基于單片機(jī)的語(yǔ)音錄放系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)的語(yǔ)音錄放系統(tǒng)設(shè)計(jì)常州工學(xué)院（成人教育） 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）題 目 基于單片機(jī)的語(yǔ)音錄放系統(tǒng)設(shè)計(jì) 副標(biāo)題 性 質(zhì)： 畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文學(xué)生姓名 年 級(jí) 教 學(xué) 點(diǎn) 專 業(yè) 指導(dǎo)教師 評(píng)定成績(jī) 優(yōu) 良 中 及格 不及格第4 頁(yè) 共29頁(yè)摘要介紹ISD2560語(yǔ)音芯片的結(jié)構(gòu)及引腳功能，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)對(duì)ISD2560的控制，并能夠?qū)崿F(xiàn)錄放音及循環(huán)放音等功能。由單片機(jī)AT89C51及數(shù)碼語(yǔ)音芯片ISD2560組成的語(yǔ)音設(shè)計(jì)系統(tǒng)出了系統(tǒng)的硬件電路，并給出了錄、放音實(shí)用的源程序。目前，語(yǔ)音合成、語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音存儲(chǔ)和回放技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，盡管利用一般的單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中都有的硬件電

2、路（如A/D、 D/A、存儲(chǔ)器等）能完成語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化處理，但是功能比較單一、且效果不是很好，所以基于單片微機(jī)和語(yǔ)音芯片系統(tǒng)的應(yīng)用越來(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)站器等等。本設(shè)計(jì)用單片機(jī)和錄放時(shí)間達(dá)60秒的數(shù)碼芯片ISD2560設(shè)計(jì)了一個(gè)智能語(yǔ)音錄放系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹C(jī) 數(shù)碼語(yǔ)音芯片 智能目 錄第一章 緒論1第二章ISD2560芯片介紹22.1 語(yǔ)音芯片的選取22.2語(yǔ)音芯片ISD2560簡(jiǎn)介32.3 語(yǔ)音芯片引腳功能介紹4第三章 電路原理圖及說(shuō)明93.1 復(fù)位電路93.1.1 復(fù)位電路的作用93.1.2 基本的復(fù)位方式1

3、03.2 時(shí)鐘電路113.3單片機(jī)與語(yǔ)音芯片部分外圍接線12第四章 語(yǔ)音錄放工作流程154.1 硬件流程154.2軟件流程17第五章 程序說(shuō)明19第六章 結(jié)語(yǔ)25第七章 致謝26第八章 參考文獻(xiàn)27 第一章 緒論在聲學(xué)領(lǐng)域，單片機(jī)技術(shù)與各種語(yǔ)音芯片相結(jié)合，即可完成語(yǔ)音的合成技術(shù)，使得單片機(jī)語(yǔ)音系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)成為可能。所謂語(yǔ)音芯片，就是在人工或者控制器的控制下可以錄音和放音的語(yǔ)音芯片,但語(yǔ)音信號(hào)是模擬量（語(yǔ)音芯片存儲(chǔ)和播放聲音的基本工作方式為：聲音 模擬量 A/D 存儲(chǔ) D/A 模擬量 播放）。采用此方法的語(yǔ)音芯片外圍電路比較復(fù)雜，聲音質(zhì)量也有一定失真。而另一類語(yǔ)音芯片采用ROM存儲(chǔ)方法，將模擬量語(yǔ)

4、音數(shù)據(jù)直接寫(xiě)入半導(dǎo)體存儲(chǔ)單元中，不需另加變換電路，使用方便，且語(yǔ)音音質(zhì)自然，利用數(shù)字語(yǔ)音電路來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)的記錄、存儲(chǔ)、還原等任務(wù)。數(shù)字語(yǔ)音電路是一種集語(yǔ)音合成技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)以及微控制器為一體的并在近十幾年迅速發(fā)展起來(lái)的一種新型技術(shù)。語(yǔ)音集成電路與微處理器相結(jié)合，具有體積小、擴(kuò)展方便等特點(diǎn)，具有廣泛的發(fā)展前景，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。本文所設(shè)計(jì)的錄放及循環(huán)放音系統(tǒng)，其微控制器采用的是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能8位CMOS單片機(jī)AT89C51，片內(nèi)含8k字節(jié)的可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256

