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1、 本文由xiaoyu52999贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 基于单片机的数字化语音与存储系统 摘 要 语言在人类发展史中起到了至关重要的作用， 它的作用并不亚于直立行走和 工具的使用，怎样能把人类的语言丝毫不差地记录下来也是人们一直思考的问 题。传统的磁带语音录放系统因其体积大、使用不便,在电子与信息处理的使用 中受到许多限制。本文提出的体积小巧,功耗低的数字化语音存储与回放系统将 完全可以替代它。论文首先介绍了语音存储与回放系统的发展和基本结构,然后 通过分析比较选择最佳设计方案，并完成整个系统电路的设计，其中系统以单片 机 89
2、C51 为核心，选用由 1 片 62256 组成 RAM 阵列，作为语音的数字化信号的存 储器件，将外部数据存储空间扩大至 32KB。利用 AM 和 DPCM 方法对数据进行压 缩以加长存储时间。接着是详细介绍各个单元电路的组成以及功能，并对有关元 器件参数选择做出详细分析，最后是写出调试方案。本文阐述了实用可靠的设计 方案。 关键词： 关键词：单片机 89C51 62256 RAM AM DPCM I Based on SCMs digital voice storage and playback system ABSTRACT The language played the very im
3、portant role in the history of human development. Its role and no less than upright walking and the use of tools. How can be not the least bit off humanitys language records is also the question which the people have pondered. Traditional voice tape recorders because of their larger systems, the use
4、 of inconvenience, receives many limits in the use of electronic and information processing. This article proposed small size, low power consumption of digital voice storage and playback system can replace it. The paper first introduces the development and basic structures of voice storage and playb
5、ack system, then analyzes to determine the best design options, and designs the whole circuit. The system take MCU 89C51 as a core, chosen by one 62256 of RAM arrays, as pronunciation of the digital signals in the memory component,external data storage space will be expanded to 32 KB.Make AM and DPC
6、M method use of the data compressed to lengthen the storage time. Then introduces the components and the functions of the unit circuit, then makes a detailed analysis for the components of the relevant parameters, and writes debugging programs finally. This paper presents a practical and reliable de
