单片机语音控制系统设计.doc

第1章 概述1.1 当代研究现状1.1.1 简介在冶金、石油、化工、机械制造和国防等行业中，往往要求对温度进行长时间监测。以前一般采用玻璃液体温度计、双金属温度计、压力式温度计、热电偶、热电阻和非接触式温度计等进行温度测量。但这些温度计有反应速度慢、读数麻烦、测量精度不高、误差大等缺点。此时，上述各类温度计则难以胜任。随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，能够独立工作的温度检测和显示系统已经应用于诸多领域。温度是工业生产和自动控制中最常见的工艺参数之一，如果将传感器检测到模拟电量转换成数字信号后由单片机进行数据处理，并通过数码显示其温度结果，这种方法反应迅速，测量精度高，功耗小，显示直观。因此，由、A/D转换电路、单片机和数码显示模块组成的数字式低功耗高精度温度计可以代替各种机械式温度计来完成特殊情况下的温度测控工作，且便于实现小型化设计。所有产品的开发都要讲究实用，对许多的企业都能适用，而且能够简单化，不论对于产品开发商还有使用者来说，都是最好的。企业使用产品需要考虑到他们的成本问题， 他们需要的是一个廉价的又是一个实用的产品。此系统的设计正好具备了这样的一个要求，能够在大多数的地方应用。在许多测量温度的过程中，人们总是会要同时去检测几个地方的温度，若是轮流去检测这样花费的时间就很多，也给工作增加了一定的烦琐程度，因此本设计就是解决了这样一个问题，由一个按键装置控制多个地方的温度测量。例如一个渔业养殖场，由于鱼对温度和虾对温度的要求都不同，等等其他的水产品都有各自对水的要求，若要时不时的测量温度这也是项繁重的任务，但是我这样的一个设计只要在每个地方安装一个温度检测的装置，再通过控制按键就可以选择了解哪一个地方的温度了。这就是一个两点间的温度检测系统，与单路相比，有着许多的优越性。首先在人员的分配方面，单路检测需要一地一个人员，而两点间只需要一个人或者少数的人对多个地方进行检测，由此节省了人力资源。其次是在产品的开发方面，如果地方多的话，多路在系统设计方面就使硬件简单很多，意味着成本下降，效益提高。因此是一个比较实用且经济的产品。温度是工业中非常关键的一项物理量，在农业，现代科学研究和各种高新技术的开发和研究中也是一个非常普遍和常用的测量参数。温度测量的原理主要是：将随温度变化而变化的物理参数，如膨胀、电阻、电容、热电动势、磁性、频率、光学特性等通过温度传感器转变成电的或其他信号，传给处理电路。，最后转换成温度数值显示出来。传统的温度测量方法基本上是接触式的，主要有：热膨胀式温度计，电阻式温度计，热电偶式温度计等。这些接触式温度计的主要缺点是对传感器的耐热性能要求比较苛刻，所以对应的使用温度范围比较有限。它们的精度也大大限制了他们的应用领域。此外，由于这些测量方法大都是接触式的，会污染一些高纯度，高腐蚀性的测量对象。目前应用的比较广泛的非接触温度测量技术有红外非接触温度测量技术，单总线数字式温度测量技术等等。此外，激光测量温度技术，基于彩色CCD三基色的温度测量技术也开始成为温度测量的手段之一。本文将着重对目前在工业生产中最为常用的热电偶检测器，热电阻检测器，红外非接触温度测量技术以及单总线数字式温度测量技术的测试原理，各自特点以及应用加以介绍。然后再简单介绍一下发展地比较迅速的激光测量温度技术和基于彩色CCD三基色的温度测量技术。1.1.2 现代信息技术的基础现代信息技术的三大基础是信息采集（即传感器技术）、信息传输（通信技术）和信息处理（计算机技术）。传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首。近百年来，温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段；（1）传统的分立式温度传感器（含敏感元件）；（2）模拟集成温度传感器/控制器；（3）智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。单片系统（SYSTEM On Chip）是21世纪一项高新科技产品。它是在芯片上集成一个系统或子系统，其集成度将高达10 810 9元件/片，这将给IC产业及IC应用带来划时代的进步。目前，国际上一些著名IC厂家已开始研制单片机测温系统，相信在不久的将来即可面市。1.2 语音播放的概念1.2.1 温度温度是表征物体冷热程度的物理量。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量，用来量度物体温度数值的标尺叫温标。 国际实用温标是一个国际协议性温标，它与热力学温标相接近，而且复现精度高，使用方便。目前国际通用的温标是1975年第15届国际权度大会通过的1968年国际实用温标-1975年修订版，记为：IPTS-68（Rev-75）。但由于IPTS-68温示存在一定的不足，国际计量委员会在18届国际计量大会第七号决议授权予1989年会议通过了1990年国际温标ITS-90，ITS-90温标替代IPTS-68。我国自1994年1月1日起全面实施ITS-90国际温标。 1.2.2 温度单位 热力学温度（符号为T）是基本功手物理量，它的单位为开尔文（符号为K），定义为水三相点的热力学温度的1/273.16。由于以前的温标定义中，使用了与273.15K（冰点）的差值来表示温度，因此现在仍保留这各方法。根据定义，摄氏度的大小等于开尔文，温差亦可以用摄氏度或开尔文来表示。国际温标ITS-90同时定义国际开尔文温度（符号为T90）和国际摄氏温度（符号为t90）。1.2.3 国际温标ITS-90的通则 ITS-90由0.65K向上到普朗克辐射定律使用单色辐射实际可测量的最高温度。