基于GSM家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)作者姓名劉強(qiáng)指導(dǎo)教師馬學(xué)文副教授單位名稱(chēng)信息科學(xué)與工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)通信工程?hào)|北大學(xué)2009年6月DESIGNOFGUARDAGAINSTTHEFTANDALARMSYSTEMBASEDONGSMBYLIUQIANGSUPERVISORPROFESSORMAXUEWENNORTHEASTERNUNIVERSITYJUNE2006基于GSM家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)隨著超大規(guī)模集成電路、通信技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和人們保安意識(shí)的日漸增強(qiáng)，利用單片機(jī)及其它外圍芯片實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警已成為可能，而且是一種發(fā)展趨勢(shì)。它不僅有體積小、安裝方便、功能較齊全等優(yōu)點(diǎn)，而且有很高的性?xún)r(jià)比，因此應(yīng)用前景廣泛。但是現(xiàn)有市場(chǎng)上的家用報(bào)警器都有一些不足之處，所以在現(xiàn)行產(chǎn)品的基礎(chǔ)之上研制一種新型的家用智能防盜報(bào)警器，進(jìn)一步完善報(bào)警器的功能，提高它的可靠性，具有實(shí)際意義。這對(duì)于保障居民的生命財(cái)產(chǎn)安全，提高公安、消防、醫(yī)療、保安等部門(mén)的快速反應(yīng)能力，有著重要的價(jià)值。本文在現(xiàn)有的家庭報(bào)警器基礎(chǔ)之上，將無(wú)線(xiàn)通信模塊引入報(bào)警系統(tǒng)，使系統(tǒng)可通過(guò)固定電話(huà)線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)通信模塊向外界報(bào)警，這樣就克服了報(bào)警器因電話(huà)線(xiàn)被惡意剪斷而失去報(bào)警功能的問(wèn)題。采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)功能劃分為三個(gè)部分主模塊、移動(dòng)通信模塊、警情采集模塊。用戶(hù)可以根據(jù)自己的需要和經(jīng)濟(jì)承受能力，購(gòu)買(mǎi)相應(yīng)的模塊組合成滿(mǎn)意的家庭報(bào)警器。主模塊是系統(tǒng)的核心模塊，其它部分作為功能模塊。在主模塊中預(yù)先留有各個(gè)功能模塊的接口，并且將它們相應(yīng)的軟件驅(qū)動(dòng)程序存入主模塊之中，可以實(shí)現(xiàn)即插即用。本文對(duì)以上三個(gè)部分的軟硬件設(shè)計(jì)作了詳細(xì)的闡述，詳細(xì)介紹了核心芯片的選擇，外圍電路的連接，芯片與芯片之間的連接電路，程序設(shè)計(jì)方法和相應(yīng)的軟件，并給出了關(guān)鍵軟件的程序源代碼。根據(jù)項(xiàng)目的要求研制了一款家庭報(bào)警器，滿(mǎn)足用戶(hù)要求。本文在最后指出了家庭報(bào)警器的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞報(bào)警器，雙音多頻，GSMDESIGNOFGUARDAGAINSTTHEFTANDALARMSYSTEMBASEDONGSMWITHTHEDRAMATICDEVELOPMENTOFVERYLARGESCALEINTEGRATEDCIRCUIT,THETELECOMMUNICATIONTECHNOLOGYANDMICROCONTROLUNITANDTHEIMPROVEMENTOFPEOPLESAWARENESSOFSECURITYITISPOSSIBLETOSETALARMAUTOMATICALLYBYMICROCONTROLLERANDOTHERCHIPS,WHICHBECOMESAKINDOFTRENDBECAUSEITISSMALLANDCONVENIENTTOINSTALLANDTHERATIOOFPERFORMANCEANDCOSTISHIGH,ITWILLHAVEABRIGHTFUTUREBUTTHEPRODUCTOFALARMFORFAMILYHASSOMEDISADVANTAGESITISNECESSARYTODOSOMERESEARCHONANEWTYPEOFPRODUCTBASEDONTHEFORMERPRODUCT,WHICHISVALUABLEFORPROTECTINGPEOPLESPOSSESSIONANDINCREASINGTHEREACTIONOFPOLICEMAN,FIREMAN,DOCTORANDVIGILANCECOMMITTEETHISDISSERTATIONIMPROVESTHEFORMERALARMFORFAMILYINWHICHTHEMOBILEMODEMMODULEISINTZODUCEDSOTHEALARMCANBESETBYTELEPHONEANDMOBILEPHONE,WHICHOVERCOMESTHESHORTCOMINGTHATTHESYSTEMWILLBEOUTOFWORKWHENTHETELEPHONELINEISCUTOFFDELIBERATELYTHEALARMISDESIGNEDBYMODULARMETHODTHEALARMISSUBDIVIDEDINTOTHREEPARTSATINCLUDETHEMAINMODULE,MOBILEMODULE,COLLECTINGINFORMATIONONALARMMODULEACCORDINGTODIFFERENTREQUIREMENTANDEXPENSE,THECUSTOMCANPURCHASEDIFFERENTMODULESCOMBINETHEPRODUCTTHATISSUITABLEFORTHEMTHEMAINMODULEISTHEKEYGROUPOFTHEALARMTHEOTHERSARETHEFUNCTIONCOMPONENTS,WHICHARECONNECTEDCONVENIENTLYWITHTHEMAINMODULETHEREAREINTERFACESTOCONNECTWITHTHEFUNCTIONMODULESANDSOFTWARETODRIVETHEFUNCTIONMODULESINTHEMAINMODULE,WHICHENABLESTHEFUNCTIONMODULESTOPLUGANDPLAYTHISDISSERTATIONDESCRIBESTHEDESIGNOFHARDWAREANDSOFTWAREOFTHEALARMINDETAIL,INWHICHSELECTINGSUITABLECHIPS,PERIPHERYCIRCUIT,CHIPSINTERFACE,ANDTHEMETHODOLOGYOFPROGRAMAREDISCUSSEDMOREOVERTHEKEYPROGRAMISDESCRIBEDTHEALARMTHATISSATISFIEDFORTHECUSTOMISDEVELOPEDINTERMSOFTHEREQUIREMENTOFPROJECTTHEDEVELOPMENTTRENDOFALARMISDISCUSSEDINTHEENDKEYWORDSALARM,DTMF,GSM目錄任務(wù)書(shū)I摘要IIABSTRACTIII第1章緒論111課題來(lái)源及研究意義112報(bào)警器發(fā)展歷程和研究現(xiàn)狀1第2章總體方案設(shè)計(jì)221報(bào)警器的功能要求222總體設(shè)計(jì)方案223雙音多頻收發(fā)電路324GSM數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)425單片機(jī)的軟件開(kāi)發(fā)工具C51語(yǔ)言5第3章功能塊設(shè)計(jì)831主機(jī)8311AT89C51特點(diǎn)8312主機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)8313主機(jī)軟件設(shè)計(jì)932雙音多頻收發(fā)電路10321MT8880特點(diǎn)10322MT8880與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)13323雙音多頻收發(fā)電路的軟件設(shè)計(jì)1433語(yǔ)音電路16331ISD1420特點(diǎn)16332