5、字節(jié)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)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，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)。錄音時(shí)間為60s，能重復(fù)錄放達(dá)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”本例即采用這種模擬語(yǔ)音數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)語(yǔ)音芯片

6、設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的語(yǔ)音錄放系統(tǒng)。第二章 ISD2560芯片介紹2.1 語(yǔ)音芯片的選取目前市場(chǎng)上流行的語(yǔ)音芯片有很多，從性價(jià)比的角度考慮，美國(guó)ISD公司的ISD芯片系列語(yǔ)音芯片可謂一枝獨(dú)秀。ISD芯片的地址以信息段為基本組成單元，只要在分段錄、放音操作前（不少于300ns），給地址A0A9賦值，錄音及放音功能均會(huì)從設(shè)定的起始地址開(kāi)始，錄音結(jié)束由錄音鍵操作決定，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。圖2.1為ISD系列產(chǎn)品的基本框圖。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

7、內(nèi)部精確的參考時(shí)鐘。其外部元件包括：麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器、開(kāi)關(guān)和少數(shù)幾個(gè)電阻、電容，再加上電源或電池，就可構(gòu)成一個(gè)完整的語(yǔ)音錄放系統(tǒng)。在只需要播放語(yǔ)音信息的應(yīng)用系統(tǒng)中，可直接外接揚(yáng)聲器，而無(wú)需外接其它器件。圖2.1 ISD串行接口基本框圖ISD語(yǔ)音芯片目前有ISD1000、ISD1100、ISD12001400、ISD2500、ISD3340和ISD4000系列，本設(shè)計(jì)采用的是2500系列中的ISD2560芯片。ISD2560具有10個(gè)地址輸入端，尋址能力可達(dá)1024位，前600個(gè)地址用于直接存取語(yǔ)音，地址600767未使用，地址7681024為工作模式選擇用，因此最多能分600段；設(shè)有OVF（溢出

8、）端，便于多個(gè)器件級(jí)聯(lián)；單片存儲(chǔ)時(shí)間為60秒，直接存儲(chǔ)模擬語(yǔ)音信號(hào)。 ISD2560語(yǔ)音芯片具有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）采用模擬數(shù)據(jù)在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中直接存儲(chǔ)的專利技術(shù)，模擬語(yǔ)音數(shù) 據(jù)直接寫(xiě)入單個(gè)存儲(chǔ)單元，不需要經(jīng)過(guò)A/D、D/A轉(zhuǎn)換。 （2）內(nèi)部集成了大容量的EEPROM，不再需要擴(kuò)展存儲(chǔ)器。 （3）控制簡(jiǎn)單，控制引腳與TTL電平兼容 （4）集成度高、使用方便。 （5）能較好地真實(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。因此，本實(shí)驗(yàn)選用ISD2560語(yǔ)音芯片。2.2 語(yǔ)音芯片ISD2560簡(jiǎn)介該芯片采用多電平直接模擬量存儲(chǔ)專利技術(shù)，每個(gè)采樣值可直接存儲(chǔ)在片

9、內(nèi)單個(gè)ROM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，從而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”，該器件的采樣頻率為8kHz，同一系列的產(chǎn)品采樣頻率越低，錄放時(shí)間越長(zhǎng)，但通用頻帶和音質(zhì)會(huì)有所降低。ISD2560可重復(fù)錄放10萬(wàn)次，它是一種永久記憶型語(yǔ)音錄放電路，它有音質(zhì)自然，使用方便、單片存放、反復(fù)錄音、低功耗、抗斷電等許多特點(diǎn)，因此在許多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。ISD2560省去了A/D和D/A轉(zhuǎn)換器，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ROM。ISD2560內(nèi)部R

