基于51單片機(jī)錄音筆設(shè)計(jì)

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課程名稱：智能儀器課程設(shè)計(jì)題目：基于51單片機(jī)錄音筆設(shè)計(jì)

PAGEPAGE23目錄摘要 21語(yǔ)音錄放系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及主要芯片說(shuō)明 31.1總體方案論證 31.2器件選擇 31.2.1單片機(jī)的選擇 31.2.2語(yǔ)音芯片選擇 31.3STC89C52芯片說(shuō)明 41.3.1STC89C52的功能特性概述 41.4ISD1420語(yǔ)音芯片 41.4.1ISD1420的引腳功能 51.4.2ISD1420的操作模式 51.4.3ISD1420的應(yīng)用電路 81.5LM386集成功率放大器芯片說(shuō)明 81.5.1LM386電子特性 81.5.2LM386的引腳說(shuō)明 92硬件電路設(shè)計(jì) 102.1系統(tǒng)硬件電路總體設(shè)計(jì) 102.2STC89C51的外圍電路設(shè)計(jì) 102.2.1晶振電路設(shè)計(jì) 102.2.2復(fù)位電路設(shè)計(jì) 112.3語(yǔ)音電路設(shè)計(jì) 122.4功放電路設(shè)計(jì) 133語(yǔ)音錄放系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 153.1. 主要變量說(shuō)明 153.2. 主程序工作原理及流程圖 153.3. 子程序流程圖及代碼 173.3.1錄音子程序 173.3.2放音子程序 183.4. 程序代碼： 18結(jié)束語(yǔ) 21附錄1 22摘要在社會(huì)高速發(fā)展的今天，由于人們生活學(xué)習(xí)工作的需要，錄音設(shè)備在現(xiàn)在起著至關(guān)重要的作用。在智能儀器儀表或自動(dòng)控制設(shè)備中，增加語(yǔ)音功能能極大地提高人機(jī)界面的友好性，方便用戶操作。目前語(yǔ)音服務(wù)行業(yè)越來(lái)越廣泛，如電腦語(yǔ)音鐘、語(yǔ)音型數(shù)字萬(wàn)用表、手機(jī)話費(fèi)查詢系統(tǒng)、排隊(duì)機(jī)、監(jiān)控系統(tǒng)語(yǔ)音報(bào)警以及公共汽車報(bào)站器等。在許多場(chǎng)合，設(shè)計(jì)者需要將語(yǔ)音系統(tǒng)和單片機(jī)結(jié)合在一起學(xué)習(xí)和了解錄音設(shè)備的原理和結(jié)構(gòu)，并且學(xué)習(xí)如何將語(yǔ)音合成、語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音存儲(chǔ)和回放技術(shù)和單片機(jī)結(jié)合在一起。常規(guī)的模擬化語(yǔ)音處理系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的存儲(chǔ)與回放功能，但效果不是很好。通過(guò)探索決定采用Flash單片機(jī)STC89C52及數(shù)碼語(yǔ)音芯片ISD1420組成的數(shù)字化的語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)。單片機(jī)是系統(tǒng)的控制中心，它主要實(shí)現(xiàn)一方面控制按鍵識(shí)別和功能選擇；另一方面控制ISD1420語(yǔ)音芯片的錄音和放音過(guò)程，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的存儲(chǔ)和回放。首先給出了系統(tǒng)的硬件電路，接著結(jié)合硬件電路編寫了錄、放音控制程序，最后，對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)與展望。關(guān)鍵詞：STC89C52單片機(jī)ISD1420語(yǔ)音芯片語(yǔ)音存儲(chǔ)1語(yǔ)音錄放系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及主要芯片說(shuō)明1.1總體方案論證方案一：利用單片機(jī)及其外圍硬件電路（如A/D、D/A、存儲(chǔ)器等），就能完成語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化處理，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的存儲(chǔ)與回放。系統(tǒng)主要由單片機(jī)STC89C51、AD574、DAC0832及閃速存儲(chǔ)器AT29C040組成。其原理圖如圖1-1所示。聲音通過(guò)MIC轉(zhuǎn)換成微弱的電信號(hào)，經(jīng)專用的音頻前置放大器放大后，由帶通濾波器濾波，輸出的信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送入單片機(jī)。單片機(jī)控制將數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，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，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后輸出。這種方法過(guò)程簡(jiǎn)單，但是語(yǔ)音信號(hào)容易受到外界干擾而失真，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。方案二：直接采用單片機(jī)與專用的語(yǔ)音處理芯片ISD1420設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的整段錄放。該系統(tǒng)采用語(yǔ)音芯片處理語(yǔ)音信號(hào)，抗干擾能力強(qiáng)，存儲(chǔ)方便，調(diào)試簡(jiǎn)單，還可以作為語(yǔ)音服務(wù)的子系統(tǒng)，所以選擇此方案。下面，就針對(duì)此方案做具體的介紹。1.2器件選擇1.2.1單片機(jī)的選擇單片機(jī)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在這里考慮到以后的擴(kuò)展，本次設(shè)計(jì)選擇了擴(kuò)展接口較多的STC89C52，以便在需要的時(shí)候能夠升級(jí)而擴(kuò)展其他的功能。1.2.2語(yǔ)音芯片選擇語(yǔ)音芯片又稱語(yǔ)音IC，又被叫做聲音芯片。芯片的錄音功能包括ADC和DAC兩個(gè)過(guò)程，都是由芯片本身完成的，包括語(yǔ)音數(shù)據(jù)的采集、分析、壓縮、存儲(chǔ)、等步驟。它能夠?qū)⒄Z(yǔ)音信號(hào)通過(guò)采樣轉(zhuǎn)化為數(shù)字，存儲(chǔ)在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)；而語(yǔ)音芯片放音功能實(shí)質(zhì)上是一個(gè)DAC過(guò)程。語(yǔ)音芯片根據(jù)集成電路類型來(lái)分，凡是與聲音有關(guān)系的集成電路被統(tǒng)稱為語(yǔ)音芯片，但是在語(yǔ)音芯片的大類型中，又被分為語(yǔ)音IC（這里應(yīng)該叫成SpeechIC）、音樂(lè)IC（這里應(yīng)該叫成MusicIC）兩種。目前，在市場(chǎng)上使用較為普遍的語(yǔ)音芯片如表1-1所示。

