基于51单片机语音存储与回放系统设计

1、基于51单片机语音存储与回放系统设计目录 摘要. I ABSTRACT . II 绪论. 1 1 语音录放系统总体设计及主要芯片说明 . 4 1.1 总体方案论证 . 4 1.2 器件选择 . 5 1.2.1 单片机的选择 . 5 1.2.2 语音芯片选择 . 6 1.3 AT89C51 芯片说明. 7 1.3.1 AT89C51 的主要参数 . 7 1.3.2 AT89C51 的引脚功能说明 . 8 1.4 ISD2560 语音芯片 . 9 1.4.1 ISD2560 的引脚功能 . 9 1.4.2 ISD2560 的操作模式 . 10 1.4.3 ISD2560 的分段录放音 . 11 1

2、.4.5 ISD2560 的应用电路 . 12 1.5 LM386 集成功率放大器芯片说明 . 13 1.5.1 LM386 电子特性 . 13 1.5.2 LM386 的引脚说明 . 14 2 语音录放系统硬件电路设计 . 16 2.1 系统硬件电路总体设计 . 16 2.2 AT89C51 的外围电路设计 . 16 2.2.1 晶振电路设计 . 16 2.2.2 复位电路设计 . 17 2.3 语音电路设计 . 18 2.4 功放电路设计 . 19 2.5 键盘输入电路和状态显示电路设计 . 19 3 语音录放系统软件设计. 21 3.1 主要变量说明 . 21 3.2 主程序工作原理及流

3、程图 . 21 3.3 子程序流程图及代码 . 23 3.3.1 录音子程序 . 23 3.3.2 放音子程序 . 24 结束语 . 26 致谢. 错误！未定义书签。27 参考文献 . 27 附录 1 . 28 附录 2 . 30 I 摘要 在智能仪器仪表或自动控制设备中，增加语音功能能极大地提高人机界面的 友好性，方便用户操作。在许多场合需要将语音合成、语音识别、语音存储和回 放技术和单片机结合在一起。 常规的模拟化语音处理系统能实现语音的存储与回放功能，但效果不是很好。 本文采用了 Flash 单片机 AT89C51 及数码语音芯片 ISD2560 组成的数字化的语音 存储与回放系统。单片

4、机是系统的控制中心，它主要实现以下的功能：一方面控 制按键识别和功能选择；另一方面控制 ISD2560 语音芯片的录音和放音过程，实 现语音的存储和回放。 本设计首先给出了系统的硬件电路，接着结合硬件电路编写了录、放音控制 程序，最后，对本设计进行总结与展望。 关键词：AT89C51 单片机 ISD2560 语音芯片 语音存储 语音回放 II ABSTRACT In the area of intelligent instruments and automatic control equipments, the system with the phonetic funct ion can gr

5、eatly increase the friendliness of the man-machine interface, and is also convenient for users to operate. In many situations, designers need to integrate the phonetic synthesis, the phonetic recognition and the phonetic storage and playback technology with the SCM. The common analog-signal digitali

6、ze processing system can realize the function of phonetic storage and playback. But the effects are not very good. This dissertation designs the digital phonetic system composed of flash micro-controller AT89C51 and digital audio chip ISD2560. SCM is the control center of the system, it is mainly to

7、 achieve the following functions: the keystroke identificat ion and the funct ion selection; phonetic storage and playback by using the digital audio chip ISD2560. Firstly, this dissertation designs the hardware circui t of the system. And then compiles the control program of record and playback. At

8、 last, the summary and prospects of the design was presented. Key words: AT89C51 ISD2560 phonetic storage phonetic playback 1 绪论 （1）课题研究背景及科学意义 在智能仪器仪表或自动控制设备中，增加语音功能能极大地提高人机界面的 友好性，方便用户操作。目前语音服务行业越来越广泛，如电脑语音钟、语音型 数字万用表、手机话费查询系统、排队机、监控系统语音报警以及公共汽车报站 器等。在许多场合，设计者需要将语音系统和单片机结合在一起。 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩

