银行叫号系统本科论文.doc

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1 绪论
1.1课题来源
时代跨入另一个世纪，随着经济全球化的大浪潮，社会的进步推动者各行各业的竞争逐渐加剧，促使各行各业树立新的服务观念，以改变以往的工作方式，以适应时代的需求。如今银行，海关，税务，医院等单位人来人往经常出现排队等候现象。排队等候问题已经成为人们经常面临的实际问题。由于久等引起的客户与客户，客户与工作人员之间的误会，不满和纠纷时常发生。己成为影响窗口服务秩序和形象的一大顽症。以保护客户隐私为目的而积极推广的“一米线”，也形同虚设。
与此同时，随着企业的竞争日益激烈，如何解决长久以来枯燥无序的排队问题，如何加强窗口单位的服务质量，如何加强对客户及工作人员的管理，如何克服诸如顾客挑选自己熟悉的工作人员而引起的各种弊端，创造一个轻松而个性化的窗口环境，已成为公共服务部门急需解决的问题，它直接影响着企业公共形象及业务量，涉及企业根本利益。另外，传统柜台服务存在不安全隐患，偷盗密码已经不再是个别案例，多窗口的服务往往让人无所适从，客户盼望只排一个队，只接受“一对一”的个性化服务已成趋势。
1.2 国内外发展状况
随着现代技术的不断发展特别是计算机技术的应用，使排队技术的发展也突飞猛进。目前，已具备多种功能如音乐提示，综合显示，呼叫终端，以及各种数码显示，号码发放也由取号机自动打印到触摸屏查询取号，按键取号，特殊识别取号等等。
在我国，特别是在我国加入世贸组织之后，排队技术也被引进国内，并在我国特有的高速经济发展的环境中得到飞速发展，普及及应用。我国的排队技术产品也由1998-2001年的起步期，2001-2003年的发展期到现阶段的高速发展期逐渐生产出适合我国国情排队系统产品，客户对排队系统产品的应用也逐渐习惯并乐于接受。智能排队系统就是人们现在乐于接受的系统。
智能排队机或称智能排队系统是一种综合运用计算机技术、网络技术、多媒体技术、通讯控制技术的高新技术产品。它完全模拟了人群排队过程，通过取号、进队、排队等待、叫号服务等功能，取代各类服务性窗口传统的由顾客站立排队的方式，实现了计算机系统代替客户进行排队的过程。适用于各类窗口服务行业，目前在国外已经广泛应用于金融、医院、电信、以及各级政府对外服务窗口等行业。
国内市场上，虽然目前有一些国外引进的排队系统产品，但价格高昂。近几年，国内服务性行业逐步开始使用国内研制的排队机系统。智能排队管理系统目前已渗透到我们生活的各个方面，在银行、医院的服务大厅中，我们已充分享受到它的优越性。智能排队管理系统除了最基本的功能，如自由编辑输出号票的文字内容，通过计算机自动分流排队，完成员工登录、转移、优先级、保留重呼、虚拟叫号等功能。还可适应不同业务窗口特性，增加语音模块、短消息平台、WEB上网、员工安排计划、预约管理、高端客户识别等增值功能。同时具有延伸和扩展功能，可提供由软件支持的后台统计功能，并通过与到内部业务数据库的连接，及时了解到下属各窗口的营业信息(其中可包括：一天前来办理业务的客户数，每位客户办理业务占用时间，重要客户日志、每个工作人员的工作时间、服务人数等非常重要的信息、)。并定期提供十分详情统计报告，为管理者客观合理的安排工作提供依据。
目前国内智能排队管理系统己发展到无线排队系统。该系统采用计算机技术和无线通信组网通讯等技术实现了更高层次的排队智能化管理，由于采用了无线通信组网技术，整个系统无须敷设明线，仅需接上电源，即可使用，特别适用于已经装修完毕的营业大厅。系统各单元之间即可无线路连接，也可局部采用传统网线连接，配置十分灵活。如想将原有线系统改成无线，最少只需增加两个无线模块即可实现无线功能，大大降低成本。有线方式与无线方式的排队系统所实现的功能是完全一样的。所不同的是：有线方式制造成本低，但需要事先预埋走线槽，或走明线，安装工作量大。另外，有线方式排队机系统，任何一个设备出现故障时，整个系统都要停下来，进行检修和更改。采取无线方式，最大的特点就是不受环境的影响，安装方便快捷，减轻施工难度，非常便于现场安装、调试和售后服务，且系统除主机外，任何设备出现故障时，都可实时在线更换和维修。系统稳定性提高，彻底解决了线路故障的担忧。无线方式与有线方式相比，不足是成本稍高。常便于现场安装、调试和售后服务，且系统除主机外，任何设备出现故障时，都可实时在线更换和维修。系统稳定性提高，彻底解决了线路故障的担忧。无线方式与有线方式相比，不足是成本稍高。
1.3 发展前景
随着服务行业的迅猛发展，客户对服务质量的要求越来越高，智能化的管理系统应用越来越广阔，在银行，医药，车站，海关，税务等方面，智能排队系统应用更加广阔，智能化水平显著提高。随着智能化的进一步加深，服务质量越来越好，我们国家的服务行业将得到迅猛的发展。同时以智能化为依托，客户对服务行业的满意度会越来越高，服务行业的服务水平会越来越高。像排队拥挤，排队无序而致使客户浪费时间，以及由此引发的客户与客户，客户与服务人员间的不满情绪将随着智能排队系统的开发和广泛应用而得到圆满解决。

