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1、基于单片机的语音存储与回放系统设计摘 要语言在人类的发展史中起到了至关重要的作用 ，它的作用并不亚于直立行走和工具的使用，怎样能把人类的语言毫不差地记录下来也是人们一直思的问题 。传统的磁带语音录放系统因其体积大 ，使用不便，在电子信息 处理的使用中受到许多限制。本文提出的体积小巧，功耗低的数字化语音存储与回放系统将完全可以替代它。论文首先介绍了语音存储与回放系统的总体设计方案，系统要实现的功能，然后通过分析比较选择最佳设计方案，并完成整个系统电路的设计。本文利用单片机AT89C52控制ISD4004语音芯片来实现语音的录制和播放。ISD4004语音芯片无须A/D转换和压缩就可以直接储存，没有
2、转换误差。具有可多次重复录放、存储时间长的功能使用时不需扩充存储器，所需外围电路简单。本文在简单分析ISD4004单片语音芯片工作原理的基础上，通过系统功能模块各部分的连接及软硬件设计，实现了数字化语音的存储和回放通过外部设备的扩展，可以提高产品的应用领域。关键词：AT89C52单片机，ISD4004，语音录放，LM386 MICROCONTROLLER BASED VOICE STORAGE AND PLAYBACK SYSTEM ABSTRACTLanguage has played a vital role in human history, which, not less than t
3、he significant of upright walking and the use of tools. However, it is a vital problem of how can human languages be recorded. Because of their bulky, inconvenient to use, traditional voice recording tape systems have many restrictions. In contrast, one digital audio storage and playback system whic
4、h is small in size, low power in consumption will completely replace it. To begin with, this article introduces the overall designation of the voice storage and playback system, the functions to be achieved, and then selects the best design through analyze and comparison, and complete the system cir
5、cuit design in the end. In this design, AT89C52 microcontroller chip is used to control the ISD4004 voice recording and playback of voice. ISD4004 voice chip can be directly stored without A/D conversion and compression, and no conversion errors. This design contains several advantages such as recor
6、ding can be repeated, store for a long time, without extended memory facilities when used, and the peripheral circuits is simple, etc. In this article, beyond a simple analysis of voice chip ISD4004 chip based on the functional modules, this design realizes the digital audio storage and playback thr
7、ough the connection of various parts and the designations of software and hardware systems. In addition, product applications can be improved by the expansion of external devices. KEY WORDS：AT89C52 Microcontroller, ISD4004, Voice recorders, LM386目录前言5第1章 系统的总体方案设计61.1 系统设计的总体思路61.2 系统的功能的要求61.3 总体方案
8、的选定6第2章 硬件电路设计82.1 中央处理单元82.1.1 单片机的选型82.1.2 AT89C52功能及特点82.1.3 时钟电路92.1.4 复位电路92.1.5 电源电路102.1.6 单片机端口扩展电路102.2 ISD4004芯片介绍及单片机外围接口电路112.2.1 ISD4004芯片介绍112.2.2 ISD4004引脚功能介绍122.2.3 ISD4004 SPI口（串行外设接口）工作协议分析142.2.4 语音输入电路152.2.5 语音输出电路162.2.6 变压电路172.2.7 录音电路及放音电路17第3章 软件电路设计203.1 SPI口设计思想203.2 上电顺