7、sign. Keywords: 89C51; 62256; RAM; AM; DPCM II 南京工业大学本科生毕业设计（论文） 摘 要 I ABSTRACT II 第一章 绪论 1 1.1 语音存储与回放系统概述1 1.1.1 引言 1 1.1.2 语音存储回放技术的应用与发展 1 1.1.3 语音存储与回放系统的基本结构 2 1.2 本论文的主要工作 2 第二章 方案论证及总体设计 4 2.1 语音存储回放系统方案论证 4 2.2 方案讨论及确定 5 2.3 系统设计 5 2.3.1 系统级方案设计 5 2.3.2 子系统级方案设计 6 第三章 单片机介绍 8 3.1 单片机简介 8 3.
8、1.1 单片机概述 8 3.1.2 单片机的结构与组成 8 3.1.3 中央处理器（CPU） 9 3.1.4 定时器/计数器（T/C） 9 3.1.5 系统时钟 9 3.2 单片机编程语言介绍 10 3.3 系统单片机选择 11 3.3.1 AT89C51 引脚功能介绍 13 3.3.2 定时器 0 和 1 使用 15 3.4 看门狗电路 17 3.4.1 软件看门狗 17 3.4.2 硬件看门狗 18 III 第一章 绪论 第四章 硬件设计 19 4.1 总体设计 19 4.2 各个子系统单元电路介绍 19 4.2.1 单片机系统硬件的设计 19 4.2.2 模拟音频电路设计 24 第五章
9、软件设计 29 5.1 KeilC51 简介 29 5.2 主程序流程图 31 5.3 各个模块程序介绍 31 5.3.1 键盘子程序设计 31 5.3.2 显示子程序 32 5.3.3 ADC 子程序设计 33 5.3.4 DAC 子程序设计 33 5.3.5 定时中断服务子程序 34 第六章 系统调试与指标测试 36 第六章 结语 38 参考文献 39 附录一 40 附录二 41 致谢 42 IV 南京工业大学本科生毕业设计（论文） 第一章 绪论 语音存储与回放系统概述 1.1 语音存储与回放系统概述 1.1.1 引言 近年来，语音存储回放技术发展十分迅速，在速度和处理效果上都有很大的 发
10、展和进步。随着 DSP 技术的飞速发展，它在数字信号处理方面的优势日益体现 出来。同时随着数字化信号处理技术的不断提高，单片机、数字信号处理器以及 语音处理大规模集成电路的进步， 语音合成,语音识别,语音存储和回放技术的应 用越来越广泛，从而使磁头磁带系统成为了过去。现在大量的数字音频技术相当 的成熟， 利用软件与硬件结合的设计方法可以为系统增加可靠性和方便实现的特 点。DSP 在通信、雷达、语音处理等许多领域得到了广泛的应用，几乎涉及到生 活应用的各个方面。其性价比日益提高，具有巨大的应用潜力。DSP 系统具有比 较大的优势：如灵活、可编程，支持时分复用，易于模块化设计，可重复使用， 可靠性
11、高等优点。 尽管现在各种语言合成芯片,语音处理应用电路有许多，但都需要增加硬件 投资，在一些由单片机构成的测控系统中，由于单片机接口有限，还需要扩宽硬 件接口线路， 本文介绍的语音存储与回放系统中， 没有使用专用的语音处理芯片， 不需扩宽接口电路，只利用一般的单片机测控系统中都有的硬件电路（如 A/D、 D/A、存储器等）就能完成语音信号的数字化处理，即能完成语音的存储与回放， 实现单片机测控系统的语音提示报警及语音提示操作。 因此特别适用于单片机测 控系统， 为单片机测控系统的语音报警及语音提示操作在几乎不需增加硬件投资 情况下的语音处理提供了一种思路。 1.1.2 语音存储回放技术的应用与
12、发展 在多媒体技术的发展中，语音的存储回放系统有着广泛的应用。例如：在一 些电视节目中语音部分的预先录制也发挥了很大的作用。 各种场合的语音记录回 放，如：购物商场广播、学校广播；录音笔：记者的语音记录；MP3；娱乐界的 影视语音记录；再如：各种语言的口语考试记录；证词记录等。随着科学技术的 发展，DSP 技术对这几个方面的发展都起到很大的促进作用。该技术也可应用到 多媒体计算机中的声卡部分，为其录制和播放语音。DSP 技术在各种语音的存储 1 第一章 绪论 回放技术中也会得到很广泛的应用和发展。 1.1.3 语音存储与回放系统的基本结构 任何语音存储与回放系统都是由两个部分构成：一是语音采集
