毕业设计7ISD2500系列单片语音录放电路
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电气电子毕业设计论文
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毕业设计7ISD2500系列单片语音录放电路,电气电子毕业设计论文
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ISD2500系列单片语音录放电路 美国 ISD公司的 2500芯片，按录放时间 60秒、 75秒、 90秒和 120秒分成 ISD2560、 2575、 2590和 25120四个品种。 ISD2500系列和 1400系列语音电路一样，具有抗断电、音质好，使用方便等优点。它的最大特点在于片内 E2PROM容量为 480K(1400系列为 128K)，所以录放时间长；有 10个地址输入端 (1400系列仅为 8个 )，寻址能力可达 1024位；最多能分 600段；设有 OVF（溢出）端，便于多个器件级联。 一、 DIP封装图及各引线端功能 引线端 名称 功能 1-7 A0/M0 A6/M6 地址 8-10 A7 A9 地址 11 AUX IN 辅助输入 12,13 VSSD、 VSSA 数字和模拟地 14,15 SP+、 SP- 扬声器输出 16,28 VCCA 、 VCCD 模拟、数字信号电源正极 17,18 MIC、 MIC REF 麦克风输入和输入参考端 19 AGC 自动增益控制 20,21 ANA IN、 OUT 模拟信号输入和输出 22 OVF 溢出 23 CE 片选 (低电平允许芯片工作 ) 24 PD 芯片低功耗状态控制 25 EOM 录放音结束信号输出 26 XCLK 外部时钟 27 P / R 录 /放控制选择 二、操作模式 当最高位地址 (MSB)A8、 A9都为高电平时，地址端 就作为操作模式选择端 （高电平有效） 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/M5 CE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。 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。 三、分段录放音 2500系列最多可分为 600段，只要在分段录 /放音操作前 (不少于 300纳秒 )，给地址 A0A9赋值，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V C C DP /RX C L KE O MPDCEO V FA n a O u tA n a InA G CM i c R e fM i cV C C ASP-1234567891011121314A 0 /M 0 A 1 /M 1A 2 /M 2A 3 /M 3A 4 /M 4A 5 /M 5A 6 /M 6A7A8A9V S S D V S S A S P +2827262524232221201918171615IS DA u x In2500nts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。 2500系列地址空间是这样分配的：地址 0599作为分段用 (见下表 )，地址 600767未使用，地址 7681023为工作模式选择。 十进制 二进制 信息时间 (秒 ) A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 2560 2575 2590 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 50 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 5.0 6.25 7.50 100 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 10.0 12.50 15.00 250 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 25.0 31.25 37.50 300 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 30.0 37.50 45.00 400 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 40.0 50.00 60.00 500 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 50.0 62.50 75.00 599 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 