论文答辩定时控制器的设计与制作.docx
《论文答辩定时控制器的设计与制作.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《论文答辩定时控制器的设计与制作.docx（46页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
论文答辩定时控制器的设计与制作
下载之后可以联系QQ1074765680索取图纸，PPT，翻译=文档
摘要
随着时代的发展、社会的进步，近几年来，全国范围内各个大学在不断的扩招当中，大学生数量也在不断的翻新。
可是，这么的大学生在毕业答辩时却缺少相应的配套设置，毕业答辩的场所也相对较为简陋，因此，本文所设计的毕业论文答辩定时控制器可广泛用于各个大学院校在毕业答辩时进行时间控制和语音提示，减少评委老师因为对每个学生都进行提示而产生的心情因素的影响。
除此之外，因为扩展了秒表功能，它还可以作为体育老师对学生进行短跑及长跑测定成绩时的工具。
关键词 ：
论文答辩，定时器，单片机
Thedesignandproductionofthethesisdefensetimingcontroller
Abstract
Withthedevelopmentofthetimesandsocialprogressinrecentyears,thevariousuniversitiesinthecountryconstantlyincreasedenrollment,thenumberofuniversitystudentsisalsoongoingrenovation.However,suchstudentsgraduatedinreplywhenthecorrespondinglackofsupportingsettings,placesgraduatesreplyalsorelativelysimpleand,therefore,thedesignofthisthesisreplytimingcontrollercanbeusedinvariousuniversitiesandcollegesinreplywhengraduationtimecontrolandvoiceprompt,thejudgesreducedbecausetheteachersforeverystudentandhavesuggestedthatthefeelingsoffactors.Inaddition,becausetheexpansionofthestopwatchfunction,itcouldserveasaphysicaleducationteacherandthestudentsrunsprintresultsofthetool.
Keywords:
Thesisdefense,Timers,SCM
1.1选题背景及现状1
1.2设计思想2
1.3论文内容安排2
1引言
1.1选题背景及现状
随着经济的进步，大规模集成技术的高度发展和计算机技术的飞速前进，推动着语音技术的发展。
在数字音频技术和多媒体技术迅速发展的今天，传统语音录放电路设计十分复杂，开发工具十分昂贵，语音录制及软件编制工作量巨大，而且语音效果也不甚理想，尤其在投资不大的产品系统中最为突出，从而制约了这一技术的应用和发展。
在越来越多的领域里，人们逐渐意识到使用语音交互界面的巨大价值，已经开始尝试采用语音技术，并且在不少的领域里取得了喜人的成果。
语音技术已经从锦上添花的点缀，变为实实在在为用户提供便利的重要特征与内涵，也成为衡量电子电器产品的一个重要标志。
近几年集成电路技术飞速发展，国内外单片语音集成电路领域出现了重大变革，产生了许多新的技术和产品，开拓了更广泛的应用领域，语音电路已经迅速发展成为当前“会说话”电子产品，是家电产品、通信产品和网络化产品中不可或缺的重要集成电路器件，并且成为一个多品种、多规格、多系列、多元化的庞大语音集成电路体系。
