基于51單片機(jī)錄音筆設(shè)計(jì)

1、專業(yè)：班級(jí)：學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：起訖日期：指導(dǎo)教師：課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱：智能儀器課程設(shè)計(jì)題 目：基于51 單片機(jī)錄音筆設(shè)計(jì)學(xué) 院：系：過程裝備與測(cè)控工程測(cè)控技術(shù)與儀器測(cè)儀 101目錄摘要 21 語音錄放系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及主要芯片說明 31.1 總體方案論證 31.2 器件選擇 31.2.1 單片機(jī)地選擇 31.2.2 語音芯片選擇 31.3 STC89C52芯片說明 51.3.1 STC89C52 地功能特性概述 51.4 ISD1420 語音芯片 51.4.1 ISD1420 地引腳功能 61.4.2 ISD1420 地操作模式 61.4.3 ISD1420 地應(yīng)用電路111.5 LM386 集成

2、功率放大器芯片說明 121.5.1 LM386電子特性 121.5.2 LM386地引腳說明 132 硬件電路設(shè)計(jì) 142.1 系統(tǒng)硬件電路總體設(shè)計(jì) 142.2 STC89C51地外圍電路設(shè)計(jì) 142.2.1 晶振電路設(shè)計(jì) 142.2.2 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 152.3 語音電路設(shè)計(jì) 162.4 功放電路設(shè)計(jì) 173 語音錄放系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 183.1 主要變量說明 193.2 主程序工作原理及流程圖 193.3 子程序流程圖及代碼 213.3.1 錄音子程序 213.3.2 放音子程序 223.4 程序代碼： 23結(jié)束語 24附錄 1 25摘要在 社會(huì) 高 速 發(fā)展 地 今 天 ， 由于 人 們 生

3、活 學(xué) 習(xí) 工 作 地需 要 ， 錄音 設(shè) 備 在 現(xiàn) 在起 著 至 關(guān)重要地作用. 在智能儀器儀表或自動(dòng)控制設(shè)備中，增加語音功能能極大地提高人機(jī)界面地友好性，方便用戶操作. 目前語音服務(wù)行業(yè)越來越廣泛，如電腦語音鐘、語音型數(shù)字萬用表、手機(jī)話費(fèi)查詢系統(tǒng)、排隊(duì)機(jī)、監(jiān)控系統(tǒng)語音報(bào)警以及公共汽車報(bào)站器等.在許多場(chǎng)合，設(shè)計(jì)者需要 將 語 音系 統(tǒng) 和單 片 機(jī)結(jié) 合 在 一起 學(xué) 習(xí)和 了 解錄 音 設(shè) 備地 原 理和 結(jié) 構(gòu)， 并 且 學(xué)習(xí) 如 何將語音合成、語音識(shí)別、語音存儲(chǔ)和回放技術(shù)和單片機(jī)結(jié)合在一起.常規(guī)地模擬化語音處理系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)語音地存儲(chǔ)與回放功能，但效果不是很好.通過探索決定采用Flash

4、 單片機(jī)STC89C52 及數(shù)碼語音芯片ISD1420 組成地?cái)?shù)字化地語音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng). 單片機(jī)是系統(tǒng)地控制中心，它主要實(shí)現(xiàn)一方面控制按鍵識(shí)別和功能選擇；另一方面控制ISD1420 語 音 芯片地錄音和放音過程 ，實(shí)現(xiàn)語音地存儲(chǔ)和回 放 .首先給出了 系統(tǒng)地硬件電路，接著結(jié)合硬件電路編寫了錄、放音控制程序，最后，對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)與展望關(guān)鍵詞：STC89C52 單片機(jī)ISD1420 語音芯片語音存儲(chǔ)1 語音錄放系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及主要芯片說明1.1 總體方案論證方案一：利用單片機(jī)及 其外圍硬件電路（如A/D 、 D/A 、存 儲(chǔ)器等），就能完成語音信 號(hào) 地 數(shù) 字 化 處 理 ， 實(shí) 現(xiàn) 語 音

5、地 存 儲(chǔ) 與 回 放 .系 統(tǒng) 主 要 由 單 片 機(jī) STC89C51 、 AD574 、 DAC0832 及閃速存儲(chǔ)器AT29C040 組成 . 其原理圖如圖1-1 所示.聲音通過M IC 轉(zhuǎn)換成微弱地電信號(hào)，經(jīng)專用地音頻前置放大器放大后，由帶通濾波器濾波，輸出地信號(hào)經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換送入單片機(jī).單片機(jī)控制將數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，在需要放音時(shí)，單片機(jī)控制數(shù)字信號(hào)從 存儲(chǔ) 器中 讀出 ， 經(jīng) D/A 轉(zhuǎn) 換后 輸出 . 這 種方 法過 程簡(jiǎn) 單， 但是 語音 信號(hào) 容易 受到 外界 干擾而失真，并且信號(hào)地壓縮存儲(chǔ)比較復(fù)雜，硬件電路不宜調(diào)試.方案二：直接采用單片機(jī)與專用地語音處理芯片ISD14

