毕业论文-基于at89c51单片机的数字语音存储与回放系统设计

毕业论文-基于at89c51单片机的数字语音存储与回放系统设计内容摘要：

为低），允许语音芯片进行录放操作。 芯片在本端的下降沿锁存地址线和 RP/ 端的 状态。 PD：当该端为高电平时，芯片停止工作，且不耗电，芯片发生溢出，即 OVF 端输出低电平后，本端口短暂变高电平。 只有复位芯片，才能使之再次工作。 EOM ： EOM 是在录音时由芯片自动插入到语音信息的结尾作为结束的标志。 当放音时，一遇到 EOM，本端口即刻输出低电平脉冲。 芯片内部会检测电源电压以维护信息的完整性，当电压低于 时，本端变低，芯片只能放音。 XCLK：外部时钟输入端。 本端内部有下拉元件，不用时应接地。 RP/ ：本端口状态在 CE 的下降沿锁存。 为高电平时选择放音，为低电平时选择录音。 录音时，由地址端提供起始地址，录音持续到 CE 或 PD 变高，或内存空间溢出；如果是前一种情况，芯片自动在录音结束处写入 EOM 标志，说明录音结束。 放音时由地址端提供起始地址，放音直至遇到 EOM 停止标志。 如果 CE 一直为低，或芯片工作在某些操作模式，放音会忽略 EOM，继续进行下去。 由于 ISD2560 内置了若干种操作模式，因而可用最少的外围器件实现最多的功能。 操作模式也由地址端控制，当最高两位（ A A9）都为 1 时，其它地址端置高可选择某个（或某几个）[键入文字 ] 10 特定模式。 因此操作模式和直接寻址相互排斥。 具体操作模式如表 23 所示。 操作模式可由微控制器也可由硬件实现。 表 23 模式控制说明表 模式控制 功能 典型应用 A0/M0 信息检索 快速检索信息 A1/M1 删除 EOM标志 在全部语音录放结束时，给出 EOM标志 A2/M2 未用 当工作模式 操作时，此端应接低电平 A3/M3 循环放音 从 0地址开始连续重复放音 A4/M4 连续寻址 可录放连续的多段信息 A5/M5 CE电平触发 允许信号中止 A6/M6 按钮控制 简化器件接口 使用操作模式时需要注意两点： (1) 任何操作模式都是从 0 地址开始，随着不同操作模式，继而对应相应的地址。 当系统录音转为放音或进入省电状态时，地址计数器复位为 0。 当 CE 变低且最高两地址位同为高时，执行操作模式。 这种操作模式将一直有效，直到 CE 再次由高变低，芯片重新锁存当前的地址 /模式端电平并执行相应的操作为止。 (2) 操作模式位不加锁定，可以在 MSB（ A A9）地址位为高电平时， CE 电平变低的任何时间执行操作模式操作。 如果下一片选周期 MSB（ A A9）地址位中有一个 (或两个 )变为低电平，则执行信息地址，即从该地址录音或放音，原来设定的操作模式状态将丢失。 ISD2560 的分段录放音功能 2500 系列最多可分为 600 段，只要在分段录 /放音操作前 (不少于 300 纳秒 )，给地址 A0~A9赋值，录音及放音功能均从设定的起始地址开始，录音结束由停止键操作决定，芯片内部自动在该段的结束位置插入结束标志（ EOM）；而放音时芯片遇到 EOM 标志即自动停止放 音。 2500 系列地址空间是这样分配的：地址 0~599 作为分段用 (见表 24)，地址 600~767 未使用，地址 768~1023 为工作模式选择。 表 24 2500 系列地址空间表 十进制 二进制 信息时间 (秒 ) A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 2560 2575 2590 [键入文字 ] 11 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 50 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 100 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 250 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 300 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 400 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 500 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 599 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 ISD2560 的应用电路 ISD2560 芯片内部 EEPROM 存储 单元被均匀分为 600 行，共 600 个地址单元。 