畢業(yè)論文-基于AT89C51單片機(jī)的數(shù)字語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于基于 AT89C51AT89C51 單片機(jī)的數(shù)字語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)的數(shù)字語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘摘 要要 該文采用 AT89C51 單片機(jī)和 ISD2560 語(yǔ)音芯片設(shè)計(jì)一款實(shí)時(shí)語(yǔ)音錄放系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)錄音時(shí)間達(dá) 60s、錄放音受按鍵控制、可復(fù)位且音量可調(diào)等諸多功能。整個(gè)系統(tǒng)共有三大模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制模塊、語(yǔ)音錄放模塊、功放模塊?？刂颇K核心是 51 單片機(jī)的口線功能，通過(guò)對(duì)按鍵的識(shí)別來(lái)控制語(yǔ)音錄放模塊的工作模式；語(yǔ)音錄放模塊能實(shí)現(xiàn)對(duì)聲音的處理、存儲(chǔ)以及復(fù)原的功能；功放模塊能對(duì)復(fù)原好的音頻信號(hào)加以放大，使聲音更加清晰明亮。整個(gè)設(shè)計(jì)圍繞以下三方面進(jìn)行研究：總體方案設(shè)計(jì)、硬件電路設(shè)計(jì)、軟

2、件設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：AT89C51AT89C51 單片機(jī)單片機(jī), ,語(yǔ)音存儲(chǔ)語(yǔ)音存儲(chǔ), ,語(yǔ)音回放語(yǔ)音回放 DESIGN OF VOICE RECORDING AND PLAYBACK SYSTEM BASED ON AT89C51 ABSTRACT The propose of this paper is to design a real-time speech recording system with AT89C51 microcontroller and ISD2560 voice chip,it can realize the recording time of 60s, sou

3、nd recording and playback controlled by button, can reset and voice can adjust. The system includes three modules:single chip microcomputer control module, voice recording module, power amplifier module. Core of control module is 51SCM mouth line function, through the identification of key to contro

4、l the voice recording module work model;voice recording module can realize voice processing,storage and playback;power amplifier module for audio signal amplified, to make the sound more clear and bright.The whole design around the following three aspects: the overall design, hardware circuit design

5、, and the design of software. Key Words:AT89C51，phonetic storage ，phonetic playback 目目 錄錄摘摘 要要 .I IABSTRACTABSTRACT .IIII目錄目錄 .IIIIII第第 1 1 章章 緒論緒論 .1 11.1 課題研究背景 .11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .21.3 語(yǔ)音存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展前景 .21.4 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 .3第第 2 2 章章 總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì) .4 42.1 總體方案論證 .42.2 器件選擇 .52.2.1 單片機(jī)的選擇 .52.2.2 語(yǔ)音芯片選擇 .62.2.3 功放

6、選擇 .62.3 各芯片詳細(xì)說(shuō)明 .62.3.1 AT89C51 芯片 .62.3.2 ISD2560 語(yǔ)音芯片 .82.3.3 LM386 集成功率放大器芯片 .12第第 3 3 章章 硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì) .1515.153.2 AT89C51 的外圍電路設(shè)計(jì) .15.15.153.2.3 復(fù)位電路設(shè)計(jì) .163.3 語(yǔ)音電路設(shè)計(jì) .173.4 功放電路設(shè)計(jì) .183.5 鍵盤輸入電路和狀態(tài)顯示電路設(shè)計(jì) .19第第 4 4 章章 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) .20204.1 主要變量說(shuō)明 .204.2 主程序流程圖 .214.3 子程序流程圖及代碼 .224.3.1 錄音子程序 .224.3.2

7、 放音子程序 .23第第 5 5 章章 系統(tǒng)調(diào)試與實(shí)驗(yàn)結(jié)果系統(tǒng)調(diào)試與實(shí)驗(yàn)結(jié)果 .2525.25.27第第 6 6 章章 總結(jié)總結(jié) .2828參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .2929附錄附錄 .3030致謝致謝 .3535作品使用說(shuō)明書(shū)作品使用說(shuō)明書(shū) .3636第第 1 章章緒論緒論1.11.1課題研究背景課題研究背景隨著生活節(jié)奏的日益加快，城市智能化建設(shè)的不斷發(fā)展，在智能儀器儀表和工業(yè)控制系統(tǒng)中增加語(yǔ)音錄放功能成為了極為普遍的現(xiàn)象。添加語(yǔ)音功能不僅使得機(jī)器更加“聰明”和人性化，還能讓使用者操作更加得心應(yīng)手。當(dāng)前把語(yǔ)音作為服務(wù)手段的行業(yè)越來(lái)越多，如電腦語(yǔ)音鐘、語(yǔ)音型數(shù)字萬(wàn)用表、移動(dòng)手機(jī)智能語(yǔ)音系統(tǒng)、叫號(hào)機(jī)、

8、語(yǔ)音監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)、公交車報(bào)站器和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等1。可以說(shuō)，語(yǔ)音系統(tǒng)是社會(huì)生活和生產(chǎn)不可缺少的東西，它的發(fā)展是社會(huì)進(jìn)步的必然結(jié)果。語(yǔ)音系統(tǒng)需要建立在硬件基礎(chǔ)之上，而其系統(tǒng)的控制核心一般是使用單片機(jī)。單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)。它幾乎滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域：軍事領(lǐng)域的各類導(dǎo)航系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，各類工控企業(yè)的自動(dòng)化實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，各類智能 IC 卡，汽車的報(bào)警、導(dǎo)航、安全、娛樂(lè)系統(tǒng)，錄音、攝像機(jī)，全自動(dòng)洗衣機(jī)系統(tǒng)以及各類發(fā)生遙控玩具和電子寵物等等。可以說(shuō)，單片機(jī)體現(xiàn)的是它強(qiáng)大的控制能力。數(shù)字語(yǔ)音錄放技術(shù)是指利用數(shù)字化技術(shù)對(duì)語(yǔ)音信

9、號(hào)進(jìn)行采集、處理、并且在一定存儲(chǔ)設(shè)備中進(jìn)行存儲(chǔ)，并可在需要時(shí)進(jìn)行輸出的過(guò)程。相對(duì)于模擬設(shè)備來(lái)說(shuō)，數(shù)字設(shè)備易于集成、小型化、成本更低，同時(shí)更為穩(wěn)定，且操作更為直接、方便，使得數(shù)字語(yǔ)音錄放系統(tǒng)目前在各種領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用2。例如監(jiān)控環(huán)境中使用的語(yǔ)音采集系統(tǒng)；再如家庭或?qū)W校中使用的語(yǔ)音復(fù)讀機(jī)等，都可看作是數(shù)字語(yǔ)音錄放系統(tǒng)的典型應(yīng)用。在對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的處理方面，常規(guī)方法是采用濾波器處理接收到的模擬語(yǔ)音信號(hào)，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)，再由單片機(jī)控制存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。在需要輸出語(yǔ)音信號(hào)時(shí)，亦可由單片機(jī)控制從存儲(chǔ)器中輸出，再經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，通過(guò) IV 變換成電壓信號(hào)，濾波后通過(guò)功放將語(yǔ)音信號(hào)輸出。但是

