基于ISD4004芯片的语音录放系统毕业设计

1、 PAGE30 / NUMPAGES37 ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 本 科 毕 业 论 文基于ISD4004芯片的语音录放系统设计TheDesign of Voice Recording and Playback SystemBased on ISD4004 系（院）名称： 电子信息工程学院 专 业 班 级： 11届电子信息工程 学 生 姓 名： 昌 学 生 学 号： 1107050017 指导教师： xx 指导教师职称： 讲师 2015年5月毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进

2、行的研究工作与取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得工学院与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意。作 者 签 名： 日 期：指导教师签名： 日期：使用授权说明本人完全了解工学院关于收集、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

3、文的部分或全部容。作者签名： 日 期：基于ISD4004芯片的语音录放系统设计摘要：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，治安报警与儿童玩具中，就可做成语音播放的机器。本文介绍了基于AT89C52单片机与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,适用于移动与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

4、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与软件实现。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：ISD4004 AT89C52单片机 语音录放The design of voice recording and playback system based on isd4004Abstract：Withthe single-chip microcomputer control, and then make the pronunciation chip microcontro

5、ller and pronunciation chip embedded in communication equipment, intelligent instruments, security alarm and childrens toys, so can make a speech broadcast machine.This paper introduces ISD4004 based on AT89C52 single chip computer and of the main parts of speech plate as the working principle of vo

6、ice recording circuit and the design of hardware and software. ISD4004 series working voltage, monolithic 3V recording time 8 to 16 minutes, timbre, suitable for mobile phones and other portable electronics. Chip design is based on all the operation must by micro controller control, operation orders

7、 through serial communication interface SPI into. This paper summarizes the principle of voice recording circuit, and introduces the function of speech on the basis of recording system, puts forward the general structure of the system. Recording system for the recording, playback part of the overall

8、 design scheme is demonstrated. This paper introduces microcontroller AT89C52 single applications in system, the application system were analyzed each part of hardware and software realization.This design is to completea reliable and stable working voice recording circuit. The design is simple in st

9、ructure,reliable control and facilitate promotion.Keywords: ISD4004；89C52microcontroller；voice recording and playback目 录TOC o 1-3 h z uHYPERLINK l _Toc295132230引言 PAGEREF _Toc295132230 h 1HYPERLINK l _Toc295132231第1章绪论 PAGEREF _Toc295132231 h 2HYPERLINK l _Toc2951322321.1系统设计的意义 PAGEREF _Toc29513223

10、2 h 2HYPERLINK l _Toc2951322331.2系统设计的目的 PAGEREF _Toc295132233 h 2HYPERLINK l _Toc2951322341.3系统采用的实现方法 PAGEREF _Toc295132234 h 3HYPERLINK l _Toc295132235第2章单片机控制技术和开发环境介绍 PAGEREF _Toc295132235 h 4HYPERLINK l _Toc2951322362.1 89C52单片机性能和引脚介绍 PAGEREF _Toc295132236 h 4HYPERLINK l _Toc2951322372.1.1概述

11、PAGEREF _Toc295132237 h 4HYPERLINK l _Toc2951322382.1.2 AT89C52主要性能参数 PAGEREF _Toc295132238 h 4HYPERLINK l _Toc2951322392.1.3引脚功能说明 PAGEREF _Toc295132239 h 4HYPERLINK l _Toc2951322402.2 keil开发环境和建立工程 PAGEREF _Toc295132240 h 8HYPERLINK l _Toc2951322412.2.1 keil简介 PAGEREF _Toc295132241 h 8HYPERLINK l

12、_Toc2951322422.2.2 Keil工程建立 PAGEREF _Toc295132242 h 8HYPERLINK l _Toc2951322432.3 ISD4004介绍 PAGEREF _Toc295132243 h 11HYPERLINK l _Toc2951322442.3.1性能简述和引脚图 PAGEREF _Toc295132244 h 11HYPERLINK l _Toc2951322452.3.2引脚描述 PAGEREF _Toc295132245 h 11HYPERLINK l _Toc2951322462.4 SPI(串行外设接口) PAGEREF _Toc295

