基于單片機的錄音筆設(shè)計1

..基于單片機的錄音筆設(shè)計摘要隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,數(shù)碼錄音筆已得到了越來越多的人的青睞,論文通過對多種錄音筆的設(shè)計方案進行了比較和分析,選定STC90C52單片機設(shè)計了一個數(shù)碼錄音筆。本文提出并設(shè)計實現(xiàn)了基于STC90C52單片機和ISD4004語音芯片的多功能錄音筆方案。首先介紹了設(shè)計方案的選擇,接著進行了系統(tǒng)的硬件設(shè)計,包括音頻輸入輸出電路的設(shè)計、按鍵控制電路的設(shè)計、液晶顯示電路的設(shè)計等,設(shè)計中以STC90C52單片機主控制為核心,采用了美國ISD公司制造的ISD4004語音芯片實現(xiàn)錄放系統(tǒng)的功能。其中按鍵控制電路對整個系統(tǒng)進行控制,顯示電路用LCD1602更直觀的錄音放音,音頻放大電路放大器采用通用型音頻功率放大器LM386來實現(xiàn)。系統(tǒng)模塊包括主程序模塊、語音信號的采集模塊、鍵盤掃描模塊等,進行了程序流程的設(shè)計,編寫了程序代碼。系統(tǒng)實現(xiàn)了語音數(shù)據(jù)的錄制、播放、暫停、循環(huán)播放、重復播放、選擇上一段、選擇下一段以及用LCD1602等顯示相關(guān)操作等功能,設(shè)計具有一定的應(yīng)用價值。關(guān)鍵詞：ISD4004STC90C52錄音筆錄音Abstract：Withtherapiddevelopmentofelectronictechnology,digitalvoicerecorderhasbeenmoreandmorepeoplehavefavoredpaperonthedesignofavarietyofvoicerecorderwerecomparedandanalyzed,theselectedSCMSTC90C52designedadigitalvoicerecorder.ThispaperisproposedbasedonSTC90C52SCMandISD4004pronunciationchipvoicestorageandplaybackdesignscheme.Firstlyintroducestheselectionofdesignscheme,thenthehardwaredesign,includingaudioinput/outputcircuitdesign,buttoncontrolcircuitdesign,liquidcrystaldisplaycircuitdesign,designwithSTC90C52singlechipcomputermastercontrolasthecore,usingAmericaISDcompaniesmanufactureofISD4004pronunciationchiprealizingthefunctionofrecordingsystem.Onebuttoncontrolcircuittocontrolthewholesystem,displaycircuitwithaLCDmoreintuitiverecordingplayback,audioamplifiercircuitamplifierusinguniversalmodelLM386audioamplifiertorealize.Systemmodulesincludingmainprogrammodule,speechsignalacquisitionmodule,thekeyboardscanmodule,speechsignalstoragemoduledesign,thedesignoftheprogramflowandwriteprogramcode.Systemrealizesthespeechdatarecorded,play,pause,looping,aired,choosealong,choosingthenextparagraphanduseLCD1602relevantoperatingfunctionssuchasdesignhascertain,theapplicationvalue.Keywords：ISD4004STC90C52目錄第1章前言11.1研究意義11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的對比11.3主要研究內(nèi)容2第2章設(shè)計方案及元器件的介紹32.1系統(tǒng)的總體設(shè)計方案32.2主要器件的介紹52.2.1ISD400452.2.2DS130282.2.3AT24C02102.2.4LCD1602102.2.5STC90C5211第3章硬件設(shè)計133.1系統(tǒng)整體工作原理133.2語音信號輸入電路133.3LM386音頻功放電路143.4DS1302電路153.5AT24C02電路153.6LCD1602電路163.7蜂鳴器電路163.7中斷按鍵17第4章軟件設(shè)計184.1軟件總設(shè)計思路184.2錄音程序設(shè)計204.3放音程序設(shè)計214.4按鍵部分程序設(shè)計23第5章系統(tǒng)測試255.1系統(tǒng)實物圖255.2系統(tǒng)概況255.2系統(tǒng)的不足和改進26結(jié)論27致謝28參考文獻29..第1章前言1.1研究意義數(shù)碼錄音筆對于我們現(xiàn)如今的人們己經(jīng)是再熟悉不過的產(chǎn)品了,它己經(jīng)應(yīng)用在了很多地方,其中主體部分應(yīng)該是記者了。正是基于錄音筆能夠錄音的特點,在你無法憑借記憶記住重要談話,或者重要會議的重要內(nèi)容的時候,它便體現(xiàn)除了它的優(yōu)勢,清晰完整無誤的記錄下你要記錄的東西,而你能夠拿出更多的時間來處理其他事情。