毕业设计（论文）-基于ISD4004芯片的语音录放系统设计.doc

ANYANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY本本科科毕毕业业论论文文基于ISD4004芯片的语音录放系统设计TheDesignofVoiceRecordingandPlaybackSystemBasedonISD4004系（院）名称：计算机科学与信息工程学院专业班级：11届网络工程学生姓名：学生学号：指导教师姓名：指导教师职称：讲师2011年5月毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得安阳工学院及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明使用授权说明本人完全了解安阳工学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名：日期：基于ISD4004芯片的语音录放系统设计摘要摘要：用单片机控制语音芯片，再把单片机和语音芯片嵌入到通信设备，智能仪器，治安报警及儿童玩具中，就可做成语音播放的机器。本文介绍了基于AT89C52单片机及ISD4004语音板为主要部件的语音录放电路的工作原理、硬件和软件的设计。ISD4004系列工作电压3V单片录放时间8至16分钟音质好适用于移动电话及其他便携式电子产品中。芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制操作命令可通过串行通信接口SPI送入。论文概述了语音录放电路的原理，并且在介绍语音录放系统功能的基础上，提出了系统的总体构成。针对录放系统的录音、放音部分的总体设计方案进行了论证。进一步介绍了单片机AT89C52应用在系统中的应用，分析了系统各部分的硬件及软件实现。本次设计目是完成一个简单方便，能可靠稳定工作的语音录放系统，该方案结构简单控制可靠便于推广。关键词关键词：ISD4004AT89C52单片机语音录放Thedesignofvoicerecordingandplaybacksystembasedonisd4004Abstract：Withthesingle-chipmicrocomputercontrolandthenmakethepronunciationchipmicrocontrollerandpronunciationchipembeddedincommunicationequipmentintelligentinstrumentssecurityalarmandchildrenstoyssocanmakeaspeechbroadcastmachine.ThispaperintroducesISD4004basedonAT89C52singlechipcomputerandofthemainpartsofspeechplateastheworkingprincipleofvoicerecordingcircuitandthedesignofhardwareandsoftware.ISD4004seriesworkingvoltagemonolithic3Vrecordingtime8to16minutestimbresuitableobilephonesandotherportableelectronics.ChipdesignisbasedonalltheoperationmustbymicrocontrollercontroloperationordersthroughserialcommunicationinterfaceSPIinto.Thispapersummarizestheprincipleofvoicerecordingcircuitandintroducesthefunctionofspeechonthebasisofrecordingsystemputsforwardthegeneralstructureofthesystem.Recordingsystemfortherecordingplaybackpartoftheoveralldesignschemeisdemonstrated.ThispaperintroducesmicrocontrollerAT89C52singleapplicationsinsystemtheapplicationsystemwereanalyzedeachpartofhardwareandsoftwarerealization.Thisdesignistocompleteareliableandstableworkingvoicerecordingcircuit.Thedesignissimpleinstructurereliablecontrolandfacilitatepromotion.Keywords:ISD4004；89C52microcontroller；voicerecordingandplaybackI目录引言.1第1章绪论.21.1系统设计的意义.21.2系统设计的目的.21.3系统采用的实现方法.3第2章单片机控制技术和开发