13、装置；二是语 音生成装置。系统主要由语音处理前向通道、AD 转换、单片机控制兼数据处 理、DA 转换、键盘显示模块及后向处理通道组成，单片机构成系统的控制中 心，用来进行控制功能选择和结果显示。人耳能听到的声音是一种频率范围为 20 Hz20 000 Hz ,而一般语音频率最高为 3 400 Hz。语音的采集是指语音声 波信号经麦克风和高频放大器转换成有一定幅度的模拟量电信号,然后再转换成 数字量的全过程。 根据“奈奎斯特采样定理”, 采样频率必须大于模拟信号最高 频率的两倍1 ,由于语音信号频率为 3003 400 Hz ,所以把语音采集的采样 频率定为 8 kHz。单片机语音生成过程,可以
14、看成是语音采集过程的逆过程,但又 不是原封不动地恢复原来的语音,而是对原来语音的可控制、 可重组的实时恢复。 在放音时,只要依原先的采样值经 D/ A 接口处理,便可使原音重现。 1.2 本论文的主要工作 本课题为基于单片机的数字化存储与回放系统，要求以单片机为核心器件， 设计并制作一个数字化语音存储与回放系统。其示意图如下： 拾音器 放大器 1 带通滤波器 ADC 耳机 放大器 2 带通滤波器 DAC 微 处 理 器 图 1-1 系统框图 要求实现的基本功能： 1） （ 放大器 1 的增益为 46db， 放大器 2 的增益为 40dB， 增益均可调； （2）带通滤波器：通带为 300Hz-3
15、.4kHz； （3）ADC 采样频率和 DAC 变换频率均为 8kHZ。 本设计要完成的主要任务为： 1. 课题综述。 2 南京工业大学本科生毕业设计（论文） 2. 系统的原理、组成以及整体设计。 3单元模块电路设计。 4程序设计。 5. 系统的制作及调试。 6. 结语。 3 第二章 方案论证及总体设计 第二章 方案论证及总体设计 2.1 语音存储回放系统方案论证 方案一：ADC+MCU+DAC 方案 数字化语音存储与回放系统的基本思想是将模拟语音信号通过模数转换器 A/D 转换成数字信号，再通过单片机控制存储在存储器中，回放时，由单片机控 制将数据从存储器中读出，然后通过数模转换器 D/A
16、转换成模拟信号，经放大 在扬声器或耳机上输出语音。 本设计方案系统总体结构框图如图 2-1 所示： 图 2-1方案一系统总体框图 方案二：专用语音芯片方案 如采用 ISD1110/ISD1420 系列语言芯片。ISD1110/ISD1420 系列单片录放时 间 8 至 20 秒，音质好。芯片采用 CMOS 技术，内含震荡器、话筒前置放大、自动 增益控制、防混淆滤波器、平滑滤波器、扬声器驱动及 EEPROM 阵列。最小的录 放系统仅需麦克风、 喇叭、 两个按钮、 电源及少数电阻电容。 在录放操作结束后， 芯片自动进入低功耗节电模式、功耗仅 0.5uA。 ISD1110/ISD1420 系列有唯一
17、的录音控制和边缘/电平触发两种放音控制。 不分段时外围线路最简，也可按最小段长为单位任意组合分段，“最大段数”芯 片提供若干操作模式，大大提高了控制的灵活性。 芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术，每个采样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、音调各效果，避 免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”。采样频率从 5.3，6.4 到 8.0KHz，对音质仅有轻微影响。片内信息可保存 100 年（无需后备 电源），EEPROM 单片可反复录音十万次。 这个方案的系统图如下： 4 南京工业大学本科生毕业设计（论文） 语音芯片 键 盘 控制
18、 电路 扬声器 扬声器 LED 显示 电 源 图 2-2 方案二系统设计框图 2.2 方案讨论及确定 ADC+MCU+DAC 方案的特点是应用比较灵活，可以实现很多语音压缩处理等算 法。 专用语音芯片方案特点有使用方便的单片录放系统,外部元件最少，重现优 质原声，没有常见的背景噪音，具有自动节电模式等。 由于毕业设计的主要目的是巩固大学学过的知识，培养综合运用所学的基础 知识,提高学生独立解决问题的能力，根据课题要求实现功能所，选择第一种 ADC+MCU+DAC 方案。 2.3 系统设计 2.3.1 系统级方案设计 在系统级上该语音存储/回放系统可用图 2-3 来表示。 图 2-3 中所示的系