2 系统总体设计
2.1 方案论证
2.1.1 方案要求
在银行、电信、航空、医院等繁忙的公共服务场所，营业窗口前大量涌挤的人群与无序的排队，一方面严重影响窗口的服务质量与效率以及企业公共形象和业务量；另一方面，传统柜台服务存在不安全隐患，偷盗密码已经不再是个别案例，顾客站立排队，即辛苦、枯燥又浪费时间，还存在插队等现象，而且多窗口的服务往往让人无所适从，经常因排错队而浪费了宝贵的时间，顾客盼望只排一个队，只接受“一对一”的服务。
针对上述问题，提出了智能排队管理系统这一课题，其具体要求和功能：完全模拟人群排队过程，通过取号、进队、排队等待、叫号服务等功能代替人们站队，实现机器自动代替人排队的过程。在大厅明显处放置一台主机，顾客来到后按“取号”键，主机自动打印一张号码单，顾客根据号码单上的序号与等待人数，可选择在大厅休息处休息或办别的事，当大厅显示屏出现序号和相应窗口号，同时音响提示“叮咚请XXX号顾客到XX号窗口办理”时，该顾客便可前往相应窗口接受“一对一”的服务。每位窗口工作人员使用呼叫器接受主机命令，可按“下一位”键受理序号，每服务完一位顾客后再按“下一位”键，呼叫器上的号码自动跳到下一个序号受理序号，同时此号码还会显示在大厅主显示屏及窗口显示屏上显示并用语音播放，以提示顾客前来接受服务，在办理业务前先核对顾客的号码是否与所呼叫的号码一致，这样就不会混乱秩序；如果该顾客在第一次呼叫时没到来，可按“重呼”键重呼，直到按“下一位”键丢掉该顾客。主机采用单片机智能控制，能对多个窗口和随机出现的客户流进行自动管理，顺序呼叫顾客到对应的窗口前办理业务，各设备相互独立，主机通过RS-485总线与各窗口设备相连。
2.1.2 方案确立
系统的设计理念基于数据队列原理，遵循先来先办的原则，智能排队系统的“智能”体现在该系统对“排队”的处理是根据运筹学中的排队论来设计的。管理中心查询各个服务台空闲情况，根据服务台总数目进行轮询算法，以确认下一个取得客户的服务台号。
我们采用上位单片机(主机)实现综合管理和控制，将语音模块、打印机模块等集成在主机内。下位从机包括一个主显示屏，若干呼叫器和窗口显示屏，这些设备相互独立，均由单片机控制。主机包括语音模块、打印机模块、LCD显示模块，完成号码的打印、存储、分类并通过RS一485总线与从机通信，根据预设程序工作，即使增加或减少窗口设备也不需任何设置，只要接上就能用，基本不需维护;呼叫器用于窗口工作人员操作，通过按键与主机联系，接受主机发送来的命令和数据及向主机发出请求，操作简单并有LCD显示屏显示;主显示屏为三屏数码管显示，安放在大厅处，接受主机发来的数据，显示最近三条顾客号码信息;窗口显示屏接受主机发来的数据，显示当前服务顾客号;呼叫器与窗口显示屏一一对应，使用时将用于设置窗口号的拨码开关拨到相同位置。
采用本方案是充分考虑了系统控制的可靠性、稳定性和灵活性，使安装和操作简便，使用直观化、简单化。在综合以上因素的基础上，尽量降低系统的开发成本，使其真正具有实际的工程价值和意义。
2.2 方案原理
本系统是一种集单片机控制、串行口通信、网络通信、语音识别与处理等理论为一体的综合控制系统。系统由上位主机和下位从机组成两级控制管理体系，采用RS-485总线及串行通信协议实现分布式管理与控制。系统由一台主机和若干窗口设备组成，各自独立的单片机系统通过RS-485总线组成分布式通信系统，可实现按顾客到达的先后次序，自动排号及语音提示。作为上位机的主机是整个系统的管理和控制核心，完成号码的打印、存储、分类并通过RS一485总线发送到从机，同时在LCD上显示和通过音响播放语音信息；呼叫器接受主机发送来的命令和数据及向主机送出请求，同时在LCD液晶显示屏上显示当前信息；主显示屏为三屏数码管显示，接受主机发来的数据，显示最近三条顾客号码信息；窗口显示屏接受主机发来的数据，显示当前服务顾客号码；所有设备问采用四芯线缆连接。其原理图如下图所示

