基于51單片機(jī)錄音筆設(shè)計說明

1、 . . . 1 / 23課程設(shè)計報告課程設(shè)計報告課程名稱：課程名稱：智能儀器課程設(shè)計智能儀器課程設(shè)計題目：題目：基于基于5151單片機(jī)錄音筆設(shè)計單片機(jī)錄音筆設(shè)計學(xué)院：系：學(xué)院：系：過程裝備與測控工程過程裝備與測控工程專業(yè)：專業(yè)：測控技術(shù)與儀器測控技術(shù)與儀器班級：班級：測儀測儀101101學(xué)號：學(xué)號：學(xué)生：學(xué)生：起訖日期：起訖日期：指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： . . . 1 / 23 目錄目錄摘要 21 語音錄放系統(tǒng)總體設(shè)計與主要芯片說明 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 語音芯片選擇 31.3 STC89C52 芯片說明 41.3.1 STC89

2、C52 的功能特性概述 41.4 ISD1420 語音芯片 41.4.1 ISD1420 的引腳功能 51.4.2 ISD1420 的操作模式 51.4.3 ISD1420 的應(yīng)用電路 81.5 LM386 集成功率放大器芯片說明 81.5.1 LM386 電子特性 81.5.2 LM386 的引腳說明 92 硬件電路設(shè)計 102.1 系統(tǒng)硬件電路總體設(shè)計 102.2 STC89C51 的外圍電路設(shè)計 102.2.1 晶振電路設(shè)計 102.2.2 復(fù)位電路設(shè)計 112.3 語音電路設(shè)計 122.4 功放電路設(shè)計 133 語音錄放系統(tǒng)軟件設(shè)計 153.1. 主要變量說明 153.2. 主程序工作

3、原理與流程圖 153.3. 子程序流程圖與代碼 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 21附錄 1.22 . . . 2 / 23摘要摘要在社會高速發(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控制設(shè)備中，增加語音功能能極提高人機(jī)界面的友好性，方便用戶操作。目前語音服務(wù)行業(yè)越來越廣泛，如電腦語音鐘、語音型數(shù)字萬用表、手機(jī)話費查詢系統(tǒng)、排隊機(jī)、監(jiān)控系統(tǒng)語音報警以與公共汽車報站器等。在許多場合，設(shè)計者需要將語音系統(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)如何將語音合成、語音識別、

4、語音存儲和回放技術(shù)和單片機(jī)結(jié)合在一起。常規(guī)的模擬化語音處理系統(tǒng)能實現(xiàn)語音的存儲與回放功能，但效果不是很好。通過探索決定采用Flash 單片機(jī) STC89C52 與數(shù)碼語音芯片 ISD1420 組成的數(shù)字化的語音存儲與回放系統(tǒng)。單片機(jī)是系統(tǒng)的控制中心，它主要實現(xiàn)一方面控制按鍵識別和功能選擇；另一方面控制 ISD1420 語音芯片的錄音和放音過程，實現(xiàn)語音的存儲和回放。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，對本設(shè)計進(jìn)行總結(jié)與展望。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：STC89C52 單片機(jī) ISD1420 語音芯片 語音存儲 . . . 3 / 231 1 語音錄放系統(tǒng)總體設(shè)計語音錄放

5、系統(tǒng)總體設(shè)計與主要芯片說明與主要芯片說明1.11.1 總體方案論證總體方案論證方案一：利用單片機(jī)與其外圍硬件電路（如 A/D、D/A、存儲器等） ，就能完成語音信號的數(shù)字化處理，實現(xiàn)語音的存儲與回放。系統(tǒng)主要由單片機(jī) STC89C51、AD574、DAC0832 與閃速存儲器 AT29C040 組成。其原理圖如圖 1-1 所示。聲音通過 MIC 轉(zhuǎn)換成微弱的電信號，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)字信號存儲在存儲器中，在需要放音時，單片機(jī)控制數(shù)字信號從存儲器中讀出，經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換后輸出。這種方法過程簡單，但是語音信號容易受到

