唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)題目： 單片機(jī)控制的語(yǔ)音錄放器 學(xué)生姓名： 班級(jí) 08 應(yīng)電 11 專 業(yè)： 應(yīng)用電子技術(shù) 設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師 _ 于東東 _ _ 設(shè)計(jì)輔導(dǎo)教師 _于東東_ _ _ （完成日期） 2011 年 4 月 12 日 前言前言 隨著人類社會(huì)的不斷進(jìn)步，隨著語(yǔ)音芯片的普及，語(yǔ)音錄放被廣泛應(yīng)用于車站報(bào) 站器，語(yǔ)音型數(shù)字萬(wàn)用表，出租車語(yǔ)音報(bào)站器，排隊(duì)機(jī)等，并且面向家庭個(gè)人使用的 方向發(fā)展，更加人性化。隨著電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，其自動(dòng)化程度越來(lái)越高，使用范 圍越來(lái)越廣，前景十分喜人。自動(dòng)語(yǔ)音提示技術(shù)是計(jì)算機(jī)語(yǔ)音處理技術(shù)的一種應(yīng)用， 屬于語(yǔ)音再生合成技術(shù)范疇。錄放系統(tǒng)具有電路簡(jiǎn)明、應(yīng)用方便、單片錄放、不怕掉 電、音色純正、性價(jià)比高等特性，與此相關(guān)的語(yǔ)音系統(tǒng)已廣泛地用于通信、工控 、醫(yī) 療、報(bào)警示訊等領(lǐng)域。同時(shí)，隨著大規(guī)模語(yǔ)音處理集成電路的發(fā)展，在傳統(tǒng)的控制領(lǐng) 域，語(yǔ)音提示的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。語(yǔ)音是人類最自然、方便、快捷的交流方式,讓人 和機(jī)器能夠通過(guò)自然語(yǔ)音進(jìn)行交流是人們長(zhǎng)期以來(lái)的夢(mèng)想。隨著單片機(jī)的技術(shù)的日益 發(fā)展，人們已經(jīng)不再滿足于鍵盤輸入，屏顯輸出這樣傳統(tǒng)的輸入/輸出方式，希望擁有 更友好的人機(jī)界面，更便捷的操作方式。具有語(yǔ)音功能的單片機(jī)系統(tǒng)于是應(yīng)運(yùn)而生， 而且得到了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)計(jì)算機(jī)在各行業(yè)的日益普及應(yīng)用，給各行業(yè)帶來(lái)了嶄 新的面貌。與此同時(shí)用戶逐步對(duì)各種計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)提出了更高的要求 ，他們希望自 己的系統(tǒng)有更高的自動(dòng)化程度和更方便的人機(jī)界面。語(yǔ)音技術(shù)的進(jìn)展給這種應(yīng)用需要 提供了一種有力的技術(shù)支持，逐漸被廣大用戶所接受，并廣泛用于各種需要語(yǔ)音響應(yīng) 的場(chǎng)合。智能儀器、儀表、監(jiān)控設(shè)備、工業(yè)控制系統(tǒng)等都有這種需求。所以研究語(yǔ)音 錄放器對(duì)生產(chǎn)，生活都有極其重要的意義。語(yǔ)音芯片的發(fā)展是極其迅速的，語(yǔ)音 IC 有 很多種類，隨著技術(shù)的發(fā)展，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，原來(lái)可望而不可及的昂貴品種也能進(jìn) 入廉價(jià)的市場(chǎng)領(lǐng)域，原來(lái)設(shè)計(jì)控制都極為復(fù)雜的品種也隨著集成技術(shù)的發(fā)展變得非常 簡(jiǎn)單，因此，語(yǔ)音 IC 領(lǐng)域充滿了生機(jī)和活力。1、怕斷電且語(yǔ)聲的存儲(chǔ)、保存需要比 較大的電流的語(yǔ)聲 IC。2、怕斷電且語(yǔ)聲保存需要很小的電流的語(yǔ)聲 IC。 3、不怕斷 電的語(yǔ)聲 IC，像一些數(shù)碼錄音筆，它以 FLASHRAM 閃爍存儲(chǔ)器 IC 為介質(zhì)，完全斷電后 語(yǔ)聲還能保存十年以上。 目錄目錄 1 總體方案設(shè)計(jì) .1 1.1 本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)要求 .1 1.2 總體設(shè)計(jì)方案.1 2 硬件電路設(shè)計(jì) .2 2.1 微處理器的選取.2 2.2 語(yǔ)音芯片的選取.3 2.3 AT89C51 單片機(jī)最小系統(tǒng) .6 2.3.1 AT89C51 引腳分布圖及管腳說(shuō)明.6 2.4 ISD2560 語(yǔ)音芯片引腳功能 .8 2.5 語(yǔ)錄音/放音電路的語(yǔ)音芯片 ISD2560 的原理圖.10 2.6 語(yǔ)音錄放電路的單片機(jī)原理圖.11 2.7 揚(yáng)聲器和話筒的電路.11 3 軟件設(shè)計(jì) .13 