10、這種方法的缺點(diǎn)是，輸出不穩(wěn)定，語(yǔ)音信號(hào)有雜音或者變音，這是模擬電路所不能避免的缺點(diǎn)3。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們可以采用專用的語(yǔ)音芯片，利用其模擬信號(hào)技術(shù)直接存儲(chǔ)技術(shù)來(lái)解決上述問(wèn)題。語(yǔ)音芯片可以很方便的和單片機(jī)系統(tǒng)相結(jié)合，其體積和重量也能符合單片機(jī)系統(tǒng)的要求。因此，基于單片機(jī)和語(yǔ)音芯片的語(yǔ)音系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。1.21.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀近年來(lái)，語(yǔ)音信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展可謂日新月異，新技術(shù)的出現(xiàn)為語(yǔ)音錄放系統(tǒng)的發(fā)展指引了新的方向。對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的前期采集、中期的處理從之前的對(duì)波形進(jìn)行編碼和壓縮轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的參數(shù)編碼和壓縮，從而大大減少了需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，節(jié)省了硬件存儲(chǔ)空間。舉例來(lái)說(shuō)，原始語(yǔ)音一般都是采

11、用 8KHz 抽樣，16bits 的線性 PCM 編碼進(jìn)行采集，在一般的系統(tǒng)中就直接將采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)；而如果采用參數(shù)編碼對(duì)采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，存儲(chǔ)量則可以大大減少，當(dāng)需要恢復(fù)語(yǔ)音時(shí)，可利用編碼后的參數(shù)進(jìn)行合成，可以得到質(zhì)量令人滿意的結(jié)果。目前比較典型的語(yǔ)音器件有早些的 ISD2560、ISD1420 到現(xiàn)在的 ISD4004、ISD1700，ISD系列是由美國(guó) ISD 公司研發(fā)的專業(yè)語(yǔ)音處理芯片。芯片采用模擬信號(hào)直接存儲(chǔ)技術(shù)，將聲音信號(hào)直接寫入存儲(chǔ)單元而不經(jīng) A/D 或 D/A 轉(zhuǎn)換，所以使用 ISD 芯片能非常好的再現(xiàn)語(yǔ)音，可避免因一般固體語(yǔ)音電路的量化和壓縮所引起的量化噪聲和失真情

12、況。另外芯片功能強(qiáng)大：即錄即放、語(yǔ)音可掉電保存、10 萬(wàn)次的擦寫壽命、手動(dòng)操作和 CPU 控制兼容、可多片級(jí)聯(lián)、無(wú)需開(kāi)發(fā)系統(tǒng)等等，確實(shí)給欲實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音功能的單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)人員提供了解決方案?，F(xiàn)在市場(chǎng)上已有公司將以 AT89C2051 單片機(jī)與 ISD 語(yǔ)音芯片組成的語(yǔ)音組合板，用串口通信，芯片里固化有一些常用語(yǔ)音詞匯，用戶不需了解語(yǔ)音功能的工作原理，只需通過(guò)串口按一定協(xié)議發(fā)送代碼即可送出語(yǔ)音。1.31.3語(yǔ)音存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展前景語(yǔ)音存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展前景未來(lái)語(yǔ)音存儲(chǔ)技術(shù)的革新主要是硬件技術(shù)（處理能力）以及語(yǔ)音編碼技術(shù)的進(jìn)步。單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越快，未來(lái)將向低功耗、微型化發(fā)展。以 51 為基礎(chǔ)的模式不會(huì)

13、動(dòng)搖，但在容量和性能上將作出很大提高，而串行總線結(jié)構(gòu)可以使得單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單和規(guī)范。語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放技術(shù)的核心是語(yǔ)音編碼，它是現(xiàn)代語(yǔ)音技術(shù)的三大核心之一（語(yǔ)音識(shí)別、文本語(yǔ)音轉(zhuǎn)換、語(yǔ)音編碼）。在未來(lái)，實(shí)現(xiàn)速度在 2.44.8Kbps 的高質(zhì)量的加密方式。另一方面，將采用更先進(jìn)的技術(shù)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行處理，減少存儲(chǔ)空間。而在整體的語(yǔ)音技術(shù)發(fā)面，智能語(yǔ)音將是未來(lái)發(fā)展的主要方向。語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)和語(yǔ)音合成技術(shù)，將是未來(lái)的主導(dǎo)，他們將推動(dòng)語(yǔ)音技術(shù)向語(yǔ)境真實(shí)化和多模態(tài)化發(fā)展，但是面臨的核心技術(shù)也將越來(lái)越難4。而在另一方面，未來(lái)數(shù)字化和信息化的聯(lián)系日益緊密，繼而影響科技進(jìn)步和現(xiàn)代化進(jìn)程。在現(xiàn)代社會(huì)，推動(dòng)時(shí)代發(fā)展

14、的根本力量，仍然是信息化和科技進(jìn)步推動(dòng)的全球經(jīng)濟(jì)一體化。像語(yǔ)音存儲(chǔ)技術(shù)一樣的數(shù)字化技術(shù)的進(jìn)步，一方面能推動(dòng)人類社會(huì)的發(fā)展；另一方面，人類綜合能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的提高，也會(huì)推動(dòng)數(shù)字信息化在更高領(lǐng)域里德創(chuàng)造。 1.41.4設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 本文的設(shè)計(jì)任務(wù)是用 AT89C51 單片機(jī)設(shè)計(jì)一款數(shù)字語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)，要求整個(gè)系統(tǒng)錄音時(shí)間達(dá)到 60s，放音效果真實(shí)清晰，采樣頻率達(dá) 8KHZ，工作電壓 5V，系統(tǒng)錄放音可受按鍵控制，可復(fù)位且音量可調(diào)有較強(qiáng)的抗干擾能力。設(shè)計(jì)要求：首先要確定總體的設(shè)計(jì)方案，繪制出總體結(jié)構(gòu)框圖，分析系統(tǒng)的工作原理以及各個(gè)元器件的功能作用；再完成各單元具體電路的

15、設(shè)計(jì)，包括單片機(jī)最小系統(tǒng)硬件電路、外圍、語(yǔ)音錄放、功放、鍵盤輸入等電路；最后用編程軟件完成程序編寫和燒入并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。第第 2 章章總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)2.1 總體方案論證總體方案論證 方案一：利用單片機(jī)及其外圍硬件電路，包括 A/D、D/A、濾波及放大電路等，就能完成語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化采集、存儲(chǔ)和回放的功能。系統(tǒng)主要由 ATMEL 公司的AT89C51、ADC、DAC 及閃速存儲(chǔ)器組成。它的原理圖如圖 2-1 所示。錄音時(shí)，模擬語(yǔ)音信號(hào)先通過(guò) MIC 轉(zhuǎn)換成微弱的電信號(hào)，再經(jīng)專用的音頻前置放大器放大和帶通濾波器濾波后，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器 A/D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)控制數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器

16、中；在需要放音時(shí)，單片機(jī)控制數(shù)字信號(hào)從存儲(chǔ)器中讀出，再經(jīng) D/A 的轉(zhuǎn)換還原成模擬信號(hào)，再通過(guò)濾波、放大后由揚(yáng)聲器輸出5。這種方法過(guò)程簡(jiǎn)單，但是語(yǔ)音信號(hào)容易受到外界的干擾而失真，并且信號(hào)的壓縮存儲(chǔ)比較復(fù)雜，硬件電路不宜調(diào)試。 AT89C51帶帶通通濾濾波波器器帶帶通通濾濾波波器器A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換D/A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換采采樣樣保保持持閃閃速速存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器MIC放放大大器器放放大大器器Speaker 圖 2-1 方案一系統(tǒng)原理圖方案二：可采用單片機(jī)與專用的語(yǔ)音處理芯片來(lái)設(shè)計(jì)語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)語(yǔ)音的錄放功能。采用語(yǔ)音芯片技術(shù)來(lái)處理語(yǔ)音信號(hào)，系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng)，存儲(chǔ)方便，調(diào)試簡(jiǎn)單，可作為語(yǔ)音服務(wù)的子系

