基于51單片機(jī)語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 目錄 摘要.i abstract.ii 緒論.1 1 語(yǔ)音錄放系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及主要芯片說(shuō)明.4 1.1 總體方案論證.4 1.2 器件選擇.5 1.2.1 單片機(jī)的選擇.5 1.2.2 語(yǔ)音芯片選擇.6 1.3 at89c51 芯片說(shuō)明.7 1.3.1 at89c51 的主要參數(shù).7 1.3.2 at89c51 的引腳功能說(shuō)明.8 1.4 isd2560 語(yǔ)音芯片 .9 1.4.1 isd2560 的引腳功能.9 1.4.2 isd2560 的操作模式.10 1.4.3 isd2560 的分段錄放音.11 1.4.5 isd2560 的應(yīng)用電路.12 1.5 lm386 集成功率放大器芯片說(shuō)明

2、.13 1.5.1 lm386 電子特性.13 1.5.2 lm386 的引腳說(shuō)明.14 2 語(yǔ)音錄放系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì).16 2.1 系統(tǒng)硬件電路總體設(shè)計(jì).16 2.2 at89c51 的外圍電路設(shè)計(jì).16 2.2.1 晶振電路設(shè)計(jì).16 2.2.2 復(fù)位電路設(shè)計(jì).17 2.3 語(yǔ)音電路設(shè)計(jì).18 2.4 功放電路設(shè)計(jì).19 2.5 鍵盤輸入電路和狀態(tài)顯示電路設(shè)計(jì).19 3 語(yǔ)音錄放系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).21 3.1 主要變量說(shuō)明.21 3.2 主程序工作原理及流程圖.21 3.3 子程序流程圖及代碼.23 3.3.1 錄音子程序.23 3.3.2 放音子程序.24 結(jié)束語(yǔ).26 致謝.27 參考文獻(xiàn)

3、參考文獻(xiàn).28 附錄 1.29 附錄附錄 2.31 i 摘要摘要 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。在許多場(chǎng)合需要將語(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。本文 采用了 flash 單片機(jī) at89c51 及數(shù)碼語(yǔ)音芯片 isd2560 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)以下的功能：一方面控制按鍵識(shí)別和功能 選擇；另一方面控制 isd2560 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。 本設(shè)計(jì)首先給出了系統(tǒng)的

4、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)鍵詞關(guān)鍵詞：at89c51 單片機(jī) isd2560 語(yǔ)音芯片 語(yǔ)音存儲(chǔ) 語(yǔ)音回放 ii abstract in the area of intelligent instruments and automatic control equipments, the system with the phonetic function can greatly increase the friendliness of the man-machine interface, and is also convenient fo

5、r users to operate. in many situations, designers need to integrate the phonetic synthesis, the phonetic recognition and the phonetic storage and playback technology with the scm. the common analog-signal digitalize processing system can realize the function of phonetic storage and playback. but the

6、 effects are not very good. this dissertation designs the digital phonetic system composed of flash micro-controller at89c51 and digital audio chip isd2560. scm is the control center of the system, it is mainly to achieve the following functions: the keystroke identification and the function selecti

7、on; phonetic storage and playback by using the digital audio chip isd2560. firstly, this dissertation designs the hardware circuit of the system. and then compiles the control program of record and playback. at last, the summary and prospects of the design was presented. key words: at89c51 isd2560 p

8、honetic storage phonetic playback 1 緒論緒論 （1）課題研究背景及科學(xué)意義 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。 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)。 現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)，單片機(jī)可以說(shuō)是 世界上數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)。手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、

9、掌上電腦以及 鼠標(biāo)等電腦配件中都配有 1-2 部單片機(jī)。而個(gè)人電腦中也會(huì)有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。 可以說(shuō)，單片機(jī)能夠在語(yǔ)音功能的實(shí)現(xiàn)應(yīng)用中發(fā)揮重大的作用。 數(shù)字語(yǔ)音錄放是指利用數(shù)字技術(shù)對(duì)語(yǔ)音信號(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。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

