。本設(shè)計(jì)中，信號從③腳輸入，為正相放大器。每個(gè)輸入端的輸入阻抗都為50KΩ，而且輸入端對地的直流電位接近為零，即使對地短路，輸出直流電平也不會(huì)產(chǎn)生大的偏離。

45、</p><p>　　圖3.2 LM386引腳圖</p><p>　　在音頻放大電路中，輸出信號的放大倍數(shù)由LM386的引腳①和⑧的外接的情況來決定。一般情況下這兩個(gè)引腳通過串聯(lián)一個(gè)電阻R1和一個(gè)電容C2連接起來，正是這個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)決定了電路的增益。當(dāng)①腳和⑧腳開路時(shí)，電路電壓增益為40。通過調(diào)節(jié)R1的值可以改變增益的大小。通過滑動(dòng)RV1的觸頭，即可調(diào)節(jié)后置功率放大的大小，進(jìn)而控制調(diào)節(jié)音量。

46、電路如圖3.3所示：</p><p>　　圖3.3輸出功率放大</p><p><b>　　3.3濾波器設(shè)計(jì)</b></p><p>　　濾波器的作用是讓一定頻率范圍內(nèi)的信號通過，同時(shí)將此頻率范圍之外的信號加以抑制或者使其急劇衰減。當(dāng)干擾信號與有用信號不在同一頻率范圍之內(nèi)，使用濾波器可以非常有效的抑制干擾。</p><p&g

47、t;　　實(shí)際信號除有用信號外，常常帶有干擾，這些干擾有的是和有用信號同時(shí)產(chǎn)生的，有的則是在信號傳輸與處理過程中由于不同系統(tǒng)間的相互作用而引起的。在信號處理中從帶有干擾的信號中能夠分離出有用信號的裝置被稱為濾波器。濾波器在日常生活中運(yùn)用非常廣泛，例如在電子工程、通信工程、自動(dòng)控制、遙測控制、測量儀器、儀表和計(jì)算機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域，經(jīng)常需要用到各種各樣的濾波器。隨著集成電路的迅速發(fā)展，用集成電路可很方便地構(gòu)成各種濾波器。用集成電路實(shí)現(xiàn)的濾波器與其

48、他濾波器相比，其波形質(zhì)量、幅度和頻率穩(wěn)定性等性能指標(biāo)，都有了很大的提高[23]。</p><p>　　聲音信號通過動(dòng)圈拾音器轉(zhuǎn)為電壓信號，通過前級放大進(jìn)行放大，在對其進(jìn)行數(shù)據(jù)采集之前，并經(jīng)過帶通濾波器濾除所需頻率以外的雜波。按本題目要求選定帶通濾波器，濾波器的通帶范圍為200Hz~3.4KHz。濾波器的作用是：</p><p>　?。?）保證200—3400Hz的語音信號不失真的通過濾波器

49、；</p><p>　?。?）濾除通帶外的低頻信號，以減少帶外功頻等分量的干擾，大大減少噪聲影響；</p><p>　?。?）便于濾除通帶外的高次諧波，以減少因8kHz采樣率而引起的混疊失真。</p><p>　　根據(jù)實(shí)際情況，該上限頻率可在3000Hz左右，帶通濾波器按品質(zhì)因數(shù)的大小為窄帶濾波器（）和寬帶濾波器（）兩種，本題中上限頻率,通帶濾波器中心頻率為：<

50、;/p><p>　　（3-3）品質(zhì)因數(shù)為：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　因?yàn)?，故該帶通濾波器為寬帶帶通濾波器。本寬帶帶通濾波器設(shè)計(jì)由高通和低通濾波器級聯(lián)構(gòu)成。</p><p>　　濾波器的實(shí)現(xiàn)我們采用低通-高通級聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)，即將帶通濾波器的技術(shù)指標(biāo)分成低通濾波器和高通濾波器兩個(gè)獨(dú)立的

51、技術(shù)指標(biāo)，分別設(shè)計(jì)出低通濾波器和高通濾波器，再級聯(lián)即得帶通濾波器。</p><p>　　（1）計(jì)算高通濾波器的電阻電容值：</p><p><b>　　根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取</b></p><p><b>　　選取，， </b></p><p><b>　　（3-5）</b></p