6、外界干擾而失真，并且信號的壓縮存儲比較復(fù)雜，硬件電路不宜調(diào)試。方案二：直接采用單片機(jī)與專用的語音處理芯片 ISD1420 設(shè)計實現(xiàn)語音存儲與回放，實現(xiàn)語音的整段錄放。該系統(tǒng)采用語音芯片處理語音信號，抗干擾能力強(qiáng)，存儲方便，調(diào)試簡單，還可以作為語音服務(wù)的子系統(tǒng)，所以選擇此方案。下面，就針對此方案做具體的介紹。1.21.2 器件選擇器件選擇1.2.11.2.1 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)存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路

7、、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)成的一個小而完善的計算機(jī)系統(tǒng)。在這里考慮到以后的擴(kuò)展，本次設(shè)計選擇了擴(kuò)展接口較多的 STC89C52，以便在需要的時候能夠升級而擴(kuò)展其他的功能。1.2.21.2.2 語音芯片選擇語音芯片選擇語音芯片又稱語音 IC，又被叫做聲音芯片。芯片的錄音功能包括 ADC 和 DAC 兩個過程，都是由芯片本身完成的，包括語音數(shù)據(jù)的采集、分析、壓縮、存儲、等步驟。它能夠?qū)⒄Z音信號通過采樣轉(zhuǎn)化為數(shù)字，存儲在 IC 的 ROM 中，再通過電路將 ROM 中的數(shù)字還原成語音信號；而語音芯片放音功能實質(zhì)上是一個 DAC 過程。語音芯片根據(jù)集成電路類型來分，凡是

8、與聲音有關(guān)系的集成電路被統(tǒng)稱為語音芯片，但是在語音芯片的大類型中，又被分為語音 IC（這里應(yīng)該叫成 Speech IC） 、音樂 IC（這里應(yīng)該叫成 Music IC）兩種。目前，在市場上使用較為普遍的語音芯片如表 1-1 所示。表 1-1 常用語音芯片對比表 . . . 4 / 23項目TE6310TE6332ISD1420ISD2560語音長度10s32s20s60采樣頻率（kHz）6.446.46.48放音觸發(fā)放音觸發(fā)無邊緣/電平電平工作電壓（V）4.55.52.73.34.55.54.55.5工作電流（mA）30453030靜態(tài)電流（A）2無1010MIC 前置是否否否由上表可以看出，

9、ISD1420 語音芯片的語音長度較長，工作電流和電壓也符合要求。因此，本次設(shè)計將采用 ISD1420 作為系統(tǒng)的語音處理芯片參與工作。1.31.3 STC89C52STC89C52 芯片說明芯片說明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 存儲器。STC89C52 使用經(jīng)典的 MCS-51 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

10、： 8k 字節(jié) Flash，512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器，置 4KB EEPROM，MAX810 復(fù)位電路，3 個 16 位定時器/計數(shù)器，4 個外部中斷，一個 7 向量 4 級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51 的 5 向量 2 級中斷結(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、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM 容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運作頻率 35MHz，6T/12T 可選。因為功

11、能強(qiáng)大。STC89C52 單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。1.3.1STC89C521.3.1STC89C52 的的功能特性概述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，看門狗定時器，置 4KB EEPROM，MAX810 復(fù)位電路，3 個 16 位定時器/計數(shù)器，4 個外部中斷，一個 7 向量 4 級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51 的 5 向量 2 級中斷結(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、定時器/計數(shù)器、串口、中斷

12、繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM 容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運作頻率 35MHz，6T/12T 可選。1.4 ISD1420 語音芯片采用 ISD 系列語音芯片進(jìn)行錄音是一種可行的方法，它有音質(zhì)自然、單片存儲、反復(fù)錄放、低功耗等優(yōu)點。一塊 ISD 芯片上集成有麥克風(fēng)前置放大器（AMP）、自動增益控制電路（AGC）、抗混淆和 . . . 5 / 23平滑濾波器、模擬存儲陣列、揚聲器驅(qū)動器、控制接口和部精確的參考時鐘，外部元件包括：液晶、麥克風(fēng)、揚聲器、開關(guān)和少數(shù)電阻、電容，再加上電源和電池。ISD1420 為美國 ISD 公司出品的優(yōu)質(zhì)單片語音