10、OM存儲(chǔ)單元均勻分為600行，有600個(gè)地址單元，每個(gè)地址單元指向其中一行，每個(gè)地址單元的地址分辨率為100ms。此外，ISD2560還具備微控制器所需的控制接口。通過(guò)操作地址和控制線可完成不同的任務(wù)，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的信息處理功能，如信息的組合、連接、設(shè)定固定的信息段和信息管理等。ISD2560可不分段，也可按最小段長(zhǎng)為單位來(lái)任意組合分段。 ISD2560的主要功能特性如下： （1）易實(shí)現(xiàn)單片語(yǔ)音錄放 （2）高質(zhì)量、自然地語(yǔ)音還原技術(shù) （3）人工控制或者微控制器控制聲音播放，內(nèi)置微控制器串行通信接口 （4）錄音存放在芯片上的非易失內(nèi)存單元中，提升零功耗信息存儲(chǔ)，去 除了電池備份電路。（5）信息可無(wú)

11、電保存100年。（6）+5V供電2.3 語(yǔ)音芯片引腳功能介紹語(yǔ)音芯片選用ISD公司的ISD2560，它共有3種封裝形式：32腳的TSOP封裝、28腳的DIP封裝和28腳的SOIC封裝。本例選用SOIC封裝，其引腳分布如圖2.3。 圖2.3 ISD2560的引腳排列表2.3-1 ISD2560引腳功能描述引腳序號(hào)引 腳 名 稱功 能17A0/M0A6/M6地址線810A7A9地址線11AUX IN當(dāng)/CE和P/-R為高,放音不進(jìn)行,或處入放音溢出狀態(tài)時(shí),本端的輸入信號(hào)通過(guò)內(nèi)部功放驅(qū)動(dòng)喇叭輸出端。12,13VSSD、 VSSA數(shù)字地和模擬地，這兩腳最好在引腳焊盤(pán)上相連。14,15SP+、SP-揚(yáng)聲

12、器輸出。16,28VCCA、VCCD模擬電源、數(shù)字電源，盡可能在靠近供電端處相連。17MIC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（如圖2）決定了芯片頻帶的低頻截止點(diǎn)。18MIC 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。19AGCAGC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（即圖2中C2）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（即圖2中R5和C2）的時(shí)間常數(shù)。470K和4.7uF的標(biāo)稱值

13、在絕大多數(shù)場(chǎng)合下可獲得滿意的效果.20ANA 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。21ANA OUT前置放大器的輸出.前置電壓增益取決于AGC端電平 22/OVF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/CE端的狀態(tài)，直到PD端變高。本端可用于級(jí)聯(lián)。23/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地址線和P/R端的狀態(tài)。24PD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/OVF端輸出低電平后，要將本端短暫變高復(fù)位芯片，才能使之再次工作。25/EOMEOM標(biāo)志在

14、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。26XCLK外部時(shí)鐘。本端內(nèi)部有下拉元件，不用時(shí)應(yīng)接地。27P/R本端狀態(tài)在/CE的下降沿鎖存。高電平選擇放音，低電平選擇錄音。錄音時(shí)，由地址端提供起始地址，錄音持續(xù)到/CE或PD變高，或內(nèi)存溢出；如果是前一種情況，芯片自動(dòng)在錄音結(jié)束處寫(xiě)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/CE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)行下去。ISD2560內(nèi)置若干種操作模式，因而可用最少的外圍器件實(shí)

15、現(xiàn)最多的功能。操作模式也由地址端控制；當(dāng)最高兩位都為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。具體操作模式見(jiàn)表2.3-2。操作模式可由微控制器也可由硬件實(shí)現(xiàn)。使用操作模式要注意兩點(diǎn)：(1)所有操作最初都是從0地址(即存儲(chǔ)空間的起始端)開(kāi)始。后續(xù)的操作根據(jù)選用的模式可從其它地址開(kāi)始。但電路由錄轉(zhuǎn)放或由放轉(zhuǎn)錄(M6模式除外)或都執(zhí)行了掉電周期后，地址計(jì)數(shù)器將復(fù)位為0。(2)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)的操作為止表2.3-2操作模式簡(jiǎn)表  模

