1、桂林理工大學畢業(yè).論文Guilin UniverBity of Tficluiology本科畢業(yè)設(shè)計（論文）學院：信息科學與工程學院課題名稱：語音信號采集系統(tǒng)設(shè)計專業(yè)（方向）:電子信息工程（應(yīng)用）班級：學生：指導教師：日期：桂林理工大學畢業(yè).論文桂林理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文）獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的設(shè)計（論文）是我個人在指導教師指導下進行的研 究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了設(shè)計（論文）中特別加以標注 和致謝的地方外，設(shè)計（論文）中不包含其他人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的 研究成果，也不包含為獲得桂林理工大學或其它教育機構(gòu)的學位或證書而 使用過的材料。對設(shè)計（論文）的研究成果做出貢獻的個人和集

2、體，均已 作了明確的標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。設(shè)計（論文）作者簽名：日期：年 月 日桂林理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文）使用授權(quán)聲明本設(shè)計（論文）作者完全了解學校有關(guān)保留、使用設(shè)計（論文）的規(guī) 定，同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交設(shè)計（論文）的復印件和 電子版，允許設(shè)計（論文）被查閱或借閱。本人授權(quán)桂林工學院可以將本 設(shè)計（論文）的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本設(shè)計（論文）。設(shè)計（論文）作者簽名：日期：年 月 日指導教師簽名:日期:桂林理工大學畢業(yè).論文摘 要人機用語言進行交流，是人們多年的夢想，在提高工業(yè)系統(tǒng)，計算機系

3、統(tǒng)智能化水平時，人機語言對話就是最好的信息交換的手段，而人機語言對話的關(guān)鍵就是語言 采集。本文介紹了一種用單片機作為核心控制單元，用駐極體話筒進行語音采集，而 采集到的語音信號將會轉(zhuǎn)變成電信號，將其用運放電路放大，并通過二階低通濾波器 進行濾波，用AD轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并通過單片機的串口與個人電腦連接，之后 將采集到的語音在PC機上將其波形顯示出來。這個系統(tǒng)的單片機 AT89C52微處理器，實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)處理。AT89C52 內(nèi)部有一個小內(nèi)存，可以短暫的存儲語音信息。同時，外圍電路的語音采集，增益、功放電路，二階低通濾波器電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路等，這些電路用來確保高質(zhì)量的信息存儲。關(guān)鍵詞

4、：采集；濾波；控制；連接；顯示I桂林理工大學畢業(yè).論文Speech signal acquisition system designStude nt:FENG Bo-huiTeacher:SHI Xiao-do ngAbstract: Human-computer exchange of Ianguage, is the dream of the people for many years in in dustrial systems, computer system more in tellige nt man-mach ine Ian guage dialogue is the best

5、means of in formatio n excha nge, and the key to the dialogue of man-mach ine Ian guage is Ian guage acquisiti on. This article describes a microc on troller as the core con trol unit with electret microph one for voice acquisiti on and collecti on to the speech signal will be converted into electri

6、cal signals, the op amp circuit amplification, and by the sec on d-order low-pass filter, and AD con verter with an alog to digital con versi on, and through the microcontrollers serial port and PC connection, after the acquisition to the voice waveform display on the PC will be.SCM AT89C52 micropro

7、cessor in this system which con trols and processes data. The AT89C52 has a small memory can be short-term storage and voice messages. The same time, the voice of the peripheral circuits acquisition, gain, power amplifier, the sec on d-order low-pass filter circuit and an alog-digital conv ersi on c

8、ircuits, these circuits are used to ensure high-quality information is stored.Key words: collect;filter;c on trol;c onn ectio n;display2桂林理工大學畢業(yè).論文目次摘 要I1 緒論11.1課題背景 11.2課題研究的意義 11.3數(shù)字化處理的前景 21.4課題任務(wù)要求 21.5本文的主要內(nèi)容 32 系統(tǒng)方案論證42.1芯片的選擇 53系統(tǒng)硬件設(shè)計73.1拾音器 73.2前置增益放大器 73.3濾波器設(shè)計 83.4 ADC0804的主要特性和結(jié)構(gòu) 93.4.1AD

9、C0804的轉(zhuǎn)換原理 103.5單片機 123.5.1AT89C52引腳簡介錯誤！未定義書簽。3.6串口通信設(shè)計 153.6.1單片機與 PC通信154 系統(tǒng)軟件設(shè)計184.1仿真圖 184.2主程序流程圖與工作原理設(shè)計 194.2.1串行口中斷流程圖與工作原理 204.3 PC機顯示端的運用 204.4實踐結(jié)果 215 結(jié)論22致謝：23參考文獻24附錄1 25ill桂林理工大學畢業(yè).論文附錄226附錄328IV桂林理工大學畢業(yè).論文1 緒論1.1課題背景語音信號處理是信息科學的一個重要分支，伴隨著大規(guī)模集成技術(shù)的高度發(fā)展以 及計算機技術(shù)的飛速前進，推動了語音信號處理技術(shù)的快速發(fā)展。語音采集