表1-1常用語(yǔ)音芯片對(duì)比表項(xiàng)目TE6310TE6332ISD1420ISD2560語(yǔ)音長(zhǎng)度10s32s20s60采樣頻率（kHz）6.44~6.46.48放音觸發(fā)放音觸發(fā)無(wú)邊緣/電平電平工作電壓（V）4.5~5.52.7~3.34.5~5.54.5~5.5工作電流（mA）30453030靜態(tài)電流（μA）2無(wú)1010MIC前置是否否否由上表可以看出，ISD1420語(yǔ)音芯片的語(yǔ)音長(zhǎng)度較長(zhǎng)，工作電流和電壓也符合要求。因此，本次設(shè)計(jì)將采用ISD1420作為系統(tǒng)的語(yǔ)音處理芯片參與工作。1.3STC89C52芯片說(shuō)明STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。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(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KBEEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外STC89C52可降至0Hz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(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選。因?yàn)楣δ軓?qiáng)大。STC89C52單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合。1.3.1STC89C52的功能特性概述具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KBEEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選。1.4ISD1420語(yǔ)音芯片采用ISD系列語(yǔ)音芯片進(jìn)行錄音是一種可行的方法，它有音質(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，外部元件包括：液晶、麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器、開關(guān)和少數(shù)電阻、電容，再加上電源和電池。ISD1420為美國(guó)ISD公司出品的優(yōu)質(zhì)單片語(yǔ)音錄放電路，由振蕩器、語(yǔ)音存儲(chǔ)單元、前置放大器、自動(dòng)增益控制電路、抗干擾濾波器、輸出放大器組成。一個(gè)最小的錄放系統(tǒng)僅由一個(gè)麥克風(fēng)、一個(gè)喇叭、兩個(gè)按鈕、一個(gè)電源、少數(shù)電阻電容組成。錄音內(nèi)容存入永久存儲(chǔ)單元，提供零功率信息存儲(chǔ)，這個(gè)獨(dú)一無(wú)二的方法是借助于美國(guó)ISD公司的專利--直接模擬存儲(chǔ)技術(shù)(DASTTM)實(shí)現(xiàn)的。利用它，語(yǔ)音和音頻信號(hào)被直接存儲(chǔ)，以其原本的模擬形式進(jìn)入EEPROM存儲(chǔ)器.直接模擬存儲(chǔ)允許使用一種單片固體電路方法完成其原本語(yǔ)音的再現(xiàn)。僅語(yǔ)音質(zhì)量?jī)?yōu)勝，而且斷電語(yǔ)音保護(hù)。1.4.1ISD1420的引腳功能電源（VCCA，VCCD）芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線，并且分別引到外封裝上，

