【《基于单片机的语音录放系统的设计》8300字（论文）】

基于单片机的语音录放系统的设计摘要近些年，伴随着中国改革开放的发展趋势，科学进步的持续创新，在平常生活之中经常可以看到微操纵控制的影子。建立了单芯片语音记录和再现系统。该技术的发展导致了语言交流的探索。因此，单片集成声音电路正在快速发展。ISD发售了具有6秒到16分钟语言存储容量的芯片。语言的存储容量为32分钟到64分钟的芯片，预计在今后的两年内投入市场。如此，大多数语音电路的设计都能方便的实现。ISD公司将直接模拟存储技术用于多级存储专利，并推出了ISD语言芯片。录音后，无需数模转换和压缩。模拟信号可以直接存储在芯片的闪存中而不会产生转换错误。声音、效果和音乐都能自然清晰地播放，不会晃动。单片机具有高可靠性、微型化、智能化等特点，已发展成为工业控制领域常用的智能控制工具，并深入到人们的日常生活中。语言提示功能应用于许多方面，例如用于系统操作的语音信息、自动反应系统。本论文通过对各种录音设备的考察与考虑，选定用STC89C52单片机来控制ISD4004语音芯片来展开录放音的操作。关键词：STC89C52；ISD4004；语音录放；目录TOC\o"1-2"\h\z\u\t"标题4,3"第一章绪论 第一章绪论1.1研究的意义当今社会的快速发展，使得各行各业如春笋一般蓬勃发展。由其是自动化及电子行业，如今，电子语音已成为社会无处不在的智能产品，语音智能已经成为如今时代的一个标语。随着单片机技术的成熟发展，用单片机来实行语音的录制与播放的开发是这几年来研究的新热门话题。其中通过将单片机与语音芯片封装在一起，将其嵌入到移动设备、报警、消防、玩具等，就能够制作成语音播报的机器，使机器更加智能化。生活当中方方面面都需要用到语音，在一些问答或者是重要的谈话以及公司开的会议当中，可以清晰地将谈话内容录制下来，以便结束后可以再次确认整理，这极大的减轻了工作者在同一时间处理繁重的任务。语音在人类发展史上留下了深深的一笔色彩，这鼓舞着科学家们不断探索更加智能化的脚步。1.2研究的背景随着计算机技术和信息技术的发展，语音应答已成为一种必要的相互作用的方法。人类和计算机之间的相互作用和声音信号处理的证据和基础。目前，单片机在各个领域发展极为迅速，没有哪一个领域里是完全没有它的。对系统性能和减轻工作强度方面非常有用。1939年，产生了新的声音加工技术概念，人声编码器（调制），以便将载波和调制分配给过渡。在调制中，通过分离载波并进行过渡调制可以极大地压缩频带。这个概念已经具有语音参数示例的基本思想。1940年代后期，人们开发了一种可以反映语音参数的语音工具。语音信号随时间变化的峰值，它为声音信号的解析提供了有利的参考。我国国力的不断发展，促使人们的经济生活也显著提升，当人们不再为生活拼命忙碌时，是以闲暇时光时关注其它行业。这些行业当中以休闲、旅游业和各地的博物馆以及文化教育馆和各种商品互换场所。我国名胜古迹甚多，可对外开放的区域有很多。在这些景点当中，向行人解释这一历史故事的背景是由导游担任。这种工作枯燥重复并且繁琐，使得导游没有保证工作的质量。当人数较多的时候，多个导游带领参观时，有时会听不清楚说的是什么。由此，迫切的需要一样不用人来说明，可以自动代替讲解。如此，既不用人来繁琐的干同一件事，又能使游客听明白此时此景的历史代入。为此，通过单片机的应用以及各种语音芯片的了解来为人们提供可便携式携带、使用方便的语音集成电路。1.3研究的内容用ISD4004语音芯片实现52单片机语音录音。这种设计可以独立录制9段语音，每段语音可以存储50秒的语音内容。音频信号由功放LM386放大，然后通过扬声器播放。设计有四个功能按钮，分别为：切换录音或放音模式、开始录音/放音、暂停/继续放音或停止录音、选则录音/放音段。第二章总体设计在搭建硬件电路之前，我们需要弄清设计方案，并通过每个模块之间的比较来选择最合适的硬件，以充分集成设备的最大效率。2.1元器件选型2.1.1主控芯片采用STC89C52芯片，是一个8位CMOS微处理器，具有低能耗和高功耗、极具超强抗干扰能力，是宏晶科技有限公司生产的，8K在线编程闪存，工作电压3V～5V，STC89C52宏处理器的核心是MCS-51。