10、系統(tǒng)的設(shè) 計，則是利用語音電路來實現(xiàn)語音信號的數(shù)據(jù)存儲、還原等任務(wù)，它是以數(shù)字電路為 基礎(chǔ)，采用52系列單片機作為核心的語音處理系統(tǒng) 。數(shù)字化原理語音電路是一種集 語音合成技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)以及微控制器技術(shù)為一體的新型綜合型技術(shù)，利 用它可以很容易的實現(xiàn)語音的可控制。為了克服集成芯片音量不能放大、智能性比較 差、語音采集的時間比較固定同時還要增加硬件投資，并且在一些由單片機構(gòu)成的測 控系統(tǒng)中，由于單片機接口有限，還需要擴展硬件接口線路等諸多缺點，本系統(tǒng)則采 用了另外一種方案：沒有采用專用的語音處理芯片，不需擴展接口電路。而是以AT89C52單片機為核心，采用濾波、放大等電路設(shè)計了一套可以

11、靈活的實現(xiàn)語音的采 集、并將其在PC機上顯示出來的系統(tǒng)。這種方法為以單片機為中心的測控系統(tǒng)語音 操作提供了一種新的思路 o1.2課題研究的意義掌握語音采集的原理和具體過程，并實現(xiàn)單片機與PC進行的通訊。在此過程中涉及大學所學的數(shù)模電，單片機，信號與系統(tǒng)，通信原理等知識。在實踐中把大學所 學應(yīng)用于實際中，從而達到畢業(yè)生的目的。單片機控制語音采集，其實就是將模擬化的語音變成數(shù)字化的語音，而數(shù)字化具 有以下幾個的特點：(1) 數(shù)字信號和模擬信號比較而言，數(shù)字信號是加工信號。加工信號對于有雜波 的外部環(huán)境以及易產(chǎn)生失真的電路來說應(yīng)該具有較好的穩(wěn)定性。可以說，數(shù)字信號非 常適用于易產(chǎn)生雜波和波形失真的數(shù)

12、據(jù)等遠距離傳送使用。數(shù)字信號傳送具有穩(wěn)定性 好、可靠性高的優(yōu)點。相關(guān)軟件對程序進行編寫與仿真 o(2) 數(shù)字信號需要使用集成電路和大規(guī)模集成電路，但是計算機易于處理數(shù)字信 號，同時數(shù)字信號還特別適合于數(shù)字特技和圖像處理。(3) 數(shù)字信號處理電路簡單，它沒有模擬電路里的各種調(diào)整， 因而電路工作穩(wěn)定, 技術(shù)人員能夠從日常的調(diào)整工作中解放出來。（4）可以很容易的對數(shù)字信號進行加密，這對商業(yè)經(jīng)營、版權(quán)保護、軍事經(jīng)濟情報保密和信息高速公路的安全是十分必要的。因此，從信息產(chǎn)業(yè)向社會提供服務(wù)和 對信息產(chǎn)品的實際要求出發(fā)，采用數(shù)字化方案是很必須的 。綜上，研究數(shù)字化的意義重大。1.3數(shù)字化處理的前景語音采集的

13、過程就是數(shù)字化的過程，數(shù)字化和信息化有著密不可分的聯(lián)系，進而 影響著科技進步的現(xiàn)代化進程。在在新經(jīng)濟時代，推動時代發(fā)展的根本力量，仍必將 是信息化和科技進步推動的全球經(jīng)濟一體化。對科技進步的現(xiàn)狀（包括數(shù)字技術(shù)）與經(jīng)濟發(fā)展前景的聯(lián)系，會引起人們的各種思考。一方面，數(shù)字技術(shù)對推動科技進步（以新穎性、創(chuàng)造性、實用性為標準）帶來的機遇，不容忽略；另一方面，人類綜合能力、 實踐能力和創(chuàng)新能力的提高，也會推動數(shù)字信息化在更寬闊的領(lǐng)域里有新的創(chuàng)造。人類通過對信息的處理來認識客觀的世界，又是通過對信息的應(yīng)用實踐來改造世 界的。人們可以認為，信息處理的數(shù)字化技術(shù)，一定和其他任何事物的發(fā)展規(guī)律一樣， 只是信息處理

14、的一個階段：反映了從模擬到數(shù)字的飛躍，但是在這個階段將會停留很 長時間讓我們?nèi)グl(fā)展它、去完善處理它的方法。數(shù)字處理絕不是信息處理方法的終極 方案，也不是沒有缺陷的方案（比如不適合用它處理頻率很高的信號等）。數(shù)字化處理技術(shù)對人類的貢獻已經(jīng)十分明顯，而信息處理的數(shù)學方法對科學技術(shù) 的推動作用更是不可估量的，數(shù)字化革命已經(jīng)滲透到了人類生活和工作的各個方面。 而且，人類正以信息處理主宰者的姿態(tài)，不斷實踐，繪制著自己更加豐富多彩的光明 未來。數(shù)字化已經(jīng)成為了時代的主流發(fā)展的趨勢。1.4課題任務(wù)要求本次設(shè)計的主要目的是將單片機信息處理技術(shù)應(yīng)用到數(shù)字化語音采集系統(tǒng)中，依 靠單片機可再次開發(fā)的獨特的優(yōu)勢設(shè)計一