17、統(tǒng)等縱多優(yōu)點(diǎn)。在一塊芯片上集成有麥克風(fēng)前置放大器、自動(dòng)增益控制電路、抗混淆和平滑濾波器、模擬存儲(chǔ)陣列、揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器、控制接口和內(nèi)部精確的參考時(shí)鐘。加上麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器，開(kāi)關(guān)和少數(shù)的幾個(gè)電容、電阻和電源，就可構(gòu)成一個(gè)完整的語(yǔ)音錄放系統(tǒng)。我們以 ISD 公司的生產(chǎn)的 ISD2560 系列語(yǔ)音芯片為例，系統(tǒng)原理框圖如圖 2-2 所示。模擬語(yǔ)音語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)過(guò)麥克風(fēng)之后直接送入 ISD2560 芯片加以處理和存儲(chǔ)，放音時(shí)，ISD2560 芯片再把存儲(chǔ)好的數(shù)字信號(hào)還原成模擬信號(hào)，再通過(guò)放大器把信號(hào)放大，最后用揚(yáng)聲器放出來(lái)6。該系統(tǒng)具有重復(fù)錄放、音質(zhì)好、低功耗、抗強(qiáng)干擾等優(yōu)點(diǎn)。單單片片機(jī)機(jī)控控制制ISD2560

18、SpeakerMIC按按鍵鍵控控制制功功率率放放大大器器圖 2-2 方案二系統(tǒng)原理圖通過(guò)有效性和實(shí)用性對(duì)比，發(fā)現(xiàn)方案二具有更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，因此選擇方案二。下面，就針對(duì)此方案做具體的介紹。2.2 器件選擇器件選擇2.2.1 單片機(jī)的選擇單片機(jī)是一種集成電路芯片，即在一塊集成電路芯片上集成微處理器、存儲(chǔ)器、I/O 接口電路，從而構(gòu)成單芯片的微型計(jì)算機(jī)。它具有中斷、獨(dú)立定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能，有著出色的控制能力。進(jìn)過(guò)數(shù)十年的研究發(fā)展，目前單片機(jī)家族復(fù)雜龐大，包括 STC 單片機(jī)、PIC 單片機(jī)、MCS 系列單片機(jī)、ATMEL 單片機(jī)、TI 單片機(jī)和 AVR 單片機(jī)等等。單片機(jī)有著強(qiáng)大的線控能力，和我們?nèi)粘?/p>

19、生活、生產(chǎn)息息相關(guān)。本文選用目前普遍使用的 ATMEL 公司的 51 系列單片機(jī)作為控制核心，以下是兩款 51 單片機(jī)的性能對(duì)比表。AT89C51 是帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲(chǔ)器的低電壓、高性能 8 位單片機(jī)，有兩個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器和六個(gè)中斷源。而 AT89C2051 作為 AT89C51 的精簡(jiǎn)版本只帶 2K 字節(jié)閃存且口線較少，不利后期口線拓展，因此我們選 AT89C51 單片機(jī)。表 2-1 AT89C51 和 AT89C2051 主要性能對(duì)比項(xiàng)目AT89C51AT89C2051存儲(chǔ)器4KB 可編程 Flash 存儲(chǔ)器2KB 可編程 Flash 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器保密三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密兩級(jí)程序存

20、儲(chǔ)器保密內(nèi)部 RAM128 字節(jié)128 字節(jié)靜態(tài)工作頻率0Hz24MHz0Hz24MHz定時(shí)/計(jì)數(shù)器2 個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器2 個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器串行通訊口1 個(gè)串行通訊口1 個(gè)串行通訊口中斷源6 個(gè)中斷源6 個(gè)中斷源I/O 引線32 條 I/O 引線15 條 I/O 引線2.2.2 語(yǔ)音芯片選擇語(yǔ)音芯片分語(yǔ)音 IC 和音樂(lè) IC，它內(nèi)部集成有麥克風(fēng)前置放大器、自動(dòng)增益控制電路、抗混淆和平滑濾波器、模擬存儲(chǔ)陣列、揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器、控制接口和精確的參考時(shí)鐘。它能自動(dòng)完成語(yǔ)音數(shù)據(jù)的采集、分析、壓縮、存儲(chǔ)等步驟，一次錄放音包括 ADC 和 DAC 兩個(gè)過(guò)程：語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)采樣轉(zhuǎn)化為數(shù)字，存儲(chǔ)在

21、IC 的 ROM 中，再通過(guò)電路將 ROM 中的數(shù)字還原成語(yǔ)音信號(hào)。本設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)錄音時(shí)間達(dá)到 40s 以上，采樣頻率達(dá) 8KHz，因此可選用普遍使用的ISD2560 語(yǔ)音芯片。2.2.3 功放選擇為使系統(tǒng)外圍元件最少，信號(hào)諧波失真率小和信號(hào)增益調(diào)節(jié)范圍大，我們可使用美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 LM386 音頻集成功率放大器。2.3 各芯片詳細(xì)說(shuō)明各芯片詳細(xì)說(shuō)明2.3.1 AT89C51 芯片AT89C51 單片機(jī)是一款自帶 4KB 字節(jié) FLASH 存儲(chǔ)器的高性能微處理器，分辨率為 8 位。該器件采用 ATMEL 獨(dú)有存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51 指令集。以下是它的主要特點(diǎn)： （

22、1）與 MCS51 兼容（2）4k 字節(jié)可編程 Flash 閃速存儲(chǔ)器（3）壽命：1000 寫/擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10 年（4）全靜態(tài)操作：0Hz24MHz（5）三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器（6）1288 字節(jié)內(nèi)部 RAM（7）32 個(gè)可編程 I/O 口線（8）2 個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器 （9）5 個(gè)中斷源（10）可編程串行 UART 通道（11）低功耗空閑和掉電模式（12）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路AT89C51 芯片引腳排列詳見(jiàn)附錄 1，下面就本設(shè)計(jì)的相關(guān)的引腳作功能介紹。P0 口是一個(gè) 8 位漏極開(kāi)路雙向輸入輸出端口，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)時(shí)，它是地址總線（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用。外部不擴(kuò)展而單片應(yīng)用

23、時(shí)，則作一般雙向 I/O 口用。P0 口每一個(gè)引腳可以推動(dòng) 8 個(gè) LSTTL 負(fù)載。P1 口是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口（準(zhǔn)雙向并行 I/O 口），其輸出可以推動(dòng) 4 個(gè)LSTTL 負(fù)載且僅可以作為用戶的輸入輸出端口。P2 口也是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口（準(zhǔn)雙向并行 I/O 口），如果程序訪問(wèn)的是外部 ROM 時(shí)，它是作高 8 位地址。當(dāng)僅使用內(nèi)部 ROM 時(shí)，則作一般雙向 I/O 口。每一個(gè)引腳輸出可以推動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載7。P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的復(fù)用功能，如表 2