3.1 ISD2560 錄放音軟件設(shè)計(jì) .13 3.1.1 ISD2560 操作模式.14 3.2 分段錄放音 .15 3.3 程序流程圖.15 結(jié)論 .19 附錄 總的電路圖 .20 參考文獻(xiàn) .24 1 1 1 總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì) 1.11.1 本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)要求本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)要求 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，提出基于單片機(jī)的語(yǔ)音播放器的硬件電路設(shè)計(jì)方案，并應(yīng)用 Peotel 軟件完成硬件電路原理圖設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)單片機(jī)的編程開(kāi)發(fā)可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的錄放等 基本功能。具體包括如下幾個(gè)部分： 1.學(xué)習(xí)單片機(jī)的工作原理，并應(yīng)用 protel 軟件設(shè)計(jì)出單片機(jī)的最小系統(tǒng)和語(yǔ)音系 統(tǒng)的控制電路，使其能可靠工作。 2.學(xué)習(xí)有關(guān)語(yǔ)音方面的相關(guān)知識(shí)，擬采用集成語(yǔ)音芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的錄放的功能。 要求掌握該芯片的工作原理，完成其外圍電路和與單片機(jī)的接口電路，包括話筒和揚(yáng) 聲器的電路設(shè)計(jì)。 3.學(xué)習(xí) C 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程開(kāi)發(fā)。并完成仿真和調(diào)試，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音 播放器的基本功能。 1.21.2 總體設(shè)計(jì)方案總體設(shè)計(jì)方案 為了實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音錄放所需的功能，即按下開(kāi)始鍵，啟動(dòng)錄音，松開(kāi)開(kāi)始鍵，結(jié)束錄 音。結(jié)束錄音后，循環(huán)播放所錄音。而且為了使語(yǔ)音錄放器的音質(zhì)好, 功能強(qiáng), 實(shí)驗(yàn) 運(yùn)行效果較好，使用起來(lái)也很簡(jiǎn)單。所以本設(shè)計(jì)采用的設(shè)計(jì)框圖如圖 1.1 所示： 圖 1.1 總體設(shè)計(jì)框圖 由上面的框圖可知：本設(shè)計(jì)框圖包括，按鍵，單片機(jī)，語(yǔ)音芯片，話筒和揚(yáng)聲器。 其中單片機(jī)為本設(shè)計(jì)的控制核心，它控制語(yǔ)音芯片，實(shí)現(xiàn)對(duì)聲音的存儲(chǔ)和播放。語(yǔ)音 芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)語(yǔ)音的錄入和播放。 單片機(jī) 語(yǔ)音芯片 揚(yáng)聲器 話筒 按鍵 2 2 2 硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì) 2.12.1 微處理器的選取微處理器的選取 近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)日益發(fā)展，已經(jīng)在許多領(lǐng)域得 到了廣泛的應(yīng)用。隨著集成電路工藝的發(fā)展，出現(xiàn)了單片機(jī)、DSP,ARM 等多種單片機(jī)。 DSP：它從 16 位32 位，內(nèi)部采用哈佛結(jié)構(gòu)，特別適合數(shù)據(jù)處理。其中 16 位 DSP 適合 中高級(jí)工控到簡(jiǎn)單語(yǔ)音/圖片（不含視頻）處理；其中 32 位 DSP 適合復(fù)雜語(yǔ)音/圖片/ 視頻處理。ARM：是 32 位單片機(jī)，由于結(jié)構(gòu)和計(jì)算速度的原因，目前適合做事務(wù)處理 或者中低端應(yīng)用，從中高級(jí)工控到簡(jiǎn)單語(yǔ)音/圖片（不含視頻）處理 。AT89C51 是一種 帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單 片機(jī)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51 指 令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且 價(jià)廉的發(fā)展方案。