13、錄放電路，由振蕩器、語音存儲單元、前置放大器、自動增益控制電路、抗干擾濾波器、輸出放大器組成。一個最小的錄放系統(tǒng)僅由一個麥克風(fēng)、一個喇叭、兩個按鈕、一個電源、少數(shù)電阻電容組成。錄音容存入永久存儲單元，提供零功率信息存儲，這個獨一無二的方法是借助于美國 ISD 公司的專利-直接模擬存儲技術(shù)(DAST TM)實現(xiàn)的。利用它，語音和音頻信號被直接存儲，以其原本的模擬形式進(jìn)入 EEPROM 存儲器.直接模擬存儲允許使用一種單片固體電路方法完成其原本語音的再現(xiàn)。僅語音質(zhì)量優(yōu)勝，而且斷電語音保護(hù)。1.4.1ISD1420 的引腳功能電源（VCCA，VCCD）芯片部的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線，并且分

14、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）芯片部的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線，這兩個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 變高或存錄滿后，錄音周期結(jié)束，芯片自動寫入一個信息結(jié)束標(biāo)志（EOM） ，使以后的重放操作可發(fā)與時停止。之后芯片自動進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。 注：/REC 的上升沿有 50 毫秒防顫，防止芯片自動進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。 邊沿觸發(fā)放音（/PLAYE）此端出現(xiàn)下

15、降沿時，芯片開始放音。放音持續(xù)到 EOM 標(biāo)志或存結(jié)束，之后芯片自動進(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，芯片開始放音。放音持續(xù)至端回到高電平，遇到 EOM 標(biāo)志，或存結(jié)束。放音結(jié)束后芯片自動進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。 注：放音過程中當(dāng)遇到 EOM 或存結(jié)束時，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)（部震蕩器和時鐘停止工作） ，但是由于芯片沒有對/PLAYE 和/PLAYL 的上升沿進(jìn)行消顫，隨后在這兩個引腳上出現(xiàn)的下隆沿（例如釋放按鍵時的抖動）都會觸發(fā)放音。 錄音指示（/RECLED）處于錄音狀態(tài)時，此端為低，可驅(qū)

16、動 LED。此外，放音遇到 EOM 標(biāo)志時，此端輸出低電平脈沖。 . . . 6 / 23話筒輸入（MIC）此端邊至片前置放大器。片自動增益控制電路（AGC）將前置增益控制在-15至 24dB。外接話筒應(yīng)通過串聯(lián)電容耦合到此端。耦合電容值和此端的 10K 輸入阻抗決定了芯片頻帶的低頻截止點。 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，可減小噪聲，提高共模抑制比。 自動增益控制（AGC） AGC 動態(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（從耳語到喧嘩囂聲）時失真都能保持最小。響應(yīng)時間取決于此端的 5K 輸入阻抗和外接的對地電容（

17、即線路圖中的 C6）的時間常數(shù)。釋放時間取決于此端外接的并聯(lián)對地電容和電阻（即線路圖中 R5 和 C6）的時間常數(shù)。470K 和 4.7uF 的標(biāo)稱值在絕對大多數(shù)場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。對話筒輸入來說，ANA OUT 端應(yīng)通過外接電容連至本端。該電容和本端的 3K 輸入阻抗給出了芯片頻帶的附加低端截止頻率。其它音源可通過交流耦合直接連至本端。 喇叭輸出（SP+、SP-）這對輸出端能驅(qū)動 16 以上的喇叭。單端使用時必須在輸出端和喇叭間接耦合電容，而雙端輸出既不用

18、電容又能將功率提高 4 倍。錄音時，它們都呈高阻態(tài)；節(jié)電模式下，它們保持為低電平。 外部時鐘（XCLK）此端部有下拉元件，不用時應(yīng)接地。芯片部的采樣時鐘在出廠前已調(diào)校，保證了標(biāo)稱的最小錄音時間。商業(yè)級芯片在整個溫度各電壓圍，頻率變化在+2.25%,并保證最小錄放時間，所以有些芯片的錄放時間比標(biāo)稱的值稍大。工業(yè)級芯片在整個溫度和電壓圍， 頻率變化在+5%，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鐘，頻率如表 2-1“外部鐘頻”所示。由于部的防混淆與平滑濾波器已設(shè)定，幫上述持薦的時鐘頻率不應(yīng)改變。輸入時鐘的占空比無關(guān)緊要，因為部首先進(jìn)行了分頻。 地址（A0A7）地址端有兩個作