15、個簡單實用的數(shù)字化語音采集系統(tǒng)，按照規(guī) 定要求能夠?qū)崿F(xiàn)對語音信號的采集和能夠?qū)⑵洳ㄐ物@示在PC機上的功能。前置放大濾波部分能夠完成包括對語音信號的采集、放大濾波等功能，信號通過ADC0804實現(xiàn)對模擬信號的數(shù)字化。單片機作為處理器對信息進行處理，之后經(jīng)過串口通信，將 其波形在PC機上顯示出來。需要考慮的有：拾音器的阻抗問題，放大器的輸入阻抗，濾波器的通阻帶的要求， 單片機的而執(zhí)行速度以及人機接口功能。本次設(shè)計分為軟、硬件設(shè)計兩部分，硬件部 分完成數(shù)據(jù)的采集、放大、濾波、AD轉(zhuǎn)換等系統(tǒng)功能。軟件部分則為單片機的程序設(shè)計和在PC機上顯示波形進行控制。課題任務(wù)的內(nèi)容：信號采集、信號放大與濾波、A/D

16、轉(zhuǎn)換、單片機程序設(shè)計，應(yīng)用端程序設(shè)計。1.5本文的主要內(nèi)容本課題主要研究信號采集，濾波放大電路以及AD的轉(zhuǎn)換，利用52系列單片機進行數(shù)據(jù)控制和處理和串口通信。研究工作包括52單片機的原理應(yīng)用及接口電路的連接和軟件的編程調(diào)試。為了實現(xiàn)語音采集并將其在 PC機上顯示出語音波形的功能， 本文主要研究工作如下：首先，進行語音采集系統(tǒng)設(shè)計的分析與設(shè)計。主要介紹語音采集系統(tǒng)的性能指標、 工作原理、外接電路接口技術(shù)等。設(shè)計語音采集系統(tǒng)，使之具有無失真實現(xiàn)語音波形 的顯示的功能。然后，進行語音采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計。主要包括單片機最小硬件系統(tǒng)、模數(shù)之間 的轉(zhuǎn)換，濾波器的使用，串口通信的分析與設(shè)計。根據(jù)語音頻段的范

17、圍及要求，選擇 傳感器。最后，進行系統(tǒng)的軟件設(shè)計。主要通過keil軟件進行程序的編寫并使用 MultisimIO 進行各個部分的模擬仿真。3桂林理工大學畢業(yè).論文2系統(tǒng)方案論證語音采集系統(tǒng)設(shè)計的主要原理是：用拾音器來進行語音采集，而采集到的語音信號將會由聲音信號轉(zhuǎn)換成電信號，由于采集到的信號太小，而與后面AD轉(zhuǎn)換輸入信號大小不符，故需要經(jīng)過放大器放大，此時的信號由于沒有濾波，會有各種頻率的信 號混合在一起，致使采集到的信號質(zhì)量不高，需要通過二階低通濾波器濾波，這樣能 夠保證得到高質(zhì)量的信號。單片機只能控制數(shù)字信號，所以要通過模數(shù)轉(zhuǎn)換將模擬信 號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后通過單片機的串口向計算機發(fā)送。

18、最后在計算機端的應(yīng)用程 序接收這些信號并顯示。整個框架圖如圖2.1所示：圖2.1總體框架圖系統(tǒng)組成如圖所示，該系統(tǒng)根據(jù)所實現(xiàn)的功能分為六大模塊三大部分，第一個模塊為信號采集，第二模塊為信號放大和濾波，第三模塊為AD轉(zhuǎn)換，此三大模塊為輸入部分；第四模塊為單片機，此模塊為單片機控制部分；第五模塊為串口，第六模塊為 計算機端應(yīng)用程序 ，這兩模塊為輸出部分。拾音器輸出的毫伏信號實測其范圍約為2025mV，此電信號太小不能夠進行采樣。后級A/D轉(zhuǎn)換輸入信號的動態(tài)范圍為 05V, 故將語音信號調(diào)整為動態(tài)的05V，就是將其放大為200倍左右。考慮到語音信號的固有特點，將低于300Hz和高于3.4kHz的分量

19、濾掉后語音質(zhì)量仍然良好。此處將其 通過一增益為46dB的放大器，因此，將二階低通濾波器設(shè)計為可通過典型的300Hz3.4kHz信號，這樣既可濾掉低頻分量又可濾掉A/D轉(zhuǎn)換帶來的高頻分量，很好的濾除掉噪聲。根據(jù)奈奎斯特抽樣定理，要使采樣信號無失真，則抽樣頻率最低為 6.8kHz，我將其設(shè)為8kHz，這樣就足夠保證語音質(zhì)量。經(jīng)量化后，單片機將數(shù)據(jù)通過 串口傳到PC機上，將采集到的語音在 PC機上顯示出來。2.1芯片的選擇放大芯片：選用NE5532。NE5532是高性能低噪聲雙運算放大器集成電路。與很多標準運放相似，但它具有更好的噪聲性能，優(yōu)良的輸出驅(qū)動能力及相當高的小信號 帶寬，電源電壓范圍大等特

20、點。因此很適合應(yīng)用在高品質(zhì)和專業(yè)音響設(shè)備、儀器、控 制電路及電話通道放大器。用作音頻放大時音色溫暖，保真度高，在上世紀九十年代 初的音響界被發(fā)燒友們譽為運放之皇”，至今仍是很多音響發(fā)燒友手中必備的運放之。A/D芯片：根據(jù)題目要求采樣頻率 fs=8KHZ，字長=8位，可選擇轉(zhuǎn)換時間不超過125 pS的八位A/D轉(zhuǎn)換芯片。目前常用的 A/D轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的常用方法有：雙積分式 A/D轉(zhuǎn) 換、逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換、計數(shù)型A/D轉(zhuǎn)換等。逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換由一個比較器和D/A 轉(zhuǎn)換器通過逐次比較邏輯構(gòu)成，順序的增加內(nèi)部D/A的輸入值，并將其輸出電壓與A/D測量輸入電壓比較，當二者相等時，內(nèi)部D/A的輸入值就