主显示屏

呼叫器
窗口显示屏
主机
窗口显示屏
呼叫器

图2.1 系统原理框图

2.3 异步通信
单片机之间的通信涉及到串行通信，串行通信是指：将构成字符的每个二进制数据位，依据一定的顺序逐位进行传送的通信方法。在串行通信中有异步通信和同步通信两种基本方式，考虑到银行叫号系统的传输距离不远，传输信息量不是很大决定采用异步通信方式。
异步通信：异步=串行通信规定了字符数据的传送格式，即每个数据以相同的帧格式传送，每一帧信息由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成，如图2所示
第n个字符

起始位
L
S
B
MSB
奇偶位
停止位
8位数据
1
0
1/0
1/0
1/0
1/0
1/0
1/0
1/0
1/0
1/0
1
0
1/0
1/0

图2.2 异步通信数据传送格式
在通信线上没有数据传送时处于逻辑“1”状态。当发送设备要发送一个字符数据时，首先发送一个逻辑“0”信号，这个逻辑电平就是起始位，当接收设备检测到这个低电平后，就开始准备接收数据位信号。
当接收设备接收到起始位后，紧接着就会接收数据位，在传送过程中，数据位从最低位开始传送。
数据位发送完后，可以发送奇偶校验位，奇偶校验位用于有限差错检测，通信双方通信时须约定一直的校验方式。就数据传送而言，奇偶校验位是冗余位，但他表示数据的一种性质。
在奇偶位或数据位发送之后发送的是停止位。停止位是一个字符数据的结束标志。
在异步通信中，字符数据以图2的格式一个接一个的发送，在发送间隙，通信线路总处于逻辑“1”状态，每个字符数据的传送均以逻辑“0”状态开始。
2.4 各部分功能
2.4.1主机模块功能
主机是控制和管理的核心，完成号票的打印和号码的存储、管理、发送和语音播报等功能。顾客来到后在主机上取号，系统将排队人数和排队号码加“1”，同时打印该顾客的号码并存储，当有窗口工作人员按“下一位”键取号时，主机将最前的号码发往该呼叫器、相应的窗口显示屏和主显示屏，并通过语音模块播报语音，同时将系统的排队人数减1；当窗口工作人员按“重呼”键或“暂停”键时，从机向主机送出该窗口数据，主机收到后立即将该数据发往该呼叫器、相应的窗口显示平和主显示屏，并通过语音模块播报语音。系统次日加电重启自动复位清零，使号码从001开始。
主机通过总线与所有从机相连接，工作于查询状态，依次呼叫各呼叫器从机地址。
2.4.2主显示屏功能
主显示屏用于向在休息去等待的顾客提示被呼叫的号码和相应的窗口号如下图
请
003
号到
03
窗口办理
图2.3被呼叫号码和窗口号
由于顾客休息区离放置主机的距离较远，我们将主显示屏作为一个独立设备，以方便安装和维护。主显示屏接收主机发来的号码信息，并用数码管显示，以提示顾客。一方面与主机通信，接收主机发来的数据，另一方面完成自身数据的处理和显示工作。
2.4.3窗口呼叫器功能
每个窗口配置一个呼叫器，供窗口工作人员使用。呼叫器通过总线与主机相连，完成号码的呼叫请求等。主要具有以下功能：申请下一位顾客，重新呼叫当前顾客，暂停工作。工作人员在每处理完一位顾客业务后，按呼叫器“下一位”键可以呼叫下一位顾客，呼叫器的显示屏上同时显示受理的顾客号，等待该顾客前来并核对号码后即可办理业务；当呼叫的顾客没有来时，可按“重呼”键对该顾客多次呼叫直到按“下一位”键丢掉该顾客；当工作人员有事离开时，按“暂停”键暂停工作，此时主显示屏和窗口显示屏显示“————”信息，直到按“下一位”键开始工作。
2.4.4窗口显示屏功能
窗口显示屏显示窗口的受理顾客号，为3位数码显示。当某窗口工作人员按呼叫键时，主机将顾客号发送到该窗口 显示屏，就可以引导顾客到该窗口来办理业务。
窗口显示屏通常安装于窗口上方，为方便安装和维护，尽量减少接线，我们将窗口显示屏作为一个独立设备。窗口显示屏接收主机发来的号码信息，并用数码管显示。一放面，他要与主机进行通信，主要是接收主机发来的数据，另一方面，又要完成自身的数据处理和显示工作。

