1、目 錄1 引 言12 系統(tǒng)概述33 方案選擇43.1密碼鎖功能實現(xiàn)方法選擇43.1.1方案1基于一個51單片機的電子密碼鎖設計43.1.2 方案2基于兩個單片機串行通信的電子密碼鎖43.2語音芯片的選擇54系統(tǒng)硬件電路的設計74.1 系統(tǒng)核心部分閃電存儲型器件AT89S5274.1.1 AT89S52具有下列主要性能74.1.2 AT89S52的引腳及功能84.1.3 信號引腳的第二功能94.2 串口通信104.2.1 串口通信方式104.2.2 串行通信控制寄存器114.2.3 數(shù)據(jù)發(fā)送與接收114.3語音電路124.3.1語言芯片ISD2540124.3.2 ISD2540典型應用154.

2、3.3工作模式174.3.4分段錄放音184.3.5語音控制電路184.4電平轉換電路194.4.1電平轉換芯片194.4.2 MAX232芯片204.4.3連接電路圖204.5鍵盤電路214.5.1 單片機鍵盤和鍵盤接口概述214.5.2 單片機鍵盤接口和鍵功能的實現(xiàn)225 系統(tǒng)程序的設計265.1 外部單片機發(fā)送密碼程序的設計265.2 鍵處理的流程圖275.3 內部單片機程序285.4 語音播放調用程序286 測試結果30結 論31參考文獻32附錄1：程序33附錄2：整體電路圖41外文翻譯43致 謝59II1 引 言自從20世紀70年代問世以后，單片機作為微型計算機一個很重要的分支，應用

3、廣泛，發(fā)展迅速，已對很多領域產生了重大影響。尤其是美國Intel公司生產的MCS-51系列單片機，由于其具有集成度高、處理功能強、可靠性好、系統(tǒng)結構簡單、價格低廉、易于使用等優(yōu)點，在我國已經得到廣泛使用，并已經在各個技術領域得到了迅猛發(fā)展。單片機不僅在控制外圍器件中有著重要的用途，其通信功能在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中越來越顯得重要。在眾多的連接方案中，當然包括傳統(tǒng)串口設備。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠程傳輸時可避免多條線路特性的不一致，因而被廣泛采用。串行通信應用在產業(yè)自動化設備已有三十多年歷史。在串行通信時，要求通信雙方都采用一個標準接口，使不同的設備可以方便地連接起來進行通信。

4、RS-232-C接口（又稱EIA RS-232-C）是目前最常用的一種串行通信接口。它是在1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調制解調器廠家及計算機終端生產廠家共同制定的用于串行通訊的標準。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設備（DCE）之間串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術標準”。該標準規(guī)定，采用一個25個腳的DB25連接器，對連接器的每個引腳的信號內容加以規(guī)定，還對各種信號的電平加以規(guī)定。RS-232雖然被廣泛接受，但數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?、范圍、網絡化都存在局限性，因不同需求發(fā)展出如RS-422、RS-485等標準接口， RS-422和RS-485通過對數(shù)據(jù)信號和控制信號使用差

5、動電壓從而克服了這些限制，也正是這些改進使得各種串口設備被應用于非常廣泛的行業(yè)。目前，串口已經成為各公司很多產品的標準配置。在通信中，常用串行通信的方式實現(xiàn)下位機數(shù)據(jù)的采集和上位機對下位機的控制。由于串行通信是在一根傳輸線上一位一位地傳送信息，所以傳輸線少，適合遠距離傳輸。單片機之間的通信采用異步串行通信RS-232接口。在日常生活和工作中，住宅與部門的安全防范、單位的文件檔案、財務報表以及一些個人資料的保存通常多以加鎖的方式來保存。目前，最常用的鎖是20世紀50年代意大利人設計的機械鎖，其機構簡單、使用方便、價格便宜。但在使用中暴露了很多缺點：一是機械鎖是靠金屬制成的鑰匙上的不同齒形與鎖芯的

6、配合來工作的。據(jù)統(tǒng)計，每4000把鎖中就有兩把鎖的鑰匙齒牙相同或類似，故安全性低。根據(jù)國外的統(tǒng)計資料，裝有電子防盜裝置的商業(yè)區(qū)或居民區(qū)盜竊犯罪率平均下降30左右。二是鑰匙一旦丟失，無論誰撿到都可以將鎖打開。三是機械鎖的材料大多為黃銅，質地較軟，容易損壞。四是機械鎖鑰匙易于復制，不適于諸如賓館等公共場所使用。出于安全、方便等方面的需要，許多智能鎖(如指紋辨別、IC卡識別)已相繼問世，但這類產品的特點是針對特定指紋或有效卡，只能適用于保密要求高且僅供個別人使用的箱、柜、房間等。另外，卡片式的IC卡易丟失，加上其成本一般較高，在一定程度上限制了這類產品的普及和推廣。隨著人們生活水平的提高， 電子密碼

