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1、基于51单片机的数字语音存储与回放系统设计基于51单片机的数字语音存储与回放系统设计 摘 要 该文采用AT89C51单片机和ISD2560语音芯片设计一款实时语音录放系统，能实现录音时间达60s、录放音受按键控制、可复位且音量可调等诸多功能。整个系统共有三大模块：单片机控制模块、语音录放模块、功放模块。控制模块核心是51单片机的口线功能,通过对按键的识别来控制语音录放模块的工作模式；语音录放模块能实现对声音的处理、存储以及复原的功能；功放模块能对复原好的音频信号加以放大，使声音更加清晰明亮.整个设计围绕以下三方面进行研究:总体方案设计、硬件电路设计、软件设计。 关键词：AT89C51单片机,语
2、音存储，语音回放 DESIGN OF VOICE RECORDING AND PLAYBACK SYSTEM BASED ON AT89C51 ABSTRACT The propose of this paper is to design a real-time speech recording system with AT89C51 microcontroller and ISD2560 voice chip,it can realize the recording time of 60s， sound recording and playback controlled by button,
3、 can reset and voice can adjust. The system includes three modules:single chip microcomputer control module, voice recording module, power amplifier module。 Core of control module is 51SCM mouth line function， through the identification of key to control the voice recording module work model;voice r
4、ecording module can realize voice processing，storage and playback;power amplifier module for audio signal amplified, to make the sound more clear and bright。The whole design around the following three aspects： the overall design, hardware circuit design， and the design of software。 Key Words：AT89C51
5、，phonetic storage ，phonetic playback 目录摘 要IABSTRACTII目录III第1章 绪论11。1 课题研究背景11。2 国内外研究现状21.3 语音存储技术的发展前景21.4 设计任务与要求3第2章 总体方案设计42.1 总体方案论证42。2 器件选择52.2。1 单片机的选择52。2.2 语音芯片选择62.2。3 功放选择62.3 各芯片详细说明62.3。1 AT89C51芯片62。3。2 ISD2560语音芯片82。3.3 LM386集成功率放大器芯片12第3章 硬件电路设计153.1硬件电路总体设计153。2 AT89C51的外围电路设计153.2
6、。1电源153。2。2晶振电路设计153.2.3 复位电路设计163。3 语音电路设计173。4 功放电路设计183。5 键盘输入电路和状态显示电路设计19第4章 软件设计204。1 主要变量说明204。2 主程序流程图214.3 子程序流程图及代码224.3。1 录音子程序224.3.2 放音子程序23第5章 系统调试与实验结果255。1系统调试255。2实验结果27第6章 总结28参考文献29附录30致谢35作品使用说明书36IV第1章 绪论1.1 课题研究背景随着生活节奏的日益加快,城市智能化建设的不断发展，在智能仪器仪表和工业控制系统中增加语音录放功能成为了极为普遍的现象。添加语音功能
7、不仅使得机器更加“聪明”和人性化，还能让使用者操作更加得心应手。当前把语音作为服务手段的行业越来越多，如电脑语音钟、语音型数字万用表、移动手机智能语音系统、叫号机、语音监控报警系统、公交车报站器和卫星导航系统等1。可以说,语音系统是社会生活和生产不可缺少的东西，它的发展是社会进步的必然结果。语音系统需要建立在硬件基础之上,而其系统的控制核心一般是使用单片机.单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点。它几乎渗透到我们生活的各个领域：军事领域的各类导航系统，计算机网络通讯与数据传输系统,各类工控企业的自动化实时控制和数据处理系统，各类智能IC卡，汽车的报警、导航、安全
8、、娱乐系统，录音、摄像机，全自动洗衣机系统以及各类发生遥控玩具和电子宠物等等。可以说，单片机体现的是它强大的控制能力。数字语音录放技术是指利用数字化技术对语音信号进行采集、处理、并且在一定存储设备中进行存储，并可在需要时进行输出的过程。相对于模拟设备来说,数字设备易于集成、小型化、成本更低，同时更为稳定,且操作更为直接、方便，使得数字语音录放系统目前在各种领域中都得到了广泛的应用2。例如监控环境中使用的语音采集系统；再如家庭或学校中使用的语音复读机等，都可看作是数字语音录放系统的典型应用。在对语音信号的处理方面，常规方法是采用滤波器处理接收到的模拟语音信号,通过模数转换成为数字信号,再由单片机