除此之外錄音筆小巧易于攜帶,存儲內(nèi)容量大,基于這些優(yōu)點,越來越得到人們的青睞。現(xiàn)在所說的錄音筆指的數(shù)碼錄音筆,也稱為數(shù)碼錄音棒或數(shù)碼錄音機,數(shù)字錄音器的一種,為了便于操作和提升錄音質(zhì)量造型并非以單純的筆型為主,攜帶方便,同時擁有多種功能。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的對比就聲音錄制而言,雖然專業(yè)的數(shù)碼錄音筆不論在錄音長度上還是品質(zhì)上,都擁有絕對的優(yōu)勢,但隨著多功能MP3,MP4,PDA甚至是智能手機的普及,錄音逐漸成為了隨身數(shù)碼設(shè)備中的一項附屬功能。盡管不少缺乏技術(shù)的國內(nèi)小廠都相繼退出了數(shù)碼錄音筆市場,但以三星為代表的世界級數(shù)碼巨頭并沒有宣言放棄,反而借助新的技術(shù)和設(shè)計,給這個看似一潭死水的市場注入了新的活力。首先錄音作為任何一款錄音筆都是必不可少的基本功能,所以好的音質(zhì)便成為了錄音筆未來發(fā)展方向之一。隨著閃存技術(shù)的長足進步,存儲容量已經(jīng)不再是數(shù)碼錄音筆的發(fā)展瓶頸,相反,過大的容量還會顯得有些雞肋。于是,精明的商家開始重新恢復音質(zhì)的魅力,并令其成為數(shù)碼錄音筆發(fā)展的一大方向。三星則在此基礎(chǔ)上將其在家庭影院中的王牌3D音效技術(shù)DNSe運用到數(shù)碼錄音筆產(chǎn)品當中,這種音效增強技術(shù)與單純地擴大頻率范圍完全不同,也就是說,即使用較小的頻率范圍實現(xiàn)長時間錄音,也能獲得優(yōu)化后的錄制效果。DNSe是三星耗時六年開發(fā)的虛擬音效技術(shù),并主要用于家庭影院和高端MP3產(chǎn)品上,它能夠通過聲音數(shù)字信號的處理,創(chuàng)造出更為逼真的臨場感,聽者能夠明顯感覺到聲音從四面八方傳來,并且范圍更遠,聲音更純凈。搭載了DNSe音效的三星YV-150,不僅在錄音上擁有了得天獨厚的優(yōu)勢,還因此獲得了媲美專業(yè)MP3的音樂播放能力。值得注意的是,作為數(shù)碼音樂領(lǐng)域的翹楚,三星的新一代DNSe2.0音效技術(shù)已經(jīng)開始在13等新品上登場。并且,種種跡象表明三星正在試圖通過音效升級,來創(chuàng)造獨特的市場競爭力,數(shù)碼錄音筆的音質(zhì)全面提升或許僅是時間問題。其次,僅僅擁有好的音質(zhì)是不夠的。未來的錄音筆應(yīng)該具有更強大的功能。專業(yè)數(shù)碼錄音筆之所以專業(yè),還在于它在功能上更加貼近商務(wù)人士的需求。錄音筆錄制出來的文件要使用于其他數(shù)碼設(shè)備,那么保存為MP3格式是最方便的,電腦、手機、MP3都能輕松播放三星YV-150可以直接把錄音存為MP3文件,很大程度上方便了用戶使用。另外,對于經(jīng)常出差的商旅人士,三星YV-150非常值得推薦,其專業(yè)級的音效增強芯片會給音樂播放帶來震撼的感受,讓你在工作之余也能娛樂休閑。隨著視聽家電產(chǎn)品的不斷豐富,已經(jīng)有越來越多微小型產(chǎn)品走入人們的日常生活,他們最突出的優(yōu)點是體積小,而且重量輕,給人們帶來了方便。作為一種簡單的獲取和記錄數(shù)字化文件的工具,錄音筆風靡市場,成為學生記者、商務(wù)人士購置錄音設(shè)備的首選。不僅在校園里取代了復讀機,也成為時間緊張在職人員的掌上新寵。1.3主要研究內(nèi)容語言在人類發(fā)展史中起到了至關(guān)重要的作用,它的作用并不亞于直立行走和工具的使用,怎樣能把人類的語言絲毫不差地記錄下來也是人們一直思考的問題。隨著人類社會的不斷進步,隨著數(shù)字化信號處理技術(shù)的不斷提高,語音處理大規(guī)模集成電路的進步,語音合成,語音識別,語音存儲和回放技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛,其自動化程度越來越高,使用范圍越來越廣,前景十分喜人。并且,錄放系統(tǒng)還具有電路簡明、應(yīng)用方便、單片錄放、不怕掉電、音色純正、性價比高等特性。所以本次設(shè)計就利用單片機和語音芯片來實現(xiàn)一個錄音筆系統(tǒng)。對于錄音筆的最基本的要求便是可以錄音、播放,重復錄音以及播放要求。STC90C52該款單片機資源豐富,再加上與isd4004語音芯片的結(jié)合來實現(xiàn)語音的存儲與回放,通過單片機的控制可以實現(xiàn)語音的多錄多放的功能。第2章設(shè)計方案及元器件的介紹2.1系統(tǒng)的總體設(shè)計方案多功能錄音筆的主要功能是實現(xiàn)語音存儲與定時播放。要實現(xiàn)語音存儲與定時播放的方法很多,可供選擇的器件也很多。由于單片機等微控制器的出現(xiàn)和數(shù)字電路技術(shù)的發(fā)展,使得現(xiàn)在的語音存儲與自動播放變得易于實現(xiàn)。本設(shè)計采用單片機作為微控制器。選用字長為8位的STC90C52單片機作為控制器。目前可以與單片機配合使用的語音芯片有很多,其中不乏性能十分優(yōu)越的語音芯片,美國ISD公司生產(chǎn)的ISD40O4語音芯片就是它們中的一員。ISD4004芯片采用CMOS技術(shù),內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動靜噪及高密度多電平閃爍存貯陣列。引腳包括電源、時鐘、語音信號模擬輸入／輸出端、與MCU接口<SPI接口>幾部分。