24、-2 所示。RST：復(fù)位輸入。VCC：AT89C51 的正極，輸入+5V 電壓。GND：電源接地端。XTAL1：接外部晶振的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一反相放大器輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)它采用外部振蕩器時(shí)，一些引腳應(yīng)接地。表 2-2 P3 口復(fù)用功能表端口引腳復(fù)用功能RXD（串行通信輸入）TXD（串行通信輸出）INT0（外部中斷 0 輸入，低電平有效）INT1（外部中斷 1 輸入，低電平有效）T0（計(jì)數(shù)器 0,外部事件計(jì)數(shù)輸入端）T1（計(jì)數(shù)器 1,外部事件計(jì)數(shù)輸入端）WR（外部隨機(jī)存儲(chǔ)器的寫選通，低電平有效）RD（外部隨機(jī)存儲(chǔ)器的讀選通，低電平有效）XTAL2：接外部晶振的一個(gè)

25、引腳。在片內(nèi)接至振蕩器的反相放大器輸出端和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器輸入端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，則此引腳接外部振蕩信號(hào)的輸入。EA/VPP：當(dāng)該引腳為低電平時(shí)，單片機(jī)讀取的是外部的程序存儲(chǔ)器中的程序來(lái)執(zhí)行。因此對(duì)于 8031 來(lái)說(shuō)，EA 腳必須接低電平，因?yàn)樗鼰o(wú)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。而對(duì)于 AT89C51 或其它內(nèi)部有程序存儲(chǔ)器的單片機(jī)來(lái)說(shuō)，當(dāng)初引腳接高電平時(shí)，單片機(jī)首先會(huì)在片內(nèi)程序存儲(chǔ)器中取指令，當(dāng) PC 的內(nèi)容超過(guò) FFFH 時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外程序存儲(chǔ)器中取指令。2.3.2 ISD2560 語(yǔ)音芯片用 ISD 系列語(yǔ)音芯片進(jìn)行錄音可具有音質(zhì)自然、單片存儲(chǔ)、反復(fù)錄放、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。一塊 ISD 芯片上集成有

26、麥克風(fēng)前置放大器（AMP）、自動(dòng)增益控制電路（AGC）、抗混淆和平滑濾波器、模擬存儲(chǔ)陣列、揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器、控制接口和內(nèi)部精確的參考時(shí)鐘，加上外部元件（液晶、麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器、開(kāi)關(guān)和少數(shù)電阻、電容），再加上電源即可組成最簡(jiǎn)單語(yǔ)音系統(tǒng)。ISD2560 語(yǔ)音芯片是美國(guó) ISD 公司較為成熟的語(yǔ)音錄放產(chǎn)品。它是一種永久記憶型語(yǔ)音錄放電路，錄音時(shí)間達(dá) 60s，可重復(fù)錄放 10 余萬(wàn)次。芯片采用多電平模擬量直接存儲(chǔ)專利技術(shù)，無(wú)需外圍的 A/D、D/A 轉(zhuǎn)換電路。每個(gè)采樣數(shù)據(jù)值直接由芯片自動(dòng)存儲(chǔ)在片內(nèi) ROM 單元中，播放時(shí)直接將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)導(dǎo)出，所以它能十分真實(shí)地再現(xiàn)人聲、音樂(lè)、語(yǔ)調(diào)和聲效，可避免一般固體錄音電

27、路因量化和壓縮造成的量化噪聲和“金屬聲”。ISD2560 集成度較高，內(nèi)部有前置放大器、自動(dòng)增益控制、內(nèi)部時(shí)鐘、定時(shí)器、采樣時(shí)鐘、濾波器、邏輯控制、模擬收發(fā)器、解碼器和 480K 的 EEPROM 等8。2.3.2.1 ISD2560 引腳說(shuō)明ISD2560 的引腳排列詳見(jiàn)附錄 1，各引腳的主要功能說(shuō)明如下：A0/M0A6/M6、A7A9：地址線，ISD 器件可以實(shí)現(xiàn) 1600 段錄放語(yǔ)音功能，每段錄放音都有一個(gè)起始端，該起始地址的選擇由 A0A9 確定。當(dāng) A8、A9 同時(shí)為高電平時(shí)可以選擇工作模式。AUX IN：當(dāng)和為高，放音不進(jìn)行，或處于放音溢出狀態(tài)時(shí)，本端的輸入信號(hào)通過(guò)CERP/內(nèi)部功

28、放驅(qū)動(dòng)喇叭輸出端。VSSD、 VSSA：數(shù)字地和模擬地，這兩腳最好在引腳焊盤上相連。SP+、SP-：揚(yáng)聲器輸出。VCCA、VCCD：模擬電源、數(shù)字電源，盡可能在靠近供電端處相連。MIC：本端連至片內(nèi)前置放大器，外接話筒應(yīng)通過(guò)串聯(lián)電容耦合到本端，耦合電容值和本端的 10K 輸入電阻。MIC REF：本端是前置放大器的反向輸入。當(dāng)以差分形式連接話筒時(shí)，可減小噪聲，提高共模抑制比。AGC：AGC 動(dòng)態(tài)調(diào)整前置增益以補(bǔ)償話筒輸入電平的寬幅變化，使得錄制變化很大的音量時(shí)失真都能保持最小。響應(yīng)時(shí)間取決于本端的 5K 輸入阻抗外接的對(duì)地電容的時(shí)間常數(shù)。釋放時(shí)間取決于本端外接的并聯(lián)對(duì)地電容和電阻的時(shí)間常數(shù)。4

29、70K 和 4.7uF 的標(biāo)稱值在絕大多數(shù)場(chǎng)合下可獲得滿意的效果。ANA IN：芯片錄音信號(hào)輸出端，它通過(guò)外接電容與話筒的 ANA OUT 端相連接。ANA OUT：前置放大器的輸出，前置電壓增益取決于 AGC 端電平。：芯片處于存儲(chǔ)空間末尾時(shí)本端輸出低電平脈沖表示溢出，之后狀態(tài)隨端變化，OVFCE直至 PD 端變?yōu)楦唠娖?。：?dāng)?shù)碗娖接行r(shí)（而且 PD 為低），允許語(yǔ)音芯片進(jìn)行錄放操作。芯片在本端的下CE降沿鎖存地址線和端的狀態(tài)。RP/PD：當(dāng)該端為高電平時(shí)，芯片停止工作，且不耗電，芯片發(fā)生溢出，即端輸出低電OVF平后，本端口短暫變高電平。只有復(fù)位芯片，才能使之再次工作。：EOM 是在錄音時(shí)由

30、芯片自動(dòng)插入到語(yǔ)音信息的結(jié)尾作為結(jié)束的標(biāo)志。當(dāng)放音時(shí)，EOM一遇到 EOM，本端口即刻輸出低電平脈沖。芯片內(nèi)部會(huì)檢測(cè)電源電壓以維護(hù)信息的完整性，當(dāng)電壓低于 3.5V 時(shí)，本端變低，芯片只能放音。XCLK：外部時(shí)鐘輸入端。本端內(nèi)部有下拉元件，不用時(shí)應(yīng)接地。：本端口狀態(tài)在的下降沿鎖存。為高電平時(shí)選擇放音，為低電平時(shí)選擇錄音。錄RP/CE音時(shí)，由地址端提供起始地址，錄音持續(xù)到或 PD 變高，或內(nèi)存空間溢出；如果是前一種CE情況，芯片自動(dòng)在錄音結(jié)束處寫入 EOM 標(biāo)志，說(shuō)明錄音結(jié)束。放音時(shí)由地址端提供起始地址，放音直至遇到 EOM 停止標(biāo)志。如果一直為低，或芯片工作在某些操作模式，放音會(huì)忽略CEEOM

