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1、常州工学院 （成人教育）毕毕 业业 设设 计（论文）计（论文）题题 目目 基于单片机的语音录放系统设计基于单片机的语音录放系统设计 副标题副标题 性性 质：质： 毕业设计毕业设计 毕业论文毕业论文学生姓名学生姓名 年年 级级 教教 学学 点点 专专 业业 指导教师指导教师 评定成绩评定成绩 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格基于单片机的语音录放系统设计摘要介绍 ISD2560 语音芯片的结构及引脚功能，所设计的系统实现了单片机对 ISD2560 的控制，并能够实现录放音及循环放音等功能。由单片机AT89C51 及数码语音芯片 ISD2560 组成的语音设计系统出了系统的硬件电路，并给出了
2、录、放音实用的源程序。目前，语音合成、语音识别、语音存储和回放技术的应用越来越广泛，尽管利用一般的单片机测控系统中都有的硬件电路（如 A/D、 D/A、存储器等）能完成语音信号的数字化处理，但是功能比较单一、且效果不是很好，所以基于单片微机和语音芯片系统的应用越来越广泛，如电脑语音钟、语音型数字万用表、手机话费查询系统、排队机、监控系统语音报警以及公共汽车报站器等等。本设计用单片机和录放时间达 60 秒的数码芯片 ISD2560 设计了一个智能语音录放系统。关键词：关键词：单片微机 数码语音芯片 智能基于单片机的语音录放系统设计目目 录录第一章 绪论1第二章 ISD2560 芯片介绍22.1
3、语音芯片的选取22.2 语音芯片 ISD2560 简介32.3 语音芯片引脚功能介绍4第三章 电路原理图及说明93.1 复位电路93.1.1 复位电路的作用93.1.2 基本的复位方式103.2 时钟电路113.3 单片机与语音芯片部分外围接线12第四章 语音录放工作流程154.1 硬件流程154.2 软件流程17第五章 程序说明19第六章 结语25第七章 致谢26第八章 参考文献27基于单片机的语音录放系统设计第 1 页 共 27 页第一章 绪论在声学领域，单片机技术与各种语音芯片相结合，即可完成语音的合成技术，使得单片机语音系统的实现成为可能。所谓语音芯片，就是在人工或者控制器的控制下可以
4、录音和放音的语音芯片,但语音信号是模拟量（语音芯片存储和播放声音的基本工作方式为：声音 模拟量 A/D 存储 D/A 模拟量 播放） 。采用此方法的语音芯片外围电路比较复杂，声音质量也有一定失真。而另一类语音芯片采用 ROM 存储方法，将模拟量语音数据直接写入半导体存储单元中，不需另加变换电路，使用方便，且语音音质自然，利用数字语音电路来实现语音信号的记录、存储、还原等任务。数字语音电路是一种集语音合成技术、大规模集成电路技术以及微控制器为一体的并在近十几年迅速发展起来的一种新型技术。语音集成电路与微处理器相结合，具有体积小、扩展方便等特点，具有广泛的发展前景，如电脑语音钟、语音型数字万用表、
5、手机话费查询系统、排队机、监控系统语音报警以及公共汽车报站器等。本文所设计的录放及循环放音系统，其微控制器采用的是美国 ATMEL 公司生产的低电压、高性能 8 位 CMOS 单片机 AT89C51，片内含 8k字节的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 256 字节的随机存取数据存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元，适合于许多较为复杂控制应用场合。数码语音芯片选用的是 ISD2500 系列单片语音录放集成电路 ISD2560，它具有抗断电、音质好，使用方便，无须专用的开发系统等优点。录音时间为60s，能重
6、复录放达 10 万次。芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术，省去了 A/D、D/A 转换器。每个采样值直接存储在片内单个 EEPROM 单元中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声，避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”本例即采用这种模拟语音数据直接存储语音芯片设计基于单片机的语音录放系统。基于单片机的语音录放系统设计第 2 页 共 27 页第二章 ISD2560 芯片介绍2.1 语音芯片的选取目前市场上流行的语音芯片有很多，从性价比的角度考虑，美国 ISD公司的 ISD 芯片系列语音芯片可谓一枝独秀。ISD 芯片的地址以信息段为基本组成单元，只要在分段录
7、、放音操作前（不少于 300ns），给地址A0A9 赋值，录音及放音功能均会从设定的起始地址开始，录音结束由录音键操作决定，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。图 2.1 为 ISD 系列产品的基本框图。在一块芯片上集成有麦克风前置放大器、自动增益控制电路、抗混淆和平滑滤波器、模拟存储阵列、扬声器驱动器、控制接口和内部精确的参考时钟。其外部元件包括：麦克风、扬声器、开关和少数几个电阻、电容，再加上电源或电池，就可构成一个完整的语音录放系统。在只需要播放语音信息的应用系统中，可直接外接扬声器，而无需外接其它器件。图 2.1 ISD 串