每个地址单元指向其中一行，每一个地址单元的地址分辨率为 100ms，共计 60s。 ISD2560 控制电平与 TTL电平兼容，接口简单，使用方便。 图 23 是 ISD2560 语音录放的基本电路原理图 [9]。 图 23 ISD2560 基本电路原理图 录音时按下录音键 S S3 接地，使节电控制键 PD 端、录放模式键 RP/ 端为低电平。 此时启动录音；结束时松开按键，单片机又让录放模式键 RP/ 端回到高电平 ，即完成一段语音的录制。 同样的，按下录放模式键 RP/ 接高电平，使节电控制键 PD 端为低电平启动放音功能；结束时，松开按键，即完成一段语音的播放。 [键入文字 ] 12 LM386 集成功率放大器芯片 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电子产品的放大。 它起始内部电压增益为 20，因此可以节省大量外部电路元件。 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。 LM386 芯片的电子特性如表 25 所示。 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。 输入电压范围可由 4V~12V，无动作时仅消耗 4mA 电流，且失真低。 表 25 LM386 电子特性表 项目 测试环境 规格 工作电压 Vs（ V） 4~5 输入电压 Vin（ V） ~+ 输入阻抗 Ri（ kΩ） 50 静电流 Iq（ mA） Vs=6V,Vin=0V 4~8 输出功率 Pout（ mW） Vs=6V， Rl=8Ω， THD=10% 250~325 电压增益 (dB) Pin 8开路 26 Pin 8以 10μF连接 46 频宽（ kHz） Pin 8开路 300 Pin 8以 10μF连接 60 LM386 的引脚排列详见附录 1。 引脚 2 为反相输入端， 3 为同相输入端，引脚 5 为输出端，引脚 6 和 4 分别为电源和地，引脚 1 和 8 为电压增益设定端。 使用时在引脚 7 和地之间接旁路电容，通常取 10μF。 LM386 的电源电压为 4~12V；静态消耗电流为 4mA；电压增益为 20200dB；在 8 脚开路时，带宽为 300KHZ；输入阻抗为 50K；音频功率为。 尽管 LM386 的应用非常容易，但是在器件上电、断电瞬间，甚至平稳工作后的插拔音频插头、旋音量调节钮等操作都会带来的瞬态冲击，使喇叭产生非常讨厌的噪声，所以使用时需要做好相应除噪措施。 各引脚外围电路的接法介绍如下： (1) 通过在 1 脚、 8 脚间接入电容和电阻（ 1 脚接电容 “+”极）来改变增益，断开时增益为20dB。 (2) 选好调节音量的电位器。 阻值不要太大， 10K 最合适，太大也会影响音质。 [键入文字 ] 13 (3) 尽可能采用双音频输入 /输出。 好处是： “＋ ”、 “－ ”输出端可以很好地抵消共模信号，故能有效抑制共模噪声。 (4) 第 7 脚（ BYPASS）的旁路电容不可少。 实际应用时， BYPASS 端必须外接一个电解电容到地，起滤除噪声的作用。 工作稳定后，该管脚电压值约等于电源电压的一半。 增大这个电容的容值，减缓直流基准电压的上升、下降速度，有效抑制噪声。 在器件上电、掉电时的噪声就是由该偏置电压的瞬间跳变所致。 (5) 减少输出耦合电容。 此电容的作用有二 [10]：隔直与耦合。 隔断直流电压，直流电压过大有可能会损坏喇叭线圈；耦合音频的交流信号。 它与扬声器负载构成了一阶高通滤波器。 减小该 电 容 值 ， 可 使 噪 声 能 量 冲 击 的 幅 度 变 小 、 宽 度 变 窄 ； 太 低 还 会 使 截 止 频 率（ )2/(1 C outRLf c   ）提高。 经 测试，发现 10uF/ 最为合适。 [键入文字 ] 14 第 3章 硬件电路设计 硬件电路总体设计 本系统主要可分为三个部分：单片机控制部分、语音录放部分、功放部分。 