ISD1420與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)18333語(yǔ)音電路的軟件設(shè)計(jì)1934看門(mén)狗電路19341X5045的特點(diǎn)20342X5045與單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)22343看門(mén)狗電路的軟件設(shè)計(jì)22第4章功能模塊設(shè)計(jì)2341移動(dòng)通信模塊23411ZXGM18的特點(diǎn)23412ZXGM18與單片機(jī)接口電路26413移動(dòng)通信模塊的軟件設(shè)計(jì)2742警情采集電路29421DS2450的特點(diǎn)29422DS2450與AT89C51的接口電路設(shè)計(jì)32423警情采集電路的軟件設(shè)計(jì)32第5章模擬仿真與軟件調(diào)試3451軟件仿真3652硬件調(diào)試36521電源調(diào)試36522仿真器調(diào)試3653軟件調(diào)試3654模擬運(yùn)行37第6章總結(jié)3861設(shè)計(jì)總結(jié)3862存在的問(wèn)題和展望39參考文獻(xiàn)40致謝42附錄1程序源代碼4318255A的初始化程序432MT8880初始化程序433報(bào)警驅(qū)動(dòng)程序434語(yǔ)音播放程序455寫(xiě)X5045字程序456與ZXGM18模塊操作相關(guān)的核心子程序477有關(guān)DS2450的主要子程序48附錄2接口電路圖49第1章緒論11課題來(lái)源及研究意義隨著超大規(guī)模集成電路、通信技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和人們保安意識(shí)的日漸增強(qiáng)，利用單片機(jī)及其它外圍芯片實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警已成為可能，且是一種發(fā)展趨勢(shì)。它不僅有體積小、安裝方便、功能較齊全等優(yōu)點(diǎn)，而且有很高的性?xún)r(jià)比，因此應(yīng)用前景廣泛。但是現(xiàn)在市場(chǎng)上的家用報(bào)警器都有明顯的不足之處，所以在現(xiàn)行產(chǎn)品的基礎(chǔ)之上研制一種新型的家用防盜報(bào)警器，進(jìn)一步完善報(bào)警器的功能，提高它的可靠性，具有實(shí)際意義。這對(duì)于保障居民的生命財(cái)產(chǎn)安全，提高公安、消防、醫(yī)療、保安等部門(mén)的快速反應(yīng)能力，有著重要的價(jià)值。12報(bào)警器發(fā)展歷程和研究現(xiàn)狀報(bào)警器的發(fā)展與微電子技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，它大致可分為三個(gè)發(fā)展階段，對(duì)應(yīng)著三代產(chǎn)品1第一代是利用純分離元件組成的產(chǎn)品，其特點(diǎn)是電路組成復(fù)雜，功能單一，可靠性較差，體積較大。第二代是利用集成芯片IC和分離元件組成的產(chǎn)品，其特點(diǎn)是電路組成較復(fù)雜，但是可以實(shí)現(xiàn)多種功能，可靠性比第一代產(chǎn)品高。第三代是以單片機(jī)為核心，外加其它集成芯片和分離元件組成的產(chǎn)品，其特點(diǎn)是功能齊全，可靠性高，具備一定的智能化功能，但電路組成較復(fù)雜?，F(xiàn)在市場(chǎng)上主要以第三代產(chǎn)品為主，前兩代產(chǎn)品由于功能單一的原因基本己經(jīng)被淘汰。第三代報(bào)警產(chǎn)品又可分為兩類(lèi)，一類(lèi)是適合單個(gè)家庭應(yīng)用的獨(dú)立報(bào)警器，另一類(lèi)是適合小區(qū)聯(lián)防報(bào)警的聯(lián)網(wǎng)報(bào)警系統(tǒng)。作為單個(gè)家庭用的報(bào)警器，產(chǎn)品己經(jīng)比較成熟，而且功能也比較齊全。多數(shù)產(chǎn)品采用單片機(jī)作為控制核心部分，通過(guò)電話(huà)線(xiàn)實(shí)現(xiàn)向外界報(bào)警功能。但是這種報(bào)警器有著自身的不足之處，作為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，它缺乏與外界聯(lián)系的有效手段，雖然它可以通過(guò)固定電話(huà)與外界聯(lián)系，但是一旦電話(huà)線(xiàn)被惡意剪斷，則將失去電話(huà)報(bào)警功能。第2章總體方案設(shè)計(jì)現(xiàn)行家用報(bào)警器的功能雖然己經(jīng)比較齊全，但是并不完善。一個(gè)明顯的不足之處是因?yàn)樗鼈兪峭ㄟ^(guò)電話(huà)線(xiàn)實(shí)現(xiàn)向外界報(bào)警功能，所以當(dāng)電話(huà)線(xiàn)被惡意剪斷時(shí)則失去向外界報(bào)警的功能。因此，本文將提出一種整體設(shè)計(jì)方案，以求解決原有家用報(bào)警器的不足，完善其功能，提高其可靠性。根據(jù)產(chǎn)品功能要求和產(chǎn)品的性?xún)r(jià)比，決定采用單片機(jī)技術(shù)與移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)。21報(bào)警器的功能要求根據(jù)用戶(hù)提出的實(shí)際要求，本文所研制的報(bào)警器的功能要求如下231可實(shí)現(xiàn)非法侵入、火災(zāi)、煤氣和家庭緊急情況多種報(bào)警。2可通過(guò)固定電話(huà)與電話(huà)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，報(bào)警時(shí)能迅速撥打存儲(chǔ)的號(hào)碼。3可通過(guò)移動(dòng)電話(huà)與移動(dòng)電話(huà)網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)向外界報(bào)警。4可預(yù)先存儲(chǔ)10組號(hào)碼，且掉電不丟失。5可錄下20S報(bào)警資料，可以更改，且掉電不丟失。6傳感器采用無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信。7有報(bào)警記憶功能。8可實(shí)現(xiàn)異常情況的自動(dòng)復(fù)位。22總體設(shè)計(jì)方案根據(jù)系統(tǒng)功能的要求和系統(tǒng)構(gòu)成的需要來(lái)設(shè)計(jì)報(bào)警器，其總體設(shè)計(jì)方案如圖21所示。采用單片機(jī)作為控制中心，配有雙音多頻（DTMF）收發(fā)電路、移動(dòng)通信模塊、語(yǔ)音錄放電路、警情采集電路、看門(mén)狗電路、聲光報(bào)警電路46。當(dāng)警情采集電路采集到警情信號(hào)時(shí)，單片機(jī)立即接通報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，與此同時(shí)單片機(jī)測(cè)試雙音多頻收發(fā)電路，如果該電路正常，則通過(guò)該電路撥打預(yù)先設(shè)置好的電話(huà)號(hào)碼，向外界報(bào)警，如果該電路不正常例如電話(huà)線(xiàn)被惡意剪斷，則單片機(jī)接通移動(dòng)通信模塊，通過(guò)無(wú)線(xiàn)調(diào)制解調(diào)器接入數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM向外界報(bào)警，通過(guò)以上任何一種方式，當(dāng)檢測(cè)到呼叫方摘機(jī)后，單片機(jī)接通語(yǔ)音電路，告知呼叫方與警情相關(guān)的信息，完成自動(dòng)報(bào)警。單片機(jī)警情采集看門(mén)狗報(bào)警驅(qū)動(dòng)雙音多頻收發(fā)電路語(yǔ)音電路移動(dòng)通信模塊電話(huà)網(wǎng)絡(luò)圖21報(bào)警器總體設(shè)計(jì)方案框圖看門(mén)狗電路用來(lái)實(shí)現(xiàn)三種功能，第一是低壓報(bào)警，第二是防止系統(tǒng)的程序跑飛，第三是存儲(chǔ)電話(huà)號(hào)碼。23雙音多頻收發(fā)電路雙音多頻收發(fā)電路采用雙音多頻DTMF傳輸技術(shù)。