毕业设计(论文)-基于AT89C51单片机的语音播报器的设计.doc

摘摘 要要 现代社会人们工作日程繁多紧凑 随着生活节奏的加快 合理的安排 时间和遵守时间是每个人的愿望 本文介绍的智能记事器 采用语音播报 随着语音芯片的普及 语音报播被广泛应用于车站报站器 语音型数字万 用表 出租车语音报站器 排队机等 可快速直观的给人们提醒工作日程 将成为人们生活中的有力助手 本文提出了基于 AT89C51 单片机的语音播报器的设计方案 方案以 单片机作为系统的控制核心 详细介绍了 ISD 公司生产的 ISD2560 语音 芯片的优点及其使用方法 并且给出了用 AT89C51 与 ISD2560 构成的语 音系统的硬件原图和软件设计方法 采用 ISD 单片语音录音 放音集成电 路系列中的 ISD2560 实现了语音的存储和播放 使语音音质自然真实 ISD2560 不需要 A D 和 D A 转换 并且集成度高 能实现复杂的信息处 理功能 真实的再现语音 实现了当按下开始键 启动录音 松开开始键 结束录音 结束录音后 循环播放所录音的基本功能 并且录放系统具有 电路简明 应用方便 单片录放 不怕掉电 音色纯正 性价比高等特性 关键词 电气信息 单片机 语音芯片 ISD2560 Abstract Modern social compact many people work schedule with the pace of life speeds up reasonable arrangements to comply with the time and the time is everyone s aspirations This paper introduces the intelligent accounts regulator with speech broadcast with the popularization of pronunciation chip voice newspaper has been widely used in the station broadcast stops device voice type digital multimeter taxi voice stops PaiDuiJi ware etc The paper introduced a smart notepad a voice broadcast fast intuitive to remind people work schedule people living in a strong assistant In this paper a design program of voice broadcast device based on AT89C51 microcontroller is introduced in this paper Single chip microcomputer is the core of control system This paper introduces the PIN function operating model and using method of ISD2560 voice chip Putting forword the hard structure and soft design method of the voice system consisted of AT89C51 and ISD2560 The use of single chip voice recording ISD playback IC ISD2560 series achieve voice storage and playback and the voice is true natural quality We achieve the basic function that when the start button is pressed the device start to record and when the start button is releasd the device finish recording Then broadcast what it record loop three times And recording system has circuit concise and easy application monolithic recording not afraid off electricity tone pure high performance to price characteristics Keywords Electrical Information single chip voice chip ISD2560 I 目目 录录 1 绪论 1 1 1 本课题的目的与意义 1 1 2 本课题在国内外研究概况及存在问题 1 1 3 本课题研究内容 2 1 4 本设计的主要任务要求 3 2 系统设计方案 4 2 1 总体设计方案 4 2 2 语音芯片的选择 4 3 硬件电路设计 6 3 1 protel 99 se 介绍 6 3 2 电源电路设计 7 3 3 主机电路设计 7 3 3 1 AT89S51 的特点 7 3 3 2 AT89S51 的引脚介绍 