毕业论文-基于单片机的的语音储存与回放.doc

常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书SJ006-1CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY毕 业 论 文题目： 基于单片机的的语音储存与回放 二级学院： 电子信息与电气工程学院 专 业： 自动化 班级： 10自2 评阅教师： 职称： 2014年 05月4摘要摘 要 科学技术的发展，在智能仪器和自动控制系统中，添加语音功能能够极大的提高系统的人性化，方便用户操作系统。在许多场合需要将语音合成、识别、存储和回放技术和单片机结合在一起。实现语音的智能化。常规的模拟化语音处理系统虽然能够实现语音的存储与回放功能，但是效果不是很好，而且设计起来复杂，耗费成本。所以本系统经过论证后采用了Flash单片机STC89C52及数码语音芯片ISD1730组成的数字化的语音存储与回放系统。本系统主要实现以下的功能：一方面是通过ISD1730语音芯片上的独立按键来控制录音和放音过程；另一方面则是使用串口实现上位机与单片机的通信，通过单片机控制语音芯片的录音和放音过程，实现语音的存储和回放。本设计首先论证了设计方案的选择，然后给出了系统的硬件电路设计与选择，接着结合硬件电路编写了上位机通信程序和录、放音控制程序。最后，对本设计进行总结与展望以及对所有帮助我的人表达了感谢。 关键词：STC89C52 ISD1730 上位机 语音储存 语音回放 ABSTRACTThe development of science and technology, the intelligent instrument and automatic control system, add voice function can greatly improve system user-friendly, convenient user operating system. On many occasions the need for speech synthesis, combined with identification, storage and playback technology and single chip computer together. The realization of intelligent speech. Simulation of speech processing system can implement the function of phonetic storage and playback, but the effect is not very good, but the design of complex, costly. So this system has been demonstrated by Flash STC89C52 and digital voice chip microcontroller ISD1730 Digital voice storage and playback system.This system is mainly to achieve the following functions: one is to control the recording and playback process through the ISD1730 voice chip independent key; on the other hand is the realization of communication between PC and MCU using serial port, through recording and playback process single chip voice control, voice storage and playback. This design first demonstrated that the selection of design scheme, and then gives the design and selection of hardware circuit of the system, and