19、统的核心结构部分包括了前向和后向模拟通道以及语音存储与 回放模块。键盘和显示模块为该系统的人机接口。 5 第二章 方案论证及总体设计 2.3.2 子系统级方案设计 1概述 在这个设计阶段，需要将整个系统分解成多个子系统，例如处理器系统、存 储器系统、接口模块、信号调整模块以及信号采集模块等等。分开的多个字系统 尽量采用通用的接口，同时需要考虑各个子系统的接口信号的定义、时序、电压 范围以及阻抗匹配等问题。 本设计中，要求已经给出了细化至子系统级的系统示意图，因而大大简化了 系统分解工作， 只需要将重点放在各个模块之间的接口和各个模块的具体实现方 法上即可。但考虑一些其他要求，需要将该语音存储/
20、回放系统的细系统级总体 框图做些扩充，如图 2-1 所示。 2对各个子系统功能及实现方略的初步考虑 下面对图 2-1 中有关模块的功能及实现方略分别作一说明。 （1）前置放大器采用双话筒差分输入，可有效地降低背景噪声。 （2）对该系统，为防止频谱混叠失真及提高信噪比，带通滤波器的设计显 得尤为重要。基本要求中提出带通滤波器的通带范围为：300Hz-3.4kHz，由于上 下截止频率之比为 3400/300=11.32,因此这是一个宽带滤波器,无法用一般的 带通滤波器的设计方法来实现,但可以采用低通滤波器级联高通滤波器的方法来 实现。可以采用专用的滤波器芯片实现该带通滤波器，也可以采用分立元件构成
21、 该滤波器。 （3）由于采样频率为 8kHz，可以选用的 A/D 和 D/A 的型号很多，A/D 可以 选用 ADC0804 （字长 8bit， 转换速率 10kHz） D/A 可以选用 TLC7528 ， （字长 8bit， 建立时间1s） 。 （4）语音回放时，须将已存储的数字化语音信号的数据，经过 D/A 变换器 恢复为模拟语音信号。 （5）MCU 可以选用 AT89C52，如果选择 12MHz 的时钟，则指令周期为 14 s。对于 8kHz 采样速率（采样周期为 125s） ，在每个采样采样周期当中，可 执行多达几十到上百条指令没，足以完成对采集点上的语音信号的存储和处理。 （6） 语
22、音压缩编码方式种类比较多。 增量调制 （M） 和差分脉码调制 （DPCM） 是两种常用的语音压缩编码方式，分别可以达到 8 倍和 2 倍的压缩比。本设计选 6 南京工业大学本科生毕业设计（论文） 用 DPCM 压缩编码方案，虽然压缩比低一些，但语音的失真较小，背景噪声亦较 小。可实现存储器容量不变的情况下，将语音存储时间提高一倍。 7 第三章 单片机介绍 第三章 片机简 3.1 单片机简介 3.1.1 单片机概述 单片机介绍 单片微机（Single-Chip Microcomputer）简称单片机，也有的叫做微处理 （Micro-Processor 简写 P）或微控制器（Micro-Contr
23、oller 简写 C），通 常统称微型处理部件（Micro Controller Unit 简写 MCU）。一般的说，单片机 就是在一块硅片上集成 CPU、RAM、ROM、定时器/计数器、和多种 I/O 的完整的 数字处理系统。二十世纪，微电子、IC 集成电路行业发展迅速，其中单片机行 业的发展最引人注目。单片机功能强、价格便宜、使用灵活，在计算机应用领域 中发挥着极其重要的作用。 INTEL 公司于 1971 年生产第一颗单片机 Intel-4004 从 开始，开创了电子应用的“智能化”新时代。单片机以其高性价比和灵活性，牢 固树立了其在嵌入式微控制系统中的 “霸主” 地位， PC 机以 2
24、86、 在 386、 Pentium、 P高速更新换代的同时， 单片机却 “始终如一” 保持旺盛的生命力。 例如， MCS-51 系列单片机已有十多年的生命期，如今仍保持着上升的态势就充分证明了这一 点。 3.1.2 单片机的结构与组成 目前， 单片机的系统结构有两种类型： 一种是将程序和数据存储器分开使用， 即哈佛（Harvard）结构，当前的单片机大都是这种结构。另一种是采用和 PC 机 的冯.诺依曼（Von Neumann）类似的原理，对程序和数据存储器不作逻辑上的区 分，用来存放用户程序，可分为 EPROM、OTP、ROM 和 FLASH 等类。 EPROM 型内存编程后其内容可用紫外