9、序203.3 程序工作思想及程序流程图213.4 子程序模块223.4.1 录音子程序223.4.2 放音子程序233.4.3 停止录音子程序24结论26参考文献27致谢29附录30前言自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用，语音系统是控制系统中实用最多的控制类型之一。随着数字化信息处理、合成技术和大规模集成电路的发展，各种语音合成芯片相应产生，但对它的控制大都采用PC机或微控制器的方法。这些方法既需要硬件的支持，又需要软件的指令控制。本文采用了ISD公司的新产品ISD4004语音芯片，与普通的录音/放芯片相比，ISD4004具有如下特点：首先是记录声音没有长度的限制，并且声
10、音记录不需要A/D转换和压缩。其次，快速闪存作为存储介质，无需电源可保存长达100年，重复记录10万次以上。此外，ISD4004具有记录时间长(可达16分钟，本文采用的为8分钟的ISD4004语音芯片)的优点。最后，ISD4004开发应用具有外围电路简单的优点。通过单片机AT89C52对其控制，达到语音的录入和放出单片机AT89C52主要完成对ISD4004语音芯片的控制作用。本文通过在语音芯片的前端加一个前置放大电路来完成声音信号的输入，通过在输出端加一个LM386的功率放大器来增强声音输出信号ISD4004语音芯片是由美国ISD公司推出不久的新产品本设计可以有效的提高控制系统的实时性和控制
11、精度，大大改善了语音采集的自动化程度，并详细讲述了系统设计方案，并给出了相关程序流程。本设计应用性比较强，可以应用在语音监控、电话远程播放、安防报警等。本课题是研究基于单片机话音录放控制系统的设计，在说明书中，为了更详细的介绍设计的过程，把文章共分了三章。主要内容如下：第一章主要说论述了系统的总体设计方案，详细的分析了设计的思路，实现的功能，以及总体的方块图。第二章是硬件设计的内容，着重分析了各个模块的设计、芯片的选型、参量的分析等，是整个设计的骨架。第三章是软件的设计，分别介绍了主程序、录音子程序、放音子程序、停止子程序以及显示子程序的设计，是实现功能的灵魂。第1章 系统的总体方案设计1.1
12、 系统设计的总体思路在设计一个系统时，首先要进行系统的总体方案设计，在设计中一般应考虑以下几点：1 遵循从整体到局部的设计原则。在本论文中，首先阐述清楚设计的总思路，从单片机控制入手，分别完成电路图、程序设计。2 经济性要求。设计中采用ISD4004作为语音芯片，首先降低了设计的复杂性。记录声音没有长度的限制，并且声音记录不需要A/D转换和压缩。其次，快速闪存作为存储介质，无需电源可保存长达100年。3 可靠性要求主要考虑的方面是语音的清晰度，在音频处理部份用了LM386它是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点。 4 操作和维护要求：
13、本系统控制电路和语音录放电路分离，接线端口全部扩展出来，方便拆接。功能实现主要是用按键实现录、放、停止，方便操作。1.2 系统的功能的要求利用单片机和数字语音电路进行分段录放控制。实现录音和放音的功能1 能显示语音信号的相关信息，控制按键识别和功能选择。2 实现语音的存储和回放。1.3 总体方案的选定本设计基本出发点就是利用现有工艺条件，采用微型计算机处理技术，提高芯片工作效率，拓展其功能，满足多方面的需求。因此总体设计方案围绕优化系统设计这个原则，尽量减少硬件电路的复杂程度，发挥单片机处理功能强大的优势，提高系统工作的可靠性。系统主要包括单片机控制模块，ISD4004模块，放大电路模块，音频
14、功放模块，录放键盘模块和看门狗复位电路模块等六大部分。单片机控制模块把其它几个模块联系在一起，ISD4004芯片电路模块实现语音录放，通过放大电路、音频功放再现语音及录入新的语音。录放键盘留给用使用，方便的控制，LED显示当前系统的工作状态。该系统的总体设计方案如图1-1 所示。ISD4004放大电路录放键盘AT89c52音频功放LED显示看门狗复位电路PC机图1-1 总体设计方案第2章 硬件电路设计2.1 中央处理单元2.1.1 单片机的选型单片机以AT89C52单片机采用INTEL内核1，结合ATMEL公司闪存技术制造，性能稳定可靠，在程序不太复杂的情况下，无需扩展外部存储器，因此，对于追
15、求可靠性、追求体积轻巧灵便的装置而言显得尤为重要。特别对于语音这样集成度比较高的设计更为需要。2.1.2 AT89C52功能及特点AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM）2，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。图2-1为AT89C52单片机的基本组成功能方块图4。振荡器和时序OSC程序存储器8KB ROM数据存储器256 B RAM/SFR定时器/计数器 2 16AT89C52CPU64 KB总线扩展控制器可编程 I/O可编程全双工串行口内中断图2-1 AT89C52功能框图2.1.3 时钟电路系统时钟是一切微处理器、微控制器内部电路工作的