朝着更大容量，更优音质，更高智能，更具有灵活性的方向发展。
在通讯设备、电话机、智能仪器仪表、治安报警系统、语音报站/报数/报价器、语音复读机、教学仪器、智能玩具、高档电子礼品等场合获得了广泛的应用。
在师范教学过程中，微格教学是一个很重要的教学活动。
大量研究表明，微格教学是一种行之有效的师资培育策略，它既能获得相当多的受教者的喜爱与支持，也能积极引导受教者改变教学态度与教学观念，更能有效协助受教者学习教学技巧与策略。
微格教学是一种花费昂贵的师资培育策略。
无论是方便新颖的电化器材、配备齐全的实验教室、内容丰富的行为量表、具体可观的教学录像带、均构成微格教学之巨额花费，而其系统化过程所耗费的人力、时间与反馈资源，功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于各行各业。
本选题将充分利用单片机技术实现微格教学的定时控制与提醒功能。
单片机的应用在后PC时代得到了前所未有的发展，但对处理器的综合性能要求也越来越高。
综观单片机的发展也成为巨大的投资。
尤其对教育经费贫乏大量师资需要培育的发展中国家来说，经费的投入不能不考虑。
单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。
单片机具有体积小、功耗低、控制，以应用需求为目标，市场越来越细化，充分突出以“单片”解决问题，而不像多年前以MCS51/96等处理器为中心，外扩各种接口构成各种应用系统。
单片机系统作为嵌入式系统的一部分，主要集中在中、低端应用领域8位、16位、32位单片机共同发展 这是当前单片机技术发展的另一动向。
长期以来，单片机技术的发展是以8位机为主的。
随着移动通讯、网络技术、多媒体技术等高科技产品进入家庭，32位单片机应用得到了长足发展。
低电压与低功耗自80年代中期以来，NMOS工艺单片机逐渐被CMOS工艺代替，功耗得以大幅度下降，随着超大规模集成电路技术由3μm工艺发展到1.5、1.2、0.8、0.5、0.35近而实现0.2μm工艺，全静态设计使时钟频率从直流到数十兆任选，都使功耗不断下降。
Motorola最近推出任选的M.CORE可在1.8V电压下以50M/48MIPS全速工作，功率约为20mW。
可靠性及应用越来越水平高和互联网连接已是一种明显的走向。
所集成的部件越来越多；NS（美国国家半导体）公司的单片机已把语音、图象部件也集成到单片机中，也就是说，单片机的意义只是在于单片集成电路，而不在于其功能了；如果从功能上讲它可以讲是万用机。
原因是其内部已集成上各种应用电路。
功耗越来越低和模拟电路结合越来越多。
随着半导体工艺技术的发展及系统设计水平的提高，单片机还会不断产生新的变化和进步，最终人们可能发现：
单片机与微机系统之间的距离越来越小，甚至难以辨认。
1.2设计思想
从众多的语音芯片的性价比上看，美国ISD公司的生产的语音芯片可谓是一支独秀。
在对ISD语音芯片的开发运用中，可分为两种设计思路。
第一种是只单独应用ISD语音芯片设计进行录/放功能的电路。
第二种是将ISD语音芯片与单片机相结合的电路，用单片机进行控制，实现更多的功能，根据不同的外界情况有目的得进行语言交流。
本设计采用第二种设计思路，即用ISD1820语音芯片与AT89C51单片机相结合。
用单片机控制语音芯片。
来实现对语音的分段录音和循环播放。
单片机性能可靠，程序设计灵活方便，抗干扰能力强，运行稳定，从而使这一技术得到了广泛的应用。
1.3论文内容安排
论文引言主要阐述选题的背景及现状、论文的设计思想，指明了论文的设计方向，接着是对单片机和语音芯片选取分析，接着分别是语音录放系统的硬件设计和软件设计，在参阅相关资料的基础上完成了对语音的分段录取和播放，在硬件设计方面，由单片机、语音芯片和存储电路等电路共同实现对语音的分段录音和播放，软件设计方面，采用汇编语言独立编写了程序。
