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1、江门职业技术学院 学生毕业论文（设计） 论文（设计）题目：基于protel实现语音报警电路板的设计作 者： 指 导 教 师： 所 学 专 业：应用电子班 别：08电声产品设计与制造学 号： 281809003年 级： 08电声 完 成 日 期： 目 录前言3第一章 语音报警器设计的意义及任务41.1 语音报警器设计的意义41.2 设计任务4第二章 系统的硬件设计和方案对比选择52.1 系统设计结构图62.2系统设计方案对比选择62.2.1 MCU微处理控制器的方案对比选择62.2.3 语音芯片的方案对比选择72.2.5 防盗检测部分的方案选择9第三章 系统的硬件设计电路及元件说明103.1 M
2、CU微控制器电路103.2 防盗检测电路123.3 语音芯片电路133.3.1 ISD4004引脚的说明143.3.2 ISD4004的操作模式说明如下163.4 功放电路163.6 按键控制173.9 复位电路173.10 晶振电路183.11 系统电源供电电路18设计总结19附录20附录一 语音报警器设计的原理图20附录二 语音报警器设计的PCB图21附录三 语音报警器设计的元器件清单24附录四 系统的参考程序26参考文献36致谢36前言本设计系统硬件利用AT89S52作为CPU进行总体控制，通过ISD4004语音芯片建立语音信息库，对语音信息进行自由组合，形成变化多样的语音信息，利用LM
3、386功放播出语音信息以及提示语音，热释电红外传感器RE200B作检测元件 ,具有本低、报警可靠性高、方便实用等特点，适于一般家庭使用。关键词：报警器，热释电红外传感器，单片机毕业设计，语音芯片1.1语音报警器设计的意义随着人们生活水平的提高和安防意识的增强, 急需开发面向大众、价格低廉、运行可靠的自动报警系统。安防的最好方法 ,是在不法分子有入侵企图时通过各种提醒 警告 甚至恐吓方式 ,增加其心理压力 ,使之主动离开。在警告失效的情况下 ,可以记录入侵时间、进行现场录音 ,然后通过电话或其他方式通知主人或报警中心 。本语音报警器设计结构简单，使用灵活，功能稳定，音质自然、清晰，无论对于社会或
4、者科研也有一定的研究价值。1.2 设计任务本设计结合单片机的特点和语音报警器的特点，提出了一种基于单片机AT89S52来控制语音芯片ISD4004进行语音报警，并通过数码管来显示当前实时情况。设计过程中包括硬件电路设计和protel排版两个方面。本系统硬件利用AT89S52作为CPU进行总体控制，通过ISD4004语音芯片建立语音信息库，对语音信息进行自由组合，形成变化多样的语音信息，利用LM386功放播出站号语音信息以及提示语音信息，同时运用数码管进行相应显示。当用键盘设置本报警器工作时，可通过数码管提示。适合普通 家庭使 用 的语音报警系统。第二章 系统的硬件设计和方案对比选择本章重点主要
5、是从系统结构图来阐述了硬件的设计以及从方案上对比选择各个电路部分的元件，目的是使系统达到一个低成本、高质量、稳定可靠的设计。2.1 系统设计结构图2.2系统设计方案对比选择根据设计要求，结合实际情况和设计成本要求，对系统主要部分的电路方案叙述如下。2.2.1 MCU微处理控制器的方案对比选择方案一：MCU微处理控制器的种类很多，有ATMEL公司生产的AT89SXX系列单片机，其中有8位的单片机，也有16位的单片机。AT89S52为8位的单片机，它是一种低损耗、高性能的CMOS微处理器，片内有8K字节的存储空间，128字节RAM、4个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器，寻址范围6
6、4K。并且可以在线进行重复编程、快速擦除、快速写入程序，能重复擦除 / 写入1000次左右，数据保存时间为十年。方案二：微处理控制器也有凌阳公司生产的，同样有8位的CPU和16位的CPU。它也有很多特点，比如：体积小 、集成度高、可靠性好、易于扩展；具有较强的中断处理能力；功能强、效率高的指令系统及低功耗、低电压。但是其应用领域主要是为控制处理数据处理以及数字信号处理等领域，其中凌阳的16位单片机就是为适应这种发展而设计的。综上所述，在本设计中，考虑到本人对单片机的运用熟练度和单片机的功能领域，选择ATMEL公司生产的AT89S52单片机作为本设计的微控制器。2.22语音播放部分的方案对比选择
7、方案一：使用通用A/D器件对音频信号进行采样和转换，然后保存到数据存储器地址单元当中，放音时将不同地址单元的语音信息进行组合，通过D/A器件转换以后还原为模拟音频信号。这种方案思路清晰，但外扩接口比较复杂，如果使用高精度与高速的转换器件，数据量很大，单片机处理比较困难；如果使用低精度低速的转换器件，语音质量将大打折扣，故没有采用。方案二：使用专用的语音处理设备与语音编程设备实现。先将模拟音频信号通过语音处理设备转换为相应的数字数据，然后用专用的语音编程设备将该数据烧写到单片机的程序存储器当中，然后在程序中对语音数据进行查表组合，再经过D/A转换输出模拟音频信号。这种方案编程容易，语音衔接流畅，
8、但是对器件和设备要求高，在短时间和一般条件下不易实现，故没有采用。方案三：使用专用语音录放芯片实现。专用芯片有很多型号，这里我们选择了现有产品中性能最好的ISD4004-08M芯片，该芯片能够连续录音8分钟，可分2400段，同时采用SPI串行总线接口，便于与单片机连接，8K的采样率可以提供高质量的语音信息，对于任务要求的完成已经游刃有余，所以我们选择了这个方案。2.2.3 语音芯片的方案对比选择方案一：台湾公司生产的APR9600语音录放芯片，是采用模拟存储技术的一款音质好、低噪音、不怕断电、可反复录放的新型语音芯片，单片可录放32-60秒，串行控制时可分256段以上，并行控制时最大可分8段。