16、式功能典型應(yīng)用可組合使用的模式M1信息檢索快進(jìn)入信息M4、M5、M6M2刪除WOM在最后一條信息結(jié)束處放EOM M3、M4、M5、M6M3循環(huán)從0地址連續(xù)放音M1、M5、M6M4連續(xù)尋址錄放連續(xù)的多段信息M0、M1、M5M5/CE電平有效允許暫停M0、M1、M3、M4M6按鍵模式 簡(jiǎn)化外圍電路M0、M1、M3M0（信息檢索）：快速跳過(guò)信息而不必知道其確切地址。/CE每輸入一個(gè)低脈沖，內(nèi)部地址計(jì)器就跳到下一條信息,此模式僅用于放音，M4同時(shí)使用。M1（刪除EOM標(biāo)志）：使分段信息變?yōu)橐粭l信息，僅在信息后保留一個(gè)EOM標(biāo)志.這個(gè)模式 完成后， 錄入的所有信息

17、就變成一條連續(xù)的信息。M3（信息循環(huán)）：循環(huán)重入位于存儲(chǔ)空間起始處的那條信息。一條信息可以完全占滿存儲(chǔ)空 間，那么循環(huán)就從頭至尾進(jìn)行，這進(jìn)/OVF不變低。M4（連續(xù)尋址）：正常操作中，重放遇到EOM標(biāo)志時(shí)， 地址計(jì)數(shù)器會(huì)復(fù)位。M4禁止地址計(jì) 數(shù)器復(fù)位，使得信息可連續(xù)錄放或重放。M5（/CE電平有效）：通常，錄音時(shí)/CE為電平觸發(fā)，放音時(shí)/CE為邊沿觸發(fā)。本模式將放音 時(shí)/CE設(shè)置為電平觸發(fā)，特別適用于需用/CE終止放音的場(chǎng)合。操作為：/CE變低扣，芯 片從內(nèi)存起始放音，/CE變高放音即刻停止。/CE再變低后。仍從內(nèi)存起處開(kāi)始放音，除 

18、非M4也是高。M6（按鍵模式）:本模式的外圍電路最簡(jiǎn)，成本大為降低；在錄放結(jié)束，/CE變高后，芯片自 動(dòng)進(jìn)入節(jié)電模式。而且，/CE、PD、/EOM的作用重新定義如下,/CE（開(kāi)始/暫停，低脈沖有效）:/CE端的下降沿控制操作的開(kāi)始和暫停。當(dāng)芯片不錄不放時(shí)， /CE端的下降沿就啟動(dòng)錄/放操作。之后，如果在芯片沒(méi)遇到EOM標(biāo)志（放音時(shí)）或沒(méi)發(fā) 生溢出疥，再來(lái)一個(gè)/CE下降沿將暫停當(dāng)操作。暫停后，地址并不復(fù)位，再來(lái)一個(gè)/CE下 降沿后從暫停處繼續(xù)操作。PD（停止/復(fù)位，高脈沖有效）:PD端的上升沿停止妝前錄/放操作，并復(fù)位地址。/EOM（運(yùn)行指示）:/EOM變

19、高表示錄/放操作正在進(jìn)行，可驅(qū)動(dòng)LED等。ISD2560內(nèi)部地址單元尋址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。本系統(tǒng)采用單片機(jī)來(lái)控制，不需讀出信息地址，而直接設(shè)置信息段起始地址。 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)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E2PROM，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1 s說(shuō)3個(gè)字計(jì)算，60 s可說(shuō)180個(gè)

20、字，再根據(jù)ISD2560的地址分辨率為100 ms，即可計(jì)算出語(yǔ)音段所需的地址單元數(shù)。本文采用第二種方式。錄放音時(shí)AT89C51單片機(jī)對(duì)ISD2560的控制錄音時(shí)，按下錄音鍵，單片機(jī)通過(guò)口線設(shè)置語(yǔ)音段的起始地址，再使PD端、P/R端和/CE端為低電平啟動(dòng)錄音；結(jié)束時(shí)，再次按下錄音鍵，單片機(jī)又讓/CE端回到高電平，即完成一段語(yǔ)音的錄制。同樣的方法可錄取第二段、第三段、 。特別值得注意的是，錄音時(shí)間不能超過(guò)預(yù)先設(shè)定的每段語(yǔ)音的時(shí)間。放音時(shí)，根據(jù)需播放的語(yǔ)音內(nèi)容，找到相應(yīng)的語(yǔ)音段起始地址，并通過(guò)口線送出。再將P/R端設(shè)為高電平，PD端設(shè)為低電平，并讓/CE端產(chǎn)生一負(fù)脈沖啟動(dòng)放音，這時(shí)單片機(jī)只需等待I