這樣可使噪聲最小。模擬和數(shù)字電源端最好分別走線，盡可能在靠近供電端處相連，而去耦電容應(yīng)量靠近芯片。

地線（VSSA，VSSD）芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線，這兩個(gè)腳最好在引腳焊盤上相連。

錄音（/REC）低電平有效。只要/REC變低（不管芯片處在節(jié)電狀態(tài)還是正在放音），芯片即開始錄音。錄音期間，/REC必須保持為低。/REC變高或內(nèi)存錄滿后，錄音周期結(jié)束，芯片自動(dòng)寫入一個(gè)信息結(jié)束標(biāo)志（EOM），使以后的重放操作可發(fā)及時(shí)停止。之后芯片自動(dòng)進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。

注：/REC的上升沿有50毫秒防顫，防止芯片自動(dòng)進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。

邊沿觸發(fā)放音（/PLAYE）此端出現(xiàn)下降沿時(shí)，芯片開始放音。放音持續(xù)到EOM標(biāo)志或內(nèi)存結(jié)束，之后芯片自動(dòng)進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。開始放音后，可以釋放/PLAYE。

電平觸發(fā)放音（/PLAYL）此端出現(xiàn)下降沿時(shí)，芯片開始放音。放音持續(xù)至端回到高電平，遇到EOM標(biāo)志，或內(nèi)存結(jié)束。放音結(jié)束后芯片自動(dòng)進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。

注：放音過(guò)程中當(dāng)遇到EOM或內(nèi)存結(jié)束時(shí)，如果/PLAYE或/PLAYL仍處在高電平，芯片雖然也進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)（內(nèi)部震蕩器和時(shí)鐘停止工作），但是由于芯片沒(méi)有對(duì)/PLAYE和/PLAYL的上升沿進(jìn)行消顫，隨后在這兩個(gè)引腳上出現(xiàn)的下隆沿（例如釋放按鍵時(shí)的抖動(dòng)）都會(huì)觸發(fā)放音。

錄音指示（/RECLED）處于錄音狀態(tài)時(shí)，此端為低，可驅(qū)動(dòng)LED。此外，放音遇到EOM標(biāo)志時(shí)，此端輸出低電平脈沖。

話筒輸入（MIC）此端邊至片內(nèi)前置放大器。片內(nèi)自動(dòng)增益控制電路（AGC）將前置增益控制在-15至24dB。外接話筒應(yīng)通過(guò)串聯(lián)電容耦合到此端。耦合電容值和此端的10KΩ輸入阻抗決定了芯片頻帶的低頻截止點(diǎn)。

話筒參考（MIC

REF）此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。

自動(dòng)增益控制（AGC）

AGC動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)器整前置境益以補(bǔ)償話筒輸入電平的寬幅變化，使得錄制變化很大的音量（從耳語(yǔ)到喧嘩囂聲）時(shí)失真都能保持最小。響應(yīng)時(shí)間取決于此端的5KΩ輸入阻抗和外接的對(duì)地電容（即線路圖中的C6）的時(shí)間常數(shù)。釋放時(shí)間取決于此端外接的并聯(lián)對(duì)地電容和電阻（即線路圖中R5和C6）的時(shí)間常數(shù)。470KΩ和4.7uF的標(biāo)稱值在絕對(duì)大多數(shù)場(chǎng)合下可獲得滿意的效果。

模擬輸出（ANA

OUT）前置放大器輸出。前置電壓增益取決于AGC端的電平。

模擬輸入（ANA

IN）此端即芯片錄音的輸入信號(hào)。對(duì)話筒輸入來(lái)說(shuō)，ANA

OUT端應(yīng)通過(guò)外接電容連至本端。該電容和本端的3KΩ輸入阻抗給出了芯片頻帶的附加低端截止頻率。其它音源可通過(guò)交流耦合直接連至本端。

喇叭輸出（SP+、SP-）這對(duì)輸出端能驅(qū)動(dòng)16Ω以上的喇叭。單端使用時(shí)必須在輸出端和喇叭間接耦合電容，而雙端輸出既不用電容又能將功率提高4倍。錄音時(shí)，它們都呈高阻態(tài)；節(jié)電模式下，它們保持為低電平。

