基于51单片机录音笔设计_毕业论文(设计).doc

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 isd1420 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，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， 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，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 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。 模拟输入（ana in）此端即芯片录音的输入信号。对话筒输入来说，ana out 端应通过外接电容 连至本端。该电容和本端的 3k 输入阻抗给出了芯片频带的附加低端截止频率。其它音源可通过交流 耦合直接连至本端。 喇叭输出（sp+、sp-）这对输出端能驱动 16 以上的喇叭。单端使用时必须在输出端和喇叭间接 耦合电容，而双端输出既不用电容又能将功率提高 4 倍。录音时，它们都呈高阻态；节电模式下，它 们保持为低电平。 外部时钟（xclk）此端内部有下拉元件，不用时应接地。芯片内部的采样时钟在出厂前已调校， 保证了标称的最小录音时间。商业级芯片在整个温度各电压范围内，频率变化在+2.25%内,并保证最小 录放时间，所以有些芯片的录放时间比标称的值稍大。工业级芯片在整个温度和电压范围内， 频率变 化在+5%内，建议使用稳压电源。若要求更高精度或系统同步，可从本端输入外部时钟，频率如表 2- 1“外部钟频”所示。由于内部的防混淆及平滑滤波器已设定，帮上述持荐的时钟频率不应改变。输入 时钟的占空比无关紧要，因为内部首先进行了分频。 地址（a0a7）地址端有两个作用，取决于最高（msb）两位 a7、a6 的状态。当 a7 或 a6 有一个 为 0 时，所有输入均释放为地址位，作为当前录放操作的起始地址。地址端只用输入，不输出操作过 程的内部地址信息。地址在/playe、/playl、或/rec 的下降沿锁存。 7 1.4.2 isd1420 的操作模式的操作模式 由于 isd1420 内置了若干种操作模式，因而可用最少的外围器件实现最多的功能。操作模式也由 地址端控制，当最高两位（a8、a9）都为 1 时，其它地址端置高可选择某个（或某几个）特定模式。 因此操作模式和直接寻址相互排斥。具体操作模式如表 1-2 所示。操作模式可由微控制器也可由硬件 实现。 表1-2 模式控制说明表 模式控制功能典型应用 a0/m0信息检索快速检索信息 a1/m1删除eom标志在全部语音录放结束时，给出eom标志 a2/m2未用当工作模式 操作时，此端应接低电平 a3/m3循环放音从0地址开始连续重复放音 a4/m4连续寻址可录放连续的多段信息 a5/m5ce电平触发允许信号中止 a6/m6按钮控制简化器件接口 使用操作模式时需要注意两点： (1) 所有操作模式下的操作都是从 0 地址开始，以后的操作根据模式的不同，而从相应的地址开 始工作。当电路中录音转放音或进入省电状态时，地址计数器复位为 0。当 ce 变低且最高两地址位同 为高时，执行操作模式。这种操作模式将一直有效，直到 ce 再次由高变低，芯片重新锁存当前的地 址模式端电平并执行相应的操作为止。 (2) 操作模式位不加锁定，可以在 msb（a8、a9）地址位为高电平时，ce 电平变低的任何时间 执行操作模式操作。如果下一片选周期 msb（a8、a9）地址位中有一个(或两个)变为低电平，则执行 信息地址，即从该地址录音或放音，原来设定的操作模式状态丢失。 1.4.3 isd1420 的应用电路的应用电路 isd1420 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 eeprom 等。内部 eeprom 存储单元，均匀分为 600 行，具有 600 个地址单元，每个地址单元指向其中一行，每一个地址单元的地址分辨率为 100ms。isd1420 控制电平与 ttl 电平兼容。接口简单，使用方便。