片内集成512字节RAM，编写好的没有出错的程序可以直接通过RXD/TXD口下到硬件里边使用。2.1.2显示器件选用液晶显示屏1602[3]。液晶显示屏具辐射强度少、耗费能量少、能量运用完全、超薄、轻便等特性，LCD1602液晶显示屏在当代的数字化商品中运用普遍。液晶显示屏能够一起显示32个字符。显示液晶的基本原理是运用液晶的物理特点，用电压操纵显示并显示相匹配于电流量的图型[3]。2.1.3语音芯片采用ISD4004语音芯片[4]。工作环境为3V电压下，录制、播出的时长在8～16分钟，音质好[4]。根据以下因素描述自动静噪芯片：过程当中都必须由单片机控制，操作命令可在串行通信接口之间发送[4]。在不接电的状况下，可以连续的使用100年，可以保存并记录100000次。考虑到ISD4004的存储时间长，音质好等特点，可以很容易地将单个语音芯片分为几个部分进行录音，最终决定使用ISD4004语音芯片。2.2总设计框图通过几番考量后，使用STC89C52RC单片机用来作控制其它模块的主控制模块，并且由LCD1602液晶显示模块直观的显示当前的操作、音频的记载与播出，用ISD4004语音识别芯片来操纵音频的收录和播出。声音被电子麦克风采集，转化成电信号通过语音芯片，然后由语音芯片将语音输出再经由功放LM386放大，然后在扬声器上播放。下图显示了此设计专用的单片机系统第三章硬件设计内容3.1STC89C52单片机3.1.1STC89C52简述宏晶公司研发制造的STC系列当中的主要微控制器为STC89C52RC，STC89C52RC控制器可靠性高、耗能小、稳定性强、抗干扰能力显著。STC89C52RC微控制器是一个8位CPU把8KB闪存程序存储器集成在其中.该设备中的技术为密度高的非易失性存储技术。MCS-51微控制器的内部指令与C52产品间相互兼容，且具备WatchDog功能，该功能的运行可以避免程序出现失控现象，使稳定性提升。由其体积小、扩展性能强，可以在自动控制方面集成。STC89C52单片机内部资源表[5]在不工作模式下，CPU停止扫描执行。并让RAM，串行接口、计时器、暂停运行。关闭电源后，安全模式储存RAM具体内容，振荡器卡死，全部微型机将终止运行，一直到出现中断或硬件复位。3.1.2STC89C52单片机最小系统单芯片微计算机的最小系统是由能够使单芯片微计算机正常工作的最小原创设备构成的。电源为微控制器的操作提供能量。一般选取5V的电压来工作。单芯片时钟数据信号是由XTAL1和XTAL2脚位外界的芯片造成的，或是来源于XTAL1（或XTAL2端）外界时钟信号源[5]。它应用于多机器应用系统，以使用外部时钟源在每个宏处理器之间实现信号同步。在实际中、小应用系统中，一般以单片机系统为主，在独立系统中，需要使用外部晶振芯片来产生时钟信号，晶振电路的工作频率确定了时钟数据信号的工作频率，电力电容器用以过滤，使震动迅速的运行。通常数值为5～30pF，通常取值30pF的陶瓷电容就够了。晶振在24MHz范围内也可以选择1.2～12MHz的范围，频率的波动高，能耗越高。这可能会影响频率调整。STC89C52单片机的时钟频率为0～80MHz。晶振电路STC89C52微控制器有多种复位模式，也就是说，外部引脚复位、监视狗复位以及软件复位。在最小的系统中，有两个基本的故障保护过程：开机时复位和按键复位：开机时复位时，微控制器在开机时强制复位，从单片机指定的最初始状态逐渐检测程序执行的按键；重置就是指在单片机设计工作上，用按键手动式重置52单片机[5]。电源接通电路是按照以下原理实施的，电容器电压不会使通电电路一开始就有影响。当拔掉电源后，电容C1放电为0。也就是说，电容两个引脚之间的电位差是0。上电时，电容器两边的电势差转变并不大，RST端口拉升。电容接电源后，RST端口电平拉低。从接通电源到结束电容器充电，只要选择适当的电容器和电阻参数，RST端口会从得电变成失电状态。