then combined with hardware circuit composes upper computer communication program and recording, playback control program. Finally, the design is summarized in the paper as well as to all those who helped me expressing thanks.Keywords:STC89C52ISD1730 upper monito phoneticstorageandplay back目 录摘 要ABSTRACT第1章 绪论11.1课题来源11.2国内外研究现状11.3本设计研究方法2第3章 系统硬件设计53.1重要器件的方案选择53.1.1单片机的选择53.1.2语音芯片的选择63.1.3转换芯片的选择113.2 系统硬件电路设计123.2.1晶振电路的设计123.2.2复位电路的设计133.2.3语音电路的设计143.2.4上位机电路的设计15第4章 系统软件设计174.1 独立按键工作模式174.2 ISD1730SPI工作模式（即上位机工作模式）194.2.1微机接口194.2.2 SPI协议综述194.3 上位机的软件设计21第5章 系统调试及总结235.1 系统硬件调试235.2 系统软件调试255.3 总结25致谢27参考文献28附录294绪论第1章 绪论数字语音的录放是指采用数字处理技术对语音进行采集、处理，并且将处理后的语音在存储设备中存储起来，并且在需要时能够进行语音回放的过程。使用数字处理技术的设备相对于使用模拟技术的设备来说，数字设备集成度高，使用的成本更低，同时设计简洁，系统更加稳定，且操作更加方便、直接，这些优点都让数字语音储存与回放系统在目前的各个领域中得到了广泛的使用。比如监控系统中使用的语音警报系统；再比如学生经常使用的复读机等，都可以看作是数字语音储存与回放系统中典型的应用。1.1课题来源语音，是人类赖以生存发展和从事各种社会活动最基本、最重要的交流工具之一。从初中物理课本中，我们就已经知道，空气是产生和传播语音（包括音乐和自然界的一切声音）的媒体介质。语音是以一种特殊的物质形态发生与存在着得信息载体，它稍纵即逝。一直以来，人们梦寐以求企图捕捉和保存语音的愿望以及对此所付出的种种不懈的努力，一直到了1877年，大发明家爱迪生发明出世界上第一部机械式留声机才初次得以实现。在此后的100多年间，科学家们先后发明创造出了钢丝、胶片、磁带、磁盘、磁芯、激光唱片等各种保存原生的载体。20世纪60、70年代，语音集成电路诞生了，开创了语音合成技术的新纪元。特别是近10年来，语音电路已经迅速发展成当前“会说话”电子产品、家电产品、通信产品和网络化产品中不可或缺的重要集成电路器件，并成为一个多品种、多规格、多系列、多元化的庞大语音集成电路体系。1.2国内外研究现状随着IT行业的不断进步，现在我们的生活中各种语音录播设备层出不穷。在一般的数字语音录放系统中，对语音只是进行简单的采集、存储和播放；虽然可以较大程度上保证语音的保真度，但过多的语音数据会造成对大量存储设备的需求。对于大型系统，可通过采用大容量的硬盘、甚至大规模的磁盘阵列来解决；但是对于小型的设备，例如便携式的语音复读机，由于容量有限，则不能采用同样的方法。近年来，语音信号处理技术研究的突飞猛进，为数字语音录放系统提供了新的发展空间。对语音的采集、处理从以前简单的波形编码转变为参数编码、压缩，从而大大减少了存储数据。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1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，市场上所售的比较典型且通用的语音芯片是美国英速达公司生产的ISD系列的语音芯片。ISD系列的语音芯片使用的是将模拟数据直接储存在半导体储存器中的一种技术，也就是将模拟语音的数据直接写入相应的存储单元，却不需要经过模拟数字转换或者数字模拟转换的步骤，因此能够很好的重现所录语音的真实效果，避免了一般那种需要进行数模转换的语音电路因为在量化和压缩的步骤中所产生的无法避免的量化噪声以及失真的现象，对语音的还原效果不好。