21、是A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。這種方法的主要優(yōu)點是速度快、功耗低；主要缺點是抗干擾性差。鑒于轉(zhuǎn)換速度的要求，我們采用A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0804。ADC0804是8位全MOS中速A/D轉(zhuǎn)換器、它是逐次逼近 式A/D轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)有三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，可以和單片機直接接口。單通道輸入轉(zhuǎn)換時間大約為100us。ADC0804轉(zhuǎn)換時序是：當CS= 0許可進行A/D轉(zhuǎn)換。WR由低到 高時，A/D開始轉(zhuǎn)換，一次轉(zhuǎn)換一共需要 66- 73個時鐘周期。CS與WR同時有效時啟 動A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束產(chǎn)生INTR信號（低電平有效），可供查詢或者中斷信號。在 CS 和RD的控制下可以讀取數(shù)據(jù)結(jié)果。串口芯片：選用 MAX232

22、。RS232C是一種電壓型總線標準，可用于設(shè)計計算機 接口與終端或外設(shè)之間的連接，以不同的極性的電壓表示邏輯值。-3至-25表示邏輯“ 1, +3至+25表示邏輯“0”其電平是TTL和CMOS電平是不同的，所以在通信時 必須進行轉(zhuǎn)換。MAXIM 公司的 MAX232 接收/發(fā)送器是 MAXIM 公 司特別 為滿足EIA/TEA2232的標準而設(shè)計的，它們具有功耗低、工作電源為單電源、外接電容 僅為0.1uF或1uF的電容，其價格低，可在一般需要串行通信的系統(tǒng)中使用。MAX232 引腳 C1 + 與 C1-、C2+ 與 C2-、V+ 與 VCC、V-與 GND 之間的 4 個 0.1uF 的電容

23、不可缺少，一般選用陶瓷介質(zhì)的電容。MAX232 可以用作單片機和單片機之間、單片機和PC機串口之間的符合RS232串行接口電路。只要將待進行串行傳輸?shù)脑O(shè)備的發(fā)送和接收端相應(yīng)的接 上，編程即可。單片機：宏晶的 STC89C52。STC89C52是一種低功耗、高性能CM0S8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程 Flash存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、 超有效的解決方案。具有以下標準功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置 4KB EEPROM，MAX810復位電路

24、，三個 16位定 時器/計數(shù)器，一個 6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 STC89X52可降 至OHz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 掉電保護方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位 為止。最高運作頻率 35Mhz，6T/12T可選。6桂林理工大學畢業(yè).論文3系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1拾音器拾音器本質(zhì)上是一種聲傳感器，它能夠把外界聲場中的聲信號轉(zhuǎn)換成電信號。它 在語音通訊、噪聲的控制、環(huán)境的檢測、音質(zhì)的評價、文化娛樂、超聲檢測、水下探 測和生物醫(yī)學工程及醫(yī)學等方

25、面有廣泛的應(yīng)用9。它有多個種類，按照它的特點和頻率等可以將它劃分為超聲傳感器、聲壓傳感器和聲表面波傳感器等。單純的磁性拾音 器工作的電學原理為當聲音在銅絲繞制的線圈內(nèi)震動切割被該線圈所纏繞的磁芯產(chǎn) 生的磁感線時，線圈內(nèi)感應(yīng)出電信號并流出。拾音器包括拾音頭(換能裝置、唱針)和音臂等附件。其換能裝置主要有壓電式、 電磁式、電容式以及半導體等。電磁式拾音頭，用電磁感應(yīng)原理，將機械振動變換成 電信號的幅度響應(yīng)拾音頭。主要由線圈和磁鋼等組成。唱針耦合在線圈上的稱動圈式， 耦合在磁鋼上的稱動磁式。此外，也有將唱針耦合在銜鐵上的稱為動鐵式，也稱可變 磁阻式。因為動圈式拾音器的音質(zhì)比較好，并且使用方便，所以在

26、本設(shè)計中采用動圈 式拾音器。3.2前置增益放大器拾音器輸出的信號實際范圍約為2025mV，由于此電信號太小不能夠進行采樣。后級A/D轉(zhuǎn)換輸入信號的動態(tài)范圍為 05V，語音信號的范圍與采樣范圍的比較得出 放大器的放大倍數(shù)應(yīng)為100倍左右(后級的二級低通濾波器可放大2倍，也就是總共放大200倍)，此處信號通過放大器后將其放大到伏特量級。為了將從拾音器獲得的 微弱語音信號放大，我們采用由運放NE5532構(gòu)成的高輸入阻抗的放大器。NE5532是一種雙運放高性能低噪聲運算放大器，具有以下特點：(1) 小信號帶寬為10MHz。(2) 輸出驅(qū)動能力強為600Q，10V的有效值。(3) 輸入噪聲電壓為5nV/