8 3 3 3 时钟电路 10 3 4 语音芯片 ISD2560 及应用 10 3 4 1 语音芯片 ISD2560 简介 10 3 4 2 ISD2560 引脚功能及内部结构 11 3 4 3 ISD2560 的语音播放电路 13 4 软件设计 17 4 1 AT89C51 单片机定时器 控制器控制 17 4 1 1 工作模式寄存器 TOMD 17 4 1 2 控制寄存器 TCON 18 4 2 ISD2560 录放音软件设计 18 4 2 1 ISD2560 操作模式 19 4 2 2 分段录放音 19 4 3 keil C51 介绍及其程序说明 24 4 3 1 keilC51 介绍 24 II 5 结 论 26 致 谢 27 附 录 28 参考文献 31 1 基于单片机的语音播报器的设计 1绪论 1 1 本课题的目的与意义 随着语音芯片的普及 语音播报被广泛应用于车站 医院等公共场所 并且面向家庭个人使用的方向发展 语音播报记事器准确 快速的性能将 为人们提过更加便利的生活 本文采用 AT89S51 单片机为微处理器研制 了语音播报记事器 该系统操作简单 方便 可随时调节时间 制定时间 播报 总之 语音播报记事器各性能指标良好 在平时使用中 能够显示 时间日期 并对约会进行提醒 这将在今后语音播报中起重要影响作用 随着时代的发展与进步 人们的生活节奏越来越快 竞争也日趋激烈 因 此 合理的安排时间 遵守时间 准时上课 上班 赴约 到会 洽谈等 是每个人的愿望 但是 往往稍一疏忽又无人提醒 造成迟到或其他事件 甚至产生了严重的后果和经济损失 此时 若有一台智能语音记事器 将 各种约定时间记录下来 按时进行语音提醒 就可以避免迟到 缺席事件 的产生 也会给我们的工作和学习带来极大的方便 1 2 本课题在国内外研究概况及存在问题 从目前语音技术的研究现状来讲 技术已经有了很大发展 语音识别 和语音合成技术是实现人机语音通信及建立一个有听和讲能力的口语系统 所必需的两项关键技术 使电脑具有类似于人一样的说话和听懂人说话的 能力 在国外语音识别技术主要包含几个方面 语音控制 电子发声 连续 语音识别 非连续语音识别和语音学习 目前主要是在支持中英文 实现 中英文混合识别问题上 存在一些障碍 同时在识别大量词汇和个别发音 方面还很难做到准确 作为语音识别技术新方向的语音学习 它则要求人 模仿标准发音 其面临的困难是如何衡量人模仿的好坏 2 语音合成技术是计算机 开口说话 的关键 现阶段语音合成的最大 进展是已经能够实时地将任意文本转换成连续可懂的自然语句输出 相应 技术通常称为文语合成或者文语转换 TTS TTS 使得数据通信和语音通 信在终端一级实现交融 人们将有望在获取 Interne 信息时 使短消息服务 电子邮件等多数以文本方式提供的信息也用语音的方式输出 语音合成的 主要功能是 根据韵律建模的结果 从原始语音库中取出相应的语音基元 利用特定的语音合成技术对语音基元进行韵律特性的调整和修改 最终合 成出符合要求的语音 一旦人机对话的问题得到解决 语音技术将更多的应用到基础教学中 尤其是英语的教学 在教学中语言环境的问题也就迎刃而解 更重要的是 与之相伴的必然是巨大的市场毫无疑问 语音技术一定会是未来人类关注 的焦点 随着人们日常生活的提高 智能语音已逐渐进人家庭 通过语音在远 端实时的控制家用电器的操作 具有简洁 方便 高效的特点 用荷兰 PHILIPHS 公司生产的工业级嵌人式微处理器做为电话远程控制器的核心 部件具有事半功倍的 现有的 GIS 技术已经表现出很多弊端 其中之一就 是不利于信息共享 了一些空间数据规范 GML 等 但都只限于语法角度 和信息层次 而当今应用软件中真正需要的是语义共享口为此 论文提出 了基于本体论的地理信息系统体系结构 据此给出了解决空间信息语义共 享的可行解决方案 同时 OWL 语言规范的提出 也为地理本体论的发 展提供了标准化的语义支持 但是 由于语义搜索和拓扑的复杂性 本实 现的运行效率实在很低 在测试中 仅仅用到了中国的大城市地理信息集 就使得搜索速度非常慢但我相信 OGIS 将是地理信息系统的发展方向 以 后随着各项相关技术的不断发展 其应用前景将非常广阔 1 3 本课题研究内容 这次的研究主要是设计一个语音播报器 包含有对预先设定的时间的 报时 和当前时间的设定调整 在报时的同时有对当前时间的显示 也就 是有 LCD 显示屏 此外还应该有麦克风的输入就是对模拟信号的处理和 储存 然后在一定的条件下能够完整地播放出来 实现语音地录制和回放 功能 在不同地场合能够很轻松便捷地改动和增加新地功能 所以这次设 3 计目的是一个很开放型地课题 他可以实现很多地功能 比如说我们日常 地起始和提示功能还有普通地闹钟和录音模式 在不同领域有着不同地用 途 在学校里我们可以设置一定地时间来打铃或是播放音乐 也可以在我 们正常的生活中安排一定的较长时间的活动和节目 在我们设定的时间到 时就会提醒我们去做 随着现代科技的不断发展和创新我们的语音功能时 不再能够很好的完成我们的需要和日常的交际了 生活节奏的体快使得我 们很容易忘记我们的生活规律和安排 可能在一定的时候会影响到我们的 前途 所以有个很好的语音播报已经不再时什么新鲜的事情了 尤其时在 一些大的公司或是企业的管理层次那更是不可缺少的以部分 由此可见语 音播报技术在今后会有更为广阔的应用空间 正是因为语音存储与语音播 