52、><p>　　將數(shù)據(jù)帶入式3-5有，，</p><p>　?。?）計(jì)算低通濾波器的電阻電容值</p><p><b>　　根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取</b></p><p><b>　　選取，，</b></p><p>　　將數(shù)據(jù)帶入3-5有，，</p><p>　　根據(jù)

53、計(jì)算所得的參數(shù)值計(jì)算所設(shè)計(jì)的帶通濾波器的傳遞函數(shù)</p><p>　　低通傳遞函數(shù) （3-6）</p><p>　　高通傳遞函數(shù)計(jì)算 （3-7）</p><p>　　兩個(gè)傳遞函數(shù)相乘得到總的傳遞函數(shù)：</p><p>　　圖3.4 濾波器幅頻曲線</p>

54、<p>　　Matlab中觀察濾波器的濾波效果如下。</p><p>　　圖3.5 濾波效果圖</p><p><b>　　3.4單片機(jī)選型</b></p><p>　　單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片微機(jī)或單片機(jī)。它是一種把芯片中集成中央微處理器、隨機(jī)存取存儲器、只讀存儲器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器以及I/O接口電路等部件，構(gòu)成了一個(gè)完整的微型數(shù)字電

55、子計(jì)算機(jī)。其具有很多優(yōu)點(diǎn)：高性能，高速度，體積小，價(jià)格低廉，穩(wěn)定可靠等。</p><p>　　也正是由于單片機(jī)具有上述顯著的特點(diǎn)，使得單片機(jī)的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。單片機(jī)的應(yīng)用打破了人們的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，原來很多用模擬電路、脈沖數(shù)字電路和邏輯部件來實(shí)現(xiàn)的功能，現(xiàn)在均可以使用單片機(jī)，采用軟件編程來實(shí)現(xiàn)。同時(shí)使用單片機(jī)所做的產(chǎn)品還具有體積小、可靠性高、性能價(jià)格比高和容易產(chǎn)品化等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>

56、;　　3.4.1 AT89C52介紹</p><p>　　AT89C52是一種8 位通用的微處理器，它采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的C51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與51系列單片機(jī)通用。AT89C52是一種帶8K字節(jié)片內(nèi)程序存儲器，且是高性能的CMOS8位微處理器的單片機(jī)。 AT89C52能夠滿足8K flash程序存儲器的要求。AT89C52是采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造的，它與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和

57、輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中，選擇ATMEL的89C52作為一種高效微控制器，可以為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。其主要用于會(huì)聚調(diào)整時(shí)的功能控制，功能包括對會(huì)聚主IC 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化，會(huì)聚調(diào)整控制，紅外遙控信號IR的接收解碼及與主板CPU通信等。</p><p>　　3.4.2 引腳簡介</p><p

58、>　　P0口：P0口的8個(gè)引腳在不接片外存儲器與不擴(kuò)展I/O時(shí)為雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，當(dāng)它接片外存儲器與擴(kuò)展I/O時(shí)為雙向I/O口時(shí)，P0口分時(shí)復(fù)用為低8位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼。</p><p>　　P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，可作為準(zhǔn)雙向I/O口

59、使用。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。對于本單片機(jī)而言，P1.0 和P1.1 還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2 的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX）。</p><p>　　表3.1 P1.0和p1.2的第二功能</p><p>　　P2口：P2口的8個(gè)引腳一般可作為準(zhǔn)雙向I/O口。P2口緩沖

60、器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)，P2口可以作為地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。</p><p>　　P3口：P3口的8個(gè)引腳除了作

61、為準(zhǔn)雙向I/O口外還具備第二功能。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)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口作為89C52的一些特殊功能口。</p><p>　　表3.2 P3口地第二功能</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)， RST腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位。</p>&l

62、t;p>　　ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳可用作對外輸出的時(shí)鐘脈沖。在平時(shí)，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(shí)目的。</p><p>　　PSEN：片外程序存儲器的讀選通信號輸出端。在由外部程序存儲器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期該信號兩次低電平有效。但在訪問外部

63、數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。</p><p>　　EA：片外程序存儲器選用段。當(dāng)EA保持低電平時(shí)，只選用外部程序存儲器，否則計(jì)算機(jī)上電或復(fù)位后先選用片內(nèi)程序存儲器。</p><p>　　XTAL1：片內(nèi)反向振蕩放大器的輸入端。</p><p>　　XTAL2：片內(nèi)反向振蕩放大器的輸入端。</p><p>　　3.4.3主