31、，繼續(xù)進(jìn)行下去。由于 ISD2560 內(nèi)置了若干種操作模式，因而可用最少的外圍器件實(shí)現(xiàn)最多的功能。操作模式也由地址端控制，當(dāng)最高兩位（A8、A9）都為 1 時(shí)，其它地址端置高可選擇某個(gè)（或某幾個(gè)）特定模式。因此操作模式和直接尋址相互排斥。具體操作模式如表 2-3 所示。操作模式可由微控制器也可由硬件實(shí)現(xiàn)。表 2-3 模式控制說(shuō)明表模式控制功能典型應(yīng)用A0/M0信息檢索快速檢索信息A1/M1刪除EOM標(biāo)志在全部語(yǔ)音錄放結(jié)束時(shí)，給出EOM標(biāo)志A2/M2未用當(dāng)工作模式 操作時(shí)，此端應(yīng)接低電平A3/M3循環(huán)放音從0地址開(kāi)始連續(xù)重復(fù)放音A4/M4連續(xù)尋址可錄放連續(xù)的多段信息A5/M5CE電平觸發(fā)允許信號(hào)

32、中止A6/M6按鈕控制簡(jiǎn)化器件接口使用操作模式時(shí)需要注意兩點(diǎn)：(1) 任何操作模式都是從 0 地址開(kāi)始，隨著不同操作模式，繼而對(duì)應(yīng)相應(yīng)的地址。當(dāng)系統(tǒng)錄音轉(zhuǎn)為放音或進(jìn)入省電狀態(tài)時(shí)，地址計(jì)數(shù)器復(fù)位為 0。當(dāng) CE 變低且最高兩地址位同為高時(shí)，執(zhí)行操作模式。這種操作模式將一直有效，直到 CE 再次由高變低，芯片重新鎖存當(dāng)前的地址/模式端電平并執(zhí)行相應(yīng)的操作為止。(2) 操作模式位不加鎖定，可以在 MSB（A8、A9）地址位為高電平時(shí)，CE 電平變低的任何時(shí)間執(zhí)行操作模式操作。如果下一片選周期 MSB（A8、A9）地址位中有一個(gè)(或兩個(gè))變?yōu)榈碗娖?，則執(zhí)行信息地址，即從該地址錄音或放音，原來(lái)設(shè)定的操作

33、模式狀態(tài)將丟失。2.3.2.2 ISD2560 的分段錄放音功能2500 系列最多可分為 600 段，只要在分段錄/放音操作前(不少于 300 納秒)，給地址A0A9 賦值，錄音及放音功能均從設(shè)定的起始地址開(kāi)始，錄音結(jié)束由停止鍵操作決定，芯片內(nèi)部自動(dòng)在該段的結(jié)束位置插入結(jié)束標(biāo)志（EOM）；而放音時(shí)芯片遇到 EOM 標(biāo)志即自動(dòng)停止放音。2500 系列地址空間是這樣分配的：地址 0599 作為分段用(見(jiàn)表 2-4)，地址 600767 未使用，地址 7681023 為工作模式選擇。表 2-4 2500 系列地址空間表十進(jìn)制二進(jìn)制信息時(shí)間(秒)A9A8A7A6A5A4A3A2A1A025602575

34、25900000000000000050000011001010000011001001250001111101030001001011004000110010000500011111010059910010101112.3.2.3 ISD2560 的應(yīng)用電路ISD2560 芯片內(nèi)部 EEPROM 存儲(chǔ)單元被均勻分為 600 行，共 600 個(gè)地址單元。每個(gè)地址單元指向其中一行，每一個(gè)地址單元的地址分辨率為 100ms，共計(jì) 60s。ISD2560 控制電平與TTL 電平兼容，接口簡(jiǎn)單，使用方便。圖 2-3 是 ISD2560 語(yǔ)音錄放的基本電路原理圖9。圖 2-3 ISD2560 基本電路原

35、理圖錄音時(shí)按下錄音鍵 S2、S3 接地，使節(jié)電控制鍵 PD 端、錄放模式鍵端為低電平。此RP/時(shí)啟動(dòng)錄音；結(jié)束時(shí)松開(kāi)按鍵，單片機(jī)又讓錄放模式鍵端回到高電平，即完成一段語(yǔ)音的RP/錄制。同樣的，按下錄放模式鍵接高電平，使節(jié)電控制鍵 PD 端為低電平啟動(dòng)放音功能；RP/結(jié)束時(shí)，松開(kāi)按鍵，即完成一段語(yǔ)音的播放。2.3.3 LM386 集成功率放大器芯片LM386 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類電子產(chǎn)品的放大。它起始內(nèi)部電壓增益為 20，因此可以節(jié)省大量外部電路元件。但在 1 腳和 8 腳之間增加一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調(diào)為任意值，直至 200。LM386

36、芯片的電子特性如表 2-5 所示。輸入端以地位參考，同時(shí)輸出端被自動(dòng)偏置到電源電壓的一半，在 6V 電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為 24mW，使得 LM386 特別適用于電池供電的場(chǎng)合。輸入電壓范圍可由 4V12V，無(wú)動(dòng)作時(shí)僅消耗 4mA 電流，且失真低。表 2-5 LM386 電子特性表項(xiàng)目測(cè)試環(huán)境規(guī)格工作電壓Vs（V）45輸入電壓Vin（V）輸入阻抗Ri（k）50靜電流Iq（mA）Vs=6V,Vin=0V48輸出功率Pout（mW）Vs=6V，Rl=8，THD=10%250325Pin1、8開(kāi)路26電壓增益(dB)Pin1、8以10F連接46Pin1、8開(kāi)路300頻寬（kHz）Pin1、8以

37、10F連接60LM386 的引腳排列詳見(jiàn)附錄 1。引腳 2 為反相輸入端，3 為同相輸入端，引腳 5 為輸出端，引腳 6 和 4 分別為電源和地，引腳 1 和 8 為電壓增益設(shè)定端。使用時(shí)在引腳 7 和地之間接旁路電容，通常取 10F。LM386 的電源電壓為 412V；靜態(tài)消耗電流為 4mA；電壓增益為 20-200dB；在 1、8 腳開(kāi)路時(shí)，帶寬為 300KHZ；輸入阻抗為 50K；音頻功率為 0.5W。 盡管 LM386 的應(yīng)用非常容易，但是在器件上電、斷電瞬間，甚至平穩(wěn)工作后的插拔音頻插頭、旋音量調(diào)節(jié)鈕等操作都會(huì)帶來(lái)的瞬態(tài)沖擊，使喇叭產(chǎn)生非常討厭的噪聲，所以使用時(shí)需要做好相應(yīng)除噪措施。

38、各引腳外圍電路的接法介紹如下：(1) 通過(guò)在 1 腳、8 腳間接入電容和電阻（1 腳接電容“+”極）來(lái)改變?cè)鲆妫瑪嚅_(kāi)時(shí)增益為20dB。(2) 選好調(diào)節(jié)音量的電位器。阻值不要太大，10K 最合適，太大也會(huì)影響音質(zhì)。(3) 盡可能采用雙音頻輸入/輸出。好處是：“”、“”輸出端可以很好地抵消共模信號(hào)，故能有效抑制共模噪聲。(4) 第 7 腳（BYPASS）的旁路電容不可少。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，BYPASS 端必須外接一個(gè)電解電容到地，起濾除噪聲的作用。工作穩(wěn)定后，該管腳電壓值約等于電源電壓的一半。增大這個(gè)電容的容值，減緩直流基準(zhǔn)電壓的上升、下降速度，有效抑制噪聲。在器件上電、掉電時(shí)的噪聲就是由該偏置電壓的瞬