21、SD2560的信息結(jié)束信號(hào)，即/EOM的產(chǎn)生。信號(hào)為一負(fù)脈沖，在負(fù)脈沖的上升沿，該段語(yǔ)音才播放結(jié)束，所以單片機(jī)必須要檢測(cè)到/EOM的上升沿才能播放第二段，否則播放的語(yǔ)音就不連續(xù)，而且會(huì)產(chǎn)生啪啪聲。第三章 電路原理圖及說(shuō)明硬件電路由單片機(jī)芯片AT89C51和語(yǔ)音芯片ISD2560及它們的接口電路構(gòu)成。電路實(shí)現(xiàn)的功能如下。按下開(kāi)始按鈕鍵，啟動(dòng)錄音，再次按下開(kāi)始鍵，結(jié)束錄音。注意，錄音時(shí)間不能超過(guò)預(yù)先設(shè)置的每段語(yǔ)音時(shí)間。3.1 復(fù)位電路3.1.1復(fù)位電路的作用如圖3.1.1為復(fù)位電路，復(fù)位時(shí)單片機(jī)的初始化操作，單片機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，都需要先復(fù)位，其作用是使CPU和系統(tǒng)中其他部件處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并

22、從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。因而復(fù)位是一個(gè)很重要的操作，但單片機(jī)本身一般不能自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位，必須配合相應(yīng)的外部電路才能實(shí)現(xiàn)。圖3.1.1 復(fù)位電路仿真圖在上電或復(fù)位過(guò)程中，控制CPU的復(fù)位狀態(tài)：這段時(shí)間內(nèi)讓CPU保持復(fù)位狀態(tài)，而不是一上電或剛復(fù)位完畢就工作，防止CPU發(fā)出錯(cuò)誤的指令、執(zhí)行錯(cuò)誤操作，也可以提高電磁兼容性能。無(wú)論用戶使用哪種類型的單片機(jī),總要涉及到單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。而單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)的好壞,直接影響到整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性。許多用戶在設(shè)計(jì)完單片機(jī)系統(tǒng),并在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試成功后,在現(xiàn)場(chǎng)卻出現(xiàn)了“死機(jī)”、“程序走飛”等現(xiàn)象,這主要是單片機(jī)的復(fù)位電路設(shè)計(jì)不可靠引起的。電容在上接高電平，電阻在下接地

23、，中間為RST。這種復(fù)位電路的工作原理是：通電時(shí)，電容兩端相當(dāng)于是短路，于是RST引腳上為高電平，然后電源通過(guò)電阻對(duì)電容充電，RST端電壓慢慢下降，降到一定程度，即為低電平，單片機(jī)開(kāi)始正常工作。3.1.2基本的復(fù)位方式首先RST保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)自動(dòng)復(fù)位1、上電復(fù)位：上電瞬間，電容充電電流最大，電容相當(dāng)于短路，RST端為高電平，自動(dòng)復(fù)位；電容兩端的電壓達(dá)到電源電壓時(shí)，電容充電電流為零，電容相當(dāng)于開(kāi)路，RST端為低電平，程序正常運(yùn)行。2、手動(dòng)復(fù)位：首先經(jīng)過(guò)上電復(fù)位，當(dāng)按下按鍵時(shí)，RST直接與VCC相連，為高電平形成復(fù)位，同時(shí)電解電容被短路放電；按鍵松開(kāi)時(shí)，VCC對(duì)電容充電，充電電流在

24、電阻上，RST依然為高電平，仍然是復(fù)位，充電完成后，電容相當(dāng)于開(kāi)路，RST為低電平，正常工作。 3.2 時(shí)鐘電路單片機(jī)工作時(shí)，從取指令到譯碼再進(jìn)行微操作，必須在時(shí)鐘信號(hào)控制下才能有序地進(jìn)行，時(shí)鐘電路就是為單片機(jī)工作提供基本時(shí)鐘的。單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種產(chǎn)生方式：內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式的原理如圖3.2所示是在單片機(jī)XTAL1和XTAL2引腳上跨接上一個(gè)晶振和兩個(gè)穩(wěn)頻電容，可以與單片機(jī)片內(nèi)的電路構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。晶振的取值范圍一般為024MHz，常用的晶振頻率有6MHz、12 MHz、11.0592 MHz、24 MHz等。一些新型的單片機(jī)還可以選擇更高的頻率。外接電