25、线擦除，用户可反复使用，故特别适用 于开发过程，但 EPROM 型单片机价格很高。具有 ROM 型（掩膜型）内存的单片机 价格最低，它适用于大批量生产。由于 ROM 型单片机的代码只能由生产厂商在制 造芯片时写入，故用户要更改程序代码就十分不便，在产品未成熟时选用 ROM 型 单片机风险较高。 OTP 型 （一次可编程） 单片机介于 EPROM 和 ROM 型单片机之间， 它允许用户自己对其编程，但只能写入一次。OTP 型单片机生产多少完全可由用 户自己掌握，不存在 ROM 型有最小起订量和掩膜费问题，另外，该类单片机价格 已同掩膜型十分接近，故特别受中小批量客户的欢迎。Flash 型（闪速型
26、）单片 8 南京工业大学本科生毕业设计（论文） 机允许用户使用编程工具或在线快速修改程序代码，且可反复使用，故一推出就 受到广大用户的欢迎。Flash 型单片机,即可用于开发过程，也可用于批量生产， 随着制造工艺的改进，Flash 型单片机价格不断下降，使用越来越普遍，它已是 现代单片机的发展趋势。 随机内存（RAM）:用来存放程序运行时的工作变量和 数据，由于 RAM 的制作工艺复杂，价格比 ROM 高得多，所以单片机的内部 RAM 非 常宝贵， 通常仅有几十到几百个字节。 RAM 的内容是易失性 （也有的称易挥发性） 的，掉电后会丢失。最近出现了 EEPROM 或 FLASH 型的数据存储
27、器，方便用户存 放不经常改变的数据及其它重要信息。单片机通常还有特殊寄存器和通用寄存 器，它们是单片机中存取速度最快的内存，但通常存储空间很小。 3.1.3 中央处理器（CPU） 是单片机的核心单元，通常由算术逻辑运算部件 ALU 和控制部件构成。CPU 就象人的大脑一样， 决定了单片机的运算能力和处理速度。 并行输入/输出 （I/O） 口:通常为独立的双向口，任何口既可以用作输入方式，又可以作输出方式，通 过软件编程来设定。现代的单片机的 I/O 口也有不同的功能 ，有的内部具有上 拉或下拉电阻，有的是漏极开路输出，有的能提供足够的电流可 以直接驱动外 部设备。I/O 是单片机的重要资源，也
28、是衡量单片机功能的重要指针之一。串口 输入/输出口:用于单片机和串行设备或其它单片机的通信。 串行通信有同步和异 步之分，这可以用硬件或通用串行收发器件来实现。不同的单片机可能提供不同 标准的串行通信接口，如 UART、SPI、I2C、Micro Wire 等。 3.1.4 定时器/计数器（T/C） 单片机内部用于精确定时或对外部事件（输入信号如脉冲）进行计数，有的 单片机内部有多个定时/计数器。 3.1.5 系统时钟 通常需要外接石英晶体或其它振荡源来提供时钟信号输入， 也有的使用内部 RC 振荡器。 9 第三章 单片机介绍 以上是单片机的基本构成，现代的单片机又加入了许多新的功能部件，如模
29、 拟/数字转换器（A/D）、数字/模拟转换器（D/A）、温度传感器、液晶（LCD） 驱动电路、电压监控、看门狗（WDT）电路、低压检测（LVD）电路等等 片机编 言介绍 3.2 单片机编程语言介绍 对于 51 系列单片机，现有四种语言支持，即汇编、PL/M，C 和 BASIC。 BASIC 通常附在 PC 机上，是初学编程的第一种语言。一个新变量名定义之 后可在程序中作变量使用，非常易学，根据解释的行可以找到错误而不是当程序 执行完才能显现出来。BASIC 由于逐行解释自然很慢，每一行必须在执行时转换 成机器代码，需要花费许多时间不能做到实时性。BASIC 为简化使用变量，所有 变量都用浮点值
30、。BASIC 是用于要求编程简单而对编程效率和运行速度要求不高 的场合。 PL/M 是 Intel 从 8080 微处理器开始为其系列产品开发的编程语言。它很像 PASCAL，是一种结构化语言，但它使用关键词去定义结构。PL/M 编译器好像汇 编器一样可产生紧凑代码。PL/M 总的来说是“高级汇编语言”，可详细控制着 代码的生成。但对 51 系列，PL/M 不支持复杂的算术运算、浮点变量而无丰富的 库函数支持。学习 PL/M 无异于学习一种新语言。 C 语言是一种源于编写 UNIX 操作系统的语言，它是一种结构化语言，可产 生压缩代码。C 语言结构是以括号 而不是子和特殊符号的语言。C 可以进
