课程设计（论文）-基于ZY1420A的语音系统设计.doc

课 程 设 计 任 务 书题 目 基于zy1420a的语音系统设计 系 (部) 信息科学与电气工程学院 专 业 电子信息工程 班 级 电信091 学生姓名 学 号 12 月 26 日至 12 月 30 日 共 1 周指导教师(签字) 系 主 任(签字) 年 月 日目 录摘要1一、系统方案（方案论证）21、实验目的22、实验内容23、实验要求24、实验论证2二、理论分析与计算31、微控制器at89c5132、isd1420的封装引脚及含义33、简单录音放音操作4三、电路与程序设计71、程序流程图72、实验连线93、源程序9四、结果分析13五、总结经验14六、参考文献15摘要 本设计主要是在熟悉语音芯片zy1420a的电路设计操作及使用方法的基础上，且通过手工操作实现语音芯片的录音（其操作过程在操作步骤模块中所述）的前提下，以单片机为核心控制系统，用汇编语言程序模拟手动操作编程实现系列语音芯片的分段录放音过程。启动程序进行三段声音的录制，每段限时三秒钟，录制过程中显示录制次序，间隔一秒录制下一段，本芯片最长可录制20秒的内容，根据程序设计，我们只录制三段，录音完毕后，可根据相应的按键控制每一段声音的播放。 关键词：单片机 zy1420a 分段录放音 abstractthis design is mainly in the familiar voice chip zy1420a circuit design operation and operating method of the foundation, and through the manual operation realize voice chip recording (its operating process steps in the operation of the module), under the premise of with the single chip processor as the core to control system, in assembly language program manual operation simulation for the programming series voice chip like the sound of subsection process. start programs for three sections of the sound recording, each section within three seconds, recordings show recording order, a second interval recording the next paragraph, the chip can be recorded 20 seconds of the longest content, according to the program design, and we only record three sections, recording finished, but according to the corresponding key control each section of the sound of the play.key words:single-chip zy1420a record and playback subsection一、系统方案（方案论证）1、实验目的 1掌握采用单片机控制语音芯片（isd1420）的硬件接口技术。 2掌握语音芯片（isd1420）驱动程序的设计和调试方法。 2、实验内容 利用zy1420a语言芯片实现任意三段话的任意播放，三段话通过三个按键实现程序控制。3、实验要求根据实验内容编写一个程序，并在实验仪上调试和验证。4、实验论证近几年语音电路发展极为迅速，在单片机系统中的应用越来越广。语音接口作为输出口时，主要用于报告运行状态、运行结果、提示系统操作过程及故障报警等；作为输入时，则主要是语音的记录、语言库的建立和语音的识别。 在单片机的应用系统中，语音接口有如下特点： 输出的基本词汇都是确定的，且数量有限，如故障提示、操作提示、运行报告结果等；分发挥单片机灵活的控制功能，根据系统的实时状态结果，选择合适的语音词汇或语言段随时组合输出； 写入后不易遗失，修改方便。 现在语音处理合成芯片很多，大多是先将语音经a/d转换后存入内存中，放音时取出再经d/a转换输出。美国信息内存件公司推出的isd系列语音电路采用直接模拟存储技术，不需要专用开发工具、编程器，它操作简单，接口灵活，因此深受广大单片机应用人员的欢迎。国内许多厂家的生产语音板，大多以该公司的isd系列芯片为核心构成。 isd1420芯片的特点 外围组件简单，仅需少量阻容组件、麦克风即可组成一完整录放系统。 模拟信息存储重放音质极好，并有一定混响效果。 待机时低功耗(0.5ua)，典型放音电流15ma。放音时间20s，可扩充级联。可持续放音，也可分段放音，最小分段20s/160段=0.125s/段，可分段数160段。录放次数达10万次。 断电信息存储，无需备用电池，信息可保100年。 操作简单，无需专用编程器及语音开发器。 高优先级录音，低电平或负边沿触发放音。 单电源供电，典型电压+5v 2、isd1420的内部逻辑结构 isd1420系列语音集成电路的内部结构由内部时钟电路，自动增益控制电路，前置控制电路，滤波器，差动功率放大电路，电源电路，内存eeprom，地址译码电路，存储控制电路等组成。zy1420语音录放模块zy1420是国内著名电子生产商出品的优质微型语音录放模块。zy1420内部使用isd1420作为主控芯片，且具备isd1420的全部优良性能，如大容量的eerom存储器，消噪的话筒放大器，自动增益调节agc电路，专用语音滤波电路，高稳定性的时钟震荡电路和语音处理电路。