7、防盜鎖作為防盜衛(wèi)士的作用日趨重要。電子密碼防盜鎖用密碼代替鑰匙，不但省去了佩戴鑰匙的煩惱，也從根本上解決了普通門鎖保密性差的缺點。如果采用4位密碼，則密碼組合可達到l0000，每增加l位，密碼組合就增加l0倍；同時，在內部的單片機可以顯示密碼和設置新密碼。本設計是單片機之間的串行通信應用于電子密碼鎖，同時電子密碼鎖還具有語音提示的功能，方便了用戶的操作，可廣泛的應用于新型小區(qū)單元門、超市的存儲柜、智能取款機等。2 系統(tǒng)概述本設計由語音播放、單片機、鍵盤、數(shù)碼顯示和電源模塊等五部分組成，系統(tǒng)框圖如圖2-1所示。其中單片機部分的作用是控制語音播放、鍵盤和數(shù)碼顯示；語音播方部分用于播放相應提示音；鍵

8、盤用來輸入密碼；顯示部分用來顯示輸入的密碼；電源模塊則為整個電路提供電源。 數(shù)碼顯示單片機MCU鍵盤語音播放電源圖2-1 系統(tǒng)框圖3 方案選擇 由于電子密碼鎖的種類比較多，因此方案選擇在設計中是至關重要的。正確地選擇方案可以減小開發(fā)難度，縮短開發(fā)周期，降低成本，更快地將產品推向市場。3.1密碼鎖功能實現(xiàn)方法選擇3.1.1方案1基于一個51單片機的電子密碼鎖設計只用一個51單片機完成電子密碼鎖1的功能，包括輸入密碼的比較、顯示、設置新密碼。用44鍵盤組成09數(shù)字鍵以及確認、取消功能鍵，用6位7段數(shù)碼管組成顯示電路提示信息，其工作過程如下：l 加電后，顯示“888888”。l 輸入過程中，如果不小

9、心出現(xiàn)輸入錯誤，可按“取消”鍵清除屏幕，取消此次輸入，此時顯示“888888”。再次輸入需要輸入所有6位密碼。l 當密碼輸入完畢按下“確認”鍵時，單片機將輸入的密碼與設定的密碼比較，若密碼正確，則發(fā)光二極管亮1秒鐘（以此表示密碼鎖打開）。此種方法實現(xiàn)了簡單密碼鎖的基本功能，但其不能修改密碼，而且不適合遠距離傳輸，例如作為新型小區(qū)單元門就不宜采用此法，因為單元門離居民用戶家中距離較遠。3.1.2 方案2基于兩個單片機串行通信的電子密碼鎖電子號碼鎖在實際應用中應該有兩部分，一部分在外部，有鍵盤部分和密碼顯示；另一部分內部，設置密碼、顯示密碼。使用單片機自身帶有的串口可以很方便的實現(xiàn)單片機之間的通信

10、，使輸入的密碼值傳送到主機檢驗是否是正確的密碼。其工作過程如下：l 加電后，顯示“000000”。l 在外部鍵盤輸入密碼，數(shù)碼管顯示相應數(shù)字。l 輸入過程中，如果不小心出現(xiàn)輸入錯誤，可按“取消”鍵清除屏幕，取消此次輸入，此時顯示“000000”。再次輸入需要輸入所有6位密碼。l 當6為輸入密碼全部輸入完畢后，按“確認”鍵，內部、外部數(shù)碼管顯示同時清零。l 在內部數(shù)碼管顯示外部鍵盤輸入密碼，并與預設密碼比較，發(fā)出密碼正確與否的提示音，密碼正確的話，放光二極管點亮，表明密碼鎖打開。l 管理員可以使用內部鍵盤察看當前密碼、修改密碼、同時使用內部鍵盤也可以打開電子密碼鎖。也會有相應提示音提示操作。這種

11、方案，用戶可以在內部顯示當前密碼、設置新密碼、打開密碼鎖，在內部進行的操作有效地提高了密碼的可靠性。串口通信的使用延長了傳輸距離，并在操作時由相應提示信息，從而在實際生活中有很好的實用性。所以本設計采用此種方法。3.2語音芯片的選擇表3-1 普遍的語音芯片型號特征TE6310語音長度：10sec采樣頻率（KHz）：6.4放音觸發(fā)：放音觸發(fā)工作電壓（V）：4.55.5工作電流（mA）：30靜態(tài)電流（uA）：2TE6332語音長度：32sec采樣頻率（KHz）：46.4MIC前置：YES工作電壓（V）：2.73.3工作電流（mA）：10ISD1420語音長度：20sec采樣頻率（KHz）：6.4放

12、音觸發(fā)：邊緣/電平工作電壓（V）：4.55.5工作電流（mA）：30靜態(tài)電流（uA）：10ISD2540語音長度：40sec采樣頻率（KHz）：6.4放音觸發(fā)：電平工作電壓（V）：4.55.5工作電流（mA）：30靜態(tài)電流（uA）：2語音芯片2就是在人工或者控制器的控制下可以錄音和放音的芯片。目前市場上流行的語音芯片有很多，比較常見和使用較為普遍的語音芯片如表3-1所示。從性價比的角度考慮，美國的ISD公司的ISD系列語音芯片可謂一枝獨秀。ISD (Information storage device)系列語音芯片采用具有以下優(yōu)點3：l 采用模擬數(shù)據(jù)在半導體存儲器直接存儲的專利技術，即將模擬語

