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1、I摘 要本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的數(shù)碼錄音機(jī)設(shè)計(jì)，主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的錄音和播放功能。系統(tǒng)可以使用單片機(jī)的外擴(kuò) A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)錄音播放功能，也可以選用專用的語(yǔ)音芯片。 本文從經(jīng)濟(jì)實(shí)用的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了一款具有按鍵控制、錄音、播放模式的單片機(jī)語(yǔ)音錄放系統(tǒng)；硬件部分選用美國(guó) Atmel 公司的 AT89C52 單片機(jī)作為主控芯片，并與 ISD2560 語(yǔ)音錄放芯片相結(jié)合，添加外圍的控制電路、鍵盤、揚(yáng)聲器等設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音錄放功能，軟件部分主要采用單片機(jī) C 語(yǔ)言來(lái)編寫主控芯片的控制程序和 EEPROM 讀寫程序；該設(shè)計(jì)能真實(shí)的再現(xiàn)語(yǔ)音的自然效果。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 語(yǔ)音芯片 ISD2560 單

2、片機(jī) AT89C52 IIAbstract The design is based on the design of single chip digital recorder, the main task is to achieve a simple recording and playback functions. System can be expanded using external microcontroller A / D and D / A converter to achieve the recording playback, you can also use a dedica

3、ted audio chip.From the economical point of view, has designed a button control, recording, voice recording and playback mode of SCM systems; hardware selected Atmels AT89C52 microcontroller United States as the main chip, and with the ISD2560 voice record chip combination, add External control circ

4、uit, keyboard, speakers, voice recorders and other equipment to achieve the function, the software part of the C language used mainly to prepare the master microcontroller chip and EEPROM read and write control program procedures; a true representation of the design is the natural effect of voice.Ke

5、y words ISD2560 voice chip SCM AT89C52III目 錄摘 要.IAbstract.II緒 論 .1第 1 章 課題的技術(shù)發(fā)展 .21.1 語(yǔ)音芯片.21.2 單片機(jī).31.2.1 單片機(jī)硬件開發(fā)原理.31.2.2 單片機(jī)軟件開發(fā)原理.4第 2 章 課題的任務(wù)分析及總體設(shè)計(jì)方案 .52.1 任務(wù)分析.52.2 總體方案設(shè)計(jì).52.3 元器件選擇.62.3.1 單片機(jī)選擇.72.3.2 語(yǔ)音芯片的選取.8第 3 章 硬件電路設(shè)計(jì) .123.1 AT89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng).133.1.1 AT89C52 單片機(jī)主要功能特性及引腳分布圖和管腳說(shuō)明.143.1.2

6、單片機(jī)的電源電路.163.1.3 AT89C52 單片機(jī)的復(fù)位電路.173.1.4 AT89C52 單片機(jī)時(shí)鐘電路.173.1.5 錄音/播放控制電路.183.2 語(yǔ)音芯片 ISD2560 電路.183.2.1 ISD2560 主要功能特性及引腳說(shuō)明.183.2.2 語(yǔ)音錄放電路語(yǔ)音芯片 ISD2560 部分原理圖及說(shuō)明.223.3 整體電路圖.233.4 PCB 圖.25第 4 章 軟件設(shè)計(jì) .264.1 程序流程.264.2 錄音子程序流程圖.27IV4.3 放音子程序流程圖.28第 5 章 設(shè)計(jì)仿真結(jié)果與說(shuō)明 .295.1 Keil 軟件概述與編譯結(jié)果 .295.1.1 Keil 軟件概

7、述 .295.1.2 Keil 編譯結(jié)果 .295.2 Proteus 軟件概述與仿真結(jié)果.305.2.1 Proteus 軟件概述.305.2.2 Proteus 仿真過(guò)程.31結(jié) 論 .36參考文獻(xiàn) .38附 錄 1 .39附 錄 2 .431緒 論隨著人類社會(huì)不斷的進(jìn)步，隨著語(yǔ)音芯片的普及，語(yǔ)音播報(bào)被廣泛應(yīng)用于車站報(bào)站器，語(yǔ)音型數(shù)字萬(wàn)用表，出租車語(yǔ)音報(bào)站器，排隊(duì)機(jī)等，并且面向家庭個(gè)人使用的方向發(fā)展，更加人性化。隨著電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，其自動(dòng)化程度越來(lái)越高，使用范圍越來(lái)越廣，前景十分喜人。自動(dòng)語(yǔ)音提示技術(shù)是計(jì)算機(jī)語(yǔ)音處理技術(shù)的一種應(yīng)用，屬于語(yǔ)音再生合成技術(shù)范疇。錄放系統(tǒng)具有電路簡(jiǎn)明、應(yīng)用方

8、便、單片錄放、不怕掉電、音色純正、性價(jià)比高等特性，與此相關(guān)的語(yǔ)音系統(tǒng)已廣泛地用于通信、工控、醫(yī)療、報(bào)警示訊等領(lǐng)域1。語(yǔ)音是人類最自然、方便、快捷的交流方式，讓人和機(jī)器能夠通過(guò)自然語(yǔ)音進(jìn)行交流是人們長(zhǎng)期以來(lái)的夢(mèng)想。隨著單片機(jī)技術(shù)的日益發(fā)展，人們已經(jīng)不再滿足于鍵盤輸入，屏顯輸出這樣傳統(tǒng)的輸入/輸出方式，希望擁有更好的人機(jī)界面，更便捷的操作方式。具有語(yǔ)音功能的單片機(jī)系統(tǒng)于是應(yīng)運(yùn)而生，而且得到了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)計(jì)算機(jī)在各行業(yè)的日益普及應(yīng)用，給各行業(yè)帶來(lái)了嶄新的面貌。與此同時(shí)用戶逐步對(duì)各種計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)提出了更高的要求，他們希望自己的系統(tǒng)有更高的自動(dòng)化程度和更方便的人機(jī)界面。語(yǔ)音技術(shù)的進(jìn)展給這種應(yīng)用需