27、Hz。(4) 直流電壓增益可達50000。(5) 交流電壓增益為 2200-10kHz。(6) 功率帶寬為140kHz。(7) 轉(zhuǎn)換速率可達9V/ (8) 大的電源電壓范圍為 出V-20V。(9) 單位增益補償。為了將從拾音器獲得的微弱語音信號放大，每級放大器的放大倍數(shù)按下式計算A/1 =1 + R8/ R6 ( 3/)Aj2 = 1 R9/ R7 ( 3_2)前置放大電路如圖3.2所示：vetL AGri圖3.2前置放大器3.3濾波器設(shè)計濾波器的作用：讓一定頻率范圍內(nèi)的信號通過，同時將此頻率范圍之外的信號加 以抑制或者使其急劇衰減；當干擾信號與有用信號不在同一頻率范圍之內(nèi)，使用濾波 器可以非

28、常有效的抑制干擾10 0由于采集到的聲音大都集中在低頻。如果要求采集到的信號有較高的質(zhì)量， 就不希望高頻成分混入，設(shè)計一個有源二階低通濾波器顯得很重要。二階低通濾 波器與一階低通濾波器相比，下降的速度要提高一倍，使濾波特性比較接近于理 想情況。在一般的二階低通濾波器中，可以將兩個電容的下端都接地。但是第一 級的RC電路的電容不接地而改接到輸出端，這種接法相當于在二階有源濾波電路中引入了一個反饋。這樣接的目的是為了使輸出電壓在高頻段迅速下降，但在 接近于通帶截止頻率的范圍內(nèi)又不要下降太多，從而有利于改善濾波特性。濾波 器的作用是：（1）保證200 3400Hz的語音信號不失真的通過濾波器；（2）

29、濾除通帶外的低頻信號，以減少帶外的音頻分量的干擾，大大減少噪聲影 響；圖3.3為二階低通濾波器的設(shè)計圖：圖3.3二階低通濾波器這里取等效品質(zhì)因數(shù)Q=1。通帶電壓放大倍數(shù)為R10(3-3)通帶截止頻率為(3-4)等效品質(zhì)因數(shù) Q為(3-5)R4=R5 : 50K 11。為使集R10/R11=2R4。R10=R1 仁4R4=200K 門。，可計算得:首先選定電容C=1000pF，f0=3.1KHz成運放兩個輸入端對地的電阻平衡，3.4 ADC0804的主要特性和結(jié)構(gòu)ADC0804的主要電氣特性如下：工作電壓：+5V，即VCC = + 5V模擬輸入電壓范圍：0+ 5V，即0WV + 5V。分辨率：8

30、位，即分辨率為1/28=1/256，轉(zhuǎn)換值介于0255之間。轉(zhuǎn)換時間：100us （fck= 640KHz 時）轉(zhuǎn)換誤差：LSB。參考電壓：2.5V，即 Vref = 2.5V。2015CS VCC INTR218RDDB0317WRDB1416CLKINDB21915CLKOUTDB3914REF/2DB4613IN+DB5712IN-DB6811AGND一DB7DGND10圖3.5 ADC0804的管腳圖3.4.1ADC0804的轉(zhuǎn)換原理ADC0804是屬于逐次逼近型的 A/D轉(zhuǎn)換器，以輸出8位的ADC0804動作來說明 逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換”的轉(zhuǎn)換原理，動作步驟如下表示（原則上先從左側(cè)最

31、高位尋找 起）。第一次尋找結(jié)果：10000000（若假設(shè)值 時俞入值，則尋找位二假設(shè)位二1)第二次尋找結(jié)果：11000000（若假設(shè)值 時俞入值，則尋找位二假設(shè)位二1)第三次尋找結(jié)果：11000000（若假設(shè)值 輸入值，則尋找位二該假設(shè)位二0)第四次尋找結(jié)果：11010000（若假設(shè)值 時俞入值，則尋找位二假設(shè)位二1)第五次尋找結(jié)果：11010000（若假設(shè)值 輸入值，則尋找位二該假設(shè)位二0)第六次尋找結(jié)果：11010100（若假設(shè)值 時俞入值，則尋找位二假設(shè)位二1)第七次尋找結(jié)果：11010110（若假設(shè)值 時俞入值，則尋找位二假設(shè)位二1)第八次尋找結(jié)果：11010110（若假設(shè)值 輸入值，

32、則尋找位二該假設(shè)位二0)這樣使用二分法的尋找萬式，8位的A/D轉(zhuǎn)換器只要8次尋找，12位的A/D轉(zhuǎn)換器只要12次尋找，就能完成轉(zhuǎn)換的動作，其中的輸入值代表圖3.5的模擬輸入電壓 Vin2.分辨率與內(nèi)部轉(zhuǎn)換頻率的計算。對8位ADC0804而言，它的輸出準位共有 28 = 256種，即它的分辨率是1/256, 假設(shè)輸入信號Vin為05V電壓范圍，則它最小輸出電壓是 5V/256 = 0.01953V，這代 表ADC0804所能轉(zhuǎn)換的最小電壓值。表1-1列出的是812位A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率和最小電壓轉(zhuǎn)換值。56(iM 11C(iwl|cs RDV RHF yUKvt IJ6 IEI?宦：2 :？rr

33、irIMJO 廠ULCLK 1(l.KOL LREFZ21N +JN -位數(shù)目分辨率最小電壓轉(zhuǎn)換值81/2560.01953V101/10240.00488V121/40960.00122V至于內(nèi)部的轉(zhuǎn)換頻率fcK，是由圖3.6的CLKOUT （19 連接的R13、C6來決定。腳）、CLKIN （ 4 腳）所表1-1 A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率和最小電壓值圖3.6 ADC0804的設(shè)計圖頻率計算萬式是:1.1 R13 C6更換不同的R、C值，會有不同的轉(zhuǎn)換頻率，而且頻率愈高代表速度愈快。但是 需要注意R、C的組合，務(wù)必使頻率范圍是在100KHz1460KHZ之間。控制ADC0804動作的信號應(yīng)該只有