10、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。 為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們可以采用專用的語(yǔ)音芯片。語(yǔ)音芯片就是在人工或者是控 制器的控制下可以錄音和放音的芯片。語(yǔ)音芯片可以很方便的在單片機(jī)系統(tǒng)中使用，并 且和單片機(jī)的接口非常容易，其體積和重量也能符合單片機(jī)系統(tǒng)的要求。因此，本次課 題的設(shè)計(jì)采用的是單片機(jī)和語(yǔ)音芯片的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化控制。 （2）國(guó)內(nèi)

11、外研究現(xiàn)狀 隨著 it 行業(yè)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)在我們的生活中各種語(yǔ)音錄播設(shè)備層出不窮。在一般的 數(shù)字語(yǔ)音錄放系統(tǒng)中，對(duì)語(yǔ)音只是進(jìn)行簡(jiǎn)單的采集、存儲(chǔ)和播放；雖然可以較大程度上 保證語(yǔ)音的保真度，但過(guò)多的語(yǔ)音數(shù)據(jù)會(huì)造成對(duì)大量存儲(chǔ)設(shè)備的需求。對(duì)于大型系統(tǒng)， 可通過(guò)采用大容量的硬盤、甚至大規(guī)模的磁盤陣列來(lái)解決；但是對(duì)于小型的設(shè)備，例如 便攜式的語(yǔ)音復(fù)讀機(jī)，由于容量有限，則不能采用同樣的方法。 近年來(lái)，語(yǔ)音信號(hào)處理技術(shù)研究的突飛猛進(jìn)，為數(shù)字語(yǔ)音錄放系統(tǒng)提供了新的發(fā)展 2 空間。對(duì)語(yǔ)音的采集、處理從以前簡(jiǎn)單的波形編碼轉(zhuǎn)變?yōu)閰?shù)編碼、壓縮，從而大大減 少了存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。舉例來(lái)說(shuō)，原始語(yǔ)音一般都是采用 8khz 抽樣

12、，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)音器件有美國(guó) isd 公司生產(chǎn)的 isd 系列語(yǔ)音芯片。isd 系列語(yǔ)音 芯片采用模擬數(shù)據(jù)在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器直接存儲(chǔ)的專利技術(shù)，即將模擬語(yǔ)音數(shù)據(jù)直接寫入單 個(gè)存儲(chǔ)單元，不需經(jīng) a/d 或 d/a 轉(zhuǎn)換，因此能夠較好的真實(shí)再現(xiàn)語(yǔ)音的自然效果，避免 了一般固體語(yǔ)音電路因?yàn)榱炕蛪嚎s所造成的量化噪聲和失真現(xiàn)象。另外芯片功能強(qiáng)大： 即錄即放、語(yǔ)音可掉電保存、

13、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。 現(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。 （3）研究方法 系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的數(shù)字化存儲(chǔ)與回放，整個(gè)系統(tǒng)分為錄音、停止和回放三種狀態(tài)。 語(yǔ)音信號(hào)作為一種模擬信號(hào)，本身不能完成數(shù)字化的處理，需要借助專門的語(yǔ)音芯片或 者是通過(guò) a/d 和 d/a 轉(zhuǎn)換完成模擬語(yǔ)音信號(hào)的處理工作。單片機(jī)在這個(gè)過(guò)