DTMF可實(shí)現(xiàn)電話(huà)號(hào)碼快速可靠地傳輸，具有很強(qiáng)的抗干擾能力和較高的傳輸速度，在電話(huà)通信系統(tǒng)得以可廣泛的應(yīng)用。但絕大部分是用作電話(huà)的音頻撥號(hào)，也可以在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)流和語(yǔ)音等信息的遠(yuǎn)程傳輸78。DTMF是用兩個(gè)特定的單音頻組合信號(hào)來(lái)代表數(shù)字信號(hào)以實(shí)現(xiàn)其功能的一種編碼技術(shù)。兩個(gè)單音頻的頻率不同，代表的數(shù)字或?qū)崿F(xiàn)的功能也不同。這種電話(huà)機(jī)中通常有16個(gè)按鍵，其中有10個(gè)數(shù)字鍵09和6個(gè)功能鍵，A，B，C，D。由于按照組合原理，一般應(yīng)有8種不同的單音頻信號(hào)。因此可采用的頻率也有8種，故稱(chēng)之為多頻，又因它采用從8種頻率中任意抽出2種進(jìn)行組合來(lái)進(jìn)行編碼，所以又稱(chēng)之為“8中取2”的編碼技術(shù)。根據(jù)CCITT的建議，國(guó)際上采用的多種頻率為697HZ，770HZ，852HZ，941HZ，1209HZ，1336HZ，1477HZ和1633HZ等8種。用這8種頻率可形成16種不同的組合，從而代表16種不同的數(shù)字鍵和功能鍵，具體組合如表21所示。表21雙音多頻組合功能高頻群HZ低頻群（HZ）1209133614771633697123A770456B852789C9410D24GSM數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)移動(dòng)通信模塊采用的是基于GSM數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的通信模塊9。通信就是信息交流。隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)通信的要求越來(lái)越高，希望無(wú)論何時(shí)何地都能及時(shí)可靠地實(shí)現(xiàn)與任何人之間的通信。因此，傳統(tǒng)的固定通信手段已不能滿(mǎn)足人們的需要，移動(dòng)通信就是在這種要求下發(fā)展起來(lái)的。移動(dòng)通信就是指通信的雙方，至少有一方是在移動(dòng)中進(jìn)行的通信。例如，固定點(diǎn)與移動(dòng)體車(chē)輛、船舶、飛機(jī)之間、移動(dòng)體之間、活動(dòng)的人與人之間以及人與移動(dòng)體之間的通信都屬于移動(dòng)通信的范疇。要使通信的一方或雙方在移動(dòng)中實(shí)現(xiàn)通信，就必須采用無(wú)線(xiàn)方式。當(dāng)前所使用的無(wú)線(xiàn)頻段主要為VHF頻段的150MHZ和UHP頻段的450MHZ，800MHZ，900MHZ。最近已經(jīng)出現(xiàn)使用18GHZ頻段的GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)電話(huà)系統(tǒng)。GSM數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)是由歐洲主要電信運(yùn)營(yíng)者和制造廠(chǎng)家組成的標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)設(shè)計(jì)出來(lái)，并在蜂窩系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展而成。GSM系統(tǒng)是1982年歐洲電信主管部門(mén)會(huì)議為開(kāi)發(fā)第二代數(shù)字蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)而成立的機(jī)構(gòu)，后來(lái)，歐洲的專(zhuān)家們將GSM有關(guān)的技術(shù)職能交給了歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)。同時(shí)，為維護(hù)GSM網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者、設(shè)備制造商和用戶(hù)的共同利益，各國(guó)的運(yùn)營(yíng)者和制造商共同發(fā)起并成立了GSMMOU諒解備忘錄組織。MOU組織1991年在歐洲開(kāi)通了第一個(gè)系統(tǒng)，同時(shí)為該系統(tǒng)設(shè)計(jì)和注冊(cè)了市場(chǎng)商標(biāo)，將GSM更名為“全球移動(dòng)通信系統(tǒng)”GLOBALSYSTEMFORMOBILECOMMUNICATIONS。從此移動(dòng)通信跨入了第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)。同年，移動(dòng)特別小組還制定了18GHZ頻段的公共歐洲電信業(yè)務(wù)的規(guī)范，名為DCSI800系統(tǒng)。該系統(tǒng)與GSM900具有同樣的基本功能特性，它只占GSM協(xié)議的很小一部分，僅將GSM900和DCSI800之間的差別加以描述，二者絕大部分是通用的，均可通稱(chēng)為GSM系統(tǒng)。1992年，大多數(shù)歐洲GSM運(yùn)營(yíng)者開(kāi)始商用業(yè)務(wù)。到1994年5月已有50個(gè)GSM網(wǎng)在世界上運(yùn)營(yíng)，10月總客戶(hù)數(shù)已超過(guò)400萬(wàn)，國(guó)際漫游客戶(hù)每月呼叫次數(shù)超過(guò)500萬(wàn)，客戶(hù)平均增長(zhǎng)超過(guò)50。L993年，歐洲第一個(gè)DCSI800系統(tǒng)投入運(yùn)營(yíng)。到1994年已有6個(gè)運(yùn)營(yíng)者采用了該系統(tǒng)。GSM系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范中只對(duì)功能和接口制定了詳細(xì)規(guī)范，而未對(duì)硬件做出規(guī)定。這樣做的目的是盡可能減少對(duì)設(shè)計(jì)者的限制，并使各運(yùn)營(yíng)者有可能購(gòu)買(mǎi)不同廠(chǎng)家的設(shè)備。1991年中國(guó)在嘉興市建立和開(kāi)通了我國(guó)第一個(gè)GSM引示系統(tǒng)，并于1993年9月正式開(kāi)放業(yè)務(wù)。目前，我國(guó)GSM用戶(hù)數(shù)量已超過(guò)1億，成為世界上GSM手機(jī)量最多的國(guó)家。GSM系統(tǒng)的主要技術(shù)有以下6個(gè)特點(diǎn)1由于采用了高效調(diào)制器、信道編碼、交織、均衡等技術(shù)，使系統(tǒng)的頻譜效率高。2具有靈活和方便的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，頻率重復(fù)利用率高，容量加大。3除開(kāi)放話(huà)音業(yè)務(wù)外，還可開(kāi)放承載業(yè)務(wù)、補(bǔ)充業(yè)務(wù)和與ISDN相關(guān)的業(yè)務(wù)。4提供開(kāi)放性接口，可與各種公用通信網(wǎng)互連互通，任何廠(chǎng)家提供的GSM系統(tǒng)都能互連。5通過(guò)鑒權(quán)、加密和臨時(shí)移動(dòng)用戶(hù)識(shí)別號(hào)碼TMSI，可以達(dá)到安全的目的。6在SIM卡基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)漫游功能，全部GSM移動(dòng)用戶(hù)都進(jìn)入GSM系統(tǒng)而與國(guó)別無(wú)關(guān)。25單片機(jī)的軟件開(kāi)發(fā)工具C51語(yǔ)言本報(bào)警器的主機(jī)采用AT89C51單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。采用高級(jí)語(yǔ)言工具C51來(lái)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。美國(guó)ARCHIMEDES公司和FRANKLINSOFTWARE公司在20世紀(jì)90年代初專(zhuān)門(mén)為基于51系列單片機(jī)開(kāi)發(fā)了高級(jí)語(yǔ)言工具C51。