报技术有着很大的市场需求 所以现在对它的研究具有极高的应用价值 1 4 本设计的主要任务要求 根据设计要求 提出基于单片机的语音拨播器的硬件电路设计方案 并应用 Protel 软件完成硬件电路原理图设计 通过对单片机的编程开发可 实现语音的录放等基本功能 具体包括如下几个部分 1 学习单片机的工作原理 并应用 Protel 软件设计出单片机的最 小系统和语音系统的控制电路 使其能可靠工作 2 学习有关语音方面的相关知识 拟采用集成语音芯片来实现语 音的录放的功能 要求掌握该芯片的工作原理 完成其外围电路和与单片 机的接口电路 包括话筒和扬声器的电路设计 3 学习 C 程序设计语言 对单片机进行编程开发 并完成仿真和 调试 实现语音拨播器的基本功能 4 2 系统设计方案 2 1 总体设计方案 为了实现语音播报所需的功能 即按下开始键 启动录音 松开开始 键 结束录音 结束录音后 循环播放所录音 而且为了使语音播报器的 音质好 功能强 实验运行效果较好 使用起来也很简单 所以本设计采 用的设计框图如图 2 1 所示 图 2 1 总体设计方案图 由上面的框图可知 本设计框图包括 按键 单片机 语音芯片 话 筒和扬声器 其中单片机为本设计的控制核心 它控制语音芯片 实现对 声音的存储和播放 语音芯片实现对语音的录入和播放 按键 单片机 扬声器 语音芯片 话筒 5 2 2 语音芯片的选择 目前市场流行的语音芯片有很多 从性价比的角度来考虑 美国 ISD 公司的 ISD 系列语音芯片可谓是一只独秀 ISD 系列语音芯片具有以下 优点 1 采用模拟量数据存储在半导体存储器直接存储的专利技术 即将模 拟量数据直接写入单个存储单元 不需要经过 A D D A 转换 2 内部集成了大容量的的 EEPROM 不再需要扩展存储器 3 控制简单 控制引脚与 TTL 电平兼容 4 集成度高 使用方便 5 能较好的真时再现语音的自然效果 避免了一搬固体语音电路的因 为量化和压缩所造成的量化噪声和失真现象 因此 选 ISD 公司的语音芯片 ISD2560 ISD2560 是 ISD 公司的生产 的语音录入和重放的芯 ISD2560 系列之一 ISD2560 系列芯片包括 ISD2560 ISD2575 ISD2590 和 ISD52150 共四种 他们的主要区别在于 存储语音的时间的长度 ISD2560 的录音时间的长度为 60s ISD2570 的录 音时间的长度是 75s ISD2590 的录音时间的长度是 90s 而 ISD25120 的 录音时间长度是 120s ISD2560 采用多电平直接模拟量存储的专利技术 每个采样值可以直接存储在片内每个 EEPROM 单元中 因此能够非常真 实 自然地再现语音 音乐 语调和效果声 从而避免了一般的固体录音 电路因量化和压缩造成的量化噪声和金属声 该器件的采用频率为 8kHz 录音时间就越长 但是通频带和音质会有所降低 ISD2560 省去了 A D 和 D A 的转换器 集成度较高 内部包括前置放 大电路 内部时钟 定时器 采样时钟 滤波器 自动增益控制 逻辑控 制 模拟收发器 解码器和 48Kbde EEPROM ISD2560 内部的结构和 EEPRO 存储单元均匀的分配为 600 行 有 600 个地址单元 每个地址单 元指向其中一行 每一个地址单元的地址分辨率为 100ms 此外 ISD2560 还具备微控制器所需要的控制接口 通过操作地址和控制线可以完成不同 的任务 以实现复杂的信息处理功能 如信息的组合 连接 设定固定的 信息段和信息的管理等 ISD2560 可以不分段 也可以按最小段长为单位 来任意组合和分段 6 3 硬件电路设计 3 1 Protel 99 se 介绍 Protel99SE 是 Protel 公司近10年来致力于 Windows 平台开发的最新结 晶 能实现从电学概念设计到输出物理生产数据 以及这之间的所有分析 验证和设计数据管理 因而今天的 Protel 最新产品已不是单纯的 PCB 印 制电路板 设计工具 而是一个系统工具 覆盖了以 PCB 为核心的整个 物理设计 最新版本的 Protel 软件可以毫无障碍地读 Orcad Pads Accel PCAD 等知名 EDA 公司设计文件 以便用户顺利过 渡到新的 EDA 平台 Protel 99 se 就是由早期 Protel 版本发展而来的基于 windows95 98 2000 环境的新一代电路原理图辅助设计与绘制软件 其功能模块包括电原理图 设计 印制电路板设计 无网络布线器 可编辑逻辑器件设计 电路图模 拟 仿真等 它集成电路设计与开发环境于一体化 利用 Protel 进行电路设计需要三个步骤如图 3 1 7 一 绘制原理图 二 产生网络表 三 完成 PCB 印刷 电路板 绘制 图3 1 protel设计电路步骤图 本设计利用 Protel 软件画的硬件电路图主要有单片机 AT89C51 的最小 系统和语音芯片 ISD2560 电路及它们的接口电路 3 2 电源电路设计 电源电路设计图如图 3 2 V CC C4 0 1uf V CC 40 A T89C51 V SS 20 89C51 图 3 2 电源电路设计图 在电源引脚并联一个 0 1uf 的小电容目的是滤波 引入滤波电容的原 8 因是要获得平滑稳定的电压 因为电容两端的电压不能突变 所以它能抑 制电压的波动 使电压变得平稳光滑主要作用有两个 1 