ITS-90是这样制订的，即在全量程中，任何温度的T90值非常接近于温标采纳时T的最佳估计值，与直接测量热力学温度相比，T90的测量要方便得多，而且更为精密，并具有很高的复现性。 1.2.4 ITS-90的定义 第一温区为0.65K到5.00K之间, T90由3He和4He的蒸气压与温度的关系式来定义。 第二温区为3.0K到氖三相点(24.5661K)之间T90是用氦气体温度计来定义. 第二温区为平衡氢三相点(13.8033K)到银的凝固点(961.78)之间,T90是由铂电阻温度计来定义.它使用一组规定的定义固定点及利用规定的内插法来分度. 银凝固点(961.78)以上的温区,T90是按普朗克辐射定律来定义的,复现仪器为光学高温计。1.2.5 语音芯片的分类 温度测量仪表按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。通常来说接触式测温仪表测温仪表比较简单、可靠，测量精度较高；但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交金刚，帮需要一定的时间才能达到热平衡，所以存在测温的延迟现象，同时受耐高温材料的限制，不能应用于很高的温度测量。非接触式仪表测温是通过热辐射原理来测量温度的，测温元件不需与被测介质接触，测温范围广，不受测温上限的限制，也不会破坏被测物体的温度场，反应速度一般也比较快；但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响，其测量误差较大。 1.3 语音播放的方法1.3.1 基本测量方法使用测温仪表对物体的温度进行定量的测量。测量温度时，总是选择一种在一定温度范围内随温度变化的物理量作为温度的标志，根据所依据的物理定律，由该物理量的数值显示被测物体的温度。目前，温度测量的方法已达数十种之多。根据温度测量所依据的物理定律和所选择作为温度标志的物理量，测量方法可以归纳成（1）膨胀测温法，（2）压力测温法，（3）电学测温法，（4）磁学测温法，（5）声学测温法，（6）频率测温法，（7）辐射测温法。其中的电学测温法现在是最常用，它包括热电阻测量法，热电偶测量法1.3.2 热电阻测量方法热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。 1热电阻测温原理及材料 热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。 热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用甸、镍、锰和铑等材料制造热电阻。 2热电阻的结构 （1）精通型热电阻 从热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的，因此，热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。为消除引线电阻的影响同般采用三线制或四线制。 （2）铠装热电阻 铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为28mm，最小可达mm。 与普通型热电阻相比，它有下列优点：体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；机械性能好、耐振，抗冲击；能弯曲，便于安装使用寿命长。 （3）端面热电阻 端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面。它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。 （4）隔爆型热电阻 隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引起爆炸。隔爆型热电阻可用于BlaB3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。 3热电阻测温系统的组成 （1）热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和显示仪表等组成。必须注意以下两点： 热电阻和显示仪表的分度号必须一致 为了消除连接导线电阻变化的影响，必须采用三线制接法。（1）铠装热电阻 铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体。 （2）端面热电阻 端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面。它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。（3）隔爆型热电阻 隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引起爆炸。电阻体的断路修理必然要改变电阻丝的长短而影响电阻值，为此更换新的电阻体为好，若采用焊接修理，焊后要校验合格后才能使用。1.3.3 热电偶测量方法热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是： 测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。 测量范围广。常用的热电偶从-50+1600均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269（如金铁镍铬），最高可达+2800（如钨-铼）。 