31、行 许多机器级函数控制而不用汇编语言。与汇编相比，有如下优点：对单片机的指 令系统不要求了解，仅要求对 51 的内存结构有初步了解寄存器分配、不同内存 的寻址及数据类型等细节可由 编译器管理程序有规范的结构，可分为不同的函 数。这种方式可使程序结构化将可变的选择与特殊操作组合在一起的能力，改善 了程序的可读性编程及程序调试时间显著缩短， 从而提高效率提供的库包含许多 标准子程序，具有较强的数据处理能将已编好程序可容易的植入新程序，因为它 具有方便的模块化编程技术 C 语言作为一种非常方便的语言而得到广泛的支持， C 语言程序本 身并不依赖于机器硬件系统，基本上不做修改就可根据单片机不 同较快地
32、移植过来。 10 南京工业大学本科生毕业设计（论文） 51 的汇编语言非常像其它汇编语言。指令系统比第一代微处理器要强一些。 51 的不同存储区域使得其复杂一些。尽管懂得汇编语言不是你的目的，看懂一 些可帮助你了解影响任何语言效率的 51 特殊规定。例如，懂得汇编语言指令就 可以使用在片内 RAM 作变量的优势， 因为片外变量需要几条指令才能设置累加器 和数据指针进行存取。要求使用浮点和启用函数时只有具备汇编编程经验才能 避免生成庞大的、 效率低的程序， 这需要考虑简单的算术运算或先算好的查表法。 最好的单片机编程者应是由汇编转用 C 而不是原来用过标准 C 语言的人。 由此来看，单片机有着微
33、处理器所不具备的功能，它可单独地完成现代工业 控制所要求的智能化控制功能，这是单片机最大的特征。 3.3 系统单片机选择 单片机选择 本系统以 MCS-51 单片机成员中的 AT89C51 为控制核心。AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4kbytes 的可系统 编程的 Flash 只读程序内存，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术 生产， 兼容标准 8051 指令系统及引脚。 它集 Flash 程序内存既可在线编程 （ISP） 也可用传统方法进行编程及通用 8 位微处理器于单片芯片中，ATMEL 公司的功能 强大，低价
34、位 AT89C51 单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，它灵活应用 于各种控制领域。 主要性能参数： （1）与 MCS-51 产品指令系统完全兼容 （2）4K 字节在系统编程（ISP）Flash 闪速内存 （3）1000 次擦写周期 （4）4.0-5.5V 的工作电压范围 （5）全静态工作模式：0Hz33MHz （6）三级程序加密锁 （7）256 8 字体内部 RAM （8）32 个可编程 I/O 口线 （9）3 个 16 位定时/计数器 （10）8 个中断源 11 第三章 单片机介绍 （11）全双工串行 UART 通道 （12）低功耗空闲和掉电模式 （13）中断可从空闲模唤醒系统 （14
35、）看门狗（WDT）及双数据指针 （15）掉电标识和快速编程特性 （16）灵活的在系统编程（ISP字节或页写模式） 其内部结构结构如图 3-1 所示： 图 3-1 单片机内部结构图 12 南京工业大学本科生毕业设计（论文） 3.3.1 AT89C51 引脚功能介绍 1.电源引脚 Vcc 和 GND Vcc：电源电压，GND(10 脚)：接地端。 2.时钟电路引脚 XTAL l 和 XTAL 2。 XTAL 2(18 脚)：接外部晶体和微调电容的一端。在内它是振荡电路反相放 大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体的固有频率。要检查单片机的振荡电路 是否正确工作，可用示波器查看 XTAL2 端是否有脉
