XX学院
毕业论文（设计）题目基于单片机的公交车自动报站器的设计
院系信息工程
专业电子信息工程
学生姓名
学号
指导教师
职称
二Ｏ一二年六月三日
目录
1.绪论 (1)
1.1 课题研究的背景及意义 (1)
1.2 报站器的动态发展趋势 (2)
1.3 设计的主要目标任务 (2)
2.总体方案的设计 (2)
2.1 本设计的原理 (2)
2.2 硬件方案的选择 (2)
2.2.1 语音芯片的选泽 (3)
2.2.2 显示模块的选择 (3)
2.2.3 时钟芯片的选泽 (3)
3.硬件制方案的介绍与分析 (3)
3.1 单片机的选择与外围电路的设计 (3)
3.1.1关于STC89C51单片机 (4)
3.1.2复位电路 (9)
3.1.3 外部晶振的选用 (9)
3.2 语音提示电路 (10)
3.2.1 ISD1730的简介 (10)
3.2.2 ISD1730内部结构 (12)
3.2.3 ISD1730与单片机的连接图 (14)
3.3 时钟模块 (14)
3.3.1 DS1302的简介 (15)
3.3.2 内外部结构 (15)
3.3.3 工作原理及原理图 (16)
3.4 液晶显示电路 (17)
3.4.1 LCD1602的简介 (17)
3.4.2 LCD1602与单片机的接线图 (21)
3.5 键盘接口 (22)
3.5.1 按键电路的选择 (22)
3.5.2判键及其接口电路设计 (22)
4.系统软件的设计 (23)
4.1 主流程图的设计 (23)
4.2 液晶显示程序的设计 (24)
4.3 DS1302时钟程序的设计 (25)
4.4 语音播报程序的设计 (26)
5.结论 (26)
6.致谢 (27)
参考文献 (27)
附录 ............................................................................................. 错误！未定义书签。
基于单片机的公交车自动报站器的设计
摘要：根据STC89C51单片机的特点和公交车报站器的特点，本文提供了一种用单片机控制语音芯片和显示芯片进行公交车语音和显示自动报站的方法，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。本文介绍硬件电路设计和程序编写两部分。利用STC89C51和ISD4002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LCD1602型号的液晶模块进行到站显示。当公交车到达某站点，用键盘控制本系统工作，通过语音电路播报语音信息和提示，同时站名信息在LCD1602液晶模块上进行显示。整个系统硬件设计包括单片机最小系统、独立按键、复位电路、电源模块、液晶显示电路、语音播报模块、时钟模块。
关键词：单片机STC89C51；LCD1602液晶显示；ISD4002语音电路；DS1302时钟；按键
1.绪论
随着科学技术的日益发展和进步, 无人售票的公交车的应用电路也多起来了，语音报站器更是被广泛的使用起来，这在相当大的程度上免除了乘务人员沿途报站的麻烦，给许多不熟悉公交线路的乘客带来了方便。
1.1 课题研究的背景及意义
公共汽车是现代文明城市的一道流动的风景线，因此对整车的硬性条件和人性服务都有了较高的要求。为了使免除乘务人员的麻烦也使乘客方便清楚的知道所到的站名以及实时时间，公共汽车配备的一些列的电子装置，其中最为普遍就是无人报站器、电子显示路牌、无人售票装置、前后电视监视系统等新技术的采用。公交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，让进站、出站信息自动播报站名及提示用语，为民众提供更人性化，更完善的服务。
公交车自动报站器在公交事业中具有非常重要的地位，它将直接影响到公共汽车的服务质量。目前，各个城市的公交车自动报站的方式主要有三种，其中一种是利用无线发送及接收芯片PT2262/和PT2272的公交车报站系统，在公交站的每个站牌处安装发射芯片PT2262用来发射该站点事先编好的编码信号，当公交车到达一定范围内时，其公交车上的接收芯片PT2272将对信号进行接收与解码，然后再将解码后的信息通过液晶显示模块显示，而语音芯片将同时进行播报。另一种是功能很强大且系统非常稳定的GPS卫星定位报站系统，但由于这种方式的投资很昂贵，尤其是对于一些中小城市来说是无法承受的，国内虽也有此类产品的研制开发，但就目前的情况来看其投入的不是很广，但是在一些发达国家的部分城市已经投入使用GPS卫星定位系统。第三种是手动电子报站方式，此方式价格低廉，操作简单，满足中小型城市的需求，成为中小城市公交车首选的语音报站与显示方式。
1.2 报站器的动态发展趋势
当今社会，公交车是大多数城市居民出行的重要工具之一，但就公交车目前的报站系统来看很难满足大家的要求。现在公交车使用普遍的还是人工按键报站系统。
目前我国的大部分城市公交自动报站的方式主要有三种：
（1）人工进行报站：一般是由当地的乘务人员用方言来进行报站，这样会给外地乘客带来很大的不便，但这种方式已经被淘汰。
（2）半自动报站：这种报站方式是现在运用普遍的，这种报站系统需要驾驶员来控制，由于驾驶员的熟路，避免了报错站情况的出现。
（3）自动报站系：此报站方式已智能化，即无需驾驶员得参与，系统将自动识别站点，虽然比较准确，但也容易出现问题且价格昂贵，所以这种方式运用的不是很普遍。