3 硬件电路设计
3.1主机硬件电路设计
主机采用AT89C51单片机控制，除控制和管理整个系统的主控模块外，还包括显示模块部分、语音模块部分和通信模块部分。原理图见附录
3.1.1显示模块的设计
液晶显示器采用SMS0401,技术参数如表所示：
表3.1 SMS0401技术参数
显示容量
4位带小数点数字

芯片工作电压
2.7—5.5V

工作电流
20uA（3.0V），
300uA（5.0V）

字高
14.00mm
环境相对湿度
<85%
视角
12:00
工作温度
-10—+50℃
显示方式
反射式正显示
存储温度
-20—+60℃
接口方式
二线式串行接口

SMS0401接口说明：如下图

图3.1 SMS0401接口说明
有四根接口信号线，分别为：
（1）DI:串行数据输入引脚。显示数据和命令字从此引脚串行入。
（2）CLK:串行移位脉冲输入引脚。此引脚输入的脉冲为在DI脚上的数据和命令输入提供时序。
（3）VDD：电源正极。模块工作电压为2.7—5.5V。
（4）VSS：电源地。
SMS0401地址映射表如下所示：
表3.2 SMS地址映射表
LCDBUF
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
0
A1
B1
C1
D1
E1
F1
G1
H1
1
A2
B2
C2
D2
E2
F2
G2
H2
2
A3
B3
C3
D3
E3
F3
G3
H3
3
A4
B4
C4
D4
E4
F4
G4
H4
SMS0401与AT89C51的接口
利用AT89C51的P1.6和P1.7分别与SMS0401的串行数据输入引脚（DI）、串行移位脉冲输入引脚（CLK）连接。
3.1.2打印模块的设计
打印模块采用嵌入式打印机，用单片机控制，针对本系统特点，选用TPUP-A40P微型打印机。
主要技术性能:
①具有两种接口形式:并行接口(与CENTRONICS兼容)和串行接口(与RS-232C兼容)。TPUP- A-XXP系列为并行接口;TPUP—A- XXS系列为串行接口。
②三种打字符长度:16字符/每行、24字符/每行、40字符/每行。TPUP-A16S
为16字符/每行串行接口;TPUP-A40P系列为40字符/每行并行接口。
③打印448个代码字符包括:全部96个ASCII字符，部分中文文字，数学字
符，打印符号及德文、法文、俄文、希腊文等字母和32个用户自定义字符。
④可打印出8x240点阵的图样(汉字或图案点阵)，代码字符和点阵图可在一
行混合打印。
⑤字符、图符和点阵可以在宽和高的方向分别放大2倍、3倍和4倍。
⑥带有水平和垂直制表命令，便于打印表格。
⑦带有命令格式的检错功能，当输入错误命令时，打印机立即打印出错误信息代码。
接口插角排列及定义：
a)并行接口 并行接口使用26针扁平电缆，并行接口插角排列见下表所示。并行接口插角定义如下:
①DBO-DB7:8位并行数据线单向输入打印机;
②STB(STROBE):数据选通信号，在信号的上升沿时8位并行数据被读入打印机;
③BUSYFG:打印机“忙”信号，当该信号为高电平时，表示打印机正忙于处理数据，打印机不能接收新数据;
表3.3 并行接口插角排列表
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
NC
ERR
GND
GND
GND
GND
GND
GND
GND
GND
GND
GND
NC
STB
DB0
DB1
DB2
DB3
DB4
DB5
DB6
DB7
ACK
BUSY
PE
SEL
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
④ ACK(ACKNOWLEGE):打印机的应答信号，此信号为低电平，表示打印机己经取走数据线上的信号，准备好接收下一次数据;
⑤EW(ERROR):出错信号，当送入打印机的命令格式有错时，该信号出现一个负脉冲(30ms)，然后打印一行出错信息;
⑥PE:接地;
⑦SEL:该信号为高电平表示打印机在线;
⑧NC:悬空未用;
⑨GND:接地。
B)串行接 口串行接口的接口插座采用D型9线针形插头(如图3.2(a)所示)与打印机配接，插角序号如图3.2(b)所示。