图 1-3 是 isd1420 基本电路原理。 录音时按下录音键 s2、s3 接地，使节电控制键 pd 端、录放模式键端为低电平。此时启动rp/ 录音；结束时松开按键，单片机又让录放模式键端回到高电平，即完成一段语音的录制。同样rp/ 的，按下录放模式键接高电平，使节电控制键 pd 端为低电平启动放音功能；结束时，松开按键，rp/ 8 即完成一段语音的播放。 图 1-3 isd1420 基本电路原理 1.5 lm386 集成功率放大器集成功率放大器芯片说明芯片说明 lm386 是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。为使外围 元件最少，电压增益内置为 20。但在 1 脚和 8 脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为 任意值，直至 200。 1.5.1 lm386 电子特性电子特性 lm386 芯片的电子特性如表 1-3 所示。输入端以地位参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的 一半，在 6v 电源电压下，它的静态功耗仅为 24mw，使得 lm386 特别适用于电池供电的场合。输入 电压范围可由 4v12v，无作动时仅消耗 4ma 电流，且失真低。 表 1-3 lm386 电子特性表 项目测试环境规格 工作电压vs（v）45 输入电压vin（v）-0.4+0.4 输入阻抗ri（k）50 静电流iq（ma）vs=6v,vin=0v48 输出功率pout（mw）vs=6v，rl=8，thd=10%250325 pin1、8开路26 电压增益(db) pin1、8以10f连接46 9 pin1、8开路300 频宽（khz） pin1、8以10f连接60 1.5.2 lm386 的引的引脚说明脚说明 lm386 的引脚排列见附录 1。引脚 2 为反相输入端，3 为同相输入端，引脚 5 为输出端，引脚 6 和 4 分别为电源和地，引脚 1 和 8 为电压增益设定端。使用时在引脚 7 和地之间接旁路电容，通常取 10f。 lm386 的电源电压为 412v；静态消耗电流为 4ma；电压增益为 20-200db；在 1、8 脚开路时， 带宽为 300khz；输入阻抗为 50k；音频功率 0.5w。 尽管 lm386 的应用非常简单，但稍不注意，特别是器件上电、断电瞬间，甚至工作稳定后，一些 操作（如插拔音频插头、旋音量调节钮）都会带来的瞬态冲击，在输出喇叭上会产生非常讨厌的噪声。 各引脚外围电路的接法介绍如下： (1) 通过接在 1 脚、8 脚间的电容（1 脚接电容“+”极）来改变增益，断开时增益为 20db。 (2) 选好调节音量的电位器。阻值不要太大，10k 最合适，太大也会影响音质。 (3) 尽可能采用双音频输入/输出。好处是：“”、 “”输出端可以很好地抵消共模信号，故能有效 抑制共模噪声。 (4) 第 7 脚（bypass）的旁路电容不可少。实际应用时，bypass 端必须外接一个电解电容到地， 起滤除噪声的作用。工作稳定后，该管脚电压值约等于电源电压的一半。增大这个电容的容值，减缓 直流基准电压的上升、下降速度，有效抑制噪声。在器件上电、掉电时的噪声就是由该偏置电压的瞬 间跳变所致。 (5) 减少输出耦合电容。此电容的作用有二：隔直与耦合。隔断直流电压，直流电压过大有可能 会损坏喇叭线圈；耦合音频的交流信号。它与扬声器负载构成了一阶高通滤波器。减小该电容值，可 使噪声能量冲击的幅度变小、宽度变窄；太低还会使截止频率（）提高。分)2/(1coutrlfc 别测试，发现 10uf/4.7uf 最为合适。 2 硬件电路设计硬件电路设计 2.1 系统硬件电路总体设计系统硬件电路总体设计 本系统主要可分为三个部分：单片机控制部分、语音录放部分、功放部分。采用 51 单片机作为主 控制芯片，利用 isd1420 实现语音录放，采用 lm386 集成功放使声音放大，简单易行且控制方便。 系统采用的微控制器是美国 stc 公司生产的低电压，高性能 cmos 8 位单片机，片内含 4k bytes 的可反复擦写的 flash 只读程序存储器和 128 bytes 的随机存取数据存储器（ram）。