9、展灵活、微型化和使用方便等 优点。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机，单 片机可以说是世界上数量最多的计算机。手机、电话、计算器、家用电器、电子 玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有 1-2 部单片机。而个人电脑中也会有 为数不少的单片机在工作。可以说，单片机能够在语音功能的实现应用中发挥重 大的作用。 数字语音录放是指利用数字技术对语音信号进行采集、处理、并且在一定存 储设备中进行存储，并可在需要时进行输出的过程。相对于模拟设备来说，数字 设备易于集成、小型化、成本更低，同时更为稳定，且操作更为直接、方便，使 得数字语音录放系统目前在各种领域中都得到了广泛的应用

10、。例如监控环境中使 用的语音采集系统；再如家庭或学校中使用的语音复读机等，都可看作是数字语 音录放系统的典型应用。 在对语音信号的处理方面，常规方法是采用滤波器处理接收到的模拟语音信 号，通过模数转换成为数字信号，再由单片机控制存储到存储器中。在需要输出 语音信号时，亦可由单片机控制从存储器中输出，再经数模转换成模拟信号，通 过 IV 变换成电压信号，滤波后通过功放将语音信号输出。但是这种方法的缺点是， 输出不稳定，语音信号有杂音或者变音，这是模拟电路所不能避免的。 为了解决这个问题，我们可以采用专用的语音芯片。语音芯片就是在人工或 者是控制器的控制下可以录音和放音的芯片。语音芯片可以很方便的

11、在单片机系 统中使用，并且和单片机的接口非常容易，其体积和重量也能符合单片机系统的 要求。因此，本次课题的设计采用的是单片机和语音芯片的结合，实现语音信号 的数字化控制。 （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 2 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

12、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。 目前比较典型的语音器件有美国 ISD 公司生产的 ISD 系列语音芯片。ISD 系 列语音芯片采用模拟数据在半导体存储器直接存储的专利技术，即将模拟语音数 据直接写入单个存储单元，不

13、需经 A/D 或 D/A 转换，因此能够较好的真实再现语 音的自然效果，避免了一般固体语音电路因为量化和压缩所造成的量化噪声和失 真现象。另外芯片功能强大：即录即放、语音可掉电保存、10 万次的擦写寿命、 手动操作和 CPU 控制兼容、可多片级联、无需开发系统等等，确实给欲实现语音 功能的单片机应用设计人员提供了解决方案。现在市场上已有公司将以 AT89C2051 单片机与 ISD 语音芯片组成的语音组合板，用串口通信，芯片里固化 有一些常用语音词汇，用户不需了解语音功能的工作原理，只需通过串口按一定 协议发送代码即可送出语音。 （3）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

14、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

15、 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，同时也需要采用软件滤波技术加以完善，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 3 阵列，不用外连存储器，这使得电路更加简单易懂，因此本次设计采用该方法来 实现。 （4）本文的主要工作 本设计的主要任务是查阅国内外相关文献资料，在了解和熟悉目前语音存储 与回放系统结构、功能以及发展现状的基础上，完成基于 51 单片机语音存储

16、与回 放系统设计。论文组织结构如下： 绪论 主要讲述了本课题的来源，研究背景和科学意义，对国内外的研究现状 和成果的优越点进行了概述，初步描述了单片机语音存储与回放系统的设计方法。 第 1 章 单片机控制语音录放系统的设计。详述了设计方案的选择过程和单片 机、语音芯片的选型方法，并介绍了所需芯片的各项功能。 第 2 章 语音录放系统硬件电路设计。描述了基于 51 单片机语音存储与回放 系统的组成、功能和控制方案，设计出完整的硬件电路。 第 3 章 语音录放系统软件设计。绘出了程序的组成框图，完成了语音存储与 回放系统的软件设计，实现了最初设定的功能。 结束语 总结出本文设计的优缺点，并对系统的

17、改进方向提出了展望。 4 1 语音录放系统总体设计及主要芯片说明 1.1 总体方案论证 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

18、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。 单片机 AT89C51 A/D转换 D/A转换 采样保持 带通滤波器 带通滤波器 放大器 放大器 MIC SPEAKER 闪速存储器 AT29C040 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 ISD2560 设计实现语音存储 与回放，实现语音的整段录放。系统框图如图 1-2 所示。 5 ISD2560 单片机控制 语音输入 语音输出 键盘控制 图 1-2 方案二系统原理图 该系统采用语音芯片处理语音信号，抗干扰能力强，存储方便，调试简单， 还可以作为语音服务的子系统，所以选择此