图3.2 串行接口插座外形与插脚排列图
串行接口采用RS-232C电平标准(EIA电平)，其信号逻辑和电平标准定义如下:
MARK=逻辑“1”(EIA电平标准-3V—27V)
SPACE=逻辑“O”(EIA电平标准+3V-+27V)
串行接口插角定义:
①DCD:打印机发出信号，该信号为“MARK”时表示打印机正“忙”不能接收数据，而当它为“SPACE”时表示打印机“准备好”可以接收数据;
②RXD:打印机从主机接收数据;
③TXD:当使用XON/XOFF握手协议时打印机向单片机发送控制码，即当发送11H时通知主机发送数据，而当发送13H时通知主机停止发送数据，是否使用XON/XOFF
握手协议可通过打印机内的开关设定;
④CTS:该信号同DCD信号;
⑤DSR:信号为“SPACE”时表示打印机在线;
⑥NC: 空角;
⑦GND:接地。
本系统中，选用TPUP-A4OP，可方便企业印制各种广告等，由于串行口用于通信，所以采用并行接口法。
(2)TPUP-A4OP微型打印机与AT89C51接口:
TPUP-A4OP是智能型微型打印机，它的控制核心部件是8031单片机，在输入电路有锁存器，在输出电路有三态门控制，可以不通过I/0口直接与单片机AT89C51的总线相连，即与AT89C51的P0口相连。打印机作为外部RAM对待，向打印机发命令或数据时，只要向打印机占用的地址中写入相应的数据字节即可，在使用单片机与TPUP-A4OP微型打印机接口时，一般只用微型打印机的8根数据线和BUSY及STB线。由于打印机TPUP-A4OP没有读、写信号线，只有一对握手信号线STB、BUSY，用PO.7来控制读写信号选通STB和读取打印机和BUSY状态。口地址设为1FFFFH(当P3.4=1(TO引脚)时可以实现。电路原理图如图