59.9 74.87 89.85 四、应用线路 1、典型应用电路 片选节电录/ 放nts启动/ 暂停停止/ 复位录/ 放2 、按键模式应用电路：3、和微处理器配合使用电路 录 放 段操作指示微处理器ISD2560/90/120P地址功能表 nts 地址状态 功能状态 DIP 开关 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 （ ON=0， OFF=1） 地址位 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 P/R CE （ 1 为高电平， 0 为低电平， *为高或低电平） 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 一段式最长 60 秒录放音，从首地址开始。 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 以十位二进制表示地址，每个地址代表100毫秒。 地址模式 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 一段从 A6地址开始的 12秒录放音。 * * * * * * * * * 0 只要 A8、 A9 有一位是 0，就处于地址模式。 * * * * * * * * 0 * 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 循环放音操作，按住 CE 键不放循环放音第一段。 操作模式 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 按顺序连续分段录放音，录音时压住 CE 键不放，放音时每触发一次 CE 键即放音一段，按 PD键复位。每段语音长度不限。 按钮模式 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 具体操作方式详见 ISD 全系列单片语音录放 电 路 设 计 与 应用汇编， http:/ 多功能语音人机 接口模块的设计及实现 指纹门禁系统、 POS 系统 (电子收款系统 )、 ATM（自动取款机）等嵌入式应用系统都需要友好的人机接口，高端应用的人机接口一般都采用触摸屏，但价格高，一般性应用难以接受。触摸屏加键盘模式的应用目前只见于各大银行的 ATM 机上。所以开发一款简单易用且价格低廉的人机接口产品有着重要意义和广阔的应用前景。笔者采用微控制器控制键盘、液晶显示、语音芯片、标准通信口来实现语音人机接口模块。该语音人机模块具有接口友好、实现方便、成本低廉等特点。它适应于成本敏感，主处理器处理能力强大但控制能力弱的场合 。 笔者设计的人机接口模块已应用于某指纹门禁系统中。该系统中，主处理器 (DSP，数字信号处理器 )主要用来处理指纹算法 (指纹增强、二值化、细化、特征提取及特征匹配等 )如果要求主处理器扩展适当外围电路来实现人机接口势必会影响整个系统的处理速度，因为指纹处理算法有着很高的时间和空间复杂度。将占用绝大部分处理器资源。采用该智能语音人机接口模块后微控制器通过RS232 接口与主处理器 (DSP)交换数据，大大提高了指纹处理程序的运行速度，从而提高了整个系统的性能。 2 人机接口模块总体设计 人机接口模块主要由 AT89C51 型微控制器、 ISD2560 型语音录放器件、 LCMl602 型液晶显示、 RS232接口、键盘和控制执行单元组成。人机接口模块组成框图如图 1所示。 微控制器负责整个模块的功能控制和与主处理器的通信。键盘用来接收用户输入信号。语音录放单nts元实现交互提示语言的录制和播放。液晶显示单元辅助用户输入并为显示提信息 (包括在模块开发调试过程中的调试信息 )。控制执行单元属于可选用单元，针对具体应进行取舍。指纹门禁系统中需要控制执行单元来弹开电子锁。 3 各组成单元的设计及实现 下面以人机模块的 4 个 主要组成单元来说明。重点论述语音录放电路单元和液晶显示接口的设计与实现，并给出调试通过的汇编源代码。 3 1 键盘、控制执行单元 键盘是 44 结构，微控制器从 P1 口通过扫描方式接收键盘输入信息。控制执行单元由基本三极管电路驱动继电器，通过微控制器的通用 I O 口来控制。键盘、控制执行单元易于实现，在此不再赘述。 3 2 RS232 接口单元 采用带有 1 个 UART1(通用异步收发器 )的微控制器，用 UART 来实现 RS232 接口是非常容易的。原因在于， UART的收发协议与 RS232接口是一致的，只存在 电气特性上的差异。故 UART只需进行电平转换即可配置成 RS232串口。 利用 MAX232来实现电平转换，将 UART 转换为 RS232串口。电路图如图 2所示。 3 3 语音录放单元 为了使本系统的人机接口更加友好采用了用户易于接受的语音交互方式。语音播放单元选用的语音器件是 ISD2560。 