19、方案。下面，就针对此方案做具体的 介绍。 1.2 器件选择 1.2.1 单片机的选择 单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理 能力的中央处理器 CPU、随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断 系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多 路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系 统。单片机也有很多种类，比如 PIC 单片机、MCS-51 单片机和 AVR ATmega128 单片机等等。 51 单片机是对目前所有兼容 I nt el 8031 指令系统的单片机的统称。该系 列单片

20、机的始祖是 Int el 的 8031 单片机，后来随着 Flash Rom 技术的发展，8031 单片机取得了长足的进展，成为目前应用最广泛的 8 位单片机之一，其代表 型号是 ATMEL 公司的 AT89 系列，它广泛应用于工业测控系统之中。目前很 多公司都有 51 系列的兼容机型推出，在目前乃至今后很长的一段时间内将占 有大量市场。 由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 和 AT89C2051 都是高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且 价廉的方案。AT89C51 和 AT89C2051 主要性能对比表如表 1-1 所

21、示。 6 表1-1 AT89C51和AT89C2051主要性能对比表 项目 AT89C51 AT89C2051 存储器 4KB 可编程 Flash 存储器 2KB 可编程 Flash 存储器 存储器保密 三级程序存储器保密 两级程序存储器保密 内部 RAM 128 字节 128 字节 静态工作频率 0Hz24MHz 0Hz24MHz 定时/计数器 2 个 16 位定时/计数器 2 个 16 位定时/计数器 串行通讯口 1 个串行通讯口 1 个串行通讯口 中断源 6 个中断源 6 个中断源 I/O 引线 32 条 I/O 引线 15 条 I/O 引线 以上可以看出它们是大体相同的，由于 AT89

22、C2051 的 I/O 线很少，导致它无 法外加 RAM 和程序 ROM，片内 Flash 存储器也少，但它的体积比 AT89C51 小很 多。在这里考虑到以后的扩展，本次设计选择了扩展接口较多的 AT89C51，以便 在需要的时候能够升级而扩展其他的功能。 1.2.2 语音芯片选择 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

23、 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。目前，在市场上使用较为普遍的语音芯 片如表 1-2 所示。 7 表 1-2 常用语音芯片对比表 项目 TE6310 TE6332 ISD1420 ISD2560 语音长度 10s 32s 20s 60 采样频率（kHz） 6.4 46.4 6.4 8 放音触发 放音触发 无 边缘/电平 电平 工作电压（V） 4.55.5 2.73.3 4.55.5 4.55.5 工作电流（mA

24、） 30 45 30 30 静态电流（A） 2 无 10 10 MIC 前置 是 否 否 否 由上表可以看出，ISD2560 语音芯片的语音长度较长，工作电流和电压也符合 要求。因此，本次设计将采用 ISD2560 作为系统的语音处理芯片参与工作。 1.3 AT89C51 芯片说明 AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含 4k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器。 器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与MCS-51指令系统及 8051产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器和Fla

25、sh存储单元，功能强大。 AT89C51单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。 1.3.1 AT89C51 的主要参数 AT89C51 芯片有以下特点： (1) 与 MCS51 产品指令和引脚完全兼容 (2) 4k 字节可重擦写 Flash 闪速存储器 (3) 1000 次擦写周期 (4) 全静态操作：0Hz24MHz (5) 三级加密程序存储器 (6) 128×8 字节内部 RAM (7) 32 个可编程 I/O 口线 (8) 3 个 16 位定时/计数器 (9) 8 个中断源 (10) 可编程串行 UART 通道 (11) 低功耗空闲和掉电模式 功能特性概述： 8 AT89C51

26、 提供以下标准功能：4k 字节 Flash 闪速存储器，128 字节内部 RAM， 32 个 I/O 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，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51 可降至 0Hz 的静态逻辑操作， 并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM， 定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 RAM 中的内容， 但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 1.3.2 AT89C51 的引脚功能说明 AT89C51 芯片引脚排列图见附录 1，下面介绍一下与本设计相关的