51 單片機(jī)雖然和 DSP,ARM 相比處理速度和運(yùn)算速度上都比較慢，但 它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜，它的速度可以滿足本次實(shí)驗(yàn)的要求，所以我們采用 AT89C51 這款單片機(jī)。AT89C51 內(nèi)部原理圖如 2.1 圖所示： 3 RAM 地址寄存器 RAM 128B 程序地址 寄存器 P0 驅(qū)動(dòng)器 P2 鎖存器 P2 驅(qū)動(dòng)器 P1 鎖存器 暫存器 2 B 寄存器 4KB ROM 暫存器 1 ACC SP P0 鎖存器 PC PC 增 1 緩沖器 P3 鎖存器 OSC 中斷、串行口及定時(shí)器 PSW ALU DPTR P1 驅(qū)動(dòng)器 P3 驅(qū)動(dòng)器 XTAL1 XTAL2 P0.0P0.7 P2.0P2.7 P3.0P3.7 P1.0P1.7 RST ALE VCC VSS 定 時(shí) 控 制 指 令 譯 碼 器 指 令 寄 存 器 PSEN EA 圖 2.1 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部原理圖 2.22.2 語(yǔ)音芯片的選取語(yǔ)音芯片的選取 目前市場(chǎng)流行的語(yǔ)音芯片有很多，從性價(jià)比的角度來(lái)考慮，美國(guó) ISD 公司的 ISD 系列語(yǔ)音芯片可謂是一只獨(dú)秀。ISD 系列語(yǔ)音芯片具有以下優(yōu)點(diǎn)： 一采用模擬量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器直接存儲(chǔ)的專利技術(shù)，即將模擬量數(shù)據(jù) 直接寫入單個(gè)存儲(chǔ)單元，不需要經(jīng)過(guò) A/D，D/A 轉(zhuǎn)換。 二.內(nèi)部集成了大容量的 EEPROM，不再需要擴(kuò)展存儲(chǔ)器。 三.控制簡(jiǎn)單，控制引腳與 TTL 電平兼容。 四.集成度高，使用方便。 五.能較好的真時(shí)再現(xiàn)語(yǔ)音的自然效果，避免了一搬固體語(yǔ)音電路的因?yàn)榱炕?壓縮所造成的量化噪聲和失真現(xiàn)象。 因此本例選用 ISD 公司的語(yǔ)音芯片 ISD2560。ISD2560 的錄音時(shí)間為 60 秒. ISD2560 采用多電平直接模擬量存儲(chǔ)專利技術(shù)，每個(gè)采樣值可直接存儲(chǔ)在片內(nèi)單個(gè) EEPROM 單元中，因此能夠非常真實(shí)，自然得再現(xiàn)語(yǔ)音，音樂(lè)，音調(diào)和效果聲，從而避 4 免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和“金屬聲” 。 ISD2560 內(nèi)部包括前置放大器，內(nèi)部時(shí)鐘，定時(shí)器，采樣時(shí)鐘，濾波器，自動(dòng)增益 控制，邏輯控制，模擬收發(fā)器，解碼器和 480k 字節(jié)的 EEPROM。ISD2560 內(nèi)部原理圖如 圖 2.2 所示： AGC XCLK ANA IN ANA OUT MIC MIC REF AGC VccAVssAVssD VccDA0 A1 A2A3A4 A5 A6 A7 A8 PD OVFP/R CEEOMAUX IN SP+ SP- A9 12345678910111213 14 15 16 17 18 19 20 21 22232425 26 2728 480K 圖 2.2 ISD2560 內(nèi)部原理圖 由內(nèi)部框圖可見(jiàn)該系列芯片集成度很高，內(nèi)部集成了高精度的時(shí)鐘電路，故而無(wú) 需外部配置晶振，其應(yīng)用電路也得到大大簡(jiǎn)化。ISD2560 可進(jìn)行錄、放兩種操作。錄入 時(shí)，語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)換能器 MIC 轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)隔直電容去除直流分量后送 入前置放大器，由于器件具有高輸入阻抗，故耦合電容容量很小，可為 0.17,微弱的電 信號(hào)經(jīng)過(guò)前置放大后由 ANAOUT 腳輸出，經(jīng)過(guò)隔直電容后送入 ANAOUT 腳，這種配置方 式可以方便用戶自行設(shè)計(jì)性能更加優(yōu)良的前置放大器代替芯片內(nèi)部已有的功能部件， 另外 ANAIN 可作為線輸入口，直接輸入電聲信號(hào)，既而信號(hào)進(jìn)入自動(dòng)增益 AGC 放大器， 信號(hào)電平得到調(diào)理，使其符合存儲(chǔ)電路的動(dòng)態(tài)范圍，AGC 響應(yīng)時(shí)間由連接在 AGC 腳的 外接電阻、電容值確定。為使得采樣信號(hào)不產(chǎn)生失真，采樣系統(tǒng)必須滿足奈奎斯特采 樣定律。