13、音數(shù)據(jù)直接寫入單個存儲單元，不需要經過A/D、D/A轉換。l 內部集成了大容量的EEPROM，不再需要擴展存儲器。l 控制簡單，控制引腳與TTL電平兼容。l 集成度高、方便使用。l 能較好地真實再現(xiàn)語音的自然效果，避免了一般固體語音電路因為量化和壓縮所造成的量化失真。它采用直接模擬存儲技術(DAST)，將原始的語音信號以模擬形式直接存人不揮發(fā)存儲器中，無須A/D和D/A轉換。這種突破性的EEPROM存儲方法同其它的數(shù)字存儲方式相比，不僅增加了存儲容量，而且提高了語音信號存儲與還原的保真度。該芯片內部集成了振蕩電路、前置放大器、自動增益控制、抗混疊濾波器、平滑濾波器、輸出放大器等物理部件，具有易

14、與微處理器接口、零功率存儲、方便的存儲與回放模式。ISD25XX系列語音芯片提供32-120s的錄放時間，根據(jù)該系統(tǒng)實際需要錄制內容的時間長度，選用了ISD2540語音芯片，其錄音時間長度為40秒。4系統(tǒng)硬件電路的設計按照系統(tǒng)設計功能的要求，初步確定設計系統(tǒng)由兩大部分組成，分為內外大部分。外部單片機部分可負責外部鍵盤號碼的采集和顯示，而內部單片機部分主要負責密碼的設置、顯示、判斷發(fā)送來的外部鍵盤輸入碼是否是密碼和語音播放功能的實現(xiàn)。兩大部分內部分別有鍵盤輸入電路、數(shù)碼顯示電路，此外為實現(xiàn)語音播放功能在主單片機部分還應有語音播放芯片電路。主控制芯片使用52系列AT89S52單片機，接口電平轉換芯

15、片選用Maxim公司的MAX232，語音芯片采用美國的ISD公司的ISD2540芯片4。顯示電路顯示電路內部單片機外部單片機鍵盤電路電平轉換電平轉換鍵盤電路語音播放 圖4-1 電子密碼鎖電路系統(tǒng)構成框圖4.1 系統(tǒng)核心部分閃電存儲型器件AT89S524.1.1 AT89S52主要性能 AT89S52具有下列主要性能5：l 8KB可改編程序Flash存儲器（可經受1000次的寫入/擦除周期）。 l 全靜態(tài)工作：0Hz24MHz。l 三級程序存儲器保密。l 1288字節(jié)內部RAM。l 32條可編程I/O線。l 2個16位定時器/計數(shù)器。l 6個中斷源。l 可編程串行通道。l 片內時鐘振蕩器。4.1

16、.2 AT89S52的引腳及功能AT89S52單片機的管腳說明如圖4-2所示。圖4-2 AT89S52的管腳(1) 主要電源引腳VCC 電源端GND 接地端(2) 外接晶體引腳XTAL1和XTAL2XTAL1 接外部晶體的一個引腳。在單片機內部，它是構成片內振蕩器的反相放大器的輸入端。當采用外部振蕩器時，該引腳接收振蕩器的信號，既把此信號直接接到內部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2 接外部晶體的另一個引腳。在單片機內部，它是上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時，此引腳應懸浮不連接。(3) 控制或與其它電源復用引腳RST、ALE/PROG、/PSEN和/EA/VPP RST 復位輸入端

17、。 當振蕩器運行時，在該引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使單片機復位。 ALE/PROG 當訪問外部存儲器時，ALE（地址鎖存允許）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE端仍以不變的頻率（此頻率為振蕩器頻率的1/6）周期性地出現(xiàn)正脈沖信號。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。然而要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。在對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（/PROG）6。 /PSEN 程序存儲允許（/PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。當AT89S52/LV52由外部程序存儲器取指令（或常數(shù)）時，每個機器周期兩次/PS

18、EN有效（既輸出2個脈沖）。但在此期間內，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP 外部訪問允許端。要使CPU只訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH），則/EA端必須保持低電平（接到GND端）。當/EA端保持高電平（接VSS端）時，CPU則執(zhí)行內部程序存儲器中的程序。(4) 輸入/輸出引腳 P0.0 P0.7、P1.0P1.7、P2.0 P2.7 和P3.0P3.7 P0端口（P0.0 P0.7） P0是一個8位漏極開路型雙向I/O端口。作為輸出口用時，每位能以吸收電流的方式驅動8個TTL輸入，對端口寫1時，又可作高阻抗輸入端用。P1端口（P1.0

19、 P1.7） P1是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P1的輸出緩沖器可驅動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫1時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。作輸入口時，因為有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。 P2端口 （P2.0P2.7） P2是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可驅動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫1時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P2作輸入口使用時，因為有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。P3端口（P3.0P3.7） P3口管腳是8

20、個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，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，這是由于上拉的緣故。4.1.3 信號引腳的第二功能由于工藝及標準化等原因，芯片的引腳數(shù)目是有限制的，例如MCS-51系列單片機芯片引腳的數(shù)目是40條，但單片機為實現(xiàn)其功能所需要的信號數(shù)目卻遠遠超過此數(shù)，因此就出現(xiàn)了供需問題。 解決這一問題唯一可行的辦法是“復用”，即給一些信號引腳賦予雙重功能。如果我們把前述的信號定義為引腳第一功能的話，則根據(jù)需要再定義的信號就是它的第二功能。第二功能信號定義主要集中在P3口線中，另外再加上幾個其