9、控制存储到存储器中。在需要输出语音信号时，亦可由单片机控制从存储器中输出，再经数模转换成模拟信号，通过IV变换成电压信号，滤波后通过功放将语音信号输出.但是这种方法的缺点是，输出不稳定，语音信号有杂音或者变音，这是模拟电路所不能避免的缺点3.为了解决这个问题,我们可以采用专用的语音芯片，利用其模拟信号技术直接存储技术来解决上述问题。语音芯片可以很方便的和单片机系统相结合，其体积和重量也能符合单片机系统的要求。因此，基于单片机和语音芯片的语音系统应运而生。1.2 国内外研究现状近年来，语音信号处理技术的发展可谓日新月异,新技术的出现为语音录放系统的发展指引了新的方向。对语音信号的前期采集、中期的
10、处理从之前的对波形进行编码和压缩转变为现在的参数编码和压缩,从而大大减少了需要存储的数据,节省了硬件存储空间。举例来说，原始语音一般都是采用8KHz抽样，16bits的线性PCM编码进行采集，在一般的系统中就直接将采集后的数据进行存储；而如果采用参数编码对采集后的数据进行压缩，存储量则可以大大减少，当需要恢复语音时,可利用编码后的参数进行合成，可以得到质量令人满意的结果。目前比较典型的语音器件有早些的ISD2560、ISD1420到现在的ISD4004、ISD1700，ISD系列是由美国ISD公司研发的专业语音处理芯片.芯片采用模拟信号直接存储技术，将声音信号直接写入存储单元而不经A/D或D/
11、A转换，所以使用ISD芯片能非常好的再现语音，可避免因一般固体语音电路的量化和压缩所引起的量化噪声和失真情况。另外芯片功能强大：即录即放、语音可掉电保存、10万次的擦写寿命、手动操作和CPU控制兼容、可多片级联、无需开发系统等等,确实给欲实现语音功能的单片机应用设计人员提供了解决方案.现在市场上已有公司将以AT89C2051单片机与ISD语音芯片组成的语音组合板,用串口通信，芯片里固化有一些常用语音词汇，用户不需了解语音功能的工作原理，只需通过串口按一定协议发送代码即可送出语音。1.3 语音存储技术的发展前景未来语音存储技术的革新主要是硬件技术(处理能力)以及语音编码技术的进步.单片机技术的发
12、展越来越快，未来将向低功耗、微型化发展。以51为基础的模式不会动摇,但在容量和性能上将作出很大提高，而串行总线结构可以使得单片机系统结构更加简单和规范。语音存储与回放技术的核心是语音编码,它是现代语音技术的三大核心之一（语音识别、文本语音转换、语音编码）。在未来，实现速度在2。44.8Kbps的高质量的加密方式。另一方面,将采用更先进的技术对语音信号进行处理，减少存储空间。而在整体的语音技术发面,智能语音将是未来发展的主要方向。语音识别技术和语音合成技术，将是未来的主导，他们将推动语音技术向语境真实化和多模态化发展,但是面临的核心技术也将越来越难4。而在另一方面,未来数字化和信息化的联系日益紧
13、密，继而影响科技进步和现代化进程.在现代社会，推动时代发展的根本力量,仍然是信息化和科技进步推动的全球经济一体化。像语音存储技术一样的数字化技术的进步，一方面能推动人类社会的发展；另一方面，人类综合能力、实践能力和创新能力的提高，也会推动数字信息化在更高领域里德创造. 1.4 设计任务与要求 本文的设计任务是用AT89C51单片机设计一款数字语音存储与回放系统，要求整个系统录音时间达到60s，放音效果真实清晰，采样频率达8KHZ，工作电压5V,系统录放音可受按键控制，可复位且音量可调有较强的抗干扰能力。设计要求：首先要确定总体的设计方案，绘制出总体结构框图，分析系统的工作原理以及各个元器件的功
14、能作用；再完成各单元具体电路的设计，包括单片机最小系统硬件电路、外围、语音录放、功放、键盘输入等电路；最后用编程软件完成程序编写和烧入并对系统进行调试。第2章 总体方案设计2.1 总体方案论证 方案一:利用单片机及其外围硬件电路，包括A/D、D/A、滤波及放大电路等,就能完成语音信号的数字化采集、存储和回放的功能。系统主要由ATMEL公司的AT89C51、ADC、DAC及闪速存储器组成。它的原理图如图2-1所示。录音时，模拟语音信号先通过MIC转换成微弱的电信号，再经专用的音频前置放大器放大和带通滤波器滤波后，由模数转换器A/D转换成数字信号，单片机控制数字信号存储在存储器中；在需要放音时,单
15、片机控制数字信号从存储器中读出,再经D/A的转换还原成模拟信号，再通过滤波、放大后由扬声器输出5。这种方法过程简单，但是语音信号容易受到外界的干扰而失真，并且信号的压缩存储比较复杂，硬件电路不宜调试。 图21 方案一系统原理图方案二：可采用单片机与专用的语音处理芯片来设计语音存储与回放系统，实现对语音的录放功能.采用语音芯片技术来处理语音信号，系统具有抗干扰能力强，存储方便，调试简单，可作为语音服务的子系统等纵多优点。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。加上麦克风、扬声器，开关和少数的几个电容、电阻和电源，就可构成一个完整的语音录放系统。我们以ISD公司的生产的ISD2560系列语音芯片为例,系统原理框图如图22所示。模拟语音语音信号进过麦克风之后直接送入ISD2560芯片加以处理和存储，放音时，ISD2560芯片再把存储好的数字信号还原成模拟信号，再通过放大器把信号放大，最后用扬声器放出来6。该系统具有重复录放、音质好、低功耗、抗强干扰等优点。图22 方案二系统原理图通过有效性和实