采用 51 单片机作为控制核心，利用 ISD2560 实现语音的录放，采用 LM386 集成功放使声音放大，简单易行且控制方便。 ISD2560 与单片机 AT89C51 的接口电路以及外围电路 [11]见附录 1。 单片机的 P1 口、 以及P2 口中的部分口线 分别与 ISD2560 的地址线相连 ，用来设置语音段的起始地址和控制操作模式；此外， P2 口还 控制录放音状态； P0 连接按键，供录放音使用 以及 接发光二极管，用以提示当前录放音状态。 AT89C51 的外围电路设计 电源 为设计使用方便，可采用外部适配器供电。 ， 300mA，通过 USB 线与整个电路相连。 晶振电路设计 单片机是一种时序电路，必须要提供时钟脉冲信号它才能正常工作。 时钟信号是整个单片机系统时间基准，能为各种指令的执行提供时钟节拍。 通常单片机有两种方式得到系统时钟信[键入文字 ] 15 号：内部振荡、外部振荡。 图 31 晶振电路设计图 本系统采用的是 12MHz 的晶振，电容采用 22pF 的陶瓷电容，其具体设计如图 31 所示。 复位电路设计 当任何一个复位信号产生时， C51 的所有 I/O 端口都会立即复位成它们的初始值，并不需要时钟源处于运行状态。 在复位信号撤消后，硬件系统将调用一个计数延时过程，经过一定的延时后，才能进行系统内部的真正复位启动。 采用这种形式的复位启动过程，可以保证电源达到稳定后才使单片机进入正常的操作。 复位启动的延时时间可以由用户通过对程序的编译来定义。 51 单片机有 3 种复位方式 [12]： (1) 上电复位。 当系统接通电源时， RST 引脚获得高电平且保持 2 个机器周期以上，单片机产生复位。 (2) 按键复位。 与上电复位类似，当一个高电平加到 RST 引脚且超过 2 机器周期时，单片机产生复位。 (3) 看门狗 (WDT)复位。 其工作原理是 ： 看门狗芯片和单片机的一个 I/O 引脚相连 ， 该 I/O引脚通过程序控制它定时地往看门狗的这个引脚上送入高电平 (或低电平 )， 这一程序语句是分散地放在单片机其他控制语句中间的，一旦单片机由于干扰造成程序 “ 跑飞 ” 后而陷入死循环状态时 ， 写看门狗引脚的程序便不能被执行。 这个时候 ， 看门狗电路就会 由于得不到单片机送来的信号 ， 便在它和单片机复位引脚相连的引脚上送出一个复位信号 ， 使单片机发生复位 ， 即程序从程序存储器的起始位置开始执行 ， 这样便实现了单片机的自动复位。 因此，看门狗复位 方式 可以有效的监控系统的运行情况，提高了系统自身的抗干扰能力，使系统能够在具有一定干扰的环境中正常工作。 [键入文字 ] 16 图 32 复位电路图 本系统使用的是外部按键复位方式，高电平通过复位端电阻与 Vcc 电源接通而实现的，电路如上图 32 所示。 为了提高系统可靠性，再加上一个 10uF 的电解电容来消除高频干扰和杂波。 语音电路设计 本系 统采用 ISD2560 语音芯片，其语音电路图如图 33 所示 [13]。 图 33 语音录放电路图 各引脚外围电路的接法可参考前文所述的引脚说明。 扬声器输出信号与功放相连，将声音信号放大。 [键入文字 ] 17 功放电路设计 为使从语音芯片出来的信号稳定不衰减，特加入功放电路，如图 34 所示 [14,15]， 图 34 功放电路图 信号从 ISD2560 的 14 脚出来进入 LM386 的运放脚，经放大后与扬声器相接。 第 1 脚和第8 脚之间接入一个电容和电阻，可是 LM386 增益达 200dB。 [键入文字 ] 18 键盘输入电 路和状态显示电路设计 单片机作为控制核心，它只要任务是控制语音芯片的录放音功能。 图 35 单片机控制键盘输入和状态显示电路图 我们可以通过按键识别来分别控制录音和放音过程 [16]，因此该系统具有 2 个按键：录音按键、放音按键。 状态显示通过发光二极管来完成， 3 盏灯分别对应的芯片开始工作、录音开始和放音开始 3 种状态。 这部分的电路图如图 35 所示。 [键入文字 ] 19 第 4章 软件设计 如果说一个系统的硬件好比人的身体，那么软件就是人的灵魂。 软件的设计基础是硬件，若硬件无法正常工作，再优秀的软件也无法实现任何功能。 同样的，如果没有软件，再强大的硬件也只是一个空壳。 我们在确定了一项设计所要实现的功能后，根据要实现的功能设计出相应的硬件系统。 硬件系统搭建起来之后，若调试无误，才进行相应的软件模。