基于51单片机录音笔设计_毕业论文(设计)

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1、课程设计报告课程设计报告 课程名称：课程名称：智能仪器课程设计智能仪器课程设计 题题 目：目：基于基于51单片机录音笔设计单片机录音笔设计 学学 院：院： 系：系：过程装备与测控工程过程装备与测控工程 专专 业：业： 测控技术与仪器测控技术与仪器 班班 级：级： 测仪测仪101 1 目录目录 摘要.2 1 语音录放系统总体设计及主要芯片说明.3 1.1 总体方案论证.3 1.2 器件选择.3 1.2.1 单片机的选择3 1.2.2 语音芯片选择3 1.3 STC89C52 芯片说明.4 1.3.1 STC89C52 的功能特性概述4 1.4 ISD1420 语音芯片 4 1.4.1 ISD14

2、20 的引脚功能5 1.4.2 ISD1420 的操作模式5 1.4.3 ISD1420 的应用电路8 1.5 LM386 集成功率放大器芯片说明.8 1.5.1 LM386 电子特性8 1.5.2 LM386 的引脚说明9 2 硬件电路设计10 2.1 系统硬件电路总体设计10 2.2 STC89C51 的外围电路设计.10 2.2.1 晶振电路设计10 2.2.2 复位电路设计11 2.3 语音电路设计.12 2.4 功放电路设计.13 3 语音录放系统软件设计.15 3.1.主要变量说明.15 3.2.主程序工作原理及流程图.15 3.3.子程序流程图及代码.17 3.3.1 录音子程序

3、17 3.3.2 放音子程序18 3.4.程序代码：.18 结束语.21 附录 122 2 摘要摘要 在社会高速发展的今天，由于人们生活学习工作的需要，录音设备在现在起着至关重要的作用。 在智能仪器仪表或自动控制设备中，增加语音功能能极大地提高人机界面的友好性，方便用户操作。 目前语音服务行业越来越广泛，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。在许多场合，设计者需要将语音系统和单片机结合在一起学 习和了解录音设备的原理和结构，并且学习如何将语音合成、语音识别、语音存储和回放技术和单片 机结合在一起。 常规的模拟化语音处理系统能实现语音的

4、存储与回放功能，但效果不是很好。通过探索决定采用 Flash 单片机 STC89C52 及数码语音芯片 ISD1420 组成的数字化的语音存储与回放系统。单片机是系统 的控制中心，它主要实现一方面控制按键识别和功能选择；另一方面控制 ISD1420 语音芯片的录音和 放音过程，实现语音的存储和回放。首先给出了系统的硬件电路，接着结合硬件电路编写了录、放音 控制程序，最后，对本设计进行总结与展望。 关键词关键词：STC89C52 单片机 ISD1420 语音芯片 语音存储 3 1 语音录放系统总体设计语音录放系统总体设计及主要芯片说明及主要芯片说明 1.1 总体方案论证总体方案论证 方案一：利用

5、单片机及其外围硬件电路（如 A/D、D/A、存储器等） ，就能完成语音信号的数字化 处理，实现语音的存储与回放。系统主要由单片机 STC89C51、AD574、DAC0832 及闪速存储器 AT29C040 组成。其原理图如图 1-1 所示。声音通过 MIC 转换成微弱的电信号，经专用的音频前置放 大器放大后，由带通滤波器滤波，输出的信号经 A/D 转换送入单片机。单片机控制将数字信号存储在 存储器中，在需要放音时，单片机控制数字信号从存储器中读出，经 D/A 转换后输出。这种方法过程 简单，但是语音信号容易受到外界干扰而失真，并且信号的压缩存储比较复杂，硬件电路不宜调试。 方案二：直接采用单

6、片机与专用的语音处理芯片 ISD1420 设计实现语音存储与回放，实现语音的 整段录放。该系统采用语音芯片处理语音信号，抗干扰能力强，存储方便，调试简单，还可以作为语 音服务的子系统，所以选择此方案。下面，就针对此方案做具体的介绍。 1.2 器件选择器件选择 1.2.1 单片机的选择单片机的选择 单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器 CPU、随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还 包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的 一个小而完善的计算

7、机系统。 在这里考虑到以后的扩展，本次设计选择了扩展接口较多的 STC89C52，以便在需要的时候能够 升级而扩展其他的功能。 1.2.2 语音芯片选择语音芯片选择 语音芯片又称语音 IC，又被叫做声音芯片。芯片的录音功能包括 ADC 和 DAC 两个过程，都是由 芯片本身完成的，包括语音数据的采集、分析、压缩、存储、等步骤。它能够将语音信号通过采样转 化为数字，存储在 IC 的 ROM 中，再通过电路将 ROM 中的数字还原成语音信号；而语音芯片放音功 能实质上是一个 DAC 过程。 语音芯片根据集成电路类型来分，凡是与声音有关系的集成电路被统称为语音芯片，但是在语音 芯片的大类型中，又被分