ISD2560 是美国 ISD(Information Storage Devices)公司的高性能单片语音录放集成电路，具有音质好、断电信息不丢失及与微处理器接口方便等特点，并且只需很少的外围电路就能组成语音录放 基本电路 2。 介绍 ISD2500 系列的文献很多，故对其内部结构的介绍从略。下面重点探讨 ISD2560 在此模块中与微控制器的硬件接口设计及软件实现。 ISD2560 主要有 3 类信号分别是录放控制信号： P R、 CE、 PDA0-A9；级联及放音状态指示信号：OVF、 EOM；模拟语音输入输出信号： MIC、 MICREF、 SP+和 SP-。主要信号的功能如表 1 所列。ISD2560 与微控制器的接口电路如图 3所示。 ISD2560 的录音总长度为 60 s，要使语音器件分段录放音，只需给出录音或放的起始地址。 微控制器的 P0 口（ P0 口有一 4 7 k的上拉电阻 1 与 P3 6、 P3 7 配合作为语音器件的地址输入但nts当： P3 6 与 P3 7 均为高电平时 (即 A8 与 A9 为高电平 )， A0-A6 分别对应 ISD2560 的 7 种工作模式(其中 A2 对应 M2 为保留待用模式 )。 A0-A6 作为模式控制输入时，高电平有效。例如当 A8、 A9 和 A3均为高电平时，语音器件工作在循环放音模式 M3 下。微处理器的通用 I 0 口 P2 2、 P2 3 和P2 4 分别接至语音器件的控制输入端 P R、 PD 和 CE，用来控制语音器件的录放及功耗。每段录音结束处， ISD2560 会自动插入信息结束标记丽 EOM(End-Of-Message)，这样在播放语音至信息段尾时，在 EOM 引脚上会产生一个持续 12 5ms 的低电平脉冲。将 EOM 接至微控制器的中断输入口INT0。就会在每段信息播放完毕后触发微控制器中断。在中断子程序中，可以重新设定语音器件的地址，然后紧接着播放与上一段信息连贯的词句，从而实现片断语句的连续组合播放。这种硬件连接有助于节省语音时间资源。从而大大节省硬件成本。 控制录音和放音的基本时序如图 4 所示。编写控制语音器件录放程序时，图 4 中标示出的几个关键的时间参数是需要重 点注意的。由于各控制信号 (P/R、 PD、 A0-A9)都是在使能信号 CE 的下降沿采样，故采样前这些控制信号都必须稳定建立，采样后必须保持一段时间以确保正确精准的采样，避免语音器件的误动作。 TSETC 和 TSETA 分别是 P R 和 A0-A9 的建立时间； TPUD 是器件从省电模式中退出后，能进行正常工作的时间延迟也可理解为 PD的建立时间； THOLD是 P R和 A0-A9的保持时间。另外，需要注意的是录音过程中 CE 在 MIC 输入的过程中始终要保持低电平，一旦 CE 或PD 变为高电平，录音将停止。而在放音过程中， CE 只需持 续低电平 TCEP(典型值为 100 ns)时间即可。 理解微控制器与 ISD2560 时序上的这些特点后，给出微控制器控制语音器件录音和放音的程序代码。限于篇幅，只给出录放音的核心控制代码： 需要注意的是，上述代码实现的功能是整片录音然后整片放音。如果需要分段录音、放音，只需要改动录放音的起始地址 (由 P0、 A8、 A9 给出 )及录放音的等待延迟即可。开始录入语音或录制完毕时最好有液晶显示或某一特定指示灯亮，用来提示用户录音的开始与结束。而放音时，只需给出待播放语音段的起始地址和足够的等待时间，放音过 程遇到信息结束标志后会自动结束。限于篇幅，代码中省略了液晶显示的提示 (需要实现液晶显示时，只需给出待显示码及有关控制命令，直接调用下文给出的液晶接口子程序可以很方便实现 )。全部代码都已调试通过，加上延迟子程序后可直接拷贝使用。 在特殊应用场合，如需要播放更长的语音信息可以利用溢出标志信号 (0VF)来实现多个语音器件的级联。 3 4 液晶显示功能的设计与实现 从节约成本及提高系统可靠性的角度考虑，为实现液晶显示功能，本设计选用通用 LCM(液晶模块 )。LCM 重量轻、体积小、功耗低、寿命长、工作温度宽，可 显示多达 192 种常用字符 (包括所有大小写字母及常用符号 )，还可自编 8 种显示字符以满足特殊的显示需求。值得一提的是， LCM 指令功能强大可以组合成各种输入、显示、移位方式以满足不同的应用需求。 LCM 内部集成了液晶控制 (一般兼带驱动功能 )芯片，向外提供数据传输及控制线接口与微控制器 (或微处理器 )接口方便 3。 nts图 5 给出 LCM与微控制器的接口，下面介绍各接口线的功能。 LCM 由 +5V电压供电，液晶驱动电压 V0 由 20k电位器分压得到。可通过调节电位器来调节显示屏的对比度。当确认指令控制正确，但屏上 看不到显示结果时，不要轻易怀疑 LCM 已坏。这往往是由于液晶显示的驱动电压不够而引起的，此时可调节电位器，直至看到清晰的输出。 