当电容器两边并接一个按键和一个电阻器(通常取200Ω)的串联电路，即在通电重置的基础上额外按纽重置作用，如图(b)所示，如果使用此键，RST将导入高电平[5]。单片机复位电路单片机最小系统3.1.3STC89C52的引脚SC89C52单片机共有40引脚和44引脚的封装，下图显示了40针PDIP包装的芯片引脚图。在40引脚PDIP封装中无P4口输出,各引脚的功能如表所示。STC89C52引脚图1、电源引脚（1）Vcc（40）:接5V正极；Vss（20）:接5V负极。2、时钟与复位引脚（1）XTAL1（19）和XTAL2（18）:时钟的两个端口。（2）RST（9）:复位端口，电平拉高为复位。3、并行I/O口（1）P0.0～P0.7:P0端I/O管脚，或低8位地址总线/数据总线。（2）P1.0～P1.7:P1口I/O管脚，其中P1.0、P1.1引脚有第二功能。（3）P2.0～P2.7:P2口I/O管脚，最高位的8位地址总线。（4）P3.0～P3.7:P3口I/O管脚，有复用功能。表P3口管脚重复使用作用4、控制引脚（1）EA（31引脚）:选择存储在半导体程序内外的控制点。（2）ALE（30引脚）:脉冲输出连接一般以1/6的振荡频率定值输出。3.2LCD1602显示电路3.2.1LCD1602内容LCD1602液晶显示屏具有辐射低、耗能低等优点。可以显示简单字符。这是一种具有特殊性质的具有光学性质的背光的产品。LCD1602中的“1602”分开来理解为，‘16’意味着每行显示信息16个字符，‘02’意味着总共能够显示两行。液晶显示屏显示信息的基本原理是运用液晶显示屏的物理学特性，用电压操纵显示并表明相匹配于电流量的图型[3]。LCD显示器完全数字化，界面更简单、更可靠，操作简单。另一方面，液晶显示器的功耗与其他显示器相比大大降低。LCD1602正面实物图3.2.2LCD1602引脚LCD1602液晶显示模块共有两种封装形式，一种是16针的，另一种为14针,本论文用带光的16针模块来说明[10]。液晶显示屏1602之中有(7号～14号)这8个数据信息管脚，这种数据信息管脚插口与单片机的I/O口相接，用来传递单片机送来的控制指令；有四个引脚分别接电源两端口:分别是引脚1、2、15和16。还有4个引脚是用来调节和控制显示屏:调节液晶屏的亮度接第3号引脚，通常，接地时亮度最大[10]。一般情况下此引脚接一个10KΩ电位器调节使其显示屏清晰显示内容；其余管脚接52单片机的I/O端口号管脚，来操纵液晶显示屏。4号管脚（RS）选取数据寄存器或是指令寄存器;5号管脚（RW）作读写操作;引脚为低电平，相对应写操作，引脚为高电平，相对应读操作;6号管脚为使能端，高电平时可以获取数据[10]。3.2.3LCD1602工作原理通过分析LCD1602液晶模块的引脚可以看出，单片机主要通过三个引脚控制液晶模块。要显示的字符存储在数据寄存器中，操作液晶模块的指令存储在命令寄存器中。RW引脚控制液晶模块的读写。当RS=0，RW=0时，表示写指令寄存器，即接收单片机发送的控制指令；当RS=0，RW=1时，表示用于读取液晶屏模块状态和内存的指针地址；当RS=1，RW=0时，把数据写入数据寄存器，即单片机将要显示的数据内容发送到液晶显示模块；当RS=1且RW=1时，指读取模块中数据寄存器的内容；最后一个控制引脚E用于使能上述读写操作。当此引脚处于高电平时，执行读取操作，当此引脚处于下降沿时，表明指令寄存器中的命令。液晶显示屏1602液晶显示模块内部的控制板一共有11条控制代码液晶显示模块液晶显示屏1602的存取数据，显示屏和鼠标光标的实际操作全是根据命令程序编写完成的，在其中，1表明高电压数据信号，0表明低压数据信号。命令1：清除显示屏，控制指令01H，将光标重设到详细地址00H。命令2：光标校准，并回到详细地址00H。命令3：光标和显示信息部位设定。在I/D位上，设置光标挪动的方位，高电平向右偏高，低电平向左偏移。在显示屏上S位设定标识符挪动的方位，1往右边挪动，0往左边挪动。命令4：光标显示信息电源开关设定。