21、它信號線。(1)EPROM 存儲器程序固化所需要的信號P3口也可作為AT89S52的一些特殊功能，這些特殊功能見表4-17。有內部EPROM的單片機芯片（例如87C51），為寫入程序需提供專門的編程脈沖和編程電源，它們也是由信號引腳以第二功能的形式提供的，即：編程脈沖： 30腳（ALE/PROG）編程電壓（25V）：31腳（/EA/VPP）表4-1 P3端口的特殊功能 端口引腳 兼 用 功 能 P3.0RXD （串行輸入口） P3.1TXD （串行輸出口） P3.2/INT0 （外部中斷0） P3.3/INT1 （外部中斷1） P3.4T0 （ 定時器0的外部輸入） P3.5T1 （定時器1的

22、外部輸入） P3.6/WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） P3.7/RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）(2) 備用電源引入MCS-51單片機的備用電源也是以信號引腳第二功能的方式由9腳（RST/VPD）引入的。當電源發(fā)生故障，電壓降低到下限值時，備用電源經此端向內部RAM提供電壓，以保護內部RAM中的信息不丟失。4.2 串口通信通信主要有兩種方式：并行通信和串行通信。并行通信是在傳送數(shù)據(jù)過程中每個字節(jié)的各位同時進行傳送的通信方式，而串行通信8是指每個字節(jié)的各位分別進行傳送的通信方式。4.2.1 串口通信方式AT89S52串行口可設置四種工作方式8，可有8位、10位和11位幀格式。本系統(tǒng)中，AT89S5

23、2采用串行口工作于方式1，即每幀10位的異步通信格式：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位（低位在前），1位停止位。當SM0=0，SM1=1時，串行口選擇方式1。其幀格式為： 停止起始D6D7D0D1D2D3D4D5 圖4-3 幀格式圖4.2.2 串行通信控制寄存器(1) 串行控制寄存器(SCON) SCON的地址為98H，用于選擇串行口的工作方式和指示串行口的工作狀態(tài)。各位含義如下： SM0、SM1：串行口工作方式選擇位。 SM2：多機通信選擇位。 REN：串行口允許接收位。1時允許接收，0時禁止接收。 TI： 串行口發(fā)送中斷標志位。在方式1中，于發(fā)送停止位之前，由硬件置位。因此TI=1，表示幀發(fā)送結束。

24、 RI： 串行口接收中斷標志位。在方式1中，當接收到停止位時，該位由硬件置位。RI=1，表示幀接收結束。(2) 串行數(shù)據(jù)緩沖器(SBUF)串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF的地址為99 H，用來存放需發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)，它由兩個獨立的寄存器組成，一個是發(fā)送緩沖器，另一個是接收緩沖器，它們占用同一地址（99H）。當執(zhí)行寫SBUF指令時，數(shù)據(jù)寫入到串行口發(fā)送緩沖器中，讀SBUF就是讀串行口接收緩沖器。(3) 電源控制寄存器(PCON)PCON的地址為87H，該寄存器的最高位（SMOD）是串行口波特率的倍增位，當SMOD=1時，串行口波特率加倍。系統(tǒng)復位時，SMOD=0。(4) 中斷允許寄存器（IE）在IE中，E

25、S位為串行中斷允許控制位。ES=0時禁止串行中斷，ES=1時允許串行中斷。4.2.3 數(shù)據(jù)發(fā)送與接收(1) 數(shù)據(jù)發(fā)送在不發(fā)送數(shù)據(jù)時，TXD端保持高電平。當執(zhí)行寫SBUF的指令時，便啟動一次發(fā)送過程；發(fā)送數(shù)據(jù)時，先發(fā)送一個起始位，該位通知接收端開始接收，也使發(fā)送和接收過程同步。接下來發(fā)送8位數(shù)據(jù)，先發(fā)送低位，最后發(fā)送的是高電平的停止位。(2) 數(shù)據(jù)接收 REN=1，CPU允許串行口接收數(shù)據(jù)，接收數(shù)據(jù)開始于檢測到RXD（P3.0）端發(fā)生一個“1”到“0”的跳變。先接收起始位，然后依次將采樣RXD端并將數(shù)據(jù)移入移位寄存器中。若滿足條件RI=0且SM2=0或接收到停止位，則將前8位數(shù)據(jù)送入SBUF并置

26、位RI；如果上述條件不滿足，則數(shù)據(jù)丟失。(3) 波特率的設定9串口方式1的波特率是可變的，由定時器T1的溢出率決定：（4.1） 其中，SMOD為PCON寄存器最高位的值。溢出率為溢出周期的倒數(shù)，假定計數(shù)初值為X，則計數(shù)溢出周期為（4.2） 其中，fosc為晶振頻率。則波特率計算公式為：（4.3） 由波特率算出計數(shù)初值，以便進行定時器的初始化。初值X確定如下： （4.4） 4.3語音電路4.3.1語言芯片ISD2540美國ISD公司的2500系列芯片，常見的按錄放時間40秒、60秒和120秒分成ISD2540、2560和25120多個品種，該系列產品的電路原理圖和控制結構完全相同。ISD2500