19、用，取決于最高（MSB）兩位 A7、A6 的狀態(tài)。當(dāng) A7 或 A6 有一個為 0 時，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，不輸出操作過程的部地址信息。地址在/PLAYE、/PLAYL、或/REC 的下降沿鎖存。 . . . 7 / 231.4.2ISD14201.4.2ISD1420 的操作模式的操作模式由于 ISD1420 置了若干種操作模式，因而可用最少的外圍器件實現(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，其它地址端置高可選擇某個（或某幾個）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

20、可由微控制器也可由硬件實現(xiàn)。 表1-2 模式控制說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)志在全部語音錄放結(jié)束時，給出EOM標(biāo)志A2/M2未用當(dāng)工作模式 操作時，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)允許信號中止A6/M6按鈕控制簡化器件接口使用操作模式時需要注意兩點：(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，地址計數(shù)器復(fù)位為 0。當(dāng) CE 變低且最高兩地址位同為高時，執(zhí)行操作模式。這種操

21、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，CE 電平變低的任何時間執(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(或兩個)變?yōu)榈碗娖剑瑒t執(zhí)行信息地址，即從該地址錄音或放音，原來設(shè)定的操作模式狀態(tài)丟失。1.4.3ISD14201.4.3ISD1420 的應(yīng)用電路的應(yīng)用電路ISD1420 集成度較高，部包括前置放大器、部時鐘、定時器、采樣時鐘、濾波器、自動增益控制、邏輯控制、模擬收發(fā)器、解碼器和 480KB 的 EEPROM 等。部 EEPROM

22、 存儲單元，均勻分為 600 行，具有600 個地址單元，每個地址單元指向其中一行，每一個地址單元的地址分辨率為 100ms。ISD1420 控制電平與 TTL 電平兼容。接口簡單，使用方便。圖 1-3 是 ISD1420 基本電路原理。錄音時按下錄音鍵 S2、S3 接地，使節(jié)電控制鍵 PD 端、錄放模式鍵端為低電平。此時啟動RP/錄音；結(jié)束時松開按鍵，單片機(jī)又讓錄放模式鍵端回到高電平，即完成一段語音的錄制。同樣RP/的，按下錄放模式鍵接高電平，使節(jié)電控制鍵 PD 端為低電平啟動放音功能；結(jié)束時，松開按鍵，RP/即完成一段語音的播放。 . . . 8 / 23圖 1-3 ISD1420 基本電

23、路原理1.51.5 LM386LM386 集成功率放大器集成功率放大器芯片說明芯片說明LM386 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，主要應(yīng)用于低電壓消費類產(chǎn)品。為使外圍元件最少，電壓增益置為 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 1.5.1.5.1 LM386LM386 電子特性電子特性LM386 芯片的電子特性如表 1-3 所示。輸入端以地位參考，同時輸出端被自動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合。輸入電壓圍可由 4V12V，無作動時僅消耗 4

24、mA 電流，且失真低。表 1-3 LM386 電子特性表項目測試環(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%250325Pin1、8開路26電壓增益(dB)Pin1、8以10F連接46頻寬（kHz）Pin1、8開路300 . . . 9 / 23Pin1、8以10F連接601.5.21.5.2 LM386LM386 的引的引腳說明腳說明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

25、分別為電源和地，引腳 1 和 8 為電壓增益設(shè)定端。使用時在引腳 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 腳開路時，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）都會帶來的瞬態(tài)沖擊，在輸出喇叭上會產(chǎn)生非常討厭的噪聲。各引腳外圍電路的接法介紹如下：(1) 通過接在 1 腳、8 腳間的電容（1 腳接電容“+”極）來改變增益，斷開時增益為 20dB。(2)

26、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，故能有效抑制共模噪聲。(4) 第 7 腳（BYPASS）的旁路電容不可少。實際應(yīng)用時，BYPASS 端必須外接一個電解電容到地，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，直流電壓過大有可能會損壞喇叭線圈；耦合音頻的交流信號。它

27、與揚聲器負(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；太低還會使截止頻率（）提高。分)2/(1CoutRLfc別測試，發(fā)現(xiàn) 10uF/4.7uF 最為合適。2 2 硬件電路設(shè)計硬件電路設(shè)計2.12.1 系統(tǒng)硬件電路總體設(shè)計系統(tǒng)硬件電路總體設(shè)計本系統(tǒng)主要可分為三個部分：單片機(jī)控制部分、語音錄放部分、功放部分。采用 51 單片機(jī)作為主控制芯片，利用 ISD1420 實現(xiàn)語音錄放，采用 LM386 集成功放使聲音放大，簡單易行且控制方便。系統(tǒng)采用的微控制器是美國 STC 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片含 4k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flas