芯片采用多電平直接模擬量存儲技術(shù),每個采樣值直接存貯在片內(nèi)閃爍存貯器中,因此能夠非常真實、自然地再現(xiàn)語音。ISD4004系列單片錄放時間為8～16min,采樣頻率可為4．0／5．3／6．4／8．0kHz,頻率越低,錄放時間越長,而音質(zhì)則有所下降。芯片設(shè)計基于所有操作必須由微控制器控制,操作命令可通過串行通信接口<SPI或Mi—crowire>送入。由于ISD4004的眾多優(yōu)點,本設(shè)計就采用它作為錄放音器件。系統(tǒng)外接時鐘芯片DS1302、中斷鍵盤LCD1602顯示和E2PROMAT24CO2。錄音時為了改善語音質(zhì)量,要提高輸入端的信噪比,因此在系統(tǒng)的輸入端采用三極管<9011>放大電路單端輸入,系統(tǒng)的輸出端經(jīng)音頻功率放大器LM386放大輸出后驅(qū)動揚聲器。如果錄音筆只作為錄音放音顯得功能單一,為此加入了時間功能。如采用單片機內(nèi)部定時器來作為時間的話,時間不夠準確,卻比較浪費單片機資源。為此選擇了DS1302做為時鐘芯片。該芯片是美國DALLAS公司推出的一卷低功耗、高性價的實時時鐘芯片,價格低廉、電路接口簡單、使用方便,含有主電源/后備電源雙電源引腳,并提供了對后備電源進行涓細電流充電的能力。采用SPI三線接口與CPU進行同步通信,可提供秒、分、時、日、星期、月和年、一個月小31天時自動調(diào)整,且具有閏年補償功能。時間對人們來說總是那么寶貴,工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當前的時間。忘記了要做的事情,當事情不是很重要的時候,這種遺忘無傷大雅。但是,一旦重要事情,一時的耽誤可能釀成大禍。鬧鐘在一定程度上能解決這些問題。既然能錄音了,該設(shè)計就在此基礎(chǔ)上增加了自錄語音信息,提示該做的事,人難免有些時候鬧鐘響了卻忘記自己該做什么事了。語音芯片是該設(shè)計中的核心,對于設(shè)計十分重要。目前可以與單片機配合使用的語音芯片有很多,其中不乏性能十分優(yōu)越的語音芯片,美國ISD公司生產(chǎn)的ISD4004語音芯片就是它們中的一員。ISD4004芯片采用CMOS技術(shù),內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動靜噪及高密度多電平閃爍存貯陣列。引腳包括電源、時鐘、語音信號模擬輸入/輸出端、與MCU接口<SPI接口>幾部分。芯片采用多電平直接模擬量存儲技術(shù),每個采樣值直接存貯在片內(nèi)閃爍存貯器中,因此能夠非常真實、自然地再現(xiàn)語音。該設(shè)計中為了使用戶使用更加方便,每段錄音的長短以及錄音時間都會顯示給用戶。但是難免不會有電池掉電的可能性,尤其是掉電之后,語音鬧鐘時間也會丟失。為此在該設(shè)計中加入了EEPROM,在掉電之后,存儲的這些鬧鐘數(shù)據(jù)、錄音時間等數(shù)據(jù)也不會丟失。在考慮存儲數(shù)據(jù)量的大小以及性價比之后,選擇了AT24C02這款芯片。該芯片有2k位存儲空間,足以應(yīng)付該設(shè)計中的數(shù)據(jù)量。芯片接口方便,體積小,在儀器儀表及工業(yè)自動化控制中得到大量的應(yīng)用。AT24C02是個不錯的選擇。該系統(tǒng)是通過控制核心單片機來控制各個模塊的工作。系統(tǒng)的總體設(shè)計框圖如：圖2-1：駐極體話筒駐極體話筒三極管放大電路ISD4004DS1302揚聲器中斷鍵盤AT24C02LCD1602STC90C52LM386組成的功放電路圖2-1系統(tǒng)總體設(shè)計框圖2.2主要器件的介紹2.2.1ISD4004ISD4004語音芯片與普通的錄音/重放芯片相比,ISD4004具有如下優(yōu)點:首先是記錄聲音沒有段長度限制,并且聲音記錄不需要A/D轉(zhuǎn)換和壓縮。其次,快速閃存作為存儲介質(zhì),無需電源可保存數(shù)據(jù)長達100年,重復記錄100000次以上。此外ISD4004具有記錄時間長<可達16分鐘,本論文采用的為8分鐘的ISD4004語音芯片>的優(yōu)點。最后ISD4004開發(fā)應(yīng)用具有所需外圍電路簡單的優(yōu)點。基于ISD4004以上的優(yōu)點,這也是我這次論文選擇該語音芯片的原因。ISD4004芯片有如下特點：1.單片8至16分鐘語音錄放2.內(nèi)置微控制器串行通信接口3.3V單電源工作4.多段信息處理5.工作電流25-30mA,維持電流1μA6.不耗電信息保存100年<典型值>7.高質(zhì)量、自然的語音還原技術(shù)8.10萬次錄音周期<典型值>9.自動靜噪功能10.片內(nèi)免調(diào)整時鐘,可選用外部時鐘電源<VCCA,VCCD>：為使噪聲最小,芯片的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線,并且分別引到外封裝的不同管腳上,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)盡量靠近器件。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。同相模擬輸入<ANAIN+>：這是錄音信號的同相輸入端。輸入放大器可用單端或差分驅(qū)動。單端輸入時,信號由耦合電容輸入,最大幅度為峰峰值32mV,耦合電容和本端的3KΩ電阻輸入阻抗決定了芯片頻帶的低端截止頻率。差分驅(qū)動時,信號最大幅度為峰峰值16mV,為ISD33000系列相同。反相模擬輸入<ANAIN->：差分驅(qū)動時,這是錄音信號的反相輸入端。信號通過耦合電容輸入,最大幅度為峰峰值16mV音頻輸出<AUDOUT>：提供音頻輸出,可驅(qū)動5KΩ的負載。片選<SS>：此端為低,即向該ISD4004芯片發(fā)送指令,兩條指令之間為高電平。