64、要功能及其特性</p><p>　?。?）兼容MCS51指令系統(tǒng)</p><p>　?。?）8KB的可重復(fù)擦寫的Flash閃速存儲器；</p><p>　?。?）1000次擦寫周期；</p><p>　?。?）4個(gè)8位并行雙向I/O口；</p><p>　　（5）256個(gè)字節(jié)的片內(nèi)RAM；</p><

65、;p>　　（6）3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷</p><p>　?。?）時(shí)鐘頻率為0-24MHz</p><p>　?。?）低功耗空閑和掉電模式；</p><p>　　（9）有2個(gè)外部中斷源，共8個(gè)中斷源；</p><p>　　（10）具有強(qiáng)位尋址、位處理能力；</p><p>　　（11）采用單一+5V電源

66、。</p><p><b>　　3.4.4中斷</b></p><p>　　AT89C52 共有6 個(gè)中斷向量：兩個(gè)外中斷（INT0 和INT1），3 個(gè)定時(shí)器中斷（定時(shí)器0、1、2）和串行口中斷。這些中斷源可通過分別設(shè)置專用寄存器IE 的置位或清0 來控制每一個(gè)中斷的允許或禁止。IE 也有一個(gè)總禁止位EA，能控制所有中斷的允許或禁止。 </p>&l

67、t;p>　　定時(shí)器2 的中斷是由T2CON 中的TF2 和EXF2 邏輯或產(chǎn)生的，當(dāng)轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序時(shí)，這些標(biāo)志位不能被硬件清除， 事實(shí)上，服務(wù)程序需確定是TF2 或EXF2 產(chǎn)生中斷，而由軟件清除中斷標(biāo)志位。 定時(shí)器0 和定時(shí)器1 的標(biāo)志位TF0 和TF1 在定時(shí)器溢出那個(gè)機(jī)器周期的S5P2 狀態(tài)置位，而會(huì)在下一個(gè)機(jī)器周期才查詢到該中斷標(biāo)志。然而，定時(shí)器2 的標(biāo)志位TF2 在定時(shí)器溢出的那個(gè)機(jī)器周期的S2P2 狀態(tài)置位，并在同一

68、個(gè)機(jī)器周期內(nèi)查詢到該標(biāo)志。</p><p><b>　　3.5采樣保持電路</b></p><p>　　將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號時(shí),從啟動(dòng)轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束,需要一定的時(shí)間,即A/D轉(zhuǎn)換的孔徑時(shí)間。本論文在A/D轉(zhuǎn)換前加了采樣保持器LF398。</p><p>　　LF398是美國國家半導(dǎo)體公司研制的集成采樣保持器。由雙極性絕緣柵場效應(yīng)管組成,它的

69、特點(diǎn)是：采樣速度快、保持下降速度慢、精度高。其采樣時(shí)間小于6 s時(shí)精度可達(dá)0.01%;采用雙極性輸入狀態(tài)可獲得低偏置電壓和寬頻帶；抗干擾能力強(qiáng)，不易受溫度影響，芯片上的邏輯輸入端均為具有低輸入電流的差動(dòng)輸入，允許直接與TTL、PMOS和CMOS相連，差動(dòng)門限為1.4 V，電源電壓可在5 V和18 V之間變化，引腳排列如圖3.6。</p><p>　　圖3.6 LF398的引腳圖</p><p&

70、gt;　　圖中INPUT和OUTPUT分別為模擬量輸入和輸出，OFFSET VOLTAGE為偏置調(diào)整引腳，Ch為外界保持電容引腳，V+和V-為電路電源；LOGIC和LOGIC REFEREN CE分別為邏輯電平和邏輯參考電平，用于控制其工作方式；當(dāng)LOGIC為低電平時(shí)，開關(guān)K閉合，電路工作在采樣狀態(tài)。反之，K斷開，電路工作在保持狀態(tài)。</p><p>　　3.6 D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832 </p>