外部時(shí)鐘（XCLK）此端內(nèi)部有下拉元件，不用時(shí)應(yīng)接地。芯片內(nèi)部的采樣時(shí)鐘在出廠前已調(diào)校，保證了標(biāo)稱的最小錄音時(shí)間。商業(yè)級(jí)芯片在整個(gè)溫度各電壓范圍內(nèi)，頻率變化在+2.25%內(nèi),并保證最小錄放時(shí)間，所以有些芯片的錄放時(shí)間比標(biāo)稱的值稍大。工業(yè)級(jí)芯片在整個(gè)溫度和電壓范圍內(nèi)，

頻率變化在+5%內(nèi)，建議使用穩(wěn)壓電源。若要求更高精度或系統(tǒng)同步，可從本端輸入外部時(shí)鐘，頻率如表2-1“外部鐘頻”所示。由于內(nèi)部的防混淆及平滑濾波器已設(shè)定，幫上述持薦的時(shí)鐘頻率不應(yīng)改變。輸入時(shí)鐘的占空比無(wú)關(guān)緊要，因?yàn)閮?nèi)部首先進(jìn)行了分頻。

地址（A0~A7）地址端有兩個(gè)作用，取決于最高（MSB）兩位A7、A6的狀態(tài)。當(dāng)A7或A6有一個(gè)為0時(shí)，所有輸入均釋放為地址位，作為當(dāng)前錄放操作的起始地址。地址端只用輸入，不輸出操作過(guò)程的內(nèi)部地址信息。地址在/PLAYE、/PLAYL、或/REC的下降沿鎖存。1.4.2ISD1420的操作模式由于ISD1420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1-2所示。操作模式可由微控制器也可由硬件實(shí)現(xiàn)。表1-2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)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)所有操作模式下的操作都是從0地址開始，以后的操作根據(jù)模式的不同，而從相應(yīng)的地址開始工作。當(dāng)電路中錄音轉(zhuǎn)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)定的操作模式狀態(tài)丟失。1.4.3ISD1420的應(yīng)用電路ISD1420集成度較高，內(nèi)部包括前置放大器、內(nèi)部時(shí)鐘、定時(shí)器、采樣時(shí)鐘、濾波器、自動(dòng)增益控制、邏輯控制、模擬收發(fā)器、解碼器和480KB的EEPROM等。內(nèi)部EEPROM存儲(chǔ)單元，均勻分為600行，具有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。ISD1420控制電平與TTL電平兼容。接口簡(jiǎn)單，使用方便。圖1-3是ISD1420基本電路原理。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。此時(shí)啟動(dòng)錄音；結(jié)束時(shí)松開按鍵，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；結(jié)束時(shí)，松開按鍵，即完成一段語(yǔ)音的播放。圖1-3ISD1420基本電路原理1.5LM386集成功率放大器芯片說(shuō)明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)類產(chǎn)品。為使外圍元件最少，電壓增益內(nèi)置為20。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。1.5.1LM386電子特性LM386芯片的電子特性如表1-3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4V~12V，無(wú)作動(dòng)時(shí)僅消耗4mA電流，且失真低。表1-3LM386電子特性表項(xiàng)目測(cè)試環(huán)境規(guī)格工作電壓Vs（V）4~5輸入電壓Vin（V）-0.4~+0.4輸入阻抗Ri（kΩ）50靜電流Iq（mA）Vs=6V,Vin=0V4~8輸出功率Pout（mW）Vs=6V，Rl=8Ω，THD=10%250~325電壓增益(dB)Pin1、8開路26Pin1、8以10μF連接46頻寬（kHz）Pin1、8開路300Pin1、8以10μF連接601.5.2LM386的引腳說(shuō)明LM386的引腳排列見附錄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10μF。LM386的電源電壓為4~12V；靜態(tài)消耗電流為4mA；電壓增益為20-200dB；在1、8腳開路時(shí)，帶寬為300KHz；輸入阻抗為50K；音頻功率0.5W。盡管LM386的應(yīng)用非常簡(jiǎn)單，但稍不注意，特別是器件上電、斷電瞬間，甚至工作穩(wěn)定后，一些操作（如插拔音頻插頭、旋音量調(diào)節(jié)鈕）都會(huì)帶來(lái)的瞬態(tài)沖擊，在輸出喇叭上會(huì)產(chǎn)生非常討厭的噪聲。各引腳外圍電路的接法介紹如下：(1)通過(guò)接在1腳、8腳間的電容（1腳接電容“+”極）來(lái)改變?cè)鲆?，斷開時(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間跳變所致。(5)減少輸出耦合電容。此電容的作用有二：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。分別測(cè)試，發(fā)現(xiàn)10uF/4.7uF最為合適。