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1、基于单片机的乡镇客运汽车报站系统设计与实现摘 要根据STC89C52单片机的特点和客运汽车报站器的特点，本文提出了一种用单片机控制语音芯片进行客运汽车语音自动报站的方法。同时给出了软硬件设计的方法，设计过程中包括硬件电路设计和软件程序编写两个方面，解释了单片机在应用过程中的方法和可能出现的问题。本文主要介绍硬件电路设计部分。利用STC89C52作为控制器，通过ISD4004语音芯片建立语音信息库，形成变化多样 的语音信息，利用其功放播放语音信息以及提示语音，同时运用LCD12864进行站名显示。当客运汽车到达某站点，用键盘控制本系统工作，通过语音电路输出语音信息和提示，同时站数信息在LED数码
2、管上显示。整个系统硬件设计包括键盘电路、复位电路、显示驱动电路、显示电路、内存扩展电路模块。本系统很大程度上提高客运汽车报站的准确性，可靠性，提高了客运汽车系统的服务质量。该系统组成简单，成本低廉，性价比高，在不发达的乡镇能够有广泛的实用价值。【关键词】STC89C52单片机；ISD4004语音芯片；LCD12864Design and Implementation of the Passenger Car Stops System Based on Single- chip MicrocomputerAbstractAccording to the characteristics of th
3、e ST89C52 Single-chip Microcomputer and the passenger car stops system, this article aims to put forward an appropriate method for the passenger car stops system passenger car stops system, taking advantage of a speech chip under the control of SCM. Meanwhile, this article also puts forward the desi
4、gnation of software and hardware, including the hardware circuit designation and the software programming. Ways and problems of SCM application are also explained.This article mainly introduces the hardware circuit designation. The STC89C52 is taken as a controller. With the ISD4004 voice chip as a
5、speech information database, various kinds of speech information shall be produced. Then the amplifier shall broadcast those speech information and speech prompt，and the LCD12864 is applied for stops. When a passenger car stops at a certain station, a keyboard is used to control the whole system. By
6、 way of speech circuit, speech information and prompt shall be output. In addition, the station shall be displayed at the nixie tube. The hardware designation of the whole system includes keyboard circuit, reset circuit, demonstration driving circuit, display circuit and internal storage expansion c
7、ircuit module. To some extent, this system is efficient for the increasing of the accuracy and reliability of passenger car stops automatic system. It also makes great contributions to the quality of the passenger car service. The system with simple structure, low cost, high performance-price ratio,