串行輸入<MOSI>：此端為串行輸入端,主控制器應(yīng)在串行時鐘上升沿之前半個周期將數(shù)據(jù)放到本端,供ISD輸入。串行輸出<MISO>：ISD的串行輸出端。ISD未選中時,本端呈高阻態(tài)。串行時鐘<SCLK>：ISD的時鐘輸入端,由主控制器產(chǎn)生,用于同步MOSI和MISO的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)在SCLK上升沿鎖存到ISD,在下降沿移出ISD。中斷</INT>：本端為漏極開路輸出。ISD在任何操作<包括快進>中檢測到EOM或OVF時,本端變低并保持。中斷狀態(tài)在下一個SPI周期開始時清除。中斷狀態(tài)也可用RINT指令讀取。OVF標志指示ISD的錄、放操作已到達存儲器的未尾。EOM標志只在放音中檢測到內(nèi)部的EOM標志時,此狀態(tài)位才置1。行地址時鐘<RAC>：漏極開路輸出。每個RAC周期表示ISD存儲器的操作進行了一行<ISD4004系列中的存貯器共2400行>。該信號175ms保持高電平,低電平為25ms。快進模式下,RAC的218.75μs是高平,31.25μs為低電平。該端可用于存儲管理技術(shù)。外部時鐘<XCLK>：本端內(nèi)部有下拉元件。芯片內(nèi)部的采樣時鐘在出廠前已調(diào)校,誤差在+1%內(nèi)。商業(yè)級芯片在整個溫度和電壓范圍內(nèi),頻率變化在+2.25%內(nèi)。此時鐘已經(jīng)比較精準,所以一般不采用外接時鐘。在不外接地時鐘時,此端必須接地。自動靜噪<AMCAP>：當錄音信號電平下降到內(nèi)部設(shè)定的某一閾值以下時,自動靜噪功能使信號衰弱,這樣有助于養(yǎng)活無信號<靜音>時的噪聲。通常本端對地接1mF的電容,構(gòu)成內(nèi)部信號電平峰值檢測電路的一部分。檢出的峰值電平與內(nèi)部設(shè)定的閾值作比較,決定自動靜噪功能的翻轉(zhuǎn)點。大信號時,自動靜噪電路不衰減,靜音時衰減6dB。1mF的電容也影響自動靜噪電路對信號幅度的響應(yīng)速度。本端接VCCA則禁止自動靜噪。ISD4004工作于SPI串行接口。SPI協(xié)議是一個同步串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,協(xié)議假定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK的下降沿動作,因此對ISD4004而言,在時鐘止升沿鎖存MOSI引腳的數(shù)據(jù),在下降沿將數(shù)據(jù)送至MISO引腳。協(xié)議的具體內(nèi)容為：SS在傳輸期間必須保持為低電平,在兩條指令之間則保持為高電平。數(shù)據(jù)在時鐘上升沿移入,在下降沿移出。4.SS變低,輸入指令和地址后,ISD才能開始錄放操作。指令格式是<8位控制碼>加<16位地址碼>。ISD的任何操作<含快進>如果遇到EOM或OVF,則產(chǎn)生一個中斷,該中斷狀態(tài)在下一個SPI周期開始時被清除。使用"讀"指令使中斷狀態(tài)位移出ISD的MISO引腳時,控制及地址數(shù)據(jù)也應(yīng)同步從MOSI端移入。因此要注意移入的數(shù)據(jù)是否與器件當前進行的操作兼容。當然,也允許在一個SPI周期里,同時執(zhí)行讀狀態(tài)和開始新的操作所有操作在運行位<RUN>置1時開始,置0時結(jié)束。所有指令都在SS端上升沿開始執(zhí)行。該芯片的上電順序：器件延時TPUD后才能開始操作。因此,用戶發(fā)完上電指令后,必須等待TPUD,才能發(fā)出一條操作指令。例如從00從處發(fā)音,應(yīng)遵循如下時序:發(fā)POWERUP命令；等待TPUD<上電延時>；發(fā)地址值為00的SETPLAY命令；發(fā)PLAY命令器件會從此00地址開始放音,當出現(xiàn)EOM時,立即中斷,停止放音。如果從00處錄音,則按以下時序:發(fā)POWERUP命令；等待TPUD<上電延時>；發(fā)POWERUP命令等待2倍TPUD；發(fā)地址值為00的SETREC命令；發(fā)REC命令,器件便從00地址開始錄音,一直到出現(xiàn)OVF<存貯器末尾>時,錄音停止。表2.1ISD4004指令表指令8位控制碼<16位地址>操作摘要POWERUP001001XX<XXXXXXXXXXXXXXXX>上電：等待TPUD后器件可以工作SETPLAY11100XXX<A15-A00>從指定地址開始放音。必須后跟PLAY指令使放音繼續(xù)PLAY11110XXX<XXXXXXXXXXXXXXX>從當前地址開始放音〔直至EOM或OVFSETREC11101XXX<A15-A00>從指定地址開始錄音。必須后跟REC指令錄音繼續(xù)REC10110XXX<XXXXXXXXXXXXXXX>從當前地址開始錄音<直至OVF或停止>SETMC11101XXX<A15-A00>從指定地址開始快進。必須后跟MC指令快進繼續(xù)MC11111XXX<XXXXXXXXXXXXXXX>執(zhí)行快進,知道EOM。若再無信息,則進入OVF狀態(tài)STOP0X110XXX<XXXXXXXXXXXXXXXX>停止當前操作STOPWRDN0X01XXXX<XXXXXXXXXXXXXXXX>停止當前操作并掉電RINT0X110XXX<XXXXXXXXXXXXXXXX>讀狀態(tài)：EOM或OVF2.2.2DS1302DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時鐘芯片,內(nèi)含有一個實時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM,通過簡單的串行接口與單片機進行通信實時時鐘/日歷電路。