2硬件電路設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)硬件電路總體設(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)作為主控制芯片，利用ISD1420實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音錄放，采用LM386集成功放使聲音放大，簡(jiǎn)單易行且控制方便。系統(tǒng)采用的微控制器是美國(guó)STC公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）。器件采用STC公司的高密度、非易失性存技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8051產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大。AT89C51單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合。數(shù)碼語(yǔ)音芯片選用的是ISD1400系列單片語(yǔ)音錄放集成電路ISD1420，它具有抗斷電、音質(zhì)好，使用方便，無(wú)須專用的開發(fā)系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。功放采用LM386音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)。ISD1420與單片機(jī)AT89C51的接口電路以及外圍電路見附錄1。單片機(jī)的P1口、P2.4和P2.5分別與ISD1420的地址線相連，用以設(shè)置語(yǔ)音段的起始地址和控制操作模式；P2.0~P2.3以控制錄放音狀態(tài)；P0.3、P0.4連接按鍵，供錄放音使用；P0.0~P0.3接發(fā)光二極管，用以提示當(dāng)前錄放音狀態(tài)。2.2STC89C52的外圍電路設(shè)計(jì)2.2.1晶振電路設(shè)計(jì)單片機(jī)是一種時(shí)序電路，必須給它提供時(shí)鐘脈沖信號(hào)才能正常工作。系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)是單片機(jī)內(nèi)部各種操作的時(shí)間基準(zhǔn)，為各種指令的執(zhí)行提供時(shí)鐘節(jié)拍。通常單片機(jī)可通過(guò)內(nèi)部振蕩或外部振蕩兩種方式得到系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)。本系統(tǒng)采用的是12MHz的晶振，電容采用22pF的陶瓷電容，具體設(shè)計(jì)如圖2-1所示。圖2-1晶振電路設(shè)計(jì)圖2.2.2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，保證了電源達(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)熔絲位的編程來(lái)定義。51單片機(jī)有3個(gè)復(fù)位源：(1)上電復(fù)位。當(dāng)系統(tǒng)電源的電平低于上電復(fù)位門限電壓VPOT時(shí)，MCU產(chǎn)生復(fù)位。(2)外部復(fù)位。當(dāng)一個(gè)高電平加到RESET引腳超過(guò)2機(jī)器周期時(shí)，MCU產(chǎn)生復(fù)位。(3)看門狗(WDT)復(fù)位。當(dāng)看門狗復(fù)位允許且看門狗定時(shí)器溢出時(shí)，MCU產(chǎn)生復(fù)位。當(dāng)進(jìn)入系統(tǒng)的干擾作用于單片機(jī)內(nèi)部時(shí)，系統(tǒng)失控導(dǎo)致程序在地址空間內(nèi)“亂飛”，使程序運(yùn)行狀況不可預(yù)測(cè)。如果運(yùn)行時(shí)間超過(guò)程序設(shè)定的看門狗延時(shí)時(shí)間，系統(tǒng)便會(huì)重新復(fù)位，使單片機(jī)重新回到正常運(yùn)行軌道。因此，看門狗復(fù)位可以有效的監(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。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)外部復(fù)位，采用按鍵電平復(fù)位方式，電平復(fù)位是通過(guò)復(fù)位端電阻與Vcc電源接通而實(shí)現(xiàn)的，電路如圖2-2所示。為了提高系統(tǒng)可靠性，再加上一個(gè)10uf的電容來(lái)消除高頻干擾和雜波。圖2-2復(fù)位電路圖2.3語(yǔ)音電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用ISD1420芯片，語(yǔ)音電路圖如圖2-3所示。圖2-3語(yǔ)音電路設(shè)計(jì)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。2.4功放電路設(shè)計(jì)電路圖如2-4所示，調(diào)節(jié)可變電阻器的大小可以調(diào)節(jié)聲音大小。各引腳外圍電路的接法可參考前文所述的引腳說(shuō)明。圖2-4功放電路圖2.5鍵盤輸入電路和狀態(tài)顯示電路設(shè)計(jì)鍵盤輸入的功能主要包括設(shè)定錄與放，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)應(yīng)的芯片開始工作、錄音開始和放音開始3個(gè)狀態(tài)。這部分的電路圖如圖2-5所示。圖2-5鍵盤輸入電路和狀態(tài)顯示電路圖