图3.3 打印机接口电路
3.1.3语音模块的设计
语音模块用于播放呼叫顾客的语音“叮咚请XXX号顾客到XX号窗口办理”。要将单片机发来的数据用语音播放出来，这里采用ISD4003语音芯片，用随机组合放音的方法来实现，即先将要播放的语句事先录制在芯片上，播放时将需要的语音段进行组合播放。在本系统中，需要播放的语句有“O(01)，1(02)，2(03)，3(04)，4(05)，5(06)，6(07)，7(08)，8(09)，9(OA)，叮咚请(OB)，号顾客到(OC)，号窗口办理(OD)”，如向ISD4003送入“ OB 01 01 08 OC 10 05 0D”代码，系统就播放语音“叮咚请007号顾客到04号窗口办理”。
（1）ISD4003芯片
ISD40O3是美国ISD公司制造的一种新款语音芯片(如图3.4)。它是一种微控制器“从”设备，而“主”控制器可以是内置有SPI兼容接口的微控制器也可以用I/0口仿真SPI通信协议。ISD4003工作电压为3V，单片录放时间为4-8分钟，音质好。该芯片采用CMOS技术，内含振荡器、防混叠滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列。芯片的所有操作必须由微控制器控制，操作命令可通过串行通信接口(SPI或Miciowire)送入。工SD40O3采用多电平直接模拟量存储技术，每个采样值直接存贮在片内闪烁存贮器中，因此能非常真实、自然地再现语音、音调和效果声，避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”。采样频率可为4.0，5.3，6.4，8.OKHz，频率越低，录放时间越长，音质则有所下降，片内信息存于闪烁存贮器中，可在断电情况下保存100年(典型值)，反复录音10万次
A.引脚描述
图3.4 引脚排列
电源(VCCA，VCCD):为使噪声最小，芯片的模拟和数字电路使用不同的电源总线，并分别引到外封装的不同管脚上，模拟和数字电源端最好分别走线，尽可能靠近供电电源处相连，而去藕电容应尽量靠近器件。
地线（VSSA，VSSD）：芯片内的模拟和数字中也是用不同的地线。几个VSSA尽量在引脚焊盘上相连，并用低阻通路连至电源上，VSSD也用低阻通路练到电源上。这些接地通路足以使VSSA与VSSD之间的阻值小鱼3Ω。芯片的背面是通过衬底电阻连接VSS的，在做COB时托盘接VSS或悬空 。
同相模拟输入(ANAIN+):这是录音信号的同相输入端。输入放大器可用单输入端或差分驱动，单端输入时，信号由耦合电容输入，最大幅度为峰峰值32mV，耦合电容和本端的3K。电阻输入阻挠决定了芯片频率的低端截止频率;在差分驱动时，信号最大幅度为峰峰值16mV。
反相模拟输入(ANAIN-):差分驱动时，这是录音信号的反相输入端。信号通过耦合电容输入，最大幅度为峰峰值16fnA。
音频输出 (AUDOUT):提供音频输出，可驱动5KΩ的负载。
片选(SS):此端为低，即向ISD4003芯片发送指令，两条指令之间为高电平。
串行输入(MIS0):此为串行输入端，主控制器应在串行时钟上升之前半个周期将数据放到本端，供ISD输入。
串行输出(MISO):ISD的串行输出端。ISD末选中时，末端呈高阻态。
串行时钟(SELK):ISD的时钟输入端，由主控制器产生，用于同步MOSI和MISO的数据传输。数据在SCLK上升沿锁存到ISD，在下降沿移出ISD。
中断(INT):漏极开路输出，ISD在任何操作(包括快进)中检测到EOM或OVF时，变低并保持，中断状态在下一个SPI周期开始时清除，中断状态也可用RINT指令读取。OVF标志指示ISD录、放的操作已到达存贮器的末尾。只在放音中检测到内部的EOM标志时，此状态位才“置1”
行地址时钟(RAC):漏极开始输出。每个RAC周期表示ISD存储器的操作进行了一行(ISD4003系列中的存贮器其1200行)。该信号175ms保持高电平，低电平为25ms。快进模式下 RACZ18.75us是高电平，31.25us为低电平。该端可用于存贮管理体制技术。
外部时钟(XCLK):本端有内部下拉元件。在不外接时钟时，此端必须接地。
自动静噪(AMACP):当录音信号电平下降到内部设定的某一闭值以下时，自动静噪功能使信号衰弱，这样有助于减少无信号(静音)时的噪声。通常本端对地接1MF电容，接VCCA则禁止自动静噪
B. SPI (串行外部接口)
ISD4003工作于SPI串行接口。SPI协议是一个同步串行数据传输协议，协议假定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK的下降沿动作，因此对ISD4O03而言，在时钟上升沿锁存MOSI引脚数据，在下降沿将数据送至MISO引脚。
SPI接口指令SPI的接口指令如表所列：
表3.4 SPI接口指令表
指令
5位控制码，11位地址码
操作摘要
POWERUP
00100(XXXXXXXXXXX)
上电：等待TPUP后器件可以工作
SET PLAY
11100（A10-A0）
从指令地址开始放音，须后跟PLAY指令，使放音继续
PLAY
11110（XXXXXXXXXXX）
从当前地址开始放音（直到EOM或OVF）
SET REC
10110（A10-A0）
从指定地址开始放音，须后跟REC指令，是录音继续
REC
110110（XXXXXXXXXXX）
从当前地址开始录音（直到OVF或停止）
SET MC
11101（A10-A0）
从指定地址开始快进，须后跟MC指令，使快进继续
MC
11111（XXXXXXXXXXX）
执行快进，直到EOM，若再无信息，则进入OVF状态
STOP
0X110（XXXXXXXXXXX）
停止当前操作
STOP POWER
0X01X
停止当前的操作并掉电
RINT
0X110
读状态，OVF和EOM
SPI端口的控制位
SPI端口控制位如图所示：

图3.5 SPI端口控制位
SPI控制寄存器
SPI控制寄存器控制器件可以实现如录放、录音、信息检索(快进)、上电/掉电、开始和停止操作、忽略地址指针等功能。具体控制位如下表所列：
表3.5 SPI端口控制位图
位
值
功能
位
值
功能
RUN
=
=

1
0
允许/禁止操作
开始
停止
PU
=
=

1
0
电源控制
上电
掉电
P/-R
=
=

1
0
录/放方式
放音
录音
LAB
=
=

1
0
操作是否使用指令地址
忽略输入地址寄存器的内容
使用输入地址寄存器的内容
MC
=
=

1
0
快进模式
允许快进
禁止快进
P9-P0

A0-A10

行指针寄存器

输入地址寄存器
(2)ISD4003与AT89C51单片机接口电路:
采用AT89C51单片机作为主控单元，AT89C51的P1.O，P1.1，P1.2，P1.3，P1.4，TO引脚分别与ISD4003的SS，SCLK，MOSI，MOSO，INT非端连接，电路如下图所示：