9、与ISD同类芯片相比它具有：价格便宜，有多种手动控制方式，分段管理方便、多段控制时电路简单、采样速度及录放音时间可调、每个单键均有开始停止循环多种功能等特点，同时保留了ISD2500芯片的一些特点，都是DIP28双列直插塑料封装，在管脚排列上也基本相同。方案二：美国ISD公司生产的ISD4004系列芯片。与普通的录音重放芯片相比，具有如下特点：首先，记录声音没有段长度限制，并且声音记录不需要转换和压缩；其次，将快速闪存作为存储介质，无需电源即可保存数据长达年，重复记录次以上；此外，具有记录时间长（可达分钟，本文采用的为分钟的语音芯片）的优点；最后，的开发应用具有所需外围电路简单电路具有抗断电、
10、音质好，使用方便以及使用语音还原技术和自动静噪功能强等优点。综上所述，结合本设计的需要及控制情况，选择方案二最好。台湾公司生产的APR9600语音录放芯片和美国ISD公司的ISD4004语音录放芯片相比，相同点都是DIP28双列直插塑料封装，在管脚排列上也基本相同，可以不加功放直接外接驱动扬声器。但是不同点是ISD的录放时间为8/16分钟，在本设计中需要录音时间长点的；另外，在控制上，ISD4004可以直接通过地址的方式查询录音信息并通过扬声器报放录音信息。2.2.4防盗检测部分的方案选择 采用热释电红外传感器(PIR) RE200B检测人体信号,采用红外传感信号专用处理芯片BISS0001对
11、所采集的号进行初步处理 。BISS000I的输出信号VO接单片机 ,供其读取和进行处理。热释电传感器以非接触方式检测出人体辐射的红外线 ,并将其转变为电压信号 ,它还能鉴别出运动的生物与其他非生物。实际使用时,热释电传感器前面必须安装菲涅尔透镜 ,将人体辐射的红外线聚焦到热释电红外探测元上 ,同时产生交变的红外辐射高灵敏区和盲区 ,以适应热释电探测元要求信号不断变化的特性。实验证明,若不加菲涅耳透镜 ,热释电外传感器的检测距离仅2m左右 检测人体走过 ,配上菲涅耳透镜后 ,检测距离可增加到10m,甚至20m 以上。第三章 系统的硬件设计电路及元件说明本章根据系统设计结构图来对每个部分的电路进行
12、分析和说明，重点讲述微控制器AT89S52、语音芯片ISD4004、防盗检测电路、。该系统中AT89S52是核心器件，系统的设计原理图如附录二所示。3.11 系统电源供电电路3.1 MCU微控制器电路AT89S52的塑封图如图3.1所示，它为DIP40双列直插塑料封装。AT89S52作为系统的核心控制元件，只有它能正常工作后才能使其它的元件进入正常工作状态。因此，下面对AT89S52进行必要的说明，AT89S52的管脚如图3.2所示。图3.1 AT89S52的塑封图 图3.2 AT89S52的管脚图1）VCC：40脚，供电电压，一般接+5V电压。2）GND：20脚，接工作地。3）P0口：18脚
13、，P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上电阻。但是P0口在程序校验作为输出指令字节时，需要外部加上拉电阻，一般上拉电阻选4.7K10K为宜。本设计中用5.1K的排阻对P0口进行上拉电平。4）P1口：3239脚，P1口是一个内部具有上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4个TTL门电流。P1端口写入“1”后，被内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为作输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原
14、因，将输出电流。5）P2口：2027脚，P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。6）P3口：1017脚，P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P3 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。7）RESET：9脚，复位输入端。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。8）：30脚，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
15、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，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系统校验。9）PSEN：29脚，外部程序存储器的选通信号。10）：31脚，访问外部程序存储器控制信号。当为低电平时，读取外部程序存储器；当端为高电平时，则读取内部程序存储器，设计中一般接高电平。11）XTAL1：19脚，振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。如采用外部时钟源时，XTAL1为输入端。12）XTAL2：18脚，振荡器反相放大器的输出端。如采用外部时钟源时，XTAL2应悬空不接。3.2防盗检测电路部分由于PIR热释电传感器的输出信号变化缓慢、幅值小 ,故BISS0001专用信号处理器一般分三步对信号处理 ,即1 滤波放大;2 窗 口 比较;3 噪声抑制及数字信号处理。BISS0001是由运放、电压比较器