3語(yǔ)音錄放系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件的設(shè)計(jì)是以硬件為基礎(chǔ)的，軟件要實(shí)現(xiàn)的功能都是要以正常的硬件為前提，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，軟件是硬件的靈魂，沒(méi)有了軟件，再?gòu)?qiáng)大的硬件也只是一部廢鐵。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)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)作為硬件開發(fā)核心，單片機(jī)的軟件部分采用匯編語(yǔ)言開發(fā)，軟件采用符合匯編語(yǔ)言的KEILC51編譯器。在這章節(jié)中，將結(jié)合具體硬件電路來(lái)介紹各模塊的軟件設(shè)計(jì)。主要變量說(shuō)明程序中的主要變量及相關(guān)功能如下：LED1~LED3：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。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。PD：控制芯片的工作狀態(tài)。PD=0時(shí)，芯片開始工作；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。主程序工作原理及流程圖本系統(tǒng)中單片機(jī)控制語(yǔ)音芯片錄播的程序主要是單片機(jī)對(duì)ISD1420芯片的控制字的寫入，程序流程圖如圖3-1所示。圖3-1主程序流程圖ISD1420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ISD1420的地址分辨率為100ms，所以可用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器定時(shí)100ms，然后再利用一計(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ISD1420內(nèi)部的EEPROM，在字段較多時(shí)可利用該方下后，進(jìn)入錄音模式，調(diào)用錄音子程序開始錄音。PLAY鍵按下后，進(jìn)入放音狀態(tài)，調(diào)用放音子程序開始放音。放音結(jié)束后，PD端置1，芯片停止工作。程序代碼見附錄2。子程序流程圖及代碼3.3.1錄音子程序錄音子程序流程圖如圖3-2所示。圖3-2錄音程序流程圖錄音鍵按下后，置端為低電平，芯片開始錄音。然后一直掃描RECORD所表示的錄音按鍵是否松開，若按鍵松開，則置端為高電平，錄音結(jié)束。程序段如下：CLRCE；開始錄音CLRLED2SETBLED1；點(diǎn)亮燈2，滅掉燈1JNBRECORD，$SETBCE；錄音鍵松開后，錄音結(jié)束SETBLED2CLRLED1；燈2滅，燈1亮3.3.2放音子程序放音程序的流程圖如圖3-3所示。圖3-3放音程序流程圖放音鍵按下后，置PR端為1，進(jìn)入放音狀態(tài)。將端置為低電平，啟動(dòng)播放。播放過(guò)程中等待語(yǔ)音段結(jié)束信號(hào)EOM，當(dāng)EOM=0時(shí)，提示語(yǔ)音信號(hào)結(jié)束。返回主程序并進(jìn)行下一步操作。放音程序段如下：SETBPR；置放音狀態(tài)CLRCE；啟動(dòng)播放CLRLED3；STEBLED1；點(diǎn)亮燈3，熄滅燈1NOPNOPTURN:JBEOM,TURN；等待語(yǔ)音段結(jié)束信號(hào)SETBLED3；CLRLED1；燈3滅，燈1亮程序代碼：LED1BITP0.0;燈1LED2BITP0.1;燈2LED3BITP0.2;燈3RECORDBITP0.3;錄音按鍵PLAYBITP0.4;播放按鍵PRBITP2.0;PlayorrecordEOMBITP2.1;Endofmessage引腳PDBITP2.2;ISD1420POWERDOWN按鍵CEBITP2.3;ISD1420的片選信號(hào)，低有效ORG0000HLJMPMAINORG0030HMAIN:SETBLED1SETBLED2SETBLED3START:LCALLSYSINT;系統(tǒng)初始化CLRPD;芯片工作CLRLED1;點(diǎn)亮燈1CLRPR;設(shè)置為錄音狀態(tài)LOOP:JBRECORD,LOOPE;錄音鍵按下否？LCALLDELAY10MSLCALLTORECORDLOOPE:JBPLAY,LOOP;放音鍵按下否？LCALLTOPLAYSTEBPD;芯片停止工作STEBLED1END；系統(tǒng)初始化程序SYSINT：CLREAMOVP1,#40H;ISD1420處于PUSH-BUTTON模式，A6/M6為高電平，A0/M0~A5/M5,A7都為低電平SETBP2.4SETBP2.5;A8,A9置為高電平RET;錄音子程序TORECORD：CLRCE;開始錄音CLRLED2SETBLED1;點(diǎn)亮燈2，滅掉燈1JNBRECORD,$SETBCE;錄音鍵松開后，錄音結(jié)束SETBLED2;