71、<p>　　D/A轉(zhuǎn)換芯片也種類繁多，本課題選用應(yīng)用非常廣的DAC0832。它是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8 位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性強(qiáng)，性價(jià)比高接口簡單和控制方便等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用。</p><p>　　ADC0832 具有的特點(diǎn)：8位分辨率；雙通道A/D轉(zhuǎn)換；輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容；電源供電時(shí)輸入電壓在0~5V之間；工作頻率為100KHz，轉(zhuǎn)換時(shí)間為10μ

72、S；一般功耗僅為15mW。</p><p>　　3.6.1 DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳</p><p>　　圖3.7 DAC0832的引腳</p><p>　　DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)資料:芯片內(nèi)有兩級輸入寄存器，使DAC0832具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要(如要求多路D/A異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等)。D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出。要

73、是需要相應(yīng)的模擬信號，可通過一個(gè)高輸入阻抗的線性運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)這個(gè)供功能。運(yùn)放的反饋電阻可通過Rfb端引用片內(nèi)固有電阻，還可以外接。</p><p>　　DAC0832外部引腳說明：</p><p>　　DI0~DI7：為數(shù)據(jù)輸入線，TLL電平； </p><p>　　ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效；</p><p>　　CS

74、：片選信號輸入線，低電平有效； </p><p>　　WR1：為輸入寄存器的寫選通信號； </p><p>　　XFER：數(shù)據(jù)傳送控制信號輸入線，低電平有效； </p><p>　　WR2：為DAC寄存器寫選通輸入線； </p><p>　　Iout1:電流輸出線。當(dāng)輸入全為1時(shí)Iout1最大； </p><p>　　

75、Iout2: 電流輸出線。其值與Iout1之和為一常數(shù)； </p><p>　　Rfb:反饋信號輸入線,芯片內(nèi)部有反饋電阻；</p><p>　　Vcc:電源輸入線  (+5v~+15v) ；</p><p>　　Vref:基準(zhǔn)電壓輸入線  (-10v~+10v)； </p><p>　　GND:模擬地

76、,摸擬信號和基準(zhǔn)電源的參考地； </p><p>　　3.6.2 DAC0832工作方式</p><p>　　DAC0832的工作方式有單緩沖工作方式、雙緩沖工作方式和直通工作方式三種類型。</p><p>　?。?）單緩沖方式：單緩沖方式是控制輸入寄存器和DAC寄存器同時(shí)接收資料，或者只用輸入寄存器而把DAC寄存器接成直通方式。此方式適用只有一路模擬量輸出或幾路模

77、擬量異步輸出的情形。</p><p>　　（2）雙緩沖方式：雙緩沖方式是先使輸入寄存器接收資料，再控制輸入寄存器的輸出資料到DAC寄存器，即分兩次鎖存輸入資料。此方式適用于多個(gè)D/A轉(zhuǎn)換同步輸出的情節(jié)。</p><p>　?。?）直通方式：直通方式是資料不經(jīng)兩級鎖存器鎖存，即WR1，WR2，XFER，CS均接地，ILE接高電平。此方式適用于連續(xù)反饋控制線路，不過在使用時(shí)，必須通過另加I/O

78、接口與CPU連接，以匹配CPU與D/A轉(zhuǎn)換。</p><p>　　圖3.8單緩沖方式連接示意圖</p><p>　　在不要求多相D/A同時(shí)輸出時(shí)采用單緩沖方式，此時(shí)只需一次寫操作，就開始轉(zhuǎn)換，可以提高D/A的數(shù)據(jù)吞吐量。所以在本設(shè)計(jì)中，采用單緩沖的工作方式。</p><p>　　DAC:MOV R1, #30H;待轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)原存在片內(nèi)RAM的30H單元,R1為地址

79、指針,指向該單元</p><p>　　MOV RO,#DFH;準(zhǔn)備選通DAC0832</p><p><b>　　MOV A,@R1</b></p><p>　　MOVX @R0,A;片內(nèi)RAM30H單元的內(nèi)容送往DAC0832進(jìn)行轉(zhuǎn)換</p><p>　　在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常需要用到一個(gè)線性增長的電壓去控制某一個(gè)檢測

