基于AT89C51的語音錄放系統(tǒng)設(shè)計-開題報告

中 北 大 學(xué) 畢業(yè)論文開題報告學(xué) 生 姓 名：學(xué) 號：學(xué) 院、系：信息與通信工程系專 業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)論 文 題 目：基于AT89C51的語音錄放系統(tǒng)設(shè)計與實踐（軟件部分）指導(dǎo)教師:xxx2xxx年3月9日畢 業(yè) 論 文 開 題 報 告1結(jié)合畢業(yè)論文情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，撰寫2000字左右的文獻綜述：文 獻 綜 述一、本課題的研究背景及意義當(dāng)今社會是一個數(shù)字化信息迅猛發(fā)展的社會,語音信息的數(shù)字化處理技術(shù)得到了全社會的普遍認可和廣泛的應(yīng)用。因此而生產(chǎn)的語音信息處理器的性能也隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展而愈來愈好。數(shù)字語音錄放系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展是近幾年來多媒體技術(shù)的一種具體應(yīng)用，此系統(tǒng)不僅克服了磁帶錄放音中所存在的各種缺點，而且還可以進行快速查找與編輯整理1。數(shù)字語音錄放系統(tǒng)是指利用數(shù)字技術(shù)對語音信號進行采集、處理，并且在一定的存儲設(shè)備中進行存儲，而且可在需要時進行輸出。相對于模擬設(shè)備而言，數(shù)字設(shè)備易于集成、小型化、成本低、穩(wěn)定性強、操作簡單方便，使得數(shù)字語音錄放系統(tǒng)廣泛的滲透到儀器儀表、人工智能、電話的錄放音、車輛的到站提示音、移動電話機以及其它便攜式電子產(chǎn)品、監(jiān)控環(huán)境中使用的語音采集系統(tǒng)、智能玩具等多種領(lǐng)域。然而，目前就一般的數(shù)字語音錄放系統(tǒng)來說，對語音只是進行簡單的采集、存儲和播放，雖然可以在較大的程度上保證語音的保真度，但是過多的語音數(shù)據(jù)會造成對大量存儲設(shè)備的需求。對于大型系統(tǒng)而言，可以通過采用大容量的硬盤，甚至是大規(guī)模的磁盤陣列來解決，但是對于小型的設(shè)備來說，由于容量有限，則不能采用相同的方法。近幾年來對語音信號處理技術(shù)研究的突飛猛進，為數(shù)字語音錄放系統(tǒng)提供了新的發(fā)展空間。對語音的采集、處理從原來簡單的波形編碼轉(zhuǎn)變?yōu)檫M行參數(shù)編碼與壓縮，這樣就大大的減少了語音數(shù)據(jù)的存儲2。采用單片機AT89C51和語音芯片ISD4004所設(shè)計和制作的語音錄放系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)語音的分段錄音，分段放音，重復(fù)放音以及連續(xù)放音的功能，并且可以很方便的通過軟件編程進行功能的調(diào)整，同時不必使用專門的ISD語音開發(fā)設(shè)備，這樣就使該系統(tǒng)具有了技術(shù)更新周期短、成本低、開放靈活等優(yōu)點3。二、本課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀數(shù)字語音錄放系統(tǒng)不需要機械傳動裝置和錄音磁帶，只需要添加話筒、揚聲器、按鈕等元器件，便能實現(xiàn)語音的錄音及放音功能，并且可以即錄即放，永久保存，目前，國內(nèi)外的數(shù)字語音錄放電路已經(jīng)得到了比較廣泛的應(yīng)用。在儀器儀表方面，采用數(shù)字語音錄放電路加強了人和儀器的聯(lián)系，如說話的數(shù)字萬用表，能直接報出測試結(jié)果，從而減少事故的可能性；在機電一體化、人工智能化等方面應(yīng)用語音錄放電路，可以實現(xiàn)人機對話控制；在郵電通信方面，數(shù)字語音錄放系統(tǒng)的應(yīng)用產(chǎn)生了自動應(yīng)答電話，語音型BP機等?？偠灾Z音錄放系統(tǒng)在工業(yè)控制、儀器儀表、信息通信、教育玩具、電子產(chǎn)品等方面具有廣闊的發(fā)展前景，同時它也將滲透到傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域內(nèi)和一些有待開發(fā)的新領(lǐng)域內(nèi)4。