虽然国能外都在研究公交自动报站系统，但采用的技术手段不一样，如：采用GPS 定位系统自动报站等等。这些开发成本较高，且难以实现普及，特别是一些中小城市难以负担，故开发一种综合性强的、且价格较低、易于实现普及的系统是公交事业迫切需要的。
1.3 设计的主要目标任务
本课题要求设计公交车自动报站系统，以实现公交车的语音自动报站，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LCD 液晶电路进行汉字显示。本设计要求利STC89C51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。
2.总体方案的设计
2.1 本设计的原理
本系统使用八位单片机作为控制器件。当系统进行语音再生时，单片机控制电路中的语音芯片来读取其外接的存储器内部的语音信息，并合成语音信号，再通过语音输出电路，进行语音报站和提示。同时，
图2.1 系统组成结构
单片机通过程序读取文字信息，送入液晶显示模块来进行站名的显示。当公交车到达某站时，司机或 乘务人员通过键盘来控制系统进行工作。当系统进行语音录制时，语音信号通过语音录入电路送给语音合 成电路中的语音芯片，LCD 显示信息由程序写入，从而建立语音库。本设计的硬件系统框架如图2.1所示。
单片机 STC89C51
晶振 复位
语音播报电路 文字显示电路 独立按键
DS1302时钟
2.2 硬件方案的选择
2.2.1 语音芯片的选泽
方案一：基于ISD2560语音芯片的录放电路设计
ISD2560系列语音芯片可通过SPI协议方便地与CPU接口。用ISD2560芯片构成的单片机通用开发板采用国内最常用的MCS-51语言单片机89C51来与ISD2560系列语音芯片相结合，可供用户开发各种新型智能型数码语音产品。
方案二；基于ISD4002语音芯片的录放电路
ISD1730是华邦公司新推出ISD1700 系列芯片的单片优质语音录放电路，该芯片能提供多项新功能，包括内置专利的多信息管理系统，新信息提示,双运作模式（独立&嵌入式），以及可定制的信息操作指示音效。芯片内部包含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器与内存等的全方位整合系统功能【2】。
通过分析比较，本次设计采用ISD1730语音芯片设计录放电路，其相对于ISD2560语音芯片来讲功能更强大，由按键直接控制语音的录放等，电路工作稳定、可靠性高，完全达到了设计要求，具有非常好的实用性。
2.2.2 显示模块的选择
方案一：采用LCD点阵显示，用来显示文字、图形、图像、等各种信息的显示屏幕。它均由LCD矩阵块组成。图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形，该方案简单易行。但所需的元件较多，且不容易进行操作，可读性差，一旦设定后，很难再加入其他的功能。
方案二：采用液晶（LCD1602）显示器件，该液晶显示器件与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该器件的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。而且此液晶显示平稳、省电、美观，更容易实现题目要求，对后续的功能兼容性高，。只需将软件作修改即可，可操作性强，也易于读数，能同时显示日期、时间、星期且易于修改。
综上分析，我们采用了第二个方案。
2.2.3 时钟芯片的选泽
方案一：采用软件实现，直接用单片机的定时器编程实现，优点节省硬件，但编程复杂且程序运行的每一步都需要时间，多一步或少一步程序都会影响记时的准确度，准确度较差。
方案二：采用专用的时钟芯片实现时钟的记时，专用时钟芯片记时准确，容易控制，能够从芯片直接读出日期、时间、星期，更符合题目要求。
综上分析，我们采用了第二个方案，时钟芯片选择常用的DS1302。
3.控制方案的介绍与分析
3.1 单片机的选择与外围电路的设计
单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）简称单片机，它是微型计算机的一个重要的分支，
它是把微型计算机的各个功能部件，即中央处理器（CPU）、随机存储器RAM、只读存储器ROM、定时/计数器及I/O接口电路等集成在一块芯片上，构成一个完整的微型计算机。单片机的出现是计算机技术发展史上的一个重要里程碑，它使计算机从海量数值计算用途发展到智能化控制用途。从此，计算机技术在两个重要的领域--通用计算机领域和嵌入式（Embedded）计算机领域都获得了极其重要的进展【12-13】。
3.1.1关于STC89C51单片机
MCS-51系列单片机是美国Intel公司在1980年继MCS--48系列8位单片机之后推出的高档8位单片机，此单片机凭其稳定的性能、高性价比以及良好的兼容，在各个领域得到了最为广泛的应用，也是我国目前应用最广的单片机系列。在性能和功能方面，MCS--51单片机大大优于MCS--48单片机。MCS-51系列有多种机型可供用户选择。
MCS--51系列单片机最早的典型代表为8051,87581,8031，由于其型号和生产厂商的不同，在片内存储器容量、中断系统、外围功能模块、最高时钟频率以及处理器速度等方面有很大的不同，但它们的指令系统完全兼容，硬件系统的基本结构也相同，其主要的性能特点如下【11】：
1) 8位CPU
2) 片内128B RAM(MCS--52子系列有256B RAM) 。
3) 片内4KB ROM/EPROM(8051/8751).