13、132246 h 13HYPERLINK l _Toc2951322472.4.1协议介绍 PAGEREF _Toc295132247 h 13HYPERLINK l _Toc2951322482.4.2 信息快进 PAGEREF _Toc295132248 h 14HYPERLINK l _Toc2951322492.4.3上电顺序 PAGEREF _Toc295132249 h 14HYPERLINK l _Toc2951322502.4.4 SPI端口的控制位 PAGEREF _Toc295132250 h 15HYPERLINK l _Toc2951322512.4.5 SPI控制寄存

14、器 PAGEREF _Toc295132251 h 16HYPERLINK l _Toc2951322522.4.6时序 PAGEREF _Toc295132252 h 16HYPERLINK l _Toc295132253第3章 系统总体设计 PAGEREF _Toc295132253 h 18HYPERLINK l _Toc2951322543.1 硬件电路设计 PAGEREF _Toc295132254 h 18HYPERLINK l _Toc2951322553.1.1硬件电路图 PAGEREF _Toc295132255 h 18HYPERLINK l _Toc2951322563.

15、1.2 ISD4004原理图 PAGEREF _Toc295132256 h 18HYPERLINK l _Toc2951322573.2软件设计 PAGEREF _Toc295132257 h 19HYPERLINK l _Toc2951322583.2.1语音芯片的部信息寻址机制 PAGEREF _Toc295132258 h 19HYPERLINK l _Toc2951322593.2.2监控ISD4004录音地址的实例 PAGEREF _Toc295132259 h 20HYPERLINK l _Toc2951322603.2.3程序流程图 PAGEREF _Toc295132260

16、h 21HYPERLINK l _Toc295132261第4章测试实例 PAGEREF _Toc295132261 h 23HYPERLINK l _Toc2951322624.1 测试容 PAGEREF _Toc295132262 h 23HYPERLINK l _Toc2951322634.2 测试结果 PAGEREF _Toc295132263 h 23HYPERLINK l _Toc2951322644.3 基于ISD4004的家庭语音报警系统设计 PAGEREF _Toc295132264 h 23HYPERLINK l _Toc2951322654.3.1语音录放模块设计 PAG

17、EREF _Toc295132265 h 24HYPERLINK l _Toc2951322664.3.2系统软件设计 PAGEREF _Toc295132266 h 25HYPERLINK l _Toc2951322674.4 基于ISD4004的红外遥控医院语音播报系统的设计 PAGEREF _Toc295132267 h 26HYPERLINK l _Toc2951322684.4.1系统的硬件设计 PAGEREF _Toc295132268 h 26HYPERLINK l _Toc2951322694.4.2系统原理电路设计 PAGEREF _Toc295132269 h 27HYPE

18、RLINK l _Toc2951322704.4.3语音录放模块 PAGEREF _Toc295132270 h 28HYPERLINK l _Toc295132271结论 PAGEREF _Toc295132271 h 29HYPERLINK l _Toc295132272致 PAGEREF _Toc295132272 h 30HYPERLINK l _Toc295132273参考文献 PAGEREF _Toc295132273 h 31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

19、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，这属于非线性的畴，主要是对信号平均累加器的动态围进行压缩扩，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

20、重要部件，它具有对信号滤波、放大、采样保持、A/D和D/A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

21、入，鲁棒的语音识别、基于语音段的建模方法与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与进一步的语言模型的研究等课题备受关注。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年的发展可以认为是现代处理的开端。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

22、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

23、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，治安报警与儿童玩具中，就可做成语音播放的机器，应用围广泛。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。

24、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。第2章 单片机控制技术和开发环境介绍2.1 89C52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，片含8k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256 bytes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