9、要提供了一種有力的技術(shù)支持，逐漸被廣大用戶所接受，并廣泛用于各種需要語(yǔ)音響應(yīng)的場(chǎng)合。智能儀器、儀表、監(jiān)控設(shè)備、工業(yè)控制系統(tǒng)等都有這種需求。所以研究語(yǔ)音播報(bào)器對(duì)生產(chǎn)，生活都有極其重要的意義2。2第 1 章 課題的技術(shù)發(fā)展1.1 語(yǔ)音芯片本課題涉及的主要技術(shù)主要包括單片機(jī)技術(shù)和語(yǔ)音芯片技術(shù)。語(yǔ)音芯片的發(fā)展是極其迅速的，語(yǔ)音 IC 有很多種類，隨著技術(shù)的發(fā)展，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，原來(lái)可望而不可及的昂貴品種也能進(jìn)入廉價(jià)的市場(chǎng)領(lǐng)域，原來(lái)設(shè)計(jì)控制都極為復(fù)雜的品種也隨著集成技術(shù)的發(fā)展變得非常簡(jiǎn)單，因此，語(yǔ)音 IC 領(lǐng)域充滿了生機(jī)和活力。隨錄隨放型語(yǔ)音 IC：這類 IC 具有完整的錄音機(jī)功能，和錄音磁帶機(jī)一樣，它

10、可以自由地通過(guò)話筒或模擬音頻線路來(lái)進(jìn)行錄音，把語(yǔ)音存儲(chǔ)到 IC 內(nèi)部，在用戶需要的時(shí)候，就可以還原存儲(chǔ)的語(yǔ)音通過(guò)驅(qū)動(dòng)喇叭放音。這其中又分幾種類型：1.怕斷電且語(yǔ)聲的存儲(chǔ)、保存需要比較大的電流的語(yǔ)音 IC。像外語(yǔ)復(fù)讀機(jī)里的語(yǔ)聲復(fù)讀芯片。這種電路以動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAM）IC 為介質(zhì)，它需要不斷內(nèi)部刷新，要保存其中的語(yǔ)聲還需要比較大的電流消耗，通常需要幾個(gè)到幾十個(gè)毫安，一斷電內(nèi)部存儲(chǔ)的語(yǔ)聲就全部丟失了。特點(diǎn)是 DRAM 的價(jià)格便宜。這種 ADRAM 在電腦等需要精密計(jì)算的產(chǎn)品中是不能使用的，但在語(yǔ)聲存儲(chǔ)中只是多了一點(diǎn)點(diǎn)噪音對(duì)使用沒(méi)有太大影響，因而在復(fù)讀機(jī)中廣泛使用。2.怕斷電且語(yǔ)聲保存需要很小的

11、電流的語(yǔ)聲 IC。像一些錄音賀卡，這種語(yǔ)聲 IC 以靜態(tài)存儲(chǔ)器（SRAM）IC 為介質(zhì)，斷電時(shí)保存的數(shù)碼語(yǔ)聲即丟失，但維持保存的工作電流很小，通常只有幾微安，在錄音賀卡等錄音禮品中常將幾粒扣式電池嵌入到產(chǎn)品中，這樣可以保存錄音幾個(gè)月甚至一年多。特點(diǎn)是只用很小的電力就可以較長(zhǎng)期保存話聲。由于 SRAM 的需求量很小，其價(jià)格比DRAM 要高很多，相在甚至比下面要提到的 FLASHRAM 還要高，這類產(chǎn)品目前只存在于 20 秒錄音以下的品種中，多數(shù)就是做錄音賀卡使用，已經(jīng)沒(méi)有多少發(fā)展前景了。3.不怕斷電的語(yǔ)聲 IC，像一些數(shù)碼錄音筆，它以閃爍存儲(chǔ)器（FLASHRAM）IC 為介質(zhì)，完全斷電后語(yǔ)聲還能

12、保存十年以上。這種存儲(chǔ)器是目前最被看好的方向，它可以反復(fù)使用、不需要電流也能很長(zhǎng)期保存內(nèi)部數(shù)據(jù)，由它制成的語(yǔ)聲 IC 是一場(chǎng)技術(shù)的革命。特點(diǎn)是目前價(jià)格較高，但在快速3滑落中。美國(guó) ISD 公司專門研制這類產(chǎn)品，并持有多項(xiàng)技術(shù)專利，生產(chǎn)從 6 秒至 16 分鐘的一系列單片式語(yǔ)聲芯片產(chǎn)品。由于該公司的嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)和產(chǎn)品定位，ISD 系列芯片的功能強(qiáng)大、性質(zhì)質(zhì)量?jī)?yōu)越，幾乎是目前能使用在工業(yè)、車用產(chǎn)品中的極少選擇之一3。1.2 單片機(jī)單片機(jī)全稱單片微型計(jì)算機(jī)(Single Chip Microcomputer),顧名思義,它指的是一種單硅片上集成微型計(jì)算機(jī)主要功能集成芯片.單片機(jī)的出現(xiàn)要?dú)w功于大規(guī)模集成電