8、 in underdeveloped villages and towns can have a wide range of practical.【Key words】STC89C52 Single- Chip Microcomputer；ISD4004 voice chip；LCD12864目 录1 绪论11.1 课题研究的背景及意义11.2 报站器的动态发展趋势11.3 设计的主要目标任务21.4 技术指标21.5 本文所做的工作22 硬件电路的设计32.1 主控电路的设计32.1.1 关于STC89C52单片机32.1.2 振荡器电路的设计52.1.3 复位电路的设计72.2语音输出电路
9、的设计92.2.1 关于语音芯片92.2.2 录音、放音电路的设计142.3 LED显示电路的设计162.3.1 LED显示器件简介162.3.2 LED点阵汉字显示电路的设计192.4 总电路图设计202.5 小结203 软件设计223.1 主控程序的设计223.2 语音报站程序的设计253.3 LED汉字显示程序的设计253.4小结264 系统测试274.1 各模块调试274.1.1 .矩阵键盘的调试274.1.2 12864显示调试274.1.3 语音芯片调试284.1.4系统调试284.2小结295 总 结31参考文献32致 谢33附录34V1 绪论1.1 课题研究的背景及意义随着乡镇
10、城市化的加快，客运汽车交通作为乡镇基础设施之一，仍然是绝大多数出行者的首选交通方式。为使得人们特别是为外来旅游、出差、就医、求职等急需了解本地的客运汽车路线的人提供高效、方便、快捷的客运汽车系统，让他们得到自己所需要的各种相关信息，以便减少各种可能产生不必要的交通流量,提高客运汽车的运作效率，客运汽车自动报站系统便应运而生。在计算机还未普及之前客运汽车报站管理都是由工作人员人工报站的方式来操作的。随着社会的进步和计算机科学的迅速发展，便有了客运汽车自动报站系统的出现。客运汽车应用系统带给公交企业的将不仅是形象的提升，也是效益的增长。现今社会，客运汽车事业关乎到大多数乡镇人民的出行，可客运汽车的
11、传统的人工按键报站依然无法满足大家对其的要求。主要表现为：传统报站方式是由乘务人员进行人工报站，因方言或拥挤等情况，该方式工作强度太大其效果往往也太差。为了改变这种状况，本文设计了客运汽车的智能报站系统，在到站时进行语音报站的同时并在液晶模块上进行汉字显示站名。1.2 报站器的动态发展趋势从1831英国人沃尔特汉考克为他的国家制造出了世界上第一辆装有发动机的汽车起，到今天，客运汽车已经历经了将近200年的发展过程；从人工报站到半自动语音报站，客运汽车向着越来越人性化的方向发展。20世纪80年代中期，Intel公司将8051内核使用权以专利互换或出售的形式转给世界许多著名IC制造厂商，这样805
12、1就变成有众多制造厂商支持的，发展出上百个品种的大家族。到目前为止，其它任何一个单片机系列均未发展到如此的规模。客运汽车自动报站器的设计主要是为了弥补传统人工语音报站的落后方式，使进站、出站信息自动播报站名及服务用语，为市民提供更人性化，更完善的服务1。目前语音报站器技术主要有以下几种2：一般语音报站器，到站前由乘务人员按动进站按钮开始报站，出站时由乘务人员按下出站按钮，开始预报下站的站名，通过序号来记录各个站点；第二种是门控语音报站器，将开门、关门时转换信号和语音报站器连接，开门和关门时自动报站；第三种是无线信标语音报站器，它是在每个客运车站点设置发射信标点，客运汽车临近到站点左右会收到信标
13、信号，开始自动报站，出站后信号消失，开始预报下一站，此报站器报站准确，但需要为每个站点组提供序号。1.3 设计的主要目标任务本课题要求设计一个乡镇客运汽车报站系统，以实现客运汽车的语音自动报站，即在进站、出站时候自动播报语音提示信息及服务用语，同时利用LED点阵电路进行汉字显示。本设计要求利用SCT89C52作为主控芯片完成主控电路的设计，辅助电路要求包括语音电路、汉字点阵显示电路、电源电路等。1.4 技术指标工作电压：12V(52单片机为5V,语音芯片3.3V)；静态功耗：6W；音频输出：10W；信噪比 ：34DB；系统容量：可容纳300个站点信息和8分钟语音广告信息；环境温度：-3080；
14、最大广告条数 ：100条。1.5 本文所做的工作 本文主要介绍了本课题在研发和设计中的思路与过程。根据收集的资料及自己的见解，决定将系统分为四个功能小模块：按键、语音、液晶显示、MCU模块，重点分析语音、液晶显示和按键模块及各模块软硬的实现。硬件方面，首先是元器件的选取，经过反复测试与对比，最后决定语音采用ISD4004、液晶用LCD12864。其次为原理图的设计及PCB的制版。软件方面，先将自己所需路线进行录音，每到一个站点时，按下相应的按键，将ISD4004中的Data传送给MCU，通过MCU的处理在LCD12864液晶上显示该站点的信息并用小喇叭播放声音。基于以上的构思，设计出硬件的原理
15、图及画出软件的流程图，通过软硬件反复调试，最后初步实现了预期的效果。2 硬件电路的设计客运汽车报站系统主要由三个部分组成，即主控电路、语音电路及LED点阵汉字显示电路和键盘控制电路。各部分电路的设计在本章中做了详细的说明。2.1 主控电路的设计2.1.1 关于STC89C52单片机STC89C52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 存储器3。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash， 使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O