图3.6 ISD4003与AT89C51接口电路
在本系统中，使用预先已录制好播放语音的芯片，所以在系统中没加入录音电路。工SD40O3输出端选用音频功率放大器LM386，输出功率300mW左右(电源电压为+5V时)，由于ISD4003的直接扬声器驱动功率为12.5mw，其输出信号经电阻衰减后再加到LM386的输入端，否则电压摆动会导致LM386失真
3.1.4通信模块的设计
由于各从机与主机距离较远，系统采用RS-485通信方式，主机通过RS-485总线与各从机相连，构成一个主从式RS-485通信应用系统。
RS-485通信收发器芯片采用TI公司的SN75LBC184。该芯片与普通的RS-485收发器相比，其显著的特点是片内A、B引脚接有高能量瞬变干扰保护装置，可以承受峰值为400V(典型值)的过压瞬变，对一些环境比较恶劣的现场，可直接与传输线相接而不需要任何外加保护元件，该芯片还有一个独特的设计:当输入端开路时，其输出为高电平，这样可保证接收器输入端电缆有开路故障时，不影响系统的正常工作。
设计时，为了预防工业现场噪声的干扰，使用了光电隔离电路，具体电路设计原则是:
(1)输出和输入数据同相位，即:输出端为高电平(输出端=1)时，输入端也
应为高电平;反之亦然。
(2)使系统的功耗最低，即:系统在不工作或处于监听状态时，光电耦合器的
发光二极管处于不发光状态，整个系统能量消耗最低。
(3)提高芯片的驱动能力，为了使芯片SN75LBC184的输出端R驱动能力增强，
使其能可靠地工作，用三极管进行放大处理。整个硬件接口电路如图3.7所示，在设计中考虑到设计原则(均和(2)之间的矛盾，优先满足了设计原则(1)。
用89C51单片机的一个I/0口(PI.5)控制通信收发器SN75LBCIS4的工作状态，当P1.5为高电平时，收发器处于发送状态;当P1.5为低电平时，收发器处于接收状态

图3.7 RS-485通信电路
3.2 呼叫器的设计
呼叫器采用AT89C51单片机控制，地址为 XXXXXXX0，即第8位地址为选择位呼叫器，第2-7位为窗口号位，通过地址拨码开关置位，从左到右依次为32，16，8，4，2，1，将相应为开(1)状态的数字相加即得窗口号(如001001为8+1=09号窗口)。呼叫器主要包括显示模块部分和通信模块部分，系统原理图见附图
3.2.1 呼叫模块的设计
呼叫器采用字符型LCD液晶显示器，选用长沙太阳人有限公司生产的SMS0401。AT89C51的PI.O，Pl.1引脚分别与SMSO4OI的Dl，CLK引脚连接。SMSO4O1为四位字符型，前三位显示顾客号码，第四位显示按键状态信息(n-下一位，r-重呼，p-暂停)。为便于一一对应，呼叫器与窗口显示屏的总线相连。
3.2.2 通信模块的设计
通信模块采用RS-485通信收发器SN75LBC184，其与AT89C51接口电路和原理详见3.1.4章。
3.3主显示屏硬件电路设计
主显示屏采用AT89C51单片机控制，主要包括显示模块部分和通信模块部分，系统原理图见附图
3.3.1 显示模块的设计
考虑采用串行驱动方式，这里采用MAX7219驱动芯片。
(l)MAX7219芯片介绍
MAX7219是美国MAXIM公司研制的紧凑型、串行输入、串行输出、共阴极新型LED
显示驱动器。它一片芯片可以驱动多达8位7段LED显示器、条型图形、或64个单个LED，其片内有BCD译码器、多路复用扫描电路、段和数字驱动器、以及存贮每个数字的 8X8静态RAM。所有LED的段电流设定只需一个外部电阻。这种LED驱动器有以下特点:
①接口简单，占用CPU的I/0口线少，对外接口只需3根I/0口线，即可实现最高可达10MHZ串行接口。
②各个寄存器可以单独被寻址和更新，不需要全部更新。
③允许用户对每个显示位是选择BCD译码方式还是非译码方式进行定义。
④具有 150uA的低功耗停机方式。
⑤可以模拟和数据控制显示的亮度，与 MOTOROLA ，SPI，QSPI及MATIONAL
MICROWIRE串行口相兼容。
⑥可以进行级连，最多可以级连8片MAX7219，驱动64个数码管。
该芯片采用24脚DIP和S0封装，工作电压4.0-5.5V，最大功耗1.1W。引脚说明见下表

