基于单片机的录音笔的设计与实现doc

基于单片机的录音笔的设计与实现doc内容摘要：

设计与实现 9 ISD4004 引脚 如图 ： 电源 (VCCA,VCCD): 为使噪声最小 ,芯片的模拟和数字电路使用不同的电源总线 ,并且分别引到外封装的不同管脚上 ,模拟和数字电源端最好分别走线 ,尽可能在靠近供电端处相连 ,而去耦电容应尽量靠近器件。 地线 (VSSA,VSSD): 芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线。 同相模拟输入 (ANA IN+): 这是录音信号的同相输入端。 输入放大器可用单端或差分驱动。 单端输入时 ,信号由耦合电容输入 ,最大幅度为峰峰值 32mV,耦合电容和本端的 3KΩ 电阻输入阻抗决定了芯片频带的低端截止频率。 差分驱动时 ,信号最大幅度为峰峰值 16mV，为 ISD33000 系列相同。 反相模拟输入 (ANA IN): 差分驱动时 ,这是录音信号的反相输入端。 信号通过耦合电容输入 ,最大幅度为峰峰值 16mV 音频输出 (AUD OUT): 提供音频输出 ,可驱动 5KΩ 的负载。 片选 (SS): 此端为低 ,即向该 ISD4004 芯片发送指令，两条指令之间为高电平。 串行输入 (MOSI): 此端为串行输入端，主控制器应在串行时钟上升沿之前半个周期将数据放到本端 ,供 ISD 输入。 串行输出 (MISO): ISD 的串行输出端。 ISD 未选中时 ,本端呈高阻态。 图 ISD4004 引脚 图 基于单片机的录音笔的设计与实现 10 串行时钟 (SCLK): ISD 的时钟输入端 ,由主控制器产生 ,用于同步MOSI 和 MISO 的数据传输。 数据在 SCLK 上升沿锁存到 ISD,在下降沿移出 ISD。 中断 (/INT): 本端为漏极开路输出。 ISD 在任何操作 (包括快进 )中检测到 EOM 或 OVF 时 ,本端变低并保持。 中断状态在下一个 SPI 周期开始时清除。 中断状态也可用 RINT 指令读取。 OVF 标志 指示 ISD的录、放操作已到达存储器的未尾。 EOM 标志 只在放音中检测到内部的 EOM 标志时 ,此状态位才置 1。 行地址时钟 (RAC): 漏极开路输出。 每个 RAC 周期表示 ISD 存储器的操作进行了一行 (ISD4004 系列中的存贮器共 2400 行 )。 该信号175ms 保持高电平 ,低电平为 25ms。 快进模式下 ,RAC 的 是高电平 , 为低电平。 该端可 用于存储管理技术。 外部时钟 (XCLK): 本端内部有下拉元件。 芯片内部的采样时钟在出厂前已调校 ,误差在 +1%内。 商业级芯片在整个温度和电压范围内 , 频率变化在 +%内。 工业级芯片在整个温度和电压范围内 ,频率变化在 6/+4%内 ,此时建议使用稳压电源。 若要求更高精度 ,可从本端输入外部时钟 (如 图 )。 由于内部的防混淆及平滑滤波器已设定 ,故上述推荐的时钟频率不应改变。 输入时钟的占空比无关紧要 ,因内部首先进行了分频。 在不外接地时钟时 ,此端必须接地。 自动静噪 (AMCAP): 当录音信号电平下降到内部 设定的某一阈值以下时 ,自动静噪功能使信号衰弱 ,这样有助于养活无信号 (静音 )时的噪声。 通常本端对地接 1mF 的电容 ,构成内部信号电平峰值检测电路的一部分。 检出的峰值电平与内部设定的阈值作比较 ,决定自动静噪功能的翻转点。 大信号时 ,自动静噪电路不衰减 ,静音时衰减 6dB。 1mF 的电容也影响自动静噪电路对信号幅度的响应速度。 本端接 VCCA 则禁止自动静噪。 SPI SPI(Serial Peripheral Interface串行外设接口 )总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使 MCU 与各种外围设备 以串行方式进行通信以交换信息。 SPI 有三个寄存器分别为：控制寄存器 SPCR，状态寄存器基于单片机的录音笔的设计与实现 11 SPSR，数据寄存器 SPDR。 外围设备 FLASHRAM、网络控制器、 LCD显示驱动器、 A/D 转换器和 MCU 等。 SPI 总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，该接口一般使用 4 条线：串行时钟线（ SCLK）、主机输入 /从机输出数据线 MISO、主机输出 /从机输入数据线 MOSI 和低电平有效的从机选择线 SS(有的 SPI 接口芯片带有中断信号线 INT、有的 SPI 接口芯片没有主机输出 /从机输入数据线 MOSI)。 SPI 接口是在 CPU 和外围低速器件之间进行同步串行数据传输， 传输数据为 8 位， 在主器件的移位脉冲下，数据按位传输，高位在前，低位在后，为全双工通信，数据传输速度总体来说比 I2C 总线要快，速度可达到几 Mbps。 如图 所示 ， 在 SCLK 的下降沿上数据改变，同时一位数据被存入移位寄存器。 SPI 接口内部硬件图 如图 ： 图 SPI 接口内部硬件 图 图 SPI 通讯时序 图 Master Slave SCLK MOSI MISO SS 图 SPI 硬件连接 图 基于单片机的录音笔的设计与实现 12 ISD4004 工作于 SPI 串行接口。 SPI 协议是一个同步串行数据传输协议 ,协议假定微控制器的 SPI 移位寄存器在 SCLK 的下降沿动作 ,因此对 ISD4004 而言 ,在时钟止升沿锁存 MOSI 引脚的数据 ,在下降沿将数据送至 MISO 引脚。 协议的具体内容为： 1. 所有串行数据传输开始于 SS 下降沿。 2. SS 在传输期间必须保持为低电平 ,在两条指令之间则保持为高电平。 