16、 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，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。另外 STC89C52 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。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。STC89C52引脚图如图2-1所示4。 图2-1 STC89C52引脚图VCC：供电电压。VSS：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8
17、个TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此
18、作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3也可作为STC89C52的一些特殊功能口，如下
19、所示：管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）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）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，
20、此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。电源（VPP）XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP
21、：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程。2.1.2 振荡器电路的设计89系列单片机的内部振荡器电路如图2-2所示，由一个单级反相器组成。XTAL1为反相器的输入，XTAL2为反相器的输出。可以利用它内部的振荡器产生时钟，只要在XTAL1和XTAL2引脚上外接一个晶体及电容组成的并联谐振电路，便构成一个完整的振荡信号发生器，如图2-3所示，此方法称为内部方式。XTAL2XTAL1内部定时/PD4
22、00D1D2Q1RfQ2VCCQ3Q4图2-2 STC89C52单片机内部振荡器电路XTAL1XTAL289系列单片机GND内部定时VCC/PDRf石英晶体或陶瓷振荡器C1C2图2-3 片内振荡器等效电路另一种使用方法如图2-4所示，由外部时钟源提供一个时钟信号到XTAL1端输入，而XTAL2端浮空。在组成一个单片机应用系统时，多数采用图2-3所示的方法，这种方式的结构紧凑，成本低廉，可靠性高。振荡器的等效电路如图2-3上部所示5。在图中给出了外接元件，即外接晶体及电容C1，C2，并组成并联谐振电路。在电路中，对电容C1和C2的值要求不是很严格，如果用高质的晶振，则不管频率为多少，C1，C2通
23、常都选择30pF。有时，在某些应用场合，为了降低成本，晶体振荡器可用陶瓷振荡器代替。如果使用陶瓷振荡器，则电容C1，C2的值取47pF。XTAL2XTAL1GNDNCCMOS门外部振荡信号图2-4 外部时钟接法通常，在单片机中对所使用的振荡晶体的参数要求如下：ESR（等效串联电阻）：根据所需频率按图2-5选取。C0（并联电容）：最大7.0pF。CL（负载电容）：30pF+3pF。通常，其误差及温度变化的范围要按系统的要求来确定6。6005004003002001000 4 8 12 16图2-5 ESR与频率的关系曲线在本设计中，采用的是内部方式，即如图2-5所示，在XTAL1和XTAL2引脚
24、上外接一个12MHZ的晶振及两个47pF的电容组成。2.1.3 复位电路的设计89系列单片机与其他微处理器一样，在启动的时候都需要复位，使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初始状态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期（24个振荡周期），则CPU就可以响应并将系统复位。复位时序如图2-6所示，因外部的复位信号是与内部时钟异步的，所以在每个机器周期的S5P2都对RST引脚上的状态采样。当在RST端采样到“1”信号且该信号维持19个振荡周期以后，将ALE和/PSE