28、h 只讀程序存儲器和 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（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)與 8051 產(chǎn)品引腳兼容，片置通用 8 位中央 . . . 10 / 23處理器（CPU）和 Flash 存儲單元，功能強(qiáng)大。AT89C51 單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。數(shù)碼語音芯片選用的是 ISD1400 系列單片語音錄放集成電路 ISD1420，它具有抗斷電、音質(zhì)好，使用方便，無須專用的開發(fā)系統(tǒng)等優(yōu)點。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、電源電壓圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點。ISD14

29、20 與單片機(jī) AT89C51 的接口電路以與外圍電路見附錄 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)。2.22.2 STC89C52STC89C52 的外圍電路設(shè)計的外圍電路設(shè)計2.2.2.2.1 1 晶振電路晶振電路設(shè)計設(shè)計單片機(jī)是一種時序電路，必須給它提供時鐘脈沖信號才能正常工作。系統(tǒng)時鐘信號是單片機(jī)部各種操作的時間基準(zhǔn)，為各種指令的執(zhí)行提供時鐘節(jié)拍。通常單片機(jī)可通過部振

30、蕩或外部振蕩兩種方式得到系統(tǒng)時鐘信號。本系統(tǒng)采用的是 12MHz 的晶振，電容采用 22pF 的瓷電容，具體設(shè)計如圖 2-1 所示。圖 2-1 晶振電路設(shè)計圖2.2.22.2.2 復(fù)位電路復(fù)位電路設(shè)計設(shè)計當(dāng)任何一個復(fù)位信號產(chǎn)生時，C51 的所有 I/O 端口都會立即復(fù)位成它們的初始值，并不需要時鐘源處于運行狀態(tài)。在復(fù)位信號撤消后，硬件系統(tǒng)將調(diào)用一個計數(shù)延時過程，經(jīng)過一定的延時后，才能進(jìn)行系統(tǒng)部的真正復(fù)位啟動。采用這種形式的復(fù)位啟動過程，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)位啟動的延時時間可以由用戶通過對熔絲位的編程來定義。51 單片機(jī)有 3 個復(fù)位源： . . . 11 / 23(

31、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，MCU 產(chǎn)生復(fù)位。(2) 外部復(fù)位。當(dāng)一個高電平加到 RESET 引腳超過 2 機(jī)器周期時，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器溢出時，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)部時，系統(tǒng)失控導(dǎo)致程序在地址空間“亂飛”，使程序運行狀況不可預(yù)測。如果運行時間超過程序設(shè)定的看門狗延時時間，系統(tǒng)便會重新復(fù)位，使單片機(jī)重新回到正常運行軌道。因此，看門狗復(fù)位可以有效的監(jiān)控系統(tǒng)的運行情況，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)計一個外部復(fù)位，采用按鍵電平

32、復(fù)位方式，電平復(fù)位是通過復(fù)位端電阻與 Vcc 電源接通而實現(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 10uf 的電容來消除高頻干擾和雜波。圖 2-2 復(fù)位電路圖2.32.3 語音電路設(shè)計語音電路設(shè)計本系統(tǒng)采用 ISD1420 芯片，語音電路圖如圖 2-3 所示。 . . . 12 / 23圖 2-3 語音電路設(shè)計圖各引腳外圍電路的接法可參考前文所述的引腳說明。揚聲器輸出信號與功放相連，將聲音信號放大。2.42.4 功放電路功放電路設(shè)計設(shè)計電路圖如 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明。 . . . 13 / 23圖

33、 2-4 功放電路圖2.52.5 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)計設(shè)計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個按鍵：錄音按鍵、放音按鍵。狀態(tài)顯示通過發(fā)光二極管來完成，3盞燈分別對應(yīng)的芯片開始工作、錄音開始和放音開始3個狀態(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 3 語音錄放系統(tǒng)軟件設(shè)計語音錄放系統(tǒng)軟件設(shè)計軟件的設(shè)計是以硬件為基礎(chǔ)的，軟件要實現(xiàn)的功能都是要以正常的硬件為前提，若硬件無常工作，再優(yōu)秀的軟件也無法實現(xiàn)任何功能。同樣的，軟件是硬件的靈魂，沒有了軟件，再強(qiáng)大的硬件也只是 . . . 14 / 23一部廢鐵。我們在確定了一