14、程中起到了舉 足輕重的作用。單片機(jī)需要控制語(yǔ)音錄音的開(kāi)始與結(jié)束，設(shè)定信號(hào)存儲(chǔ)的地址，并在播 放時(shí)尋址播放空間并控制播放。 對(duì)于通過(guò) a/d 和 d/a 轉(zhuǎn)換完成語(yǔ)音信號(hào)處理的方法介紹如下：將模擬語(yǔ)音信號(hào)通過(guò) 模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再通過(guò)單片機(jī)控制存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，回放時(shí)，由單片機(jī)控 制將數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器中讀出，然后通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，經(jīng)放大在揚(yáng)聲器或耳 機(jī)上輸出語(yǔ)音。這種方法系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單，程序簡(jiǎn)潔。采用閃存保存語(yǔ)音，即使斷電仍然 能保持信息不丟失，所以保存信息安全可靠。但是該系統(tǒng)仍需要使用到模擬電路進(jìn)行信 號(hào)的放大與濾波，這會(huì)使得到的語(yǔ)音信號(hào)相對(duì)失真，同時(shí)也需要采用軟件濾波技術(shù)加以 完

15、善，因此本次設(shè)計(jì)不采用該方法。 若采用語(yǔ)音芯片處理，則不需要在外部進(jìn)行語(yǔ)音信號(hào)的放大和濾波，語(yǔ)音芯片的抗 干擾能力極強(qiáng)，可以有效地防止信號(hào)失真。語(yǔ)音芯片內(nèi)部集成了模擬存儲(chǔ)陣列，不用外 連存儲(chǔ)器，這使得電路更加簡(jiǎn)單易懂，因此本次設(shè)計(jì)采用該方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。 （4）本文的主要工作 本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，在了解和熟悉目前語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能以及發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，完成基于 51 單片機(jī)語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 論文組織結(jié)構(gòu)如下： 3 緒論 主要講述了本課題的來(lái)源，研究背景和科學(xué)意義，對(duì)國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和成果 的優(yōu)越點(diǎn)進(jìn)行了概述，初步描述了單片機(jī)語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。 第

16、 1 章 單片機(jī)控制語(yǔ)音錄放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。詳述了設(shè)計(jì)方案的選擇過(guò)程和單片機(jī)、語(yǔ) 音芯片的選型方法，并介紹了所需芯片的各項(xiàng)功能。 第 2 章 語(yǔ)音錄放系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)。描述了基于 51 單片機(jī)語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)的 組成、功能和控制方案，設(shè)計(jì)出完整的硬件電路。 第 3 章 語(yǔ)音錄放系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。繪出了程序的組成框圖，完成了語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系 統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了最初設(shè)定的功能。 結(jié)束語(yǔ) 總結(jié)出本文設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)系統(tǒng)的改進(jìn)方向提出了展望。 4 1 語(yǔ)音錄放系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)語(yǔ)音錄放系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及主要芯片說(shuō)明及主要芯片說(shuō)明 1.1 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（如 a/d、d

17、/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) at89c51、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。 單片機(jī) at89c51 a/d轉(zhuǎn)換d/a轉(zhuǎn)換 采樣保持

18、 帶通濾波器 帶通濾波器 放大器放大器mic speaker 閃速存儲(chǔ)器 at29c040 圖 1-1 方案一系統(tǒng)原理圖 方案二：直接采用單片機(jī)與專用的語(yǔ)音處理芯片 isd2560 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。系統(tǒng)框圖如圖 1-2 所示。 5 isd2560 單片機(jī)控制 語(yǔ)音輸入語(yǔ)音輸出 鍵盤控制 圖 1-2 方案二系統(tǒng)原理圖 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 器件選擇器件選擇 1.2.1 單片機(jī)的選擇單片機(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

19、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)。單片機(jī)也有很多種 類，比如 pic 單片機(jī)、mcs-51 單片機(jī)和 avr atmega128 單片機(jī)等等。 51 單片機(jī)是對(duì)目前所有兼容 intel 8031 指令系統(tǒng)的單片機(jī)的統(tǒng)稱。該系列單片機(jī) 的始祖是 intel 的 8031 單片機(jī)，后來(lái)隨著 flash rom 技術(shù)的發(fā)展， 8031 單片機(jī)取得 了長(zhǎng)足的進(jìn)展，成為目