环境介绍.42.189C52单片机性能和引脚介绍.42.1.1概述.42.1.2AT89C52主要性能参数.42.1.3引脚功能说明.42.2KEIL开发环境和建立工程.82.2.1keil简介.82.2.2Keil工程建立.82.3ISD4004介绍.112.3.1性能简述和引脚图.112.3.2引脚描述.112.4SPI(串行外设接口).132.4.1协议介绍.132.4.2信息快进.142.4.3上电顺序.142.4.4SPI端口的控制位.152.4.5SPI控制寄存器.162.4.6时序.16第3章系统总体设计.183.1硬件电路设计.18II3.1.1硬件电路图.183.1.2ISD4004原理图.183.2软件设计.193.2.1语音芯片的内部信息寻址机制.193.2.2监控ISD4004录音地址的实例.203.2.3程序流程图.21第4章测试实例.234.1测试内容.234.2测试结果.234.3基于ISD4004的家庭语音报警系统设计.234.3.1语音录放模块设计.244.3.2系统软件设计.254.4基于ISD4004的红外遥控医院语音播报系统的设计.264.4.1系统的硬件设计.264.4.2系统原理电路设计.274.4.3语音录放模块.28结论.29致谢.30参考文献.311引言语音，作为一种典型的非平稳随机信号，是人类交流信息最自然、最有效、最方便的手段，在人类文明和社会进步中起着重要的作用。随着电子通信业的出现和计算机技术的发展，人们开始可以从数字信号处理的角度了解语音。语音信号的研究可以从时域和频域两个方面进行。其中时域的分析处理有两种方法：一是进行语音信号分析，这属于小型处理的范畴，主要是通过信号的加减、时移、倍乘、卷积、求相关函数等来实现；另一种是生成和变换成各种调制信号，这属于非线性的范畴，主要是对信号平均累加器的动态范围进行压缩扩张，用门限方法对噪声的抑制。对频域分析处理，即对信号的频率特性在频谱中加以分析研究，这拓展了信号分析的范围，是对不确定信号分析的主要方法。随着计算机技术处理和信息技术的发展，语音交互已经成为人机交互的必要手段，而语音信号的采集处理是人机交互的前提和基础。声卡是计算机对语音信息进行加工的重要部件，它具有对信号滤波、放大、采样保持、AD和DA转换等功能。语音信号处理作为一个重要的研究领域，已经有很长的研究历史。但是它的快速发展可以说是从1940年前后Dudley的声码器和Potter等人的可见语音开始的；20世纪60年代中期形成的一系列数字信号处理方法和技术，如数字滤波器、快速傅里叶变换等成为语音信号数字处理的理论和技术基础；到了80年代，由于矢量量化、隐马尔克夫模型和人工神经网络等相继被应用于语音信号处理，并经过不断改进与完善，使得语音信号处理技术产生了突破性的进展。进入90年代以来，语音信号处理在实用化方面取得了许多实质性的进展。一方面，对声音语音学统计模型的研究逐渐深入，鲁棒的语音识别、基于语音段的建模方法及隐马尔可夫模型与人工神经网络的结合成为研究的热点。另一方面，为了语音识别使用化的需要，讲着自适应、听觉模型、快速搜索识别算法以及进一步的语言模型的研究等课题备受关注。2第1章绪论1.1系统设计的意义语音不仅是人与人之间进行信息交流最直接、最方便和最有效的工具，而且也是人与机器之间进行通信的重要工具。1874年电话的发展可以认为是现代处理的开端。电话的理论基础是尽可能不失真地传送语音波形。这种“波形原则”几乎统治了其后整整一百年。1939年产生了一种概念全新的语音处理技术，这就是著名的通道声码器技术。声码器的理论基础是认为语音是由人的声带振动产生的生源（载波）受到运动的声道的控制（调制）而产生的，因而将载波和调制两部分分开来进行传送便可极大地压缩频带。这一概念已经包含着其后出现的语音参数模型的基本思想。40年代后期，研制成功了能够把语音信号的时变谱用语音表示出来的仪器语音仪，为语音信号分析提供了一个有力的工具。对于语音信号，数字处理比模拟处理具有更多的优点。这是因为：第一，数字技术能够完成许多很复杂的信号处理工作；第二，通过语音进行交换的信息本质上具有离散的性质，因为语音可以看成是因素的组合，这就特别适合于数字处理；第三，数字系统具有高可靠性、价廉、紧凑、快速等特点，很容易完成实时处理任务；第四，数字语音适合于在强干扰通信中传输，易于和数据一起在通信网中传输，也易于进行加密传输。因此数字语音信号处理是主要研究方向。无论是人与人之间还是人与计算机之间的语音通信，语音处理，特别是语音数字处理的理论和技术，具有特别重要的作用。单片机的应用无处不在，利用单片机控制语音的录放也多不胜举。用单片机控制语音芯片，再把单片机和语音芯片嵌入到通信设备，智能仪器，治安报警及儿童玩具中，就可做成语音播放的机器，应用范围广泛。用单片机控制语音芯片设计语音录放系统该系统功能多，录放音音质好，外围电路简单。1.2系统设计的目的设计一个语音录放系统，可以应用于通讯设备、智能仪表、治安报亭、语音报站、报数报价、语音讲解、语音记录、语音复读、教学仪器、智能玩具、电子礼品等领域。要求放音质量好，用二极管显示工作状态。系统具有较强的抗干扰能力，便于安装和扩3展。