基于单片机的语音播报器的设计

基于单片机的语音播报器的设计内容摘要：

向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 河北经贸大学毕业论文 10 时钟电路 时钟电路图设计如图 ： 图 内部时钟电路图 AT89S51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚 XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端 ， 时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。 内部方式的时钟电路如图 ，在 XTAL1和 XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。 定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。 晶体振荡频率可以在 ～ 12MHz之间选择，电容值在 5～ 30pF之间选择，电容值的 大小可对频率起微调的作用。 外部方式的时钟电路， XTAL1接地， XTAL2接外部振荡器。 对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于 12MHz的方波信号。 片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟 P1和 P2，供单片机使用 ， 本系统采用的是 6M的晶振。 语音芯片 ISD2560及应用 语音芯片 ISD2560 简介 ISD语音芯片是美国信息存储器件公司推出的高品质语音录放芯片，采用 ISD公司独有的直接模拟存储技术 (DAST)，该技术的采用使得音频信息无需经过传统形式的 A/D， D/A转换即可实现存取，有比同等数字存取更高的集成度和更高的音质水平。 ISD语音芯片具有抗断电功能，信息存放不易挥发，支持多次录 /放操作，寿命高达 10次，可单独应用、多片级联，也可与微处理器配合使用，具有很好的使用灵活性。 ISD可广泛应用于工业控制、智能仪表、警报、信息提示等场合 ，河北经贸大学毕业论文 11 使信息交互人性化。 本文对 ISD2560系列芯片做介绍，并给出了 ISD2560的应用实例，此装置取得了很好的使用效果。 在众多的语音集成电路中， ISD 系列单片语音录放电路以其优异的性能在市场上独领风骚 ， ISD 系列产品采用基 EEPROM 浮栅技术的模拟量存储技术，具有重放音质好、使用方便、单片存储、反复录放、低功耗、抗断电等特性，尤其是随意时间长短的分段录 / 放音的性能，为实际使用提供了灵活性 ， ISD 系列中的 ISD2560 芯片，内 480KB 的 EEPROM， 录放音时间长达 60 秒，分段录音可达 600 段。 目前，电脑语音服务的应用范围越来越广，如电脑语音钟、语音型数字万用表、手机话费查询系统以及公共汽车报站器等。 而 Winbond 公司生产的ISD2500 系列语音芯片是具有较强功能的一种电脑语音录放器件，它能够应用在很多需要语音服务的 场合。 AT89S51 是 ATMEL公司生产的性能良好、价格便宜的单片机。 ISD2560 引脚功能及内部结构 ISD2560 引脚功能如图 所示。 12345781028272691112614132524232221201918171615V C C DP / RX C L K/ E O MPD/ C E/ O V FA N A O U TA N A I NA G CM I C R E FM I CV C C AS P A 0/ M 0A 1/ M 1A 2/ M 2A 3/ M 3A 4/ M 4A 5/ M 5A 6/ M 6A7A8A9A U X I NV S S DV S S AS P +I S D 5 26 0 图 ISD2560芯片引脚 各引脚的主要功能如下 电源（ VCCA， VCCD）：为了最大限度的减小噪声，芯片内部的模拟和数ISD2560 河北经贸大学毕业论文 12 字电路使用不同的电源总线，并且分别引到外封装上。 模拟和数字电源端最好分别走线，并应尽可能在靠近供电端处相连，而去耦电容则应尽量靠近芯片。 