25、N接成高电平 ，使器件复位。在RST端电压变低后，经过1-2个机器周期后退出复位状态，重新启动时钟，并恢复ALE和/PSEN的状态。如果在系统复位期间将ALE和/PSEN引脚拉成低电平，则会引起芯片进入不定状态。| S5 | S6 | S1 | S2 | S3 | S4 | S5 | S6 | S1 | S2 | S3 | S4 | S5 | S6 | S1 | S2 | S3 |RST：INST ADDR INST ADDR INST ADDR INST ADDR INST ADDR INSTALE：/PSEN：P0：11振荡周期19振荡周期图2-6 内部复位定时时序（1）手动复位手动复位需
26、要人为在复位输入端RST上加入高电平。一般采用的办法是在RST端和正电源VCC之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则VCC的+5V电平就会直接加到RST端。由于人的动作很快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，保证能满足复位的时间要求。手动复位的电路如图2-7所示。Vcc STC89C52RST GND8.2k10uF+Vcc 图2-7 手动复位电路（4）上电复位STC89C52的上电复位电路如图2-8所示，只要在RST复位输入引脚上接一电容至VCC端，下接一个电阻到地即可。对于CMOS型单片机，由于在RST端内部有一个下拉电阻，故可将外部电阻去掉，而将外接电容减至1uF。上电复位的过程是在加电时
27、，复位电路通过电容加给RST端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着Vcc对电容的充电过程而逐渐回落，即RST端的高电平信号必须维持足够长的时间。上电时，Vcc的上升时间约为10ms，而振荡器的起振时间取决于振荡频率，如晶振频率为10MHz，起振时间为1ms；晶振频率为1MHz，起振时间则为10ms。在图2-7的复位电路中，当Vcc掉电时，必然会使RST端电压迅速下降到0V以下，但是，由于内部电路的限制作用，这个负电压将不会对器件产生损害。另外，在复位期间，端口引脚处于随机状态，复位后，系统将端口置为全“1”态。如果系统在上电时得不到有效的复位，则在程序计数器PC中将得不到一个合适的初值，因此
28、，CPU可能会从一个未被定义的位置开始执行程序。VccSTC89C52RST8.2k10uF+VccGND图2-8 上电复位电路（3）复位后寄存器的状态当系统复位时，内部寄存器的状态如表2.1所列，即在SFRS中，除了端口锁存器、堆栈指针SP和串行口的SBUF外，其余的寄存器全部清0，端口锁存器的复位值为0FFH，堆栈指针值为07H，SBUF内为不定值。内部RAM的状态不受复位的影响，在系统上电时，RAM的内容是不定的。表2.1各特殊功能寄存器的复位值专用寄存器复位值专用寄存器复位值PC0000HTCON00HACC00HB00HPSW00HSP07HDPTR0000HP0-P3FFHIP00
29、000BIE000000BTMOD00HTH000HTL000HTH100HTL100HSCON00HSBUF不定PCON（CHMOS）00000B在本设计中复位电路采用的是上电复位，即如图2-8所示。2.2语音输出电路的设计2.2.1 关于语音芯片2.2.1.1 ISDWinbond语音芯片概述美国ISD（Information Storsge Devices）公司是专业研制和生产先进的半导体语音芯片的著名厂家和领导者，其开发的高密度“多级”存储方法称作“ChipCorder”的专业技术，可以在一个存储单元存储256级的不同电平，即存储相同信息仅需要用传统存储技术1/8的存储空间。该公司与1
30、998年12月被台湾华邦（Winbond）并购，1990年改名为WECA（Winbond Electronic Corpration American），但保留其ISD名称和标识，这个合并将把ISD公司领先的信息存储、语音录放技术和强大的用户群与Winbond公司的高效率的制造能力和分布于全时间的营销能力结合起来。ISD系列语音芯片有ISD1100系列、ISD1200系列、ISD1400系列、ISD2500系列、ISD4000系列和ISD5000系列几种7。ISD1100系列中有10s和12s的单片声音录放器件ISD1110和ISD1112。ISD1200系列中有10s和12s的单片声音录放器
31、件ISD1210和ISD1212。ISD1400系列中有16s和20s的单片声音录放器件ISD1416和ISD1620。ISD1800系列中有8s、10s、12s和16s的单片单段声音录放器件ISD1810。ISD2500系列中有32s、40s、48s、64s和60s、75s、90s、120s的单片声音录放器件ISD2532、ISD2540、ISD2548、ISD2564和ISD2560、ISD2575、ISD2590、ISD120。ISD4000系列中有120s、150s、180s和240s的单片声音录放器件ISD4001、ISD4002、ISD4003和ISD4004。ISD5000系列中