1.3系统采用的实现方法设计硬件原理图焊接语音模块包括电压转换芯片音频小功率放大器和ISD4004的连接.编写软件程序利用单片机控制技术实现录、放、停等操作。4第2章单片机控制技术和开发环境介绍2.189C52单片机性能和引脚介绍2.1.1概述AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256bytes的随即存储数据存储（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器和FLASH存储单元。功能强大AT89C52单片机适合与许多较为复杂控制应用场合。AT89C52提供以下标准功能：8k字节FLASH闪速存储器，256字节内部RAM32个IO口线，3个16位定时计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内震荡器及时钟电路。同时，AT89C52可降至OHZ的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节点工作模式。空闲方式停止CPU工作，但允许RAM，定时计数器，串行口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但震荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个部件复位。2.1.2AT89C52主要性能参数AT89C52单片机与MCS-51产品指令和引脚兼容，内部含有8K字节可擦写FALSH闪存，1000次擦写周期。同时具有全静态操作：OHZ-24MHZ，三级加密程序存储器，2568字节内部RAM，32个可编程IO口线，3个15位定时计数器，8个中断源，可编程串行UART通道的功能部件。2.1.3引脚功能说明引脚图如图2.1所示：5图2.1AT89C52单片机引脚图功能说明如下：1VCC：电源电压2GND：地3P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向IO口，也即地址数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。4P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向IO口，P1的输出缓冲级可驱动6（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时计数器2的外部计数输入（P1.0T2）和输入（P1.1T2EX），参见表2.1。Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。表2.1P1.0和P1.1的第二功能引脚号功能特性P1.0T2（定时计数器2外部计数脉冲输入），时钟输出P1.1T2EX(定时计数2捕获、重装载触发和方向控制）5P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向IO口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVXDPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVXRI指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。6P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向IO口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3口除了作为一般的IO口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表2.2所示，此外，P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。7表2.2P3口第二功能7RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。8ALEPROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的16输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。9PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EAVPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。82.2keil开发环境和建立工程2.2.1keil简介KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到KeilC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。2.2.2Keil工程建立启动uVison3，点击“FileNew”在工程管理器的右侧打开一个新的文件输入窗口，在这个窗口里输入一个源程序，注意大小写及每行后的分号，不要错输及漏输。