34、 CS、WR、RD。其中INTR由高電位轉(zhuǎn)為低 電位后，代表ADC0804完成這次的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換，而DB0DB7代表是轉(zhuǎn)換后的數(shù) 字資料。動作大概可分成4個步驟區(qū)間一一S0、S1、S2、S3,每個步驟區(qū)間的動作方式下： 步驟S0: CS = 0、WR = 0、RD = 1 （由單片機發(fā)出信號要求 ADC0804開始進行 模擬/數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換）。步驟S1: CS= 1、WR = 1、RD = 1 （ADC0804進行轉(zhuǎn)換動作，轉(zhuǎn)換完畢后 INTR 將高電位降至低電位，而轉(zhuǎn)換時間 100us）。步驟S2: CS = 0、WR = 1、RD = 0 （由單片機發(fā)出信號以讀取 ADC0804的轉(zhuǎn)換

35、資料）。步驟S3:CS= 1、WR = 1、RD =1（由單片機讀取 DB0DB7上的數(shù)字轉(zhuǎn)換資料）。 由上述步驟說明，可以歸納出所要設(shè)計的單片機動作功能有：負責在每個步驟送出所需的 CS、WR、RD控制信號。在步驟 S1時，監(jiān)控INTR 號是否由低電位變高電位，如此以便了解ADC0804的轉(zhuǎn)換動作結(jié)束與否。在步驟S3,讀取轉(zhuǎn)換的數(shù)字資料 DB0DB73.5單片機單片微型計算機簡稱單片微機或單片機。它是一種把芯片中集成中央微處理器、 隨機存取存儲器、只讀存儲器、定時/計數(shù)器以及I/O接口電路等部件，構(gòu)成了一個完 整的微型數(shù)字電子計算機。其具有很多優(yōu)點：高性能，高速度，體積小，價格低廉， 穩(wěn)定可

36、靠等。也正是由于單片機具有上述顯著的特點，使得單片機的應(yīng)用范圍日益擴大。單片 機的應(yīng)用打破了人們的傳統(tǒng)設(shè)計思想，原來很多用模擬電路、脈沖數(shù)字電路和邏輯部 件來實現(xiàn)的功能，現(xiàn)在均可以使用單片機，采用軟件編程來實現(xiàn)。同時使用單片機所 做的產(chǎn)品還具有體積小、可靠性高、性能價格比高和容易產(chǎn)品化等優(yōu)點10。351AT89C52引腳簡介VCC :供電電壓。GND :接地。P0 口： P0 口為一個8位漏級開路雙向I/O 口，每腳可吸收8個TTL門電流。當P0 口的管腳第一次寫“ 1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器， 它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 FIASH編程時，P0 口作為原

37、碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸 出4個TTL門電流。P1 口管腳寫入“ 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外 部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1 口作為第八位地址接收。P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4個TTL門電流，當P2 口被寫“1時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并 因此作為輸入時，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉

38、的緣故。 當P2 口用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2 口輸出地址 的高八位。在給出地址“ 1時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3 口： P3 口管腳是8個帶內(nèi)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(nèi)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（ILL）這是由于上拉的緣故。P3 口作為AT89C51 的一些特殊功能口，管腳備選功能：P3.0 RXD （串行

39、輸入口）；P3.2 /INTO （外部中斷 0）；P3.3 /INT1 （外部中斷 1）；P3.4 T0 （計時器0外部輸入）；P3.5 T1 （計時器1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）。RST:復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG :當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地 位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是

40、：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX， MOVC指令是ALE才起用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN:外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器 周期兩/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， 這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP :當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器(OOOOH-FFFFH)，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET;當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存

41、儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源(VPP)。XTAL1 :反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入XTAL2 :來自反向振蕩器的輸出。圖3.7為單片機模塊的設(shè)計圖：PII) ?LIvccPO.O?lP2POJt*l.3PQ.2卩1,4PflJ1*1.5P0.4Pl.6MlSPt?PD 6RESETP0 7PIOEAf*1.lALLPI 2PS ENFP3 3P2.7P3 4P：.6PXSP2.5P3 6P2.4Pl 7P23X1AJ_!P2.2XI AL.F2.1GNDP2jO4616XJAL277vcc4U T22162J.4XIA ft I311CSGND圖

42、3.7單片機設(shè)計模塊在晶振電路設(shè)計上采用的是 11.0592MHz的晶振，電容采用30pF的陶瓷電容。系 統(tǒng)設(shè)計一個外部復位，采用按鍵電平復位方式，電平復位是通過復位端電阻與Vcc電源接通而實現(xiàn)的，為了提高系統(tǒng)可靠性，再加上一個0.1uF的電容來消除高頻干擾和雜波。3.6串口通信設(shè)計串口通信賦予了 52單片機獨特的魅力。無論是通過 A/D采集的數(shù)據(jù)或者是單片 機通過程序生成的信號，都可以通過串口別的設(shè)備進行共享。361單片機與PC通信52單片機的串口是全雙工的 UART，他可以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。這就是通過設(shè) 置特殊功能寄存器 SCON和SBUF來操作實現(xiàn)的。串行控制寄存器SCON,其各位名稱