去除器件之间的 交流射频耦合 它能将器件的电源端上瞬间的尖峰 毛刺对地短路掉 2 去耦 也叫退耦 3 3 主机电路设计 主机采用AT89S51单片机来实现 单片机是将中央处理器 CPU 随 机存取存储器 RAM 只读存储器 ROM 定时 计数器及输入输出接口电 路等计算机主要部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机 3 3 1 AT89S51 的特点 AT89S51是ATMEL公司采用CMOS工艺生产的低功耗 高性能8位单 片机 与MCS 51单片机兼容 其功能特点为 1 4K字节闪烁存储器 FLASH 可进行1000次写 擦除操作 2 静态操作 外接OHZ 24MHZ晶振 3 三层程序存储器 4 256字节内部数据存储器 RAM 5 32根可编程输入 输出线 6 两个6位定时 计数器 7 六个中断源 8 一个可编程串口 9 支持低功耗模式和掉电模式 3 3 2 AT89S51 的引脚介绍 AT89S51 引脚排列如图 3 3 所示 各引脚的功能如下 9 图3 3 AT89S51引脚排列图 VCC 供电电压 GND 接地 P0 P0为一个8位漏级开路双向I O口 每脚可吸收8TTL门电流 当P0 口的管脚第一次写l时 被定义为高阻输入 P0够用于外部程序数据存储器 它可以被定义为数据 地址的第八位 在FLASH编程时 P0作为原码输入 口 当FLASH进行校验时 P0出原码 此时P0部必须被拉高 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 P1口管脚写入1后 被内部上拉为高 可用作输入 P1口被外部下拉为低电平时 将输出电流 这是由于内部上拉的缘故 在 FLASH编程和校验时 P1口作为第八位地址接收 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 这是由于内部上拉的缘故 P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数 据存储器进行存取时 P2口输出地址的高八位 在给出地址 1 时 它 10 利用内部上拉优势 当对外部八位地址数据存储器进行读写时 P2口输出 其特殊功能寄存器的内容 P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信 号和控制信号 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 作为输入 由于外部下拉为低电平 P3口将输出电流 ILL 这是由于上 拉的缘故 P3口也可作为AT89C52的一些特殊功能口 如下为管脚的备选功能 P3 0 RXD 串行输入口 P3 1 TXD 串行输出口 P3 2 INTO 外部中断0 P3 3 INT1 外部中断1 P3 4 T0 记时器0外部输入 P3 5 T1 记时器1外部输入 P3 6 WR 外部数据存储器写选通 P3 7 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 当振荡器复位时 要保持RST脚两个机器周期的高 电平时间 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 3 3 3时钟电路 时钟电路图设计如图 3 4 11 图3 4 内部时钟电路图 AT89S51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器 引脚 XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端 时钟可以由内部方式 产生或外部方式产生 内部方式的时钟电路如图3 4所示 在XTAL1和 XTAL2引脚上外接定时元件 内部振荡器就产生自激振荡 定时元件通常 采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路 晶体振荡频率可以在 1 2 12MHz之间选择 电容值在5 30pF之间选择 电容值的大小可对频 率起微调的作用 外部方式的时钟电路 XTAL1接地 XTAL2接外部振荡器 对外部振 荡信号无特殊要求 只要求保证脉冲宽度 一般采用频率低于12MHz的方 波信号 片内时钟发生器把振荡频率两分频 产生一个两相时钟P1和P2 供单 片机使用 本系统采用的是6M的晶振 3 4 语音芯片 ISD2560 及应用 3 4 1 语音芯片 ISD2560 简介 ISD语音芯片是美国信息存储器件公司推出的高品质语音录放芯片 采用ISD公司独有的直接模拟存储技术 DAST 该技术的采用使得音频信 息无需经过传统形式的A D D A转换即可实现存取 有比同等数字存取 更高的集成度和更高的音质水平 ISD语音芯片具有抗断电功能 信息存 放不易挥发 支持多次录 放操作 寿命高达10次 可单独应用 多片级联 也可与微处理器配合使用 具有很好的使用灵活性 ISD可广泛应用于工 12 业控制 智能仪表 警报 信息提示等场合 使信息交互人性化 本文对 ISD2560系列芯片做介绍 并给出了ISD2560的应用实例 此装置取得了很 好的使用效果 在众多的语音集成电路中 ISD 系列单片语音录放电路以其优异的性 能在市场上独领风骚 ISD 系列产品采用基 