ISD2560 的采樣頻率 8K， 故實(shí)際應(yīng)用中，為存儲(chǔ)不失真音頻信息，放大后的 信號(hào)必須經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器后方可送入存儲(chǔ)單元，該濾波器為一五極點(diǎn)抗干擾濾波 器，高頻頻限為 3.4K，完全滿足奈奎斯特定律，該器件典型帶寬為 3.4K。語(yǔ)音音質(zhì)非 常好。調(diào)理完畢的信號(hào)在內(nèi)部時(shí)鐘的作用下以閉環(huán)控制形式送入模擬存儲(chǔ)陣列。如 2.3 圖所示： 5 圖 2.3 閉環(huán)存儲(chǔ)電路 被采樣信號(hào)經(jīng)采樣電路取樣保持，同時(shí)電子被泵入模擬存儲(chǔ)單元，此時(shí)兩者被送 入比較器的比較端，當(dāng)兩者電平相等時(shí)則停止向 EPROM 中寫入數(shù)據(jù)，這樣模擬信息得 到了存儲(chǔ)。 在器件的放音模式下，錄入的模擬電壓在取樣脈沖的作用下，順序的從模擬矩陣 中讀出并恢復(fù)為原始波形，經(jīng)五極點(diǎn)平滑濾波器后入混合器，以便與外界其他信號(hào)混 合，而后送入功率放大器，并由 SP+,SP-端輸出，可直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。 ISD2560 應(yīng)用電壓： 單 5 V 供電 錄/放時(shí)間： 60S 尋址空間： 1024位 最多語(yǔ)音分段： 600 支持OVF 溢出 支持節(jié)電模式：錄放操作周期外電流僅為0.5uA 綜合本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案可知：主要的硬件電路有單片機(jī)最小系統(tǒng)和語(yǔ)音模塊的電 路及其外圍電路，及其接口電路。其中單片機(jī)最小系統(tǒng)包括電源電路，復(fù)位電路和時(shí) 鐘電路。所以根據(jù)上面的內(nèi)容，可以將本例的功能硬件模塊劃分為： 單片機(jī)最小系統(tǒng)：系統(tǒng)的控制電路。 語(yǔ)音錄放電路：包括語(yǔ)音芯片的外圍電路和單片機(jī)的接口電路。 軟件部分用 C 語(yǔ)言編寫程序，單片機(jī)程序控制語(yǔ)音芯片的正常工作。并且利用偉 福仿真器對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程開(kāi)發(fā)，仿真和調(diào)試。 電子泵入 模擬存儲(chǔ) 取樣保持 比較器 6 2.32.3 AT89C51AT89C51 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng) 2.3.12.3.1 AT89C51AT89C51 引腳分布圖及管腳說(shuō)明引腳分布圖及管腳說(shuō)明 圖 2.4 89C51 單片機(jī)引腳結(jié)構(gòu)圖 由上圖可知 89C51 單片機(jī)共有包括 GND,VCC 在內(nèi)的 40 個(gè)引腳下面著重介紹幾個(gè) 重要的引腳。 P0 口由一個(gè)輸出鎖存器，2 個(gè)三態(tài)級(jí)輸入緩沖器和輸出驅(qū)動(dòng)電路及控制電路組 成。驅(qū)動(dòng)電路有上拉場(chǎng)效應(yīng)管 FETT1 和驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管 FETT2 組成。P0 口為一個(gè) 8 位 漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被 定義為高阻輸入。P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第 八位。在 FIASH 編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0 輸出原碼， 此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口是一個(gè)準(zhǔn)雙向口，用作 I/O 口。P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高， 可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為第八位地址接收。 P2 口比 P1 口多了一個(gè) MUX 開(kāi)關(guān)和轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)控制部分。P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電 阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2 口的管 7 腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ) 器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2 口輸 出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控 制信號(hào)。 