13、路技術(shù)的發(fā)展,就組成和功能而言,可以毫不夸張地說(shuō),它正如一個(gè)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),內(nèi)部集成了中央處理器(CPU)、隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、只讀程序存儲(chǔ)器(ROM)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、輸入/輸出(I/O)接口電路和串行通信接口等主要功能部件。單片機(jī)最初主要應(yīng)用于控制領(lǐng)域，在發(fā)展過(guò)程中又進(jìn)一步擴(kuò)展了各種控制功能，它可以獨(dú)立執(zhí)行程序，所以它又被稱為微型控制器（Microcontroller） 。單片機(jī)按系統(tǒng)可分為：MCS-51 單片機(jī)、AVR 單片機(jī)、PIC 單片機(jī)。1.2.1 單片機(jī)硬件開發(fā)原理單片機(jī)系統(tǒng)硬件開發(fā)原理：?jiǎn)纹瑱C(jī)硬件開發(fā)主要包括設(shè)計(jì)系統(tǒng)的電路原理圖，繪制印刷電路板（PCB 板） 、印刷板的焊

14、接與測(cè)試。而一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)包含兩部分內(nèi)容：系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)內(nèi)部的功能單元，如RAM、ROM、I/O 接口、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等，容量不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時(shí)，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒?，設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)碾娐?；系統(tǒng)配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器、打印機(jī)、A/D、D/A 轉(zhuǎn)換器等，要設(shè)計(jì)合適的接口電路。系統(tǒng)的擴(kuò)展和配置設(shè)計(jì)應(yīng)遵循下列原則：1.盡可能選擇典型電路，并符合單片機(jī)的常規(guī)用法。為硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化打下良好基礎(chǔ)。2.系統(tǒng)的擴(kuò)展與外圍設(shè)備配置的水平應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求，并留有適當(dāng)余地，以便進(jìn)行二次開發(fā)。3.硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方

15、案一并考慮。硬件結(jié)構(gòu)與軟件方案會(huì)相互影響，考慮的原則是：軟件能實(shí)現(xiàn)的功能盡可能由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，以簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)。4但必須注意，由軟件實(shí)現(xiàn)的硬件功能，其響應(yīng)時(shí)間比直接用硬件實(shí)現(xiàn)要長(zhǎng)，而且占用 CPU 時(shí)間。因此，選擇軟件方案時(shí)，要考慮到這些因素。4.整個(gè)系統(tǒng)中相關(guān)的器件要盡可能做到性能相匹配，例如選用晶振頻率較高時(shí)，存儲(chǔ)器存取時(shí)間有限，應(yīng)該選擇允許存取速度較高的芯片；選擇CMOS 芯片單片機(jī)構(gòu)成低功耗系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)的所有芯片都應(yīng)該選擇低功耗的產(chǎn)品。5.可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)是硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)不可缺少的一部分，包括芯片、器件選擇、去耦濾波、印刷電路板布線，通道隔離等。6.單片機(jī)外接電路較多時(shí)，必須考慮其驅(qū)動(dòng)能力

16、。驅(qū)動(dòng)能力不足時(shí)，系統(tǒng)工作不可靠，解決的辦法是增加驅(qū)動(dòng)能力，曾設(shè)線驅(qū)動(dòng)器或減少芯片功耗，降低總線負(fù)載。1.2.2 單片機(jī)軟件開發(fā)原理單片機(jī)軟件開發(fā)原理：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)軟件是根據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計(jì)的，應(yīng)可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。優(yōu)秀的系統(tǒng)軟件開發(fā)應(yīng)遵循以下原則:1.軟件結(jié)構(gòu)清晰、簡(jiǎn)捷、流程合理。2.各功能程序?qū)崿F(xiàn)模塊化、子程序化、這樣既便于調(diào)試、鏈接，又便于移植、修改。3.程序存儲(chǔ)區(qū)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)規(guī)劃合理，既能節(jié)約內(nèi)存容量，又使操作方便。4.運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)標(biāo)志化。各個(gè)功能程序運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行結(jié)果以及運(yùn)行要求都設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志以便查詢，程序的轉(zhuǎn)移、運(yùn)行、控制都可通過(guò)狀態(tài)標(biāo)志條件來(lái)控制。5.經(jīng)過(guò)調(diào)試修改后的程序應(yīng)進(jìn)

17、行規(guī)范化，除去修改“痕跡”。規(guī)范化的程序便于交流、借鑒，也為今后的軟件模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化打下了基礎(chǔ)。6.全面實(shí)現(xiàn)軟件抗干擾設(shè)計(jì)。軟件抗干擾是計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)提高可靠性的有力措施。7.為了提高運(yùn)行的可靠性，在應(yīng)用軟件中設(shè)置自診斷程序，在系統(tǒng)工作運(yùn)行前先運(yùn)行自診斷程序，用以檢查系統(tǒng)各特征參數(shù)是否正常。5第 2 章 課題的任務(wù)分析及總體設(shè)計(jì)方案2.1 任務(wù)分析設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的數(shù)碼錄音機(jī)系統(tǒng)。主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單錄音和播放功能。系統(tǒng)可以使用單片機(jī)外擴(kuò) A/D 轉(zhuǎn)換器和 D/A 轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)上述錄播放功能，也可以選用專用錄音芯片。設(shè)計(jì)中應(yīng)給出相應(yīng)的方案分析，最終選擇一種方案，并設(shè)計(jì)相關(guān)軟硬件系統(tǒng)?；疽螅?、