除此以外，zy1420还对isd1420的标准外围电路作了优化并全部集成于模块内部。同标准dip40封装的isd1420相比较，zy1420可以提供更加稳定可靠的性能。本实验我们选择使用用zy1420模块进行语音系统的设计。二、理论分析与计算1、微控制器at89c51at89c51是一种带4k字节闪存可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能cmos 8位微处理器。各管脚功能如下：vcc：供电电压；gnd：接地；p0口：p0口为一个8位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。；p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门电流；p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2口的管脚被外部拉低，将输出电流；p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入；p3口管脚功能： p3.0是rxd（串行输入口）；p3.1是txd（串行输出口）；p3.2是/int0（外部中断0）；p3.3是/int1（外部中断1）；p3.4是t0（记时器0外部输入）；p3.5是t1（记时器1外部输入）；p3.6是/wr（外部数据存储器写选通）；p3.7是/rd（外部数据存储器读选通）；p3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时间。ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许输出电平用于锁存地址的地位字节。/psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen信号将不出现。/ea/vpp：当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh），不管是否有内部程序存储器。xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。xtal2：来自反向振荡器的输出。2、isd1420的封装引脚及含义 isd1420系列语音芯片最后2位数字表示语音录放时间的长度，录放时间最长为20s。isd1420系列语音芯片的封装引脚如图29-1所示。它是有28条引脚的双列直插式芯片。各条引脚的功能含义说明如下。 a0a7: 引脚16,9,10,地址输入端或控制命令输入端。a7,a6同时为高电平时，a4a0为控制命令；否则，a7a0为地址。 sp-,sp+: 扬声器连接端，输出音频信号。dgnd: 引脚12,数字信号地线。 agnd: 引脚13,模拟信号地线。 v+: 模拟信号电源,+5v。 mic: 引脚17，话筒输入端。 mic ref: 引脚18，话筒参考输入端。 agc: 引脚!9，自动增益控制端。 ana in: 引脚20，模拟信号输入端。 ana out: 引脚21，模拟信号输出端。 图29-1playl/: 引脚23，放音控制电平触发端。当该端为低电平时，芯片进入放音周期；当该端为高电平时，停止放音。 playe/: 引脚24，放音控制脉冲触发端。该端输入由高电平向低电平跳变的下降沿时，芯片进入放音周期。 recled/： 引脚25，录音显示端。该端接发光二极管，在录音时作录音指示灯。 xclk: 引脚26，时钟控制端。 rec/: 引脚27，录音控制端。该端为低电平时，芯片进入录音状态，录音期间该端必须保持低电平。rec/信号的优先级高与playl/和playe/两种放音信号。3、简单录音放音操作对于通常的使用，用户一般是采用一段录音放音的方法，这样zy1420a 能为用户提供最长20 秒的录音和放音时间。图29-2给出的是采用最简单的按键操作的使用方法。当开始录音时，recled 脚变为低电平，可以下拉电流驱动一个led 显示。zy1420内部已经设计了一个led 位置，用户也可以在外部设计一个led 显示。接通电源后，电路自动进入节电准备状态。录音：按住录音按键（rec 保持低电平），电路进入录音状态（录音指示led 亮），当rec 变高或录音内存录满时，电路退出录音状态进入准备状态。注意rec的优先级大于palye和playl。图29-2 简单操作方式电路放音：放音有两种方式触发放音和电平放音。（1）、触发放音：按一次playe 按键，这样给playe 脚一个低电平脉冲，电路进入放音状态，直到放音结束。（2）、电平放音：按下playl 按键（playl 脚保持为低电平），电路进入放音状态，直到playl 变高或放音结束，电路重新进入准备状态。（二）、复杂操作方法根据a6 a7 的电平不同，电路可以进入两种不同的工作模式：地址模式和操作模式。如果a7 a6 至少有一位为低电平，则电路认为a0-a7 全部为地址位，a0-a7 的数值将作为本次录音或放音操作的起始地址。a0-a7 全部为纯输入引脚，不会象操作模式中a0-a7 还可能输出内部地址信息。输入的a0-a7 的信息在palye，playl 或rec 的下降沿被电路锁存到内部使用。（1）、地址模式 当a7 a6 至少有一位为0时，器件进入地址模式。在地址模式中，a0-a7 由低位向高位排列， 每位地址代表125毫秒的寻址，160 个地址覆盖20秒的语音范围（160*0.125s=20s），录音及放音功能均从设定的起始地址开始，录音结束由停止键操作决定，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。（2）、操作模式 当a7 a6 全部为1 时，器件进入操作模式。