20、前應(yīng)用最廣泛的8 位單片機(jī)之一，其代表型號(hào)是 atmel 公 司的 at89 系列，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)之中。目前很多公司都有51 系列的兼 容機(jī)型推出，在目前乃至今后很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)將占有大量市場(chǎng)。 由于將多功能 8 位 cpu 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，atmel 的 at89c51 和 at89c2051 都是高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方 案。at89c51 和 at89c2051 主要性能對(duì)比表如表 1-1 所示。 6 表1-1 at89c51和at89c2051主要性能對(duì)比表 項(xiàng)目 at89c51at89c2051 存儲(chǔ)器 4kb 可編程 f

21、lash 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)程序存儲(chǔ)器保密 內(nèi)部 ram 128 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 以上可以看出它們是大體相同的，由于 at89c2051 的 i/o 線很少，導(dǎo)致它無(wú)法外加 ram 和程序 rom，片內(nèi) flash 存儲(chǔ)器也少，但它的體積比 at89c51 小很多。在這里考 慮到

22、以后的擴(kuò)展，本次設(shè)計(jì)選擇了擴(kuò)展接口較多的 at89c51，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

23、成 speech ic） 、音樂(lè) ic（這 里應(yīng)該叫成 music ic）兩種。目前，在市場(chǎng)上使用較為普遍的語(yǔ)音芯片如表 1-2 所示。 7 表 1-2 常用語(yǔ)音芯片對(duì)比表 項(xiàng)目 te6310 te6332 isd1420 isd2560 語(yǔ)音長(zhǎng)度 10s32s20s 60 采樣頻率（khz） 6.446.46.4 8 放音觸發(fā)放音觸發(fā) 無(wú)邊緣/電平 電平 工作電壓（v） 4.55.52.73.34.55.5 4.55.5 工作電流（ma） 304530 30 靜態(tài)電流（a） 2無(wú)10 10 mic 前置是否否否 由上表可以看出，isd2560 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

24、。 因此，本次設(shè)計(jì)將采用 isd2560 作為系統(tǒng)的語(yǔ)音處理芯片參與工作。 1.3 at89c51 芯片說(shuō)明芯片說(shuō)明 at89c51是美國(guó)atmel公司生產(chǎn)的低電壓、高性能cmos 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的flash只讀程序存儲(chǔ)器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。器件采用 atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與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。 1.3.1 at89c51 的主要參數(shù)的主要參數(shù) at89c51 芯片有以下特點(diǎn)： (1

25、) 與 mcs51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容 (2) 4k 字節(jié)可重擦寫 flash 閃速存儲(chǔ)器 (3) 1000 次擦寫周期 (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) 3 個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器 (9) 8 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 功能特性概述： 8 at89c51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié) flash 閃速存儲(chǔ)器，128 字節(jié)內(nèi)部 ram，32 個(gè) i/o 口線，3 個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全

26、雙工串行通信口， 片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，at89c51 可降至 0hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件 可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止 cpu 的工作，但允許 ram，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通 信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 ram 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其 它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 1.3.2 at89c51 的引腳功能說(shuō)明的引腳功能說(shuō)明 at89c51 芯片引腳排列圖見(jiàn)附錄 1，下面介紹一下與本設(shè)計(jì)相關(guān)的引腳功能。 p0口（p0.0p0.7）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)用時(shí)，則

27、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（p1.0p1.7）是具有內(nèi)部提升電路的雙向i/0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。僅供用戶作為輸入輸出用的端口。 p2口（p2.0p2.7）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），當(dāng)訪問(wèn) 外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，它是高8位地址。外部不擴(kuò)展而單片應(yīng)用時(shí)，則作一般雙向i/o。每一 個(gè)引腳可以推動(dòng)4個(gè)lsttl負(fù)載。 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1-3所示。 表1-3 p3口復(fù)用功能表 端口引腳