27、系列和1400系列語音電路一樣，具有抗斷電、音質好，使用方便，無需專用的語音開發(fā)系統(tǒng)等相同優(yōu)點。它的最大特點在于片內E2PROM容量為240K(1400系列為128K)，所以錄放時間長；有9個地址輸入端(1400系列僅為8個)，尋址能力可達512位；最多能分320段；設有OVF（溢出）端，便于多個器件級聯(lián)。采用直接模擬存儲技術(DAST)，將原始的語音信號以模擬形式直接存入半導體存儲器中，無須AD和DA轉換。這種突破性的EEPROM存儲方法同其它的數(shù)字存儲方式相比，不僅增加了存儲容量，而且提高了語音信號存儲與還原的保真度。該芯片內部集成了振蕩電路、前置放大器、自動增益控制、抗混疊濾波器、平滑濾

28、波器、輸出放大器等物理部件，具有易與微處理器接口、零功率存儲、方便的存儲與回放模式。(1)DIP封裝圖引線端名稱 功能1-7 A0/M0A6/M6 地址8-10 A7A9 地址11 AUX IN 輔助輸入12,13 VSSD、VSSA 數(shù)字和模擬地14,15 SP+、SP- 揚聲器輸出16,28 VCCA 、VCCD 模擬、數(shù)字信號電源正極17,18 MIC、MIC REF 麥克風輸入和輸入參考端 19 AGC 自動增益控制20,21 ANA IN、OUT 模擬信號輸入和輸出22 /OVF 溢出23 /CE 片選(低電平允許芯片工作) 24 PD 芯片低功耗狀態(tài)控制25 /EOM 錄放音結束信

29、號輸出26 XCLK 外部時鐘27 /P / R 錄/放控制選擇圖4-4 ISD2540DIP封裝圖(2)各引線端功能10表4-2 各引線端功能l 地址線：A0A6、A8、A9。共有512種組合狀態(tài)。最前面的320個狀態(tài)作為內部存儲器的尋址作用，最后192個狀態(tài)作為操作模式。l 電源：VCCA、VCCD。芯片內部的模擬和數(shù)字使用不同的電源總線。模擬和數(shù)字電源最好分別走線。l 地線：VSSA、VSSD。芯片內部的模擬和數(shù)字也使用不同的地線。l 節(jié)電控制：PD。本段拉高使芯片停止工作，進入不耗電的節(jié)電狀態(tài)，芯片發(fā)生溢出，即/OVF端輸出低電平后，要將本端短暫變高復位芯片，才能使之再次工作。l 片選

30、：CE。本端變低后，而且PD為低時，允許進行錄放操作。芯片在本端的下降沿鎖存地址線和P/-R端的狀態(tài)。l 錄放模式：P/-R。本端狀態(tài)在/CE的下降沿鎖存。高電平選擇放音，低電平選擇錄音。l 信息結尾標志：EOM。EOM標志在錄音時由芯片自動插入到該信息的結尾。放音遇到EOM時，本端輸出低電平脈沖。芯片內部會檢測到電源電壓以維護信息的完整性，當電壓低于3.5V時，本端變低，芯片只能放音。l 溢出標志：OVF。芯片處于存儲空間末尾時，本端輸出低電平脈沖表示溢出，之后本端狀態(tài)跟隨CE端的狀態(tài)，直到PD端變高。l 麥克輸入：MIC。本端連至片內前置放大器。片內自動增益控制電路（AGC）將置增益控制在

31、-15dB至24dB。l 麥克參考：MIC REF。本端是前置放大器的反向輸入。當以差分形式連接話筒時，可減少噪聲，提高共模抑制比。l 自動增益控制：AGC。AGC動態(tài)調整前置增益以補償話筒輸入電平的寬幅變化，使得錄制變化很大的音量（從耳語到喧囂聲）時失真都能保持最小。l 模擬輸出：ANA OUT。前置放大器的輸出，前置電壓增益取決于AGC端電平。l 模擬輸入：ANA IN。本端為芯片錄音信號輸出。對話筒輸入來說ANA OUT端應通過外接電容連至本端。l 喇叭輸出：SP+、SP-。對輸出端級驅動16以上的喇叭。單端使用時必須在輸出端和喇叭之間接耦合電容，而雙端輸出既不用電容又不能將功率提高至4

32、倍。錄音和節(jié)電模式下，他們保持為低電平。l 輔助輸入：AUX IN。當/CE和P/-R為高，放音不進行，或處于放音溢出狀態(tài)時，本端的輸入信號過內部功放驅動喇叭輸出端。當多個2500芯片級聯(lián)時，后綴的喇叭輸出通過本端連接到本機的輸出放大器。l 外部時鐘：XCLK。本端內部有下拉元件，不用時應接地。芯片內部的采樣時鐘在出廠前以調節(jié)器校，誤差低于1%。l 地址/模式輸入：AX/MX。地址端有個作用，取決于最高兩位的狀態(tài)。當最高兩位中有一個為0 時，所有輸入均解釋為地址位，作為當前錄入操作的起始地址，地址端只作輸入，不輸出操作過程中的內部地址信息。4.3.2 ISD2540典型應用ISD254011工