提供秒、分、時、日、月、年的信息,每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整,時鐘操作可通過AM/PM指示決定采用24或12小時格式。DS1302與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信,僅需用到三個口線：RES復位,I/O數(shù)據(jù)線,SCLK串行時鐘。DS1302工作時功耗很低,保持數(shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于1mW。DS1302是由DS1202改進而來,增加了一些特性。雙電源管腳用于主電源和備份電源供應(yīng),為可編程涓流充電電源附加七個字節(jié)存儲器。下面將主要的性能指標作一綜合：1、實時時鐘具有能計算2100年之前的秒分時日日期星期月年的能力還有閏年調(diào)整的能力；2、318位暫存數(shù)據(jù)存儲RAM；3、串行I/O口方式使得管腳數(shù)量最少；4、寬范圍工作電壓2.0—5.5V；5、工作電流2.0V時,小于300nA；6、讀/寫時鐘或RAM數(shù)據(jù)時有兩種傳送方式單字節(jié)傳送和多字節(jié)傳送字符組方式；7、8腳DIP封裝或可選的8腳SOIC封裝根據(jù)表面裝配；8、簡單3線接口；9、與TTL兼容Vcc=5V；10、可選工業(yè)級溫度范圍-40+85；11、對Vcc1有可選的涓流充電能力；12、雙電源管用于主電源和備份電源供應(yīng)；13、備份電源管腳可由電池或大容量電容輸入；14、附加的7字節(jié)暫存存儲器；DS1302的引腳排列如下圖〔圖2-2所示.圖2-2DS1302芯片引腳2.2.3AT24C0224C02與單片機的接口非常簡單,如下圖<圖2-3>所示。A0,A1,A2為器件地址線,WP為寫保護引腳,SCL,SDA為二線串行接口,符合I2C總線協(xié)議。圖2-3AT24C02引腳圖該芯片有如下特點：2.低電壓技術(shù)：1mA典型工作電流1uA典型待機電流3.儲存器組織結(jié)構(gòu)4.2線串行接口,完全兼容I2C總線5.施密特觸發(fā)輸入噪聲抑制6.硬件數(shù)據(jù)寫保護7.內(nèi)部與周期〔最大5ms8.自動遞增地址9.可按照字節(jié)寫10.esd保護大于2.5kV11.高可靠性：--擦寫壽命：100萬次數(shù)據(jù)保持時間：100年12.無鉛工藝,符合RoHS標準2.2.4LCD16021602液晶也叫1602字符型液晶,它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊,它有若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成,每個點陣字符位都可以顯示一個字符。每位之間有一個點距的間隔每行之間也有也有間隔起到了字符間距和行間距的作用,正因為如此,所以他不能顯示圖形〔用自定義CGRAM,顯示效果也不好。目前常用16*1,16*2,20*2和40*2行等的模塊。1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行,每行16個字符液晶模塊。一般1602字符型液晶顯示器實物如圖2-5如下。圖2-5LCD1602實物圖LCD1602具有如下特性：1、+5V電壓,對比度可調(diào)2、內(nèi)含復位電路3、提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標閃爍、顯示移位等多種功能4、有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲器DDRAM5、內(nèi)建有160個5X7點陣的字型的字符發(fā)生器CGROM6、8個可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM2.2.5STC90C52STC90C52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。STC90C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核,但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。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。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、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下,RAM內(nèi)容被保存,振蕩器被凍結(jié),單片機一切工作停止,直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35MHz,6T/12T可選。其引腳圖如圖2-6所示。圖2-6STC90C52引腳圖其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要組成為：1、8位CPU,8kbytes程序存儲器<ROM>；2、256bytes的數(shù)據(jù)存儲器<RAM>；3、32條I/O口線,111條指令,大部分為單字節(jié)指令；4、21個專用寄存器；5、3個可編程定時/計數(shù)器,6個中斷源,2個優(yōu)先級；6、I/O口：4個8位并行I/O口,既可用作輸入,也可用作輸出；7、T/C：3個定時/記數(shù)器,既可以工作在定時模式,也可以工作在記數(shù)模式；8、一個全雙工UART〔通用異步接收發(fā)送器的串行I/O口,用于實現(xiàn)單片機之間或單片機與微機之間的串行通信；9、片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路,石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高振蕩頻率為12M。