介绍ISD18120语音芯片应注意的问题，以及进一步的改进方向，整篇论文层次鲜明，结构严谨。
近年来，伴随着高校本、专科生及研究生教育事业不断向广度和深度发展,参加论文答辩的大学生人数逐年增加,但是由于师资与教学硬件设施得不到及时补充,使得原有的教务管理方法远远不能适应形势的需要,教务管理不再适用传统的手工管理方式。
目前国内各高校都实现了信息化的改造,教务管理对实现信息化、现代化的要求非常迫切。
大学生论文答辩是高校教务管理的关键一环,如果其实现了管理的信息化,必将大大减轻教务人员的工作量、提高工作效率、避免差错的发生,因此很有必要设计出一套实用的论文答辩系统。
本文所设计的论文答辩定时控制器电路正是基于此方面的空缺，利用人们最为常见的数码管显示、语音提示功能来完成在答辩过程当中毕业生对时间的控制及老师对学生开始、暂停、结束的提示，以免毕业生因为不知道过了多长时间而不能完成答辩内容和老师对学生反复提示而产生厌倦的心情。
2设计方案论证
对于此系统的设计方案主要有二种，第一种：
全部采用数字电路来实现，此方案定时控制电路较为复杂、体积庞大、制作起来有一定的困难，并且不能保证工作的稳定性，给显示电路、语音电路不好接口；第二种：
系统主要部分使用单片机来完成，辅助部分采用数字电路完成，这种设计方案具有相当多的优点，硬件电路简单、稳定性高、容易制作、体积相当的小、程序在内部运行、便于升级改进，对有一定的编程基础的人来说，是一种很好的选择，这样既可以把所学习过的知识融合到一起，又对所学课程进行一次很好的巩固。
因此，通过对以上两种方案的比较论证，可得出结果是第二种方案优于第一种方案，其优点较多，比较适合用来设计此系统。
故采用第二种方案。
3系统功能描述
本系统主要针对高校毕业生论文答辩时进行时间显示和语音提示来设计的，根据设计任务及实际需要，共设置三个定时时间，实际操作时可根据具体情况来选择，另外附加一个秒表功能。
该系统共设置S1、S2、S3、S4四个功能按键，其中功能键S1作为功能键，功能键S2作为功能选择键兼开始键，功能键S3作为暂停键兼中间值记录键，功能键S4作为复位键兼停止键。
⑴在初始状态下，需进行功能选择，方可进入某一种功能，此时按住功能键S1不放，再按功能键S2可在10分钟、15分钟、20分钟定时器及秒表四种功能之间转换，然后松开功能键S1即可转到所选择的功能区，转换时，数码管显示数字“1”、“2”、“3”、“4”，以表示选择第几种功能。
当选择了某一种功能后，数码管显示“000000”，表示系统处于等待开始状态，此时按下功能键S2即可启动定时器或者秒表功能。
⑵当选择了定时器功能后，按下功能键S2松开后即启动定时器，同时语音提示“注意，答辩现在开始！
”、数码管显示已用时间，当离结果时间分别为2分钟、3分钟、4分钟时，则语音提示“注意，时间不多了，请注意时间！
”，同时数码管显示时间不停；当到了10分钟、15分钟或者20分钟时，语音提示“时间到，答辩结果！
”，数码管显示时间停留在最后的时间上，此时只能按复位键返回该定时器的初始状态，等待下一位答辩者开始，按功能键则重新在四种功能之间选择；在此答辩期间，如果没有到8分钟或者12分钟或者16分钟时，可以按功能键S3暂停和按功能键S4复位，暂停后如果再按S2则继续，按功能键S4则复位。
⑶如果选择了第四种功能即秒表功能的时候，数码管显示“000000”表示等待状态，此时按功能键S1则重新返回功能选择状态，按功能键S2则跑表计时开始，数码管显示分、秒、跑秒，此时如果按一下S3则记录一次中间值，当所有的需记之秒数都记完之后，按停止键则停止跑秒，然后再按功能键S3则显示刚才所记之中间值，显示完后返回跑秒的初始状态，等待下一次跑秒记时开始，按功能键S2则重新开始跑秒，按功能键S1则返回功能选择。