构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。 1热电偶测温基本原理 将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。 当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电因在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这来工作的。 2热电偶的种类及结构形成 （1）热电偶的种类 常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是 指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的 热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。 标准化热电偶 我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。 （2）热电偶的结构形式 为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下： 组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固； 两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路； 补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠； 保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。 3热电偶冷端的温度补偿 由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵 金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热 电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷 端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到 仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t00时对测温的影响。 在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100。 第2章 语音播放系统的设计2.1 系统的设计基于单片机的语音系统采用集成语音播放器满足语音合成播放，并将语音片段组合成连续的信号进行播放，通过单片机的SPI接口去实现与语音的录制与播放，指示部分由单片机的数码管去显示。该测量仪可实现多段录音和自定义录音。由以上大致分析，整个系统控制将由AT89S51单片机为核心构成。选用ISD1720作为语音处理芯片，显示信号可由单片机的I/O口进行显示。指示电路AT89S51单片机语音芯片录音部分电源、时钟及复位电路放音部分图2.1系统分析设计图2.2 单片机芯片的选用2.2.1 单片机的介绍单片机是由大名鼎鼎的Intel公司发明的，最初的系列是MCS-48，后来有了更加完善的MCS-51，也就是经常说的51系列单片机，它是一种8位的单片机，这个系列的单片机包括了多个种类，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等。其中，8051是最典型的产品，该系列的其他产品都是在8051的基础上，进行功能的增减而来的。所以人们习惯使用8051来称呼MCS-51系列单片机。后来Intel公司把它的核心技术转让给了世界上很多的小公司，所以世界上就有了许多公司生产51系列兼容单片机，比如飞利浦的87LPC系列、华邦的W78系列、达拉斯的DS87系列、现代的GSM97系列等等。现在我国比较流行的是美国ATMEL公司的89C、89S系列。我们的实训板上就可以使用89S52芯片，它是在线可编程的，也就是说我们可以通过并口下载线直接把程序下载到芯片里面，使得对芯片的编程非常的方便。而89CX系列就没有这个在线可编程的功能，我们必须使用专用的编程器才能把编程文件写入芯片里面，这样就会使得我们的学习成本增加。随着集成电路技术的飞速发展，单片机技术的出现给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命。单片机以其高可靠性、高性价比，在工业测控系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到广泛的应用，并已步入家庭，在洗衣机、空调和电磁炉等家电中到处可见到单片机的踪影。2.2.2 单片机的特点及结构1.主要特性： 与MCS-51单片机产品兼容 4K字节在系统可编程Flash存储器 1000次擦写周期 全静态工作：0Hz33MHz 32个可编程I/O口线 2个16位定时器/计数器 6个中断源 全双工UART串行通道 低功耗空闲和掉电模式 掉电后中断可唤醒 看门狗定时器 双数据指针 灵活的ISP编程（字或字节模式） 4.0-5.5V电压工作范围2.内部结构:它可以划分为CPU、存储器、并行口、串行口、定时/计数器和中断逻辑几个部分。 CPU由运算器和控制逻辑构成。其中包括若干特殊功能寄存器（SFR） AT89S51时钟有两种方式产生，即内部方式和外部方式。（如图2.2.1） AT89S51在物理上有四个存储空间：片内/片外程序存储大路、片内/片外数据存储器。