第3章硬件設(shè)計3.1系統(tǒng)整體工作原理系統(tǒng)主要有七個部分,語音模塊部分、蜂鳴器部分、控制處理部分、數(shù)據(jù)存儲部分部分、中斷按鍵部分、顯示部分和實時時鐘部分,如：圖3-1：STC90C52STC90C52MCULCD1602中斷按鍵DS1302AT24C02ISD4004聲音采集三極管放大電路LM386功放圖3-1系統(tǒng)工作原理圖3.2語音信號輸入電路該部分的主要元件是駐極體話筒,在電路的選擇上主要有兩種方案,如圖。方案一：如下圖3-2所示。圖3-2mic電路接法一方案二：如下圖3-3所示。圖3-3mic電路接法二3、方案比較：語音信號經(jīng)過駐極體話筒轉(zhuǎn)化為的電信號很微弱,在送入語音芯片之前如果經(jīng)過放大可以提高信號的信噪比,以達到更好的抑制噪聲的目的。方法二中使用三極管對駐極體話筒產(chǎn)生的信號進行放大能達到此效果,所以該設(shè)計中采用方法二中電路。3.3LM386音頻功放電路本設(shè)計中從語音芯片輸出的語音信號很微弱,不能直接驅(qū)動揚聲器,所以要在語音芯片和揚聲器之間加上一個功率放大電路。圖3-4LM386功放電路功率放大電路使用美國國家半導體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器LM386并配合少許電容電阻構(gòu)成〔如圖3-4所示。該功放電路的放大效果良好,噪音小,可以滿足該設(shè)計的要求。其集成功放電壓可達到26dB,機電壓放大倍數(shù)為20,可調(diào)電阻R4可調(diào)節(jié)揚聲器的音量。3.4DS1302電路DS1302電路簡單,與CPU的連接需要三條線,即SCLK<7>、I/O<6>、RST<5>,再加上一個32.758Khz的晶振即可。DS1302可以接兩個電源,其中Vcc1為后備電源,VCC2為主電源。后備電源一般選用紐扣電池或大電容,這樣在主電源關(guān)閉的情況下,也能保持時鐘的連續(xù)運行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當Vcc2大于Vcc1+0.2V時,Vcc2給DS1302供電。當Vcc2小于Vcc1時,DS1302由Vcc1供電。其電路如下圖3-5所示。圖3-5DS1302電路3.5AT24C02電路24C02與單片機的接口簡單,A0、A1、A2為地址線,WP為寫保護引腳,SCL,SDA為二線串行接口,符合I2C總線協(xié)議。在該設(shè)計中僅需一個24C02芯片,地址線不需要。但是為了防止靜電干擾,將這三個引腳接地。如圖3-6所示。圖3-6AT24C02電路3.6LCD1602電路1602采用標準的16腳接口,其中：第1腳：VSS為電源地第2腳：VCC接5V電源正極第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端,接正電源時對比度最弱,接地電源時對比度最高〔對比度過高時會產(chǎn)生"鬼影",可以通過10K電位器調(diào)整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇,高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號線,高電平<1>時進行讀操作,低電平<0>時進行寫操作。第6腳：E<或EN>端為使能<enable>端,高電平〔1時讀取信息,負跳變時執(zhí)行指令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。第15～16腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極,16腳背光負極。 該設(shè)計具體接法如下圖3-7所示：圖3-7LCD1602電路3.7蜂鳴器電路本設(shè)計選擇一只蜂鳴器來實現(xiàn)當預先規(guī)定的提醒時間到時有聲音提醒信號產(chǎn)生。壓電式蜂鳴器工作時約需要10mA的驅(qū)動電流,并設(shè)計一個相應(yīng)的驅(qū)動及控制電路。

蜂鳴器作為三極管的集電極負載,VT1用來控制蜂鳴器的發(fā)聲與否。當三極管導通時,蜂鳴器發(fā)出蜂鳴的聲音,VT1斷開時,蜂鳴器不發(fā)聲。R9是限流電阻。

下面我們來介紹下蜂鳴器電路與單片機的接口問題。

VT1的基極與單片機P2口的P2.3引腳〔FM相連接,此時的P2.3引腳就是作為輸出口使用的。當FM＝0時,三極管導通時,使蜂鳴器的兩個引腳間產(chǎn)生近5V的直流電壓,蜂鳴器中有電流通過,而產(chǎn)生蜂鳴音。當FM＝1時,三極管斷開,蜂鳴器的兩引腳間的直流電壓為于0V,蜂鳴器就不會發(fā)出提示聲音。蜂鳴電路如圖3－8所示。圖3-8蜂鳴器電路3.7中斷按鍵鍵盤是單片機系統(tǒng)中最常用的人際聯(lián)系的一種輸入設(shè)備。用戶通過鍵盤可以向CPU輸入數(shù)據(jù)、地址和命令。按其結(jié)構(gòu)形式可分為編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤兩大類。編碼式鍵盤是由內(nèi)部硬件邏輯電路自動產(chǎn)生被按鍵的編碼。這類鍵盤使用方便但價格較貴。非編碼式鍵盤主要由軟件產(chǎn)生被按鍵的編碼。它結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜,但使用起來不如編碼式鍵盤方便,鍵盤管理程序的編制也較復雜。