36、冲信号输出。 XTAL 1(19 脚)：接外部晶体的微调电容的另一端。在片内它是振荡电路反 相放大器的输入端。若需采用外部时钟电路时，该引脚输入外部时钟脉冲如图 3-2，3-3 所示： 图 3-2 AT89S51 单片机晶振接法 3.控制信号引脚 RST RES(8 脚)“RST 是复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持两个机器 周期(24 个时钟振荡周期)的高电平时，可以完成复位操作。 图 3-3 外部时钟电路 4.IO(输入输出) P0、 P1、 P2 和 P3 13 第三章 单片机介绍 标准 51 单片机，如 8051、8031、AT89C51、AT89S51、P89C51 等有 4
37、 个 I O(输入输出)口，分别为： P0 口(3932 脚)：P0 口是一个漏极开路的 8 位双向埠。作为漏极八路的输 出端口，每次能驱动 8 个 Ls 型 TTL 负载。当 P0 口作为输入口使用时，其先向锁 存器(地址 80H)写入全 1，此时 P0 口的全部引脚悬空，叫作为高阻抗输入。 P1 口(18 脚)：P1 口是一个带上拉电阻的 8 位准双向 I/O 端口每一位能驱 动(吸收成输出电流)4 个 LS 型 TTL 负载。 在 P1 口作为输入口使用时， 应先向 P1 口锁存器(地址 90H)写入全 1,上拉电 阻接成高电平。 P2 口(2128 脚)：P2 口是一个带内部上接电阻的
38、 8 位准双向埠。P2 口的每 一位能驱动 4 个 LS 型 TTL 负载。 P3 口(2128 脚)： P3 口是一个带内部上接电阻的 8 位准双向埠。P3 口的 每一位能驱动(吸收或输出电流)4 个 LS 型 TTL 负载。P3 口与其它的 I/O 埠有很 大区别， 它除作为般准双向 IO 口外， 每个引脚还具有专门的功能， 见表 3-1。 表 3-1 端口引脚功能 P1 口也是一个准双向口，作通用 I/O 口使用。其电路结构见图 3-4 14 南京工业大学本科生毕业设计（论文） 图 3-4 P1 口作通用 I/O 口使用 输出驱动部分内部有上拉负载电阻与电源相连。 实质上拉电阻是两个场效
39、应 管(FET)并在一起，个 FET 为负载管，其电阻固定；另一个 FET 可工作在导通 或截止两种状态，使其总电阻值变化近为 0 或阻值很大两种情况。当阻值近似为 0 时，可将引脚快速上拉至全高电平，当阻值很大时，P1 口为高阻输入状态。 当 P1 口输出高电平时，能向外提供拉电流负载，所以不必再接上拉电阻。 在埠用作输入时，也必须先向对应的锁存器写入“1” ，使 FET 截止。由于片内负 载电阻较大，约 20k40k，所以不会对输入的数据产生影响。 3.3.2 定时器 0 和 1 使用 定时和计数功能由特殊功能寄存器TMOD的控制位C/T 进行选择。 这两个定时 /计数器有4 种操作模式，
40、通过TMOD的M1和M0选择两个定时/计数器的模式0、1 和2都相同。模式3不同如下所述模式 模式0 模式0 将定时器设置成模式0时类似8048定时器，即8位计数器带32分频的预分频 器。 图3-5所示为模式0工作方式。此模式下定时器寄存器配置为13位元寄存器， 当计数从全为1翻转为全为0时定时器中断标志位TFn置位。当TRn=1 同时GATE=0 或INTn=1 时定时器计数置位GATE 时允许由外部输入。INTn控制定时器，这样可 实现脉宽测量，TRn为TCON 寄存器内的控制位图3。 模式0的操作对于定时器0及定时器1都是相同的两个不同的GATE位，TMOD.7 和TMOD.3分别分配给
41、定时器0及定时器1。 图 3-5 定时器/计数器/0/1的模式0：13定时器/计数器 15 第三章 单片机介绍 模式1 模式1 模式1 除了使用了THn 及TLn 全部16 位元外其它与模式0 相同。 模式2 模式2 此模式下定时器寄存器作为可自动重装的8位计数器TLn。 如图3-6所示， TLn 的溢出不仅置位TFn， 而且将THn内容重新装入TLn THn 。 内容由软件预置重装时， THn内容不变。模式2的操作对于定时器0及定时器1是相同的。 图 3-6 定时器寄存器 模式3 模式3 在模式3中定时器1停止计数效果与将TR1设置为0相同.此模式下定时器0 的 TL0 及TH0 作为两个独