6、20 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)語音存儲(chǔ)與回放，實(shí)現(xiàn)語音地整段錄放. 該系統(tǒng)采用語音芯片處理語音信號(hào)，抗干擾能力強(qiáng)，存儲(chǔ)方便，調(diào)試簡(jiǎn)單，還可以作為語音服務(wù)地子系統(tǒng)，所以選擇此方案. 下面，就針對(duì)此方案做具體地介紹1.2 器件選擇1.2.1 單片機(jī)地選擇單 片機(jī) 是 一 種集 成 電 路 芯 片， 是 采 用超 大 規(guī) 模 集 成電 路 技 術(shù)把 具 有 數(shù) 據(jù) 處理 能 力 地中央處理器CPU 、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM 、只讀存儲(chǔ)器ROM 、多種I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D 轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成地一個(gè)小而完善地計(jì)算機(jī)系統(tǒng).在這里

7、考慮到以后地?cái)U(kuò)展，本次設(shè)計(jì)選擇了擴(kuò)展接口較多地STC89C52 ，以便在需要地時(shí)候能夠升級(jí)而擴(kuò)展其他地功能.1.2.2 語音芯片選擇語音芯片又稱語音IC ，又被叫做聲音芯片. 芯片地錄音功能包括ADC 和 DAC 兩個(gè)過程，都是由芯片本身完成地，包括語音數(shù)據(jù)地采集、分析、壓縮、存儲(chǔ)、等步驟.它能夠?qū)⒄Z音信號(hào)通過采樣轉(zhuǎn)化為數(shù)字，存儲(chǔ)在IC 地 ROM 中，再通過電路將ROM 中地?cái)?shù)字還原成語音信號(hào)；而語音芯片放音功能實(shí)質(zhì)上是一個(gè)DAC 過程 .語 音芯 片 根 據(jù)集 成 電 路 類 型來 分 ， 凡是 與 聲 音 有 關(guān)系 地 集 成電 路 被 統(tǒng) 稱 為語 音 芯 片，但 是 在 語 音 芯

8、片 地 大 類 型 中 ， 又 被 分 為 語 音 IC （ 這 里 應(yīng) 該 叫 成 Speech IC ） 、 音 樂 IC（這里應(yīng)該叫成Music IC ）兩種 .目前，在市場(chǎng)上使用較為普遍地語音芯片如表1-1 所示 .1.3 STC89C52芯片說明表1-1常用語音芯片對(duì)比表TE6310TE6332ISD1420ISD2560語音長(zhǎng)度10s32s20s60采樣頻率（kHz ）6.446.46.48放音觸發(fā)放音觸發(fā)無邊緣/電平WF工作電壓（V）4.55.52.73.34.55.54.55.5工作電流（mA ）30453030靜態(tài)電流（?。?無1010MIC前置否由上表口以乍出，ISD142

9、0工作電流和電壓也符合要求.IS D1420作為系統(tǒng)地語音處理芯片參與工作此，本次設(shè)計(jì)將采用STC89C52 是STC公司生產(chǎn)地一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K在 系統(tǒng)可編程 Flash存儲(chǔ)器.STC89C5 2使用經(jīng)典地 MCS-51 內(nèi)核，但做了很多地改進(jìn)使得芯 片具有傳統(tǒng) 51單片機(jī)不具備地功能.在單芯片上，擁有靈巧地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、超有效地解決方案.具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash , 512字節(jié) RAM , 32位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM , MAX81

10、0 復(fù)位電路， 3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè) 7向 量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51地5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口.另外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.空閑模式下，CPU停止工作，允許 RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作.掉電保護(hù)方式下，RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止.最高運(yùn)作頻率 35MHz , 6T/12T可選.因?yàn)楣δ軓?qiáng)大 .STC89C52 單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合1.3.1 STC89C52 地功能特性概述具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash , 512字

11、節(jié) RAM , 32位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置 4KB EEPROM , MAX 810復(fù)位電路， 3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量 4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51地5向量 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工 串行口 .另外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 .空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口 、中斷繼續(xù)工作 .掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi). 最高運(yùn)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止作頻率 35MHz ， 6T/12T 可選 .1.4 ISD1420 語音芯片采用 ISD

12、系列語音芯片進(jìn)行錄音是一種可行地方法，它有音質(zhì)自然、單片存儲(chǔ)、反復(fù)錄放、低功耗等 優(yōu)點(diǎn) . 一 塊 ISD 芯 片上集 成有 麥克風(fēng)前置放大 器（ AMP ）、自 動(dòng)增益 控制電路（ AGC ）、 抗混淆 和平滑濾波器、模擬存 儲(chǔ)陣列、揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器 、控制接口和內(nèi)部精確地 參 考 時(shí)鐘 ， 外部 元 件包 括 ： 液晶 、 麥克 風(fēng) 、揚(yáng) 聲 器 、開 關(guān) 和少 數(shù) 電阻 、 電 容， 再 加上 電源和電池.ISD1420 為美國(guó) ISD 公司出品地優(yōu)質(zhì)單片語音錄放電路，由振蕩器、語音存儲(chǔ)單元、前置放大器、自動(dòng)增益控制電路、抗干擾濾波器、輸出放大器組成.一個(gè)最小地錄放系統(tǒng)僅由一個(gè)麥克風(fēng)、一個(gè)喇