18、有開關(guān)按鍵控制系統(tǒng)；2、有錄音、播放模式的控制；3、能夠?qū)Σ怀^(guò) 60 秒的語(yǔ)音實(shí)現(xiàn)錄音。本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，提出基于單片機(jī)的語(yǔ)音錄放器的硬件設(shè)計(jì)方案，并應(yīng)用Protel 軟件完成硬件電路原理圖設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)單片機(jī)的編程開發(fā)可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的錄放等基本功能。具體包括如下幾個(gè)部分：1.學(xué)習(xí)單片機(jī)的工作原理，并應(yīng)用 Protel 軟件設(shè)計(jì)出單片機(jī)的最小系統(tǒng)和語(yǔ)音系統(tǒng)的控制電路，使其能可靠工作。2.學(xué)習(xí)有關(guān)語(yǔ)音方面的相關(guān)知識(shí)，采用集成語(yǔ)音芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的錄放功能。要求掌握該芯片的工作原理，完成其外圍電路和單片機(jī)的接口電路，包括話筒和揚(yáng)聲器的電路設(shè)計(jì)。3.學(xué)習(xí) C 程序的設(shè)計(jì)語(yǔ)言，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編

19、程開發(fā)。并完成仿真和調(diào)試，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音錄放的基本功能。2.2 總體方案設(shè)計(jì)在聲學(xué)領(lǐng)域，單片機(jī)技術(shù)與各種語(yǔ)音芯片相結(jié)合，即可完成語(yǔ)音合成技術(shù)，使得單片機(jī)語(yǔ)音系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)成為可能。所謂語(yǔ)音芯片，就是在人工或者控制器的控制下可以錄音和放音的芯片。語(yǔ)音芯片存儲(chǔ)播放聲音的基本工作方式為：6聲音模擬量A/D存儲(chǔ)D/A模擬量播放。采用 AD/DA 方式的語(yǔ)音芯片外圍電路比較復(fù)雜，聲音質(zhì)量也有一定的失真。而存在一類語(yǔ)音芯片采用 EEPROM 存儲(chǔ)方法，將模擬語(yǔ)音數(shù)據(jù)直接寫入半導(dǎo)體存儲(chǔ)單元中，不需加A/D 和 D/A 變換電路，使用方便，且語(yǔ)音音質(zhì)自然。在我的設(shè)計(jì)中即采用這種模擬語(yǔ)音數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)到語(yǔ)音芯片的設(shè)計(jì)。以單

20、片機(jī)為核心的語(yǔ)音錄放系統(tǒng)的功能框圖，如圖 2-1 所示。單片機(jī)最小系統(tǒng)語(yǔ)音錄放系統(tǒng)話筒麥克風(fēng)圖 2-1 單片機(jī)語(yǔ)音錄放系統(tǒng)框圖其中單片機(jī)最小系統(tǒng)完成單片機(jī)的基本特征，它包括時(shí)鐘、電源、復(fù)位等部分。如圖 2-2 所示。AT89C52單片機(jī)按鍵控制 復(fù)位電路系統(tǒng)時(shí)鐘外部RAM圖 2-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)框圖語(yǔ)音錄放系統(tǒng)則選用專門語(yǔ)音錄放芯片 ISD2560 芯片作為核心，結(jié)合外圍話筒和麥克風(fēng)來(lái)完成語(yǔ)音錄放功能。進(jìn)行語(yǔ)音錄放的操作如下：按下開始鍵，啟動(dòng)錄音，松開開始鍵，結(jié)束錄音。72.3 元器件選擇本文所述系統(tǒng)主要器件包括單片機(jī)，語(yǔ)音芯片 ISD2560 等。2.3.1 單片機(jī)選擇近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)

21、的發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)日益發(fā)展，已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著集成電路工藝的發(fā)展，出現(xiàn)了單片機(jī)、DSP、ARM 等多種單片機(jī)。DSP：16 位-32 位，內(nèi)部采用哈佛結(jié)構(gòu)，特別適合數(shù)據(jù)處理。其中 16 位 DSP 適合中高級(jí)工控到簡(jiǎn)單語(yǔ)音/圖片（不含視頻）處理，其中 32 位 DSP 適合復(fù)雜語(yǔ)音/圖片/視頻處理。ARM：是 32 位單片機(jī)，由于結(jié)構(gòu)和計(jì)算速度的原因，目前適合做事物處理或者中低端應(yīng)用，從中高級(jí)工控到簡(jiǎn)單/圖片（不含視頻）處理。AT89C52 是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM-Flash Programmable and Erasable Rea

22、d Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 為微處理，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的 AT89C52 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案5。51 單片機(jī)雖然和 DSP,ARM 相比處理速度和運(yùn)算速度上都比較慢，但它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜，它的速度可以滿足本設(shè)計(jì)的要求，所以我們采用 AT89C52 這款單片機(jī)。AT89C52 內(nèi)部原理圖，如圖 2-3 所示：8圖 2-3 AT89C52 內(nèi)部