25、容的作用是對(duì)振蕩器進(jìn)行頻率微調(diào)，使振蕩信號(hào)頻率與晶振頻率一致，同時(shí)起到穩(wěn)定頻率的作用，一般選用2030pF的瓷片電容。圖3.2 晶振電路仿真圖外部時(shí)鐘方式則是在單片機(jī)XTAL1引腳上外接一個(gè)穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)源，它一般適用于多片單片機(jī)同時(shí)工作的情況，使用同一時(shí)鐘信號(hào)可以保證單片機(jī)的工作同步。這種方式適宜用來(lái)使單片機(jī)的時(shí)鐘與外部信號(hào)保持同步。 而時(shí)序是單片機(jī)在執(zhí)行指令時(shí)CPU發(fā)出的控制信號(hào)在時(shí)間上的先后順序。AT89C51單片機(jī)的時(shí)序概念有4個(gè)，可用定時(shí)單位來(lái)說(shuō)明，包括振蕩周期、時(shí)鐘周期、機(jī)器周期和指令周期。振蕩周期：是片內(nèi)振蕩電路或片外為單片機(jī)提供的脈沖信號(hào)的周期。時(shí) 序中1個(gè)振蕩周期定義為1個(gè)節(jié)

26、拍，用P表示。時(shí)鐘周期：振蕩脈沖送入內(nèi)部時(shí)鐘電路，由時(shí)鐘電路對(duì)其二分頻后輸出的時(shí)鐘脈沖周期稱為時(shí)鐘周期。時(shí)鐘周期為振蕩周期的2倍。時(shí)序中1個(gè)時(shí)鐘周期定義為1個(gè)狀態(tài)，用S表示。每個(gè)狀態(tài)包括2個(gè)節(jié)拍，用P1、P2表示。機(jī)器周期：機(jī)器周期是單片機(jī)完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間。一條指令的執(zhí)行需要一個(gè)或幾個(gè)機(jī)器周期。一個(gè)機(jī)器周期固定的由6個(gè)狀態(tài)S1S6組成。指令周期：執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間稱為指令周期。一般用指令執(zhí)行所需機(jī)器周期數(shù)表示。AT89C51單片機(jī)多數(shù)指令的執(zhí)行需要1個(gè)或2個(gè)機(jī)器周期，只有乘除兩條指令的執(zhí)行需要4個(gè)機(jī)器周期。了解了以上幾個(gè)時(shí)序的概念后，我們就可以很快的計(jì)算出執(zhí)行一條指令所需要的

27、時(shí)間。例如：若單片機(jī)使用12MHz的晶振頻率，則振蕩周期=1/（12MHz）=1/12us，時(shí)鐘周期=1/6us，機(jī)器周期=1us，執(zhí)行一條單周期指令只需要1us，執(zhí)行一條雙周期指令則需要2us。3.3 單片機(jī)與語(yǔ)音芯片部分外圍接線如圖3.3-1中，U1為單片機(jī)芯片AT89C51，工作于12MHz的時(shí)鐘。單片機(jī)的P0口和P2.0、P2.1引腳提供語(yǔ)音芯片ISD2560的地址/模式輸入，通過(guò)P2.0、P2.1，單片機(jī)可以配置ISD2560的操作模式。單片機(jī)的P3.6和P3.7腳控制語(yǔ)音芯片ISD2560的錄/放模式選擇，低電平置ISD2560為錄音狀態(tài)，高電平置芯片為放音狀態(tài)。單片機(jī)的P1.6腳