4) 特殊功能寄存器区。
5) 两个优先级的5个中断源结构。
6) 4个8位并行I/O口（P0，P1，P2，P3）。
7) 两个16位定时/计数器（MCS--52子系列有3个）.
8) 全双工串行口。
9) 布尔处理器。
10) 64KB外部数据存储器地址空间。
11) 64KB外部程序存储器地址空间。
12) 片内振荡器及时钟电路。
1、内部结构
MCS--51的典型产品有8031,8051,8751.8051内部有4KB ROM，8071内部有4KB EPROM，8031片内无ROM；初此之外，三者的内部结构及引脚完全相同。在单片机芯片的内部，其基本结构的构成是通用CPU 加上外围芯片的模式，内部主要由9个部件通过单一总线连接而成。内部总体结构如图3.1所示，从图中可以看出，这9个主要部件是：1个8位的中央处理器（包括ALU,ACC,TMP1,TMP2，B寄存器，PSW及相应的定时和控制逻辑），4KB/8KB程序寄存器（ROM/EPROM），128B/256B的数据寄存器（RAM），32条I/O接口线（图中P0.0～P0.7，P1.0～P1.7，P2.0～P2.7，P3.0～P3.7），中断控制逻辑（具有5个中断源，2个中断优先级），定时器控制逻辑（具有2个可编程定时器/计数器），串行接口控制逻辑（具有可工作于多处理机通信，I/O接口扩展或全双工通用异步接收发送器的串行接口），21个专用寄存器（包括程序计数器PC、堆栈指针寄存器SP、程序状态字存器PSW、数据指针寄存器DPTR等）以及片内振荡器和时钟电路（由OSC及相关电路组成）【12】。
ALU
P0.0～P0.7 P2.0～P2.7 EA ——
PSEN
ALE
RD
WR
XTAL1 XTAL2 P1.0～P1.7 P3.0～P3.7
图 3.1 MCS-51单片机的内部结构
1）中央处理器（CPU ）
中央处理器是单片机的核心，完成运算和控制功能。它由运算器和控制器组成。
运算器包括算术逻辑单元（ALU ）、位处理器、累加器（ACC ）、寄存器B 和暂存器以及程序状态字（PSW ）寄存器等。该模块的功能是实现数据的算术运算、逻辑运算、位处理和数据传送操作。
控制器包括定时控制逻辑、指令寄存器、译码器及信息传送控制部分等，以实现控制功能。 80C51单片机的CPU 能处理8位二进制数和代码，即1B 。 2）内部存储器
单片机的内部存储器包括程序存储器和数据存储器，它们是相互独立，严格分工的。程序存储器为只
P2口驱动器
P0口驱动器
P0口锁存器
P2口锁存器 程序地址 寄存器 缓冲器 PC 加1器
PC
DPTR
B ACC
暂存器2 SP 暂存器1
特种功能寄存器
中断串行口定时器
PSW 定 时 控 IR
制 逻 辑 OSC P1口锁存器 P1口驱动器
P3口锁存器
P3口驱动器
读存储器，只存放程序指令、常数和数据表格；数据存储器为随机存储器，只存放数据。
80C51芯片内有256个RAM单元来存放可读/写的数据；其中，后128个单元被专用寄存器占用，能作为寄存器供用户使用的只有前128个单元。因此，通常所说的内部数据存储器就是指前128个单元，简称内部RAM。
80C51共有4KB的程序存储器，用于存放程序和不改写的数据；因其由ROM构成，故称为内部ROM。
3）I/O端口
80C51单片机的内部共有4个8位的并行I/O口（P0、P1、P2、P3），以实现数据的并行输入和输出。
80C51单片机还有一个全双工的串行口，以实现单片机与单片机之间以及单片机与外部设备之间的串行数据传送。
4）定时系统与中断系统
80C51内部集成了2个16位的定时器/计数器用于实现定时或计数功能；同时，以其定时或计数的结果（查询或中断方式）来实现控制功能。
80C51单片机具有中断功能，以满足控制应用的需要。80C51共有5个中断源，即外部中断2个、定时器/计数器中断2个、串行中断1个、全部中断可分为高级和低级两个优先级别。
5）时钟电路
时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，用于协助和控制单片机的工作，80C51单片机的内部有时钟电路，在采用内部时钟时必须外接石英晶体振荡器和微调电容。系统允许的最高时钟频率为12MHZ。