23、原理圖2.3.2 語(yǔ)音芯片的選取目前市場(chǎng)上流行的語(yǔ)音芯片很多，從性價(jià)比的角度考慮，美國(guó) ISD 公司的 ISD 系列語(yǔ)音芯片可謂一枝獨(dú)秀。ISD 系列語(yǔ)音芯片具有以下優(yōu)點(diǎn)。1.采用模擬數(shù)據(jù)在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器直接存儲(chǔ)的專利技術(shù)，即將模擬語(yǔ)音數(shù)據(jù)直接寫入單個(gè)存儲(chǔ)單元，不需經(jīng)過(guò) A/D、D/A 的轉(zhuǎn)換。2.內(nèi)部集成了大容量的電可擦除只讀存儲(chǔ)器（EEPROM） ，不再需要擴(kuò)展存儲(chǔ)器。3.控制簡(jiǎn)單，控制引腳與 TTL 電平兼容。4.集成度高、使用方便。5.能較好地真實(shí)再現(xiàn)語(yǔ)音的自然效果，避免了一般固體語(yǔ)音電路因?yàn)榱炕蛪嚎s所造成的量化噪聲和失真現(xiàn)象6。因此，在以單片機(jī)為核心的語(yǔ)音錄放系統(tǒng)中，選用 ISD 公

24、司的語(yǔ)音系列芯片 ISD2560、ISD2575、ISD2590 和 ISD25120，這 4 種芯片的主要區(qū)別在于存儲(chǔ)語(yǔ)音的時(shí)間長(zhǎng)度，ISD2560 的錄音時(shí)間為 60s，ISD25750 的錄音時(shí)間為975s，ISD2590 的錄音時(shí)間為 90s，而 ISD25120 的錄音時(shí)間為 120s?？紤]到經(jīng)濟(jì)原因，最后選用 ISD2560。ISD2560 采用多電平直接模擬量存儲(chǔ)專利技術(shù)，每個(gè)采樣值可直接存儲(chǔ)在片內(nèi)單個(gè) EEPROM 單元中，因此能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語(yǔ)音、音樂(lè)、音調(diào)和效果聲，從而避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮所造成的量化噪聲和“金屬聲”。該器件的采樣頻率為 8KHZ，同一

25、系列的產(chǎn)品采樣頻率越低，錄放時(shí)間越長(zhǎng)，但通頻帶和音質(zhì)會(huì)有所降低。ISD2560 可重復(fù)播放 10 萬(wàn)次，它是一種永久記憶型語(yǔ)音播放電路，它有音質(zhì)自然、使用方便、單片存放、反復(fù)錄音、低功耗、抗斷電等許多特點(diǎn)，因此在許多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用7。ISD2560 省去了 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器，集成度較高，內(nèi)部包括前置放大器、內(nèi)部時(shí)鐘、定時(shí)器、采樣時(shí)鐘、濾波器、自動(dòng)增益控制、邏輯控制、模擬收發(fā)器、解碼器和 480KB 的 EEPROM。ISD2560 內(nèi)部的 EEPROM 存儲(chǔ)單元均分為 600 行，有 600 個(gè)地址單元，每個(gè)地址單元指向其中一行，每個(gè)地址單元的地址分辨率為 100ms。此外，I

26、SD2560 還具備微控制器所需的控制接口。通過(guò)操作地址和控制線可完成不同的任務(wù)，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的信息處理功能，如信息的組合、鏈接、設(shè)定固定的信息段和信息管理等。ISD2560 可不分段，也可按最小段長(zhǎng)為單位來(lái)任意組合分段。ISD2560 的主要功能特性如下：易實(shí)現(xiàn)單片機(jī)語(yǔ)音錄放。高質(zhì)量、自然的語(yǔ)音還原技術(shù)。人工控制或者微控制器控制聲音播放，內(nèi)置微控制器串行通信接口。錄音時(shí)間可達(dá) 60s。錄音存放在芯片上的非易失內(nèi)存單元，提供零功耗信息存儲(chǔ)。去除了電池備份電路。直接級(jí)聯(lián)可以實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的錄音時(shí)間。信息可無(wú)電保存 100 年。重復(fù)錄音最多可達(dá) 10 萬(wàn)次。具有多段信息處理功能，最大可分 600 段。自動(dòng)

27、節(jié)電模式，此時(shí)電流僅為 1uA。+5V 供電。 10圖 2-4 ISD2560 內(nèi)部原理圖ISD2560 內(nèi)部原理圖，如圖 2-4 所示。該系列芯片集成度很高，內(nèi)部集成了高精度的時(shí)鐘電路，故而無(wú)需外部配置晶振，錄音應(yīng)用電路也得到大大簡(jiǎn)化。ISD2560 可進(jìn)行錄、放兩種操作。錄入時(shí)，語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)換能器 MIC 轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘?hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)隔直電容去除直流分量后送入前置放大器，由于器件具有高輸入阻抗，故耦合電容容量很小，可為 0.17，微弱的電信號(hào)經(jīng)過(guò)前置放大后由ANAOUT 腳輸出，經(jīng)過(guò)隔直電容后送入 ANAOUT 腳，這種配置方式可以方便用戶自行設(shè)計(jì)性能更加優(yōu)良的前置放大器代替芯片內(nèi)部已有的功能部