28、復(fù)用功能 p3.0rxd（串行通信輸入） p3.1txd（串行通信輸出） p3.2int0（外部中斷 0 輸入，低電平有效） p3.3int1（外部中斷 1 輸入，低電平有效） p3.4t0（計(jì)數(shù)器 0,外部事件計(jì)數(shù)輸入端） p3.5t1（計(jì)數(shù)器 1,外部事件計(jì)數(shù)輸入端） p3.6wr（外部隨機(jī)存儲(chǔ)器的寫選通，低電平有效） p3.7 rd（外部隨機(jī)存儲(chǔ)器的讀選通，低電平有效） rst：復(fù)位輸入。 vcc：at89c51電源正極輸入，接+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) 9 放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。它采用外部振蕩器時(shí)，

29、一些引腳應(yīng)接地。 xtal2：接外部晶振的一個(gè)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：該引腳為低電平時(shí)，則讀取外部的程序代碼（存于外部eprom中）來(lái)執(zhí)行 程序。因此在8031中，ea引腳必須接低電位，因?yàn)槠鋬?nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)器空間。如果是使 用at89c51或其它內(nèi)部有程序空間的單片機(jī)時(shí)，此引腳接成高電平使程序運(yùn)行時(shí)訪問(wèn)內(nèi) 部程序存儲(chǔ)器，當(dāng)程序指針pc值超過(guò)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器地址（如8051/8751/89c51的pc超過(guò) 0fffh）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部程序存儲(chǔ)器繼續(xù)運(yùn)行。此外，在將程序代碼燒錄至8751內(nèi)部

30、 eprom、89c51內(nèi)部falsh時(shí)，可以利用此引腳來(lái)輸入提供編程電壓（8751為 2lv、at89c51為12v、8051由生產(chǎn)廠方一次性加工好)。 1.4 isd2560 語(yǔ)音芯片語(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(kāi)關(guān)和少數(shù)電阻、電容， 再加上電源和電池。 isd2560 語(yǔ)音芯片是美國(guó) isd 公司產(chǎn)品，是 i

31、sd 系列單片語(yǔ)音錄放集成電路的一種。 這是一種永久記憶型語(yǔ)音錄放電路，錄音時(shí)間為 60s，可重復(fù)錄放 10 萬(wàn)次。芯片采用多 電平直接模擬量存儲(chǔ)專利技術(shù)，省去了 a/d、d/a 轉(zhuǎn)換器。每個(gè)采樣值直接存儲(chǔ)在片內(nèi)單 個(gè) eeprom 單元中，因此能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語(yǔ)音、音樂(lè)、音調(diào)和效果聲，避免 了一般固體錄音電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 480k 字節(jié)的 eeprom 等。 1.4.1 isd2560 的引腳功能的引腳功能 isd2560 的

32、引腳排列見(jiàn)附錄 1，各引腳的主要功能描述如下： 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cerp/ 號(hào)通過(guò)內(nèi)部功放驅(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。 10 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

33、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)。470k 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：本端為芯片錄音信號(hào)輸出。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。 ana out：前置放大器的輸出，前置電壓增益取決于 agc

34、 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，之后本端狀態(tài)跟隨ovf 端的狀態(tài)，直到 pd 端變高。本端可用于級(jí)聯(lián)。ce ：本端變低后（而且 pd 為低），允許進(jìn)行錄放操作。芯片在本端的下降沿鎖存ce 地址線和端的狀態(tài)。rp/ pd：本端拉高使芯片停止工作，進(jìn)入不耗電的節(jié)電狀態(tài)，芯片發(fā)生溢出，即端ovf 輸出低電平后，要將本端短暫變高復(fù)位芯片，才能使之再次工作。 ：eom 標(biāo)志在錄音時(shí)由芯片自動(dòng)插入到該信息的結(jié)尾。放音遇到 eom 時(shí)，本eom 端輸出低電平脈沖。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