6）布尔处理器
8051还内置了一个1位微处理器，这个微处理器有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集，在开关决策、逻辑电路仿真和实时测控方面都有明显的又是，极大地增强了8051单片机的处理能力。在8051系列单片机中，8位机和布尔处理器的硬件资源是复合在一起的【13】。
2、80C51的外部引脚及功能
MCS-51系列中各种型号芯片的引脚时候相互兼容的，在引脚上稍有差异。制造工艺为HMOS的MCS-51单片机都采用了40只引脚的双列直插封装（DIP）的方式，如图3.2所示。80C51单片机的40个引脚分布是：电源引脚2根，外接晶体振荡器引脚2根，控制引脚4根以及输入和输出引脚32根。
主电源引脚（2根）
Vss（20脚）：接地线。
Vcc（40脚）：电源线，接+5V电源。
外接晶体引脚（2根）
XTAL1(19脚)：接外部晶体的一个引脚或引入外部时钟。当采用内部振荡器（时钟）时，它接外部石英晶体的一个引脚。当采用外部振荡器（时钟）时，对HMOS型工艺的单片机而言，此引脚应接地；对CHMOS 型而言，此引脚作为时钟输入端（驱动器）。
XTAL2（18脚）：接外部石英晶体的另一个引脚或引入外部时钟。当采用内部振荡器（时钟）时，它接外部石英晶体的令一个引脚。当采用外部振荡器（时钟）时，对HMOS型工艺的单片机而言，此引脚作为时钟输入端；对CHMOS型而言，此引脚悬浮。
控制引脚（4根）
RST/Vpp （9脚）：复位信号印引脚。当震荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。一般在此引脚与Vss 之间连接一个约802K Ω下拉电阻，与Vcc 引脚之间连接一个约10uF 的电容，以保证可靠地复位。
ALE/PROG （30脚）：地址锁存允许信号。当访问外部锁存器时，ALE （允许地址锁存）的输出用于锁存地址的低8位，即使不访问外部存储器，ALE 端仍以不变的频率周期性地输出脉冲信号，此频率为石英晶振震荡频率的1/6。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时的目的。
图3.2 MCS-51系列单片机的引脚
PSEN ————（29脚）：外部程序存储器的读选通信号。在读外部ROM 时，PSEN ————
有效（低电平），以实现对外部程序存储器的读操作。
EA ——
/VDD(31脚)：访问程序存储器选择控制信号。当EA ——
信号接低电平时，对ROM 的读操作（执行程序）限定在外部程序存储器；当EA ——
接高电平时，对ROM 的读操作（执行程序）从内部开始。例如，内部带程序存储器的80C51，在使用时EA ——应接高电平。
输入输出引脚（32根）
P0.0～P0.7（39～32）：P0口的8条引脚可使用于两种不同的情况，在不接片外存储器与不扩展I/O 接口时，可作为准双向口I/O 接口，用于传输用户输入输出的数据；在接有片外存储器或扩展I/O 接口时，在CPU 访问外部存储器时先传输片外存储器低8位地址，后传送CPU 对片外存储器的读写数据，此时P0口为地址/数据分时复用。
P1.0～P1.7（1～8）：P1口可作为8位准双向I/O 接口使用。对于MCS-52子系列单片机，P1.0与P1.1
还有第2功能，P1.0可作为定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2，P1.1可作为定时器/计数器2的外部控制端T2EX 。
P2.0～P2.7（21～28）：这组引脚也有具有两种功能，一种是可作为准双向I/O 接口使用，此时同上述两个口的第1功能；另一个功能与P0口配合，在接有片外存储器或扩展I/O 接口且寻址范围超过256B 时，P2口用于传输片外存储器高8位地址。
P3.0～P3.7（10～17）：此端口除了作为准双I/O 接口使用外，还可以将每一位用于第2功能，而且P3口的每一条引脚均可独立定义为第1功能下的输入输出或第2功能。P3口的第2功能如表1所示
【7】
。
表1 P3口的第2功能
【3】
引脚 第2功能
功能代号 作用 P3.0 RXD 串行接口输入端 P3.1 TXD