器件采用 stc 10 公司的高密度、非易失性存技术生产，与标准 mcs-51 指令系统及 8051 产品引脚兼容，片内置通用 8 位中央处理器（cpu）和 flash 存储单元，功能强大。at89c51 单片机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 isd1400 系列单片语音录放集成电路 isd1420，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。 功放采用 lm386 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。 isd1420 与单片机 at89c51 的接口电路以及外围电路见附录 1。单片机的 p1 口、p2.4 和 p2.5 分 别与 isd1420 的地址线相连，用以设置语音段的起始地址和控制操作模式；p2.0p2.3 以控制录放音状 态；p0.3、p0.4 连接按键，供录放音使用；p0.0p0.3 接发光二极管，用以提示当前录放音状态。 2.2 stc89c52 的外围电路设计的外围电路设计 2.2.1 晶振电路晶振电路设计设计 单片机是一种时序电路，必须给它提供时钟脉冲信号才能正常工作。系统时钟信号是单片机内部 各种操作的时间基准，为各种指令的执行提供时钟节拍。通常单片机可通过内部振荡或外部振荡两种 方式得到系统时钟信号。 本系统采用的是 12mhz 的晶振，电容采用 22pf 的陶瓷电容，具体设计如图 2-1 所示。 图 2-1 晶振电路设计图 2.2.2 复位电路复位电路设计设计 当任何一个复位信号产生时，c51 的所有 i/o 端口都会立即复位成它们的初始值，并不需要时钟 源处于运行状态。在复位信号撤消后，硬件系统将调用一个计数延时过程，经过一定的延时后，才能 进行系统内部的真正复位启动。采用这种形式的复位启动过程，保证了电源达到稳定后才使单片机进 11 入正常的操作，复位启动的延时时间可以由用户通过对熔丝位的编程来定义。 51 单片机有 3 个复位源： (1) 上电复位。当系统电源的电平低于上电复位门限电压 vpot 时，mcu 产生复位。 (2) 外部复位。当一个高电平加到 reset 引脚超过 2 机器周期时，mcu 产生复位。 (3) 看门狗(wdt)复位。当看门狗复位允许且看门狗定时器溢出时，mcu 产生复位。当进入系统 的干扰作用于单片机内部时，系统失控导致程序在地址空间内“乱飞”，使程序运行状况不可预测。如 果运行时间超过程序设定的看门狗延时时间，系统便会重新复位，使单片机重新回到正常运行轨道。 因此，看门狗复位可以有效的监控系统的运行情况，提高了系统自身的抗干扰能力，使系统能够在具 有一定干扰的环境中正常工作。 本系统设计一个外部复位，采用按键电平复位方式，电平复位是通过复位端电阻与 vcc 电源接通 而实现的，电路如图 2-2 所示。为了提高系统可靠性，再加上一个 10uf 的电容来消除高频干扰和杂波。 图 2-2 复位电路图 2.3 语音电路设计语音电路设计 本系统采用 isd1420 芯片，语音电路图如图 2-3 所示。 12 图 2-3 语音电路设计图 各引脚外围电路的接法可参考前文所述的引脚说明。扬声器输出信号与功放相连，将声音信号放 大。 2.4 功放电路功放电路设计设计 电路图如 2-4 所示，调节可变电阻器的大小可以调节声音大小。各引脚外围电路的接法可参考前 文所述的引脚说明。 13 图 2-4 功放电路图 2.5 键盘输入电路键盘输入电路和状态显示电路和状态显示电路设计设计 键盘输入的功能主要包括设定录与放，因此该系统具有2个按键：录音按键、放音按键。状态显示 通过发光二极管来完成，3盏灯分别对应的芯片开始工作、录音开始和放音开始3个状态。这部分的电 路图如图2-5所示。 图2-5 键盘输入电路和状态显示电路图 14 3 语音录放系统软件设计语音录放系统软件设计 软件的设计是以硬件为基础的，软件要实现的功能都是要以正常的硬件为前提，若硬件无法正常 工作，再优秀的软件也无法实现任何功能。同样的，软件是硬件的灵魂，没有了软件，再强大的硬件 也只是一部废铁。我们在确定了一项设计所要实现的功能后，根据要实现的功能设计相应的硬件系统。 硬件系统搭建起来之后，若调试无误，才进行相应的软件模块的设计。 