設(shè)計中考慮到系統(tǒng)需要按鍵不多及價格因素,選擇的是非編碼式鍵盤,兩個直接接普通IO口,另外四個按鍵和與門搭建,共接一外部中斷。如圖3-9所示。圖3-9按鍵電路第4章軟件設(shè)計4.1軟件總設(shè)計思路本設(shè)計的程序代碼在Keil環(huán)境下編寫,Keil可以使用匯編語言和C語言,但C語言使用靈活,調(diào)試方便,所以該設(shè)計選擇C語言。KeilC51是美國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng),與匯編相比,C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢,因而易學易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案,通過一個集成開發(fā)環(huán)境〔uVision將這些部分組合在一起。使用C語言編程,Keil幾乎就是不二之選,即使不使用C語言而僅用匯編語言編程,其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調(diào)試工具也會令你事半功倍。該設(shè)計中用到的是KeilμVision4版本。KeilμVision4引入靈活的窗口管理系統(tǒng),使開發(fā)人員能夠使用多臺監(jiān)視器,并提供了視覺上的表面對窗口位置的完全控制的任何地方。新的用戶界面可以更好地利用屏幕空間和更有效地組織多個窗口,提供一個整潔,高效的環(huán)境來開發(fā)應(yīng)用程序。該設(shè)計以MCS-51系列單片機為核心器件組成一個多功能錄音筆系統(tǒng)。系統(tǒng)具有標準的日歷和時鐘,既年、月、日、星期、時、分和秒,遇到閏年自動修正的功能。系統(tǒng)顯示器為LCD1602。顯示時間值和日期,常態(tài)下顯示時間,能夠隨時對當前時間進行調(diào)整,在常態(tài)下長按錄音鍵進行錄音操作,松開停止錄音。按一下切換鍵進入鬧鐘畫面,在鬧鐘畫面按錄音鍵錄制語音信息,能夠隨時輸入鬧鐘時間。到了定時時間,發(fā)出蜂鳴器提示信號,按一下放音鍵,播放之前錄制的提示語音信息。再按一下進入放音畫面,放音畫面下按增加減少鍵調(diào)換已錄的語音信息,按放音鍵播放該段語音。本設(shè)計中的序設(shè)計包括以下幾個部分,即鍵盤處理程序、ISD4004放音驅(qū)動程序、ISD4004錄音驅(qū)動程序、時間校正程序、錄音子程序、放音子程序、播放時間設(shè)置子程序、播放選擇程序、子程序設(shè)計。圖4-1為主程序流程圖。圖4-1程序主流程圖錄音程序設(shè)計錄音子程序的關(guān)鍵就是找出錄音語音數(shù)據(jù)的首地址。存程序執(zhí)行中通過段數(shù)變量,在地址數(shù)組中查找到對應(yīng)該序號的首地址數(shù)據(jù),向ISD芯片發(fā)出SETREC<地址>和REC指令,就可以開始錄音。在錄音過程中,開啟單片機的定時器,對ISD4004芯片的錄音時間進行記錄并寫入AT24C02中,將本段音頻信號的時長在LCD1602上進行顯示。圖4-2為錄音子程序流程圖。圖4-2錄音子程序流程圖其具體程序為：rec_count=read_add<0x28>; sound_time[rec_count]=0; isd_powerup<>;//AN鍵按下,ISD上電并延遲50ms isd_stopwrdn<>; isd_powerup<>; LED1=1;//錄音指示燈亮,表示進入錄音模式 LCD_Write_String<0,0,"RECORDING:">; LCD_Write_String<0,1,"REC_time:">; isd_setrec<adds[rec_count]&0x00ff,adds[rec_count]>>8>;//從指定地址 LCD_Write_Char<12,0,<rec_count>/10+0x30>; LCD_Write_Char<13,0,<rec_count>%10+0x30>; if<INT==1>//判定芯片有沒有溢出 { isd_rec<>;//發(fā)送錄音指令 } t0_init<>; while<set_key==0>;//等待本次錄音結(jié)束 TR0=0; rec_isdto24c02<>;//記錄錄音時的時間 t0_count=0; isd_stop<>;//發(fā)送4004停止命令放音程序設(shè)計要實現(xiàn)對存儲在ISD語音芯片中指定的音頻數(shù)據(jù)播放,在放音程序執(zhí)時,同樣要凌取存放在EEPROM中該序號語音數(shù)據(jù)的首地址信息。為了能實現(xiàn)連續(xù)播放和循環(huán)播放的功能,在程序執(zhí)行中對ISD4004輸出的信號進行檢測并進行處理。圖4-3為放音子程序流程圖。圖4-3放音子程序流程圖具體程序為：isd_powerup<>;//AN鍵按下,ISD上電并延遲50ms isd_stopwrdn<>; isd_powerup<>; switch<pic_flag> { case2: isd_setplay<adds[play_count]&0x00ff,adds[play_count]>>8>;break;//發(fā)送setplay指令,從指定地址開始放音 case1: isd_setplay<adds[clock]&0x00ff,adds[clock]>>8>;break;//發(fā)送setplay指令,從指定地址開始放音 case0: FM=1; clock_stata[clock_onoff]=0; switch<clock_onoff> { case0:write_add<2,clock_stata[0]>;break;//將每個鬧鐘的開關(guān)狀態(tài)寫入24C02,掉電后仍能記住 case1:write_add<3,clock_stata[1]>;break; case2:write_add<4,clock_stata[2]>;break; } isd_setplay<adds[clock]&0x00ff,adds[clock_onoff]>>8>;break;//發(fā)送setplay指令,從指定地址開始放音 } isd_play<>;//發(fā)送放音指令 DelayUs<20>; while<INT==1>;//等待放音完畢的EOM中斷信號 isd_stop<>;//放音完畢,發(fā)送stop指令 while<AN==0>;// isd_stop<>;按鍵部分程序設(shè)計按鍵有兩個直接,有四個由與門搭建連接了一個外部中斷IO口。