D：自动开关总体显示信息，高电平指开信息内容显示信息，低电平指关信息内容显示信息。C：光标显示信息的控制开关，上拉电阻表明打开光标，低电平表明关掉光标显示信息；B：操纵光标的闪动，上拉电阻光标闪动，低电平光标不闪动。命令5：光标或显示信息挪动。S/C：高电平显示信息挪动的标识符，低电平挪动光标。命令6：设定作用指令。DL：高电平为4位系统总线实际操作，低电平为8位系统总线实际操作；N：低电平为1行显示标识符，高电平为2行显示；F：低电平显示5×7点阵字符，高电平显示5×10的显示字符[8]。命令7：标识符产生器RAM详细地址设定。命令8：DDRAM详细地址设定。命令9：载入Basy数据信号和光标详细地址；BF:Busy标志位，高电平表明忙碌，这时控制模块没法接受指令或数据信息，如果为低电平表明不忙[8]。命令10：编辑CGRAM或DDRAM，编辑数据信息具体内容。命令11：读取CGRAM或是DDRAM，读取数据信息内容。液晶显示1602电路图如下图展示：3.3ISD4004语音芯片3.3.1ISD4004阐述ISD4004在3V电压下工作，记录和播放的工作时间一般是8～16分钟，音质优良，适用于体积小的传声筒等移动电子产品。针对集成芯片的设计构思，全过程都务必由一个单片机操纵，而且能够根据串口通信插口（SPI或微波）发送。语言、声音、效果都非常准确、自然地播放，不需要量化声音。通常，通过量化和压缩产生了半导体电路的声音。采样的频率可以是4.0～8.0kHz。频率越低，录像时间越长音质越差。3.3.2ISD4004语音录放电路设计ISD4004在3V电压下工作，但是电源电压为5V，要将其电压降到3V才可以配电。设计方案时，选用了两个1N4007用来减压至3V的ISD4004电源线。根据电动式麦克风输进ISD4004，通过提升R3和R10提高输入声音。输出由电位计R4设定，声音由LM386放大，然后在扬声器上播放。原理图如下所示。协议内的内容为：<1>当SS端出现下降沿时，所有串行数据逐渐传送。<2>在传送期内，SS务必维持在低的位，而且在两个指令中间维持高的。<3>数据信息在数字时钟的浮动部分移动。<4>当SS较低时，ISD只有在键入指令和详细地址以后才可以录音频和播放。<5>指令文件格式为（八位操纵代码）加（十六位地址码）。<6>当ISD碰到EOM或OVF时，会造成中断，并在下个SPI周期时间进行时清除中断状况。<7>所有操作在运行位(RUN)置1时开始,置0时结束。<8>所有指令均在SS端子的上升沿执行。3.4LM386音频功放电路美国半导体公司研发制作了一种音频功放LM386的声音放大器，主要应用在低压的电子集成当中。将放大倍数设置为20倍.Pin1和Pin8之间的电容器的组合可以使增强强度达到200。特性：静态功耗低,为4mA,可用电池供电。工作电压范围宽,4-12V或5-18V。外围元件、压力放大可调,20-200、失真度低3.5独立按键电路的设计本设计文件建立了一个带有多个独立按钮的键盘，用于人机交互。功能键一边与52单片机的I/O口相接，另一边接地保护,在本毕业论文之中，单片机的I/O没有输出，默认设置上拉电阻;假如未按住该键，则I/O悬在空中,当轻按功能键时，I/O口的上拉电阻被拉为低电频，单片机设计必须循环系统检验I/O口就可以分辨按键是不是被按住;当然这类功能键是金属材料消除的方法因此会出现颤动谐波失真的状况，因此在程序流程中必须适度的再加上短暂性的延迟消抖[7]。独立按键局部接线图这4个按键的功效如下所示：功能键1：转换录音频方式和播放模式。功能键2：开始录音频/播放音频。功能键3：中止/再次播放，终止录音频。功能键4：挑选录音频/播放的语段。3.6系统硬件测试硬件配置电源电路检测是查验电源电路之中是不是短路故障、断路、铸造缺陷、元器件缺点等。欠缺可锻性和部件方位不正确的检验方式是查验每一个部件和输电线是不是依据PCB线路板发生在物理电路板上，假如明确没有或有误，则务必按时查验以明确按时维修焊接。用数字万用表进行测量。