34、項設(shè)計所要實現(xiàn)的功能后，根據(jù)要實現(xiàn)的功能設(shè)計相應(yīng)的硬件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)搭建起來之后，若調(diào)試無誤，才進(jìn)行相應(yīng)的軟件模塊的設(shè)計。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言開發(fā)，軟件采用符合匯編語言的KEIL C51編譯器。在這章節(jié)中，將結(jié)合具體硬件電路來介紹各模塊的軟件設(shè)計。3.1.3.1.主要變量說明主要變量說明程序中的主要變量與相關(guān)功能如下：LED1LED3：描述發(fā)光二極管的關(guān)斷。當(dāng)這 3 個變量分別為 1 時，二極管熄滅，當(dāng)變量為 1 時，二極管點亮。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

35、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，芯片開始工作；PD=1 時，芯片停止工作，進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。PR：控制語音芯片所處的工作模式。該變量置為 0 時，芯片處于錄音模式；置為 1 時，芯片處于放音模式。CE：對芯片進(jìn)行片選。當(dāng) CE=0 且 PD=0 時，允許芯片進(jìn)行錄放的的操作；CE=1 時，無法進(jìn)行錄放操作。EOM：信息結(jié)束的標(biāo)志。一段語音信號錄制完畢后，EOM 標(biāo)志由芯片自動插入到信息結(jié)尾，放音過程中，若 EOM=0，說明信號結(jié)束，停止播放。3.2.3.2.主程序工作原理與流程圖主程序工作原理與流程圖本系統(tǒng)中單片機(jī)控制語音芯片錄播

36、的程序主要是單片機(jī)對 ISD1420 芯片的控制字的寫入，程序流程圖如圖 3-1 所示。 . . . 15 / 23開始系統(tǒng)初始化PD端置0，芯片開始工作；燈1點亮PR端置0，設(shè)為錄音狀態(tài)錄音鍵按下？延時10ms去抖動調(diào)用錄音子程序，開始錄音放音鍵按下？調(diào)用放音子程序，開始放音結(jié)束YNYN芯片停止工作，燈1熄滅圖 3-1 主程序流程圖ISD1420 雖然提供了地址輸入線，但它的部信息段的地址卻無法讀出。需要采用直接尋址模式進(jìn)行尋址。其實現(xiàn)方式有兩種：一是由于 ISD1420 的地址分辨率為 100 ms，所以可用單片機(jī)部定時器定時 100 ms，然后再利用一計數(shù)器對單片機(jī)定時次數(shù)進(jìn)行計數(shù)，則計

37、數(shù)器的計數(shù)值為語音段所占用的地 . . . 16 / 23址單元。該方式能充分利用 ISD1420 部的 EEPROM，在字段較多時可利用該方下后，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。3.3.3.3.子程序流程圖與代碼子程序流程圖與代碼3.3.13.3.1 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開始錄音點亮燈2熄滅燈1是否松開錄音鍵？錄音結(jié)束熄滅燈2點亮燈1YN返回圖 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 RE

38、CORD 所表示的錄音按鍵是否CE松開，若按鍵松開，則置端為高電平，錄音結(jié)束。程序段如下：CECLR CE；開始錄音CLR LED2SETB LED1；點亮燈 2，滅掉燈 1JNB RECORD，$SETB CE；錄音鍵松開后，錄音結(jié)束 SETB LED2CLR LED1；燈 2 滅，燈 1 亮 . . . 17 / 233.3.23.3.2 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啟動放音燈3點亮燈1熄滅語音結(jié)束信號EOM為0？燈3熄滅燈1點亮YN返回圖 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，啟動播放。播放過程

39、中等待CE語音段結(jié)束信號 EOM，當(dāng) EOM=0 時，提示語音信號結(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；啟動播放CLR LED3；STEB LED1；點亮燈 3，熄滅燈 1NOP NOPTURN: EOM,TURN；等待語音段結(jié)束信號SETB LED3；CLR LED1；燈 3 滅，燈 1 亮 3.4.3.4.程序代碼：程序代碼：LED1 BIT P0.0;燈 1 . . . 18 / 23 LED2 BIT P0.1;燈 2 LED3 BIT P0.2;燈 3 RECORD BIT P0.3;錄音按鍵 PLAY BIT P0.4;播放按鍵