另外此系列的语音芯片的功能也很强大：随录随放、储存的语音数据可以断电保护、承受数万次的擦写、独立按键操作以及单片机通信控制、能够多级相连等功能，这些功能给想要实现语音录放功能的单片机系统设计提供了很好的解决方法。现在的市场上已经有很多公司和技术开发人员把51/52系列的单片机与ISD系列的语音芯片组成的语音开发板，通过SPI协议使用串口通信，使语音芯片中自带常用的语音操作指令，用户不需要了解语音芯片的工作原理，就可以通过串口来发送指令来实现对语音处理。1.3本设计研究方法系统要求实现语音的数字化存储与回放，整个系统分为录音、停止和回放三种状态。语音信号作为一种模拟信号，本身不能完成数字化的处理，需要借助专门的语音芯片或者是通过A/D和D/A转换完成模拟语音信号的处理工作。单片机在这个过程中起到了举足轻重的作用。单片机需要控制语音录音的开始与结束，设定信号存储的地址，并在播放时寻址播放空间并控制播放。对于通过A/D和D/A转换完成语音信号处理的方法介绍如下：将模拟语音信号通过模数转换器转换成数字信号，再通过单片机控制存储在存储器中，回放时，由单片机控制将数据从存储器中读出，然后通过数模转换器转换成模拟信号，经放大在扬声器或耳机上输出语音。这种方法系统电路简单，程序简洁。采用闪存保存语音，即使断电仍然能保持信息不丢失，所以保存信息安全可靠。但是该系统仍需要使用到模拟电路进行信号的放大与滤波，这会使得到的语音信号相对失真，因此本次设计不采用该方法。若采用语音芯片处理，则不需要在外部进行语音信号的放大和滤波，语音芯片的抗干扰能力极强，可以有效地防止信号失真。语音芯片内部集成了模拟存储阵列，不用外连存储器，这使得电路更易懂，因此本次设计采用该方法来实现。47总体设计方案论证第2章 总体设计方案论证方案一：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AT89C51、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。放大器SPEAKER带通滤波器放大器MIC采样保持带通滤波器单片机AT89C51闪速储存器AT29C040A/D转换D/A转换图1-1 方案一系统原理图 方案二：直接采用单片机与专用的语音处理芯片设计实现语音存储与回放，实现语音录放。系统框图如图1-2所示。语音处理芯片语音输入语音输出键盘单片机上位机独立键盘语音输出语音输入语音处理芯片ISD1730单片机STC89C52音频线上位机语音文件图1-2 方案二系统原理图该系统采用ISD1700系列的ISD1730语音芯片处理语音信号。在此系统中我们可以通过语音芯片上的独立键盘控制语音的储存与回放，此控制方式可以实现类似语音笔一类的简单的语音储存与回放功能。还可以通过串口连接上位机实现与单片机的通信，方便进行语音段地址的精确控制。单片机则通过SPI协议控制语音处理芯片，通过音频线录入播放音频文件，实现类似MP3的功能。此方案抗干扰能力强，存储方便，调试简单，成本较低，还可以作为语音服务的子系统，所以选择此方案。系统硬件设计第3章 系统硬件设计系统能够顺利地完成设计并可以做出达到预期效果，硬件设计在整个过程中起着重要的作用，从器件选择到各个分电路的设计都是重要的环节，下面将分别介绍这些内容。 1.3本设计研究方法3.1.1单片机的选择单片机的本质是一种集成的电路芯片，其使用的是超大规模的集成电路技术，以此来把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器等功能（可能还包括LED显示电路、复位电路、晶振电路、数模转换器等外围电路）集成到一块电路板上构成的一个高度集成的完整的计算机处理系统。现在的单片机有多种多样，比如ATMEL公司的AVR单片机、Motorola公司的M683系列单片机和MicroChip单片机等。本设计选用的是STC89C52单片机。STC89C52是STC公司生产的一种抗干扰强、高速、低功耗的单片机，因为STC89C52是基于Intel 标准的8052，所以它的指令程序完全兼容传统的51 系列的单片机，其拥有8位CPU和在系统可编程Flash存储器。使得STC89C52成为众多基于单片机的控制应用系统的选择。 具有以下标准功能：看门狗定时器，自带4KB 断电保护储存芯片，MAX810专用复位电路，3个16 位定时器/计数器，通用异步串行口。