本系统采用51系列单片机作为硬件开发核心，单片机的软件部分采用汇编语言开发，软件采用符 合汇编语言的keil c51编译器。在这章节中，将结合具体硬件电路来介绍各模块的软件设计。 3.1. 主要变量说明主要变量说明 程序中的主要变量及相关功能如下： led1led3：描述发光二极管的关断。当这 3 个变量分别为 1 时，二极管熄灭，当变量为 1 时， 二极管点亮。 record：描述录音键按下的状态。该变量为 1 表示录音键按下，为 0 表示录音键松开。 play：描述放音键按下的状态。该变量为 1 表示放音键按下，为 0 表示放音键松开。 pd：控制芯片的工作状态。pd=0 时，芯片开始工作；pd=1 时，芯片停止工作，进入节电状态。 pr：控制语音芯片所处的工作模式。该变量置为 0 时，芯片处于录音模式；置为 1 时，芯片处于 放音模式。 ce：对芯片进行片选。当 ce=0 且 pd=0 时，允许芯片进行录放的的操作；ce=1 时，无法进行 录放操作。 eom：信息结束的标志。一段语音信号录制完毕后，eom 标志由芯片自动插入到信息结尾，放 音过程中，若 eom=0，说明信号结束，停止播放。 3.2. 主程序工作原理及流程图主程序工作原理及流程图 本系统中单片机控制语音芯片录播的程序主要是单片机对 isd1420 芯片的控制字的写入，程序流 程图如图 3-1 所示。 15 开始 系统初始化 pd端置0，芯片开始工作；灯1点亮 pr端置0，设为录音状态 录音键按下？ 延时10ms去抖动 调用录音子程序，开始录音 放音键按下？ 调用放音子程序，开始放音 结束 y n y n 芯片停止工 作，灯1熄灭 图 3-1 主程序流程图 isd1420 虽然提供了地址输入线，但它的内部信息段的地址却无法读出。需要采用直接寻址模式 进行寻址。其实现方式有两种：一是由于 isd1420 的地址分辨率为 100 ms，所以可用单片机内部定时 器定时 100 ms，然后再利用一计数器对单片机定时次数进行计数，则计数器的计数值为语音段所占用 的地址单元。该方式能充分利用 isd1420 内部的 eeprom，在字段较多时可利用该方下后，进入录 16 音模式，调用录音子程序开始录音。play 键按下后，进入放音状态，调用放音子程序开始放音。放 音结束后，pd 端置 1，芯片停止工作。程序代码见附录 2。 3.3. 子程序流程图及代码子程序流程图及代码 3.3.1 录音子程序录音子程序 录音子程序流程图如图 3-2 所示。 ce置0开始录音 点亮灯2熄灭灯1 是否松开录音键？ 录音结束 熄灭灯2点亮灯1 y n 返回 图 3-2 录音程序流程图 录音键按下后，置端为低电平，芯片开始录音。然后一直扫描 record 所表示的录音按键是ce 否松开，若按键松开，则置端为高电平，录音结束。程序段如下：ce clr ce；开始录音 clr led2 setb led1；点亮灯 2，灭掉灯 1 jnb record，$ setb ce；录音键松开后，录音结束 setb led2 clr led1；灯 2 灭，灯 1 亮 17 3.3.2 放音子程序放音子程序 放音程序的流程图如图 3-3 所示。 置放音状态 ce置0启动放音 灯3点亮灯1熄灭 语音结束信号eom为0？ 灯3熄灭灯1点亮 y n 返回 图 3-3 放音程序流程图 放音键按下后，置 pr 端为 1，进入放音状态。将端置为低电平，启动播放。播放过程中等待ce 语音段结束信号 eom，当 eom=0 时，提示语音信号结束。返回主程序并进行下一步操作。放音程序 段如下： setb pr；置放音状态 clr ce；启动播放 clr led3； steb led1；点亮灯 3，熄灭灯 1 nop nop turn: jb eom,turn；等待语音段结束信号 setb led3； clr led1；灯 3 灭，灯 1 亮 3.4. 