将数字万用表旋钮转到蜂鸣档，然后将红色和黑色双色电笔碰触，数字万用表传出“嘀嘀”的警报声音。依据这一基本原理，可以分辨是不是发生短路、断路。蜂鸣器打开时，它会响起。蜂鸣器关闭时，不会发出声音。这样，根据要发现的情况结合检测现象，就可以判断线路是否有问题。第四章软件设计4.1软件开发介绍文中的软件系统是根据KeilμVision4完成的。编写的软件代码不仅可以用C语言还可以用汇编语言来编写。两者相较而言，更接近机器码的是汇编语言，在这两种语言的使用当中，理论上来讲汇编语言比C语言更有可取之处，汇编程序的特性上的耗费将相对性较小，而C语言编程在与序列号的变换流程中所耗费的时间与运行内存将相对性很大，但在开展新项目时，这彼此之间的区别并不显著，能够相当于C语言编程与汇编程序在特性上并无明显区别。其关键缘故是汇编程序应用起来较为晦涩难懂，比不上C语言编程的面向对象编程和全过程，当程序流程的标值较为大、逻辑性较为复杂时，汇编程序应用起来就较为晦涩难懂，可以了解的程序流程就较为通常，很不利中后期编码的维护保养和升级。而且C语言编程以全过程为导向性撰写编码，能清晰的了解编码，并能根据置入汇编代码处理编码高时效的难题，开发设计的经济成本也低，因而，本音频录制系统软件中的编码编辑便是用C语言编程撰写的。下图为本次程序代码撰写的工程项目界面程序编写时，必须持续开展调试程序，那样才可以了解编写程序的不正确在哪儿，撰写完应用程序后，转化成没有error的hex文件。下边是取得成功编译程序的照片把形成的hex文件在线下载到52单片机中，那样设计就可以正常的应用了。isp下载软件界面4.2系统函数简介4.2.1主函数的设计voidmain函数()是程序流程检测刚开始函数，详细的程序流程务必包括该函数。刚开始实行时，必需复位某些外围设备。随后能够应用，分配变量值。假如检测全过程中没有进到无限循环，则程序运行一回并关掉。加上不断循环，程序流程将执行该循环系统。开发设计源程序时，一定要注意源程序的编码不可以太多。实际编码通常是用功能模块封装，随后在主函数启用，那样也非常容易阅读理解和改动。下面的图展示了实际步骤。关键函数过程流程图4.2.2LCD1602显示函数只需严苛依据生产商制造商的规定，就可以撰写液晶显示屏1602。对于LCD1602液晶显示器，首先，写入关于地址的命令，之后再写入数据。变量名叫lcd1602_write_character(uncharx，unchary，unchar*s)，主要参数x，y，*s，之中x，y意思是液晶显示屏的部位坐标，*s指要表明的数组。显示函数流程如下显示子函数流程图4.2.3ISD4004函数播放已录制好的声段。单片机最先向ISD4004发送转换指令，然后在切换延迟之后发送回放地址，在发送地址之后发送回放命令。这代表着ISD4004从推送详细地址逐渐录制和播放。ISD4004语音识别芯片响声播出如图所示（1）录音。52单片机最先向ISD4004推送开机命令，延迟时间后再推送运行命令。这时必需推送二倍的接入开关电源延迟时间，推送详细地址后再推送录制命令，即ISD4004从推送详细地址逐渐开始录制。ISD4004芯片声音录制流程如图（2）所示。

结论在制作的过程中，尽管遇到了很多困难，但是我们通过实践，进一步的学会如何应用单片机的编写程序控制系统，了解语音芯片的各种性能特点，加深了对电路的理解与认识，使我们认识到实践与理论有很大的差异。所学的理论知识和实际操作不仅是课本上的东西，更重要的是，我们可以通过独立的双手进一步巩固和掌握以前所学的基础知识，深化单片机的应用和仿真。对数字电路和数字电路的了解，对各种元器件的使用更深入。接触到平时都没有接触过的设备以及元器件，而且获得了设备的调试经验。经过长时间的努力，虽然达到了设计方案的要求，但由于水平和经验的不足，使得效果不是很好，平时在课上学的知识还没吃透，我觉得项目的每一个细节都在锻炼着我们。同时，我也注意到这方面的许多不足。认识到理论知识对实践的影响很大，只有在正确的理论指导下，才能设计出符合实际要求的硬件电路。从中获取宝贵的经验，真正的能够将知识转化成