利用該工具編寫(xiě)的代碼簡(jiǎn)單高效、結(jié)構(gòu)清晰，尤其是后來(lái)不同類(lèi)型的微處理器及其更新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)工具基本上都支持C語(yǔ)言，因此用C語(yǔ)言編寫(xiě)的程序容易移植和維護(hù)?，F(xiàn)在C51主要有兩個(gè)版本一個(gè)是ARCHIMEDES公司的C51V405A，另一個(gè)是FRANKLINSOFTWARE公司的C51V320。兩個(gè)版本都支持ANSI標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)為滿(mǎn)足MCS51單片機(jī)的特殊需要又?jǐn)U展了一些關(guān)鍵字，如BIT，CODE，DATA，IDATA，SFR，REENTRANT等。但是對(duì)于單片機(jī)89C51的應(yīng)用，只有FRANKLINSOFTWAREC51V320編譯器提供C語(yǔ)言編程的方法。該編譯器對(duì)局部變量及傳遞參數(shù)使用RAM覆蓋技術(shù)，使其內(nèi)部RAM的利用效率提高，因此C51完全可以和匯編語(yǔ)言相比擬。同時(shí)，該編譯器還可以產(chǎn)生INTEL格式的目標(biāo)文件。FRANKLINC51V320有以下5個(gè)特點(diǎn)101存儲(chǔ)模式上FRANKLINC51支持SMALL，COMPACT，LARGE模式。當(dāng)缺省存儲(chǔ)類(lèi)型時(shí)，存儲(chǔ)模式將自動(dòng)決定變量的默認(rèn)存儲(chǔ)類(lèi)型，不能位于RAM中的參數(shù)、傳遞變量和無(wú)明確存儲(chǔ)類(lèi)型說(shuō)明的局部過(guò)程變量也將保存在默認(rèn)的RAM區(qū)域。2存儲(chǔ)類(lèi)型FRANKLINC51支持89C51微處理器及結(jié)構(gòu)，可完全訪(fǎng)問(wèn)其硬件系統(tǒng)的所有部分，每個(gè)變量可準(zhǔn)確地賦予不同的存儲(chǔ)類(lèi)型，如表22所示。表22C51存儲(chǔ)類(lèi)型與89C51存儲(chǔ)空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系存儲(chǔ)類(lèi)型對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)空間DATA直接尋址片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，訪(fǎng)問(wèn)速度快（128字節(jié)）PDATA分頁(yè)尋址片外數(shù)據(jù)區(qū)（256字節(jié)）MOVXR0訪(fǎng)問(wèn)XDATA片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)（64K）MOVXDPTR訪(fǎng)問(wèn)CODE代碼存儲(chǔ)區(qū)（64K）MOVCDPTR訪(fǎng)問(wèn)3數(shù)據(jù)類(lèi)型。FRANKLINC51支持的數(shù)據(jù)類(lèi)型為BIT，SIGNEDCHAR，UNSIGNEDCHAR，SIGNEDINT，UNSIGNEDINT，LONG，UNSIGNEDLONG，F(xiàn)LOAT指針等。變量可以組合為結(jié)構(gòu)和聯(lián)合，也可定義為多維數(shù)組，同時(shí)還可以通過(guò)指針訪(fǎng)問(wèn)變量。另外，F(xiàn)RANKLINC51還有兩個(gè)特殊的數(shù)據(jù)類(lèi)型SBIT和SFR，用來(lái)簡(jiǎn)化對(duì)89C51微處理器的特殊功能寄存器SFR的訪(fǎng)問(wèn)，如表23所示。表23C51的特殊數(shù)據(jù)類(lèi)型數(shù)據(jù)類(lèi)型長(zhǎng)度范圍SBIT1位1OR0SFR1字節(jié)0255SFR162字節(jié)0655354指針。FRANKLINC51支持一般三字節(jié)指針和基于存儲(chǔ)器的指針，其中基于存儲(chǔ)器的指針由C源代碼中存儲(chǔ)類(lèi)型決定并在編譯時(shí)確定，用這種指針可以高效訪(fǎng)問(wèn)對(duì)象并且只需一至二字節(jié)。例如，用于訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)部RAM或外部PRAM的字節(jié)指針和用于訪(fǎng)問(wèn)外部RAM或ROM的二字節(jié)指針指針之間可以相互轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)器的高效訪(fǎng)問(wèn)，如表24所示。表24C51的指針類(lèi)型指針說(shuō)明長(zhǎng)度指向FLOATP33字節(jié)所有89C51存儲(chǔ)空間的“FLOAT”CHARDATADP1字節(jié)“DATA”存儲(chǔ)區(qū)中的“CHAR”LONGPDATAPP1字節(jié)“PDATA”存儲(chǔ)區(qū)中的“LONG”CHARXDATAXP2字節(jié)“XDATA”存儲(chǔ)區(qū)中的“CHAR”5中斷和重入。FRANKLINC51支持對(duì)中斷的所有方面的控制和存儲(chǔ)器組的使用，從而創(chuàng)建高效的中斷服務(wù)程序，產(chǎn)生最合適的代碼，它使用關(guān)鍵字INTERRUPT聲明中斷過(guò)程，用USING聲明使用的存儲(chǔ)器區(qū)，函數(shù)的重入需要使用關(guān)鍵字REENTRANT重入函數(shù)的使用效率要低得多。使用C源程序直接開(kāi)發(fā)中斷過(guò)程的函數(shù)語(yǔ)法如下返回值函數(shù)名參數(shù)模式再入INTERRUPTVECTORUSINGBANKINTERRUPT后的數(shù)值VECTOR為89C51控制器的多中斷。中斷及入口地址如表25所示。表25C51的中斷向量表中斷類(lèi)型中斷向量0外部中斷0003H1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0中斷000BH2外部中斷10013H3定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1中斷001BH4串行端口中斷0023H第3章主模塊設(shè)計(jì)本章詳細(xì)介紹主模塊的硬件和軟件設(shè)計(jì)。主模塊包括主機(jī)、雙音多頻DTMF收發(fā)電路、語(yǔ)音電路、看門(mén)狗電路和聲光報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路。詳細(xì)闡明芯片選擇的比較，所選用芯片的內(nèi)部組成、功能特點(diǎn)、外圍電路及其接口電路，并設(shè)計(jì)出具體的硬件電路。根據(jù)硬件連接和模塊的功能要求，提出軟件的設(shè)計(jì)方法并編程。31主機(jī)報(bào)警器的主機(jī)采用AT89C51單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)是將中央處理器CPU、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器及輸入輸出接口電路等計(jì)算機(jī)主要部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。現(xiàn)在世界上已經(jīng)有很多大公司能夠生產(chǎn)單片機(jī)，隨著超大規(guī)模集成電路的迅猛發(fā)展，單片機(jī)的功能也日漸強(qiáng)大，運(yùn)算速度日益提高，相繼出現(xiàn)了32位和64位單片機(jī)，但根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的需要和產(chǎn)品的性?xún)r(jià)比，本文選用ATMEL公司生產(chǎn)的8位單片機(jī)AT89C51作為系統(tǒng)的主機(jī)。311AT89C51特點(diǎn)AT89C51是ATMEL公司采用CMOS工藝生產(chǎn)的低功耗、單片機(jī)，與MCS51單片機(jī)兼容，其功能特點(diǎn)為14K字節(jié)閃爍存儲(chǔ)器FLASH，可進(jìn)行1000次寫(xiě)、擦除操作。