EEPROM 浮栅技术的模拟量 存储技术 具有重放音质好 使用方便 单片存储 反复录放 低功耗 抗断电等特性 尤其是随意时间长短的分段录 放音的性能 为实际使用 提供了灵活性 ISD 系列中的 ISD2560 芯片 内 480KB 的 EEPROM 录 放音时间长达 60 秒 分段录音可达 600 段 目前 电脑语音服务的应用 范围越来越广 如电脑语音钟 语音型数字万用表 手机话费查询系统以 及公共汽车报站器等 而 Winbond 公司生产的 ISD2500 系列语音芯片是具 有较强功能的一种电脑语音录放器件 它能够应用在很多需要语音服务的 场合 AT89S51 是 ATMEL 公司生产的性能良好 价格便宜的单片机 3 4 2 ISD2560 引脚功能及内部结构 ISD2560 引脚功能如图 3 5 所示 1 1 2 3 4 5 7 8 10 28 27 26 9 11 12 6 14 13 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 VCCD P R XCLK EO M PD CE OVF AN AOU T AN A IN AG C M IC RE F M IC VCCA SP A0 M 0 A1 M 1 A2 M 2 A3 M 3 A4 M 4 A5 M 5 A6 M 6 A7 A8 A9 AU X IN VSSD VSSA SP ISD 5260 图 3 5 ISD2560 芯片引脚 各引脚的主要功能如下 ISD256 0 13 电源 VCCA VCCD 为了最大限度的减小噪声 芯片内部的模 拟和数字电路使用不同的电源总线 并且分别引到外封装上 模拟和数字 电源端最好分别走线 并应尽可能在靠近供电端处相连 而去耦电容则应 尽量靠近芯片 地线 VSSA VSSD 由于芯片内部使用不同的模拟和数字地线 因此 这两脚最好通过低阻抗通路连接到地 节电控制 PD 该端拉高可使芯片停止工作而进入节电状态 当芯 片发生溢出即 OVF 端输出低电平后 应将本端短暂变高以复位芯片 另 外 PD 端在模式 6 下还有特殊的用途 片选 CE 该端变低且 PD 也为低电平时 允许进行录 放操作 芯片在该端的下降沿将锁存地址线和 P R 端的状态 另外 它在模式 6 中 也有特殊的意义 录放模式 P R 该端状态一般在 CE 的下降沿锁存 高电平选择放 音 低电平选择录音 录音时 由地址端提供起始地址 直到录音持续到 CE 或 PD 变高 或内存溢出 如果是前一种情况 芯片将自动在录音结束 处写入 EOM 标志 放音时 由地址端提供起始地址 放音持续到 EOM 标志 如果 CE 一直为低 或芯片工作在某些操作模式 放音则会忽略 EOM 而继续进行下去 直到发生溢出为止 信息结尾标志 EOM EOM 标志在录音时由芯片自动插入到该信 息段的结尾 当放音遇到 EOM 时 该端输出低电平脉冲 另外 ISD5260 芯片内部会自动检测电源电压以维护信息的完整性 当电压低于 3 5v 时 该端变低 此时芯片只能放音 在模式状态下 可用来驱动 LED 以指示 芯片当前的工作状态 溢出标志 OVF 芯片处于存储空间末尾时 该端输出低电平脉冲 以表示溢出 之后该端状态跟随 CE 端的状态 直到 PD 端变高 此外 该端还可用于级联多个语音芯片来延长放音时间 话筒输入 MIC 该端连至片内前置放大器 片内自动增益控制电 路 AGC 可将增益控制在 15 24db 外接话筒应通过串联电容耦合到 该端 耦合电容值和该端的 10k 输入阻抗决定了芯片频带的低频截止点 话筒参考 MIC REF 该端是前置放大器的反向输入 当以差分形 式连接话筒时 可减小噪声 并提高共模抑制比 14 自动增益控制 AGC AGC 可动态调整前置增益以补偿话筒输入 电平的宽幅变化 这样在录制变化很大的音量 从耳语到喧嚣声 时就能 保持最小失真 响应时间取决于该端内置的 5k 电阻和从该端到 VSSA 端 所接电容的时间常数 释放时间则取决于该端外接的并联对地电容和电阻 设定的时间常数 选用标称值分别为 470K 和 4 7 f 的电阻 电容可以得 到满意的效果 模拟输出 ANA OUT 前置放大器输出 其前置电压增益取决于 AGC 端电平 模拟输入 ANA IN 该端为芯片录音信号输入 对话筒输入来说 ANA OUT 端应通过外接电容连至该端 该电容和本端的 3k 输入阻抗决 定了芯片频带的附加低端截止频率 其它音源可通过交流耦合直接连至该 端 扬声器输出 SP SP 可驱动 16 以上的喇叭 内存放音时功 率为 12 2mw 辅助输入 AUX IN 放音时功率为 50mW 单端输出时必须在输出端 和喇叭间接耦合电容 而双端输出则不用电容就能将功率提高至 4 倍 当 CE 和 P R 为高 不进行放音或处入放音溢出状态时该端的输入信号将通 过内部功放驱动喇叭输出端 当多个 DS2560 芯片级联时后级的喇叭输出 将通过该端连接到本级的输出放大器 为防止噪声建议在存放内存信息时 该端不要有驱动信号 外部时钟 XCLK 该端内部有下拉元件 不用时应接地 地址 模式输入 AX MX 地址端的作用取决于最高两位 MSB 即 A8 和 A9 的状态 当最高两位中有一个为 0 时 所有输入均 作为当前录音或放音的起始地址 地址端只作输入 不输出操作过程中的 内部地址信息 地址在 CE 的下降沿锁存 当最高两位全为 1 