串行接口输出端
P3.2 INT0————
外部中断0请求输入端，低电平有效 P3.3 INT1————
外部中断1请求输入端，低电平有效 P3.4 T0 定时器/计数器0计数脉冲输入端 P3.5 T1
定时器/计数器1计数脉冲输入端
P3.6 WR ——
外部数据存储器写选通信号输出端，低电平有效 P3.7
RD ——
外部数据存储器读选通信号输出端，低电平有效
MCS-51系列单片机在外扩程序存储器、数据存储器及I/O 接口时都采用并行总线扩展方式。单片机引脚主要分为数据总线、地址总线、控制总线、用户端口4个部分，如图3.3所示。各个部分的特点如下：
1)数据总线
数据总线是指从单片机P0口直接输入/输出的8位三态传送通道，P0端口是复用端口，还以分时方式用于地址总线的一部分。P0端口的负载能力为可带8个LS TTL 负载。
2)地址总线
地址总线是指从单片机P0口以分时方式传输地址总线的低8位和从P2端口输出地址总线的高8位。P2端口可带4个LS TTL 负载。P0口和P2口组成寻址外部存储器的16位地址线，可寻址64KB 外部存储空间。
3) 控制总线
控制总线是指从单片机P3端口第二功能提供的控制线，以及单片机本身输出和输入的控制信号线。 4）用户端口
用户端口是由单片机的P1和P3第一功能共同组成的。通常P3端口被单片机系统作为第二功能占用，不可被用户使用。用户端口主要指的是P1端口提供的输入/输出功能。P1端口可带4个LS TTL 负载
【6】
。
图3.3 MCS-51系列的单片机的对外总线结构
3.1.2复位电路
单片机的复位分为上电自动复位和按钮手动复位两种。图3.4（a）为上电复位电路，图3（b）为按钮手动复位电路。
上电复位是利用电容充电来实现，即上电瞬间RST/VPD端的电位与Vcc相同，随着充电电流的减少RST/VPD端的电位逐渐下降。图3（a）中的8.2K电阻是斯密特触发器输入端的一个下拉电阻。只要Vcc 的上升时间不超过1ms，振荡器建立时间不超过10ms，这个时间常数足以保证完成复位操作。上电复位所需的最短时间是振荡器周期建立时间加两个机器周期时间，在这个时间内RST/VPD端的电平应维持高于斯密特触发器的下阀值。图3（b）是按下复位按钮时，电源对外接电容充电，使RST/VPD端为高电平，复位按钮松开后，电容通过内部下拉电阻放电，逐渐使RST/VPD端恢复低电平【3】。
（a）上电复位（b）按钮电平复位
图3.4 80C51单片机的两种复位电路
3.1.3 外部晶振的选用
时钟电路用于产生单片机所需要的时钟信号，单片机在时钟信号的控制下各部件之间同步协调工作。根据产生的方式不同，分为内部和外部两种时钟电路。
在MCS-51芯片内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，其输出
端为引脚XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器，在引脚XTAL1和XTAL2上输出3V左右的正弦波，这就是单片机的振荡电路，如图4（a）所示。
（a）振荡电路（b）外部时钟电路
图3.5 8051时钟电路
通常，电容C1和C2取30pf左右，主要作用是帮助振荡器起振，晶体的振荡频率范围是1.2～12MHz。晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也就快。在通常应用情况下，MCS-51使用振荡频率为6MHz或12MHz。在由多片单片机组成的系统中，为了各单片机之间时钟信号的同步，应当引入唯一的公用外部脉冲信号作为各单片机的振荡脉冲[2]。这是，外部的脉冲信号时经过XTAL2引脚注入，其连接如图3.5（b）所示，由于XTAL2端逻辑电平不是TTL的，故需要外接一个上拉电阻，外接信号应为时钟频率低于12MHz的方波信号【3】。
3.2 语音提示电路
目前，自动语音服务的应用范围越来越广，其中美国ISD公司生产的ISD系列语音录放电路以其电路简单、应用方便、单片录放、不怕掉电、单色纯真、品种齐全、性价比高等特点，在众多的语音录放电路中独领风骚。本设计使用的是ISD1700系列的语音芯片ISD1730.