isd1420 内部具备有多种操作模式，并能以最少的组件实现较多的功能，下面将详细描述。操作模式的选择使用地址管脚来实现，但实际的地址在isd1420 的有效地址外部。当地址的最高两位a7 a6 为高电平时，其余的地址位将被成为状态标志位而不再是地址位。因此，操作模式和寻址模式不能兼容，也就是说不能同时使用。在使用操作模式时必须注意两点。第一，所有的操作开始于地址0，也就是isd1420 的起始地址。以后的操作根据操作模式的不同可以从其它地址开始。另外，在操作模式中当a4=1， 从录音变换到放音而不是从放音到录音，器件地址指针复位到0。第二，操作模式的执行必须是a7 a6 为高电平，在palyl，playe 或rec 变为低电平时开始执行。当前的操作模式将一直有效，直到下一次的控制信号变低，并取样地址线上的信息开始新的操作。（3）、操作模式描述 可以使用微处理器来控制操作模式，也可以直接使用直接联机来实现需要的功能。a0 信息检索：信息检索允许用户在内容跳转浏览，而不必关系每个信息的实际物理位置。每个控制信号的低电平脉冲将内部地址指针转移到下一个信息位置。这种模式只能在放音中使用，通常与a4 操作同时应用。a1 删除eom 结尾标志：a1 操作模式允许多次记录的信息组合成一个信息，结束标志只出现在最后录制信息的结尾。当配置成这种模式后，多次录制的信息在放音时会形成连续的信息。a2 没有使用。a3 循环播放：a3 操作模式能够实现自动连续的信息播放，播放的信息处于的地址空间的开始。如果一个信息充满了isd1420， 则用循环模式可以从头到尾连续的播放。palye 脉冲可以启动播放，playl 脉冲可以结束播放。a4 连续寻址：在通常的操作中，当放音操作遇到结尾标志（eom）时，地址指针将复原到0。a4 操作模式将禁止地址指针的复位，允许信息能连续录制和播放。当电路处于静止状态，不是处于录音或放音状态，即可设置该脚为低电平，将地址指针复位。a5 没有使用。表29-1和表29-2为zy1420地址功能范例表和操作模式表。表29-1 zy1420地址功能范例表：表29-2 zy1420 操作模式表：地址控制（高有效）功能典型应用可以同时使用的模式a0信息检索正向信息快进 a4 a1删除结尾标志将结尾标志置为最后 a3，a4 a2没使用a3循环从地址0 连续放音 a1 a4连续寻址录音/放音连续执行a0，a1 a5没使用4、编程指南在录音时，为防止开关抖动引起重复触发，应在信号启动后有一定的延时。本实验需要用到cpu模块（f3区）和语音接口模块（c2区）。语音接口电路原理图参见图29-3。图29-3 zy1420语音接口电路三、电路与程序设计1、程序流程图停止录音（持续一秒）设定第三段语音录音地址启动录音（持续三秒）设定第一段语音录音地址启动录音（持续三秒）停止录音（持续一秒）设定第二段语音录音地址启动录音（持续三秒）开始停止录音（持续一秒）判断1按键读取第一段语音地址调用放音子程序判断2按键读取第二段语音地址调用放音子程序读取第三段语音地址调用放音子程序判断3按键2、实验连线用导线对应连接语音接口模块的rec、playe、playl到cpu模块的p32、p33、p34。用导线对应连接语音接口模块的a0a7到cpu模块的p10p17。p3.1、p3.分别接静态数码管的clk 、din。3、源程序 ;文件名: 语音芯片控制程序 ;功能: 单片机控制语音芯片的录制和播放 rec bit p3.2 ple bit p3.5 pll bit p3.4 org 0000h ljmp start org 0100h start: mov r7,#00h ;第一段录音地址 call luyin ; lcall yanshi1s mov r7,#3fh ;第二段录音地址 call luyin lcall yanshi1s mov r7,#5fh ;第三段录音地址 call luyin n1: ;第一段录音按播放键判断 jb p2.0,n2 call yanshi12ms jb p2.0,n2 mov r7,#00h call fangyin jmp n1 n2: ;第二段录音播放键判断 jb p2.1,n3 call yanshi12ms jb p2.1,n3 mov r7,#3fh call fangyin jmp n2 n3: ;第三段录音播放键判断 jb p2.2,n1 call yanshi12ms jb p2.2,n1 mov r7,#5fh call fangyin jmp n3 ;:录音luyin: mov a,r7 lcall dizhi clr rec ;控制开始录音 mov r5,#3 ;控制延时3sluyin1: lcall yanshi1s djnz r5,luyin1 setb rec ;释放录音按键 ret;放音fangyin: mov a,r7 lcall dizhi ;设定开始播放地址 clr pll ;控制播放 mov r5,#3 ;控制延时3sfangyin lcall yanshi1s djnz r5,fangyin setb pll ;释放播放按键 ret;发送地址dizhi: mov p1,a ret;延时yanshi1ms: ;延时1ms mov r4, #249 yanshi1ms1: nop nop djnz r4,yanshi1ms1 ret yanshi1s: ;延时1s mov r4, #4yanshiloop: mov r6,#0 yanshiloop1: mov r7,#0yanshiloop2: nop nop djnz r7,yanshiloop2 djnz r6,yanshiloop1 djnz r4,yanshiloop retyanshi12ms: ;12毫秒延时，主要用于去抖动 mov r7,#18htm:mov r6,#0ffhtm6:djnz