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM存取、定时器、串口、中断器继续工作。在断电保护模式下，RAM的内容被锁存，振荡器停止运行，直到下一个中断或硬件复位为止。可选择6T或者12T，最高运行频率可达48Mhz。STC89C52单片机的特性：1、8KB程序存储空间；2、512B数据存储空间；3、内置2KB断电保护存储空间;4、可直接使用串口下载用户程序；STC89C52主要参数：1、通用I/O 口，复位后为：P0/P1/P2/P3 是准双向口，P0口是漏极开路输出，作为总线使用时，不用添加上拉电阻，作为 I/O 口使用时，需添加上拉电阻。2、有ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程）功能，不需要专用的编程器，也不需要专用仿的真器，可以通过串口（RXD/P3.0,TXD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。3、有4路外部中断，下降沿中断或低电平触发中断，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。4、工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）图3-1 STC89C52管脚图 3.1.2语音芯片的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。本设计采用的是ISD1700系列中的ISD1730语音处理芯片。ISD1730是美国英速达公司最近推出的高音质语音录放电路，该芯片提供了许多新的功能，包括多段语音管理，运行信息提示，两种运行模式（独立和嵌入式），以及对语音操作的指示声音。此芯片提供全方位的综合系统，自带有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动电路、振荡器与内存等功能。一、特点：存储内容可以断电保留两种控制方式：键盘控制和SPI控制两种录音输入方式：麦克风录音和音频线录音可处理多达255段语音信息多种采样频率对应多种录放时间音质好，电压范围宽，应用灵活二、电特性：工作电压：2.4V-5.5V静态电流：0.5-1A工作电流：20mA用户可利用震荡电阻来决定芯片的采样频率，从而决定芯片的录放时间和录放音质。下表为ISD1730的参数表：时间（秒）20 30 37 45 60采样频率（KHZ）12 8 6.4 5.3 4 ROSC阻值（K）60 80 100 120 160 三、独立按键工作模式ISD1730的独立按键工作模式录放电路非常简单（后附图），而且功能强大。不仅有录、放功能，还有快进、擦除、音量控制、直通放音和复位等功能。这些功能仅仅通过按键就可完成。在按键模式工作时，芯片可以通过LED管脚给出信号来提示芯片的工作状态，并且伴随有提示音，用户也可自定4种提示音效。录音操作：按下REC键，REC管脚电平变低后开始录音，直到松开按键使电平拉高或者芯片录满时结束。录音结束后，录音指针自动移向下一个有效地址。而放音指针则指向刚刚录完的那段语音地址。放音操作：放音操作有两种模式，分别是边沿触发和电平触发，都由PLAY管脚触发。A、边沿触发模式：点按一下PLAY键，PLAY管脚电平变低便开始播放当前段的语音，并在遇到EOM标志后自动停止。放音结束后，播放指针停留在刚播放的语音起始地址处，再次点按放音键会重新播放刚才的语音。在放音期间，LED灯会闪烁直到放音结束时熄灭。如果在放音期间点按放音键会停止放音。B、电平放音模式：如果一直按住PLAY键，使PLAY管脚电平持续为低，那么会将芯片内所有语音信息播放出来，并且循环播放直到松开按键将PLAY管脚电平拉高。在放音期间LED闪烁。当放音停止，播放指针会停留在当前停止的语音段起始位置。C、快进操作：点按一下FWD按钮将FWD端拉低，会启动快进操作。快进操作用来将播放指针移向下一段语音信息。当播放指针到达最后一段语音处时，再次快进，指针会返回到第一段语音。当下降沿来到FWD端时，快进操作还要决定于芯片当时的状态：如果芯片在掉电状态并且当前播放指针的位置不在最后一段，那么指针会前进一段，到达下一段语音处。如果芯片在掉电状态并且当前播放指针的位置在最后一段，那么指针会返回到第一段语音处。