25、统与8052产品引脚兼容，片置通用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，片震荡器与时钟电路。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，串行口与中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的容，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。2.1.2 AT89C52主要性能参

26、数 AT89C52单片机与MCS-51产品指令和引脚兼容，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字节部RAM，32个可编程I/O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：图2.1 AT89C52单片机引脚图功能说明如下：1 VCC：电源电压 2 GND：地3 P0 口：P0 口是一组8 位漏极开路型双向I/O 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

27、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。4 P1 口：P1 是一个带部上拉电阻的8 位双向I/O 口， P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过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

28、（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX），参见表2.1。Flash 编程和程序校验期间，P1 接收低8 位地址。表2.1 P1.0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）5 P2 口：P2 是一个带有部上拉电阻的8 位双向I/O 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

29、 位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR 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MOVX RI 指令）时，P2 口输出P2 锁存器的容。Flash 编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。6 P3口：P3口是一组带有部上拉电阻的8位双向I/O 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I/O 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

30、些用于Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。表2.2 P3口第二功能7 RST：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。8 ALE/PROG： 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1/6 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A

31、LE 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。9 PSEN：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。EA/VPP：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，复位时部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），

32、CPU 则执行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与部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。2.2 keil开发环境和建立工程2.2.1 keil简介Keil C51是 HYPERLINK :/baike.baidu /view/2398.htm t _blank 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。Keil C51软件提

33、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。2.2.2 Keil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，注意大小写与每行后的分号，不要错输与漏输。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

34、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“+

35、”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。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

36、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。图2.4 重复加入源程序得到的提示 2.3 ISD4004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,适用于移动与其他便携式电子产品中。芯片采用CMOS技术,含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪与高密度多电

37、平闪烁存贮列。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4.0,5.3,6.4,8.0kHz,频率越低,录放时间越长,而音质则有所下降,片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2.5 ISD4004引脚图2.3.2引脚描述1 电源:(VCCA,VCCD) 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

38、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。2 地线:(VSSA,VSSD) 芯片部的模拟和数字电路也使用不同的地线。3 同相模拟输入(ANA IN+) 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 系列一样。4 反相模拟输入(ANA IN-) 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(

39、AUD OUT) 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 OV

40、F 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) 本端部有下拉元件。芯片部的采样时钟在出厂前已调校,误差

41、在 +1%。商业级芯片在整个温度和电压围, 频率变化在+2.25%。工业级芯片在整个温度和电压围,频率变化在-6/+4%,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)。由于部的防混淆与平滑滤波器已设定,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,构成部信号电平峰值检测电路的一部分。检出的峰值电平与部设定的阈值作比较,决定自动静噪功能的翻转

42、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。2.4 SPI(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。协议的具体容为：1 所有串行数据传输开始于SS 下降沿。2 SS 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。4 SS 变低,

43、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)。6 ISD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,控制与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。2.4.2 信息快进用户不必知道信息的确切地址

44、,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:发POWERUP 命令;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POWER UP 命令;2 等待TPUD(上电

45、延时);3 发POWER UP 命令;4 等待2倍TPUD;5 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SET PLAY11100XXX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)SET REC10100XXX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

46、)SET MC11101XXX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STOP WRDN0X01XXXX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。2.4.4 SPI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2.4.5 SPI控制寄存器SPI控制寄存器控制器件的每个功能,如录放、录

47、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：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容使用输入地址寄存的容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

48、端口简单框图如下：图2.7 SPI 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，两个寄存器的容互相交换一次。这样就完成里一个spi时序。表2.6 SPI 时序参数SymbolParametersMinTyp

49、MaxUnitsTSSS/SS Setup Time500nsecTSSH/SS Hold Time500nsecTDISDatainSetupTime200nsecTDIHDatainHoldTime200nsecTPDOutputDelay500nsecTDFOutputDelay toHiz500nsecTSSmin/SS HIGH1secTSCKhiSCLK HighTime400nsecTSCKlowSCLK Low Time400nsecF0CLK(Frequency)1000kHz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ISD40