33、作在錄音狀態(tài)時麥克風采集到的小信號從MIC進入，經前置放大后從ANA OUT(模擬量輸出)輸出，經過隔直電容后送入ANA IN(模擬量輸入)。這種輸入配置方式可以方便用戶自行設計性能更加優(yōu)良的前置放大器代替芯片內部已有的功能部件，另外ANA IN可作為線輸入口(Line In)，直接輸入電聲信號。進入ANA IN的信號經過放大器、自動增益控制(AGC)以及低通濾波器，將被調整到存儲電路動態(tài)范圍的最佳電平，最終將通過模擬收發(fā)器寫入EEPROM 中。在ISD2540的放音模式下，錄入的模擬電壓在采樣時鐘的控制下，順序的從模擬存儲陣列讀出，并經輸出通道上的平滑濾波器去掉采樣頻率分量后恢復出原始波形，

34、送入多路器，以便與外界其他信號混合，而后送入功率放大器，并由SP+、SP-端輸出，進而可直接驅動揚聲器。圖4-5 ISD2540內部原理框圖(1)按鍵單段錄放模式 ISD2500系列的按鍵單段錄放電路非常簡單,見圖4-6，單段使用時全部地址線接地，錄音時置P/R端（S3）為低，按住不放CE端的片選鍵（S1），即開始錄音，松鍵時或芯片錄滿時自動停止。放音時置P/R端（S3）為高，按一下CE端的片選鍵（S1），即開始放音，按一下PD端的節(jié)電鍵（S2）或放音結束時自動停止。圖4-6 ISD2540單段錄放模式原理圖(2)按鍵多段錄放模式 圖4-7 ISD2540按鍵多段錄放模式原理圖 如上圖4-7所

35、示，將地址端中的A6、A8、A9接高電平，其余地址線接低電平，即可實現(xiàn)多段的連續(xù)順序錄放。錄音時置P/R端（S3）為低，按一下CE端的啟動/暫停鍵（S1），即開始錄音第一段，再按一下CE端的啟動/暫停鍵（S1）即停止，一段錄音結束。反復按CE端的按鍵可以接著錄后面的段，直到芯片錄滿，或按一下PD端的復位鍵（S2）系統(tǒng)復位。放音時置P/R端（S3）為高，按一下CE端的啟動/暫停鍵（S1），即開始放音第一段，段結束或中途按一下CE端S1鍵（S2）即放音停止；再按CE端的S1鍵又放音第二段，如此播放。(3)和單片機配合使用模式 單片機的P1口、P3.4和 P3.5分別與ISD2560的地址線相連，用

36、以設置語音段的起始地址。P3.0P3.3用以控制錄放音狀態(tài)。P3.7連接一按鍵，供錄音時使用，如圖4-8所示。圖4-8 ISD2540和單片機配合使用模式4.3.3工作模式 當最高位地址(MSB)A8、A9都為高電平時，地址端就作為工作模式選擇端 （高電平有效）使用工作模式應注意以下兩點：所有工作模式下的操作都 是從0地址開始，以后的操作根據(jù)模式的不同，而從相應的地址開始工作。當電路中錄音轉放音或進入省電狀態(tài)時，地址計數(shù)器復位為0。工作模式位不加鎖定，可以在MSB地址位為高電平時，CE電平變低的任何時間執(zhí)行工作模式操 作。如果下一片選周期MSB地址位中有一個(或兩個)變?yōu)榈碗娖?，則執(zhí)行信息地址

37、，即從該地址錄音或放音，原來設定的工作模式狀態(tài)丟失。表4-3 工作模式功能模式控制 功能 典型應用A0/M0 信息檢索 快速檢索信息A1/M1 刪除EOM標志 在全部語音錄放結束時，給出EOM標志A2/M2 未用 當工作模式 操作時，此端應接低電平A3/M3 循環(huán)放音 從0地址開始連續(xù)重復放音A4/M4 連續(xù)尋址 可錄放連續(xù)的多段信息A5/M5 CE電平觸發(fā) 允許信號中止A6/M6 按鈕控制 簡化器件接口4.3.4分段錄放音表4-4 地址空間分配十進制 二進制 信息時間(秒)A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0 2560257525900 00 0 00 0 00 0 0 0 0 050

38、0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 5.0 6.25 7.50100 0 00 1 1 0 0 10 0 10.0 12.50 15.00250 0 01 1 1 1 1 0 1 0 25.0 31.25 37.50300010 0 1 0 1 1 0 0 30.0 37.50 45.00400 0 1 10 0 1 0 0 0 0 40.0 50.00 60.00500 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 50.0 62.50 75.00599 10 0 1 0 1 0 1 1 1 59.9 74.8789.85 2540最多可分為320段，只要在分段錄/放音操作前(不少于300納秒

39、)，給地址A0A9賦值，操作就從該地址開始。2500系列地址空間是這樣分配的：地址0599作為分段用(見上表4-4)。4.3.5語音控制電路錄音時，按下錄音鍵，單片機通過口線設置語音段的起始地址，再使PD端、P/R端和/CE端為低電平啟動錄音；結束時，松開按鍵，單片機又讓/CE端回到高電平，即完成一段語音的錄制。同樣的方法可錄取第二段、第三段、 。特別值得注意的是，錄音時間不能超過預先設定的每段語音的時間。圖4-9 ISD2540語音電路 放音時，根據(jù)需播放的語音內容，找到相應的語音段起始地址，并通過口線送出。再將P/R端設為高電平，PD端設為低電平，并讓/CE端產生一負脈沖啟動放音，這時單片