南京大學(xué)在分析ISD4004 單片語音芯片工作原理的基礎(chǔ)上，研究了用單片機系統(tǒng)實現(xiàn)非定長分段語音錄制和隨機組合放音技術(shù),使得該技術(shù)在現(xiàn)場語音錄放系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用5；柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院通過對ISD4004語音芯片批量錄制語音數(shù)據(jù)以及芯片內(nèi)部存儲信息管理機制的探討，并且結(jié)合微處理器控制技術(shù)，實現(xiàn)了對語音信息的錄入和播放的準(zhǔn)確控制，同時還利用PC機端的控制軟件，從PC機的RS232串行接口和音頻輸出接口控制語音錄放系統(tǒng)自動進行批量語音數(shù)據(jù)的錄制，成功地克服了手工錄音的各種弊端，極大地提高了錄音的質(zhì)量和效率6；湖南文理學(xué)院在分析ISD4004單片語音芯片的工作原理的基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)功能模塊各部分的連接及軟硬件的設(shè)計，實現(xiàn)了數(shù)字化語音的存儲和回放，并且通過外部設(shè)備的擴展，提高了產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域7；西南交通大學(xué)應(yīng)用ISD4004語音芯片設(shè)計了定時自動錄音播放系統(tǒng)，實現(xiàn)了最長可達64分鐘的節(jié)目錄放功能，同時還使得該系統(tǒng)可用于其他語音輸出設(shè)備(比如電腦)的定時錄放8；河南農(nóng)業(yè)大學(xué)通過對ISD4004語音芯片的研究與分析，實現(xiàn)了數(shù)字語音錄放系統(tǒng)在車輛語音報站器中的可靠穩(wěn)定工作9；北方工業(yè)大學(xué)運用AT89C51單片機，ISD4004語音處理芯片、報警傳感器以及公共電話網(wǎng)絡(luò)建立的智能家居服務(wù)系統(tǒng)，實現(xiàn)了語音的提示、應(yīng)答、查詢等功能10；江蘇大學(xué)在分析ISD4004語音芯片的內(nèi)部存儲信息管理機制的基礎(chǔ)上, 通過ST89C51檢測ISD4004的RAC引腳，實現(xiàn)了對語音地址的準(zhǔn)確控制，同時ISD4004語音芯片還能夠?qū)崿F(xiàn)對語音信息的錄入和播放的準(zhǔn)確控制以及對語音信息的剪輯、合成，并且能夠方便靈活地對語音信息進行放音操作11。由美國ISD公司生產(chǎn)的ISD4004單片語音芯片采用了模擬數(shù)據(jù)直接存儲的專利技術(shù),它可以將語音信號以模擬信號的形式直接存儲于芯片內(nèi)的存儲器中，而不需要經(jīng)過A / D 轉(zhuǎn)換與壓縮過程,這樣就大大的減少了在存儲的進程中所帶來的不可避免的語音失真。由于ISD4004語音芯片可以進行反復(fù)多次的錄音與放音,并且它的使用與開發(fā)都比較方便, 因此特別適合用于進行現(xiàn)場錄放音12。三、本課題的發(fā)展前景由AT89C51單片機以及ISD4004語音芯片所構(gòu)成的數(shù)字語音錄放系統(tǒng)在科學(xué)技術(shù)日新月異的今天具有非常重要的意義。該系統(tǒng)在語音錄放的過程中不需要進行A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換，而是采用直接電平存儲的技術(shù)，這樣就使得采集的語音信號更加自然真實。目前，數(shù)字語音錄放電路已經(jīng)從只讀型語音電路轉(zhuǎn)變成了多功能、低成本、微型化、智能化的語音集成電路。數(shù)字語音技術(shù)以及大量的產(chǎn)品為人機交互方式提供強有力的技術(shù)支撐13。 隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展，數(shù)字語音錄放電路領(lǐng)域產(chǎn)生了許多新技術(shù)、新器件和新產(chǎn)品，開拓了更加廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。在各式各樣的語音電路器件產(chǎn)品中，ISD單片語音集成電路系列，無論在技術(shù)領(lǐng)域還是市場范圍內(nèi)，始終以優(yōu)異的性能和極高的性價比在同類產(chǎn)品中獨領(lǐng)風(fēng)騷，倍受業(yè)內(nèi)人士以及消費者的青睞和歡迎14。與普通的錄放音芯片相比較，ISD4004芯片具有如下特點：記錄聲音沒有段長限制，聲音記錄不需要進過A/D轉(zhuǎn)換和壓縮；單片的錄放時間從8分鐘到16分鐘不等，采樣的頻率越低,錄放音的時間就會越長,從而導(dǎo)致音質(zhì)也會隨之下降；芯片內(nèi)信息存儲于閃爍存儲器中,可以在斷電的情況下保存100 年（典型值），反復(fù)錄音10 萬次（典型值）15。當(dāng)該芯片工作在SPI模式下時,所有的操作均由AT89C51來控制。該芯片只有地址輸入端,因此分段錄音的時候,內(nèi)部各個語音段的地址無法直接讀出,從而不能實現(xiàn)現(xiàn)場重復(fù)錄放音的實時操作16。 