28、件，另外 ANAIN 可作為線輸入口，直接輸入電聲信號(hào)，既而信號(hào)進(jìn)入自動(dòng)增益AGC 放大器，信號(hào)電平得到調(diào)理，使其符合存儲(chǔ)電路的動(dòng)態(tài)范圍，AGC 響應(yīng)時(shí)間由連接在 AGC 腳的外界電阻、電容值確定。為使得采樣信號(hào)不產(chǎn)生失真，采樣系統(tǒng)必須滿足乃奎斯特采樣定律。ISD2560 的采樣頻率 8K，故實(shí)際應(yīng)用中，為存儲(chǔ)不失真音頻信息，放大后的信號(hào)必須經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器后方可送入存儲(chǔ)單元，該濾波器為一五極點(diǎn)抗干擾濾波器，高頻頻限為 3.4K,完全滿足乃奎斯特定律，該器件典型帶寬為 3.4K。語(yǔ)音音質(zhì)非常好，調(diào)理完畢的信號(hào)在內(nèi)部時(shí)鐘的作用下以閉環(huán)控制形式送入模擬存儲(chǔ)陣列。如圖 2-5 所示。11 取樣保持

29、比較器電子泵入模擬存儲(chǔ)圖 2-5 閉環(huán)存儲(chǔ)電路被采樣信號(hào)經(jīng)采樣電路取樣保持，同時(shí)電子被泵入模擬存儲(chǔ)單元，此時(shí)兩者被送入比較器的比較端，當(dāng)兩者電平相等時(shí)則停止向 EPROM 中寫入數(shù)據(jù)，這樣模擬信息得到了存儲(chǔ)。在器件的放音模式下，錄入的模擬電壓在取樣脈沖的作用下，順序的從模擬矩陣中讀出并恢復(fù)為原始波形，經(jīng)五極點(diǎn)平滑濾波器后入混合器，以便與外界其他信號(hào)混合，而后送入功率放大器，并由 SP+，SP-端輸出，可直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器8。ISD2560 應(yīng)用電壓：?jiǎn)?5V 供電；錄/放時(shí)間：60s；尋址空間：1024 位；最多語(yǔ)音分段：600 支持 OVF 溢出；支持節(jié)電模式：錄放操作周期外電流僅為：0.5A綜

30、合本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案可知：主要的硬件電路有單片機(jī)最小系統(tǒng)和語(yǔ)音模塊的電路及其外圍電路，及其接口電路。其中單片機(jī)最小系統(tǒng)包括電源電路，復(fù)位電路和時(shí)鐘電路。所以根據(jù)上面的內(nèi)容，可以將本例的功能模塊劃分為：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)：組成系統(tǒng)的控制電路語(yǔ)音錄放電路：包括語(yǔ)音芯片的外圍電路和單片機(jī)的接口電路。可完成對(duì)語(yǔ)音的錄音存儲(chǔ)、播放。軟件部分用單片機(jī) C 語(yǔ)言編寫程序，單片機(jī)程序控制語(yǔ)音芯片的正常工12作。并且利用 Keil 與 Proteus 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真調(diào)試。第 3 章 硬件電路設(shè)計(jì)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音錄放的硬件電路主要由單片機(jī)和語(yǔ)音芯片構(gòu)成，硬件電路設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是單片機(jī)最小系統(tǒng)以及語(yǔ)音芯片的外圍電路以及他和單片

31、機(jī)的接口電路。單片機(jī)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音錄放的硬件電路由單片機(jī)芯片 AT89C52 和語(yǔ)音芯片ISD2560 及它們的接口帶你路構(gòu)成。電路實(shí)現(xiàn)的功能如下： 1.按下開始健，啟動(dòng)錄音；松開開始健，結(jié)束錄音。注意，錄音時(shí)間不能超過(guò)預(yù)先設(shè)定的每段語(yǔ)音的時(shí)間。2.結(jié)束錄音后，循環(huán)播放所錄聲音 3 次。硬件電路繪圖軟件介紹Protel99SE 是 Protel 公司近 10 年來(lái)致力于 Windows 平臺(tái)開發(fā)的最新結(jié)晶，能實(shí)現(xiàn)從電學(xué)概念設(shè)計(jì)到輸出物理生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以及這之間的所有分析、驗(yàn)證和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理。因而今天的 Protel 最新產(chǎn)品已不是單純的 PCB（印刷電路）設(shè)計(jì)工具，而是一個(gè)系統(tǒng)工具，覆蓋了以 PCB 為

32、核心的整個(gè)物理設(shè)計(jì)。最新版本的 Protel 軟件可以毫無(wú)障礙地讀 Orcad、Pads、Accel（PCAD）等知名EDA 公司設(shè)計(jì)文件，以便用戶順利過(guò)度到新的 EAD 平臺(tái)。Protel99se 就是由早期 protel 版本發(fā)展而來(lái)的基于windows95、windows98、windows2000 環(huán)境的新一代電路原理圖輔助設(shè)計(jì)與繪制軟件，其功能模塊包括電原理圖設(shè)計(jì)、仿真等，集成電路設(shè)計(jì)與開發(fā)環(huán)境與一體化。利用 Protel 進(jìn)行電路設(shè)計(jì)需要二個(gè)步驟，如圖 3-1 所示。圖 3-1 protel 設(shè)計(jì)電路步驟圖本設(shè)計(jì)利用 protel 軟件畫的硬件電路圖主要有單片機(jī) AT89C52 的

33、最小系統(tǒng)和語(yǔ)音芯片 ISD2560 電路及它們的接口電路。繪制原理圖完成 PCB 印制電路版繪制133.1 AT89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)是實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音錄放的硬件設(shè)計(jì)的核心器件之一，由它控制語(yǔ)音芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)聲音的存儲(chǔ)和播放。該設(shè)計(jì)用 Atmel 公司的 AT89C52 作為單片機(jī)芯片，它完全能夠滿足要求，而且極為常用，價(jià)格便宜，易于獲取。單片機(jī)最小系統(tǒng)，如下圖 3-2 所示。圖 3-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 單片機(jī)芯片為 AT89C52，工作于 11.0592MHz 的時(shí)鐘。單片機(jī)可以配置ISD2560 的操作模式。單片機(jī)的 P1.5 腳控制語(yǔ)音芯片 ISD2560 的錄放模式選擇，低電平置 IS