时 A0 A6 可用于模式选择 ISD2560集成度很高 内部集成了高精度的时钟电路 故而无需外部 配置晶振 其应用电路也得到大大简化 ISD2560可进行录 放两种操作 录入音信号经过换能器MIC转变为电信号 该信号经过隔直电容去除直流 分量后送入前置放大器 由于器件具有高输入阻抗 故藕合电容容量很小 可为0 17pf 微弱的电信号经过前置放大后由ANAOUT 21 脚输出 经 过隔直电容后送入ANAIN 20 脚 这种配置方式可以方便用户自行设计性 15 能更加优良的前置放大器代替芯片内部已有的功能部件 另外ANAIN可作 为线输入口 直接输入电声信号 既而信号进入自动增益 AGC 放大器 信号电平得到调理 使其符合存储电路的动态范围 AGC响应时间由连接 在AGC脚的外接电阻 电容值确定 为使得采样信号不产生失真 采样系 统必须满足奈奎斯特采样定律 3 4 3 ISD2560 的语音播放电路 ISD2560控制电平与TTI 电平兼容 接口简单 使用方便 存储单元 在写入语音信号的同时 自动清除了该存储单元原有的语音信号 从而实 现了ISD系列器件的自动抹音 A0 A9为地址线 共有1024种组合状态 最前面的600个状态作内部存储器的寻址用 最后256个状态作为操作模式 本系统采用对地址直接进行操作的方式 微处理器接口端 P R录放音控 制端 此端为高电平时为放音状态 低电平时为录音状态 CE 端用于录 放音时的启停控制 通常与P R端配合使用 EOM端为每段信息结束信号 输出端 为负向信号 时间为12 5ms 上升沿标志信息结束 MICIN是话 筒前置放大器输入端 MICR EF为话筒补偿端 AGC自动增益控制端 ANA IN与ANA OUT是模拟信号的输入端和输出端 它们之间连接藕合电 容 最小录 放系统如图3 6 16 C4 0 1uf Y1 12M C1 22pf C2 22pf S1 RST C310uf 5V R1 10k 5V P1 0 T2 1 P1 1 T2EX 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 P3 3 INT1 13 P3 2 INT0 12 P3 4 T0 14 P3 5 T1 15 EA VPP 31 XTAL0 18 XTAL1 19 RESET 9 P3 6 WR 16 P3 7 RD 17 PSEN 29 ALE PROG 30 RXD P3 0 10 TXD P3 1 11 VCC 40 VSS 20 P2 0 21 P2 1 22 P2 2 23 P2 3 24 P2 4 25 P2 5 26 P2 6 27 P2 7 28 P0 0 39 P0 1 38 P0 2 37 P0 3 36 P0 4 35 P0 5 34 P0 6 33 P0 7 32 89C52 U1 89C52 5V R7 10k EOM P R PD CE RTART SW PB A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 AT89S51 AT89S51 图 3 6 语音录放电路的单片机部分电路原理图 此模块硬件电路的设计是由单片机芯片AT89C51和语音芯片ISD2560 及其他们的接口电路构成 电路实现的功能如下 1 按下开始键 启动录音 松开开始键 结束录音 注意录音的时 间不能超过预先设定的每段语音的时间 2 结束录音后 顺序播放所录音3次 图中U1为单片机的芯片AT89S51 工作于11 0592MHz的地址 模式 输入 通过P2 0和P2 1 单片机可以配置ISD2560的操作模式 单片机的P1 5 脚控制语音芯片ISD2560的录放模式的选择 低电平置ISD2560为录音状态 高电平为放音状态 单片机的P1 6脚和ISD2560的节电控制相连 单片机 通过此脚可以控制芯片的开关 P1 7脚可以控制语音芯片的片选低电平时 就是选中芯片 单片机的INT0脚 P1 4和ISD2560的EOM标志输出相连 EOM标志在录音时由芯片自动的插入到录音信息的结尾处 放音遇到 EOM时 会产生低电平脉冲 触发单片机中断 单片机必须在检测到输出 17 的上升沿才能播放新的录音 否则播放的语音就不连续的 出现 啪啪 的声音 ISD2560的最高地址位A8 脚9 A9 脚1 置为高电平时 芯片即 进入操作模式状态 操作模式根据引脚Al A8的高低电平不同组合总共分 为6种不同的模式 实现不同的功能 操作模式中的信息检索模式MO和按 键模式M6的说明如表3 1所示 表3 1 ISD2560的操作模式 语音录放电路芯片ISD2560原理图如图3 7 操作模式 功能 典型应用 可组合模式 M0 信息的快速检索 快进 找到所需的语音段 M4 M5 M6 M1 删除语音结束标志 使分段语音变成一段 M3 M4 M5 M6 M3 循环放音 循环重放0地址的语音段 M1 M5 M6 M4 连续寻址 禁止地址计数器复位 连续放音 M0 M1 M5 M5 CE电平有效 允许语音暂停 M0 M1 M3 M4 M6 按键操作 简化外围电路用键可控制录放 M0 M1 M3 18 1 1 2 3 4 5 7 8 10 28 27 26 9 11 12 6 14 13 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 VCCD P R