8、为语音 IC（这里应该叫成 Speech IC） 、音乐 IC（这里应该叫成 Music IC）两 种。目前，在市场上使用较为普遍的语音芯片如表 1-1 所示。 4 表 1-1 常用语音芯片对比表 项目 TE6310 TE6332 ISD1420 ISD2560 语音长度 10s32s20s 60 采样频率（kHz） 6.446.46.4 8 放音触发放音触发 无边缘/电平 电平 工作电压（V） 4.55.52.73.34.55.5 4.55.5 工作电流（mA） 304530 30 静态电流（A） 2无10 10 MIC 前置是否否否 由上表可以看出，ISD1420 语音芯片的语音长度较长，

9、工作电流和电压也符合要求。因此，本次 设计将采用 ISD1420 作为系统的语音处理芯片参与工作。 1.3 STC89C52 芯片说明芯片说明 STC89C52 是 STC 公司生产的一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。STC89C52 使用经典的 MCS-51 内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统 51 单片机不 具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 STC89C52 为众多嵌入 式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，512 字节 RAM

10、， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM，MAX810 复位电路，3 个 16 位定时器/计数 器，4 个外部中断，一个 7 向量 4 级中断结构（兼容传统 51 的 5 向量 2 级中断结构） ，全双工串行口。 另外 STC89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工 作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被 冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率 35MHz，6T/12T 可选。 因为功能强大。STC89C52 单片机适

11、合于许多较为复杂控制应用场合。 1.3.1 STC89C52 的的功能特性概述功能特性概述 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，512 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM，MAX810 复位电路，3 个 16 位定时器/计数器，4 个外部中断，一个 7 向量 4 级中断结构 （兼容传统 51 的 5 向量 2 级中断结构） ，全双工串行口。另外 STC89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操 作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、 中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存

12、，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一 个中断或硬件复位为止。最高运作频率 35MHz，6T/12T 可选。 1.4 ISD1420 语音芯片 采用 ISD 系列语音芯片进行录音是一种可行的方法，它有音质自然、单片存储、反复录放、低功 5 耗等优点。一块 ISD 芯片上集成有麦克风前置放大器（AMP）、自动增益控制电路（AGC）、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，外部元件包括： 液晶、麦克风、扬声器、开关和少数电阻、电容，再加上电源和电池。 ISD1420 为美国 ISD 公司出品的优质单片语音录放电路，由振荡器、语音存储单元、前置放大器、自

13、 动增益控制电路、抗干扰滤波器、输出放大器组成。一个最小的录放系统仅由一个麦克风、一个喇叭、 两个按钮、一个电源、少数电阻电容组成。录音内容存入永久存储单元，提供零功率信息存储，这个 独一无二的方法是借助于美国 ISD 公司的专利-直接模拟存储技术(DAST TM)实现的。利用它，语音 和音频信号被直接存储，以其原本的模拟形式进入 EEPROM 存储器.直接模拟存储允许使用一种单片 固体电路方法完成其原本语音的再现。仅语音质量优胜，而且断电语音保护。 1.4.1 ISD1420 的引脚功能 电源（VCCA，VCCD）芯片内部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上， 这样 可使

14、噪声最小。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，而去耦电容应量靠近 芯片。 地线（VSSA，VSSD）芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线，这两个脚最好在引脚焊盘上相连。 录音（/REC）低电平有效。只要/REC 变低（不管芯片处在节电状态还是正在放音） ，芯片即开始录音。 录音期间，/REC 必须保持为低。/REC 变高或内存录满后，录音周期结束，芯片自动写入一个信息结束 标志（EOM） ，使以后的重放操作可发及时停止。之后芯片自动进入节电状态。 注：/REC 的上升沿有 50 毫秒防颤，防止芯片自动进入节电状态。 边沿触发放音（/PLAYE）此端出现 下降沿时，芯片开

15、始放音。放音持续到 EOM 标志或内存结束，之后芯片自动进入节电状态。开始放音 后，可以释放/PLAYE。 电平触发放音（/PLAYL）此端出现下降沿时，芯片开始放音。放音持续至端回 到高电平，遇到 EOM 标志，或内存结束。放音结束后芯片自动进入节电状态。 注：放音过程中当遇到 EOM 或内存结束时，如果/PLAYE 或/PLAYL 仍处在高电平，芯片虽然也进入节电 状态（内部震荡器和时钟停止工作） ，但是由于芯片没有对/PLAYE 和/PLAYL 的上升沿进行消颤，随后 在这两个引脚上出现的下隆沿（例如释放按键时的抖动）都会触发放音。 录音指示（/RECLED）处于录音状态时，此端为低，可

16、驱动 LED。此外，放音遇到 EOM 标志时，此端输 出低电平脉冲。 6 话筒输入（MIC）此端边至片内前置放大器。片内自动增益控制电路（AGC）将前置增益控制在-15 至 24dB。外接话筒应通过串联电容耦合到此端。耦合电容值和此端的 10K 输入阻抗决定了芯片频带 的低频截止点。 话筒参考（MIC REF）此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。 自动增益控制（AGC） AGC 动态调节器整前置境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（从耳语到喧哗嚣声）时失真都能保持最小。响应时间取决于此端的 5K 输入阻抗和外 接的对地电容（即线路图中的 C6）的时间常数。释放时间取决于此端外接的并联对地电容和电阻（即 线路图中 R5 和 C6）的时间常数。470K 和 4.7uF 的标称值在绝对大多数场合下可获得满意的效果。 模拟输出（ANA OUT）前置放大器输出。前置电压增益取决于 AGC 端的电平。