3.2.1 ISD1730的简介
通过STC89C51单片机控制ISD1730语音芯片的录放，并用单片机对录放时间的设定和控制。ISD1730 芯片提供了多项新功能，包括内置专利的多信息管理系统，新信息提示,双运作模式，以及可定制的信息操作指示音效。芯片内部包含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器与内存等的全方位整合系统功能。此芯片的性能特点是：
1)可录、放音十万次，存储内容可以断电保留一百年。
2)两种控制方式，两种录音输入方式，两种放音输出方式。
3)可处理多达255 段以上信息。
4)有丰富多样的工作状态提示。
5)多种采样频率对应多种录放时间。
6)音质好，电压范围宽，应用灵活，价廉物美。
ISD1730的芯片管脚如图3.6所示：
VCCD （1脚）：数字电路电源。 LED ———
(2脚)：LED 指示信号输出。 RESET —————（3脚）：芯片复位。
MISO （4脚）：SPI 接口的串行输出端口。 ISD1700 在 SCLK 下降沿之前的半个周期将数据放置在 MISO 端。数据在 SCLK 的下降沿时移出。
MOSI （5脚）：SPI 接口的数据输入端口。主控制芯片在 SCLK 上升沿之前的半个周期将数据放置在 MOSI 端。数据在 SCLK 上升沿被锁存在芯片内。此管脚在空闲时，应该被拉高。
SCLK （6脚）：SPI 接口的时钟。由主控制芯片产生，并且被用来同步芯片 MOSI 和 MISO 端各自 的数据输入和输出。此管脚空闲时，必须拉高。
图3.6 ISD1730芯片的管脚
SS ——
（7脚）：为低时，选择该芯片成为当前被控制设备并且开启 SPI 接口。空闲时，需要拉高。 VSSA （8脚）：模拟地。
Anain （9脚）：芯片录音或直通时，辅助的模拟输入。需要一个交流耦合电容（典型值为 0.1uF ），并且输入信号的幅值不能超出 1.0Vpp 。 APC 寄存器的 D3 可以决定 Analn 信号被立刻录制到存储器中，与 Mic 信号混合被录制到存储器中，或者被缓存到喇叭端并 经由直通线路AUD/AUX 输出。
MIC+（10脚）：麦克风输入 +。 MIC-（11脚）：麦克风输入 -。
VSSP2（12脚）：负极 PWM 喇叭驱动器地。 SP-(13脚)：喇叭输出 -。
VCCP （14脚）：PWM 喇叭驱动器电源。 SP+(15脚)：喇叭输出 +。
VSSP1（16脚）：正极 PWM 喇叭驱动器地。
AUD/AUX （17脚）：辅助输出，决定于 APC 寄存器的 D7 ，用来输出一个 AUD 或 AUX 输出。 AUD 是
一个单端电流输出，而 AUD/AUX 是一个单端电压输出。他们能够被用来驱动一个外部扬声器。出厂默认设置为 AUD 。 APC 寄存器的 D9 可以使其掉电。
AGC （17脚）：自动增益控制。 VOL （18脚）：音量控制。
ROSC(19脚)：振荡电阻， ROSC 用一个电阻连接到地，决定芯片的采样频率。 VCCA （21脚）：模拟电路电源。
FT ——
（22脚）：在独立芯片模式下，当 FT 一直为低， Anain 直通线路被激活。 Anain 信号被立刻从 Anain 经由音量控制线路发射到喇叭以及 AUD/AUX 输出。不过，当在 SPI 模式下， SPI 无视这个输入，而且直通线路被 APC 寄存器的 D0 所控制。该管脚有一个内部上拉设备和一个内部防抖动电路，允许使用按键开关来控制开始和结束。
PLAY ————（23脚）：播放控制端。 REC ———（24脚）：录音控制端。 ERASE —————（25脚）：擦除控制端。 FWD ———（26脚）：快进控制端。
RDY / INT （27脚）：一个开路输出。Ready( 独立模式 )该管脚在录音，放音，擦除和指向操作时保持为低，保持为高时进入掉电状态。Interrupt(SPI 模式 )在完成 SPI 命令后，会产生一个低信号的中断。一旦中断消除，该脚变回为高。
VSSD （28脚）：数字地。 3.2.2 ISD1730内部结构
ISD1730语音芯片采用CMOS 技术，内含晶体振荡器、防混叠滤波器、平滑滤波器、自动静噪、音频功率放大器及高密度多电平闪烁存储阵列等，如图3.7所示，因此只需很少的外围器件就可构成一个完整的声音录放系统。
ISD1730 的独立按键工作模式录放电路非常简单且功能强大。不仅有录、放功能，还有快进、擦除、音量控制、直通放音和复位等功能。这些功能仅通过按键就可完成。 在按键模式工作时，芯片可以通过/LED 管脚给出信号来提示芯片的工作状态，并且伴随有提示音，用户也可自定 4 种提示音效：
录音操作： 按下 REC 键，/REC 管脚电平变低后开始录音，直到松开按键使电平拉高或者芯片录满时结束。录音结束后，录音指针自动移向下一个有效地址。而放音指针则指向刚刚录完的那段语音地址。
放音操作： 放音操作有两种模式，分别是边沿触发和电平触发，都由/PLAY 管脚触发。
1）边沿触发模式： 点按一下 PLAY 键，/PLAY 管脚电平变低便开始播放当前段的语音，并在遇到 EOM 标志后自动停止。放音结束后，播放指针停留在刚播放的语音起始地址处，再次点按放音键会重新播放刚才的语音。在放音期间，LED 灯会闪烁直到放音结束时熄灭。如果在放音期间点按放音键会停止放音。