34、D2560 為錄音狀態(tài)，高電平置 ISD2560 為放音狀態(tài)。單片機(jī)的 P1.6 腳和 ISD2560 的節(jié)電控制輸入相連，單片機(jī)通過(guò)此引腳可以控制芯片的開關(guān)，單片機(jī)的 P1.7 腳用于控制語(yǔ)音芯片的片選，低電平時(shí)選中芯片。單14片機(jī)的 INT0 腳、P1.4 和 ISD2560 的 EOM 標(biāo)志輸出相連，EOM 標(biāo)志在錄音時(shí)由芯片自動(dòng)插入到錄音信息的結(jié)尾處，放音遇到 EOM 時(shí)，會(huì)產(chǎn)生低電平脈沖（約 12.5ms） ，觸發(fā)單片機(jī)中斷，單片機(jī)必須在檢測(cè)到此輸出的上升沿后才到播放新的錄音，否則播放的語(yǔ)音就不連續(xù)，而且會(huì)產(chǎn)生“啪啪”聲。3.1.1 AT89C52 單片機(jī)主要功能特性及引腳分布圖和管

35、腳說(shuō)明AT89C52 功能管腳，如圖 3-3 所示：圖 3-3 AT89C52 引腳分布圖可知 AT89C52 單片機(jī)包括 GND，VCC 在內(nèi)的 40 個(gè)引腳下面著重介紹以下幾個(gè)重要的引腳。P0 口由一個(gè)輸出鎖存器，2 個(gè)三態(tài)級(jí)輸入緩沖器和輸出驅(qū)動(dòng)電路及控制電路組成。驅(qū)動(dòng)電路有上拉場(chǎng)效應(yīng) FETT1 和驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管 FETT2 組成。P0口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 小時(shí)，被定義為高阻輸入。P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 FLASH 編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FLASH

36、 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。15P1 口是一個(gè)準(zhǔn)雙向口，用作 I/O 口。P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為第八位地址接收。P2 口比 P1 口多了一個(gè) MUX 開關(guān)和轉(zhuǎn)換開關(guān)控制部分。P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O，P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作

37、為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3 口是一個(gè)多功能端口。P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL）這是由于上

38、拉的緣故。P3 口也可作為 AT89C52 的一些特殊功能口，如下所示：P3.0 RXD (串行輸入口)P3.1 TXD（串行輸入口）P3.2/INT0(外部中斷 0)P3.3/INT1 （外部中斷 1）P3.4 T0（記時(shí)器 0 外部輸入）P3.5 T1（記時(shí)器 1 外部輸入）P3.6/WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)P3.7/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接受一些控制信號(hào)。RET：復(fù)位輸入，當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RET 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG 為地址鎖存允許信號(hào)端。當(dāng) AT89C52 單片機(jī)上電正常工作后，ALE 引腳不斷向外輸出脈沖信

39、號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的六分之一。當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在16FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器的 1/6。因此它可用作外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE 脈沖。如想禁止 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。/PSEN 為程序存儲(chǔ)允許輸出信號(hào)端。外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN 有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這倆次有

40、效的/PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/Vpp 為外部程序存儲(chǔ)器的地址的輸入端/固化編程電壓輸入端。當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH） ，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。當(dāng)/EA 端保持高電平時(shí)，CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的程序。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（VPP） 。XTAL2 接外部晶體和微調(diào)電容的一端。在 AT89C52 片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體的固有頻率。若采用外部時(shí)鐘電路，則該引腳懸空。要檢查 AT89C52 的振蕩電路是否正常工作，可用示波器查看 XTAL2 端是否有脈沖信號(hào)輸出。

41、XTAL1 接外部晶體和微調(diào)電容的另一端。在片內(nèi)，它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在采用外部時(shí)鐘時(shí)，該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖。3.1.2 單片機(jī)的電源電路在電源引腳并聯(lián)一個(gè) 0.1uf 的小電容目的是：濾波。引入濾波電容的原因是要獲得平滑穩(wěn)定的電壓，因?yàn)殡娙輧啥说碾妷翰荒芡蛔儯运芤种齐妷旱牟▌?dòng)，使電壓變得平穩(wěn)光滑主要作用有兩個(gè)：去除器件之間的交流射頻耦合。它能將器件的電源端上瞬間的尖峰、毛刺對(duì)地短路掉。同時(shí)也能去耦。如圖3-4 所示。 17圖 3-4 電源電路3.1.3 AT89C52 單片機(jī)的復(fù)位電路AT89C52 單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)需要復(fù)位，使 CPU 及各系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并

42、從出態(tài)開始工作。89 系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從 RST 引腳輸入到芯片內(nèi)部的斯密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如 RST 引腳上有一個(gè)高電平并維持 2 個(gè)極其周期（24 個(gè)振蕩周期） ，則CPU 就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。通過(guò)連通一個(gè)按鈕開關(guān)，使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。如圖 3-5 所示。圖 3-5 復(fù)位電路3.1.4 AT89C52 單片機(jī)時(shí)鐘電路AT89C52 芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器，反相放大器的輸入端為 XTAL1。輸出端為 XTAL2，兩端跨接石英晶體及兩個(gè)電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。電容 C1 和 C2 通常取 22pf 左右，可穩(wěn)定頻