27、引脚功能。 P0口（P0.0P0.7）是一个8位漏极开路双向输入输出端口，当访问外部数据时， 它是地址总线（低8位）和数据总线复用。外部不扩展而单片应用时，则作一般双 向I/O口用。P0口每一个引脚可以推动8个LSTTL负载。 P1口（P1.0P1.7）是具有内部提升电路的双向I/0端口（准双向并行I/O口）， 其输出可以推动4个LSTTL负载。仅供用户作为输入输出用的端口。 P2口（P2.0P2.7）是具有内部提升电路的双向I/O端口（准双向并行I/O口）， 当访问外部程序存储器时，它是高8位地址。外部不扩展而单片应用时，则作一般 双向I/O。每一个引脚可以推动4个LSTTL负载。 P3口是

28、一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口除了作为一般的I/O口线 外，更重要的用途是它的复用功能，如表1-3所示。 表1-3 P3口复用功能表 端口引脚 复用功能 P3.0 RXD（串行通信输入） P3.1 TXD（串行通信输出） P3.2 INT0（外部中断 0 输入，低电平有效） P3.3 INT1（外部中断 1 输入，低电平有效） P3.4 T0（计数器 0,外部事件计数输入端） P3.5 T1（计数器 1,外部事件计数输入端） P3.6 WR（外部随机存储器的写选通，低电平有效） P3.7 RD（外部随机存储器的读选通，低电平有效） RST：复位输入。 VCC：AT89C51电源

29、正极输入，接+5V电压。 GND：电源接地端。 XTAL1：接外部晶振的一个引脚。在单片机内部，它是一反相放大器输入端， 9 这个放大器构成了片内振荡器。它采用外部振荡器时，一些引脚应接地。 XTAL2：接外部晶振的一个引脚。在片内接至振荡器的反相放大器输出端和 内部时钟发生器输入端。当采用外部振荡器时，则此引脚接外部振荡信号的输入。 EA/VPP：该引脚为低电平时，则读取外部的程序代码（存于外部EPROM中） 来执行程序。因此在8031中，EA引脚必须接低电位，因为其内部无程序存储器空 间。如果是使用AT89C51或其它内部有程序空间的单片机时，此引脚接成高电平 使程序运行时访问内部程序存储

30、器，当程序指针PC值超过片内程序存储器地址（如 8051/8751/89C51的PC超过0FFFH）时，将自动转向外部程序存储器继续运行。此 外，在将程序代码烧录至8751内部EPROM、89C51内部FALSH时，可以利用此引 脚来输入提供编程电压（8751为2lV、AT89C51为12V、8051由生产厂方一次性加 工好)。 1.4 ISD2560 语音芯片 采用 ISD 系列语音芯片进行录音是一种可行的方法，它有音质自然、单片存 储、反复录放、低功耗等优点。一块 ISD 芯片上集成有麦克风前置放大器（AMP）、 自动增益控制电路（AGC）、抗混淆和平滑滤波器、模拟存储阵列、扬声器驱动 器

31、、控制接口和内部精确的参考时钟，外部元件包括：液晶、麦克风、扬声器、 开关和少数电阻、电容，再加上电源和电池。 ISD2560 语音芯片是美国 ISD 公司产品，是 ISD 系列单片语音录放集成电路 的一种。这是一种永久记忆型语音录放电路，录音时间为 60s，可重复录放 10 万 次。芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术，省去了 A/D、D/A 转换器。每个采 样值直接存储在片内单个 EEPROM 单元中，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”。ISD2560 集成度较高，内部包括前置放大器、内部时钟、定时器、采样

32、时 钟、滤波器、自动增益控制、逻辑控制、模拟收发器、解码器和 480K 字节的 EEPROM 等。 1.4.1 ISD2560 的引脚功能 ISD2560 的引脚排列见附录 1，各引脚的主要功能描述如下： A0/M0A6/M6、A7A9：地址线，ISD 器件可以实现 1600 段录放语音功能， 每段录放音都有一个起始端，该起始地址的选择由 A0A9 确定。当 A8、A9 同时 为高电平时可以选择工作模式。 AUX IN：当CE 和 R P / 为高，放音不进行，或处于放音溢出状态时，本端的输 入信号通过内部功放驱动喇叭输出端。 10 VSSD、 VSSA：数字地和模拟地，这两脚最好在引脚焊盘上