片内有256B数据存储器RAM和4KB的程序存储器ROM。除此之外，还可以在片外扩展RAM和ROM，并且和有64KB的寻址范围。 AT89S51内部有一个可编程的、全双工的串行接口。它串行收发存储在特殊功能寄存器SFR的串行数据缓冲器SBUF中的数据。 AT89S51共有4个（P0、P1、P2、P3口）8位并行I/O端口，共32个引脚。P0口双向I/O口，用于分时传送低8位地址和8位数据信号；P1、P2、P3口均为准双向I/O口；其中P2口还用于传送高8位地址信号；P3口每一引脚还具有特殊功能，用于特殊信号的输入输出和控制信号。图2.2.1 AT89S51的时钟电路表2.1 P3口引脚的特殊功能引脚号第二功能P3.0RXD(串行输入)P3.1TXD(串行输出)P3.2INT0（外部中断0）P3.3INT1（外部中断1）P3.4TO（定时器0外部输入）P3.5T1(定时器1外部输入)P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.7RD(外部数据存储器写选通) AT89S51内部有两个16位可编程定时器/计数器T0、T1。最大计数值为216-1。工作方式和定时器或计数器的选择由指令来确定。 中断系统允许接受5个独立的中断源，即两个外部中断，两个定时器/计数器中断以及一个串行口中断。图2.2.2 AT89S51引脚图3.外部特性（引脚功能）AT89S51芯片有40条引脚，双列直插式封装引脚图如2.2.2所示： Vcc(40)：电源+5V Vss(20): 接地 XTAL1（19）和XTAL2（18）：使用内部振荡电路时，用来接石英晶体和电容；使用外部时钟时，用来输入时钟脉冲。 P0口（3932）：双向I/O口，既可作地址/数据总线口用，也可作普通I/O口用。 P1口（18）：准双向通用I/O口。 P2口（2128）：准双向口，既可作地址总线口输出地址高8位，也可作普通I/O口用。 P3口（1017）：多用途口，既可作普通I/O口，也可按每位定义的第二功能操作。 ALE/PROG（30）：地址锁存信号输出端。在访问片外丰储器时，若ALE为有效高电平，则P0口输出地址低8位，可以用ALE信号作外部地址锁存信号。公式（21）fALE=1/6fOSC ,也可作系统中其它芯片的时钟源。第二功能PROG是对EPROM编程时的编程脉冲输入端。 RST/VPD（9）：复位信号输入端。AT89S51接能电源后，在时钟电路作用下，该脚上出现两个机器周期以上的高电平，使内部复位。第二功能是VPD，即备用电源输入端。当主电源Vcc发生故障，降低到低电平规定值时，VPD将为RAM提供备用电源，发保证存储在RAM中的信号不丢失。 EA/Vpp(31):内部和外部程序存储器选择线。EA=0时访问外部ROM 0000HFFFFH；EA=1时，地址0000H0FFFH空间访问内部ROM，地址1000HFFFFH空间访问外部ROM。 PSEN（29）：片外程序存储器选通信号，低电平有效。2.3 语音芯片的应用2.3.1 芯片的简介ISD1700 系列是华邦公司新推出的语音芯片，用来替代已经停产的 ISD1400 系列及 ISD2500 系列芯片。 ISD1700 系列不仅在录音时间上有更多的选择（从 20秒到 240 秒） ，而且在功能上继承 14 及 25 系列的所有录放功能，并增加了一些更加人性化的提示功能及对存储地址的精确操作。 ISD1700 的音质也较 14 及 25 系列有明显的提高。ISD1700系列芯片是华邦公司新推出的单片优质语音录放电路，该芯片提供多项新功能， 包括内置专利的多信息管理系统， 新信息提示 （vAlert） 双运作模式（独立&嵌入式），以及可定制的信息操作指示音效。芯片内部包含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器与内存等的全方位整合系统功能。2.3.2 语音芯片的特点及结构 1.电特性工作电压：DC2.4V-5.5V,最高不能超过6V 静态电流：0.5 - 1 A 工作电流：20mA 2.功能特点可录、放音十万次，存储内容可以断电保留一百年。 按键模式和MCU串行控制模式（SPI协议）MIC和ANAin两种录音模式PWM和AUD/AUX三种放音输出方式可处理多达 255 段以上信息 有丰富多样的工作状态提示 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，价廉物美2. 外部特性（引脚功能）图2.3.1 ISD1700引脚图VCCD 数字电路电源 /LED LED指示信号输出 /RESET 芯片复位 MISO SPI接口的串行输出。ISD1700 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MOSI SPI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置在 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SCLK SPI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。/SS 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VSSA 模拟地AnaIn 芯片录音或直通时，辅助的模输入。需要一个交流耦合电容（典值为0.1uF） ， 并且输入信号的幅值不超出1.0Vpp。APC寄存器的D3可以定Analn信号被立刻录制到存储器中与Mic信号混合被录制到存储器中，者被缓存到喇叭端并经由直通线路AUD/AUX输出。