2靜態(tài)操作，外接0HZ24MHZ晶振。3三層程序存儲(chǔ)器。4128字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM。532根可編程輸入/輸出線(xiàn)。6兩個(gè)6位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。7六個(gè)中斷源。8一個(gè)可編程串口。9支持低功耗模式和掉電模式。312主機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要，本報(bào)警器的主機(jī)由一片AT89C51單片機(jī)和一片U0擴(kuò)展芯片8255A組成11，主機(jī)電路如圖31所示。圖31主機(jī)電路圖圖31中，電容C130PF，C230PF，C322F，晶振F12MHZ，電阻R11K。這里只給出了AT89C51單片機(jī)的主要外圍電路和輸入輸出口的擴(kuò)展電路，有關(guān)單片機(jī)其他引腳的連接，將在以后的相應(yīng)章節(jié)中給出。313主機(jī)軟件設(shè)計(jì)對(duì)于單片機(jī)編程語(yǔ)言主要有匯編語(yǔ)言、PL/M語(yǔ)言、BASIC語(yǔ)言和C5L語(yǔ)言。本文的軟件設(shè)計(jì)采用C51語(yǔ)言。C51語(yǔ)言的兼顧了C語(yǔ)言的特點(diǎn)，很適合程序的模塊化設(shè)計(jì)，本文充分利用這一特點(diǎn)，將軟件劃分為功能相對(duì)獨(dú)立的模塊，與相應(yīng)的硬件電路一起設(shè)計(jì)。這一節(jié)介紹主程序和8255A初始化程序。所謂主程序就是C語(yǔ)言中的MAIN函數(shù)。根據(jù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能，本文的主程序其流程圖如圖32所示，其主要完成以下功能1程序初始化，包括AT89C51兩個(gè)內(nèi)部定時(shí)/計(jì)數(shù)器、雙音多頻電路和移動(dòng)通訊模塊的初始化。2循環(huán)檢測(cè)警情。3警情處理包括警情紀(jì)錄，聲光報(bào)警，固定電話(huà)報(bào)警或移動(dòng)電話(huà)報(bào)警。8255A是INTEL公司生產(chǎn)的單片機(jī)輸入/輸出I/0擴(kuò)展芯片，8255A內(nèi)部有一個(gè)控制寄存器和三個(gè)數(shù)據(jù)寄存器即PA，PB，PC口。本系統(tǒng)將PA，PB，PC都規(guī)定為一般的輸入輸出方式，其中PC接鍵盤(pán)輸入，PA接警情采集電路。系統(tǒng)初始化檢測(cè)警情有警情延遲還有警情警情記錄，聲光報(bào)警調(diào)固定電話(huà)子系統(tǒng)報(bào)警成功調(diào)移動(dòng)電話(huà)報(bào)警子程序YNYNYN開(kāi)始圖32主程序流程圖在圖31所示的主機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)中，8255A的控制寄存器、PA口、PB口、PC口的基地址分別為0003H，0000H，0001H，0002H。因?yàn)槿齻€(gè)數(shù)據(jù)寄存器都工作在方式0，且PC的高四位用于輸出，低四位用于輸入，PA，PB口用于輸出，所以控制命令字為81H。8255A的初始化程序見(jiàn)附錄源程序1。32雙音多頻收發(fā)電路雙音多頻是一種電話(huà)的撥號(hào)方式，它用8種頻率組成電話(huà)的16個(gè)鍵。現(xiàn)在市場(chǎng)上己經(jīng)有多種芯片可以完成雙音多頻信號(hào)的收發(fā)功能，例如WE9188，UM91215，MT8880。其中MT8880以其功能齊全，外圍電路簡(jiǎn)單，與單片機(jī)接口方便而受到了用戶(hù)的青睞。本文研制的報(bào)警器選用MT8880芯片來(lái)設(shè)計(jì)雙音多頻收發(fā)電路1213。321MT8880特點(diǎn)MT8880是MITEL公司生產(chǎn)的DTMF發(fā)送與接收芯片，它是一種功能較強(qiáng)的DTMF發(fā)送與接收器。它的內(nèi)部寄存器和控制接口、數(shù)據(jù)總線(xiàn)器，便于實(shí)現(xiàn)與微處理器的直接接口和對(duì)電路進(jìn)行工作模式控制，獲得更多的功能和靈活性。通過(guò)微機(jī)接口可以由2，RSO，R/，D0D3等信號(hào)選擇內(nèi)部寄存器，并控制電路的工作WCS狀態(tài)或工作模式。MT8880的管腳如圖33所示。圖33中，OSC1，OSC2是時(shí)鐘或振蕩器輸入和輸出端。通常兩端外接3579545MHZ晶振，與片內(nèi)振蕩器產(chǎn)生基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)。IN，IN是運(yùn)放的同相和反相輸入。GS是增益選擇端，VREF是基準(zhǔn)電壓輸出端，它由VDD，VSS產(chǎn)生，通常為VDD/2，作為運(yùn)放輸入的偏置。TONE是發(fā)送DTMF信號(hào)的輸出。R/是W讀寫(xiě)控制信號(hào)輸入，與TTL電平兼容。是片選信CS號(hào)輸入，若為T(mén)TL低電平，則此電路被選中。RSOCS是寄存器選擇輸入，與TTL電平兼容。CLK2是系統(tǒng)時(shí)鐘輸入，與TTL電平兼容。DOD3是控制DTMF信號(hào)發(fā)送和DTMF譯碼的4位數(shù)據(jù)輸入/輸出，與TTL電平兼容，當(dāng)0H時(shí)，DOD3呈高阻。/CALL對(duì)微處理器的中CSIRQ斷請(qǐng)求信號(hào)，為開(kāi)漏輸出。若控制寄存器數(shù)據(jù)設(shè)定電路處于CALL模式和中斷使能狀態(tài)，則該端輸出代表運(yùn)放輸入的方波信號(hào)音。EST是初始控制輸出，ST/GT是控制輸入/時(shí)間監(jiān)測(cè)輸出，VCC是電源正極，MT8880的工作電壓為5V，VDD是地。MT8880內(nèi)部包含5個(gè)工作寄存器，它們是發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器TDR、接收數(shù)據(jù)寄存器RDR、狀態(tài)寄存器SR、控制寄存器A和B。用戶(hù)可以分別通過(guò)RSO，R/的不W同時(shí)序組合將數(shù)據(jù)寫(xiě)入TDR或A，B，來(lái)控制選擇MT8880的不同工作模式和數(shù)據(jù)讀寫(xiě)。MT8880共有6種工作模式。1DTMF模式。電路發(fā)送或接收DTMF信號(hào)。數(shù)據(jù)通過(guò)TDR，RDR以及狀態(tài)寄存器SR，可以完成DTMF信號(hào)的發(fā)送與接收。2呼叫處理CALL模式。電路可以從輸入信號(hào)中檢測(cè)電話(huà)呼叫過(guò)程中的各種信號(hào)音，并由/CALL端方波輸出。IRQ3突發(fā)BURST模式。該模式下只能發(fā)送DTMF信號(hào)而不能接收。4單/雙S/D音產(chǎn)生模式。電路可產(chǎn)生單音或DTMF信號(hào)，用于測(cè)試和監(jiān)測(cè)。5測(cè)試TEST模式。使電路從DTMF接收部分得到延遲監(jiān)測(cè)信號(hào)，并從N1O90LKG3VEF7T8PDM圖33MT8880管腳圖/CALL端輸出。IRQ6中斷模式。該模式可工作在DTMF狀態(tài)條件下或BURST模式條件下，一旦有信號(hào)出現(xiàn)，則/CALL端輸出低電平。I六種工作模式的選擇，主要通過(guò)兩個(gè)控制寄存器A，B的不同賦值來(lái)得到，具體見(jiàn)表31和表32。表31控制寄存器A的功能比特位置名稱(chēng)符號(hào)功能B0信號(hào)音輸出TOUT低電平有效，突發(fā)與非突發(fā)模式均可B1模式輸出MC低電平時(shí)為DTMF方式，高電平時(shí)為CALL模式B2中斷允許IRQ高電平有效，使電路工作于中斷模式B3控制寄存器選擇RS高電平時(shí)，下一個(gè)寫(xiě)周期選控制寄存器B，繼而寫(xiě)周期返回選A表32控制寄存器B的功能比特位置名稱(chēng)符號(hào)功能B0突發(fā)模式BURST低電平有效B1測(cè)試模式TEST高電平有效B2單/雙音產(chǎn)生S/D低電平設(shè)定電路產(chǎn)生DTMF信號(hào)；高電平設(shè)定行或列（由B3決定）單音信號(hào)輸出B3列/行單音產(chǎn)生C/R在B2為高電平的情況下，若B3為高則選擇列單音頻率，為低則選擇行單音頻率。