28、和ISD2560的節(jié)電控制輸入相連，單片機(jī)通過(guò)此引腳可以控制芯片的開(kāi)關(guān)。單片機(jī)的P1.7腳用于控制語(yǔ)音芯片的片選，低電平時(shí)選中芯片。單片機(jī)的INT0腳、P1.4與ISD2560的EOM標(biāo)志輸出相連，EOM標(biāo)志在錄音時(shí)由芯片自動(dòng)插入到錄音信息的結(jié)尾處，放音遇到EOM時(shí)，會(huì)產(chǎn)生低電平脈沖，觸發(fā)單片機(jī)中斷，單片機(jī)必須在檢測(cè)到此輸出的上升沿后才會(huì)播放新的錄音，否則播音就不連續(xù)。圖3.3-1 單片機(jī)部分外圍接線仿真圖 圖3.3-2 ISD2560外部接線仿真圖在圖3.3-2中，為語(yǔ)音ISD2560，SP和MK分別為揚(yáng)聲器和話筒。芯片的外圍電路已經(jīng)詳細(xì)給出，這些可參考ISD2560的芯片資料。ISD256

29、0語(yǔ)音芯片和單片機(jī)的端口I/O表如下:系統(tǒng)I/O分配表 輸入信號(hào) 輸出 單片機(jī)端口元器件 語(yǔ)音芯片端口元器件 P3.5SB1 SP+ SPEAKER P3.6SB2 P3.7SB3 SP- MICMK第四章 語(yǔ)音錄放工作流程4.1 硬件流程該系統(tǒng)的硬件電路主要由單片機(jī)、語(yǔ)音錄放器件、麥克風(fēng)及揚(yáng)聲器構(gòu)成。圖4.1-1為其硬件結(jié)構(gòu)框圖。復(fù)位電路晶振電路51單片機(jī)語(yǔ)音芯片話筒麥克風(fēng)圖4.1-1 系統(tǒng)硬件框圖該系統(tǒng)的核心為AT89C51單片機(jī)，AT89C51具有快速8051內(nèi)核、8 KB Flash E2pROM、256B IDATA RAM，完全符合該系統(tǒng)硬件要求。為實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音錄放功能，采用ISD25

30、60器件，其錄音時(shí)間為60 s，并且能夠接收單片機(jī)發(fā)出的命令，接收錄音指令時(shí)，將從麥克風(fēng)傳出的語(yǔ)音段直接保存在內(nèi)部存儲(chǔ)器中；接收到放音指令時(shí)，按照單片機(jī)給定的地址，從存儲(chǔ)器中取出語(yǔ)音段并驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，以聲音的形式播出語(yǔ)音段。 開(kāi)始判斷錄音鍵是否按下判斷是否錄音開(kāi)始錄音錄音結(jié)束不動(dòng)作執(zhí)行其他NNYY判斷錄音鍵是否再次按下錄音中NY （a）錄音工作流程 開(kāi)始判斷是否放音鍵按下判斷是否放音開(kāi)始放音放音結(jié)束不動(dòng)作執(zhí)行其他NNYY判斷放音鍵是否再次按下放音中NY（b）放音工作流程圖4.1-2 系統(tǒng)錄放音工作流程其具體的操作方法如下：(a)錄音錄音時(shí)，第一次按錄音鍵開(kāi)始錄音，第二次按錄音鍵表示暫停（即保存，

31、設(shè)置EOM）。暫停錄音后后，按放音鍵，可以從地址指針為0處開(kāi)始錄音。錄音時(shí)，可通過(guò)PD段的高脈沖來(lái)停止錄音。按“STOP”鍵為復(fù)位，再錄音時(shí)，又將從第一段開(kāi)始。(b)放音播放時(shí)，第一次按播音鍵即開(kāi)始播放。播放過(guò)程中，再次按放音鍵則可暫停，第三次按播放鍵可以在暫停處繼續(xù)播放。如果在第二次播放鍵按下后，再按錄音鍵，則可以從暫停處開(kāi)始錄音。播放中，可通過(guò)PD端產(chǎn)生的高脈沖來(lái)停止播放，同時(shí)將地址指針復(fù)位到0.播放中沒(méi)有PD高脈沖，則一直播放下去，直到遇到芯片溢出處時(shí)，再返回地址指針為0處，開(kāi)始循環(huán)播放。按“STOP”鍵為復(fù)位，再錄音時(shí)，又將從第一段開(kāi)始。4.2 軟件流程上電系統(tǒng)初始化按鍵按下錄音按鍵按