13、叭、兩個(gè)按鈕、一個(gè)電源、少數(shù)電阻電容組成. 錄音內(nèi)容存入永久存儲(chǔ)單元，提供零功率信息存儲(chǔ)，這個(gè)獨(dú)一無二地方法是借助于美國(guó)ISD 公司地專利- 直接模擬存 儲(chǔ) 技 術(shù) （DAST TM） 實(shí) 現(xiàn) 地 . 利 用 它 ， 語 音 和 音 頻 信 號(hào) 被 直 接 存 儲(chǔ) ， 以 其 原 本 地 模 擬 形 式進(jìn)入 EEPROM 存儲(chǔ)器 . 直接模擬存儲(chǔ)允許使用一種單片固體電路方法完成其原本語音地再現(xiàn) . 僅語音質(zhì)量?jī)?yōu)勝，而且斷電語音保護(hù).1.4.1 ISD1420 地引腳功能電源（VCCA， VCCD） 芯 片 內(nèi) 部地模擬和數(shù)字電 路使用不同地電源總線，并且分別引 到外封裝上 ， 這樣 可 使 噪

14、聲 最 小 .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)量靠近芯片.地線（ VSSA ， VSSD ）芯片內(nèi)部地模擬和數(shù)字電路也使用不同地地線，這兩個(gè)腳最好在引腳焊盤上相連.錄音（ /REC ）低電平有效.只要 /REC 變低（不管芯片處在節(jié)電狀態(tài)還是正在放音），芯片即開始錄音. 錄音期間，/REC 必須保持為低./REC 變高或內(nèi)存錄滿后，錄音周期結(jié)束，芯片自 動(dòng) 寫 入一 個(gè) 信 息 結(jié) 束 標(biāo) 志（ EOM ）， 使 以后地 重 放 操 作 可 發(fā) 及 時(shí)停止.之 后 芯 片 自 動(dòng)進(jìn)入節(jié)電狀態(tài).注： /REC地 上 升 沿 有 50毫 秒 防 顫， 防 止

15、芯片 自 動(dòng) 進(jìn) 入 節(jié) 電 狀態(tài).邊 沿 觸 發(fā) 放 音（ /P LAYE ）此 端出現(xiàn) 下降沿時(shí)，芯 片開始放音 . 放音持續(xù)到EOM 標(biāo)志或內(nèi)存結(jié)束，之 后芯片自動(dòng)進(jìn)入節(jié)電狀態(tài).開始放音后，可以釋放/PLAYE.電平觸發(fā)放音（/PLAY L）此端出現(xiàn)下降沿時(shí)，芯片開始放音. 放音持續(xù)至端回到高電平，遇到EOM 標(biāo)志，或內(nèi)存結(jié)束.放音結(jié)束后芯片自動(dòng)進(jìn)入節(jié)電狀態(tài).注：放音過程中當(dāng)遇到EOM 或內(nèi)存結(jié)束時(shí)，如果/P LAYE 或 /P LAYL 仍處在高電平，芯片雖 然也 進(jìn)入 節(jié) 電狀 態(tài) （內(nèi) 部震 蕩器 和 時(shí)鐘 停 止工 作） ，但 是 由于 芯 片沒 有對(duì) /P LAYE 和 /P

16、LAY L 地 上 升 沿 進(jìn) 行 消 顫 ， 隨 后 在 這 兩 個(gè) 引 腳 上 出 現(xiàn) 地 下 隆 沿 （ 例 如 釋 放 按 鍵 時(shí) 地 抖 動(dòng)）都會(huì)觸發(fā)放音.錄音 指示 （ /RECLED ）處 于錄 音狀 態(tài) 時(shí)， 此 端為 低， 可驅(qū) 動(dòng) LED. 此外 ，放 音遇 到 EOM標(biāo)志時(shí)，此端輸出低電平脈沖話筒輸入（MIC ）此端邊至片內(nèi)前置放大器.片內(nèi)自動(dòng)增益控制電路（AGC ）將前置增益控制在-15至 24dB. 外接話筒應(yīng)通過串聯(lián)電容耦合到此端.耦合電容值和此端地10KQ輸入阻抗決定了芯片頻帶地低頻截止點(diǎn)話 筒 參 考 （ MIC REF ） 此 端 是 前 置 放 大 器 地

17、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.自動(dòng)增益控制（AGC ） AGC 動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)器整前置境益以補(bǔ)償話筒輸入電平地寬幅變化，使得錄制變化很大地音量（從耳語到喧嘩囂聲）時(shí)失真都能保持最小. 響應(yīng)時(shí)間取決于此端地5KQ輸入阻抗和外接地對(duì)地電容（即線路圖中地C6 ）地時(shí)間常數(shù).釋放時(shí)間取決于此端外接地并聯(lián)對(duì)地電容和電阻（即線路圖中R5和C6）地時(shí)間常數(shù).470KQ和 4.7uF 地標(biāo)稱值在絕對(duì)大多數(shù)場(chǎng)合下可獲得滿意地效果.模擬輸出（ANA OUT ）前置 放大器輸出.前 置電壓增益取決于 AGC 端地電平.模 擬 輸 入 （ ANA IN ） 此 端 即 芯 片 錄