P3 口是一個(gè)多功能端口。P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接 收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作 輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的 緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示： 口管腳 備選功能 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷 0） P3.3 /INT1（外部中斷 1） P3.4 T0（記時(shí)器 0 外部輸入） P3.5 T1（記時(shí)器 1 外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG 為地址鎖存允許信號(hào)端。當(dāng) 89C51 單片機(jī)上電正常工作后，ALE 引腳不 斷向外輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的六分之一。當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地 址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 /PSEN 為程序存儲(chǔ)允許輸出信號(hào)端。外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存 儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN 有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有 效的/PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 XTAL2 接外部晶體和微調(diào)電容的一端。在 AT89C51 片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器 的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體的固有頻率。若采用外部時(shí)鐘電路，則該引腳 懸空。要檢查 AT89C51 的振蕩電路是否正常工作，可用示波器查看 XTAL2 端是否有 脈沖信號(hào)輸出。 XTAL1 接外部晶體和微調(diào)電容的另一端。在片內(nèi)，它是振蕩電路反相放大器的 輸入端。在采用外部時(shí)鐘時(shí)，該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖。 8 2.42.4 ISD2560ISD2560 語(yǔ)音芯片引腳功能語(yǔ)音芯片引腳功能 ISD2560 共有三種封裝形式：32 引腳的 TSOP 封裝，28 引腳的 DIP 封裝和 28 引 腳的 SOIC 封裝。本設(shè)計(jì)選用 SOIC 封裝，其引腳分布如圖 2.5 所示： 圖 2.5 ISD2560 引腳分布圖 AO/MO-A6/M6,A7-A9(1-10 引腳)：地址線/模式輸入。共有 1024 種組合狀態(tài)。最前 面的 600 個(gè)狀態(tài)作為狀態(tài)內(nèi)部存儲(chǔ)器的尋址用，最后 256 個(gè)狀態(tài)作為操作模式。當(dāng) A8 或 A9 有一個(gè)為零時(shí)，作為地址線，作為當(dāng)前錄音/放音操作的起始地址，地址端直用 作輸入，不輸出操作過(guò)程中的內(nèi)部地址信息，地址輸入在 CE 的下降沿被鎖存。當(dāng) A8 和 A9 均為 1 時(shí)，為模式輸入，共有 6 種操作模式，由 M0-M6 決定，允許多種模式同時(shí) 存在。 SP+,SP-(14,15 引腳）：揚(yáng)聲器輸出。可驅(qū)動(dòng) 16 歐以上的揚(yáng)聲器（內(nèi)存放音時(shí)功 率為 12.2mW,AUXIN 放音是功率為 50mW） 。ISD2500 系列的所有的器件在芯片上都有一 個(gè)差分揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器。揚(yáng)聲器輸出端在錄音和節(jié)電模式是保持為 VSSA 電平，因此多個(gè) ISD2500 系列器件同時(shí)使用時(shí)，它們的揚(yáng)聲器輸入端不能并接。 MIC IN（17 引腳）：話筒輸入引腳。麥克的輸入通過(guò)此引腳將信號(hào)送至片內(nèi)的前 置放大器，片內(nèi)自動(dòng)增益控制電路（AGC）將此前置放大器的增益控制在-1524dB。 MIC REF（18 引腳）： 話筒參考輸入引腳。此引腳是前置放大器的反向輸入，當(dāng) 以差分形式連接話筒時(shí)，可減小噪聲，提高共模抑制比。 AGC(19 引腳）：自動(dòng)增益控制引腳。