43、和功能如表 1-2所示：表1-2串行控制寄存器 SCON其各位名稱SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRITI :發(fā)送中斷標記位。在模式 0下，當?shù)?位結(jié)束時，硬件會將其設(shè)為 1;在其 他SM0和SM1串口工作模式選擇。SM2 :當串口為模式 2或3時，使能多處理器通信的功能。這兩種模式下如果SM2=1，則當接收到第9位數(shù)據(jù)位為0時，RI （接收中斷標志位）不動作。在模式 1 下，如果SM2=1，則當接到的停止位不正確時， RI也不動作。在模式0時，SM2必 須為0.REN :由軟件設(shè)定或清除，以決定是否接收串口輸入數(shù)據(jù)。REN=1接收數(shù)據(jù)，REN=0發(fā)送數(shù)據(jù)。TB8 :在模式2或3時，發(fā)

44、送時的第9數(shù)據(jù)位由軟件控制。RB8 :在模式2或3時，發(fā)送時的第9數(shù)據(jù)位放入此位。在模式1時，若SM2=0, 則RB8為接收到的停止位。模式 0時，RB8無效，在停止位開始時就由硬件設(shè)定。RI :接收中斷標志位。在模式 0下，當?shù)?位結(jié)束時，硬件會將其設(shè)為 1;在其 他方式下，在停止位的一半時由硬件設(shè)定。SM0、SM1為串行口工作模式設(shè)置位，這樣兩位可以對應(yīng)進行四種模式的設(shè)置。 看表1-3串行口工作模式設(shè)置：表1-3串行口工作模式設(shè)置SM0SM1模式功能波特率000同步移位寄存器fosc/120118 位 UART可變1029 位 UARTfosc/32 或 fosc/641139 位 UAR

45、T可變15桂林理工大學畢業(yè).論文圖3.8串口通信設(shè)計的模塊:|134cd1045PJ ICiSD*CI*VDDthvetC2*TUN TIOUTI21X TJOLTHI OUTRI1NRZULTR2JNGNDvttTT召 bnr|gVCC |(M14 fl OL EKI INCI3HI一5ft-ohTl (M.T 2k7KI IN7席45c丄CiDDUJL16桂林理工大學畢業(yè).論文#桂林理工大學畢業(yè).論文圖3.8 串口通信設(shè)計圖數(shù)據(jù)傳輸接口是數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠布A(chǔ)，也是數(shù)據(jù)通信、計算機網(wǎng)絡(luò)的重要組 成部分。單片機本身的數(shù)據(jù)傳輸接口主要為8位或16位并行數(shù)據(jù)接口、全雙工串行通信接口，但電子技術(shù)的迅速

46、發(fā)展使得許多新的數(shù)據(jù)傳輸接口標準不斷涌現(xiàn)，大 多數(shù)的單片機并沒有在硬件中集成這些新的數(shù)據(jù)傳輸接口。為了使單片機適應(yīng)不同標準的各類數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，必須對單片機的數(shù)據(jù)傳輸接口進行擴展。而隨之而來的就是一系列的接口標準的誕生，其主要有RS-232標準、RS-485標準。其中RS-232C原本是美國電子工業(yè)協(xié)會(Electronic Industry Association，簡稱EIA)的推薦標準，現(xiàn)已在全世界范圍內(nèi)廣泛采用。RS-232C是在異步串行通信中應(yīng)用最廣的總線標準，它適用于短距離或帶調(diào)制解調(diào)器的通信場合。RS-232實際上是串行通信的總線標準。該總線標準定義了25條信號線，使用25個引腳的連

47、接器。表1-4 RS-232C標準中許多信號是為通信業(yè)務(wù)或信息控制而定義的，在計算 機串行通信中主要使用了如下信號(1) 數(shù)據(jù)傳送信號：發(fā)送數(shù)據(jù)(TXD);接收數(shù)據(jù)(RXD)。(2) 調(diào)制解調(diào)器控制信號：請求發(fā)送(RTS);清除發(fā)送(CTS);數(shù)據(jù)通信設(shè)備準備就緒(DSR);數(shù)據(jù)終端準備就緒 (DTR) 0(3) 定位信號：接收時鐘(RXC);發(fā)送時鐘(TXC) o(4) 信號地GND o :各信號引腳的定義見表1-4表1-4引 腳定義(助記符)引腳定義(助記符1保護地(PG)14輔助通道發(fā)送數(shù)據(jù)(STXD)2發(fā)送數(shù)據(jù)(TXD15尬盼TXC)13接收數(shù)據(jù)(RXD)16輔助通道接收數(shù)據(jù)(SRXD

48、)4請求發(fā)送(RTS)17接收時鐘(RXC)5清除發(fā)送(CTS)186數(shù)據(jù)準備好(DSR)19輔助 ffig請K(SRTS)7信號地(G ND)20數(shù)據(jù)終端準備就緒(DTR)8接收線路信號檢測(DCD)21信號斑O!l9義22音響指標(RI)10未定義23數(shù)離貳率11未定義2412輔助通道接收線路信號檢測 (SDCD)2513輔助通道允許發(fā)送(SCTS)圖3.9為微機9針D形串口連接器:1接收線路信號檢測DCD數(shù)據(jù)準備好DSR接收數(shù)據(jù)RXDOO0DB9右青求發(fā)送RTS亍發(fā)送數(shù)據(jù)IXD商除發(fā)送CTS 呂數(shù)塘終端準備就緒DTR振鈴指示RI了信號地GND圖3.9微機9針D形串口連接器由于RS-232