39、間跳變所致。(5) 減少輸出耦合電容。此電容的作用有二10：隔直與耦合。隔斷直流電壓，直流電壓過(guò)大有可能會(huì)損壞喇叭線圈；耦合音頻的交流信號(hào)。它與揚(yáng)聲器負(fù)載構(gòu)成了一階高通濾波器。減小該電容值，可使噪聲能量沖擊的幅度變小、寬度變窄；太低還會(huì)使截止頻率（）提高。經(jīng)測(cè)試，發(fā)現(xiàn) 10uF/4.7uF 最為合適。)2/(1CoutRLfc 第第 3 章章硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要可分為三個(gè)部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制部分、語(yǔ)音錄放部分、功放部分。采用 51 單片機(jī)作為控制核心，利用 ISD2560 實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的錄放，采用 LM386 集成功放使聲音放大，簡(jiǎn)單易行且控制方便。ISD2560 與單片機(jī) AT89C5

40、1 的接口電路以及外圍電路11見(jiàn)附錄 1。單片機(jī)的 P1 口、以及P2 口中的部分口線分別與 ISD2560 的地址線相連，用來(lái)設(shè)置語(yǔ)音段的起始地址和控制操作模式；此外，P2 口還控制錄放音狀態(tài)；P0 連接按鍵，供錄放音使用以及接發(fā)光二極管，用以提示當(dāng)前錄放音狀態(tài)。3.2 AT89C51 的外圍電路設(shè)計(jì)的外圍電路設(shè)計(jì)3.2.1 電源 為設(shè)計(jì)使用方便，可采用外部適配器供電。5.0V，300mA，通過(guò) USB 線與整個(gè)電路相連。單片機(jī)是一種時(shí)序電路，必須要提供時(shí)鐘脈沖信號(hào)它才能正常工作。時(shí)鐘信號(hào)是整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)間基準(zhǔn)，能為各種指令的執(zhí)行提供時(shí)鐘節(jié)拍。通常單片機(jī)有兩種方式得到系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)：內(nèi)部振蕩

41、、外部振蕩。圖 3-1 晶振電路設(shè)計(jì)圖本系統(tǒng)采用的是 12MHz 的晶振，電容采用 22pF 的陶瓷電容，其具體設(shè)計(jì)如圖 3-1 所示。3.2.3 復(fù)位電路設(shè)計(jì)當(dāng)任何一個(gè)復(fù)位信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，C51 的所有 I/O 端口都會(huì)立即復(fù)位成它們的初始值，并不需要時(shí)鐘源處于運(yùn)行狀態(tài)。在復(fù)位信號(hào)撤消后，硬件系統(tǒng)將調(diào)用一個(gè)計(jì)數(shù)延時(shí)過(guò)程，經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)后，才能進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)部的真正復(fù)位啟動(dòng)。采用這種形式的復(fù)位啟動(dòng)過(guò)程，可以保證電源達(dá)到穩(wěn)定后才使單片機(jī)進(jìn)入正常的操作。復(fù)位啟動(dòng)的延時(shí)時(shí)間可以由用戶通過(guò)對(duì)程序的編譯來(lái)定義。51 單片機(jī)有 3 種復(fù)位方式12：(1) 上電復(fù)位。當(dāng)系統(tǒng)接通電源時(shí)，RST 引腳獲得高電平且保持

42、2 個(gè)機(jī)器周期以上，單片機(jī)產(chǎn)生復(fù)位。(2) 按鍵復(fù)位。與上電復(fù)位類似，當(dāng)一個(gè)高電平加到 RST 引腳且超過(guò) 2 機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)產(chǎn)生復(fù)位。(3) 看門狗(WDT)復(fù)位。其工作原理是：看門狗芯片和單片機(jī)的一個(gè) I/O 引腳相連，該 I/O引腳通過(guò)程序控制它定時(shí)地往看門狗的這個(gè)引腳上送入高電平(或低電平)，這一程序語(yǔ)句是分散地放在單片機(jī)其他控制語(yǔ)句中間的，一旦單片機(jī)由于干擾造成程序“跑飛”后而陷入死循環(huán)狀態(tài)時(shí)，寫看門狗引腳的程序便不能被執(zhí)行。這個(gè)時(shí)候，看門狗電路就會(huì)由于得不到單片機(jī)送來(lái)的信號(hào)，便在它和單片機(jī)復(fù)位引腳相連的引腳上送出一個(gè)復(fù)位信號(hào)，使單片機(jī)發(fā)生復(fù)位，即程序從程序存儲(chǔ)器的起始位置開(kāi)始執(zhí)

43、行，這樣便實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)的自動(dòng)復(fù)位。因此，看門狗復(fù)位方式可以有效的監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行情況，提高了系統(tǒng)自身的抗干擾能力，使系統(tǒng)能夠在具有一定干擾的環(huán)境中正常工作。圖 3-2 復(fù)位電路圖本系統(tǒng)使用的是外部按鍵復(fù)位方式，高電平通過(guò)復(fù)位端電阻與 Vcc 電源接通而實(shí)現(xiàn)的，電路如上圖 3-2 所示。為了提高系統(tǒng)可靠性，再加上一個(gè) 10uF 的電解電容來(lái)消除高頻干擾和雜波。3.3 語(yǔ)音電路設(shè)計(jì)語(yǔ)音電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用 ISD2560 語(yǔ)音芯片，其語(yǔ)音電路圖如圖 3-3 所示13。圖 3-3 語(yǔ)音錄放電路圖各引腳外圍電路的接法可參考前文所述的引腳說(shuō)明。揚(yáng)聲器輸出信號(hào)與功放相連，將聲音信號(hào)放大。3.4 功放電路功放電

44、路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)為使從語(yǔ)音芯片出來(lái)的信號(hào)穩(wěn)定不衰減，特加入功放電路，如圖 3-4 所示14,15，圖 3-4 功放電路圖信號(hào)從 ISD2560 的 14 腳出來(lái)進(jìn)入 LM386 的運(yùn)放腳，經(jīng)放大后與揚(yáng)聲器相接。第 1 腳和第8 腳之間接入一個(gè)電容和電阻，可是 LM386 增益達(dá) 200dB。3.5 鍵盤輸入電路鍵盤輸入電路和狀態(tài)顯示電路和狀態(tài)顯示電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)單片機(jī)作為控制核心，它只要任務(wù)是控制語(yǔ)音芯片的錄放音功能。圖 3-5 單片機(jī)控制鍵盤輸入和狀態(tài)顯示電路圖我們可以通過(guò)按鍵識(shí)別來(lái)分別控制錄音和放音過(guò)程16，因此該系統(tǒng)具有 2 個(gè)按鍵：錄音按鍵、放音按鍵。狀態(tài)顯示通過(guò)發(fā)光二極管來(lái)完成，3 盞燈分別對(duì)

45、應(yīng)的芯片開(kāi)始工作、錄音開(kāi)始和放音開(kāi)始 3 種狀態(tài)。這部分的電路圖如圖 3-5 所示。第第 4 章章軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)如果說(shuō)一個(gè)系統(tǒng)的硬件好比人的身體，那么軟件就是人的靈魂。軟件的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是硬件，若硬件無(wú)法正常工作，再優(yōu)秀的軟件也無(wú)法實(shí)現(xiàn)任何功能。同樣的，如果沒(méi)有軟件，再?gòu)?qiáng)大的硬件也只是一個(gè)空殼。我們?cè)诖_定了一項(xiàng)設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的功能后，根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能設(shè)計(jì)出相應(yīng)的硬件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)搭建起來(lái)之后，若調(diào)試無(wú)誤，才進(jìn)行相應(yīng)的軟件模塊的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)采用 51 系列單片機(jī)作為硬件核心，單片機(jī)的軟件部分采用匯編語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，軟件采用符合匯編語(yǔ)言的 Keil 編譯器編譯。本設(shè)計(jì)的軟件功能主要完成以下過(guò)程：初始化，當(dāng)單