有關(guān)RSI，R/的時(shí)序組合來(lái)選擇不通的內(nèi)部寄存器如表33所得到不同的工作W模式。此時(shí)，狀態(tài)寄存器SR的作用尤為重要，因?yàn)橛嘘P(guān)數(shù)據(jù)讀寫(xiě)的狀態(tài)標(biāo)志要從SR中得到。SR每一位的定義見(jiàn)表34。表33RSI與R/時(shí)序控制WRSIR/W功能00數(shù)據(jù)寫(xiě)入TDR01數(shù)據(jù)從RDR讀出10數(shù)據(jù)寫(xiě)入控制寄存器A，B11數(shù)據(jù)從SR讀出表34狀態(tài)寄存器SR的功能比特位置名稱(chēng)狀態(tài)標(biāo)志設(shè)定狀態(tài)標(biāo)志清除B0中斷模式中斷發(fā)生，B1，B2被中斷禁止，SR讀出數(shù)據(jù)后設(shè)定清除B1突發(fā)模式下暫停時(shí)間已完，準(zhǔn)備發(fā)SR讀完數(shù)據(jù)后或當(dāng)非突發(fā)TDR為空生新的數(shù)據(jù)模式下進(jìn)行清除B2RDR滿(mǎn)RDR中已有有效數(shù)據(jù)SR讀完數(shù)據(jù)后清除清除B3延遲控制設(shè)定無(wú)DTMF信號(hào)進(jìn)行有效DTMF信號(hào)檢測(cè)功能有效檢測(cè)功能322MT8880與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)MT8880與AT89C51的接口電路相對(duì)比較簡(jiǎn)單，并且加上相應(yīng)外圍電路就可以實(shí)現(xiàn)DTMF信號(hào)的收發(fā)功能。但是MT8880是專(zhuān)門(mén)為MOTOROLA公司的68系列單片機(jī)設(shè)計(jì)的，所以，它們的時(shí)序配合能通過(guò)硬件完成，而AT89C51沒(méi)有硬件電路來(lái)滿(mǎn)足MT8880的工作時(shí)序，需要通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)過(guò)程將在軟件設(shè)計(jì)中介紹，其接口電路和外圍電路如圖34所示12。圖34MT8880與單片機(jī)的接口MT8880的CP引腳和AT89C51的T0連接，用以完成對(duì)電話(huà)線(xiàn)上各種信號(hào)引得判斷。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)采取循環(huán)檢測(cè)的方式，所以MT8880的中斷引腳不需要與AT89C51的中斷引腳相連。由MT8880產(chǎn)生的DTMF信號(hào)不能直接與電話(huà)線(xiàn)相連，因?yàn)樵撔盘?hào)與電話(huà)線(xiàn)所傳輸?shù)男盘?hào)不匹配，我國(guó)電話(huà)線(xiàn)上所傳輸?shù)男盘?hào)遵守GB7732標(biāo)準(zhǔn)，按照該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，MT8880產(chǎn)生的DTMF信號(hào)先要經(jīng)過(guò)放大，然后才能與電話(huà)線(xiàn)連接。放大電路如圖35。R1243CLMAOUTVEFIN圖35信號(hào)放大電路圖35中，電阻R1100K，R224M，R382K，R4300，電容C11F，C247F，A1為L(zhǎng)M324。電話(huà)線(xiàn)與信號(hào)音接口如圖36所示。0KUAPDQ567RNSJG圖36電話(huà)線(xiàn)與信號(hào)接口323雙音多頻收發(fā)電路的軟件設(shè)計(jì)對(duì)MT8880的操作無(wú)論是寫(xiě)控制寄存器A或B，還是讀狀態(tài)寄存器，都有著嚴(yán)格的時(shí)序要求。MT8880的CLK2腳本應(yīng)和68系列單片機(jī)中的E信號(hào)相連，當(dāng)芯片MT8880的內(nèi)部寄存器CRA，CRH，SR，TDR和RDR被訪(fǎng)問(wèn)時(shí)，CLK2腳應(yīng)出現(xiàn)一次帶上升沿的高電平，其周期應(yīng)為1S1000S，這是關(guān)鍵信號(hào)，其它信號(hào)均以此信號(hào)作為依據(jù)。而單片機(jī)AT89C51無(wú)此信號(hào)線(xiàn)。因此，我們采用I/0口P2模擬產(chǎn)生CLK2及其它信號(hào)的時(shí)序。圖37給出了單片機(jī)AT89C51寫(xiě)內(nèi)部寄存器CRA，CRB的時(shí)序圖。圖37MT8880寫(xiě)控制寄存器時(shí)序根據(jù)時(shí)序圖可以通過(guò)軟件編程來(lái)滿(mǎn)足MT8880的讀寫(xiě)時(shí)序，即在一定的時(shí)刻將P2口的相應(yīng)口線(xiàn)置1或清0。對(duì)MT8880的操作主要有初始化，判斷信號(hào)音，撥打電話(huà)號(hào)碼。初始化包括讀狀態(tài)寄存器；0寫(xiě)入控制寄存器A；0寫(xiě)入控制寄存器B。據(jù)表33和硬件連接圖，具體初始化子程序如附錄程序2。報(bào)警子程序流程圖如圖38所示，其主要完成以下功能判別信號(hào)音、自動(dòng)撥號(hào)、啟動(dòng)語(yǔ)音提示。信號(hào)音識(shí)別實(shí)現(xiàn)的原理是首先將MT8880設(shè)置為呼叫處理CP模式，由于MT8880的IN一端經(jīng)過(guò)多路模擬開(kāi)關(guān)與電話(huà)線(xiàn)相連，因此呼叫過(guò)程中的各種信號(hào)音經(jīng)MT8880濾波限幅后得到方波，從MT888的IRQ/CP端輸出。電話(huà)系統(tǒng)的撥號(hào)音、回鈴音和忙音的音頻頻率均為450HZ25HZ的正弦波，只是斷續(xù)比不同。撥號(hào)音為連續(xù)信號(hào)，回鈴音為1S通4S斷，忙音為3S通3S斷。AT89C51的內(nèi)部定時(shí)器T1設(shè)置為定時(shí)器方式，T0設(shè)置為計(jì)數(shù)器方式。在T1的定時(shí)時(shí)間內(nèi)，T0對(duì)MT8880的IRQ/CP端輸出的信號(hào)音計(jì)數(shù)，根據(jù)計(jì)數(shù)值的不同就可以將各種信號(hào)音識(shí)別出來(lái)。本文將T1定時(shí)時(shí)間設(shè)為50S，T0在4S內(nèi)計(jì)數(shù)。因?yàn)?9C51晶振頻率是12MHZ，又定時(shí)器的計(jì)數(shù)周期是單片機(jī)晶振頻率的1/12即LS，所以T1的計(jì)數(shù)初值計(jì)算見(jiàn)公式31。T_COUNTER501000/150000（31）T0的4S定時(shí)通過(guò)T1實(shí)現(xiàn)，在T1的中斷服務(wù)程序中設(shè)置計(jì)數(shù)標(biāo)志T_FLAG，在每次執(zhí)行T1中斷服務(wù)程序時(shí)，T_FLAG加1，因?yàn)門(mén)1中斷服務(wù)程序每50S執(zhí)行一次，所以當(dāng)T_FLAG等于80時(shí)，正好就是4S的時(shí)間。詳細(xì)程序如附錄源程序3。模擬摘機(jī)調(diào)用信號(hào)音判別子程序有撥號(hào)音調(diào)用自動(dòng)撥號(hào)子程序調(diào)用信號(hào)音判別子程序模擬掛機(jī)有回鈴音對(duì)方摘機(jī)調(diào)用語(yǔ)音提示子程序撥完預(yù)制號(hào)碼返回取下一個(gè)電話(huà)號(hào)碼等待時(shí)間到Y(jié)YYYYNNNNN初始化圖38報(bào)警子系統(tǒng)的流程圖33語(yǔ)音電路語(yǔ)音電路的作用是警情提示，即當(dāng)系統(tǒng)通過(guò)固定電話(huà)網(wǎng)或移動(dòng)電話(huà)網(wǎng)，接通呼叫用戶(hù)時(shí)，語(yǔ)音電路將告知呼叫方有關(guān)警情的具體信息，如發(fā)生何種警情，報(bào)警者所處位置等8。因此，語(yǔ)音電路所選用的芯片必須具備三種功能分段錄音、放音、可尋址，根據(jù)這些功能要求，本系統(tǒng)選用ISD1420作為語(yǔ)音電路的核心芯片。