18、音 地 輸 入 信 號(hào) .對(duì) 話 筒 輸入來說，ANA OUT 端應(yīng)通過外接電容連至本端.該電容和本端地3KQ 輸入阻抗給由了芯片頻帶地附加低端截止頻率.其它音源可通過交流耦合直接連至本端.喇叭輸由（SP+、SP-）這對(duì)輸由端能驅(qū)動(dòng)16Q以上地喇叭.單端使用時(shí)必須在輸出端和喇叭間接耦合電容，而雙端輸出既不用電容又能將功率提高4 倍 . 錄音時(shí)，它們都呈高阻態(tài)；節(jié)電模式下，它們保持為低電平.外部時(shí)鐘（XCLK ）此端內(nèi)部有下拉元件，不用時(shí)應(yīng)接地.芯片內(nèi)部地采樣時(shí)鐘在出廠前已調(diào)校，保證了標(biāo)稱地最小錄音時(shí)間. 商業(yè)級(jí)芯片在整個(gè)溫度各電壓范圍 內(nèi) ，頻 率 變 化 在 +2.25% 內(nèi) ,并 保 證最

19、 小 錄 放 時(shí) 間， 所 以 有些芯片地錄放時(shí)間比標(biāo)稱地值稍大.工業(yè)級(jí)芯片在整個(gè)溫度和電壓范圍內(nèi)，頻率變化在+5% 內(nèi)，建議使用穩(wěn)壓電源. 若要求更高精度或系統(tǒng)同步，可從本端輸入外部時(shí)鐘，頻率如表2-1“外部鐘頻”所 示 .由于內(nèi)部地防混淆及平滑濾波器已設(shè)定，幫 上 述 持 薦 地 時(shí) 鐘 頻 率 不 應(yīng) 改 變 .輸 入 時(shí) 鐘 地 占 空 比 無 關(guān) 緊要，因?yàn)閮?nèi)部首先進(jìn)行了分頻.地址（ A0A7 ）地址端有兩個(gè)作用，取決于最高（MSB ）兩位 A7 、 A6 地狀態(tài) . 當(dāng) A7 或 A6 有一個(gè)為 0 時(shí)，所有輸入均釋放為地址位，作為當(dāng)前錄放操作地起始地址 .地址端只用輸入，不輸出操

20、作過程地內(nèi)部地址信息.地址在 /PLAYE 、 /PLAYL 、或 /REC 地下降沿鎖存.1.4.2 ISD1420 地操作模式由于 ISD1420 內(nèi)置 了 若干種操作模式 ，因而 可用最少地外圍 器件實(shí) 現(xiàn)最多地功能 .操作模 式也 由地 址 端控 制 ，當(dāng) 最高 兩位 （ A8 、 A9 ） 都為 1 時(shí)， 其它 地 址端 置高 可選 擇 某個(gè)（或某幾個(gè)）特定模式. 因此操作模式和直接尋址相互排斥. 具體操作模式如表1 -2 所示 . 操作模式可由微控制器也可由硬件實(shí)現(xiàn).表1-2模式控制說明表A0/M0信息檢索快速檢索信息A1/M1刪除EOM標(biāo)志在全部語音錄放結(jié)束時(shí)，給出EOM標(biāo)志A2

21、/M2未用當(dāng)工作模式 操作時(shí)，此端應(yīng)接低電平A3/M3循環(huán)放音從0地址開始連續(xù)重復(fù)放音A4/M4連續(xù)尋址可錄放連續(xù)地多段信息A5/M5CE電平觸發(fā)允許信號(hào)中止A6/M6按鈕控制簡(jiǎn)化器件接口使用操作模式時(shí)需要注意兩點(diǎn):（1）所有操作 模式下地 操作都是 從。地址 開始，以后地操作根據(jù)模式地不同，而從 相應(yīng)地地址開始工作.當(dāng)電路中錄音轉(zhuǎn)放音或進(jìn)入省電狀態(tài)時(shí)，地址計(jì)數(shù)器復(fù)位為0.當(dāng)CE變低且最高兩地址位同為高時(shí)，執(zhí)行操作模式.這種操作模式將一直有效，直到 CE再次由高變低，芯片重新鎖存當(dāng)前地地址/模式端電平并執(zhí)行相應(yīng)地操作為止（2）操作模式位不加鎖定，可以在 MSB （A8、A9 ）地址位為高電平時(shí)

22、，CE電平變低地任何時(shí)間執(zhí)行操作模式操作.如果下一片 選周期 MSB （A8、A9 ）地址位 中有一個(gè)（或兩 個(gè)）變?yōu)榈碗娖?，則執(zhí)行信息地址，即從該地址錄音或放音，原來設(shè)定地操作模式狀態(tài)丟失1.4.3 ISD1420地應(yīng)用電路ISD1420 集成度較高，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480KB 地 EEPROM 等.內(nèi)部 EEPROM 存儲(chǔ)單元，均勻分為 600行，具有 600個(gè)地址單元，每個(gè)地址單元指向其中一 行，每一個(gè)地址單元地地址分辨率為 100ms. ISD1420 控制 電平與 TTL 電平兼容.接口簡(jiǎn)單，使用方

23、便 .圖1-3是ISD1420 基本電路原理 .錄音時(shí)按下錄音鍵S2、S3接地，使節(jié)電控制鍵 PD端、錄放模式鍵P/R端為低電平.此時(shí)啟動(dòng)錄音；結(jié)束時(shí)松開按鍵，單片機(jī)又讓錄放模式鍵P/R端回到高電平，即完成一段語音地錄制.同樣地，按下錄放模式鍵P/R接高電平，使節(jié)電控制鍵PD端為低電平啟動(dòng)放音功能；結(jié)束時(shí)，松開按鍵，即完成一段語音地播放vccPIAYICECRECIEDXCLK"oca V5S0 % SP+% AMINAHA OUTMCR£FMIC1h2fl6cll圖1-3 ISD1420 基本電路原理1.5 LM386集成功率放大器芯片說明LM386 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司