输入完毕之后，选择“FileSave”，给这个文件取名保存，取名字的时候必须要加上扩展名，一般C语言程序均以“.C”为扩展名，这里将其命名为fgf.c，保存完毕后可以将该文件关闭。Keil不能直接对单个的C语言源程序进行处理，还必须选择单片机型号；确定编译、汇编、连接的参数；指定调试的方式；而且一些项目中往往有多个文件，为管理和使用方便，Keil使用工程（Project）这一概念，将这些参数设置和所需的所有文件都加在一个工程中，只能对工程而不能对单一的源程序进行编译和连接等操作。点击“Project-NewProject”菜单，出现对话框，要求给将要建立的工程起一个名字，这里起名为fgf，不需要输入扩展名。点击“保存”按钮，出现第二个对话框，如图2.2所示，这个对话框要求选择目标CPU（即你所用芯片的型号），Keil支持的CPU很多，这里选择Atmel公司的89S52芯片。点击ATMEL前面的“+”号，展开该层，点击其中的89S52，然后再点击“确定”按钮，回到主窗口，此时，在工程窗口的文件页中，出现了“Target1”，前面有“+”号，点击“+”号展开，可以看到下一层的“SourceGroup1”，这时的工程还是一个空的工程，里面什么文件也没有，需要手动把刚才编写好的源程序加入，点击“SourceGroup1”使其反白显示，然后，点击鼠标右键，出现一个下拉菜单，如图2.3所示，选中其中的“AddfiletoGroupSourceGroup1”，出现一个对话框，要求寻找源文件。9图2.2选择单片机型号图2.3加入文件双击fgf.c文件，将文件加入项目，注意，在文件加入项目后，该对话框并不消失，等待继续加入其它文件，但初学时常会误认为操作没有成功而再次双击同一文件，这时会出现如图2.4所示的对话框，提示你所选文件已在列表中，此时应点击“确定”，返回前一对话框，然后点击“Close”即可返回主接口，返回后，点击“SourceGroup1”前的加号，fgf.c文件已在其中。双击文件名，即打开该源程序。10图2.4重复加入源程序得到的提示112.3ISD4004介绍2.3.1性能简述和引脚图ISD4004系列工作电压3V单片录放时间8至16分钟音质好适用于移动电话及其他便携式电子产品中。芯片采用CMOS技术内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列。芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制操作命令可通过串行通信接口SPI送入。芯片采用多电平直接模拟量存储技术每个采样值直接存贮在片内闪烁存贮器中因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和金属声。采样频率可为4.05.36.48.0kHz频率越低录放时间越长而音质则有所下降片内信息存于闪烁存贮器中可在断电情况下保存100年(典型值)反复录音10万次。图2.5ISD4004引脚图2.3.2引脚描述1电源:(VCCAVCCD)为使噪声最小芯片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的不同管脚上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尽量靠近器件。122地线:(VSSAVSSD)芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线。3同相模拟输入(ANAIN+)这是录音信号的同相输入端。输入放大器可用单端或差分驱动。单端输入时信号由耦合电容输入最大幅度为峰峰值32mV耦合电容和本端的3K电阻输入阻抗决定了芯片频带的低端截止频率。差分驱动时信号最大幅度为峰峰值16mV，为ISD33000系列相同。4反相模拟输入(ANAIN-)差分驱动时这是录音信号的反相输入端。信号通过耦合电容输入最大幅度为峰峰值16mV音频输出(AUDOUT)提供音频输出可驱动5K的负载。5片选(SS)此端为低即向该ISD4004芯片发送指令，两条指令之间为高电平。6串行输入(MOSI)此端为串行输入端，主控制器应在串行时钟上升沿之前半个周期将数据放到本端供ISD输入。7串行输出(MISO)ISD的串行输出端。ISD未选中时本端呈高阻态。8串行时钟(SCLK)ISD的时钟输入端由主控制器产生用于同步MOSI和MISO的数据传输。数据在SCLK上升沿锁存到ISD在下降沿移出ISD。9中断(INT)本端为漏极开路输出。ISD在任何操作(包括快进)中检测到EOM或OVF时本端变低并保持。中断状态在下一个SPI周期开始时清除。中断状态也可用RINT指令读取。OVF标志-指示ISD的录、放操作已到达存储器的未尾。EOM标志-只在放音中检测到内部的EOM标志时此状态位才置1。10行地址时钟(RAC)漏极开路输出。每个RAC周期表示ISD存储器的操作进行了一行(ISD4004系列中的存贮器共2400行)。该信号175ms保持高电平低电平为25ms。快进模式下RAC的218.75s是高电平31.25s为低电平。