图3.7 ISD1730内部结构图
2）电平放音模式：如果一直按住 PLAY 键，使/PLAY 管脚电平持续为低，那么会将芯片内所有语音信息播放出来，并且循环播放直到松开按键将/PLAY 管脚电平拉高。在放音期间 LED 闪烁。当放音停止，播放指针会停留在当前停止的语音段起始位置。
快进操作：点按一下 FWD 按钮将/FWD 端拉低，会启动快进操作。快进操作用来将播放指针移向下一段语音信息（进入下一站）。当播放指针到达最后一段语音处时，再次快进，指针会返回到第一段语音。当下降沿来到/FWD 端时，快进操作还要决定于芯片当时的状态：
1）若芯片在掉电状态并且当前播放指针的位置不在最后一段，那么指针会前进一段，到达下一段语音处。
2）若芯片在掉电状态并且当前播放指针的位置在最后一段，那么指针会返回到第一段语音处。
3）若芯片正在播放一段语音（非最后一段），那么此时放音停止，播放指针前进到下一段，紧接着播放新的语音。
4）若芯片正在播放最一段语音，那么此时，放音停止，播放指针返回到第一段语音，紧接着播放第一段语音。
擦除操作：擦除操作分为单段擦除和全体擦除两种擦除方式，区别如下：
单个擦除：只有第一段或最后一段语音可以被单个擦除。点按一下 ERASE 健将/ERASE 管脚拉低，这时具体的擦除情况要看播放指针的状态： 1）如果芯片空闲并且播放指针指向第一段语音，则会删除第一段语音，播放指针指向新的第一段语音（执行擦除操作前的第二段）； 2）如果芯片空闲并且播放指针指向最后一段语音，则会删除最后一段语音，播放指针指向新的最后一段语音（执行擦除操作前的倒数第二段）； 3）如果芯片空闲并且播放指针指向没有指向第一或最后一段语音，则不会删除任何语音，播放指针也不会被改变；4）如果芯片当前正在播放第一段或最后一段语音，点按下 ERASE 键会删除当前语音。
全体擦除：当按下 ERASE 键将/ERASE 管脚电平拉低超过 2.5 秒钟，会触发全体擦除操作，删除全部语音信息。
复位操作：如果用RESET控制此管脚，建议/RESET管脚与地之间连接一个0.1μF电容。当/RESET
被触发，芯片将播放指针和录音指针都放置在最后一段语音信息的位置。
音量操作：点按一下VOL键将/VOL管脚拉低会改变音量大小。每按一下，音量会减小一档，再到达最小档后再按的话，会增加音量直到最大档，如此循环。总共有8个音量档供用户选择，每一档会改变4dB。复位操作会将音量档放在默认位置，即最大音量。
FT直通操作：将/FT管脚与GND短接，持续保持在低电平会启动直通模式。（此处未接地）
3.2.3 ISD1730与单片机的连接图（下段文字是说明上述的功能使用）
当按下S1键,输出一个低电平，/REC端为低电平有效，开始执行录音操作。当松开S1时则为高电平，录音停止。当按下S2时，输出一个低电平，/PLAY为低电平有效，那么会将芯片内所有语音信息播放出来，并且循环播放直到松开按键将PLAY 管脚电平拉高。在放音期间 LED 灯闪烁。当放音停止，播放指针会停留在当前停止的语音段起始位置。当松开S2时则为高电平，放音停止。当按下S3，输出为低电平，ERASE 键将 ERASE 管脚电平拉低超过 2.5 秒钟，会触发全体擦除操作，删除全部语音信息。
图3.8 ISD1730与单片机的连接
当按下S4时， FWD 端拉低，会启动快进操作。快进操作用来将播放指针移向下一段语音信息。当按下S6时，将 VOL 管脚拉低会改变音量大小。每按一下，音量会减小一档，再到达最小档后再按的话，会增加音量直到最大档，如此循环。按下S5键时，RESET 管脚与地之间连接一个 0.1 μF 电容。当 RESET 被触发，芯片将播放指针和录音指针都放置在最后一段语音信息的位置，芯片就复位了。与单片机的连接图如图3.8所示。
3.3 时钟模块
本设计利用单片机80C51和时钟芯片DS1302进行数据通信，读取和写入实时数据。本设计主要涉及3个方面的内容：一个方面是如何针对系统的需要选择合适的时钟芯片，二是如何设计外围电路和单片机的
接口电路，三是如何编写控制时钟芯片的单片机的程序。
3.3.1 DS1302的简介
DS1302时钟芯片可以工作于24小时模式或AM/PM的12小时模式。其内部包含了10个小时寄存器和31字节RAM，这些寄存器和RAM用来存放各种时间数据。在使用时，可以对芯片的当前时间进行设定。
芯片采用了简单的I2C三线通信方式，便于节省芯片和与之接口的微处理器管脚。芯片有着2.0～5.5V 的宽供电电压范围，在5V供电时其接口与TTL电平兼容；并且功耗很低，在2.0V供电时仅耗300nA的电流。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小于31日时可自动调整，包括闰年，有效至2100年。可采用12h或24h方式计时，采用双电源（主电源和备用电源）供电，可设置备用电源充电方式，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。芯片为8引脚小型封装，DS1302实时芯片的主要性能如下[15]：
1）31字节RAM存储时间数据。
2）2.0～5V供电。
3）支持单字节传输模式和突发式传输模式。
4）8针DIP封装和SOIC封装。
5）3线接口，简单易用。
6）兼容TTL电平。
7）操作温度-40～+85°C.