24、生產(chǎn)地音頻功率放大器，主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類產(chǎn)品為使外圍元件最少，電壓增益內(nèi)置為20.但在1腳和8腳之間增加一只外接電阻和電容,便可將電壓增益調(diào)為任意值，直至200.1.5.1 LM386 電子特性LM386 芯片地電子特性如表1-3所示.輸入 端以地位參考，同時(shí)輸出端被自動(dòng)偏置到24mW ,使得 LM386 特別適用電源電壓地一半，在 6V電源電壓下，它地靜態(tài)功耗僅為于電池供電地場(chǎng)合.輸入電壓范圍可由4V12V ,無作動(dòng)時(shí)僅消耗 4mA電流，且失真低表1-3 LM386電子特性表工程測(cè)試環(huán)境規(guī)格工作電壓Vs (V)45輸入電壓Vin ( V)-0.4+0.4輸入阻抗Ri (kQ)50靜電流I

25、q ( mA )Vs=6V,Vin=0V48輸出功率Pout ( mW )Vs=6V , Rl=8Q , THD=10%250325電壓增益(dB)Pin1、8開路26Pin1、8 以 10 年連接46Pin1、8開路300頻寬(kHz )Pin1、8 以 10 年連接601.5.2 LM386 地引腳說明LM386 地引腳排列見附錄1.引腳2為反相輸入端， 3為同相輸入端，引腳 5為輸出端，引腳 6和4分別為電源和地，引腳 1和8為電壓增益設(shè)定端 .使用時(shí)在引腳 7和地之間 接旁路電容，通常取 10 F.LM386 地電源電壓為472V ;靜態(tài)消耗電流為4mA ;電壓增益為 20-200dB

26、 ;在1、8腳開路時(shí)，帶寬為300KHz ;輸入阻抗為 50K ;音頻功率 0.5W.盡管LM386 地應(yīng)用非常簡(jiǎn)單，但稍不注意，特別是器件上電、斷電瞬間，甚至工作 穩(wěn)定后，一些操作(如插拔音頻插頭、旋音量調(diào)節(jié)鈕)都會(huì)帶來地瞬態(tài)沖擊，在輸出喇叭 上會(huì)產(chǎn)生非常討厭地噪聲各引腳外圍電路地接法介紹如下：(1)通過接在1腳、8腳間地電容(1腳接電容"+'極)來改變?cè)鲆?，斷開時(shí)增益為 20dB.(2)選好調(diào)節(jié)音量地電位器.阻值不要太大，10K最合適，太大也會(huì)影響音質(zhì)(3)盡可能采用雙音頻輸入/輸出.好處是：“、 J ”輸出端可以很好地抵消共模信 號(hào)，故能有效抑制共模噪聲(4)第7腳(B

27、YPASS )地旁路電容不可少.實(shí)際應(yīng)用時(shí)，BYPASS 端必須外接一個(gè)電解電容到地，起濾除噪聲地作用.工作穩(wěn)定后，該管腳電壓值約等于電源電壓地一半.增大 這個(gè)電容地容值，減緩直流基準(zhǔn)電壓地上升、下降速度，有效抑制噪聲.在器件上電、掉電時(shí)地噪聲就是由該偏置電壓地瞬間跳變所致(5)減少輸出耦合電容.此電容地作用有二：隔直與耦合.隔斷直流電壓，直流電壓過大有可能會(huì)損壞喇叭線圈；耦合音頻地交流信號(hào).它與揚(yáng)聲器負(fù)載構(gòu)成了一階高通濾波器.減 小該電容值，可使噪聲能量沖擊地幅度變小、寬度變窄；太低還會(huì)使截止頻率 (fc =1/(2nM RLMCout)提高.分別測(cè)試，發(fā)現(xiàn) 10uF/4.7uF最為合適.2

28、 硬件電路設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)硬件電路總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要可分為三個(gè)部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制部分、語音錄放部分、功放部分. 采用 51 單片機(jī)作為主控制芯片，利用ISD1420 實(shí)現(xiàn)語音錄放，采用LM386 集成功放使聲音放大，簡(jiǎn)單易行且控制方便.系統(tǒng)采用地微控制器是美國(guó)STC 公司生產(chǎn)地低電壓，高性能CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k bytes 地可反復(fù)擦寫地Flash 只讀程序存儲(chǔ)器和128 bytes 地隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM ） . 器件采用STC 公司地高密度、非易失性存技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51 指令系統(tǒng)及 8051 產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8 位中央處理器（CPU ）和 Flas

29、h 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大 .AT89C51 單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合.數(shù)碼語音芯片選用地是ISD1400 系列單片語音錄放集成電路ISD1420 ，它具有抗斷電、音質(zhì)好，使用方便，無須專用地開發(fā)系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn).功放 采用 LM386 音頻 集成 功放 ，具 有自 身 功 耗低 、電 壓增 益可 調(diào) 整 、電 源電 壓范 圍 大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn).ISD1420 與 單 片 機(jī) AT89C51 地 接 口 電 路 以 及 外 圍 電 路 見 附 錄 1. 單 片 機(jī) 地 P1 口 、 P2.4 和 P2.5 分 別與 ISD1420 地地址線相連 ，用以設(shè)置語音段地起 始地址