AGC 可動(dòng)態(tài)調(diào)整前置增益以補(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(yǔ)道喧囂聲）時(shí)失真都保持最小。 響應(yīng)時(shí)間取決于該端內(nèi)置的 5 千歐電阻和從該端到 VSSA 端所接電容的時(shí)間常數(shù)。 ANA IN（20 引腳）：模擬輸入引腳。此引腳為芯片錄音信號(hào)輸入端。對(duì)話筒輸入 9 來(lái)說(shuō)，應(yīng)將 ANA OUT 引腳通過(guò)外接電容連至此引腳，該電容和本端的 3 千歐輸入阻抗 決定了芯片頻帶的附加低端截至頻率。 ANA OUT(21 引腳）：模擬輸出引腳。此引腳為前置放大器的輸出，其前置電壓增 益取決于 AGC 引腳的電平。 CE(23 引腳）：芯片使能輸入引腳，低電平有效。此引腳為低電平使能所有的錄音 和播放操作。芯片在該引腳的下降沿和鎖存地址線和 P/R 引腳的狀態(tài)。另外，此引腳 在模式 6 也有特殊的意義。 PD(24 引腳）：節(jié)電控制引腳。此引腳變高后可使芯片停止而進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。芯片 發(fā)生溢出，即 OVF 引腳輸出低電平后，應(yīng)將此引腳變高以將地址指針復(fù)位到錄音/放音 空間的開(kāi)始位置。 EOM(25 引腳）：信息結(jié)尾標(biāo)志輸出引腳，低電平有效。EOM 標(biāo)志在錄音時(shí)由芯片 自控插入到該信息段的結(jié)尾。當(dāng)放音遇到 EOM 時(shí)，此引腳輸出低電平脈沖。另外， ISD2560 芯片內(nèi)部會(huì)自動(dòng)檢測(cè)電源電壓以維護(hù)信息的完整性，當(dāng)電壓低于 3.5V 時(shí)此引 腳變低，此時(shí)芯片只能放音。在模式 6 狀態(tài)下，可用來(lái)驅(qū)動(dòng) LED，以指示芯片當(dāng)前的工 作狀態(tài)。 P/R(27 引腳）：錄音/放音模式選擇引腳。此引腳在 CE 的下降沿鎖存。高電平選 擇放音，低電平選擇錄音。錄音時(shí)，由地址線提供起始地址，直到錄音持續(xù)到 CE 或 PD 變高，或內(nèi)存溢出；如果是前一種情況，芯片將自動(dòng)在錄音結(jié)束處寫入 EOM 標(biāo)志。放 音時(shí)，由地址輸入提供起始地址，放音持續(xù)到 EOM 標(biāo)志。 10 2.52.5 語(yǔ)錄音語(yǔ)錄音/ /放音電路的語(yǔ)音芯片放音電路的語(yǔ)音芯片 ISD2560ISD2560 的原理圖的原理圖 圖 2.6 語(yǔ)錄/放音電路的語(yǔ)音芯片 ISD2560 的原理圖 圖 2.6 中 U2 為語(yǔ)音芯片 ISD2560,SP 和 MP 分別為揚(yáng)聲器和話筒。U2 的外圍電路圖 中已經(jīng)詳細(xì)給出，包括具體的電阻和電容的數(shù)值。 由于 ISD2560 是數(shù)模的混合芯片，因此對(duì)數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的處理是 PCB 設(shè)計(jì) 需要著重考慮的問(wèn)題。在芯片內(nèi)部使用不同的模擬地和數(shù)字地，模擬電源和數(shù)字電源， 他們分別通過(guò) VSSA,VSSD,VCCA 和 VCCD 引出，VSSA,VSSD 兩引腳最好通過(guò)低電阻抗通路 連接到平面；VCCA 和 VCCD 最好也分別走線，并應(yīng)盡可能在靠近供電端處相連，電源腳 附近的去耦電容應(yīng)盡量靠近芯片。 11 2.62.6 語(yǔ)音錄放電路的單片機(jī)原理圖語(yǔ)音錄放電路的單片機(jī)原理圖 圖 2.7 語(yǔ)音錄放電路的單片機(jī)電路圖 在圖 2.7 中，UI 為單片機(jī)芯片 AT89C51，工作于 11.0592MHz 的時(shí)鐘。單片機(jī)的 P0 端口和 P2.0、P2.1 引腳提供語(yǔ)音芯片 ISD2560 的地址/模式輸入，通過(guò) P2.1 和 P2.0 引腳，單片機(jī)可以配置 ISD2560 操作模式。單片機(jī)的 P1.5 引腳控制語(yǔ)音芯片 ISD2560 的錄音/放音模式的選擇，低電平置 ISD2560 為錄音狀態(tài)，高電平置 ISD2560 為放音狀 態(tài)。單片機(jī)的 P1.6 引腳和 ISD2560 的節(jié)電控制輸入相連，單片機(jī)通過(guò)此引腳可以控制 芯片的開(kāi)關(guān)。單片機(jī)的 P1.7 引腳用于控制語(yǔ)音芯片的片選，低電平時(shí)選中芯片。單片 機(jī)的 INT0 引腳，P1.4 引腳和 ISD2560DE 的 EOM 標(biāo)志輸出相連，EOM 標(biāo)志在錄音時(shí)由芯 片自動(dòng)插入到錄音信息的結(jié)尾處，放音遇到 EOM 時(shí)，會(huì)產(chǎn)生低電平脈沖（約 12.5ms)觸 發(fā)單片機(jī)中斷，單片機(jī)必須在檢測(cè)到此輸出的上升沿后才播放新的錄音，否則播放的 語(yǔ)音就不連續(xù)，而且會(huì)產(chǎn)生啪啪聲。 