⑷在上电初始化状态下，如果直接按功能键S4，则直接选择15分钟定时功能。
4系统总体设计
由于此系统采用可编程器件单片机来设计，因此它的设计包括两部分：
系统的硬件设计与软件设计。
4.1系统硬件总体框图
因为实现的是定时功能，所以可以采用单片机本身所具有的时钟功能来完成时间的走时功能，外部电路只需配备相应的时钟电路、显示电路、语音提示电路和按键就能完成了。
其组成如图1所示：
图1系统硬件总体框图
4.2系统软件总体流程图
之所以采用单片机，是因为单片机外围电路较为简单，有许多功能可以用软件的方式来实现，正因为如此，软件的设计占有相当重的分量。
此系统更是如此，它的软件设计主要包括三个方面的内容：
功能选择的按键判别处理、定时器的功能实现和秒表的功能实现。
其流程如图2所示：
图2系统软件总体流程图
5系统总体电路设计
本系统主要有三部分电路：
单片机控制部分、数码管显示部分、语音提示部分组成。
单片机控制部分主要有电源电路部分、独立键盘部分、蜂鸣器提示电路、语音提示电路控制部分和单片机的复位电路及时钟电路及数码显示电路和语音提示电路的接口等组成；数码管显示部分主要有数码管和它的驱动电路组成；语音提示部分有三个ISD1820P语音模块的录放电路及其语音放大电路TDA288M组成。
由于三部分电路画在一起面积庞大，不便于作图及制板，所以分三部分分别画图及作板，中间用插接件进行连接，详情请查看附页图
6系统工作原理及电路分析
6.1系统硬件部分工作原理及电路分析
由于本系统主要有三部分电路：
单片机控制部分、数码管显示部分、语音提示部分组成，下面分别介绍三部分电路的工作原理及进行电路分析。
6.1.1单片机控制部分
电源电路
由于本系统电源电路要为单片机、语音模块ISD1820两个相对来说要对电源要求较高的模块供电，所以采用了变压器降压经整流滤波后由集成稳压器7805稳压后给整个系统提供+5V电圧的方式。
电路图如图3所示，其中IN-AC为9V交流变压器输入端，D1、D2、D3、D4构成桥式整流电路，经C6（3300uF）大滤波电容滤波后送入集成稳压器7805输入端，由输出端输出后再由C7（1000uF）滤波后整个系统供电。
在此电源电路中，C4、C5为交流高频耦合电容，防止交流高频信号经电源电路串入系统，对系统构成干扰。
R5和LED组成电源指示电路，显示电路是否工作。
图3电源电路
由于7805普遍采用TO-220封装，其Vi-Vo≥2V。
所以选用较为常见的交流9V变压器，7805上的圧降Vi-Vo=5V，在它的可承受范围之内。
其封装形式如下图4所示。
图47805封装
键盘控制电路
由于本系统共有四个功能，所以其硬件实现功能部分主要为按键，显示部分和语音提示部分为其附助功能，然后通过软件部分对按键进行识别来进行功能选择，这里采用循环方式对四个功能进行循环选择；由于按键较少，所以形式上采用独立式按键。
如图5所示。
独立式按键使用起来较为简单，每一个按键占用一个端口；在软件编程上也较为简单，对每一个按键进行检查，检查到按下就执行相应的功能。
图5独立式按键
时钟电路
单片机必须在时钟的驱动下才进行工作。
单片机内部有一个高增益的反相放大器，用于构成振荡器。
反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，分别是单片机的18脚和19脚。
在XTAL1和XTAL2两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器。
如图6所示，电容C2和C3通常取30pF左右，对振荡频率有微调作用。
振荡频率范围一般是1.2MHZ－12MHZ。
较为常见的多取为6MHZ和12MHZ。
本系统中取6MHZ。
图6时钟电路
复位电路
在MCS系列的单片机中，最为常见的和常用的复位电路便是如图7所示的复位电路，它能有效有实现上电自动复位和手动复位。