331ISD1420特點(diǎn)ISD1420語(yǔ)音芯片是美國(guó)ISD（INFROMATIONSTORAGE）公司的新型產(chǎn)品，ISD1420是ISD1400系列中錄音時(shí)間為20S的語(yǔ)音芯片ISD1400系列語(yǔ)音芯片采用直接存儲(chǔ)模擬信號(hào)，自動(dòng)待機(jī)省電，可編程電擦除只讀存儲(chǔ)和總線(xiàn)技術(shù)，是一種具有高保真、錄音數(shù)據(jù)永久保存、省電、適用于單片機(jī)接口特點(diǎn)的新一代語(yǔ)音芯片系列。ISD1420語(yǔ)音芯片具有以下特點(diǎn)采用直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù)DAST，重現(xiàn)優(yōu)質(zhì)原音，零功率信息存儲(chǔ)，無(wú)需備用電池，存儲(chǔ)的信息可保留10年以上，易于使用，無(wú)需編程，可隨意改變錄音內(nèi)容，錄放次數(shù)達(dá)10萬(wàn)次以上，具有自動(dòng)省電功能，錄音和回放后即刻進(jìn)入等待模式，僅需05S維持電流，可分段存儲(chǔ)多段信息。自帶時(shí)鐘源，高抗干擾性能。5V標(biāo)準(zhǔn)電源供電?？芍苯域?qū)動(dòng)816喇叭工作，輸出不失真功率大于50MW，也可作激勵(lì)信號(hào)單端輸出，外接功率放大器，輸出功率為額定輸出功率的L/4，約為12MW左右；采用總線(xiàn)技術(shù)，適于不同單片機(jī)接口。ISD1420錄音時(shí)間為20S，它最多可錄160個(gè)語(yǔ)音段，語(yǔ)音段最短時(shí)間可達(dá)到0125S，其管腳排列如圖39所示。圖中，A0A7是地址輸入端，當(dāng)A6和A7不全為高電平時(shí)，A0A7為分段錄音信息地址線(xiàn)，不同的地址對(duì)應(yīng)不同的錄音片斷，A6和A7全為高平時(shí)，A0A5用于選擇操作模式。MIC是話(huà)筒輸入端，話(huà)筒輸入信號(hào)通過(guò)電容交流禍合至此引腳并傳給片上預(yù)放大器，片上自動(dòng)增益控制AGC電路控制預(yù)放大器的增益在1524DB之間。禍合電容值和該端內(nèi)阻決定語(yǔ)音信號(hào)通頻帶下限頻率；MICREF是話(huà)筒參考輸入端，MICREF是預(yù)放大器的反相輸入端，配合外電路可使片上預(yù)放大器具有較高的噪聲抑制比和共模抑制比。ANAIN是模擬信號(hào)輸入端，對(duì)于話(huà)筒輸入，ANAIN引腳應(yīng)通過(guò)外部電容與ANAOUT引腳連接，若為外部輸入信號(hào)，則要直接通過(guò)電容禍合到此端。偶合電容決定片上控制預(yù)放大器通頻帶的下限頻率。ANAOUT是預(yù)放大器的輸出端，預(yù)放大器的電壓增益取決于A(yíng)GC電平，對(duì)于小信號(hào)輸入電平，其增益最大為24DB，對(duì)于強(qiáng)信號(hào)，增益較低。AGC是自動(dòng)增益控制端，AGC動(dòng)態(tài)地調(diào)整預(yù)放大器增益，使加至MIC輸入端的非失真信號(hào)的范圍擴(kuò)展。內(nèi)阻抗5K和外部電容決定AGC的響應(yīng)時(shí)間，外部電容和外部電阻的RC時(shí)間常數(shù)決定AGC的釋放時(shí)間。SP，SP是喇叭輸出端，該端可直接驅(qū)動(dòng)16喇叭?？刹捎秒p端輸出驅(qū)動(dòng)喇叭，也可采用單端輸出驅(qū)動(dòng)喇叭，不過(guò)雙端輸出信號(hào)的功率是單端的四倍，單端輸出需要該腳與喇叭之間串接100F的交流禍合電容，錄音期間該輸出端保持高阻狀態(tài)。XCLK是外SP15VCA6MI7REF8G9N20OUTLY34DXK圖39ISD1420管腳圖接時(shí)鐘輸入端，ISD1420具有內(nèi)部時(shí)鐘，一旦接入外部時(shí)鐘，內(nèi)部時(shí)鐘會(huì)自動(dòng)失去作用。如果不用外部時(shí)鐘該引腳應(yīng)當(dāng)接地，一般不推薦使用外部時(shí)鐘，除非要求時(shí)鐘信號(hào)特別精確。RECLED是工作狀態(tài)指示端，在錄音或放音時(shí)該端輸出低電平，可驅(qū)動(dòng)一個(gè)LED來(lái)指示狀態(tài)。PLAYE是邊沿觸發(fā)放音控制端，該端輸入一低脈沖，芯片即進(jìn)入放音狀態(tài)，直至遇到信息結(jié)束標(biāo)記EOM或到存儲(chǔ)空間的末尾時(shí)回放過(guò)程結(jié)束，電路自動(dòng)進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)?；胤胚^(guò)程中PLAYE變化不會(huì)影響回放過(guò)程。PLAYL是電平觸發(fā)放音控制端，該端電平變?yōu)榈碗娖讲⒈３郑酒M(jìn)入放音狀態(tài)，放音過(guò)程持續(xù)到該端電平由低變高或遇到信息結(jié)束標(biāo)記EOM，結(jié)束后電路進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)。REC是錄音觸發(fā)端，REC一旦變?yōu)榈碗娖?，芯片就進(jìn)入錄音狀態(tài)，REC的權(quán)限優(yōu)先于PLAYE和PLAYL，在放音期間若遇REC接低電平時(shí)，放音就會(huì)立即停止并轉(zhuǎn)入錄音狀態(tài)開(kāi)始錄音。錄音期間REC應(yīng)始終保持低電平，REC變高或存儲(chǔ)空間變滿(mǎn)時(shí)錄音過(guò)程結(jié)束，這時(shí)在錄音截止的地方會(huì)記錄一個(gè)信息結(jié)束標(biāo)記CEOM。VCCD，VCCA是數(shù)字電源正端和模擬電源正端，為了減小片內(nèi)噪聲，芯片中模擬電路和數(shù)字電路在內(nèi)部是分開(kāi)的，應(yīng)用時(shí)兩個(gè)電源引腳應(yīng)離電源盡可能的近，而且電源的去藕電容應(yīng)離引腳越近越好。VSSD，VSS是數(shù)字地和模擬地。332ISD1420與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)ISD1420與AT89C51的接口電路主要考慮地址線(xiàn)A0A7以及REC和PLAYE的連接。本系統(tǒng)中采用AT89C51的P1口的五根I/O線(xiàn)與其相連，具體接口電路如圖310所示。圖310ISD1420與單片機(jī)的接口電路ISD1420可以實(shí)現(xiàn)分段錄音，分段錄音時(shí)A0A7用作地址輸入線(xiàn)，A6，A7不可同時(shí)為高電平，所以地址范圍為00000000100111111，即為十進(jìn)制碼0159共160個(gè)數(shù)值，這表明ISD1420的EEPROM最多可被劃分為160個(gè)存貯單元，可錄放多達(dá)160段語(yǔ)音信息。由A0A7決定T0125128A764A632A516A48A34KA22A11A0例如選擇從5S處開(kāi)始錄音，則所需的地址為00L0L000B，因此只要將上述地址配置給A0A7即可。在本報(bào)警器的設(shè)計(jì)中將20S的存儲(chǔ)時(shí)間分為3段，第一段為7S，錄放起始地址為00000000B，用于存儲(chǔ)有關(guān)非法入室的報(bào)警信息；第二段為7S，錄放起始地址為00111000B，用于存儲(chǔ)有關(guān)火災(zāi)的報(bào)警信息；第三段為6S，錄放起始地址為01110000B，用于存儲(chǔ)有關(guān)煤氣泄漏的報(bào)警信息。由這3段地址可以看出，A7，A2，A1和A0均為0，因此可以將它們接地，只用AT89C51的4根口線(xiàn)進(jìn)行控制即可。ISD1420在14，15將語(yǔ)音輸出，它可以直接驅(qū)動(dòng)8的喇叭，設(shè)計(jì)系統(tǒng)要求將語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)電話(huà)線(xiàn)傳送，因?yàn)镮SD1420的輸出信號(hào)與電話(huà)線(xiàn)上傳送的信號(hào)不匹配，所以先要經(jīng)過(guò)放大電路才能與電話(huà)線(xiàn)連接，電路如圖311所示。將SP輸出的信號(hào)放大，而SP引腳懸空。語(yǔ)音信號(hào)放大后通過(guò)電話(huà)線(xiàn)接口電路與電話(huà)線(xiàn)相連即可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)的傳送。