33、相连。 SP+、SP-：扬声器输出。 VCCA、VCCD：模拟电源、数字电源，尽可能在靠近供电端处相连。 MIC：本端连至片内前置放大器，外接话筒应通过串联电容耦合到本端，耦合 电容值和本端的 10K 输入电阻。 MIC REF：本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，提高共模抑制比。 AGC：AGC 动态调整前置增益以补偿话筒输入电平的宽幅变化，使得录制变 化很大的音量时失真都能保持最小。响应时间取决于本端的 5K 输入阻抗外接的 对地电容的时间常数。释放时间取决于本端外接的并联对地电容和电阻的时间常 数。470K 和 4.7uF 的标称值在绝大多数场合下可获得满意

34、的效果。 ANA IN：本端为芯片录音信号输出。对话筒输入来说 ANA OUT 端应通过外 接电容连至本端。 ANA OUT：前置放大器的输出，前置电压增益取决于 AGC 端电平。 OVF ：芯片处于存储空间末尾时本端输出低电平脉冲表示溢出，之后本端状 态跟随CE 端的状态，直到 PD 端变高。本端可用于级联。 CE ：本端变低后（而且 PD 为低），允许进行录放操作。芯片在本端的下降 沿锁存地址线和 R P / 端的状态。 PD：本端拉高使芯片停止工作，进入不耗电的节电状态，芯片发生溢出，即OVF 端输出低电平后，要将本端短暂变高复位芯片，才能使之再次工作。 EOM ：EOM 标志在录音时由

35、芯片自动插入到该信息的结尾。放音遇到 EOM 时，本端输出低电平脉冲。芯片内部会检测电源电压以维护信息的完整性，当电 压低于 3.5V 时，本端变低，芯片只能放音。 XCLK：外部时钟。本端内部有下拉元件，不用时应接地。 R P / ：本端状态在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，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 音会忽略 EOM，继续进行下去。 1.4.2 ISD2560

36、 的操作模式 由于 ISD2560 内置了若干种操作模式，因而可用最少的外围器件实现最多的 功能。操作模式也由地址端控制，当最高两位（A8、A9）都为 1 时，其它地址端 置高可选择某个（或某几个）特定模式。因此操作模式和直接寻址相互排斥。具 11 体操作模式如表 1-4 所示。操作模式可由微控制器也可由硬件实现。 表1-4 模式控制说明表 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

37、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。当 CE 变低且最高两地址位同为高时，执行操作模式。这种操作模式将 一直有效，直到 CE 再次由高变低，芯片重新锁存当前的地址模式端电平并执行 相应的操作为止。 (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

38、）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。 1.4.3 ISD2560 的分段录放音 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(见表 1-5)，地址 600767 未使用，地址 7681023 为工作模式选择。 12 表 1-5

39、2500 系列地址空间表 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.

40、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 1.4.5 ISD2560 的应用电路 ISD2560 集成度较高，内部包括前置放大器、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 480KB 的 EEPROM 等。 内部 EEPROM 存储单元，均匀分为 600 行，具有 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。ISD2560 控制电平与 TTL 电平兼容。接口简单，使用方便。图 1-

41、3 是 ISD2560 基本电路原理。 录音时按下录音键 S2、S3 接地，使节电控制键 PD 端、录放模式键 R P / 端为 低电平。此时启动录音；结束时松开按键，单片机又让录放模式键 R P / 端回到高 电平，即完成一段语音的录制。同样的，按下录放模式键 R P / 接高电平，使节电 控制键 PD 端为低电平启动放音功能；结束时，松开按键，即完成一段语音的播放。 13 图 1-3 ISD2560 基本电路原理 1.5 LM386 集成功率放大器芯片说明 LM386 是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消 费类产品。为使外围元件最少，电压增益内置为 20。但在 1

42、脚和 8 脚之间增加一 只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至 200。 1.5.1 LM386 电子特性 LM386 芯片的电子特性如表 1-6 所示。输入端以地位参考，同时输出端被自 动偏置到电源电压的一半，在 6V 电源电压下，它的静态功耗仅为 24mW，使得 LM386 特别适用于电池供电的场合。输入电压范围可由 4V12V，无作动时仅消耗 4mA 电流，且失真低。 14 表 1-6 LM386 电子特性表 项目 测试环境 规格 工作电压Vs（V） 45 输入电压Vin（V） -0.4+0.4 输入阻抗Ri（k） 50 静电流Iq（mA） Vs=6V,Vin=0V 48 输出