程序代码：程序代码： led1 bit p0.0;灯 1 18 led2 bit p0.1;灯 2 led3 bit p0.2;灯 3 record bit p0.3;录音按键 play bit p0.4;播放按键 pr bit p2.0;play or record eom bit p2.1;end of message 引脚 pd bit p2.2;isd1420 power down 按键 ce bit p2.3;isd1420 的片选信号，低有效 org 0000h ljmp main org 0030h main: setb led1 setb led2 setb led3 start: lcall sysint;系统初始化 clr pd;芯片工作 clr led1;点亮灯 1 clr pr;设置为录音状态 loop: jb record,loope;录音键按下否？ lcall delay10ms lcall torecord loope: jb play,loop;放音键按下否？ lcall toplay steb pd;芯片停止工作 steb led1 end ；系统初始化程序 sysint： clr ea mov p1,#40h;isd1420 处于 push-button 模式，a6/m6 为高电平， a0/m0a5/m5,a7 都为低电平 setb p2.4 setb p2.5;a8,a9 置为高电平 ret ;录音子程序 torecord：clr ce;开始录音 19 clr led2 setb led1;点亮灯 2，灭掉灯 1 jnb record,$ setb ce;录音键松开后，录音结束 setb led2; clr led1;灯 2 灭，灯 1 亮 ret ;放音子程序 toplay: setb pr;置放音状态 clr ce;启动播放 clr led3; steb led1;点亮灯 3,熄灭灯 1 nop nop turn: jb eom,turn ;等待语音段结束信号 setb led3; clr led1;灯 3 灭，灯 1 亮 ret ;10ms 的延时程序 delay10ms：mov r7，#20 delay1： mov r6，#250 djnz r6，$ djnz r7,delay1 ret 20 结束语结束语 本文设计的语音系统硬件电路简单，调试方便。即可作为电脑语音系统的语音板，又可作为语音 服务系统的子系统。针对 isd 语音芯片的特点，设计出的一种由单片机控制，能够实现录放功能的语 音电路，可作为录音机、复读机、音频记录仪使用，既节省存储空间，又降低成本，具有较高的实用 价值。 isd 语音芯片精度高，集成度高，能够使得微机的语音输出结构大大的简化，能使生产的造价大 大的降低；由于 isd 芯片的抗干扰性强，所以在恶劣的环境的系统中也能正常使用，例如：机动车辆， 语音室里都能正常的输出语音，信息保存时间长，工作可靠；输出可以高保真的再现原声，可将 isd 芯片用于语音及声音信号的检测或模拟系统，能实现语音的非定长录制。 上面这个语音芯片设计电路可以应用于家电、防盗、通信、汽车侦测器、工业产品、医疗、美容 器材及警报，绒毛玩具、精美礼品、精美广告赠品、益智玩具、圣诞及节日礼品玩具、圣诞树、圣诞 鱼、有声语音闹钟。且外围电路元件少、体积小、易于再次开发或改进电路，具有很高的实用价值。 对于该系统的改进，主要有 2 个方面。硬件部分的改进，利用 stc89c52 芯片余下的管脚可以外接 一显示模块，对当前录放音的状态进行显示。而对于软件部分，可以利用 isd1420 直接寻址模式对语 音信号分段录放。isd1420 最大录音时间为 60s，对声音信号分段录音，设置各录音段的起始地址，存 储在芯片的存储器中，放音时，直接寻找到起始地址就能实现对各段语音信号的播放了。 21 附录附录 1 1.1 原理图： p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 rst 9 p3.0(rxd) 10 p3.1(txd) 11 p3.2(int0) 12 p3.3(int1) 13 p3.4(t0) 14 p3.5(t1) 15 p3.6(wr) 16 p3.7(rd) 17 xtal2 18 xtal1 19 gnd 20 p2.0(a8) 21 p2.1(a9) 22 p2.2(a10) 23 p2.3(a11) 24 p2.4(a12) 25 p2.5(a13) 26 p2.6(a14) 27 p2.7(a15) 28 psen 29 ale/prog 30 ea/vpp 31 p0.7(ad7) 32 p0.6(ad6) 33 p0.5(ad5) 3