如果芯片正在播放一段语音（非最后一段），那么此时放音停止，播放指针前进到下一段，紧接着播放新的语音。如果芯片正在播放最一段语音，那么此时，放音停止，播放指针返回到第一段语音，紧接着播放第一段语音。D、擦除操作：擦除操作分为单段擦除和全体擦除两种擦除方式，区别如下：单个擦除：只有第一段或最后一段语音可以被单个擦除。点按一下ERASE健将ERASE管脚拉低，这时具体的擦除情况要看播放指针的状态：如果芯片空闲并且播放指针指向第一段语音，则会删除第一段语音，播放指针指向新的第一段语音（执行擦除操作前的第二段）如果芯片空闲并且播放指针指向最后一段语音，则会删除最后一段语音，播放指针指向新的最后一段语音（执行擦除操作前的倒数第二段）如果芯片当前正在播放第一段或最后一段语音，点按下ERASE键会删除当前语音。全体擦除：当按下ERASE键将ERASE管脚电平拉低超过2.5秒钟，会触发全体擦除操作，删除全部语音信息。E、点按一下VOL键将VOL管脚拉低会改变音量大小。每按一下，音量会减小一档，再到达最小档后再按的话，会增加音量直到最大档，如此循环。总共有8个音量档供用户选择，每一档会改变4dB。复位操作会将音量档放在默认位置，即最大音量。G、FT直通操作：按住FT键将FT管脚持续保持在低电平会启动直通模式。出厂设定的是在芯片空闲状态，直通操作会将语音从Analn端直接通往喇叭端或AUD输出口。在录音期间按下FT键，会同时录下Analn进入的语音信号。图3-2 ISD1730管脚图四、主要管脚功能说明：管脚名称管脚TSOP管脚功能MISO425SPI接口的串行输出。ISD1730在SCLK下降沿之前的半个周期将数据放置在MISO端。数据在SCLK的下降沿时移出MOSI526SPI接口的数据输入端口。主控制芯片在SCLK上升沿之前的半个周期将数据放在MOSI端。数据在SCLK上升沿被锁存在芯片内。此管脚在空闲时，应该被拉高SCLK627SPI接口的时钟。由主控制芯片产生，并且被用来同步芯片MOSI和MISO端各自的数据输入和输出。此管脚空闲时，必须拉高。/SS728为低时，选择该芯片成为当前被控制设备并且开启SPI接口。空闲时，需要拉高/PLAY2316播放控制端/REC2417录音控制端/ERASE2518擦除控制端/FWD2619快进控制端Ready(独立模式) 该管脚在录音，放音，擦除和指向操作时保持为低，保持为高时进入掉电状态。Interrupt(SPI模式) 在完成SPI命令后，会产生一个低信号的中断。一旦中断消除，该脚变回为高。 3.1.3 RS-232转换芯片的选择MAX232芯片是美信（MAXIM）公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5v单电源供电。引脚介绍：第一部分是电荷泵电路。这部分是由1到6管脚及4个电容构成。功能是为RS-232的串口电平提供两个+12v和-12v的电源。第二部分是数据转换通道。这部分是由7到14管脚构成两个数据通道。其中11管脚（T1IN）、12管脚（R1OUT）、13管脚（R1IN）、14管脚（T1OUT）为第一数据通道。7管脚（T2OUT）、8管脚（R2IN）、9管脚（R2OUT）、10管脚（T2IN）为第二数据通道。TTL/CMOS数据从11管脚（T1IN）、10管脚（T2IN）输入转换成RS-232数据从14管脚（T1OUT）、7管脚（T2OUT）传输到电脑串口插头；串口插头的RS-232数据从13管脚（R1IN）、8管脚（R2IN）输入转换成TTL/CMOS数据后从12管脚（R1OUT）、9管脚（R2OUT）输出。第三部分是供电。15管脚GND、16管脚VCC（+5v）。主要特点：1、满足所有的RS-232C技术标准2、只要一个+5V的电源供电3、电荷泵拥有升压和反转电压的极性能力，可以产生+10V和-10V电压4、低功耗，只要5mA的典型电源电流5、内部集成2个RS-232C驱动器6、集成度高，最少只要4个片外电容就能工作。图3-3 MAX232管脚图3.2 系统硬件电路设计本系统主要可分为三个部分：单片机控制部分、语音储存回放部分、上位机部分。采用STC89C52单片机作为主控制芯片，利用ISD1730实现语音录放，采用MAX232串口转换芯片实现可以通过上位机控制，简单易行而且控制方便。系统原理图见附录5。