图2.6时序11外部时钟(XCLK)本端内部有下拉元件。芯片内部的采样时钟在出厂前已调校误差在+1%内。商业级芯片在整个温度和电压范围内频率变化在+2.25%内。工业级芯13片在整个温度和电压范围内频率变化在-6+4%内此时建议使用稳压电源。若要求更高精度可从本端输入外部时钟(如前表所列)。由于内部的防混淆及平滑滤波器已设定故上述推荐的时钟频率不应改变。输入时钟的占空比无关紧要因内部首先进行了分频。在不外接地时钟时此端必须接地。12自动静噪(AMCAP)当录音信号电平下降到内部设定的某一阈值以下时自动静噪功能使信号衰弱这样有助于养活无信号(静音)时的噪声。通常本端对地接1mF的电容构成内部信号电平峰值检测电路的一部分。检出的峰值电平与内部设定的阈值作比较决定自动静噪功能的翻转点。大信号时自动静噪电路不衰减静音时衰减6dB。1mF的电容也影响自动静噪电路对信号幅度的响应速度。本端接VCCA则禁止自动静噪。2.4SPI(串行外设接口)2.4.1协议介绍ISD4004工作于SPI串行接口。SPI协议是一个同步串行数据传输协议协议假定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK的下降沿动作因此对ISD4004而言在时钟止升沿锁存MOSI引脚的数据在下降沿将数据送至MISO引脚。协议的具体内容为：1所有串行数据传输开始于SS下降沿。2SS在传输期间必须保持为低电平在两条指令之间则保持为高电平。3数据在时钟上升沿移入在下降沿移出。4SS变低输入指令和地址后ISD才能开始录放操作。5指令格式是(8位控制码)加(16位地址码)。6ISD的任何操作(含快进)如果遇到EOM或OVF则产生一个中断该中断状态在下一个SPI周期开始时被清除。7使用读指令使中断状态位移出ISD的MISO引脚时控制及地址数据也应同步从MOSI端移入。因此要注意移入的数据是否与器件当前进行的操作兼容。当然也允许在一个SPI周期里同时执行读状态和开始新的操作(即新移入的数据与器件当前的操作可以不兼容)。8所有操作在运行位(RUN)置1时开始置0时结束。9所有指令都在SS端上升沿开始执行。142.4.2信息快进用户不必知道信息的确切地址就能快进跳过一条信息。信息快进只用于放音模式。放音速度是正常的1600倍遇到EOM后停止然后内部地址计数器加1指向下条信息的开始处。2.4.3上电顺序器件延时TPUD(8kHz采样时约为25毫秒)后才能开始操作。因此用户发完上电指令后必须等待TPUD才能发出一条操作指令。参见表2.3。例如从00从处发音应遵循如下时序:1发POWERUP命令2等待TPUD(上电延时)3发地址值为00的SETPLAY命令4发PLAY命令。器件会从此00地址开始放音当出现EOM时立即中断停止放音。如果从00处录音则按以下时序:1发POWERUP命令2等待TPUD(上电延时)3发POWERUP命令4等待2倍TPUD5发地址值为00的SETREC命令6发REC命令。器件便从00地址开始录音一直到出现OVF(存贮器末尾)时录音停止。表2.3指令表指令8位控制码操作摘要POWERUP00100XXX上电:等待TPUD后器件可以工作15SETPLAY11100XXX从指定地址开始放音。后跟PLAY指令可使放音继续进行下去PLAY11110XXX从当前地址开始放音(直至EOM或OVF)SETREC10100XXX从指定地址开始录音。后跟REC指令可使录音继续进行下去REC10110XXX从当前地址开始录音(直至OVF或停止)SETMC11101XXX从指定地址开始快进。后跟MC指令可使快进继续进行下去MC11111XXX执行快进直到EOM.若再无信息则进入OVF状态STOP0X110XXX停止当前操作STOPWRDN0X01XXXX停止当前操作并掉电RINT0X110XXX读状态:OVF和EOM注：快进只能在放音操作开始时选择。2.4.4SPI端口的控制位SPI端口有两个硬件控制位MISO和MOSI，SPI控制寄存器控制放、录、信息检索、上电、掉电、启动和停止、忽视地址指示等功能。详见图2.4图2.4各端口功能2.4.5SPI控制寄存器SPI控制寄存器控制器件的每个功能如录放、录音、信息检索(快进)、上电掉电、开始和停止操作、忽略地址指针等。详见表2.5：16表2.5控制器功能位值功能位值功能RUN10允许禁止操作开始停止PU10电源控制上电掉电P-R10录放模式放音录音IAB10操作是否使用指令地址忽略输入地址寄存的内容使用输入地址寄存的内容MC10快进模式允许快进禁止P15-P0A15-A0行指针寄存器输出输入地址寄存器注：IAB置0时录、放操作从A9-A0地址开始。为了能连贯地录、放到后续的存储空间在操作到达该行末之前应发出第二个SPI指令将IAB置1否则器件在同一地址上反复循环。这个特点对语音提示功能很有用。RAC脚和IAB位可用于信息管理。SPI端口简单框图如下：图2.7SPI端口2.4.6时序SPI总线协议是一个环形总线结构，由ss（cs）、sck、sdi、sdo构成，其时序主要是在sck的控制下，两个双向移位寄存器进行数据交换。假设下面的8位寄存器装的是待发送的数据10101010，上升沿发送、下降沿接收、高位先发送。