地线（ VSSA， VSSD）：由于芯片内部使用不同的模拟和数字地线 ， 因此 ，这两 脚最好通过低阻抗通路连接到地。 节电控制（ PD）：该端拉高可使芯片停止工作而进入节电状态。 当芯片发生溢出即 OVF 端输出低电平后，应将本端短暂变高以复位芯片；另外， PD 端在模式 6 下还有特殊的用途。 片选（ CE） ：该端变低且 PD 也为低电平时，允许进行录、放操作。 芯片在该端的下降沿将锁存地址线和 P/R端的状态；另外，它在模式 6 中也有特殊的意义。 录放模式（ P/R）：该端状态一般在 CE 的下降沿锁存。 高电平选择放音，低电平选择录音。 录音时，由地址端提供起始地址，直到录音持续到 CE 或 PD 变高，或内存溢出；如果是前一种 情况，芯片将自动在录音结束处写入 EOM标志。 放音时，由地址端提供起始地址，放音持续到 EOM 标志。 如果 CE 一直为低，或芯片工作在某些操作模式，放音则会忽略 EOM 而继续进行下去，直到发生溢出为止。 信息结尾标志（ EOM）： EOM 标志在录音时由芯片自动插入到该信息段的结尾。 当放音遇到 EOM 时，该端输出低电平脉冲。 另外， ISD5260 芯片内部会自动检测电源电压以维护信息的完整性，当电压低于 时，该端变低，此时芯片只能放音。 在模式状态下，可用来驱动 LED，以指示芯片当前的工作状态。 溢出标志（ OVF）：芯片处于 存储空间末尾时，该端输出低电平脉冲以表示溢出，之后该端状态跟随 CE 端的状态，直到 PD 端变高。 此外，该端还可用于级联多个语音芯片来延长放音时间。 话筒输入（ MIC）：该端连至片内前置放大器。 片内自动增益控制电路（ AGC）可将增益控制在 15～ 24db。 外接话筒应通过串联电容耦合到该端。 耦合电容值和该端的 10kΩ输入阻抗决定了芯片频带的低频截止点。 话筒参考（ MIC REF）：该端是前置放大器的反向输入。 当以差分形式连接话筒时，可减小噪声，并提高共模抑制比。 自动增益控制（ AGC）： AGC 可动态调整前置增益以补 偿话筒输入电平的宽幅变化，这样在录制变化很大的音量（从耳语到喧嚣声）时就能保持最小失真。 响应时间取决于该端内置的 5kΩ电阻和从该端到 VSSA端所接电容的时间常数。 释放时间则取决于该端外接的并联对地电容和电阻设定的时间常数。 选用标称值河北经贸大学毕业论文 13 分别为 470KΩ和 、电容可以得到满意的效果。 模拟输出 (ANA OUT)：前置放大器输出。 其前置电压增益取决于 AGC端电平。 模拟输入 (ANA IN)：该端为芯片录音信号输入。 对话筒输入来说， ANA OUT端应通过外接电容连至该端，该电容和本端的 3kΩ输入阻抗决定 了芯片频带的附加低端截止频率。 其它音源可通过交流耦合直接连至该端。 扬声器输出（ SP+、 SP）：可驱动 16Ω以上的喇叭 ， 内存放音时功率为。 辅助输入 (AUX IN)： 放音时功率为 50mW。 单端输出时必须在输出端和喇叭间接耦合电容 ， 而双端输出则不用电容就能将功率提高至 4 倍。 当 CE 和 P/R为高，不进行放音或处入放音溢出状态时该端的输入信号将通过内部功放驱动喇叭输出端。 当多个 DS2560 芯片级联时后级的喇叭输出将通过该端连接到本级的输出放大器。 为防止噪声建议在存放内存信息时 ， 该端不要有驱动信号。 外 部时钟 (XCLK)：该端内部有下拉元件，不用时应接地。 地址／模式输入（ AX/MX）：地址端的作用取决于最高两位（ MSB，即 A8和 A9）的状态。 当最高两位中有一个为 0时，所有输入均作为当前录音或放音的起始地址。 地址端只作输入，不输出操作过程中的内部地址信息。 地址在 CE 的下降沿锁存。 当最高两位全为 1 时， A0~A6 可用于模式选择。 ISD2560集成度很高，内部集成了高精度的时钟电路，故而无需外部配置晶振，其应用电路也得到大大简化。 ISD2560可进行录、放两种操作。 