30、和控制操作模式； P2.0P2.3 以控制錄放音狀態(tài)；P0.3 、 P0.4 連接按鍵，供錄放音使用；P0.0P 0.3 接發(fā)光二極管，用以提示當(dāng)前錄放音狀態(tài).2.2 STC89C52 地外圍電路設(shè)計(jì)2.2.1 晶振電路設(shè)計(jì)單片機(jī)是一種時(shí)序電路，必須給它提供時(shí)鐘脈沖信號(hào)才能正常工作. 系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)是單片機(jī)內(nèi)部各種操作地時(shí)間基準(zhǔn)，為各種指令地執(zhí)行提供時(shí)鐘節(jié)拍. 通常單片機(jī)可通過內(nèi)部振蕩或外部振蕩兩種方式得到系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)本系統(tǒng)采用地是12MHz 地晶振，電容采用22pF 地陶瓷電容，具體設(shè)計(jì)如圖2-1 所示 .Cl22pF圖2-1晶振電路設(shè)計(jì)圖2.2.2復(fù)位電路設(shè)計(jì)當(dāng)任何一個(gè)復(fù)位信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，C51

31、地所有I/O端口都會(huì)立即復(fù)位成它們地初始值，并不需要時(shí)鐘源處于運(yùn)行狀態(tài).在復(fù)位信號(hào)撤消后，硬件系統(tǒng)將調(diào)用一個(gè)計(jì)數(shù)延時(shí)過程，經(jīng)過一定地延時(shí)后，才能進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)部地真正復(fù)位啟動(dòng).采用這種形式地復(fù)位啟動(dòng)過程，保證了電源 達(dá)到穩(wěn)定 后才使單片機(jī)進(jìn)入正常地操作，復(fù)位啟動(dòng)地延 時(shí)時(shí)間 可以由用戶通過 對(duì)熔絲 位地編程來定義.51單片機(jī)有 3個(gè)復(fù)位源：(1)上電復(fù)位.當(dāng)系統(tǒng)電源地電平低于上電復(fù)位門限電壓VPOT時(shí)，MCU 產(chǎn)生復(fù)位.(2)外部復(fù)位.當(dāng)一個(gè)高電平加到 RESET引腳超過 2機(jī)器周期時(shí)，MCU產(chǎn)生復(fù)位.(3)看門狗(WDT)復(fù)位.當(dāng)看門狗復(fù)位允許且看門狗定時(shí)器溢出時(shí)，MCU 產(chǎn)生復(fù)位.當(dāng)進(jìn)入系統(tǒng)地

32、干擾作用于單片機(jī)內(nèi)部時(shí)，系統(tǒng)失控導(dǎo)致程序在地址空間內(nèi) 亂飛”，使程序運(yùn) 行狀況不可預(yù)測(cè) .如果運(yùn)行時(shí)間超過程序設(shè)定地看門狗延時(shí)時(shí)間，系統(tǒng)便會(huì)重新復(fù)位，使單 片機(jī)重新回到正常運(yùn)行軌道.因此，看門狗復(fù)位可以有效地監(jiān)控系統(tǒng)地運(yùn)行情況，提高了系統(tǒng)自身地抗干擾能力，使系統(tǒng)能夠在具有一定干擾地環(huán)境中正常工作本系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)外部復(fù)位，采用按鍵電平復(fù)位方式，電平復(fù)位是通過復(fù)位端電阻與2-2所示.為了提高系統(tǒng)可靠性，再加上一個(gè)10uf地電Vcc電源接通而實(shí)現(xiàn)地，電路如圖容來消除高頻干擾和雜波.圖2-2復(fù)位電路圖2.3 語音電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用 ISD1420 芯片，語音電路圖如圖2-3所示.vcc-I«

33、1*1.7 JC1 ：VCTD武X< KRH?1 F I) r'xvFVSSDVSSA SP-r: ayi NC ANAUH!ANA IS A<iC MIC REFMICVCCASP-圖2-3語音電路設(shè)計(jì)圖各引腳外圍電路地接法可參考前文所述地引腳說明.揚(yáng)聲器輸出信號(hào)與功放相連，將聲音信號(hào)放大.2.4 功放電路設(shè)計(jì).各引腳外圍電路地接法電路圖如2-4所示，調(diào)節(jié)可變電阻器地大小可以調(diào)節(jié)聲音大小可參考前文所述地引腳說明LMIMClflRI3 220uFG<DCPvauTGNb-l|Cl I(MsGAXGN|>4 l(kjFwr220tiFC15=-1 IliF0PEA

34、KEK 1IGND1 J. I Ll FK J4Hl圖2-4功放電路圖2.5 鍵盤輸入電路和狀態(tài)顯示電路設(shè)計(jì)鍵盤輸入地功能主要包括設(shè)定錄與放，因此該系統(tǒng)具有2個(gè)按鍵：錄音按鍵、放音按鍵狀態(tài)顯示通過發(fā)光二極管來完成，3盞燈分別對(duì)應(yīng)地芯片開始工作、錄音開始和放音開始3個(gè)狀態(tài).這部分地電路圖如圖2-5所示.*1.1VCC TJP) n40j1 L-t.PO曲 AMiPfl,前門口藥 MLMAl 沏 l哂用A刈 即* RUH PD 制 AM E珀- AD力 E-VPP ALEPKCKj pseP2 P? fit A14) P2.5(AJ> P工由A中P22IA10)P2.1IAQJ1PL21 1