32、下放音按鍵按下暫停執(zhí)行錄音程序執(zhí)行放音程序暫停其他并復(fù)位NNYYY再次按下錄音鍵再次按下放音鍵暫停圖4.2 軟件流程圖 以三個(gè)按鍵的動(dòng)作為輸入信號(hào)，單片機(jī)收到信號(hào)后可以分別獨(dú)立的調(diào)用其相應(yīng)的子程序來(lái)完成相應(yīng)的工作第五章 程序說(shuō)明本程序是以AT89C51為ISD2560的控制器，晶振頻率為12 MHz來(lái)編寫(xiě)的。下面給出錄取語(yǔ)音信息的錄音程序以及對(duì)這段語(yǔ)音進(jìn)行播放的源程序。實(shí)際上，播放時(shí)也可根據(jù)實(shí)際情況組合回放。需要時(shí)，還可對(duì)該程序進(jìn)行擴(kuò)充。其ISD2560語(yǔ)音錄放系統(tǒng)程序如下：RECORD BIT P3.6 PLAY BIT P3.7STOP BIT P3.5CE BIT P1.7PD BIT

33、P1.6OVE BIT P1.5EOM EQU P3.2PR BIT P1.4RECFLAG BIT 20HPLAYFLAG BIT 21HORG 0000HLJMP MAINORG 0030HMAIN:LCALL SYSINT ;系統(tǒng)初始化BUTTON:MOV C,RECORD ;判斷錄音鍵按下是否為低電平JC BUTTON1 ;否，繼續(xù)掃描下一個(gè)按鍵LCALL DELAY10MS ;是，調(diào)用延時(shí)去抖動(dòng)MOV C,RECORD ;再次讀入JC BUTTON1 ;為高電平則為干擾，繼續(xù)掃描下一個(gè)按鍵WAIT1:MOV C,RECORD ;等待按鍵彈起JNC WAIT1LCALL TORECOR

34、DBUTTON1:MOV C,PLAYJC BUTTON2LCALL DELAY10MSMOV C,PLAYJC BUTTON2WAIT2：MOV C,PLAYJNC WAIT2LCALL PLAYBACKBUTTON2：MOV C, STOPJC BUTTON3LCALL DELAY10MSJC BUTTON3WAIT3：MOV C,STOPJNC WAIT3LCALL STOPDEVICEBUTTON3：LJMP BUTTONTORECORD:JB RECFLAG,PAUSE1 ;判斷是否已經(jīng)處于RECORD下，是則跳轉(zhuǎn)到PAUSE1CLR RECFLAGSETB RECFLAGCLR P

35、R ;修改PR引腳置為低電平表示即進(jìn)入RECFLAGNOPNOPPAUSE1：LCALL CEPULSE ;如果從PLAYBACK轉(zhuǎn)換到RECORD模式下，是則表示開(kāi)始錄音， 如果已經(jīng)在錄音模式下，則表示暫停，調(diào)用CE低脈沖發(fā)生子程序LCALL DELAY120MS ;延時(shí)TDB長(zhǎng)的時(shí)間，目的是滿足兩個(gè)CE脈沖之間在時(shí)序上要求的間隔RETPLAYBACK:JB PLAYFLAG,PAUSE2 ;判斷是否已經(jīng)處于PLAYBACK下，是則跳轉(zhuǎn)到PAUSE2CLR RECFLAGSETB PLAYFLAGSETB PR ;修改PR引腳置為高電平表示進(jìn)入PLAYBACK模式NOPNOPPAUSE2：LCALL CEPULSE ;若從RECORD轉(zhuǎn)換到PLAYBACK模式下，則表示開(kāi)始播放, 如果已經(jīng)處在播放模式下，則表示暫停，調(diào)用CE低脈沖發(fā)生子程序 已處于PLABACK時(shí)，則暫停播放LCALL DELAY120MS ;延遲TDB長(zhǎng)的時(shí)間，目的是滿足兩個(gè)CE脈沖之間在時(shí)序上要求的間隔RETSTOPDEVICE:LCALL PDPULSENOPNOPCLR PLAYFLAGCLR RECFLAGRET;CE脈沖發(fā)生程序：CEPULSE:CLRNOPNOPSETB CERET;PD脈沖發(fā)生程序：PDPULSE:SETB PD ;置PD為高電平LCA