在系统原理图中，由于各个连线较为复杂，交叉太多，所以部分连线没有连上，而是用红色字体标出需要连线的管脚。单片机的P0.0、P0.1和P0.2分别与ISD1730的SPI协议接口相连，用以控制语音段地址的输入与输出；P0.3连接ISD1730的/SS接口，用以控制SPI协议接口的开关；P0.4接发光二极管，用来显示当前的录放音状态。 3.2.1晶振电路的设计单片机属于一种时序电路，只有给它提供时钟脉冲信号单片机才能正常工作。单片机内部的各种操作是以系统时钟信号为时间基准，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30pF的贴片电容，具体设计如图3-5所示。图3-4 晶振电路设计图 3.2.2复位电路的设计当任何一个复位信号产生时，STC89C52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。52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引脚超过两个机器周期时，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3-6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3-5 复位电路设计图 3.2.3语音电路的设计本系统采用ISD1730语音芯片，各个引脚的外围电路的接法可参考前文所述的引脚说明。其中在SPI工作模式下，通过ISD1730语音芯片的MISO、MOSI、SCLK、/SS管脚分别与STC89C53单片机的P0.0、P0.1、P0.2、P0.3管脚相连完成单片机与语音芯片的通信。扬声器输出信号与外接喇叭相连，将声音信号放大。Anain口接3.5mm音频接口，通过高品质音频线可以连接上位机，通过上位机录入语音。也可以通过按键触发麦克风录音。ISD1730语音芯片自带独立按键操作，不需要额外通过单片机的外围按键电路控制。语音电路图如图3-7所示，音频接口电路图如图3-8所示。图3-6 音频接口电路设计图图3-7 语音电路设计图 3.2.4上位机电路的设计本系统采用的是MAX232串口转换芯片和RS232接口（9芯）实现和上位机的通信。个人计算机上的通讯接口之一，由电子工业协会(Electronic Industries Association，EIA) 所制定的异步传输标准接口。RS是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号。上位机电路图如图3-9所示。图3-8 上位机电路设计图系统软件设计第4章 系统软件设计 系统的软件设计是以硬件为基础的，软件要实现的功能都是要以硬件的正常工作为前提，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STC89C52单片机作为硬件的开发核心，单片机的软件部分采用C语言开发，软件采用符合C语言的KEIL C51编译器。由于本系统的ISD1730语音芯片有两种不同的工作模式，所以在本章节，也将分两种情况结合具体的硬件电路来介绍各部分的软件设计。4.1 独立按键工作模式由于ISD1700系列语音芯片自带独立按键功能，所以在独立按键工作模式中，这里是用不到STC89C52单片机的。在独立按键模式中，上电后电平复位，LED1会每秒闪烁一次，确认通电正常后，按下REC键开始录音，按下PLAY键播放。如果对录音不满意需要重录可以按下ERA键擦除录音。ISD1700系列语音芯片独立按键各个功能以及具体操作方法在第三章的语音芯片选择中已经介绍过了，独立按键控制ISD1730语音芯片的程序流程图如图4-1所示。擦除所有语音段擦除当前语音段点按ERA键长按ERA键播放当前语音段播放所有语音段且循环播放点按PLAY键长按PLAY键松开按键或者录满开始系统初始化按下REC键开始录音LED1闪烁，语音芯片工作结束NY图4-1 独立键盘程序流程图4.2 ISD1730SPI工作模式（即上位机工作模式） 4.2.1微机接口主控单片机主要通过四线（SCLK，MOSI，MISO，/SS）SPI协议对ISD1730进行串行通信。ISD1730作为从机，所有的指令代码都是通过SPI协议来接收处理及反馈的。