32、有4min、5min、6min和8min的单片声音录放器件ISD5008。其中ISD1100系列、ISD1200系列和ISD1400系列都是独立使用；ISD2500系列是手动切换或则与微控制器兼容，放音时可以用边沿或电平进行触发；ISD4000系列、ISD5000系列都带有微控制器SPI或Microwire串行接口。2.2.1.2 语音芯片ISD4004ISD4000系列单片声音录放器件是用CMOS工艺实现的高语音质量、3V工作电压的集成电路芯片，特别适用于移动电话和各种便携式产品8。按录放时间又分ISD4002、ISD4003和ISD4004三个子系列。片内集成有振荡器、抗混叠滤波器、平滑滤
33、波器、自动静音电路、音频放大器和高密度多级Flash存储阵列。这个系列的新片要求用于微处理器或微控制器系列，通过串行外围接口SPI或Microwire串行接口进行寻址和控制。录音数据被存放方法是通过ISD的多级存储专利技术实现的，用声音和声频信号的自然形式直接存放在故态存储器中，从而提供高质量回放语音的保真度。ISD4004单片实现声音录放功能，主要性能及其特点如下： （1） 采用单一3V工作电压（2） 低功耗：典型的录音工作电流为25mA 典型的放音工作电流为15mA典型待机节能状态电流为1uA （3） 单片录放时间为8min、10min、12min和16min（4） 高质量自然的声音/音频
34、回放（5） 自动静音电路可以在无声状态时消除背景噪音（6） 不需要考虑实现算法（7） 具有微控制器SPI或Microwire串行接口（8） 可以对多段信息寻址控制（9） 可以通过SPI或Microwire控制寄存器控制功耗（10） 语音数据断电不丢失，可以保存100年（11） 允许反复录音10万次（12） 片上带有时钟源（13） 有PDIP、SOIC、TSOP和CSP多种封装形式（14） 使用温度范围有商业用扩展型和工业用两种可供选择：商业品扩展型：-20+70工业品：-40+85外部引脚及其说明如图2-9所示：图2-9 ISD4004引脚图电源 (VCCA,VCCD)：为使噪声最小,芯片的模
35、拟和数字电路使用不同的电源总线,并且分别引到外封装的不同管脚上,模拟和数字电源端最好分别走线,尽可能在靠近供电端处相连,而去耦电容应尽量靠近器件。地线(VSSA,VSSD)：芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线。同相模拟输入(ANA IN+)： 这是录音信号的同相输入端。输入放大器可用单端或差分驱动。单端输入时,信号由耦合电容输入,最大幅度为峰峰值32mV,耦合电容和本端的3K电阻输入阻抗决定了芯片频带的低端截止频率。差分驱动时，信号最大幅度为峰峰值16mV，为ISD33000系列相同。反相模拟输入(ANA IN-)：差分驱动时，这是录音信号的反相输入端。信号通过耦合电容输入，最大幅度为峰
36、峰值16mV。音频输出(AUD OUT)：提供音频输出,可驱动5K的负载。片选(SS)：此端为低，即向该ISD4004芯片发送指令，两条指令之间为高电平。串行输入(MOSI)：此端为串行输入端，主控制器应在串行时钟上升沿之前半个周期将数据放到本端，供ISD输入。串行输出(MISO)：ISD的串行输出端。ISD未选中时，本端呈高阻态。串行时钟(SCLK)：ISD的时钟输入端,由主控制器产生,用于同步MOSI和MISO的数据传输。数据在SCLK上升沿锁存到ISD,在下降沿移出ISD。中断(/INT)：本端为漏极开路输出。ISD在任何操作(包括快进)中检测到EOM或OVF时，本端变低并保持。中断状态
37、在下一个SPI周期开始时清除。中断状态也可用RINT指令读取。OVF标志：指示ISD的录、放操作已到达存储器的未尾。EOM标志：只在放音中检测到内部的EOM标志时，此状态位才置1。行地址时钟(RAC)：漏极开路输出。每个RAC周期表示ISD存储器的操作进行了一行(ISD4004系列中的存贮器共2400行)。该信号175ms保持高电平，低电平为25ms。快进模式下，RAC的218.75s是高电平，31.25s为低电平。该端可用于存储管理技术。外部时钟(XCLK)：本端内部有下拉元件。芯片内部的采样时钟在出厂前已调校，误差在 +1%内。商业级芯片在整个温度和电压范围内，频率变化在+2.25%内。工
38、业级芯片在整个温度和电压范围内,频率变化在-6/+4%内,此时建议使用稳压电源。若要求更高精度,可从本端输入外部时钟(如前表所列)。由于内部的防混淆及平滑滤波器已设定,故上述推荐的时钟频率不应改变。输入时钟的占空比无关紧要，因内部首先进行了分频。在不外接地时钟时,此端必须接地。自动静噪(AMCAP)：当录音信号电平下降到内部设定的某一阈值以下时,自动静噪功能使信号衰弱,这样有助于养活无信号(静音)时的噪声。通常本端对地接1mF的电容，构成内部信号电平峰值检测电路的一部分。检出的峰值电平与内部设定的阈值作比较，决定自动静噪功能的翻转点。大信号时，自动静噪电路不衰减,静音时衰减6dB。1mF的电容
39、也影响自动静噪电路对信号幅度的响应速度。本端接VCCA则禁止自动静噪。极限参数：（1） 支流电源电压范围（VccVss）：-0.3+0.7V（2） 输入电压范围（所有引脚）：（Vss-0.3V）（Vcc+0.3V）（3） 输入电压范围（所有引脚，输入电流不超过20mA）：（Vss-1.0V）（Vcc+1.0V）（4） 输入电压范围（MOSI、SCLK、INT、RAC、SS引脚，输入电流不超过20mA）：（Vss-1.0V）5.5V（5） 结温：+150（6） 存储温度范围（Tstg）：-65+150（7） 引脚焊接温度（10s）：+300串行外围接口SPI：（ISD4004的串行操作是通过SP