80、過程，或者作為掃描電壓去控制一個(gè)電子束的移動(dòng)。執(zhí)行下面的程序段，利用D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一個(gè)鋸齒波電壓，實(shí)現(xiàn)此類控制作用。</p><p>　　DAC:MOV R0, #0DFH;選通DAC0832</p><p>　　MOV A, #0FFH</p><p>　　LOOP:MOVX @R0 ,A;輸出</p><p>　　ACALL

81、DELAY;調(diào)延時(shí)程序</p><p><b>　　DEC A</b></p><p><b>　　SJMP LOOP</b></p><p><b>　　圖3.9鋸齒波圖形</b></p><p>　　3.7 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)</p><p>　

82、　由信號處理電路輸出的信號是模擬信號，但是單片機(jī)只能處理數(shù)字信號，所以首先必須將模擬量經(jīng)過一定的電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，只有這樣單片機(jī)才能處理，這種電路被稱為A/D轉(zhuǎn)換電路。</p><p>　　3.7.1 A/D轉(zhuǎn)換的常用方法</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換的常用方法有：雙積分式A/D轉(zhuǎn)換、逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換、計(jì)數(shù)型A/D轉(zhuǎn)換等。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換的工作原理是將對輸入電壓的測量，轉(zhuǎn)換成對基

83、準(zhǔn)源積分時(shí)間的測量，再測量時(shí)間（脈沖寬度信號）或頻率（脈沖頻率），然后由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器獲得數(shù)字值。這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是分辨率高、精度高、抗干擾性強(qiáng)；主要缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度慢。逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換由一個(gè)比較器和D/A轉(zhuǎn)換器通過逐次比較邏輯構(gòu)成，順序的增加內(nèi)部D/A的輸入值，并將其輸出電壓與A/D測量輸入電壓比較，當(dāng)二者相等時(shí)，內(nèi)部D/A的輸入值就是A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是速度快、功耗低；主要缺點(diǎn)是抗干擾性差。</p>

84、<p>　　3.7.2 ADC0809的主要特性和結(jié)構(gòu)</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用ADC0809大規(guī)模集成電路芯片，它是一種具有8路模擬量輸入的8位A/D轉(zhuǎn)換器，采用逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，輸出的數(shù)字信號有三態(tài)緩沖器，可以和單片機(jī)直接接口。</p><p>　　它有模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換兩大部分。 </p><p>　　模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)由8路

85、模擬開關(guān)和3位地址鎖存與譯碼器組成，地址鎖存允許信號ALE將三位地址信號ADDC、ADDB和ADDA進(jìn)行鎖存，然后由譯碼電路選通其中一路摸信號加到A/D轉(zhuǎn)換部分進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換部分包括比較器、逐次逼近寄存器SAR、256R電阻網(wǎng)絡(luò)、樹狀電子開關(guān)、控制與時(shí)序電路等，另外具有三態(tài)輸出鎖存緩沖器，其輸出數(shù)據(jù)線可直接連CPU的DB。ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型D／A轉(zhuǎn)換器。<

86、;/p><p>　　圖3.10 ADC0809的原理框圖</p><p>　　ADC0809的主要技術(shù)指標(biāo)為：</p><p>　?。?）它的分辨率為8位；</p><p>　?。?）單電源供電：+5V；</p><p>　　（3）最大不可調(diào)誤差小于1LSB；</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)換時(shí)間為1

87、00μs（時(shí)鐘頻率為640KHz）；</p><p>　?。?） 模擬輸入范圍，單極性0~5V；</p><p>　?。?）不必進(jìn)行零點(diǎn)和滿刻度調(diào)整；</p><p>　　（7）功耗為15mW；</p><p>　　3.7.3 ADC0809管腳功能及定義</p><p>　　ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直

88、插式封裝，下面參圖并說明各個(gè)引腳功能。</p><p><b>　　如圖3.11所示。</b></p><p>　　圖3.11 ADC0809管腳結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　ALE：地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A、B、C三條地址線的地址信號進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中通道的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。<

89、;/p><p>　　D0~D7：8位輸出數(shù)據(jù)線（三態(tài)），A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果由這8根線傳送給單片機(jī)。</p><p>　　OE：允許輸出信號。當(dāng)OE=1時(shí)，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；當(dāng)OE=0時(shí)，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。</p><p>　　START:轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號。START為正脈沖，其上跳沿所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。&l