为了能够兼容ISD1730的独立按键模式，其中一部分SPI命令：PLAY，REC，ERASE，FWD，RESET和GLOBAL_ERASE的运行和独立按键模式中相应的按键操作相似。另外，SET_PLAY，SET_REC，SET_ERASE指令可以使用户指定录入、放出和擦除语音的开始和结束的地址。另外，还有一部分指令能够访问APC寄存器，可以设置芯片的模拟输入的方式。SPI模式下单片机和语音芯片的通信流程图如图4-2所示。4.2.2 SPI协议综述ISD1730语音芯片的SPI串口操作遵循下面的协议：1一个SPI过程开始于/SS引脚的下降沿。2在一个完整的SPI指令传输的周期内，/SS引脚需要保持低电平。3在SCLK的上升沿时，数据锁存在芯片的MOSI引脚内，在SCLK的下降沿时从MISO引脚输出，并且会先移出低位。4SPI的指令代码有命令字节，数据字节以及地址字节，这取决于1730的指令类型5当MOSI引脚输入命令字和地址数据的时候，与此同时从MISO引脚移出状态寄存器和当前的行地址信息。6在一个SPI指令的操作完成后，会触发中断信号，并且一直保持为低，直到语音芯片收到CLR_INT指令或者芯片复位。/SS变高芯片处理数据定时器中断数据返回 结束MOSI管脚接收操作指令MISO管脚返还操作结果开始系统初始化/SS管脚变低开启SPI接口图4-2 SPI工作模式流程图本系统在SPI工作模式下，通过ISD1730语音芯片的MISO、MOSI、SCLK、/SS管脚分别与STC89C53单片机的P0.0、P0.1、P0.2、P0.3管脚相连接，完成对上位机操作指令的传送与芯片操作结果的返回。在SPI工作模式下，语音储存的位置都可以通过行地址很容易的进行访问。单片机则可以访问任何行地址，这也是在上位机上能够实现语音地址的精确访问的基础。4.3 上位机的软件设计上位机意味着你可以直接操作计算机发出命令，通常是PC，让各种信号变化（液压，水位，温度等）显示在屏幕上。下位机则是直接控制计算机设备取得设备状态，一般是单片机或者PLC等。首先由主计算机发出指令给下位机，下位机根据所述命令发送相应的信号到直接控制的各个装置。下位机随时读取设备的状态（通常是模拟信号），然后转换成数字信号后反馈给上位机。本系统是用VB做的上位机应用程序，整个应用程序界面简洁，操作简单，大大方便了音频文件的录入与播放，同时还可以对音频文件的精确地址进行操作，使本系统不仅实现了类型语音笔的录音播放功能，还可以实现类似MP3的功能，使用此语音芯片系统，可轻松实现如公交车报站、时钟报时、超声波测距报数、电梯语音提示等需要语音功能的系统中。上位机操作界面见附录。上位机的运行流程图如图4-3所示。上位机操作的具体步骤：1、打开应用程序后，选择可用的串口，并选择串口波特率，默认9600即可。2、打开串口之后，依次点击【1器件复位】、【2器件上电】、【3器件ID】，如果显示你的芯片型号，则说明硬件连接成功。3、勾选【SPK】与【监听】，可以听到喇叭轻微的电流声。4、点击【打开文件】，选择要录音的语音文件，支持mp3和wav 格式。5、载入文件后可以先点击【试听】，进行选择的音频文件试听。6、点击【录音】，则是将当前语音文件录入芯片中。录音过程中，LED灯长亮。7、如果对录音效果不满意，可点击擦除，重新录音。8、将第一段语音录入完毕后，再次点击打开文件，载入下一段语音，再点击录音即可。依次重复上述操作，将全部需要的语音段录入。开始打开上位机系统初始化点击打开文件按钮打开音频文件点击录音按钮LED长亮点击擦除按钮擦除当前语音录入音频文件完成LED灯灭点击播放按钮LED闪烁对录音是否满意NY结束图4-3 上位机操作流程图系统调试及总结第5章 系统调试及总结5.1 系统硬件调试硬件的调试部分主要是针对语音储存与回放系统的单片机硬件电路以及单片机外围硬件电路分别进行调试。在检查电路连接无误的情况下，我们首先检测电路中是否存在断路或短路情况，这一工作是整个调试工作的第一步，也是非常重要的一个步骤。在这部分调试中主要使用的工具是万用表，用来完成检测电路中是否存在断路或者短路等。在确保硬件电路正常，无异常情况(断路或短路)方可上电调试，上电调试的目的是检验电路是否接错，同时还要检验原理是否正确，在本次课程设计中，上电调试主要是电源开关部分、LED灯部分、按键部分和上位机通信的电平转换和串口通信部分的硬件调试。电源部分首先给系统上电五分钟左右，确保能够稳定通电，稳定的电源是系统能够正常运行的基础。