2.72.7 揚(yáng)聲器和話筒的電路揚(yáng)聲器和話筒的電路 揚(yáng)聲器輸出（SP、SP）：可驅(qū)動(dòng) 16 以上的喇叭（內(nèi)存放音時(shí)功率為 12.2mWAUX 1N 放音時(shí)功率為 50W） 。單端輸出時(shí)必須在輸出端和喇叭間接耦合電容 而雙端輸出則不用電容就能將功率提高至 4 倍。 話筒輸入（MIC）：該端連至片內(nèi)前置放大器。片內(nèi)自動(dòng)增益控制電路（AGC）可 將增益控制在15-24。外接話筒應(yīng)通過(guò)串聯(lián)電容耦合到該端。耦合電容值和該端 的 10K 輸入阻抗決定了芯片頻帶的低頻截止點(diǎn)。 12 話筒參考（MIC REF）：該端是前置放大器的反向輸入。當(dāng)以差分形式連接話筒 時(shí)，可減小噪聲，并提高共模抑制比。 13 3 3 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) 3.13.1 ISD2560ISD2560 錄放音軟件設(shè)計(jì)錄放音軟件設(shè)計(jì) 錄音時(shí)，按下錄音鍵，單片機(jī)通過(guò)口線設(shè)置語(yǔ)音段的起始地址,再使 PD 端、P /R 端和 CE 端為低電平啟動(dòng)錄音;結(jié)束時(shí),松開(kāi)按鍵,單片機(jī)又讓 CE 端回到高電平,完成一段 語(yǔ)音的錄制。同樣的方法可錄取第二段、第三段.。特別值得注意的是,錄音時(shí)間不 能超過(guò)預(yù)先設(shè)定的每段語(yǔ)音的時(shí)間。放音時(shí),根據(jù)需播放的語(yǔ)音內(nèi)容,找到相應(yīng)的語(yǔ)音段 起始地址,并通過(guò)口線送出。再將 P /R 端設(shè)為高電平, PD 端設(shè)為低電平,并讓 CE 端產(chǎn)生 一負(fù)脈沖啟動(dòng)放音,這時(shí)單片機(jī)只需等待 ISD2560 的信息結(jié)束信號(hào),即 EOM 的產(chǎn)生。信 號(hào)為一負(fù)脈沖,在負(fù)脈沖的上升沿,該段語(yǔ)音才播放結(jié)束,所以單片機(jī)必須要檢測(cè)到 EOM 的上升沿才能播放第二段,否則播放的語(yǔ)音就不連續(xù),而且會(huì)產(chǎn)生啪啪聲,這一點(diǎn)在編制軟 件時(shí)一定要注意。具體的軟件設(shè)計(jì)和錄放音時(shí)序圖見(jiàn)表 3.1 和圖 3.1 和圖 3.2 所示。 表 3.1 ISD2560 軟件設(shè)計(jì)地址表 圖 3.1 ISD 語(yǔ)音芯片放音時(shí)序圖 14 圖 3.2 ISD2560 語(yǔ)音芯片錄音時(shí)序圖 3.1.13.1.1 ISD2560ISD2560 操作模式操作模式 由于 ISD2560 內(nèi)置了若干操作模式，因而可用最少的外圍器件實(shí)現(xiàn)最多的功能。 具體的操作模式見(jiàn)表 3.2。 表 3.2 ISD2560 語(yǔ)音芯片操作模式圖 模式 功能 典型應(yīng)用組合使用模式 M0 信息檢索快進(jìn)通過(guò)信息M4,M5,M6 M1 刪除 EOM在最后一條信息結(jié)束處放 EOM M3,M4,M5,M6 M2 未用保留 N/A M3 循環(huán)從 0 地址連續(xù)放音M1,M5,M6 M4 連續(xù)尋址錄音/放音連續(xù)的多段信息M0,M1,M5 M5 CE 電平有效允許暫停M0,M1,M3,M4 M6 按鍵模式簡(jiǎn)化外圍電路M0,M1,M3 操作模式可有微控制也可由硬件實(shí)現(xiàn)。使用操作模式要注意兩點(diǎn)： 所有的操作最初都是從 0 地址（即存儲(chǔ)空間的起始端）開(kāi)始。后續(xù)的操作根據(jù)選 用的模式可從其它地址開(kāi)始。但是，電路由錄音或放音轉(zhuǎn)錄音（M6 模式除外） ，或都執(zhí) 行了掉電周期后，地址計(jì)數(shù)器將復(fù)位為 0. 當(dāng) CE 變低且最高兩地址為同位高時(shí)，執(zhí)行操作模式。這種操作模式將一直有效， 知道 CE 再次由高變低，芯片重新鎖存當(dāng)前的地址/模式引腳電平并執(zhí)行相應(yīng)的操作為 止。 15 3.23.2 分段錄放音分段錄放音 2500 系列最多可分為 600 段，只要在分段錄/放操作前（不少于 300 納秒） ，給地 址 A0-A9 賦值，錄音及放音功能均從設(shè)定的起始地址開(kāi)始，錄音結(jié)束由停止鍵操作決 定，芯片內(nèi)部自動(dòng)在該段的結(jié)束位置插入結(jié)束標(biāo)志（EOM)；而放音芯片遇到 EOM 標(biāo)志 即自動(dòng)停止放音。 2500 系列地址空間是這樣分配的：地址 0-599 作為分段用（見(jiàn)表 3.3） ，地址 600- 767 來(lái)使用，地址 768-1023 為工作模式選擇。 表 3.3 ISD2560 地址空間分配圖 3.33.3 程序流程圖程序流程圖 本設(shè)計(jì)主要通過(guò)單片機(jī)對(duì) ISD2560 的控制實(shí)現(xiàn)指定地址入口的錄音和循環(huán)播放。 