90、t;/p><p>　　EOC:轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng)EOC為高電平始時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>　　CLK：時(shí)鐘輸入信號。因ADC0809的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號必須由外界提供，頻率范圍為10KHz~1.2KHz，典型值為640KHz。</p><p>　　IN0~IN7: 8通道模擬量輸入。</p><p&g

91、t;　　ADDA、ADDB、ADDC：A、B、C為地址輸入線，用于選通IN0~IN7上的一路模擬量輸入。</p><p>　　3.7.4 ADC0809工作方式</p><p>　　首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) A／D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A

92、／D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號可用作中斷申請。當(dāng)OE輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送 A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。為此可采用下述三種方式。</p><p>　?。?）延時(shí)等待方式 是利用CPU執(zhí)行一條輸出指令，啟動(dòng)

93、ADC轉(zhuǎn)換，然后CPU執(zhí)行延時(shí)程序，延時(shí)時(shí)間大于所選用的ADC芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間，延時(shí)結(jié)束，CPU執(zhí)行輸入指令，打開三態(tài)門獲取ADC轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)。如ADC0809轉(zhuǎn)換時(shí)間為128μs，相當(dāng)于12MHz的MCS-51單片機(jī)共34個(gè)機(jī)器周期。可據(jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后即調(diào)用此子程序，延遲時(shí)間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。參見圖3.12。 </p><p>　　圖3.12 延時(shí)等待法ADC接

94、口電路</p><p>　?。?）查詢方式 查詢法是由CPU來檢查EOC信號。當(dāng)CPU啟動(dòng)ADC芯片開始轉(zhuǎn)換之后，再通過狀態(tài)端口讀取EOC信號，檢查ADC是否轉(zhuǎn)換結(jié)束。若轉(zhuǎn)換結(jié)束，則讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，否則繼續(xù)查詢。參見圖3.13。 </p><p>　　圖3.13 查詢法ADC接口電路</p><p>　?。?）中斷方式 用中斷法可提高CPU的利用率，當(dāng)ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束，

95、由EOC端發(fā)送高電平信號既把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號（EOC）作為中斷請求信號，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。</p><p>　　中斷控制邏輯向CPU發(fā)出中斷請求，CPU響應(yīng)中斷在服務(wù)程序中讀取結(jié)果。參見圖3.14。 </p><p>　　圖3.14 中斷ADC接口電路</p><p>　　不管使用上述那種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地

96、址并以信號有效時(shí)，OE信號即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機(jī)接收。</p><p>　　所用的指令為MOVX 讀指令，則有</p><p>　　MOV DPTR , #FE00H</p><p>　　MOVX A , @DPTR</p><p>　　該指令在送出有效口地址的同時(shí)，發(fā)出有效信號，使0809的輸出允許信號OE有效，從而打開三

97、態(tài)門輸出，是轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線送入A累加器中。這里需要說明的示，ADC0809的三個(gè)地址端A、B、C即可如前所述與地址線相連，也可與數(shù)據(jù)線相連，例如與D0～D2相連。這是啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換的指令與上述類似，只不過A的內(nèi)容不能為任意數(shù)，而必須和所選輸入通道號IN0～I(xiàn)N7相一致。設(shè)：進(jìn)入采樣程序后8個(gè)通道都依次選通一次，即采樣次數(shù)為8；轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量按序存于片內(nèi)RAM的30H-37H單元；8次采樣是否完成以標(biāo)志位F0是否建起為標(biāo)志。如

98、未完成，單片機(jī)將反復(fù)執(zhí)行JBC F0，ELSE與SJMP NEXT這兩條指令，以等待每一次采樣、轉(zhuǎn)換的完成并進(jìn)入中斷服務(wù)程序。在本設(shè)計(jì)中選用了延時(shí)等待的接法，利用編程控制ADC0809的轉(zhuǎn)換[28]。</p><p>　　系統(tǒng)的整體連接框圖如下所示。</p><p><b>　　3.8 鍵盤電路</b></p><p>　　常用的鍵盤接口分為獨(dú)

99、立式按鍵接口和矩陣式鍵盤接口。本方案選用獨(dú)立式接口，這種方式是各種按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵個(gè)接一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)就可以很容易的判斷哪個(gè)按鍵被按下了。</p><p>　　獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件簡單。但每個(gè)按鍵需占用一根輸入線，在按鍵數(shù)較多時(shí)，需要較多的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故此種鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。獨(dú)立式按