LED灯部分主要是检查元器件是否存在问题，LED灯的作用是显示通电状态和语音芯片的工作状态。按键部分则是通电后按照正常操作按一遍，确保能够起到应有的作用。调试完上述的步骤如图5-1所示。整个部分最重要的还是上位机通信部分。首先本人是第一次接触USB转串口通信这部分，所以在安装驱动部分就遇到了安装不成功的问题，后经查资料发现，是型号不对的问题。驱动安装成功后，串口可以在电脑的“设备管理器”中查看。在上位机应用程序中按照步骤检查器件ID的时候出现检查不出的状况，后发现是因为串口接触不良，重新插上后，一切运行正常。上位机通信成功后如图5-2所示。图5-1 硬件调试完成图5-2 上位机连接成功5.2 系统软件调试在完成系统的程序的书写后，首先进行的是人工的书面检查。因为在书写程序时参考了很多文献和网上的资料，所以有可能会造成程序的结构和语序的混乱。所以我首先自己人工对程序的结构、功能、逻辑以及语法逐步分析。检查语法错误在设计中出现语法上的错误的原因主要有两种：一是输入错误，这个错误就像是在写文章时无法避免的“笔误”;其次，由于语法规则的不熟悉的书上看到的错误消息，各种因素的制约，全局变量和局部变量，以及语法顺序上的原则，虽然这些不是系统的要求，但却是语法中的基础部分，应该予以重视。跟踪过程此时的跟踪程序流程，即把自己当作计算机。给定一组输入数据后，顺序执行每条语句，考察所得结果，寻找错误。因为本系统中的程序全部是由C语言完成的，所以我选择了用KEIL C51软件来进行调试运行程序。因为之前人工检查了一遍，所以用软件调试后程序出现的问题比较少。接下来就是把程序烧进单片机，进行各个模块的功能调试，确保能够实现自己预期的功能。5.3 总结在导师的建议下选择了这个课题，然后开始了我的毕业设计工作，用时两个多月的时间，通过图书馆的文献和网上的资料还有导师的指导，终于有了这篇论文和能够正常运行的语音储存与回放系统。设计之初，经过一定的了解后最终确定了具体的设计方案：将系统分为电源模块、单片机及其外围电路模块、语音芯片及其外围电路模块、上位机模块。设计方案确定后，就开始采购元器件，然后就是进行硬件电路的设计和焊接。完成硬件电路的制作后，根据硬件电路图核对元器件的型号和极性，检查实物的接线是否与电路图一致。检查完成后，给系统上电，用万用表检查不同模块电路中的电压电流是否与理论值一致。硬件电路调试完成后，我又进行了系统的软件调试。由于长时间没有接触C语言和调试软件KEIL，导致这个过程相当的艰难，在调试过程中经常会卡在一个问题上很久。这期间多次请教了同学和导师，才将遇到的问题一一解决。这让我明白了人与人之间互相帮助可以省去很多麻烦，很多问题就会迎刃而解。这个系统完成后，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。本系统可以应用于家电、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。但是由于本人能力有限，对于该系统还有改进之处，比如可以利用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。附录致谢本次毕业设计历时两个多月终于完成，在这个过程中，我遇到了无数的困难和问题，但是每次都能得到导师和同学的耐心帮助。在这里，我尤其要感谢我的论文指导老师廉老师，每次我遇到问题时，他都对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助我进行论文的改进。另外，在校图书馆查找相关资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最衷心的感谢。同时也要感谢本文所涉及的文献的作者们，如果不是你们，我也不会完成这次的毕业设计。 感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中提供了很多素材，还在论文的撰写和排版等过程中提供热情的帮助。 由于我的学术能力有限，所做的毕业设计难免有不足之处，恳请各位老师批评和指正。参考文献【1】余永权.ATMEL89系列单片机应用技术.北京：北京航空航天大学出版社，2002 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