R2314CLMADSPOUT圖311ISD1420的語(yǔ)音信號(hào)放大電路333語(yǔ)音電路的軟件設(shè)計(jì)ISD1420的編程相對(duì)較簡(jiǎn)單，主要考慮不同警情的錄音尋址和語(yǔ)音信息的播放。具體程序如附錄源程序4。34看門(mén)狗電路在系統(tǒng)的軟件運(yùn)行過(guò)程中，由于外界干擾等意外的因素很可能使程序指針指向非程序區(qū)域，使系統(tǒng)程序陷入死循環(huán)，系統(tǒng)不能正常工作，稱(chēng)之為程序跑飛。出于系統(tǒng)穩(wěn)定性的考慮，本文采用硬件看門(mén)狗電路，以解決因程序跑飛而使系統(tǒng)不能正常工作的問(wèn)題，以提高系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)選用X5045作為看門(mén)狗電路的核心芯片。X5045除了具有看門(mén)狗作用外，還有512字節(jié)的電可擦除只讀存儲(chǔ)器（EEPROM），本文將其用來(lái)存儲(chǔ)預(yù)制電話(huà)號(hào)碼。341X5045的特點(diǎn)X5045是XICOR公司生產(chǎn)的看門(mén)狗芯片，它有三種常見(jiàn)的功能看門(mén)狗定時(shí)器、電壓監(jiān)控、EEPROM。以下對(duì)這三種功能加以簡(jiǎn)單介紹1415。1看門(mén)狗定時(shí)器看門(mén)狗定時(shí)器對(duì)微控制器提供了獨(dú)立的保護(hù)系統(tǒng)。他提供了三種定時(shí)時(shí)間，可用編程選擇200MS，600MS，64S。在設(shè)定時(shí)間內(nèi)如果沒(méi)有對(duì)X5045進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，則看門(mén)狗以RESET信號(hào)做輸出響應(yīng)，即變?yōu)楦唠娖?，延時(shí)約200MS以后RESET由高電平變?yōu)榈碗娖健?電壓監(jiān)控上電時(shí)，電源電壓超過(guò)45V后，經(jīng)過(guò)約200MS的穩(wěn)定時(shí)間后RESET信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖?。掉電時(shí)，電源電壓低于45V時(shí)，RESET信號(hào)立刻變?yōu)楦唠娖讲⒁恢北３值诫娫椿謴?fù)到穩(wěn)定為止。3EEPROM存儲(chǔ)器X5045的存儲(chǔ)部分是CMOS的40位串行EEPROM，他在內(nèi)部按5128來(lái)組織。采用三總線(xiàn)工作的串行接口一次最多可寫(xiě)四個(gè)字節(jié)。X5045的引腳排列如圖312所示。圖中，SO是串行輸出。數(shù)據(jù)由此引腳移出，串行時(shí)鐘SCK的下降沿同步輸出數(shù)據(jù)。SI是串行輸入。所有操作碼、字節(jié)地址及寫(xiě)入的數(shù)據(jù)在此引腳上輸入。數(shù)據(jù)在串行時(shí)鐘的上升沿鎖存，SCK是串行時(shí)鐘，面是片選。當(dāng)CS為低電平時(shí)X5045能工作，CS電平變化將復(fù)位看門(mén)狗定時(shí)器，WP是寫(xiě)保護(hù)；當(dāng)WP為低電平時(shí)向X5045的非易失性寫(xiě)操作被禁止，但是器件的其它功能仍正常。WP為高電平時(shí)所有功能正常，RESET是復(fù)位，WP是寫(xiě)保護(hù)；當(dāng)WP為低電平時(shí)向X5045的非易失性寫(xiě)操作被禁止，但是器件的其它功能仍正常。WP為高電平時(shí)所有功能正常，RESET是復(fù)位，高電平有效，漏極開(kāi)路輸出方式，用于電源的監(jiān)測(cè)和看門(mén)狗超時(shí)輸出。VSS是地，VCC是電源電壓。有兩種電壓規(guī)格的芯片，一種是4555V，另一種是2755V。以下介紹X5045的工作原理。X504S共有6條操作指令如表35。X5045由這6條指令指揮工作。因?yàn)閄5045遵循SPI串行總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，所以AT89C51由X5045的SI引腳將命令字或數(shù)據(jù)從高到低逐位傳入X5045，并從X5045的SO逐位讀出X5045的數(shù)據(jù)或狀態(tài)。具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程將在軟件編程中詳細(xì)闡述。表35X25045的指令集指令名指令格式操作/CS1O2WP348RET7KI5圖312X5045管腳圖WREN00000100設(shè)置寫(xiě)時(shí)能鎖存器允許寫(xiě)WRDI00000100設(shè)置寫(xiě)使能鎖存器禁止寫(xiě)RDSR00000101讀狀態(tài)寄存器WRSR00000001寫(xiě)狀態(tài)寄存器READ0000A8011讀WRITE0000A8010寫(xiě)X5045內(nèi)部有一個(gè)8位狀態(tài)寄存器，其每一位的定義如表36所示。表36狀態(tài)寄存器的定義WD1WD0BL1BL0WELWIPWIP位由WREN指令設(shè)為1，在下列情況之一可使WIP復(fù)位為0。1執(zhí)行WRDI。2上電時(shí)。3字節(jié)、頁(yè)或狀態(tài)寄存器寫(xiě)周期完成后。4WP腳變?yōu)榈碗娖?。BL0，BL1是對(duì)EEPROM塊進(jìn)行保護(hù)，對(duì)被保護(hù)的段只能寫(xiě)。保護(hù)地址與BL0，BL1的關(guān)系見(jiàn)表38。表38狀態(tài)寄存器被保護(hù)的陣列地址狀態(tài)寄存器BL1BL0被保護(hù)的陣列地址00無(wú)寫(xiě)保護(hù)011801FF101001FF11001FF342X5045與單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)X5045遵循串行總線(xiàn)，與單片機(jī)的連接簡(jiǎn)單，只占用單片的4根I/O口線(xiàn)，具體連接如圖313所示。圖313X5045與單片機(jī)的接口電路343看門(mén)狗電路的軟件設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)中，X5045主要完成硬件看門(mén)狗和存儲(chǔ)預(yù)制電話(huà)號(hào)碼的功能?？撮T(mén)狗功能較容易實(shí)現(xiàn)，只需要隔一段時(shí)間將引腳取反一次，具體實(shí)現(xiàn)就是在主程序和每個(gè)CS子程序中加一條X5045_SX5045_S語(yǔ)句。存取電話(huà)則相對(duì)復(fù)雜，它要規(guī)定X5045的工作方式，另外還涉及數(shù)據(jù)的串并行轉(zhuǎn)化。核心部分的程序代碼見(jiàn)附錄源程序5。第4章功能模塊設(shè)計(jì)功能模塊包括移動(dòng)通信模塊、警情采集模塊。41移動(dòng)通信模塊為了解決因電話(huà)線(xiàn)被惡意剪斷而使系統(tǒng)失去報(bào)警功能的問(wèn)題，本系統(tǒng)除了采用固定電話(huà)向外界報(bào)警外，還通過(guò)移動(dòng)通信模塊報(bào)警。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外多家公司生產(chǎn)出基于GSM數(shù)據(jù)移動(dòng)通信網(wǎng)的調(diào)制解調(diào)器模塊MODEM，例如MOTOROLA公司MC35，SIEMENS公司的T25，中興公司的ZXGM18等，以方便與GSM數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的接入，在此選用中興公司的ZXGM18模塊。411ZXGM18的特點(diǎn)ZXGM18是中興通訊公司最新推出的GSM無(wú)線(xiàn)調(diào)制解調(diào)器，主要為語(yǔ)言傳輸、短消息發(fā)送提供無(wú)線(xiàn)接口，并可軟件升級(jí)提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。ZXGM18集成了完整的射頻電路和GSM基帶處理器，特別適合于開(kāi)發(fā)一些GSM的無(wú)線(xiàn)應(yīng)用產(chǎn)品，如監(jiān)控、調(diào)度、車(chē)載和遙控等系統(tǒng)，也可以直接作為終端產(chǎn)品進(jìn)行語(yǔ)音和短消息的傳輸，應(yīng)用范圍十分廣泛