43、功率Pout（mW） Vs=6V，Rl=8，THD=10% 250325 电压增益(dB) Pin1、8开路 26 Pin1、8以10F连接 46 频宽（kHz） Pin1、8开路 300 Pin1、8以10F连接 60 1.5.2 LM386 的引脚说明 LM386 的引脚排列见附录 1。引脚 2 为反相输入端，3 为同相输入端，引脚 5 为输出端，引脚 6 和 4 分别为电源和地，引脚 1 和 8 为电压增益设定端。使用时 在引脚 7 和地之间接旁路电容，通常取 10F。 LM386 的电源电压为 412V；静态消耗电流为 4mA；电压增益为 20-200dB； 在 1、8 脚开路时，带宽

44、为 300KHz；输入阻抗为 50K；音频功率 0.5W。 尽管 LM386 的应用非常简单，但稍不注意，特别是器件上电、断电瞬间，甚 至工作稳定后，一些操作（如插拔音频插头、旋音量调节钮）都会带来的瞬态冲 击，在输出喇叭上会产生非常讨厌的噪声。 各引脚外围电路的接法介绍如下： (1) 通过接在 1 脚、8 脚间的电容（1 脚接电容“+”极）来改变增益，断开时增 益为 20dB。 (2) 选好调节音量的电位器。阻值不要太大，10K 最合适，太大也会影响音质。 (3) 尽可能采用双音频输入/输出。好处是：“”、“”输出端可以很好地抵消 共模信号，故能有效抑制共模噪声。 (4) 第 7 脚（BYP

45、ASS）的旁路电容不可少。实际应用时，BYPASS 端必须外 接一个电解电容到地，起滤除噪声的作用。工作稳定后，该管脚电压值约等于电 源电压的一半。增大这个电容的容值，减缓直流基准电压的上升、下降速度，有 效抑制噪声。在器件上电、掉电时的噪声就是由该偏置电压的瞬间跳变所致。 (5) 减少输出耦合电容。此电容的作用有二：隔直与耦合。隔断直流电压，直 流电压过大有可能会损坏喇叭线圈；耦合音频的交流信号。它与扬声器负载构成 15 了一阶高通滤波器。减小该电容值，可使噪声能量冲击的幅度变小、宽度变窄； 太低还会使截止频率（ ) 2 /( 1 Cout RL f c ）提高。分别测试，发现 10uF/4

46、.7uF 最为合适。 16 2 语音录放系统硬件电路设计 2.1 系统硬件电路总体设计 本系统主要可分为三个部分：单片机控制部分、语音录放部分、功放部分。 采用 51 单片机作为主控制芯片，利用 ISD2560 实现语音录放，采用 LM386 集成 功放使声音放大，简单易行且控制方便。 系统采用的微控制器是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS 8 位单 片机，片内含 4k bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 128 bytes 的随机 存取数据存储器（RAM）。器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存技术生 产，与标准 MCS-51 指令系统及 80

47、51 产品引脚兼容，片内置通用 8 位中央处理器 （CPU）和 Flash 存储单元，功能强大。AT89C51 单片机适合于许多较为复杂控制 应用场合。 数码语音芯片选用的是 ISD2500 系列单片语音录放集成电路 ISD2560，它具 有抗断电、音质好，使用方便，无须专用的开发系统等优点。 功放采用 LM386 音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电 压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点。 ISD2560 与单片机 AT89C51 的接口电路以及外围电路见附录 1。单片机的 P1 口、P2.4 和 P2.5 分别与 ISD2560 的地址线相连，用以设置语音段的起始地址和

48、控 制操作模式；P2.0P2.3 以控制录放音状态；P0.3、P0.4 连接按键，供录放音使用； P0.0P0.3 接发光二极管，用以提示当前录放音状态。 2.2 AT89C51 的外围电路设计 2.2.1 晶振电路设计 单片机是一种时序电路，必须给它提供时钟脉冲信号才能正常工作。系统时 钟信号是单片机内部各种操作的时间基准，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 22pF 的陶瓷电容，具体设计如图 2-1 所示。 17 图 2-1 晶振电路设计图 2.2.2 复位电路设计 当任何一个复位信号产

49、生时，C51 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。 51 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 2 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 2-2 所示。为了提高系统可靠性，再加上 一个 10uf 的电容来消