35、。本端內(nèi)部有下拉元件，不用時(shí)應(yīng)接地。 ：本端狀態(tài)在的下降沿鎖存。高電平選擇放音，低電平選擇錄音。錄音時(shí)，rp/ce 由地址端提供起始地址，錄音持續(xù)到或 pd 變高，或內(nèi)存溢出；如果是前一種情況，ce 芯片自動(dòng)在錄音結(jié)束處寫入 eom 標(biāo)志。放音時(shí)由地址端提供起始地址，放音持續(xù)到 eom 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 eom，繼續(xù)進(jìn)ce 行下去。 1.4.2 isd2560 的操作模式的操作模式 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)（

36、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 1-4 所 示。操作模式可由微控制器也可由硬件實(shí)現(xiàn)。 表1-4 模式控制說(shuō)明表 11 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)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(kāi)始，以后的操作根據(jù)模式的不同，而從相 應(yīng)的地址開(kāi)始

37、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。 1.4.3 isd2560 的分段錄放音的分段錄放音 2500 系列最多可分為 600 段，只要在分段錄/放音操作

38、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 1-5)，地址 600767 未使用，地址 7681023 為工作模式選擇。 12 表 1-5 2500 系列地址空間表 十進(jìn)制二進(jìn)制信息時(shí)間(秒) a9a8a7a6a5a4a3a2a1a0256025752590 00000000000000 5000001100105.06.257.50 10000011

39、0010010.012.5015.00 250001111101025.031.2537.50 300010010110030.037.5045.00 400011001000040.050.0060.00 500011111010050.062.5075.00 599100101011159.974.8789.85 1.4.5 isd2560 的應(yīng)用電路的應(yīng)用電路 isd2560 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

40、 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。isd2560 控制電平與 ttl 電平兼容。接口 簡(jiǎn)單，使用方便。圖 1-3 是 isd2560 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。rp/ 此時(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rp/ 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rp/ 啟動(dòng)放音功能；結(jié)束時(shí)，松開(kāi)按鍵，即完成一段語(yǔ)音的播放。 13 圖 1-3 isd2560 基本電路原理 1.5 lm386 集成功率放大器集成功率

41、放大器芯片說(shuō)明芯片說(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。 1.5.1 lm386 電子特性電子特性 lm386 芯片的電子特性如表 1-6 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)作動(dòng)時(shí)僅消耗 4ma 電流，且失真 低。 14 表 1-6 lm386 電子特性表

42、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）-0.4+0.4 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%250325 pin1、8開(kāi)路26 電壓增益(db) pin1、8以10f連接46 pin1、8開(kāi)路300 頻寬（khz） pin1、8以10f連接60 1.5.2 lm386 的引腳說(shuō)明的引腳說(shuō)明 lm386 的引腳排列見(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

43、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 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(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

44、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 15 波器。

45、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/(1coutrlfc 16 2 語(yǔ)音錄放系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)語(yǔ)音錄放系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 2.1 系統(tǒng)硬件電路總體設(shè)計(jì)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 isd2560 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) atmel 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 cmos 8 位單片機(jī)， 片內(nèi)含 4k bytes 的可反復(fù)擦寫的 f

46、lash 只讀程序存儲(chǔ)器和 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 （ram）。器件采用 atmel 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 isd2500 系列單片語(yǔ)音錄放集成電路 isd2560，它具有抗斷電、 音質(zhì)好，使用方便，無(wú)須專用的開(kāi)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)。 isd2

47、560 與單片機(jī) at89c51 的接口電路以及外圍電路見(jiàn)附錄 1。單片機(jī)的 p1 口、 p2.4 和 p2.5 分別與 isd2560 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； p2.0p2.3 以控制錄放音狀態(tài)；p0.3、p0.4 連接按鍵，供錄放音使用；p0.0p0.3 接發(fā)光二 極管，用以提示當(dāng)前錄放音狀態(tài)。 2.2 at89c51 的外圍電路設(shè)計(jì)的外圍電路設(shè)計(jì) 2.2.1 晶振電路晶振電路設(shè)計(jì)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