RST引脚是复位信号的输入端，复位信号为高电平有效，其有效时间就持续24个振荡周期以上才能完成复位操作，若使用6MHZ的晶振，则需持续4μS以上才能完成复位操作。
图7中，在通电瞬间，由于RC的充电过程，在RST端出现一定宽度的正脉冲，只要该正脉冲保持10mS以上，就能使单片机自动复位。
在6MHZ时钟时，通常C1可取22μF，R7可取1KΩ，这时就能可靠的上电自动复位和手动复位[4]。
但是，对于CMOS型的AT89S52，由于在RST端内部有一个下拉电阻，帮可将外部电阻去掉，而将外接电容减小至1μF，这里为确保无误，电阻没有去掉，而换为10KΩ。
图7复位电路
语音提示控制电路
图8语音提示控制电路
本系统语音提示电路为一单独电路，通过接口与其控制电路相联，间接的受单片机控制。
如图所示，语音录放模块ISD1820P有一个播放控制端2脚PLAYE，受高电平控制，只要有一个高电平触发即可播放所录的语音。
所以，单片机控制电路部分通过编程分别单独控制三个三极管Q1、Q2、Q3的导通与截止，以便在A、B、C三处分别获得高电平或者低电平，分别控制它们在不同的时间点上播放不同的语音以进行语音提示。
其中J2为插接件，与语音电路相联接，控制语音电路何时播放语音。
蜂鸣器提示电路
图9蜂鸣器提示电路
蜂鸣器提示电路如图9所示，它主要为按键按下时进行服务。
它的功能主要包括按键正确按下时进行单声蜂鸣提示，非正确按下时不断地进行蜂鸣提示，或者程序出错时不断地进行双声蜂鸣提示。
Q4为蜂鸣器的驱动三极管，发射极与蜂鸣器相连，基极与R14相连接到AT89S5217脚P3.7口上，受程序控制导通与截止；集电极直接与地相连。
6.1.2数码管显示部分
单片机AT89S52的串行口RXD和TXD是一个全双工串行通信口，工作在方式0下可作同步移位寄存器使用，其数据由RXD（P3.0）端串行输入或者输出；而同步移位的时钟由TXD（P3.1）端串行输出，在同步时钟的作用下，实现由串行到并行的数据通信。
采用串口静态显示方式，比动态显示亮度大些，程序也比较简单。
显示电路原理图如图10所示：
这里数码管的驱动电路使用TTL系列的74LS164。
74LS164采用双列直接式DIP14封装，其内部实际上是一个串行输入、并行输出的8位移位寄存器，有两个串行数据输入端A、B可控制数据输入。
当A、B任意一个为低电平，则禁止新数据输入，在时钟端（CP）脉冲上升沿作用下Q0为低电平。
当A、B有一个为高电平，则另一个就允许输入数据，并在CP上升沿作用下决定Q0的状态。
其时序图如图11所示，逻辑真值表见表1所示。
图10数码管显示电路
在表中,H表示高电平，L表示低电平，X表示任意电平，↑表示低电平到高电平的跳变，QA0,QB0,QH0表示规定的稳态条件建立前的电平,QAn,QGn表示时钟最近的↑前的电平
表174LS164逻辑真值表
INPUT
OUTPUT
MR
CP
A
B
QA
QB……………QH
L
X
X
X
L
L………………L
H
L
X
X
QA0
QB0..................QH0
H
↑
H
H
H
QAn……….….QGn
H
↑
L
X
L
QAn……….….QGn
H
↑
X
L
L
QAn……….….QGn
此外采用共阳极分段式LED数码管显示，用74LS164来驱动。
由于74LS164在低电平输出时候，允许通过的电流可达到8mA，因此无需添加驱动电路就可以，与动态扫描相比较，无需CPU不停的扫描，频繁地为显示服务，节省了CPU时间。
图1174LS164时序图
设计中使用的是共阳极数码管，所以要点亮某一段LED，只须给此段送低电平即可，显示字型编码如表2所示，欲显示的字符可以从表中查找。
数码管工作时候电压不能太高，否则容易损坏，为了方便和降低成本，对显示电路中的数码管供电采用经过四个二极管降压后再给数码管供电的方法，降低了其工作电压，增加了其寿命。