BL1、 BL2(有的数据手册上标为 A、 K)分别是 LCM 背光灯 (此 LCM 是光反射原理显示的，在光线不足条件下，很难看清其显示，这时必须要有背光才能看到其显示 )的阳极与阴极。如果不需要控制背光的亮灭，可直接接至 +5 V 电源两端，让背光灯在模块上电后一直点亮。 微控制器的 P0 口复用 (上文设计中已作为 ISD2560 的地址选择信号 )作为 LCM 的数据总线 (DB0 一DB7)， P2 5、 P2 6、 P2 7 分别控制 LCM 的使能信号 E、读写控制信号 R W、寄存器选择信号RS。数据总线是传送指令及显示数据的通道；使能信号 E 为下跳变有效；读写控制信号 R W 用来控制数据读写，高电平时为从 LCM 的内部寄存器中读取数据低电平时，向 LCM 的内部寄存器中写入数据。 RS是寄存器选择控制信号，其高、低电平分别选择数据寄存器、指令寄存器。 要编写微控制器访问控制 LCM 的程序代码必须彻底理解 LCM的访问控制时序，如图 6所示。 图 6 的简要说明： RS 在访问期间，具体的电平取决于所访问的寄存器类型。 R W(Read)、 RW(Write)分别与其他控制信号及数据信号构成完整的 LCM读、写控制时序。 AT89C51 执行一条单周期指令的时间为 1 s(选用 12 MHz 晶体时 )。 TCS、 TCH、 TWEH、 TDH、 TCE 都是 ns(纳秒 )级的量，因而只需顺序给出指令即可满足时序要求。需要指出是 TDS 在读写操作时的意义是不同的。在读操作时， TDS 表示数据输出的延迟 (最大值 100 ns)；在写操作时，表示待写入数据的最小建立时间 (40 ns)。程序中的 NOP指令是为了保证最低时序要求有较充分的裕度。以确保高度的可靠性。 上述代码全部通过调试，运行正确稳定，可直接拷贝使用。 4 结束语 该人机接口模块所有功能均已调试通过，工作稳定可靠。 模块提供有 +3.3V 电压及备用 I O 接口引出线为将来扩展之用。如可采用低电压版本的微控制器(AT89LV5l、 W78LE51等 )，这种微控制器的引脚电平与主处理器的引脚电平兼容。硬件上可以直接连nts接。闲置的 I O线可扩展 I2C 接口的 E2PROM，用来存储需长时间保存的数据。 本模块可扩展，裁剪性强，针对特定的应用场合增加或删除某些单元电路即可实现新系统的人机接口。 ISD1730 优质语音录放电路 中青世纪 http:/ ISD1730 是华邦 ISD 公司 2007 年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。 一、 特点： 可录、放音十万次，存储内容可以断电保留一百 年 两种控制方式，两种录音输入方式，两种放音输出方式 可处理多达 255 段信息 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 二、 电特性： 工作电压： 2.4V-5.5V, 最高不能超过 6V 静态电流： 0.5 - 1 A 工作电流： 20mA 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 ISD1730 的参数表： 时间（秒） 20 30 37 nts 45 60 采样率（ 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。 快进操作： nts 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。 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。 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。 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。 nts 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。 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。 四 管脚功 能说明： 管 脚 名 称 PDIP/SOIC 管脚 TSOP 管脚 引 脚 说 明 VCCD 1 22 数字电路电源 /LED 2 23 LED 指示信号输出 /RESET 3 24 芯片复位 MISO 4 25 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 nts MOSI 5 26 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 6 27 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 7 28 为低时，选择该芯片成为当前被控制
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