100、鍵電路按鍵直接與單片機(jī)的I/O口線相接，通過讀I/O口，判定各I/O口線的電平狀態(tài)，即可識別出按下的鍵盤。</p><p>　　軟件設(shè)計(jì)選用查詢方式和外部中斷相結(jié)合的方法來設(shè)計(jì)，低電平有效。按鍵直接與89C52的I/O口線相連接，通過讀I/O口，判定各I/O口的電平狀態(tài)，即可識別出按下的按鍵。</p><p>　　各按鍵分別接到P3.0、P3.1和P3.5。對于這種鍵各程序可采用中斷查詢的

101、方法，功能就是：檢測是否有鍵關(guān)閉，如有鍵閉合，則去除鍵抖動(dòng)，判斷鍵號并轉(zhuǎn)入相應(yīng)的鍵處理。其功能很簡單，各鍵定義如下：</p><p>　　P3.0：S1 按此鍵開始錄音；</p><p>　　P3.1：S2 按此鍵則開始放音；</p><p>　　P3.5: S0 ，暫停鍵</p><p>　　3.9 存儲器的選取</p>&

102、lt;p>　　數(shù)據(jù)存儲器即隨機(jī)存取存儲器（Random Access Memory，RAM），用于存放可隨時(shí)修改的數(shù)據(jù)信息。單片機(jī)使用的主要是靜態(tài)RAM。MCS-51系列單片機(jī)片外數(shù)據(jù)存儲器的空間可達(dá)64KB，而片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的空間只有128B或256B。如果片內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲器不夠用時(shí)，則需進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展。存儲器擴(kuò)展的核心問題是存儲器的編址問題。所謂編址就是給存儲單元分配地址。由于存儲器通常由多個(gè)芯片組成，為此存儲器的編址分為

103、兩個(gè)層次：即存儲器芯片的選擇和存儲器芯片內(nèi)部存儲單元的選擇[18]。 </p><p><b>　?。?）地址線的譯碼</b></p><p>　　存儲器芯片的選擇有兩種方法：線選法和譯碼法。</p><p>　　所謂線選法，就是直接以系統(tǒng)的地址線作為存儲器芯片的片選信號，為此只需把用到的地址線與存儲器芯片的片選端直接相連即可。</p&g

104、t;<p>　　所謂譯碼法，就是使用地址譯碼器對系統(tǒng)的片外地址進(jìn)行譯碼，以其譯碼輸出作為存儲器芯片的片選信號。譯碼法又分為完全譯碼和部分譯碼兩種。 </p><p>　　完全譯碼：地址譯碼器使用了全部地址線，地址與存儲單元一一對應(yīng)，也就是1個(gè)存儲單元只占用1個(gè)唯一的地址。</p><p>　　部分譯碼：地址譯碼器僅使用了部分地址線，地址與存儲單元不是一一對應(yīng)，而是1個(gè)存儲單元

105、占用了幾個(gè)地址。</p><p>　?。?）3—8譯碼器74LS138</p><p>　　3—8譯碼器74LS138為一種常用的地址譯碼器芯片。其中，G1、G2A、G2B為控制端。只有當(dāng)G1為“1”，且G2A、G2B均為“0”時(shí)，譯碼器才能進(jìn)行譯碼輸出。否則譯碼器的8個(gè)輸出端全為高阻狀態(tài)。</p><p>　　譯碼輸入端與輸出端之間的譯碼關(guān)系如下表3.3所示。&l

106、t;/p><p><b>　　表3.3 譯碼表</b></p><p>　?。?）讀片外RAM操作時(shí)序：</p><p>　　89C52單片機(jī)若外擴(kuò)一片RAM，則應(yīng)將其WR引腳與RAM芯片的WE引腳連接，RD引腳與芯片OE引腳連接。ALE信號的作用即鎖存低8位地址，以便讀片外RAM中的數(shù)據(jù)。在第一個(gè)機(jī)器周期的S1狀態(tài)，ALE信號由低變高，讀RAM周