程序要實(shí)現(xiàn)下面的過(guò)程： “開(kāi)始”鍵按下后，即系統(tǒng)上電后，系統(tǒng)初始化，然后判斷開(kāi)始鍵是否按下，如 果按下則單片機(jī)控制 PD，P/R 引腳低電平，并指向錄音地址，啟動(dòng)錄音過(guò)程。調(diào)用錄 音函數(shù)，錄音函數(shù)為： /*錄音函數(shù)*/ Void record(void) CE = 0; /片選有效 PD = 0; /非節(jié)電模式 PR = 0 ; /錄音 16 當(dāng) CE=0 時(shí)芯片使能輸入引腳，使能所有的的錄音操作。 當(dāng) PD=0 時(shí)使芯片開(kāi)始工作，而進(jìn)入非節(jié)電模式。 當(dāng) PR=0 時(shí)開(kāi)始錄音，錄音時(shí)，由地址線提供起始地址，直到錄音持續(xù)到 CE 或 PD 變高，或自動(dòng)溢出。 在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間內(nèi)， （小于 60s)結(jié)束錄音，松開(kāi)“開(kāi)始”鍵單片機(jī)控制 P/R 引腳 回到高電平，即完成一段語(yǔ)音的錄制。之后打開(kāi)外部中斷 0，指定放音地址，啟動(dòng)放音 程序，其放音函數(shù)為： *放音函數(shù)*/ Void playback(void) CE = 0; / 片選有效 PD = 0; / 非節(jié)電模式 PR = 1; / 放音 當(dāng) CE=0 時(shí)芯片使能輸入引腳，使能所有的的放音操作。 當(dāng) PD=0 時(shí)使芯片開(kāi)始工作，而進(jìn)入非節(jié)電模式。 當(dāng) PR=1 時(shí)為高電平，這時(shí)選擇放音，這時(shí)由地址輸入提供起始地址，放音持續(xù)到 EOM 位標(biāo)志。 每次放音結(jié)束時(shí)，EOM 輸出會(huì)觸發(fā)單片機(jī)的外部中斷 0，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)难訒r(shí)后，重新 啟動(dòng)第二次放音，這樣重復(fù)三次后關(guān)閉外部中斷 0，流程結(jié)束，等待下一次錄音。程序 流程如圖 3.3 所示： 17 N Y N Y 初始化 延時(shí) 調(diào)用錄音函數(shù) 打開(kāi)外部中斷 打開(kāi)播放函數(shù) 關(guān)閉外部中斷 開(kāi)始 “開(kāi)始”鍵按下？ “開(kāi)始”鍵松開(kāi)？ 外部中斷 服務(wù)子程序 如果 count2 18 圖 3.3 程序流程圖 Count+ 延時(shí) 打開(kāi)外部中斷 調(diào)用播放函數(shù) 19 結(jié)論結(jié)論 我設(shè)計(jì)的課題是語(yǔ)音錄放器，經(jīng)過(guò)幾個(gè)多月的思考和準(zhǔn)備，我已經(jīng)完成了老師規(guī) 定的任務(wù)。通過(guò)做本設(shè)計(jì)，我熟悉了 Protel 軟件，基本上學(xué)會(huì)其使用方法。更加深入 的學(xué)習(xí)了 AT89C51 單片機(jī)的各項(xiàng)功能。對(duì) ISD2560 有了更深層次的了解。對(duì) C 語(yǔ)言編 寫程序有了進(jìn)一步的把握。我所做的語(yǔ)音錄放器有如下總結(jié)： 89C51 單片機(jī)雖然和 DSP,ARM 相比處理速度和運(yùn)算速度上都比較慢，但它的體積小、 質(zhì)量輕、價(jià)格便宜，容易獲取。它的速度可以滿足本次實(shí)驗(yàn)的要求，所以我采用 AT89C51 這款單片機(jī)的時(shí)候很方便。 ISD2560 語(yǔ)音芯片采樣多電平直接模擬量存儲(chǔ)專利技術(shù)。采用 E2PROM 存儲(chǔ)方法將 模擬語(yǔ)音數(shù)據(jù)直接寫入半導(dǎo)體存儲(chǔ)單元中，不需另加 AD 或 DA 變換來(lái)存放或重放。 使的外圍電路簡(jiǎn)單。該器件有音質(zhì)自然、使用方便、單片存放、反復(fù)錄音、低功耗、 抗斷電等許多特點(diǎn) 能夠非常自然地再現(xiàn)聲音; 同時(shí), 具備微控制器所需接口, 便于與 微機(jī)的連接。而且編程簡(jiǎn)單。 是語(yǔ)音錄放器系統(tǒng)中語(yǔ)音芯片很好的選擇。這兩款芯片 有兼容性能構(gòu)成接口電路，而且接口電路簡(jiǎn)單。能夠很好地實(shí)現(xiàn)所需的功能。本文設(shè) 計(jì)的基于 ISD2560 的語(yǔ)音器, 其語(yǔ)音音質(zhì)好, 功能強(qiáng), 實(shí)驗(yàn)運(yùn)行效果較好，使用起來(lái) 也很簡(jiǎn)單。ISD2560 也有不足之處就是功能不是很強(qiáng)大，錄音時(shí)間不是很長(zhǎng)。已經(jīng)逐漸 被 ISD1700 系列代替。 20 附錄附錄 總的電路圖總的電路圖 原