MIC+ 麦克风输入+MIC- 麦克风输入-VSSP2 负极 PWM 喇叭驱动器地SP- 喇叭输出-VCCP PWM喇叭驱动器电源SP+ 喇叭输出+VSSP1 正极 PWM 喇叭驱动器地AUD/ AUX 辅助输出，决定于APC寄存器的D7，用来输出一个AUD或AUX输出。AUD是一个单端电流输出，而AuxOut是一个单端电压输出。他们能够被用来驱动一个外部扬声器。出厂默认设置为AUD。APC寄存器的D9可以使其掉电。AGC 自动增益控制/VOL 音量控制ROSC 振荡电阻ROSC用一个电阻连接到地，决定芯片的采样频率VCCA 模拟电路电源/FT 模式下，当 FT 一直为低，Analn 直通线路被激活。Analn 信号被立刻从 Analn 经由音量控制线路发射到喇叭以及 AUD/AUX 输出。D所控制。该管脚有一个内部上拉设备和一个内部防抖动设计，当在 SPI 模式下，SPI无视这个输入，而且直通线路被 APC 寄存器的，允许使用按键开关来控制开始和结束。/PLAY 播放控制端/REC 录音控制端/ERASE 擦除控制端/FWD 进控制端RDY /INT 一个开路输出。 Ready(独立模式) 该管脚在录音，放音，擦除和进操作时保持为低，保持为高时进空闲状态 Interrupt(SPI 模式) 在完成 SPI 命令后，会产生一低信号的中断。一旦中断消除，该变回为高。VSSD 数字地用户可利用震荡电阻来自定芯片的采样频率，从而决定芯片的录放时间和录放音质。下表为 ISD1700的参数表：2.3.3 ISD1700的独立按键工作模式ISD1700 的独立按键工作模式功能强大。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。1. 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。 2. 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。 3. 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： A）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B)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。 C) 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。D)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。 4. 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： A)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） 如果芯片空闲并且播放指针指向没有指向第一或最后一段语音，则不会删除任何语音，播放指针也不会被改变 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。 B)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。5. 复位操作： 如果用 RESET 控制此管脚，建议 RESET 管脚与地之间连接 一个 0.1 F 电容。当 RESET 被触发，芯片将播放指针和录音指针都放置在最后一段语音信息的位置。 6. 音量操作： 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。7. 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。2.3.4 ISD1700 的 SPI 模式 主控单片机主要通过四线（SCLK，MOSI，MISO，/SS）SPI协议对ISD1700进行串行通信。ISD1700作为从机，几乎所有的操作都可以通过这个SPI协议来完成。为了兼容独立按键模式，一些SPI命令：PLAY，REC，ERASE，FWD，RESET和GLOBAL_ERASE的运行类似于相应的独立按键模式的操作。另外，SET_PLAY，SET_REC，SET_ERASE命令允许用户指定录音、放音和擦除的开始和结束地址。此外，还有一些命令可以访问APC寄存器，用来设置芯片模拟输入的方式。第3章 语音播放系统的硬件设计3.1 原理图的绘制3.1.1 PROTEL 99SE 绘制原理图随着计算机业的发展，从80年代中期计算机应用进入各个领域。在这种背景下，87、88年由美国ACCELTechnologiesInc推出了第一个应用于电子线路设计软件包TANGO，这个软件包开创了电子设计自动化（EDA）的先河。这个软件包现在看来比较简陋，但在当时给电子线路设计带来了设计方法和方式的革命，人们纷纷开始用计算机来设计电子线路，直到今天在国内许多科研单位还在使用这个软件包。 随着电子业的飞速发展，TANGO日益显示出其不适应时代发展需要的弱点。为了适应科学技术的发展，ProtelTechnology公司以其强大的研发能力推出了ProtelForDos作为TANGO的升级版本，从此Protel这个名字在业内日益响亮。八十年代末，Windows系统开始日益流行，许多应用软件也纷纷开始支持Windows操作系统。Protel也不例外，相继推出了ProtelForWindows1.0、ProtelForWindows1.5等版本。九十年代中，Win95开始出现，Protel也紧跟潮流，推出了基于Win95的3.X版本。