XCLK EO M PD CE OVF AN AOU T AN A IN AG C MIC RE F MIC VCCA SP A0 M0 A1 M1 A2 M2 A3 M3 A4 M4 A5 M5 A6 M6 A7 A8 A9 AU X IN VSSD VSSA SP ISD 5260 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 11 12 13 14 P R Text Text SP SPEA KE R C11 0 1uf C10 0 1uf C9 0 1uf C7 0 1uf c5 0 1uf 116 R5A 10K 116 R4A 1K 116 r6A 10K 116 R2A 5 1K 116 r3A 470k MP C12 220uf c8 4 7uf C6 22uf EO M PD CE 图 3 7 语音录放电路语音芯片 ISD2560 原理图 由于 ISD2560 是数模的混合芯片 因此对数字信号和模拟信号的处理 是 PCB 设计需要着重考虑的问题 在芯片内部使用不同的模拟地和数字 地 模拟电源和数字电源 他们分别通过 VSSA VSSD VCCA 和 VCCD 引出 VSSA VSSD 两引脚最好通过低电阻抗通路连接到平面 VCCA 和 VCCD 最好也分别走线 并应尽可能在靠近供电端处相连 电源 脚附近的去耦电容应尽量靠近芯片 19 4 软件设计 4 1 AT89C51 单片机定时器 控制器控制 定时器共有两个控制字 由软件写入 TMOD 和 TCON 两个 8 位寄存 器来设置 T0 或 T1 的操作模式和控制功能 当 AT89C51 系统复位时 两 个寄存器所有位都被清零 4 1 1 工作模式寄存器 TOMD TOMD 用于控制 T0 和 T1 工作模式 其中低四位用于 T0 高 4 位 用于 T1 其各位的定义格式如表 4 1 所示 表 4 1 工作模式寄存器 TMOD 的位定义 D7 D6 D5 D4D3D2 D1 D0 GATBC T M1 MO GATE C T M1 MO 定时器 T1 定时器 T0 以下介绍各位的功能 M1 和 M1 操作模式控制位 两位可形成 4 种编码 对应于四种操作 模式 即四种电路结构 见表 4 1 C T 定时器 计数器方式选择位 C T 0 设置为定时方式 定时器计数 89C51 片内脉冲 亦即对机器 周期 振荡周期的 12 倍 计数 C T 1 设置为计数方式 计数器的输入是来自 T0 P3 4 或 T1 P3 5 端 的外部脉冲 GATE 门控位 GATE 0 时 只要用软件使 TR0 或 TR1 置 1 就可以启动定时器 而不管 INT0 或 INT1 电平是高还是低 GATE 1 时 只有 INT0 或 INT1 引脚为高电平且由软件使 TR0 或 TR1 置 1 时 才能启动定时器工作 20 TOMD 不能位寻址 只能用字节设置定时器的工作模式 低半字节设 定 T0 高半字节设定 T1 4 1 2 控制寄存器 TCON 定时器控制寄存器 TCON 各位定义及格式如表 4 2 所示 表 4 2 控制寄存器 TCON 的位定义 8FH 8EH 8DH 8CH 8BH 8AH 89H 88H TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0 TCON 各位的作用如下 TF1 TCON 7 T1 溢出标志位 当 T1 溢出时 由硬件自动使中断触 发器 TF1 置 1 并向 CPU 申请中断 当 CPU 响应中断进入中断服务程序 后 TF1 又被硬件自动清零 TF1 也可用软件清 0 TF0 TCON 5 T0 溢出标志位 其功能和操作情况同 TF1 TR1 TCON 6 T1 运行控制位 可通过软件置 1 或清 0 来启动或关闭 T1 在程序中用指令 SETB TR1 使 TR1 位置 1 定时器 T1 便开始计数 TR0 TCON 4 T0 运行控制位 其功能及操作情况同 TR1 TE1 IT1 IT0 TCON 3 TCON 0 外部中断 INT1 和 INT0 请求及请 求方式控制位 89C51 复位时 TCON 的所有位被清 0 4 2 ISD2560 录放音软件设计 录音时 按下录音键 单片机通过口线设置语音段的起始地址 再使 PD 端 P R 端和 CE 端为低电平启动录音 结束时 松开按键 单片机又让 CE 端回到高电平 完成一段语音的录制 同样的方法可录取第二段 第 三段 特别值得注意的是录音时间不能超过预先设定的每段语音的时间 放音时 根据需播放的语音内容 找到相应的语音段起始地址并通过口线 送出 再将 P R 端设为高电平 PD 端设为低电平 并让 CE 端产生一负 脉冲启动放音 这时单片机只需等待 ISD2560 的信息结束信号 即 EOM 的产生 信号为一负脉冲 在负脉冲的上升沿 该段语音才播放结束 所 以单片机必须要检测到 EOM 的上升沿才能播放第二段 否则播放的语音 21 就不连续 而且会产生啪啪声 这一点在编制软件时一定要注意 4 2 1 ISD2560 操作模式 由于 ISD2560 内置了若干操作模式 因而可用最少的外围器件实现 最多的功能 具体的操作模式如表 4 3 所示 表 4 3 ISD2560 语音芯片操作模式图 操作模式可有微控制也可由硬件实现 使用操作模式要注意两点 1 