那么第一个上升沿来的时候数据将会是sdo=1；寄存器=0101010 x。下降沿到来的时候，sdi上的电平将所存到寄存器中去，那么这时寄存器=0101010sdi，这样在8个时钟脉冲以后，两个寄存器的内容互相交换一次。这样就完成里一个spi时序。17表2.6SPI时序参数SymbolParametersMinTypMaxUnitsTSSSSSSetupTime500nsecTSSHSSHoldTime500nsecTDISDatainSetupTime200nsecTDIHDatainHoldTime200nsecTPDOutputDelay500nsecTDFOutputDelaytoHiz500nsecTSSminSSHIGH1secTSCKhiSCLKHighTime400nsecTSCKlowSCLKLowTime400nsecF0CLK(Frequency)1000kHz18第3章系统总体设计3.1硬件电路设计本文的语音录放系统所采用的是录放时间为八至十六分钟的ISD4004语音芯片。该语音录放电路主要由单片机AT89C51，ISD4004构成，本系统可以主要分为三部分单片机控制部分、录音部分和放音部分。控制部分则主要由单片机AT89C51构成，包含必要的按键电路、复位电路和指示电路等外围电路。3.1.1硬件电路图本文讨论的主要由单片机89C52和ISD4004构成。该系统的硬件电路连接如图1所示：本系统可以主要分为三部分。单片机控制部分、录音部分、放音部分。控制部分则主要由单片机89C52构成，包含必要的按键电路、复位电路和看门狗电路等外围电路。放音部分主要由ISD4004构成，包含配套的变压电路，功放电路等。图3.1硬件连接图3.1.2ISD4004原理图ISD4004开发板是由ISD4004芯片、LM386低压音频小功率放大器和AMS1117电压转换芯片焊接而成，其连接如图3.2所示。19图3.2ISD4004原理图3.2软件设计3.2.1语音芯片的内部信息寻址机制ISD4004语音芯片具有能够准确控制语音录放地址的功能，这种功能使我们能够方便灵活地对语音信息进行处理以达到我们对语音信息的要求。例如，我们可以利用软件编程的方法实现对语音信息的剪辑、合成等操作来达到我们对语音信息特殊的要求。还有，我们可以通过程序控制做到语音的定时放音和循环放音。若干条信息按顺序分别录入到芯片内，比如称其为abcd信息。我们需要知道每一时刻的录音信息在芯片存储器中所处的位置，这样有利于我们实时地监控ISD4004语音芯片工作的位置，从而能够知道所录的每段信息的开头和结尾的准确地址，便于我们对已录入的信息进行管理。下面以ISD4004-8MP为例来说明如何利用硬件结构寻址。ISD4004-8MP内置了特殊的信息寻址机制，即行地址时钟(以下简称RAC)。为了理20解其工作原理，有必要先介绍器件的存储结构。ISD4004的存储器分为2400行。对器件寻址，就是选择一行，从行首开始录、放操作，而每行中的各列是不可寻址的。每一行的所有操作都从第一列开始。ISD4004-8MP每一行周期为200ms这就是器件的地址分辨率。其中每行有175ms的高电平，25ms的低电平。每个录放周期都从这200ms的“语音存储块”的块首开始，如图3.21所示。还以ISD4004-8MP为例，RAC在行末前25ms变低，在恰好到达行末时变高这就类似一个时钟，帮助你确定录放操作已到何处。这个时钟相对于微控制器的速度来说较慢，上例为200ms。因此，微控制器很容易通过软件查询RAC的方法来确定何时已到达图3.3录放时序行末。但由于微处理器的查询速度相对于RAC时钟频率要快得多，所以，如果通过查询的方法检测RAC每个周期的低电平时，在上一次检测到RAC低电平时必须要经过一段延时才能再检测RAC，这样检测到的低电平才是有效的这段延时可以说是“假延时”。延时的时间必须大于RAC低电平的时间，而小于RAC的周期。我们可以利用一个计数器对RAC引脚进行计数，并且通过LED显示器实时地把计数器的值显示出来，这样我们不但可以知道录入的每段信息的开头和结尾的地址，而且还可以知道每段信息之中特定内容的地址，从而可以建立地址表对信息进行剪辑、合成等处理达到对语音信息特定的要求。同样，在放音时我们也可以实现对语音信息的准确放音。只需把事先编辑好的语音信息的准确地址传送到ISD4004的控制口就可以实现指定地址的放音。如果需要的话，我们还可以对ISD4004的放音地址进行实时的监控，其方法与录音时类似。3.2.2监控ISD4004录音地址的实例我们可以用ST89C51来检测ISD4004的RAC引脚来实现录音地址的监控。如图3.4所示，当AN键按下时则开始录音，放开则停止录音，可检测INT引脚看ISD芯片是否到末。R2R3为地址计数器。21图3.4硬件原理图3.2.3程序流程图电路上电后，程序首先完成程序的初始化，随后查询按键状态，进入系统待机状态。如果有按键按下，则转去执行该按键指向的工作程序。按键包括录音键看放音键.22图3.5程序流程图23第第4章章测试实例测试实例4.1测试内容本次测试将应用程序下载到89C52单片机中，然后用杜邦线连接ISD4004开发板，进行功能测试