表2共阳极7段LED显示字型编码表
显示字符
共阳极段选码
显示字符
共阳极段选码
0
0C0H
C
0C6H
1
0F9H
D
0A1H
2
0A4H
E
86H
3
0B0H
F
8EH
4
99H
P
8CH
5
92H
U
0C1H
6
82H
H
89H
7
0F8H
N
0ABH
8
80H
O
0A3H
9
90H
R
8CH
A
88H
-
0BFH
B
83H
L
0C7H
6.1.3语音提示部分
本系统中的语音电路采用美国ISD公司于2001年推出一种单片8～20秒单段语音录放电路ISD1820P，它的基本结构与ISD1110、1420完全相同，采用CMOS技术，内含振荡器，话筒前置放大，自动增益控制，防混淆滤波器，扬声器驱动及FLASH阵列。
语音信号的功率放大使用常用在随身听、便携式的DVD等音频放音用的TDA2822M集成功放电路，且有电路简单、音质好、电压范围宽等特点，是业余制作小功放的较佳选择，因此本设计中选用这种功放。
。
对于ISD1820P及TDA2822M的描述如下：
ISD1820P的主要特性
表3ISD1820的特性
使用方便的单片8至20秒语音录放
外接电阻调整录音时间
高质量，自然的语音还原技术
内置喇叭驱动放大电路
边沿电平触发放音
10，000次录音周期（典型）
自动节电，维持电流0.5XｕA
3-5V单电源工作
不耗电信息保存100年（典型值）
借助专用设备可以批量拷贝
ISD1820P的封装形式
图12ISD1820封装图
ISD1820P的引脚描述
1）电源（VCC）：
芯片内部的模拟电路和数字电路使用的不同电源总线在此引脚汇合，这样使得噪声最小。
去耦电容应尽量靠近芯片。
2）地线（VSSA,VSSD）：
芯片内部的模拟电路和数字电路的不同地线汇合在这个引脚。
3）录音（REC）：
高电平有效。
只要REC变高（不管芯片处在节电状态还是正在放音），芯片即开始录音。
录音期间，REC必须保持为高。
REC变低或内存录满后，录音周期结束，芯片自动写入一个信息结束标志（EOM），使以后的重放操作可以及时停止,然后芯片自动进入节电状态。
（注：
REC的上升沿有84毫秒防颤，防止按键误触发）。
4）边沿触发放音（PLAYE）：
此端出现上升沿时，芯片开始放音。
放音持续到EOM标志或内存结束，之后芯片自动进入节电状态。
开始放音后，可以释放PLAYE。
5）电平触发放音（PLAYL）此端从低变高时，芯片开始放音。
放音持续至此端返回到低电平，或遇到EOM标志，或内存结束。
放音结束后芯片自动进入节电状态。
6）录音指示（/RECLED）：
处于录音状态时，此端为低，可驱动LED。
此外，放音遇到EOM标志时，此端输出一个低电平脉冲，此脉冲可用来触发PLAYE，实现循环放音。
7）话筒输入（MIC）：
此端连至片内前置放大器。
片内自动增益控制电路（AGC）控制前置放大器的增益。
外接话筒应通过串联电容耦合到此端。
耦合电容值和此端的10KΩ输入阻抗决定了芯片频带的低频截止点。
8）话筒参考（MICREF）：
此端是前置放大器的反向输入端。
当以差分形式连接话筒时，可减小噪声，提高共模抑制比。
9）自动增益控制（AGC）AGC动态调整前置增益以补偿话筒输入电平的宽幅变化，使得录制变化很大的音量（从耳语到喧嚣声）时失真都能保持最小。
通常4.7uF的电容器在多数场合下可获得满意的效果。
10）喇叭输出（SP+,SP-）：
这一对输出端可直接驱动8Ω以上的喇叭。
单端使用时必须在输出端和喇叭之间接耦合电容，而双端输出既不用电容又能将功率提高至4倍。
SP+和SP-之间通过内部的50KΩ的电阻连接，不放音时为悬空状态。
外部时钟（XCLK）：
此端内部有下拉元件，只为测试用，不用连接。
11）振荡电阻（ROSC）：
此端接振
升级会员 