3. 数据在时钟上升沿移入 , 在下降沿移出。 4. SS 变低 ,输入指令和地址后 ,ISD 才能开始录放操作。 5. 指令格式是 (8 位控制码 )加 (16 位地址码 )。 6. ISD 的任何操作 (含快进 )如 果遇到 EOM或 OVF,则产生一个中断 ,该中断状态在下一个 SPI 周期开始时被清除。 7. 使用 读 指令使中断状态位移出 ISD 的 MISO 引脚时 ,控制及地址数据也应同步从 MOSI 端移入。 因此要注意移入的数据是否与器件当前进行的操作兼容。 当然 , 也允许在一个 SPI 周期里 ,同时执行读状态和开始新的操作 (即新移入的数据与器件当前的操作可以不兼容 )。 8. 所有操作在运行位 (RUN)置 1 时开始 ,置 0 时结束。 9. 所有指令都在 SS 端上升沿开始执行。 ISD4004 上电顺序 如下： 器件延时 TPUD(8kHz采样时 ,约为 25 毫秒 )后才能开始操作。 因此 , 用户发完上电指令后 ,必须等待 TPUD,才能发出一条操作指令。 例如 ,从 00 从处发音 ,应遵循如下时序 : 1. 发 POWERUP 命令。 2. 等待 TPUD( 上电延时 )。 3. 发地址值为 00 的 SETPLAY 命令。 4. 发 PLAY 命令。 器件会从此 00 地址开始放音 ,当出现 EOM 时 ,立即中断 ,停止放音。 如果从 00 处录音 ,则按以下时序 : 1. 发 POWER UP 命令。 2. 等待 TPUD(上电延时 )。 3. 发 POWER UP 命令 ； 4. 等待 2 倍 TPUD。 5. 发地址值为 00 的 SETREC 命令。 6. 发 REC 命令。 器件便从 00 地址开始录音 ,一直到出现 OVF(存贮器末尾 )时 , 基于单片机的录音笔的设计与实现 13 录音停止。 ISD4004 时序图如图 ： ISD4004 回放 /记录和停止循环 如下图所示： ISD4004 指令表如图 所示： 图 时序 图 图 图 指令表 基于单片机的录音笔的设计与实现 14 LM386 芯片简介 LM386 是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。 为使外围元件最少， 电压增益 内置为 20。 但在 1脚和 8 脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至 200。 输入端以地位参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在 6V 电源电压下，它的静态功耗仅为 24mW，使得 LM386 特别适用于电池供电的场合。 其特性如下： ●静态 功耗 低，约为 4mA，可用于电池供电； ●工作电压范围宽， 412V 或 518V； ●外围元件少； ●电压增益可调， 20~200； ●低失真度。 LM386 的内部结构如图 ： LM386 的引脚排列如图 ： 图 LM386 引脚图 图 LM386 引脚图 基于单片机的录音笔的设计与实现 15 音频处理电路设计 在本设计中，用 语音芯片 ISD400408MP 和 LM386 构成的 音频处理 电路 (如图 )。 ISD4004 可以工作在 电压， 工作电流 2530mA，通过 MIC 采集声音信息，输入 同相模拟输入 端 (ANA IN+)，因为 单端输入时 ,信号由耦合电容输入 ,此端 最大幅度为峰峰值 32mV，所以选择此端。 ISD4004 设计是基于所有操作必须由微控制器控制 ,操作命令可通过串行通信接口 SPI 送入 ，所以由单片机 STC89C58RD+模拟 SPI 协议 SPI接口控制该芯片执行相应的动作。 芯 片采用 CMOS 技术 ,内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列。 采集的信号经过 ISD4004 内部的一系列处理，从 音频输出端 (AUD OUT)输出，经过 LM386 音频放大电路放大，直接通过喇叭放出来。 其中音频放大电路增益是 20， 输入端通过可调电阻，调节可控制输出音量的大小。 电路中滤波电容的运用也是一大关键。 图 ISD4004 音频处理图 SS1MOSI2MISO3VSSD4NC5NC6NC7NC8NC9NC10VSSA11VSSA12aud out13AM CAP14SCLK28VCCD27XCLK26INT25RAC24VSSA23NC22NC21NC20NC19VCCA18ANAIN+17ana in16NC15ISD1ISD4004C81UFC1100UFC222UFC3C41 2J10CON2R410kR5300kR610kR81kC12220ufC13102or104MK1MICROPHONE2GAIN8ByPass7Vs6VOUT5GAIN1INPUT2INPUT+3GND4J8LM386C6LS1SPEAKERR210C7220UFSSMOSIMISOSCLKINTRAC输出音量A1B2C3D4E5J4AUDIO_OUTA1B2C3D4E5J5Comment: AUDIO_IN11 32R7 10KB2C3E1Q1NPNC9C10C14phonephone1 2J7CON21 2J9CON21 2J6CON2Vout2Vin1Ajd3J3C100基于单片机的录音笔的设计与实现 16 液晶显示模块 本模块是由 LCD12864 液晶显示器组成，由单片机控制使其显示相应的界面。 LCD12864 介绍 12864 液晶图形显示器可以显示字母、数字符号、中文字型及图形，具有绘图及文字画面混合显示功能。 提供三种控制接口，分别是 8 位微处理器。