40、I串行接口实现的，数据传输协议设定微控制器SPI的移位寄存器是有串行时钟SCLK的下降沿驱动。而对ISD4004数据输入是由MOSI引脚上的上升沿驱动，数据输出是由MISO引脚上的下降沿驱动。）（1） 所有串行数据传送都是由/SS引脚上的下降沿开始。（2） 在所有串行通信期间，/SS引脚上都保持低电平，而在两条指令之间保持高电平。（3） 数据输入由时钟的上升沿驱动，数据输出由时钟的下降沿驱动。（4） 录音和放音操作的初始化是通过把/SS引脚为低电平使能芯片，把操作码和地址串行输入。（5） 输入操作码和地址的格式如下：和（6） 每个由EOM或溢出产生的结果信号都将产生中断，包括报文周期插入周期。
41、当下一次初始化SPI周期时，中断将被清除。（7） 当中断数据被移位移出MISO引脚时，控制和地址数据就同时被移进MOSI引脚。需要注意的是，移入的数据与当前系统的操作是一致的。有可能在同一个SPI周期读中断数据和启动一个新的操作。（8） 任何一个操作都是从RUN位被置1开始，由RUN位清零结束。（9） 所有的操作都是有/SS的上升沿开始。SPI控制寄存器用于各个期间功能的控制，这些控制包括放音、录音、报文插入、上电和掉电、启动和停止操作以及忽略地址指针等。以下是控制寄存器的说明：（1） N控制寄存器：用于控制操作。当其为1时，启动操作；当其为0时，停止操作。（2） /控制寄存器：用于选择放音和
42、录音操作。当其为1时选择放音操作；当其为0时，选择录音操作。如图2-10所示。MOSIC4 C3 C2 C1 C0 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0报文插入(MC)忽略的地址(IAB)上电(PU)放音/录音(P/R)运行MISOOVF EOM P0 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12 P13 P14 P15 0 0 0 0 0 0图2-10 SPI端口及其相关控制位示意图（3） MC控制寄存器：用语控制报文插入功能。当其为1时，允许报文插入；当其为0时，关闭报文插入功能。（4）
43、PU控制寄存器：用于主电源控制。当其为1时，控制上电；当其为0时，掉电进入节能状态。（5） IAB控制寄存器：忽略地址控制位。当其为1时，忽略输入地址寄存器的内容A9-A0/A15-A0。当其为0时，使用在操作上使用的输入地址寄存器的内容A9-A0/A15-A0。当IAB被清0时，放音或录音操作就从地址A9-A0/A15-A0开始。为了连续放音或录音，IAB应该在相应行结束前变为1，否则将会从同一行的地址处重复操作。存储器管理时，RAC（行地址时钟）引脚和IAB可以用来绕着存储器分段移动。（6） P9-P0/P15-P0：行指针寄存器的输出。（7） A9-A0/A15-A0：输入地址寄存器5。
44、2.2.2 录音、放音电路的设计ISD4004声音录放器件的采样频率为6.4kHz，它单片录放时间有8min、10min、12min和16min几种，其采用内置非易失性FLASH存储器，这种快擦写存储器断电不会丢失数据，所以保存数据不需要耗电。典型的被存储信息可以保存时间高达100年，同一个存储单元可以反复被录音10万次5。（1）功放电路的设计ISD4004芯片的音频输出引脚AUD OUT可以驱动一个5k的负载，当器件上电后，该引脚输出的电源为1.2V。本设计中选用的放大器是LM386，LM386是为低电压应用设计的音频功率放大器9，其工作电压为6V，最大失真度为0.2，功率频响为20100k
45、Hz。功放电路连线图如图2-11所示。图2-11 功放电路由于功率放大器LM386要接+6V电压，因此还需要一个电压变换电路将24V电压变换成+6V的电压。这里选用的是芯片LM317。LM331是三端可调式集成稳压器，其电路结构和外接元件如图2-12所示。它的内部电路有比较放大器、偏置电路（图中未画出）、恒流源电路和带隙基准电压等，它的公共端改接到输出端，器件本身无接地端。所以消耗的电流都从输出端流出，内部的基准电压（约1.2V）接至比较放大器的同相端和调整端之间。若接上外部的调整电阻R1、R2后，输出电压为 （2-1） LM317的=1.2V，=50uA，由于调整端电流 * ，故可以忽略，所
46、以上式化简为 （2-2）基准电压比较放大器调整管VrefIVbTI1IadjI2+-ViVoadj+R1R2图2-12三端可调试集成稳压器结构图电压变换电路连线图如图2-13所示。图2-13 电压变换电路（2）录音电路的设计连线图如图2-14所示，MIC是麦克风，即语音信号的输入端，输出的模拟语音信号经过三极管组成的放大器放大后加到ISD4004语音芯片的ANA IN-反向模拟输入端。Vcc图2-14 录音电路2.3 LED显示电路的设计2.3.1 LED显示器件简介2.3.1.1发光二极管特性发光二极管与普通二极管一样具有单向导电性，但是因其使用的半导体材料不同,其导通电压较高，一般锗二极管