8、行接口基本框图ISD 语音芯片目前有ISD1000、ISD1100、ISD12001400、ISD2500、ISD3340 和 ISD4000 系列，本设计采用的是 2500 系列中的 ISD2560 芯片。基于单片机的语音录放系统设计第 3 页 共 27 页ISD2560 具有 10 个地址输入端，寻址能力可达 1024 位，前 600 个地址用于直接存取语音，地址 600767 未使用，地址 7681024 为工作模式选择用，因此最多能分 600 段；设有 OVF（溢出）端，便于多个器件级联；单片存储时间为 60 秒，直接存储模拟语音信号。ISD2560 语音芯片具有以下优点：（1）采用模
9、拟数据在半导体存储器中直接存储的专利技术，模拟语音数 据直接写入单个存储单元，不需要经过 A/D、D/A 转换。（2）内部集成了大容量的 EEPROM，不再需要扩展存储器。（3）控制简单，控制引脚与 TTL 电平兼容（4）集成度高、使用方便。（5）能较好地真实再现语音的自然效果，避免了一般固体语音电路因为量化和压缩所造成的量化噪声和失真现象。因此，本实验选用 ISD2560 语音芯片。2.2 语音芯片 ISD2560 简介该芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术，每个采样值可直接存储在片内单个 ROM 单元中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声，从而避免了一般固体录音电路因量化
10、和压缩造成的量化噪声和“金属声”，该器件的采样频率为 8kHz，同一系列的产品采样频率越低，录放时间越长，但通用频带和音质会有所降低。ISD2560 可重复录放 10 万次，它是一种永久记忆型语音录放电路，它有音质自然，使用方便、单片存放、反复录音、低功耗、抗断电等许多特点，因此在许多领域获得了广泛的应用。ISD2560 省去了 A/D 和 D/A 转换器，集成度较高，内部包括前置放大器、内部时钟、定时器、采样时钟、滤波器、自动增益控制、逻辑控制、模拟收发器、解码器和 480KB 的 ROM。ISD2560 内部 ROM 存储单元均匀分为 600行，有 600 个地址单元，每个地址单元指向其中
11、一行，每个地址单元的地址分辨率为 100ms。此外，ISD2560 还具备微控制器所需的控制接口。通过操作地址和控制线可完成不同的任务，以实现复杂的信息处理功能，如信息的组合、连接、设定固定的信息段和信息管理等。ISD2560 可不分段，也可按最小段长为单位来任意组合分段。ISD2560 的主要功能特性如下：（1）易实现单片语音录放（2）高质量、自然地语音还原技术（3）人工控制或者微控制器控制声音播放，内置微控制器串行通信接口 基于单片机的语音录放系统设计第 4 页 共 27 页（4）录音存放在芯片上的非易失内存单元中，提升零功耗信息存储，去 除了电池备份电路。（5）信息可无电保存 100 年
12、。（6）+5V 供电2.3 语音芯片引脚功能介绍语音芯片选用 ISD 公司的 ISD2560，它共有 3 种封装形式：32 脚的TSOP 封装、28 脚的 DIP 封装和 28 脚的 SOIC 封装。本例选用 SOIC 封装，其引脚分布如图 2.3。图 2.3 ISD2560 的引脚排列基于单片机的语音录放系统设计第 5 页 共 27 页表 2.3-1 ISD2560 引脚功能描述引脚序号引 脚 名 称功 能17A0/M0A6/M6地址线810A7A9地址线11AUX IN当/CE 和 P/-R 为高,放音不进行,或处入放音溢出状 态时,本端的输入信号通过内部功放驱动喇叭输出端 。12,13V
13、SSD、 VSSA数字地和模拟地，这两脚最好在引脚焊盘上相连。14,15SP+、SP-扬声器输出。16,28VCCA、VCCD模拟电源、数字电源，尽可能在靠近供电端处相连 。17MIC本端连至片内前置放大器，外接话筒应通过串联电 容耦合到本端，耦合电容值和本端的 10K 输入电 阻（如图 2）决定了芯片频带的低频截止点。18MIC REF本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，提高共模抑制比。19AGCAGC 动态调整前置增益以补偿话筒输入电平的宽幅 变化，使得录制变化很大的音量时失真都能保持最 小。响应时间取决于本端的 5K 输入阻抗外接的对 地电容（即图 2 中 C2）的时间常数。释放时间取决 于本端外接的并联对地电容和电阻（即图 2 中 R5 和 C2）的时间常数。470K 和 4.7uF 的标称值在绝 大多数场合下可获得满意的效果.20ANA IN 本端为芯片录音信号输出。对话筒输入来说 ANA OU T 端应通过外接电容连至本端。21ANA OUT前置放大器的输出.前置电压增益取决于 AGC 端电平22/OVF芯片处于存储空间末尾时本端输出低电平脉冲表示 溢出，之后本端状态跟随/CE 端的状态，直到 PD 端 变高。本端可用于级联。23