48、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。 17 圖 2-1 晶振電路設(shè)計(jì)圖 2.2.2 復(fù)位電路復(fù)位電路設(shè)計(jì)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)

49、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

50、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。 18 圖 2-2 復(fù)位電路圖 2.3 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 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 19 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 功放電路功放電路設(shè)計(jì)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

51、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) 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(kāi)始工作、錄音開(kāi)始和放音 開(kāi)始3個(gè)狀態(tài)。這部分的電路圖如圖2-5所示。 20 圖2-5 鍵盤輸入電路和狀態(tài)顯示電路圖 21 3 語(yǔ)音錄放系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)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

52、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(kāi)發(fā)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 c51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)。 3.1 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)。 play：描述放音鍵按下的狀態(tài)。該變量為 1 表示

53、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。 3.2 主程序工作原理及流程圖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

54、片機(jī)對(duì) isd2560 芯片的控制字的 寫入，程序流程圖如圖 3-1 所示。 22 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 y n y n 芯片停止工 作，燈1熄滅 圖 3-1 主程序流程圖 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) 100 ms，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) 2

55、3 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，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

56、狀態(tài)使得語(yǔ)音芯片處于按鍵控制的操作模式下。 將 pd 端置為 0，芯片啟動(dòng)。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。程序代碼見(jiàn)附錄 2。 3.3 子程序流程圖及代碼子程序流程圖及代碼 3.3.1 錄音子程序錄音子程序 錄音子程序流程圖如圖 3-2 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1 y n 返回 圖 3-2 錄音程序流程圖

57、 錄音鍵按下后，置端為低電平，芯ce 24 片開(kāi)始錄音。然后一直掃描 record 所表示的錄音按鍵是否松開(kāi)，若按鍵松開(kāi)，則置 端為高電平，錄音結(jié)束。程序段如下：ce clr ce；開(kāi)始錄音 clr led2 setb led1；點(diǎn)亮燈 2，滅掉燈 1 jnb record，$ setb ce；錄音鍵松開(kāi)后，錄音結(jié)束 setb led2 clr led1；燈 2 滅，燈 1 亮 3.3.2 放音子程序放音子程序 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 y n 返回 圖 3-3 放音程序流程圖 放音鍵按下后

58、，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ce 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： setb pr；置放音狀態(tài) clr ce；啟動(dòng)播放 25 clr led3； steb led1；點(diǎn)亮燈 3，熄滅燈 1 nop nop turn: 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 26 結(jié)束語(yǔ)結(jié)束語(yǔ) 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。即可作為電腦語(yǔ)音系統(tǒng)的語(yǔ)音板， 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

59、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)、音頻記錄儀使用，既節(jié)省 存儲(chǔ)空間，又降低成本，具有較高的實(shí)用價(jià)值。 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。 上面這個(gè)語(yǔ)音芯片設(shè)計(jì)電路可以應(yīng)用于家電、防盜、通信、汽車偵測(cè)器、工業(yè)產(chǎn)品、 醫(yī)療、美容器材及警報(bào)，

60、絨毛玩具、精美禮品、精美廣告贈(zèng)品、益智玩具、圣誕及節(jié)日 禮品玩具、圣誕樹(shù)、圣誕魚(yú)、有聲語(yǔ)音鬧鐘。且外圍電路元件少、體積小、易于再次開(kāi) 發(fā)或改進(jìn)電路，具有很高的實(shí)用價(jià)值。 對(duì)于該系統(tǒng)的改進(jìn)，主要有 2 個(gè)方面。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。而對(duì)于軟件部分，可以利用 isd2560 直接尋址模式對(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。 27 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1余永權(quán).atmel8