3.X版本的Protel加入了新颖的主从式结构，但在自动布线方面却没有什么出众的表现。另外由于3.X版本的Protel是16位和32位的混合型软件不太稳定。98年，Protel公司推出了给人全新感觉的Proel98。Protel98以其出众的自动布线能力获得了业内人士的一直好评。99年，Protel公司又推出了最新一代的电子线路设计系统Protel99。在Protel99中加入了许多全新的特色。3.1.2 Protel组成1.原理图设计系统 原理图设计系统是用于原理图设计的AdvancedSchematic系统。这部分包括用于设计原理图的原理图编辑器Sch以及用于修改、生成零件的零件库编辑器2.印刷电路板设计系统 印刷电路板设计系统是用于电路板设计的AdvancedPCB。这部分包括用于设计电路板的电路板编辑器PCB以及用于修改、生成零件封装的零件封装编辑器PCBLib3.信号模拟仿真系统信号模拟仿真系统是用于原理图上进行信号模拟仿真的SPICE3f5系统。4.可编程逻辑设计系统Protel99内置编辑器可编程逻辑设计系统是基于CUPL的集成于原理图设计系统的PLD设计系统。这部分包括用于显示、编辑文本的文本编辑器Text和用于显示、编辑电子表格的电子表格编辑器Spread。3.1.3 原理 图3.1 原理图3.2 硬件的选取及设计3.2.1 单片机硬件电路1.外接电源供电电路及电源指示灯（如图3.2.1）直接采用PC的USB接口5V直流电源给实训板供电，然后在电源电路中加入一个500mA电流限制的自恢复保险丝给PC的USB电源提供了保护的作用同时，为了显示外接电源给电路提供了电源，在系统中增加了电源指示灯电路，发光二极管工作在正常工作状态时，流过LED的电流只需要510mA左右就行，在电路中采用白发红高亮LED，所以可以取5mA左右的电流值，通过计算，可知：连接LED的限流电阻的阻值可以采用680。图3.2.1电源显示电路2.系统复位电路复位是单片机的初始化操作，只要给RESET引脚加上2个机器周期以上的高电平信号，即可使单片机复位。除了进入系统的正常初始化之外，当程序运行出错或是操作错误使系统处于死锁状态时，为了摆脱死锁状态，也需要按复位键重新复位。在系统中，为了实现上述的两项功能，采用常用的按键电平复位电路，如图3.2.2所示。从途中可以看出，当系统得到工作电压的时候，复位电路工作在上电自动复位状态，通过外部复位电路的电容充电来实现，只要Vcc的上升时间不超过1ms就可现自动上电复位功能。在本系统中采用10uF的电容和10k的电阻来实现复位电路。当系统出错时，直接按开关实现模拟系统上电复位的功能，从而实现系统重新复位启动。图3.2.2 按键电平复位电3.时钟电路时钟电路是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准的，有条不紊地一拍一拍地工作。时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。在本系统中采用内部时钟方式的电路，如图3.2.3所示。电路中的电容C1、C2典型值为3010 pF。外接代内容的值虽然没有严格的要求，但是电容的大小会影响振荡器的稳定性和起振的快速性。同时，在系统中采用11.0592MHz的晶体振荡器来产生时钟脉冲。一方面，可以满足系统在设计时的机器周期的需要；另一方面，在进行串行口通讯的时候能够提供精准的通讯波特率。 图3.2.3 单片机内部时钟电路3.2.2 音频输入电路图3.2.4 输入电路芯片内部包含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器与内存等的全方位整合系统功能。ISD1720的MIC+与MIC-连接耳麦，通过连接两个滤波电容去除杂波，双运作模式（独立&嵌入式） ，以及可定制的信息操作指示音效。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。3.2.3 ISD1720与AT89S52接口电路ISD1700系列的SPI串行接口操作遵照以下协议： 一个SPI处理开始于/SS管脚的下降沿。 在一个完整的SPI指令传输周期，/SS管脚必须保持低电平。 数据在SCLK的上升沿锁存在芯片的MOSI管脚，在SCLK的下降沿从MISO管脚输出，并且首先移出低位。SPI指令操作码包括命令字节，数据字节和地址字节，这决定于1700的指令类型 当命令字及地址数据输入到MOSI管脚时，同时状态寄存器和当前行地址信息从MISO管脚移出。一个SPI处理在/SS变高后启动。 在完成一个SPI命令的操作后，会启动一个中断信息，并且持续保持为低，直到芯片收到CLR_INT命令或者芯片复位。图3.2.5 ISD1720与AT89S52接口电路3.2.4 LED数码管驱动电路数码管在系统中可以作为播放显示、计数显示、电路如图3.2.6所示。数码管是LED的一种集成，将LED通过一定的形式安排在相应的位置就构成了数码管，当相应的段码和位码协同操作，于是就产生了数码的显示。在系统中，采用1位一体的集成数码显示器，内部结构为共阳方式。在整体的数码管显示电路中，由P2口为数码管提供相应的段码，分别为a、b、c、d、e、f、g、dp，组成显示相应数码的字段；单片机的低电平信号时就导通，于是数码管的位选端得到5V电源，提供数码管的显示操作。图3.2.6 数码管电路3.2.5 按键输入电路通过按键可以控制语音的播放，其中图中100欧电阻和47Uf电容起到滤波的作用，5k电阻起到上拉电阻的作用，利用74LS08的与门作用把4个按键的信号进行与运算，最终输入到外部中断0，去出发触发单晶片的外部中断，进而去判断按键的状态，这种设计可以很好的解决多按键同时操作，而又不影响单片机的正常工