录 入 音信号经过换能器 MIC转变为电信号，该 信号经过隔直电容去除直流分量后送 入 前置放大器，由于器件具有高输 入 阻抗，故藕合电容容量很小，可为 ，微弱的电信号经过前置放大后由 ANAOUT（ 21） 脚输出 ， 经过隔直电容后送 入 ANAIN (20)脚，这种配置方式可以方便用户自行设计性能更加优良的前置放大器代替芯片内部已有的功能部件，另外 ANAIN可作为线输入口，直接输 入 电声信号，既而信号进 入 自动增益 (AGC)放大器，信号电平得到调理，使其符合存储电路的动态范围，AGC响应时间由连接在 AGC脚的外接电阻、电容值确定。 为使得采样信号不产生失真，采样系统必 须满足奈奎斯特采样定律。 ISD2560 的语音播放电路 ISD2560控制电平与 TTI， 电平兼容，接口简单，使用方便。 存储单元在写 入语音信号的同时，自动清除了该存储单元原有的语音信号，从而实现了 ISD系列器件的自动抹音。 A0–A9为地址线，共有 1024种组合状态。 最前面的 600个状态作内部存储器的寻址用，最后 256个状态作为操作模式。 本系统采用对地址直接进行河北经贸大学毕业论文 14 操作的方式。 微处理器接口端： P/R录放音控制端，此端为高电平时为放音状态，低电平时为录音状态； CE 端用于录放音时的启停控制，通常与 P/R端配合使用；EOM端为每段信息结束信号输出端，为负向信号，时间为 ，上升沿标志信息结束。 MICIN是话筒前置放大器输 入 端， MICR EF为话筒补偿端， AGC自动增益控制端， ANA IN与 ANA OUT是模拟信号的输 入 端和输出端，它们之间连接藕合电容，最小录、放系统如图 ： C40 .1u fY11 2MC12 2p fC22 2p fS1R S T+C31 0u f+ 5VR11 0k+ 5VP ( T 2)1P ( T 2E X )2P 3P 4P 5P 6P 7P 8P ( I N T 1)13P ( I N T 0)12P ( T 0)14P ( T 1)15E A / V P P31X T A L 018X T A L 119R E S E T9P ( W R )16P ( R D )17P S E N29A L E ( P R O G )30( R X D ) P 3 .0 10( T X D ) P 3 .1 11V C C40V S S20P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27P 28P 39P 38P 37P 36P 35P 34P 33P 328 9C 52U18 9C 52+ 5VR71 0k/ E O MP / RPDCER T A R TS W P BA0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A T 9S 51 A T 8 9S 51 图 语音录放电路的单片机部分电路原理图 此模块硬件电路的设计是由单片机芯片 AT89C51和语音芯片 ISD2560及其他们的接口电路构成。 电路实现的功能如下： (1) 按下开始键，启动录音；松开开始键，结束录音。 注意录音的时间不能超过预先设定的每段语音的时间。 (2) 结束录音后，顺序播放所录音 3次。 图中 U1为单片机的芯片 AT89S51，工作于 、模式输入，通过 ，单片机可以配置 ISD2560的操作模式。 单片机的 河北经贸大学毕业论文 15 片 ISD2560的录放模式的选择，低电平置 ISD2560为录音状态，高电平为放音状态。 单片机的 ISD2560的节电控制相连，单片机通过此脚可以控制芯片的开关。 单片机的 INT0脚、 ISD2560的 EOM标志输出相连， EOM标志在录音时由芯片自动的插入到录音信息的结尾处，放音遇到 EOM时，会产生低电平脉冲。 触发单片机中断，单片机必须在检测到输出的上升沿才能播放新的录音，否则播放的语音就不连续的，出现 “ 啪啪 ” 的声音。 ISD2560的最高地址位 A8（ 脚 9） ， A9（ 脚 1） 置为高电平时，芯片即进 入 操作模式状态。 操作模式根据引脚 AlA8的高低电平不同组合总共分为 6种不同的模式，实现不同的功能。 操作模式中的信息检索模式 MO和按键模式 M6的 说明 如表： 表 ISD2560的操作模式 操作模式 功能 典型应用 可组合模式 M0 信息的快速检索 快进、找到所需的语音段 M M M6 M1 删除语音结束标志 使分段语音变成一段 M。