35、i 1普 3 jP1.11 i|»1 t*產(chǎn)出.力.4P 4 pi.i PL6 PL? RST pytxRxoi PlhlXD) pj 口 ivf?) p*國(guó) MT， 盟*Ta rS.j(TL) P.Vfil WRi Pl,布I XTAL2 VTAT iiP5_LU.i內(nèi)營(yíng) 4口!”CTTk7piRiJP1.0 10UiII29-r-2,711M三.!iB2.116P2.417*IK1 '14 P2.1A 1 A.L J口三。I p r%i jinSTCS9C 52 1 Gn圖2-5鍵盤輸入電路和狀態(tài)顯示電路圖3語音錄放系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件地設(shè)計(jì)是以硬件為基礎(chǔ)地，軟件要實(shí)現(xiàn)地功能

36、都是要以正常地硬件為前提，若硬件無法正常工作，再優(yōu)秀地軟件也無法實(shí)現(xiàn)任何功能.同樣地，軟件是硬件地靈魂，沒有了軟件，再強(qiáng)大地硬件也只是一部廢鐵.我們?cè)诖_定了一項(xiàng)設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)地功能后，根據(jù)要實(shí)現(xiàn)地功能設(shè)計(jì)相應(yīng)地硬件系統(tǒng).硬件系統(tǒng)搭建起來之后，若調(diào)試無誤，才進(jìn)行相應(yīng)地軟件模塊地設(shè)計(jì).本系統(tǒng)采用51系列單片機(jī)作為硬件開發(fā)核心，單片機(jī)地軟件部分采用匯編語言開發(fā)，軟件采用符合匯編語言地KEIL C51 編譯器.在這章節(jié)中，將結(jié)合具體硬件電路來介紹各模塊地軟件設(shè)計(jì).3.1. 主 要變量說明程序中地主要變量及相關(guān)功能如下：LED1LED3 ：描述發(fā)光二極管地關(guān)斷.當(dāng)這 3 個(gè)變量分別為1 時(shí)，二極管熄滅，當(dāng)

37、變量為 1 時(shí)，二極管點(diǎn)亮.RECORD ：描述錄音鍵按下地狀態(tài). 該變量為1 表示錄音鍵按下，為0 表示錄音鍵松開.PLAY ：描述放音鍵按下地狀態(tài). 該變量為1 表示放音鍵按下，為0 表示放音鍵松開.PD ：控制芯片地工作狀態(tài).PD=0 時(shí)，芯片開始工作；PD=1 時(shí)，芯片停止工作，進(jìn)入節(jié)電狀態(tài).PR ： 控 制 語 音 芯 片 所 處 地 工 作 模 式 . 該 變 量 置 為 0 時(shí) ， 芯 片 處 于 錄 音 模 式 ； 置 為 1 時(shí)，芯片處于放音模式.CE ：對(duì)芯片進(jìn)行片選. 當(dāng) CE=0 且 PD=0 時(shí)，允許芯片進(jìn)行錄放地地操作；CE=1 時(shí)，無法進(jìn)行錄放操作.EOM ：信息

38、結(jié)束地標(biāo)志. 一段語音信號(hào)錄制完畢后，EOM 標(biāo)志由芯片自動(dòng)插入到信息結(jié)尾，放音過程中，若EOM=0 ，說明信號(hào)結(jié)束，停止播放.3.2. 主 程序工作原理及流程圖本系統(tǒng)中單片機(jī)控制語音芯片錄播地程序主要是單片機(jī)對(duì)ISD1420 芯片地控制字地寫入，程序流程圖如圖3-1 所示 .圖3-1主程序流程圖ISD1420 雖然提供了地址輸入線，但它地內(nèi)部信息段地地址卻無法讀出.需要采用直接尋址模式進(jìn)行尋址.其實(shí)現(xiàn)方式有兩種：一是由于ISD1420 地地址分辨率為100 ms ,所以可用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器定時(shí)100 ms,然后再利用一計(jì)數(shù)器對(duì)單片機(jī)定時(shí)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù),則計(jì)數(shù)器地計(jì)數(shù)值為語音段所占用地地址單元.

39、該方式能充分利用ISD1420 內(nèi)部地EEPROM ,在字段較多時(shí)可利用該方下后，進(jìn)入錄首模式，調(diào)用錄首子程序開始錄 音.PLAY 鍵按下后，進(jìn)入放音狀態(tài)，調(diào)用放音子程序開始放音.放音結(jié)束后，PD端置1,芯片停止工作.程序代碼見附錄2.3.3. 子程序流程圖及代碼3.3.1 錄音子程序錄音子程序流程圖如圖3-2所示.N圖3-2錄音程序流程圖錄音鍵按下后，置CE端為低電平，芯片開始錄音.然后一直掃描 RECORD 所表示地錄音按鍵是否松開，若按鍵松開，則置 CE端為高電平，錄音結(jié)束.程序段如下：CLR CE ;開始錄音CLR LED2SETB LED1 ;點(diǎn)亮燈 2,滅掉燈 1JNB RECOR