40、機只需等待ISD2540的信息結束信號，即/EOM的產生。信號為一負脈沖，在負脈沖的上升沿，該段語音才播放結束，所以單片機必須要檢測到/EOM的上升沿才能播放第二段，否則播放的語音就不連續(xù)，而且會產生啪啪聲，這一點在編制軟件時一定要注意。 在本設計中，預先用單片機控制語音芯片分別錄制好要播放的提示信息，給每段提示信息設置固定的錄音時間，這樣有利于在分段播放時調用該段語音的首地址，實現(xiàn)在一定的操作結束后會發(fā)出相應的語音提示。4.4電平轉換電路4.4.1電平轉換芯片如果兩個51系列單片機系統(tǒng)之間距離很短，可以通過將它們的自帶串口直接連接的方法實現(xiàn)雙機通信。但若通信距離較遠，就可使用RS-232C接

41、口延長通信距離。RS-232C標準是美國EIA與BELL等公司一起開發(fā)的，1969年公布的通信協(xié)議。由于RS-232C標準規(guī)定的邏輯電平與TTL等數(shù)字電路的邏輯電平不兼容，因此二者之間進行相互連接時必須先進行串口電平的轉換，即必須將單片機的TTL電平和RS-232C標準電平進行轉換。能夠實現(xiàn)RS-232C電平轉換的專用芯片有很多種，如MC1488、SN75150芯片可完成TTL到EIA電平的轉換，而MC1489、SN75154可實現(xiàn)EIA到TTL電平的轉換。常用的是Maxim公司的MAX232集成芯片，它能完成TTL和RS-232C的雙向轉換。4.4.2 MAX232芯片(1)MAX232的電

42、路原理圖12如圖4-10所示， 圖4-10 MAX232的電路原理圖 圖4-11 MAX232的引腳圖(2)MAX232的引腳圖如圖4-11所示，MAX232的引腳主要分為5個部分：l 外接電容：有5個外接電容，進行電壓匹配和電源去藕。l TTL的輸入：兩路TTL電平的輸入引腳11和10引腳，連接單片機的TXD的輸出端口。l TTL的輸出：兩路TTL 電平的輸出引腳12和9引腳，連接單片機的RXD輸出端口。l RS-232的輸入：兩路RS-232電平的輸入引腳13和8引腳，連接RS-232的TXD的輸出端口。l RS-232的輸出：兩路RS-232電平的輸出引腳13和8引腳，連接RS-232的

43、RXD的輸出端口。4.4.3連接電路圖 圖4-12 MAX232的電路連接圖4.5鍵盤電路4.5.1 單片機鍵盤和鍵盤接口概述單片機使用的鍵盤可分為獨立式和矩陣式兩種。獨立式實際上就是一組相互獨立的按鍵，這些按鍵可直接與單片機的I/O接口連接，其方法是每個按鍵獨占一條口線，接口簡單13。矩陣式鍵盤也稱行列式鍵盤，因為鍵的數(shù)目較多，所以鍵按行列組成矩陣（如圖4-13所示）。按一個鍵到鍵的功能被執(zhí)行主要應包括兩項工作：一是鍵的識別，即在鍵盤中找出被按的是哪個鍵，另一項是鍵功能的實現(xiàn)。第一項工作是使用接口電路實現(xiàn)的，而第二項工作則是通過執(zhí)行中斷服務程序來完成。下面來介紹鍵盤接口問題14。圖4-13

44、鍵盤接口電路圖具體來說，鍵盤接口應完成以下操作功能：l 鍵盤掃描，以判定是否有鍵被按下（稱之為“閉合鍵”）。l 鍵識別，以確定閉合鍵的行列位置。l 產生閉合鍵的鍵碼。l 排除多鍵、串鍵（復按）及去抖動。這些內容通常是以軟硬件結合的方式來完成的，即在軟件的配合下由接口電路來完成。但具體那些由硬件完成由軟件完成，要看接口電路的情況?？偟脑瓌t是，硬件復雜軟件就簡單，硬件簡單軟件就得復雜一些?？梢詾镸CS-51單片機實現(xiàn)鍵盤接口的方法和接口芯片有：l 使用單片機芯片本身的并/串行口l 使用通用接口芯片（例如8255、8155等）/專用接口芯片82794.5.2 單片機鍵盤接口和鍵功能的實現(xiàn)(1) 鍵盤

45、接口處理內容 鍵掃描鍵盤上的鍵按行列組成矩陣，在行列的交點上都對應有一個鍵。為判定有無鍵被按下（閉合鍵）以及被按鍵的位置，可使用兩種方法：掃描法和翻轉法，其中以掃描法使用較為普遍。因此下面以掃描法為例，說明查找閉合鍵的方法?，F(xiàn)以圖4-14所示的4行4列鍵盤為例，對鍵掃描進行說明。輸入口11110 1 1 1+5V輸出口(a)(b)輸入口輸出口11111 0 1 1+5V11011 1 0 1輸出口輸入口+5V(c)圖4-14 鍵掃描法示意圖首先是判定有沒有鍵被按下。如圖4-14所示，鍵盤的行線一端經電阻接+5V電源,另一端接單片機的輸入口線。各列線的一端接單片機的輸出口線，另一端懸空。為判定有