40、PR BIT P2.0;Play or record EOM BIT P2.1;End of message 引腳 PD BIT P2.2;ISD1420 POWER DOWN 按鍵 CE BIT P2.3;ISD1420 的片選信號，低有效 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0030HMAIN: SETB LED1 SETB LED2 SETB LED3START: LCALL SYSINT;系統(tǒng)初始化 CLR PD;芯片工作 CLR LED1;點亮燈 1 CLR PR;設(shè)置為錄音狀態(tài)LOOP: RECORD,LOOPE;錄音鍵按下否？ LCALL DELAY10MS LCAL

41、L TORECORDLOOPE: PLAY,LOOP;放音鍵按下否？ LCALL TOPLAY STEB PD;芯片停止工作 STEB LED1 END；系統(tǒng)初始化程序SYSINT： CLR EA MOV P1,#40H;ISD1420 處于 PUSH-BUTTON 模式，A6/M6 為高電平，A0/M0A5/M5,A7 都為低電平 SETB P2.4 SETB P2.5;A8,A9 置為高電平 RET;錄音子程序 . . . 19 / 23TORECORD：CLR CE;開始錄音CLR LED2 SETB LED1;點亮燈 2，滅掉燈 1 JNB RECORD,$ SETB CE;錄音鍵松開

42、后，錄音結(jié)束 SETB LED2; CLR LED1;燈 2 滅，燈 1 亮 RET;放音子程序TOPLAY: SETB PR;置放音狀態(tài)CLR CE;啟動播放CLR LED3; STEB LED1;點亮燈 3,熄滅燈 1 NOP NOPTURN: EOM,TURN ;等待語音段結(jié)束信號 SETB LED3; CLR LED1;燈 3 滅，燈 1 亮 RET ;10ms 的延時程序DELAY10MS：MOV R7，#20DELAY1： MOV R6，#250 DJNZ R6，$ DJNZ R7,DELAY1 RET結(jié)束語結(jié)束語本文設(shè)計的語音系統(tǒng)硬件電路簡單，調(diào)試方便。即可作為電腦語音系統(tǒng)的語音

43、板，又可作為語音服務(wù)系統(tǒng)的子系統(tǒng)。針對 ISD 語音芯片的特點，設(shè)計出的一種由單片機(jī)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)錄放功能的語音電路，可作為錄音機(jī)、復(fù)讀機(jī)、音頻記錄儀使用，既節(jié)省存儲空間，又降低成本，具有較高的實用價值。ISD 語音芯片精度高，集成度高，能夠使得微機(jī)的語音輸出結(jié)構(gòu)大大的簡化，能使生產(chǎn)的造價大 . . . 20 / 23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)動車輛，語音室里都能正常的輸出語音，信息保存時間長，工作可靠；輸出可以高保真的再現(xiàn)原聲，可將 ISD芯片用于語音與聲音信號的檢測或模擬系統(tǒng)，能實現(xiàn)語音的非定長錄制。上面這個語音芯片設(shè)計電路可以

44、應(yīng)用于家電、防盜、通信、汽車偵測器、工業(yè)產(chǎn)品、醫(yī)療、美容器材與警報，絨毛玩具、精美禮品、精美廣告贈品、益智玩具、圣誕與節(jié)日禮品玩具、圣誕樹、圣誕魚、有聲語音鬧鐘。且外圍電路元件少、體積小、易于再次開發(fā)或改進(jìn)電路，具有很高的實用價值。對于該系統(tǒng)的改進(jìn)，主要有 2 個方面。硬件部分的改進(jìn)，利用 stc89C52 芯片余下的管腳可以外接一顯示模塊，對當(dāng)前錄放音的狀態(tài)進(jìn)行顯示。而對于軟件部分，可以利用 ISD1420 直接尋址模式對語音信號分段錄放。ISD1420 最大錄音時間為 60s，對聲音信號分段錄音，設(shè)置各錄音段的起始地址，存儲在芯片的存儲器中，放音時，直接尋找到起始地址就能實現(xiàn)對各段語音信號的播放了。附錄附錄 1 11.1 原