40、D , $SETB CE ;錄音鍵松開后，錄音結(jié)束CLR LE D1 ;燈2滅，燈 1亮3.3.2放音子程序放音程序地流程圖如圖3-3所示.置放音狀態(tài)CE置0啟動(dòng)放音夕T3點(diǎn)亮燈1熄滅語音結(jié)束信號(hào)EOM為0?夕T3熄滅燈1點(diǎn)亮圖3-3放音程序流程圖放音鍵按下后，置PR端為1 ,進(jìn)入放音狀態(tài).將CE端置為低電平,程中等待語音段結(jié)束信號(hào)EOM ,當(dāng) EOM=0 時(shí)，提示語音信號(hào)結(jié)束啟動(dòng)播放.播放過返回主程序并進(jìn)行下步操作.放音程序段如下:SETBPR;置放音狀態(tài)CLRCE啟動(dòng)播放CLRLED3STEBLED13,熄滅燈 1NOPNOPTURN:JBEOM,TURN;等待語音段結(jié)束信號(hào)SETB LE

41、D3CLR LED13.4. 程 序代碼：SETB P2.4LED1BITP0.0LED2BITP0.1LED3BITP0.2RECORDBITP0.3PLAYBITP0.4PRBITP2.0 。EOM BIT P 2.1PDBITP2.2 。CEBITP2.3 。ORG 0000HLJMP MAINORG 0030HMAIN: SETBLED1SETB LED2SETB LED3START: LCALL SYSINT123。錄音按鍵.播放按鍵Play or recordEnd of message 引腳ISD1420 POWER DOWN 按鍵ISD1420 地片選信號(hào)，低有效O系統(tǒng)初始化C

42、LR PD。芯片工作CLRLED1 。點(diǎn)亮燈1CLR PR。設(shè)置為錄音狀態(tài)LOOP : JB RECORD, LOOPE 。錄音鍵按下否？LCA LL DE LAY10MSLCA LL TORECORDLOOPE: J B P LAY,LOOP 。放音鍵按下否？LCA LL TOP LAYSTEB PD 。芯片停止工作END；系統(tǒng)初始化程序SYSINT ： CLRMOVA0/M0A5/M5,A7STEB LED1EA為高電平，P1,#40H 。 ISD1420 處于 PUSH -BUTTON 模式， A6/M6 都為低電平SETB P 2.5 。 A8,A9 置為高電平RET。錄音子程序TOR

43、ECORD ： C LR CE 。開始錄音CLR LED2SETBLED1 。點(diǎn)亮燈2，滅掉燈1JNB RECORD,$SETB CE 。錄音鍵松開后，錄音結(jié)束SETBLED2 。CLRLED1 。燈 2 滅，燈 1 亮RETO放音子程序TOP LAY: SETB PRO置放音狀態(tài)CLR CE 。啟動(dòng)播放CLR LED3STEBLED1 。點(diǎn)亮燈3, 熄滅燈 1NOPNOPTURN: JB EOM,TURN。等待語音段結(jié)束信號(hào)SETBLED3 。CLRLED1 。燈 3 滅，燈 1 亮RET10ms 地延時(shí)程序DELAY10MS ： MOV R7 ， #20DELAY1 ：MOVR6 ， #2

44、50DJNZ R6 ， $DJNZ R7,DELAY1RET結(jié)束語本文設(shè)計(jì)地語音系統(tǒng)硬件電路簡(jiǎn)單，調(diào)試方便. 即可作為電腦語音系統(tǒng)地語音板，又可作 為語 音 服 務(wù)系 統(tǒng) 地 子 系 統(tǒng) . 針 對(duì) ISD 語 音芯 片 地特 點(diǎn) ， 設(shè)計(jì) 出 地 一 種 由單 片 機(jī) 控制 ， 能夠?qū)崿F(xiàn)錄放功能地語音電路，可作為錄音機(jī)、復(fù)讀機(jī)、音頻記錄儀使用，既節(jié)省存儲(chǔ)空 間，又降低成本，具有較高地實(shí)用價(jià)值.ISD 語音 芯片 精度高 ， 集成度高，能夠 使得 微 機(jī)地語音輸出結(jié) 構(gòu)大 大 地簡(jiǎn)化，能使生產(chǎn)地造價(jià)大大地降低；由于ISD 芯片地抗干擾性強(qiáng)，所以在惡劣地環(huán)境地系統(tǒng)中也能正常使用 ， 例 如： 機(jī)

45、 動(dòng)車 輛 ，語 音 室 里都 能 正常 地 輸出 語 音 ，信 息 保存 時(shí) 間長(zhǎng) ， 工 作可 靠 ；輸出可以高保真地再現(xiàn)原聲，可將ISD 芯片用于語音及聲音信號(hào)地檢測(cè)或模擬系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)語音地非定長(zhǎng)錄制.上 面這 個(gè) 語 音芯 片 設(shè) 計(jì) 電 路可 以 應(yīng) 用于 家 電 、 防 盜、 通 信 、汽 車 偵 測(cè) 器 、工 業(yè) 產(chǎn) 品、醫(yī)療 、 美 容器 材 及警 報(bào) ，絨 毛 玩 具、 精 美禮 品 、精 美 廣 告贈(zèng) 品 、益 智 玩具 、 圣 誕及 節(jié) 日禮品玩具、圣誕樹、圣誕魚、有聲語音鬧鐘. 且外圍電路元件少、體積小、易于再次開發(fā)或改進(jìn)電路，具有很高地實(shí)用價(jià)值.對(duì)于該系統(tǒng)地改進(jìn)，主要有2 個(gè)方面. 硬件部分地改進(jìn)，利用stc89C52 芯片余下地管腳 可 以 外