107、期開始。在S2狀態(tài)，CPU把低8位地址送到P0口總線上，把高8位地址送上P2口(在執(zhí)行“MOVX A，@DPTR”指令階段時(shí)才送高8位；若是“MOVX A，@Ri”指令，則不送高8位)。ALE的下降沿用來把低8位地址信息鎖存到外部鎖存器74HC373內(nèi)，而高8位地址信息一直鎖存在P2口鎖存器中。</p><p>　　在S3狀態(tài)，P0口總線變成高阻懸浮狀態(tài)，在S4狀態(tài)，RD信號變?yōu)橛行Вㄊ窃趫?zhí)行“MOVX A，@D

108、PTR” 后使RD信號有效），RD信號使得被尋址的片外RAM略過片刻后把數(shù)據(jù)送上P0口總線，當(dāng)RD回到高電平后，P0總線變?yōu)閼腋顟B(tài)。至此，讀片外RAM周期結(jié)束。</p><p>　?。?）寫片外RAM操作時(shí)序：</p><p>　　向片外RAM寫(存)數(shù)據(jù)，是89C52執(zhí)行“MOVX @DPTR，A”指令后產(chǎn)生的動(dòng)作。這條指令執(zhí)行后，在 89C51的WR引腳上產(chǎn)生WR信號的有效電平，此信

109、號使RAM的WE端被選通。開始的過程與讀過程類似，但寫的過程是CPU主動(dòng)把數(shù)據(jù)送上P0口總線，故在時(shí)序上，CPU先向P0總線上送完低8位地址后，在S3狀態(tài)就將數(shù)據(jù)送到P0總線。此間，P0總線上不會(huì)出現(xiàn)高阻懸浮現(xiàn)象。在S4狀態(tài)，寫控制信號WR有效，選通片外RAM，稍過片刻，P0上的數(shù)據(jù)就寫到RAM內(nèi)了。</p><p>　　在數(shù)字化語音存儲與回放的設(shè)計(jì)中可用2片28F512 Flash存儲器來存儲時(shí)間，28F512

110、 Flash具有在線可擦寫、非揮發(fā)性、信息保存可靠、存儲容量大等優(yōu)點(diǎn)，每片的容量為64K字節(jié)，它是國外最新產(chǎn)品，該產(chǎn)品的讀寫一般與RAM相同，由于89C52一般能尋址64K字節(jié)。2片28F512構(gòu)成64K的外部數(shù)據(jù)存儲器滿足存儲10s的要求。</p><p>　　圖3.15 系統(tǒng)原理圖</p><p><b>　　4 軟件設(shè)計(jì)</b></p><

111、p>　　4.1 編程工具軟件Keil C51</p><p>　　Keil C51集成開發(fā)環(huán)境是基于80C51內(nèi)核的微處理器軟件開發(fā)平臺，內(nèi)嵌多種符合當(dāng)前工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)工具，可以完成從工程建立、管理、程序編譯、鏈接、目標(biāo)代碼生成、軟硬件仿真等完整的開發(fā)流程。常用的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟件編寫語言有匯編、C、BASIC、C++等，對51單片機(jī)而言，使用最廣泛的還是匯編語言和C語言。</p><

112、p>　　采用Keil C開發(fā)51單片機(jī)應(yīng)用程序一般需要以下步驟：</p><p>　?。?）在開發(fā)環(huán)境中創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目，并為該項(xiàng)目選定合適的單片機(jī)型號。</p><p>　?。?）利用μVision3的文件編輯器編寫匯編語言源程序文件，并將文件添加到項(xiàng)目中去。</p><p>　?。?）通過μVision3的各種選項(xiàng)，配置Cx51編譯器、Ax51宏匯編器、BL

113、51/Lx51連接定位器以及Debug調(diào)試器的功能。</p><p>　?。?）利用μVision3的構(gòu)造功能對項(xiàng)目中的源程序文件進(jìn)行編譯鏈接，生成絕對目標(biāo)碼和可選的HEX格式的可執(zhí)行文件，如果出現(xiàn)編譯連接錯(cuò)誤則返回2步，修改源程序中的錯(cuò)誤后重新構(gòu)造整個(gè)項(xiàng)目。</p><p>　　（5）將沒有錯(cuò)誤的絕對目標(biāo)代碼裝入μVision3調(diào)試器進(jìn)行仿真調(diào)試，調(diào)試成功后用編程器將可執(zhí)行文件寫入到單片