ISD系列語音產(chǎn)品，具有音色自然、使用方便、單片存儲、反復(fù)錄放、擴展容易、功耗低微、不怕斷電等許多特點，因此，在通信導(dǎo)航設(shè)備、智能儀器儀表、治安報警系統(tǒng)、自動售貨機、電子地圖、電子導(dǎo)游機、車載信息終端語音播報、公共汽車語音報站器、電子詞典、高檔電子禮品等許多的領(lǐng)域里，一直以來都得到極廣泛的應(yīng)用17。參考文獻：1王振紅，李洋，郝承祥.ISD4004語音芯片的工作原理及其在智能控制系統(tǒng)中應(yīng)用J.國外電子元器件,2002 (1)2楊海東，陳高平.ISD4004語音芯片的循環(huán)錄放電路設(shè)計J.單片機與嵌入式應(yīng)用，20043孟振中.基于ISD4004的語音錄放系統(tǒng)設(shè)計J.許昌學(xué)院，20084高紅亮，張同忠，楊杰等.采用ISD4004的電梯語音系統(tǒng)的設(shè)計J.電子技術(shù)，20055、12、16 吳杰，張保平.ISD4004芯片在現(xiàn)場錄放音系統(tǒng)中的應(yīng)用J.微處理機，2004（4）: 60626 譚文娣，梁德堅，劉玉瓊.ISD4004系列語音芯片批量錄音實現(xiàn)J.企業(yè)科技與發(fā)展，2009（20）:1101137 蘇軍.基于單片機的語音信息采集及處理系統(tǒng)設(shè)計J.科技信息8 李文軍.基于單片機控制的語音定時自動錄音播放系統(tǒng)的設(shè)計J.電子技術(shù)9 馮志慧，許利軍，薛鵬濤等.一種基于單片機控制ISD4004語音芯片應(yīng)用電路J.微計算機信息，2003（7）10 張常年，王振紅，李洋.ISD4004語音芯片的工作原理及其在智能控制系統(tǒng)中的應(yīng)用J.電子元件與材料，200111 殷蘇民，王濱，唐通鳴.ISD4004語音芯片的內(nèi)部存儲信息管理J.南通工學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2003（1）:545613 劉超美，李紅萍，賈秀明等基于單片機的語音錄放系統(tǒng)設(shè)計J甘肅聯(lián)合大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2008（03）14 王南陽單片優(yōu)質(zhì)語音錄放集成電路M第1版北京：機械出版社，2006 :12，18018515、17 張曉東，計玉芳，蒯申紅等.基于ISD4004智能語音提示系統(tǒng)設(shè)計J.皖西學(xué)院學(xué)報，2008（2）:6971 畢 業(yè) 論 文 開 題 報 告本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：一、本課題要研究或解決的問題1、掌握AT89C51單片機控制ISD4004單片語音錄放電路的原理； 2、根據(jù)錄放電路分段錄音或放音的原理，確定錄音或放音的段數(shù)，確定每段時間；3、系統(tǒng)采用按鈕選擇錄放功能，根據(jù)按鈕功能確定單片機工作端口；4、完成錄音段、放音段選擇及錄放功能控制程序的編寫；5、顯示采用MAX7219驅(qū)動4位LED；6、完成語音錄放系統(tǒng)的功能性樣機調(diào)試； 本題目的具體要求是：根據(jù)AT89C51單片機和ISD4004單片語音錄放電路組成的語音錄放系統(tǒng)電路原理圖，根據(jù)按鈕功能確定的單片機工作端口；編寫錄音段、放音段選擇及錄放功能控制程序，并在此基礎(chǔ)制作簡單樣機。二、擬采用的研究手段1、語音錄放系統(tǒng)的硬件設(shè)計語音錄放系統(tǒng)電路主要是由單片機控制電路和語音控制電路兩部分組成的。單片機通過SPI串行口與ISD4004語音芯片連接來控制語音芯片的工作，按下不同的按鍵來執(zhí)行不同的操作, 同時給語音芯片發(fā)出相應(yīng)的指令，使得語音芯片根據(jù)不同的指令進行錄放音。硬件設(shè)計電路圖如圖1所示。按鍵功能選擇語音芯片ISD4004單片機AT89C51麥克風(fēng)功放LM386音箱顯示驅(qū)動LED圖1 硬件設(shè)計電路圖2、語音錄放系統(tǒng)的程序設(shè)計在整個語音錄放系統(tǒng)中,要多次實現(xiàn)語音的錄音,放音功能,這些功能都是依靠單片機AT89C51對語音芯片ISD4004的控制實現(xiàn)的。其軟件部分主要涉及啟動錄音和停止錄音、啟動放音和停止放音、通過LED顯示器來顯示錄放音的段數(shù)。主程序完成初始化，LED顯示器顯示語音段數(shù)，掃描鍵盤、識別按鍵功能,選擇不同的按鍵調(diào)用相應(yīng)的子程序來完成重新錄音、循環(huán)順序放音、隨機組合放音、放音暫停等各種功能。錄音時啟動單片機內(nèi)部的定時器并且清零內(nèi)部的計數(shù)器,由語音芯片ISD4004的地址時鐘信號RAC觸發(fā)定時器來開始計數(shù),停止錄音時的計數(shù)器的結(jié)果即為語音段的長度,從而可以記錄各個語音段的首尾地址。定時器工作在方式0計數(shù)狀態(tài)下時，不需要產(chǎn)生中斷。錄音過程中如果產(chǎn)生OVF中斷,則停止錄音；放音過程中如果遇到