46、沒有鍵被按下，可先經輸出口向所有列線輸出低電平，然后再輸入各行線狀態(tài)。若行線狀態(tài)中有低電平，則表示有鍵被按下。然后再判定被按鍵的位置。因為在鍵盤矩陣中有鍵按下時，被按鍵處的行線和列線被接通，使穿過閉合鍵的那條行線變?yōu)榈碗娖?。假定圖4-13中A鍵被按下，則判定鍵位置的掃描15是這樣進行的：先使輸出口輸出0EH，然后輸入行線狀態(tài)，測試行線狀態(tài)中是否有低電平（圖4-14（a）。如果沒有低電平，再使輸出口輸出0DH，再測試行線狀態(tài)（圖4-14（b）。到輸出口輸出0BH時，行線中有狀態(tài)為低電平者，則閉合鍵找到（圖4-14（c），通過此次掃描的行線值和列線值就可以知道閉合鍵的位置。至此行掃描似乎可以結束，

47、但實際上掃描往往要繼續(xù)進行下去，以發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的多鍵同時被按下。 去抖動鍵按下前沿抖動后沿抖動 圖4-15 鍵閉合和斷開時的電壓抖動當掃描表明有鍵被按下之后，緊接著應進行去抖動處理。因為常用鍵盤的鍵實際上就是一個機械開關結構，被按下時，由于機械接觸點的彈性及電壓突跳等原因，在觸點閉合或斷開的瞬間會出現(xiàn)電壓抖動，如圖4-15所示。抖動時間長短與鍵的機械特性有關，一般為510ms。而鍵的穩(wěn)定的閉合時間和操作者按鍵動作有關，大約為十分之幾到幾秒不等。 鍵碼計算被按鍵確定下來之后，接下來的工作是計算閉合鍵的鍵碼，因為有了鍵碼，才能通過散轉指令把程序執(zhí)行轉到閉合鍵所對應的中斷服務程序上去。也可以直接使用

48、該閉合鍵的行列值組合產生鍵碼，但這樣做會使各子程序的入口地址比較散亂，給JMP指令的使用帶來不便。所以通常都是以鍵的排列順序安排鍵號，例如，圖4-16所示的鍵號是按從左到右從上到下的順序編排的。這樣安排，使鍵碼既可以根據(jù)行號列號以查表求得，也可以通過計算得到。按圖4-16所示的鍵碼編排規(guī)律，各行的首號依次是00H，04H，08H，0CH，如列號按03順序，則鍵碼的計算公式為： 鍵碼=行首號+列號00H01H02H03H04H05H06H07H08H09H0AH0BH0CH0DH0EH0FH圖4-16 鍵號排列 等待鍵釋放計算鍵碼之后，再以延時后進行掃描的方法等待鍵釋放。等待鍵釋放是為了保證鍵的

49、一次閉合僅進行一次處理。綜上所述，鍵盤接口處理的核心內容是測試有無閉合鍵，對閉合鍵進行去抖動處理，求得閉合鍵的鍵碼。這些操作內容通常都是有軟硬件相結合的方法實現(xiàn)，但如果使用像8279這樣的專用接口芯片，可以大大簡化軟件。為了使鍵盤操作更穩(wěn)定可靠，還可以加一些附加功能，例如屏蔽功能：在對一個閉合鍵已進行處理時，再按下其它鍵不會產生影響；對于一個鍵，不管按下多長時間，僅執(zhí)行一次鍵處理子程序等。(2)鍵盤接口的控制方式在單片機的運行過程中，何時執(zhí)行鍵盤掃描和處理，可有以下3種情況： 隨機方式，每當CPU空閑時執(zhí)行鍵盤掃描程序。 中斷方式，每當有鍵閉合時才向CPU發(fā)出中斷請求，中斷響應后執(zhí)行鍵盤掃描程

50、序。 定時方式，每隔一定時間執(zhí)行一次鍵盤掃描程序，定時可由單片機定時器完成。(3)鍵處理子程序在計算機中每一個鍵都對應一個處理子程序，得到閉合鍵的鍵碼后，就可以根據(jù)鍵碼，轉相應的鍵處理子程序（分支是使用JMP等散轉指令實現(xiàn)的），進行字符、數(shù)據(jù)的輸入或命令的處理。這樣就可以實現(xiàn)該鍵所設定的功能。5 系統(tǒng)程序的設計5.1外部單片機發(fā)送密碼程序的設計首先，進行整個程序的初始化及清屏。當有按鍵按下時，程序判斷是哪個鍵被按下，然后執(zhí)行相應的按鍵功能，并調用顯示程序，顯示所輸入的密碼；當沒有鍵按下時，返回鍵盤掃描，再判斷是否有鍵被按下。如圖5-1所示。初始化清屏調用顯示鍵盤掃描N鍵被按下？Y 根據(jù)不同按鍵 進行相應處理是“清除”？YNN是“確認”？Y串