利用了外部中斷將使按鍵更加精準。中斷鍵盤一按下,INT0口由高電平到低電平〔外部中斷0設(shè)為下降沿觸發(fā),此時進入外部中斷0中斷程序中,將按鍵狀態(tài)由0變?yōu)?,主程序中檢測檢測到按鍵狀態(tài)變?yōu)?后,執(zhí)行相關(guān)程序代碼,然后狀態(tài)又由0變?yōu)?。具體中斷程序為：voidISR_Key<void>interrupt0using1{k1=1;k2=1;k3=1;k4=1;if<k1==0>{ pic_flag++; if<pic_flag==3>pic_flag=0;}if<k2==0>{ if<pic_flag==0> { time_cut++; if<time_cut==8>time_cut=0; } if<pic_flag==1> { clock_cut++; if<clock_cut==8>clock_cut=0; }}if<k3==0>{ k3_stata=1; if<time_cut==0&&pic_flag==0>k3_stata=0; if<clock_cut==0&&pic_flag==1>k3_stata=0;}if<k4==0>{ k4_stata=1; if<time_cut==0&&pic_flag==0>k4_stata=0; if<clock_cut==0&&pic_flag==1>k4_stata=0;}} 直接的按鍵在按下后接地,主程序檢測其相應(yīng)IO口狀態(tài),IO口為低電平時就表示有按鍵按下。但由于按鍵為機械開關(guān)結(jié)構(gòu),因此機械觸點的彈性及電壓突跳等原因,往往在觸點閉合或斷開的瞬間會出現(xiàn)電壓抖動,為保證鍵識別的準確,在電壓抖動的情況下不能進行狀態(tài)的輸入,為此需進行去抖動處理。硬件消抖需要加入硬件,會提高設(shè)計成本,同時使電路復雜,在干擾性方面使電路更加麻煩,所以一般采用軟件消抖。軟件消抖就是用時間延遲避開消抖,待穩(wěn)定后再次掃描,一般延遲消抖時間為10-20ms。其程序代碼為：If<K1==0>{Delay10ms<>;If<K1==0>{……}}第5章系統(tǒng)測試5.1系統(tǒng)實物圖本設(shè)計系統(tǒng)的實物圖如圖5-1所示。圖5-1系統(tǒng)實物圖5.2系統(tǒng)概況系統(tǒng)上電后之后LCD1602進入時間界面,LCD1602會出現(xiàn)年、月、日、時、分、秒等信息。當按下錄音鍵后,系統(tǒng)開始錄音。錄音時,LCD1602進入錄音界面,界面會顯示錄音的段數(shù),以及錄音計時；當按鍵松開后,該語音段的錄音結(jié)束,LCD1602重新顯示時間信息。當按下切換時,界面進入鬧鐘調(diào)試界面,這時LCD1602會顯示鬧鐘數(shù)、鬧鐘時間、及鬧鐘開關(guān)狀態(tài),并會顯示該鬧鐘錄音的時間長短。按下錄音鍵即可為當前鬧鐘錄制提示的語音信息,放開錄完。按下放音鍵可以播放該段語音提示信息。再次按切換鍵進入語音播放界面,該界面會顯示當前語音段數(shù)、當前段數(shù)語音的時間長短及錄音時間。通過增加鍵、減少鍵可以調(diào)換當前應(yīng)該播放段數(shù),再按一下放音鍵即可播放該段語音。再次按切換鍵回到時間界面即可播放該段語音。

整個系統(tǒng)的設(shè)計合理,外圍電路結(jié)構(gòu)簡單,方便調(diào)試；單片機余留有I／O口,方便系統(tǒng)的升級和擴展；單片機的所有程序均使用C-51進行編寫,方便調(diào)試和閱讀。整個系統(tǒng)工作穩(wěn)定,操作方便。本設(shè)計的設(shè)計原理完全可以用在公共汽車上,作為語音報站器使用,也可以用在銀行和醫(yī)院等一些需要自動播報語音信息的公共場所。在本設(shè)計的基礎(chǔ)上稍加擴充,就可以滿足實際應(yīng)用的需要。5.2系統(tǒng)的不足和改進本系統(tǒng)在播放錄音時會有少量的噪音,可能由以下原因造成：

<1>整個系統(tǒng)完全是手工焊制,線路之間存在干擾；

<2>ISD4004的數(shù)字地與模擬地沒有分別走線,全部接到了一起,存在干擾；

<3>語音輸入放大電路的放大倍數(shù)不夠,噪聲沒有得到足夠的抑制。

另外由于語音芯片的限制,該錄音芯片時間過短,可選取存儲空間大一些的芯片來取代。該語音芯片也不是數(shù)字信息存儲,不能和PC端交互,在改良時,可以選取數(shù)字存儲類的芯片。整個系統(tǒng)的設(shè)計合理,外圍電路結(jié)構(gòu)簡單,方便調(diào)試；單片機余留有I／0口,方便系統(tǒng)的升級和擴展；單片機的所有程序均使用c一51進行編寫,方便調(diào)試和閱讀。整個系統(tǒng)工作穩(wěn)定,操作方便。本設(shè)計的設(shè)計原理完全可以用在公共汽車上,作為語音報站器使用,也可以用在銀行和醫(yī)院等一些需要自動播報語音信息的公共場所。在本設(shè)計的基礎(chǔ)上稍加擴充,就可以滿足實際應(yīng)用的需要。