49、C信號電平(EIA)與AT89C52單片機信號電平(TTL)不一致，因 此，必須進行信號電平轉(zhuǎn)換。實現(xiàn)這種電平轉(zhuǎn)換的電路稱為RS-232C接口電路。MAX232芯片是MAXIM 公司生產(chǎn)的具有兩路接收器和驅(qū)動器的IC芯片，其內(nèi)部有一個電源電壓變換器，可以將輸入+5V的電壓變換成 RS-232C輸出電平所需的土 12V電壓。所以采用這種芯片來實現(xiàn)接口電路特別方便，只需單一的 +5V電源即可。4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1仿真圖這次仿真用的是 Multisim 10軟件，Multisim 10易學易用，便于開展綜合性的設(shè)計和實驗，有利于培養(yǎng)綜合分析能力、開發(fā)和創(chuàng)新的能力。Multisim 10擬測試儀器儀表

50、種類齊全，有一般實驗用的通用儀器，如萬用表，直流電源；函數(shù)信號發(fā)生器、雙 蹤示波器；而且還有一般實驗室少有或沒有的儀器，如波特圖儀、字信號發(fā)生器、邏 輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、失真儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀等。具有較為詳細的電路 分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析、時域和頻域分析、器件的線性和非 線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點分析、交直流 靈敏度分析等電路分析方法，以幫助設(shè)計人員分析電路的性能。以設(shè)計、測試和演示 各種電子電路，包括電工學、模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路及微控制器和接口電路 等。可以對被仿真的電路中的元器件設(shè)置各種故障，如開路、短路和不同程度的

51、漏電 等，從而觀察不同故障情況下的電路工作狀況。在進行仿真的同時，軟件還可以存儲 測試點的所有數(shù)據(jù)，列出被仿真電路的所有元器件清單，以及存儲測試儀器的工作狀 態(tài)、顯示波形和具體數(shù)據(jù)等。總之，這是一款非常好，而且強大的仿真軟件。圖4.1為波形仿真圖圖4.1波形仿真圖從圖中可以看出，將信號發(fā)生器產(chǎn)生的波形傳入系統(tǒng)中，通過濾波后即AD轉(zhuǎn)換之前輸出波形，可以發(fā)現(xiàn)其幅度放大了200倍左右，并且波形沒怎么失真。4.2主程序流程圖與工作原理設(shè)計圖4.2總流程圖圖4.2為模數(shù)、串口和PC端總的流程圖。在A/D轉(zhuǎn)換時，首先把ADC0804的片 選端拉低，并保持。在介紹 ADC0804時可知，當我們要連續(xù)轉(zhuǎn)換并且

52、連續(xù)讀取數(shù)據(jù) 時，就么有必要每次都把 CS片選端置低在拉高，因為 CS置低表示芯片可給操作。 所以只要一開始就將CS拉低，以后當要啟動轉(zhuǎn)換和讀取數(shù)據(jù)時只要操作WR和RD即可。接下就是操作 WR啟動ADC0804，讓該芯片進行模數(shù)的轉(zhuǎn)換，最終通過 RD把 數(shù)據(jù)取走給單片機。單片機通過串行口的方式1進行與電腦通信。串行口方式 1傳送一幀數(shù)據(jù)共10位，1位起始位、8位數(shù)據(jù)位和1位停止位。當數(shù)據(jù)被寫入 SUBF寄存 器后，單片機即自動開始發(fā)動數(shù)據(jù)，在PC端通過軟件和相關(guān)程序來接收數(shù)據(jù)。然后通過處理即可顯示出對應(yīng)采集的模擬信號的波形圖。421串行口中斷流程圖與工作原理開始開串口中斷Y軟件將TI清0結(jié)束圖

53、4.3串行口中斷流程圖4.3為串行口中斷流程。串行口在發(fā)送停止位的開始時，由內(nèi)部硬件使TI置1，向CPU發(fā)送中斷申請。硬件不會將 TI置0,必須使用軟件將TI置0才能繼續(xù)下一次 的發(fā)送。這里用串口中斷服務(wù)程序完成。4.3 PC機顯示端的運用由于要將采集到的語音通過串口發(fā)送到PC機上，PC機接收并顯示波形。而要自己用VB編寫顯示波形程序通過通信控件MSCOMM文件名為MSCOMM. VB來達到串行通信的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，極為困難麻煩。雖然研究了半個月，但毫無頭緒。在此我用了串口調(diào)試助手 SCOMM.exe這是一款比較好用的軟件，支持常用的300-115200bps波特率，能設(shè)置校驗、數(shù)據(jù)位和停止位，能以ASCII碼或十六進制接收或發(fā)送任何數(shù)據(jù)或字符，可以任意設(shè)定自動發(fā)送周期，并能將接收數(shù)據(jù)保存成文本文件，能發(fā)送任意大小的文本文件。SCOMM.exe的使用：連接好串口，在串口設(shè)置中，選擇好所連接的端口號， 之后打開串口，在接收信息顯示設(shè)置中選擇十六進制，點擊顯示波形，就樣就可以看到下端的十六進制數(shù)和上端的波形圖。圖4.4是SCOMM.exe的顯示端：圖4.44.4實踐結(jié)果將串口接好，接