42、立的8 位计数器图3-7为模式3时的定时器0逻辑TL0占用 定时器0 的控制位C/T、GATE、TR0、INT0 及TF0。TH0 限定为定时器功能计数器 周期占用定时器1 的TR1 及TF1此时TH0控制定时器1中断。 模式3可用于需要一个额外的8位定时器的场合定时器0工作于模式3时80C51 看似有3个定时器/计数器当定时器0工作于模式3时定时器1可通过开关进入/退 出模式3，它仍可用作串行端口的波特率发生器或者应用于任何不要求中断的场 合。 图 3-7 定时器/计数器/0/1的模式3：双8位计数器 16 南京工业大学本科生毕业设计（论文） 3.4 看门狗电路 由于单片机自身的抗干扰能力比
43、较差，尤其在一些条件比较恶劣、噪声大的 场合，常会出现单片机因为受外界干扰而导致死机的现象，造成系统不能正常工 作。设置看门狗是为了防止单片机死机、提高单片机系统抗干扰性的一种重要途 径。 一个完整的单片机应用系统应该是一个软、硬件的结合体，在系统正常工作 时， 会受到各种外界干扰因素的影响。 这种外界干扰轻者导致系统内部数据出错， 重者将严重影响程序的运行。 因此单片机应用系统的开发一定要考虑系统可靠性 的设计，以满足系统在现场苛刻环境下的正常运行，而“看门狗”则是系统可靠 性设计的重要一环。在一个单片机应用系统中，所谓的“看门狗”是指在系统设 计中通过软件或硬件方式在一定的周期内监控单片机
44、或其它 CPU 的运行情况。 如 果在规定的时间内没有收到来自单片机或其它 CPU 的触发信号， 则系统会强制复 位，以保证系统在受到干扰时仍能够维持正常的工作状态。在单片机系统中，看 门狗的设计一般采用硬件和软件结合两种方式。 3.4.1 软件看门狗 软件看门狗是利用单片机片内闲置的定时器/计数器单元作为看门狗，在单 片机程序中适当的插入监控指令，当程序出现异常或进入死循环时，利用软件将 程序计数器 PC 赋予初始值，强制性的使程序重新开始运行。 使用软件看门狗的具体实现方法如下。 1.首先在初始化程序中设置好定时器/计数器的方式控制寄存器(TMOD) 和 定时时间的初值，并开中断。 2.根
45、据定时器的定时时间，在主程序中按一定的间隔插入复位定时器的指 令，既插入监控指令，两条指令间的时间间隔应该小于定时时间，否则看门狗将 发生错误动作。 3.在定时器的中断服务程序中设置一条无条件转移指令，将程序计数器 PC 转移到初始化程序的入口。 软件看门狗的最大特点是无须外加硬件电路，经济性好。当然，如果片内的 定时器/计数器被占用，就需要寻求其它的设计方式了。 17 第三章 单片机介绍 3.4.2 硬件看门狗 专用硬件看门狗是指一些集成化的或集成在单片机内的专用看门狗电路， 它 实际上是一个特殊的定时器， 当定时时间到时， 发出溢出脉冲。 从实现角度上看， 该方式是一种软件与片外专用电路相
46、结合的技术，硬件电路连接好后，在程序中 适当地插入一些看门狗复位的指令，保证程序正常运行时看门狗不溢出。而当程 序运行异常时，看门狗超时发出溢出脉冲，通过单片机的 RESET 引脚使单片机复 位。这种方式中，看门狗能否可靠有效地工作，与硬件组成及软件的控制策略都 有密切的关系。目前常用的集成看门狗电路很多，如 MAX705-708、MAX813L、 X5043/5045 等。 看门狗电路可以分为内看门狗和外看门狗。 看门狗电路是指看门狗的硬件电 路包含在单片机内部，如 Microchip 的 16C5x 系列，MOTOROLA 的 68C05 系列， 51 内核中比较典型的有 Atmel 公司
47、的 AT89C55WD、AT89S8252，Win bond 公司的 W77E58， 公司的 SST89C58 以及 Philips 公司 87 系列的多种型号的单片机等。 SST 对于没有看门狗定时器的单片机或是认为内部看门狗不可靠时， 可以采用外 部看门狗定时器。外部看门狗电路既可以用专用看门狗芯片，也可由普通芯片实 现。 18 南京工业大学本科生毕业设计（论文） 第四章 硬件设计 4.1 总体设计 经过第二章的方案论证以及系统设计， 现在设计的这个 ADC+MCU+DAC 语音存 储与回放系统，理论上可以实现语音的采集与生成功能了。该系统的原理图如图 4-1 所示。 1 2 3 4 5 6 9 9 9 D