3.3.2 内外部结构
1.管脚图及管脚说明[15]
DS1302是一个可编程的涓流充电器，具有主电源和备份电源的双电源管脚。DS1302的8针DIP封装如图3.9所示。DS1302各引脚说明如下：
图3.9 DS1302引脚排列图
1）Vcc2（1脚）：在双电源供电系统中的主电源管脚。
2）X1（2脚）：连接一个标准的32768Hz石英晶体。DS1302也可用外部振荡器驱动，这是X1管脚连接外部振荡器信号，X2悬浮。
3）X2（3脚）：连接一个标准的32768Hz石英晶体。DS1302也可用外部振荡器驱动，这是X1管脚连接外部振荡器信号，X2悬浮。
4) GND（4脚）：电源地。
5）RST ———
（5脚）：复位信号，在一个读写期间必须保持高电平。 6）I/O （6脚）：双向数据线管脚。 7）SCLK(7脚)：串行接口的同步时钟。
8）Vcc1（8脚）：在单电源供电系统中的电源管脚，在双电源系统中接备份电源。
2、内部功能图
DS1302的内部框图如图3.10所示，从图中可以看出，DS1302由电源控制模块、实时时钟、振 Vcc1 Vcc2
GND
I/O
DATA BUS
SCLK RST
图3.10 DS1302的内部功能框图
荡器和分时器、输入移位寄存器、命令和控制逻辑以及RAM 组成。各部分介绍如下：
1）振荡器和分频器是整个时钟芯片的基准，它决定了时钟芯片的精度，芯片可以外接一个标准的石英晶体，也可以用外部振荡器驱动；
2）命令和控制器逻辑根据不同的指令对时钟芯片进行不同的操作； 3）内部RAM 主要用来存储时间信号。 3.3.3 工作原理及原理图
DS1302与单片机的连接仅需要3条线，即SCLK 、I/O 、RST 、。Vcc2在单电源与电池供电的系统中提供低电源并提供低功率的电池备份。Vcc2在双电源系统中提供主电源，在这种运行方式下Vcc1连接带备份电源，以便在没有主电源的情况下能保存时间信息以及数据。DS1302由两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc1+0.2V 时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电
[15]
。
DS1302在单片机系统中的典型应用电路如图3.11所示，RST 接在P2.0上，此引脚为高电位时，选中此芯片，可对其进行操作。串行数据线I/O 与串行时钟线SCLK 分别接在P2.2和P2.1上，所有的单片机地址、命令及数据均通过这两条线传输。
在本设计中，89C51为主器件，DS1302为从器件，主器件在总线上产生时钟脉冲、寻址信号、数据信号灯，而从器件则相应接收数据、传送数据。
电源控制
实时时钟
振荡器 和分频器
输入 移位 寄存器
命令和 控制逻辑
31×8 RAM
图3.11 89C51与DS1302的接口电路
对DS1302的每一次读写需16个时钟脉冲，前8个脉冲输入操作地址和读写命令，命令格式可以参考DS1302的数据手册。其中，Bit7必须为1；Bit0为0时向芯片写入数据，为1时从芯片读出数据；Bit6～Bit1选定芯片中的地址。后8个脉冲写入或读出数据。
3.4 液晶显示电路
液晶显示器是一种功耗极低的显示器件，按其功能可分为两大类：段式液晶显示器和点阵液晶显示器。前者可显示数字、字符和符号等，而点阵式液晶显示器还可以显示汉字和任意图形，达到图文并茂的效果，其应用越来越广泛，与LED相比，液晶显示器(LCD)具有以下的优点：
1）工作电压低、微功耗、可以和大规模集成电路相匹配，使便携式计算机成为可能。
2）体积小。采用平板型结构，使用方便。
3）属被动显示器件，适合户外用户使用，符合人眼的视觉习惯。
4）显示信息量大、无电磁辐射、接口方便。
3.4.1 LCD1602的简介
字符型液晶显示是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，本设计采用的是LCD1602型液晶显示器，其外形尺寸为80×36×14，单5V供电，由左到右共16个引脚，其实物如图3.12所示。字符[9-10]。
图3.12 1602字符型液晶显示器实物图
此芯片的正常工作时电流仅2.0mA/5.0V，通过编程实现自动关闭屏幕能够更有效的降低功耗。LCD1602