所有的操作最初都是从 0 地址 即存储空间的起始端 开始 后续的操作根据选用的模式可从其它地址开始 但是 电路由录音或放音 转录音 M6 模式除外 或都执行了掉电周期后 地址计数器将复位为 0 2 当 CE 变低且最高两地址为同位高时 执行操作模式 这种操作 模式将一直有效 知道 CE 再次由高变低 芯片重新锁存当前的地址 模式 引脚电平并执行相应的操作为止 4 2 2 分段录放音 2500 系列最多可分为 600 段 只要在分段录 放操作前 不少于 300 模式 功能 典型应用组合使用模式 M0 信息检索快进通过信息M4 M5 M6 M1 删除 EOM在最后一条信息结束处放 EOM M3 M4 M5 M6 M2 未用保留N A M3 循环从 0 地址连续放音M1 M5 M6 M4 连续寻址录音 放音连续的多段信息M0 M1 M5 M5 CE 电平有效允许暂停M0 M1 M3 M4 M6 按键模式简化外围电路M0 M1 M3 22 纳秒 给地址 A0 A9 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的结束位置插入结束标 志 EOM 而放音芯片遇到 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 0 599 作为分段用 见表 4 4 地址 600 767 来使用 地址 768 1023 为工作模式选择 表 4 4 ISD2560 地址空间分配 十进制二进制信息时间 秒 A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0256025752590 00000000000000 5000001100105 06 257 50 100000110010010 012 5015 00 250001111101025 031 2537 50 3000010010110030 037 5045 00 400011001000040 050 0060 00 500011111010050 062 5075 00 599100101011159 974 8489 85 本设计主要通过单片机对 ISD2560 的控制实现指定地址入口的录音和 循环播放 程序要实现下面的过程 开始 键按下后 即系统上电后 系统初始化 然后判断开始键是 否按下 如果按下则单片机控制 PD P R 引脚低电平 并指向录音地址 启动录音过程 调用录音函数 录音函数为 录音函数 Void record void CE 0 片选有效 PD 0 非节电模式 PR 0 录音 当 CE 0 时芯片使能输入引脚 使能所有的的录音操作 当 PD 0 时使芯片开始工作 而进入非节电模式 23 当 PR 0 时开始录音 录音时 由地址线提供起始地址 直到录音持 续到 CE 或 PD 变高 或自动溢出 在预先设定的时间内 小于 60s 结束录音 松开 开始 键单片机 控制 P R 引脚回到高电平 即完成一段语音的录制 之后打开外部中断 0 指定放音地址 启动放音程序 其放音函数为 放音函数 Void playback void CE 0 片选有效 PD 0 非节电模式 PR 1 放音 当 CE 0 时芯片使能输入引脚 使能所有的的放音操作 当 PD 0 时使芯片开始工作 而进入非节电模式 当 PR 1 时为高电平 这时选择放音 这时由地址输入提供起始地址 放音持续到 EOM 位标志 程序流程如图 4 1 24 Y N Y 打开外部中断 打开播放函数 开始 初始化 开始 键按下 调用录音函数 开始 键松开 延时 25 图 4 1程序流程图 关闭外部中断 Count 延时 打开外部中断 调用播放函数 外部中断 服务子程序 如果 count 2 26 4 3 keil C51 介绍及其程序说明 4 3 1 keilC51 介绍 本次设计的语音播报系统是以 AT89C51 为核心建立的系统 在软件 编辑方面 需要对语音录入和语音播放两部分分别构成的子函数进行编辑 在编辑中需要用 Keil C51 软件 Keil C51 是美国 Keil Software 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 用过汇编语言后再使用C 来开发 体会更加深刻 Keil 51 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 Keil C51 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 在开发大型软件时更能体现高级语言的优势 下面 详细介绍 Keil C51 开发系统各部分功能和使用 Keil C51 工具包的整体结构中 uVision 与 Ishell 分别是 C51 for Windows 和 for Dos 的集成开发环境 IDE 可以完成编辑 编译 连接 调试 仿真等整个开发流程 开发人员可用IDE 本身或其它编辑器编 辑 C 或汇编源文件 然后分别由 C51 及 A51 编译器编译生成目标文件 OBJ 目标文件可由 LIB51 创建生成库文件 也可以与库文件一起 经 L51 连接定位生成绝对目标文件 ABS ABS 文件由 OH51 转换成 标准的 Hex 文件 以供调试器 dScope51 或 tScope51 使用进行源代码级