50、04 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3.1.2

51、ISD4004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。图3.2 ISD4004原理图3.2软件设计3.2.1语音芯片的部信息寻址机制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，比如称其为a,b,c,d信息。我们需要知道每一时刻的

52、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

53、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

54、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ST89

55、C51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。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.图3.5 程序流程图第4章 测试实例4.1 测试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。表4.1 功能测试表测试点容说明1录音功能是否实现当按下P3.5键时，从指定地址开始录音2

56、放音功能是否实现当按下P3.6键时，从指定地址开始放音3停止按键是否正常当按下P3.7键时，停止当前的操作4.2 测试结果测试1：当按下P3.5键时，从0XA0地址开始录音，运行结果与预期一样。测试2：当按下P3.6键时，从0XE0地址开始放音，能够回放录音容。测试3：若录音时按下P3.7键，则能停止录音功能；若放音时按下P3.7键，能够停止放音功能。4.3 基于ISD4004的家庭语音报警系统设计现代家庭的防盗方式主要以安装防盗门、防盗锁为主，但是这类设备主要是以增加盗贼入室的难度来达到防盗目的的。这种单纯的机械装置，在较长时间无人在场的情况下，防盗效果往往不尽如人意，所以人们需要有新的防盗

57、系统作为补充。市场上的不少门禁系统虽说性能优良，保险系数较高，但是由于其高昂的价格让一般的家庭感到难以接受，不少系统是在门窗被破坏，非法人员入侵后才报警，且安装这些防盗设备会对原有的门窗有较大破坏性。在有警情发生时这些报警系统会通知主人或报警中心，但是他们的响应都需要一定的时间，很有可能在他们的响应时间不法分子已经完成了偷盗行为。所以，安防的最好方法是在不法分子有入侵企图时就通过给出语音警告，增加其心理压力，使其主动离开。在这种方法失效的情况下，可以记录入侵时间，进行现场录音，然后通过或其他方式通知主人或报警中心。 本系统主要由报警子系统和语音服务子系统两大部分组成，如图4.1所示。其中报警子

58、系统采用热释电红外传感器作为报警信号采集装置，AT89S51单片机作为主控制器，语音芯片ISD4004作为报警和语音服务执行装置，键盘和数码管作为人机接口。图4.1 系统整体结构框图系统工作时，热释电红外传感器对警戒区的红外信号不断地进行采集，当在警戒围出现人体时，信号处理电路向单片机输出高电平。由于不法分子一般在门外待的时间相对较长，因此使用者结合自己家庭所处环境与人流情况，通过键盘设置最佳的报警响应时间，以便对他们进行区分。设置完毕后，单片机将根据报警响应时间对经信号处理电路处理过的数字信号进行采集处理，判断是否启动报警。若启动报警，则通过控制已存有报警容的语音芯片对不法分子进行语音警告，

59、然后重复播放若干次语音报警容以警醒主人或周围的人，接着对现场进行录音，记录报警时间；同时在数码管上显示报警次数，并可以通过相应按键查询报警时间，便于破案。4.3.1语音录放模块设计语音录放模块的硬件电路如图4.2所示。MKl为麦克风，用于录入语音，可完成普通的现场录音。在放音电路中，输出端选用低电压通用集成功率放大器LM386M一1的典型应用电路作为扬声器LSl的驱动电路。该典型电路中，LM386M一1的1脚和8脚间外接10uF的旁路电容，可以使电路的放大倍数提高200倍。ISD4004的工作电压是3V，可以通过变压电路将5V电压转变为3 V。图4.2 语音录放模块硬件电路4.3.2 系统软件设计基于上述硬件原理图和相关分析，软件部分的主要任务是完成对热释电红外传感模块传出的数字信号V0的处理，语音服务的软