46、片機(jī)掃描錄音鍵按下時(shí)，置端為低電平，芯片開(kāi)始錄音，然后一直掃描 RECORD 所表示的錄音CE按鍵是否松開(kāi)，若按鍵松開(kāi)，則置端為高電平，錄音結(jié)束；當(dāng)放音鍵按下后，置 PR 端為CE1，進(jìn)入放音狀態(tài)，將端置為低電平，啟動(dòng)播放，播放過(guò)程中等待語(yǔ)音段結(jié)束信號(hào) EOM，CE當(dāng) EOM=0 時(shí)，提示語(yǔ)音信號(hào)結(jié)束，返回主程序并進(jìn)行下一步操作。4.1 主要變量說(shuō)明主要變量說(shuō)明程序中的主要變量及相關(guān)功能如下：LED1LED3：描述發(fā)光二極管的關(guān)斷。當(dāng)這 3 個(gè)變量分別為 1 時(shí)，二極管熄滅，當(dāng)變量為 1 時(shí)，二極管點(diǎn)亮。RECORD：描述錄音鍵按下的狀態(tài)。該變量為 1 表示錄音鍵按下，為 0 表示錄音鍵松開(kāi)。

47、PLAY：描述放音鍵按下的狀態(tài)。該變量為 1 表示放音鍵按下，為 0 表示放音鍵松開(kāi)。PD：控制芯片的工作狀態(tài)。PD=0 時(shí)，芯片開(kāi)始工作；PD=1 時(shí)，芯片停止工作，進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。PR：控制語(yǔ)音芯片所處的工作模式。該變量置為 0 時(shí)，芯片處于錄音模式；置為 1 時(shí)，芯片處于放音模式。CE：對(duì)芯片進(jìn)行片選。當(dāng) CE=0 且 PD=0 時(shí)，允許芯片進(jìn)行錄放的的操作；CE=1 時(shí)，無(wú)法進(jìn)行錄放操作。EOM：信息結(jié)束的標(biāo)志。一段語(yǔ)音信號(hào)錄制完畢后，EOM 標(biāo)志由芯片自動(dòng)插入到信息結(jié)尾，放音過(guò)程中，若 EOM=0，說(shuō)明信號(hào)結(jié)束，停止播放。4.2 主程序流程圖主程序流程圖本系統(tǒng)中單片機(jī)控制語(yǔ)音芯片錄放的

48、程序主要是單片機(jī)對(duì) ISD2560 芯片的控制字的寫入，程序流程圖如圖 4-1 所示17。ISD2560 雖然提供了地址輸入線，但它的內(nèi)部信息段的地址卻無(wú)法讀出，需要采用直接尋址模式進(jìn)行尋址。其實(shí)現(xiàn)方式有兩種：一是由于 ISD2560 的地址分辨率為 100 ms，所以可用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器定時(shí)為 100 ms，然后再利用計(jì)數(shù)器對(duì)單片機(jī)定時(shí)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，則計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值為語(yǔ)音段所占用的地址單元，該方式能充分利用 ISD2560 內(nèi)部的 EEPROM，在字段較多時(shí)可利用該方法；二是語(yǔ)音字段如果較少，則可根據(jù)每一字段的內(nèi)容多少，直接分配地址單元。一般按每秒說(shuō) 3 個(gè)字計(jì)算，60s 可說(shuō) 180 個(gè)字

49、，再根據(jù) ISD2560 的地址分辨率為 100ms，即可計(jì)算出語(yǔ)音段所需的地址單元數(shù)。本系統(tǒng)完成的是語(yǔ)音單段錄放的功能，可不必采用直接尋址模式，而是設(shè)置 A8、A9 和 A6 的電平為高，利用按鈕控制操作模式完成對(duì)單段語(yǔ)音信號(hào)的錄放即可。在這種模式下，語(yǔ)音存儲(chǔ)的起始地址默認(rèn)從 0 開(kāi)始。程序首先是系統(tǒng)的初始化，設(shè)置 P1 的狀態(tài)使得語(yǔ)音芯片處于按鍵控制的操作模式下。后將 PD 端置為 0，芯片啟動(dòng)。再置PR 端為 0，設(shè)置芯片在錄音狀態(tài)。此后循環(huán)掃描 RECORD 和 PLAY 鍵按下的狀態(tài)。RECORD鍵按下后，進(jìn)入錄音模式，調(diào)用錄音子程序開(kāi)始錄音。PLAY 鍵按下后，進(jìn)入放音狀態(tài)，調(diào)用放

50、音子程序開(kāi)始放音。放音結(jié)束后，PD 端置 1，芯片停止工作，其程序代碼見(jiàn)附錄 2。開(kāi)始系統(tǒng)初始化PD端置0，芯片開(kāi)始工作；燈1點(diǎn)亮PR端置0，設(shè)為錄音狀態(tài)錄音鍵按下？延時(shí)10ms去抖動(dòng)調(diào)用錄音子程序，開(kāi)始錄音放音鍵按下？調(diào)用放音子程序，開(kāi)始放音結(jié)束YNYN芯片停止工作，燈1熄滅圖 4-1 主程序流程圖4.3 子程序流程圖及代碼子程序流程圖及代碼4.3.1 錄音子程序錄音子程序流程圖如圖 4-2 所示。CE置0開(kāi)始錄音點(diǎn)亮燈2熄滅燈1是否松開(kāi)錄音鍵？錄音結(jié)束熄滅燈2點(diǎn)亮燈1YN返回圖 4-2 錄音子程序流程圖錄音鍵按下后，置端為低電平，芯片開(kāi)始錄音。然后一直掃描 RECORD 所表示的錄音CE按

51、鍵是否松開(kāi)，若按鍵松開(kāi)，則置端為高電平，錄音結(jié)束。程序段如下：CECLR CE；開(kāi)始錄音CLR LED2SETB LED1；燈 2 亮，燈 1 滅JNB RECORD，$SETB CE；錄音鍵松開(kāi)后，錄音結(jié)束 SETB LED2CLR LED1；燈 2 滅，燈 1 亮 4.3.2 放音子程序放音程序的流程圖如圖 3-3 所示。置放音狀態(tài)CE置0啟動(dòng)放音燈3點(diǎn)亮燈1熄滅語(yǔ)音結(jié)束信號(hào)EOM為0？燈3熄滅燈1點(diǎn)亮YN返回圖 4-3 放音子程序流程圖放音鍵按下后，置 PR 端為 1，進(jìn)入放音狀態(tài)。將端置為低電平，啟動(dòng)播放。播放過(guò)程CE中等待語(yǔ)音段結(jié)束信號(hào) EOM，當(dāng) EOM=0 時(shí)，提示語(yǔ)音信號(hào)結(jié)束。