表3.6引脚说明
引脚
名称
功能说明
1
DIN
串行数据输入端。在CLK的上升沿数据锁入芯片内部16位移位寄存器
2,3,5-8,10,11
DIG0-DIG7
8位LED位选线，从共阴极LED中吸入电流
4,9
GND
地线（两个GND必须接在一起）
12
LOAD
锁入输入的数据。在LOAD的上升沿最后的16位串行数据被锁入
13
CLK
时钟输入，最高时钟频率为10MHZ，在CLK的上升沿数据被锁入内部移位寄存器，在CLK的下降沿，数据从DOUT脚被输出
14-27 20-23
SEGA-SEGG DP
7段驱动和小数点驱动
18
ISET
该脚通过一个电阻与V+相连，设置峰值段电流
19
V+
电源电压，+5V
24
DOUT
串行数据输出，输入到DIN的数据在16.5个时钟周期后在DOUT脚发出，该脚用于级联扩展
（1）AT89C51与MAx7219芯片接口电路：

图3.8 AT89C51与MAX7219芯片接口电路
2片MAX7219芯片与89C51芯片及共阴极小电流LED段码显示器的接口电路简单，其原理图如图3.8所示。其中AT89C51的PI.O接第一片MAX7219的DIN数据输入管脚，P1.2接二片MAX7219的CLK时钟输入管脚，P1.1接二片MAX7219的LOAD锁定输入管脚，第一片MAX7219的DOUT数据输出管脚接到第二片MAX7219的DIN数据输入管脚。
MAX7219可通过V+管脚和工SET管脚之间所接的外部电阻RSET来控制，RSET
电阻越大段电流越小，其最小值不小于9530Q，此时典型段电流为37mA。为了减少外界的干扰，应在MAX7219V+管脚和GND管脚之间加上一个 0.1pF的涤纶电容和一个 10pF的钮电容。当MAX7219芯片和主控芯片(例如CPU)的距离较远时，为了防止高频信号的干扰，传输数据的频率最好低一些，并在CLK时钟输入管脚和LOAD锁定输入管脚和GND管脚之间各自接上一个 100OpF的瓷片电容器。在进行电路板设计时应尽可能使MAX7219芯片和所驱动的LED显示器以及主控芯片(例如CPU)靠近，以防止高频信号的干扰;当MAX7219芯片和主控芯片的距离较近时，CLK时钟输入管脚和LOAD锁定输入管脚和GND管脚之间无需再各自接上一个10O0pF的瓷片电容器。MAX7219所能直接驱动的是共阴极小电流LED显示器，它不能直接驱动共阳极LED显示器，否则会损坏器件。在级连显示时，当被驱动的数码管不是8的倍数时，最好将每个芯片所驱动的显示位数设计为一样，这样所有显示器的显示亮度才一致。
操作者只需编程发送16位数据包，就能简单地操作LED的位选以及段选、设置和改变MAX7219的工作模式。
16位数据包的数据格式如下:

其中:D7-DO:8位数据位，D7最高位，DO为最低位;D11-D8:4位地址位;D15-
D12:无关位，通常全取1。
MAX7219通过D11-D8 4位地址译码，可寻址14个内部寄存器，分别是8个LED显示寄存器，5个控制寄存器和1个非工作寄存器。LED显示寄存器由内部8X8
静态RAM构成，操作者可直接对位寄存器进行个别寻址，以刷新和保持数据，只要V+超过2V(一般为+5V)。
控制寄存器包括:译码模式，显示亮度调节，扫描限制(选择扫描)位数，关断和显示测试寄存器，地址分配表如下表所示：
表3.7 寄存器地址分配表
寄存器名称
地址
16进制码
D15-D12
D11
D10
D9
D8
非工作寄存器
XXXX
0
0
0
0
X0
DIG IT0
XXXX
0
0
0
1
X1
DIG IT1
XXXX
0
0
1
0
X2
DIG IT2
XXXX
0
0
1
1
X3
DIG IT3
XXXX
0
1
0
0
X4
DIG IT4
XXXX
0
1
0
1
X5
DIG IT5
XXXX
0
1
1
0
X6
DIG IT6
XXXX
0
1
1
1
X7
DIG IT7
XXXX
1
0
0
0
X8
译码模式
XXXX
1
0
0
1
X9
高度调节
XXXX
1
0
1
0
XA
扫描