52、返回主程序并進(jìn)行下一步操作。放音程序段如下：SETB PR；置放音狀態(tài)CLR CE；啟動(dòng)播放CLR LED3；STEB LED1；燈 3 亮，燈 1 滅NOP NOPTURN: JB EOM,TURN；等待語(yǔ)音段結(jié)束信號(hào)SETB LED3；CLR LED1；燈 3 滅，燈 1 亮 第第 5 章章系統(tǒng)調(diào)試與實(shí)驗(yàn)結(jié)果系統(tǒng)調(diào)試與實(shí)驗(yàn)結(jié)果 1.按硬件電路設(shè)計(jì)圖焊接好實(shí)物：圖 5-1 實(shí)物效果圖圖 5-2 背面焊接圖 2.用 Keil 軟件將程序燒入 51 單片機(jī)中： 圖 5-3 程序編寫圖 3.接通電源，按下開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)電源指示燈亮，電路顯示正常并開(kāi)始工作：圖 5-4 電路工作圖 4.按下錄音鍵不放錄音

53、指示燈亮，系統(tǒng)鍵入錄音狀態(tài)，將音源對(duì)著 MIC 進(jìn)行錄音：圖 5-5 系統(tǒng)錄音圖 5.錄音結(jié)束后，按下放音鍵放音指示燈亮，系統(tǒng)開(kāi)始放音：圖 5-6 系統(tǒng)放音圖 經(jīng)測(cè)試，整個(gè)系統(tǒng)錄音時(shí)間可達(dá) 60s，錄放音操作簡(jiǎn)單方便，聲音輸出較清晰，音質(zhì)較好，無(wú)明顯雜音。整個(gè)系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單明了，無(wú)需過(guò)多元器件即可正常工作，因此具有良好的實(shí)用性，可用于生活生產(chǎn)各個(gè)領(lǐng)域。第第 6 章章總結(jié)總結(jié)本文設(shè)計(jì)的語(yǔ)音系統(tǒng)硬件電路簡(jiǎn)單，調(diào)試方便。即可作為生活中常見(jiàn)的語(yǔ)音設(shè)備的系統(tǒng)，又可作為語(yǔ)音服務(wù)系統(tǒng)的子系統(tǒng)。針對(duì) ISD 語(yǔ)音芯片的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出的一種由單片機(jī)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)錄放功能的語(yǔ)音電路，可作為錄音機(jī)、復(fù)讀機(jī)、錄音筆、音頻

54、記錄儀使用，既節(jié)省存儲(chǔ)空間，又降低成本，具有很高的實(shí)用價(jià)值和推廣意義。ISD 語(yǔ)音芯片精度高，集成度高，能夠使得微機(jī)的語(yǔ)音輸出結(jié)構(gòu)大大的簡(jiǎn)化，能使生產(chǎn)的造價(jià)大大的降低；由于 ISD 芯片的抗干擾性強(qiáng)，所以在惡劣的環(huán)境的系統(tǒng)中也能正常使用，例如：機(jī)動(dòng)車輛，語(yǔ)音室里都能正常的輸出語(yǔ)音，信息保存時(shí)間長(zhǎng)，工作可靠；輸出可以高保真的再現(xiàn)原聲，可將 ISD 芯片用于語(yǔ)音及聲音信號(hào)的檢測(cè)或模擬系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的非定長(zhǎng)錄制。 對(duì)于該系統(tǒng)的改進(jìn)，主要有 2 個(gè)方面：一是硬件部分的改進(jìn)，利用 AT89C51 芯片余下的管腳可以外接一顯示模塊，對(duì)當(dāng)前錄放音的狀態(tài)進(jìn)行顯示；二是對(duì)于軟件部分，可以利用ISD2560 直

55、接尋址模式對(duì)語(yǔ)音信號(hào)分段錄放。ISD2560 最大錄音時(shí)間為 60s，對(duì)聲音信號(hào)分段錄音，設(shè)置各錄音段的起始地址，存儲(chǔ)在芯片的存儲(chǔ)器中，放音時(shí)，直接尋找到起始地址就能實(shí)現(xiàn)對(duì)各段語(yǔ)音信號(hào)的播放了。雖然該款芯片已漸漸退出歷史舞臺(tái)，更加先進(jìn)和強(qiáng)大功能的ISD4000 系列和 ISD1700 系列以取代它的低位。但是它猶如 51 單片機(jī)一樣，后來(lái)的產(chǎn)品都是由它發(fā)展而來(lái)。學(xué)習(xí)完 ISD2560 芯片，對(duì)于掌握其他同類功能的芯片將是一個(gè)良好的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1王立鳳,戴明.基于 ISD2560 語(yǔ)音芯片的錄放電路設(shè)計(jì)J.電子元器件應(yīng)用,2009,(09):42-43.2曲洪權(quán),李柯南,張北南.基于

56、FPGA 控制的數(shù)字語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)J.電子技術(shù),2010,(12):30-31.3姚堯.語(yǔ)音技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用J.通信世界,2001,(24):3-4.4戴佳,戴衛(wèi)恒.51 單片機(jī) C 語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)M.北京:電子工業(yè)出版社，2006.5唐宏文.基于 AT89C51 的語(yǔ)音錄放系統(tǒng)J.硅谷,2011(9),21-22.6史紅梅,余祖俊,劉盾,趙愛(ài)菊.ISD 語(yǔ)音芯片的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用J.現(xiàn)代電子技術(shù),1998, (09): 11-14.7D.南京,2007.8Winbond 公司.ISD Series Single-Chip Voice Device Data BookZ. Winbond In

57、c., 2000.9金寶華,黃維萍.ISD 語(yǔ)音芯片應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境與實(shí)現(xiàn)J.鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2002,(01),15-16.10 J.硅谷,2008,(01),50-51.11 肖海榮,王鳳瑛,楊金清,孫玉鳳. 基于 AT89C2051 和 ISD2560 的錄放音系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.微計(jì)算機(jī)信息,2004,(01),163-165.12 李建忠.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.西安:西安電子科技大學(xué)出版社, 2002.13 林敏.簡(jiǎn)易數(shù)字化語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)J.儀器儀表,2008,(10),24-25.14 Texas Instruments 公司.MSC121X Precision ADC and DACS

58、 with 8051 Microcontroller and Flash Memory Users GuideZ. Texas Instruments Inc., 2005.15 吳瞋山.電子線路設(shè)計(jì)與實(shí)踐M.北京:電子工業(yè)出版社,2005.16 趙晶主.電路設(shè)計(jì)與制板 Protel99 高級(jí)應(yīng)用M.北京:人民郵電出版社,200017 Myke predko. 精通 8051 程序設(shè)計(jì)M.北京:人民郵電出版社, 2006.附錄附錄附錄 1：AT89C51 芯片引腳圖： ISD2560 芯片引腳圖： LM386 引腳圖： 總體電路圖：EA/VPP31XTAL119XTAL218RST9P3.7(

59、RD)17P3.6(WR)16P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78(AD0)P0.039(AD1)P0.138(AD2)P0.237(AD3)P0.336(AD4)P0.435(AD5)P0.534(AD6)P0.633(AD7)P0.732(A8)P2.021(A9)P2.122(A10)P2.223(A11)P2.324(A12)P2.425(A13)P2.526(A14)P2.627(A15)P2.728PSEN29ALE/PROG30(TXD)P3.111

60、(RXD)P3.010GND20VCC40U1AT89C51VS6GND4GAIN8325BYP7GAIN1U3LM386N-1Y112MHZ22pFC122pFC2VCC10KR610uFC4S1RESET0.1uFC3VCC560R1560R3VCC560R2VCC10KR410KR5S2RECORDS3PLAY1.2KR1210uFC11VCC0.1uFC10100uFC130.047uFC1510R13220uFC16LS1SpeakerMKMicA2/M23A0/M01A1/M12Mic Ref18A3/M34A4/M45A5/M56A6/M67A7/M78A89A910Aux In