43、率并對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用。震蕩脈沖頻率范圍為 0-24MHZ。如圖 3-6 所示。18 圖 3-6 時(shí)鐘電路圖3.1.5 錄音/播放控制電路用 P1.0 做錄音播放控制電路，加阻值為 1k 的下拉電阻，當(dāng)按鍵未按下時(shí)，P1.0 為低電平；按鍵按下后為高電平。 如圖 3.7 所示。圖 3.7 錄音/播放控制電路3.2 語(yǔ)音芯片 ISD2560 電路3.2.1 ISD2560 主要功能特性及引腳說(shuō)明根據(jù)上面的說(shuō)明，語(yǔ)音芯片選用 ISD 公司的 ISD2560 共有 3 種封裝形式：32 腳的 TSOP 封裝、28 腳的 DIP 封裝和 25 腳的 SOIC 封裝。該設(shè)計(jì)選用SOID 封裝，其引腳分

44、布，如下圖 3-8 所示。19 圖 3-8 語(yǔ)音芯片 ISD2560 引腳分布示意圖其引腳功能如下：A0/M0A6/M6、A7A9（110 腳）：地址線/模式輸入，共有 1024 種組合狀態(tài)。最前面的 600 個(gè)狀態(tài)作內(nèi)部存儲(chǔ)器的尋址用，最后 256 個(gè)狀態(tài)作為操作模式。當(dāng) A8 或 A9 有一個(gè)為 0 時(shí)，為地址線，作為當(dāng)前錄/放操作的起始地址，地址端只作輸入，不輸出操作過(guò)程中的內(nèi)部地址信息，地址輸入在 CE的下降沿，并被鎖存。當(dāng) A8 和 A9 均為 1 時(shí)，為模式輸入，共 6 種操作模式，由 M0M6 決定，允許多種模式同時(shí)存在。AUXIN（11 腳）：鋪助輸入。當(dāng) CE 和 P/R 為

45、高，放音不進(jìn)行或處于放音益處狀態(tài)時(shí)，此引腳的輸入信號(hào)通過(guò)內(nèi)部輸出放大器驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器輸出端。當(dāng)多個(gè) ISD1560 芯片級(jí)聯(lián)時(shí)，后級(jí)的揚(yáng)聲器輸出通過(guò)此引腳連接到本級(jí)的輸出放大器。VSSD、VASS（12、13 腳）：數(shù)字和模塊地。由于芯片內(nèi)部使用不同的模塊和數(shù)字地線，因此這兩腳最好通過(guò)低阻抗通路連接到地。SP+、SP-(14、15 腳)：揚(yáng)聲器輸出?？沈?qū)動(dòng) 16 以上揚(yáng)聲器（內(nèi)存放音時(shí)，功率為 12.2mW；AUX IN 放音時(shí)，功率為 50mW） 。ISD2500 系列的所有器件都有一個(gè)在芯片上的差分揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器。揚(yáng)聲器輸出腳在錄音和節(jié)電模式時(shí)保持為 VSSA 電平，因此，多個(gè) ISD2500

46、系列器件一起使用時(shí)，它們的揚(yáng)聲器輸出腳不能并接，并行連接可能會(huì)造成芯片的損壞。單端輸出時(shí)必須在SP 輸出腳和揚(yáng)聲器間接耦合電容，雙端輸出既不能用電容由能將輸出功率提20高至 4 倍。VCCA、VCCD（16、28 腳）：模擬和數(shù)字電源。為了最大限度地減少噪聲，芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線，并且分別引到外封裝上。模擬和數(shù)字電源端最好分別走線，并應(yīng)盡可能在靠近供電端處相連，而去耦電容則應(yīng)盡量靠近芯片。MIC IN（17 腳）：話筒輸入腳。麥克的輸入通過(guò)此引腳將信號(hào)送至片內(nèi)的前置放大器，片內(nèi)自動(dòng)增益控制電路（AGC）將此前置放大器的增益控制在-15+24dB。外接話筒應(yīng)該通過(guò)一系列電容

47、交流耦合進(jìn)此引腳，耦合電容值和芯片內(nèi)部此引腳的 10k 輸入阻抗共同決定了 ISD2560 芯片頻帶的低頻截止點(diǎn)。MIC REF（18 腳）：話筒參考輸入腳。此引腳是前置放大器的反向輸入，當(dāng)以差分形式連接話筒時(shí)，可減少噪聲，提高共模抑制比。AGC（19 腳）：自動(dòng)增益控制腳。AGC 可動(dòng)態(tài)調(diào)整前置增益，以補(bǔ)償話筒輸入電平的寬幅變化，使得錄制變化很大的音量（從耳語(yǔ)到喧器聲）時(shí)失真都能保持最小。響應(yīng)時(shí)間取決于該端內(nèi)置的 5k 電阻和從該端到 VSSA 端所接電容的時(shí)間常數(shù)，釋放時(shí)間取決于該端外接的并聯(lián)對(duì)地電容和電阻設(shè)定的時(shí)間常數(shù)。選用標(biāo)稱值分別為 470k 的電阻和 4.7F 的電容可以得到滿意的

48、效果。ANA IN（20 腳）：模擬輸入端。此引腳為芯片錄音信號(hào)輸入腳。對(duì)話筒輸入來(lái)說(shuō)，應(yīng)將 ANA OUT 腳通過(guò)外接電容連至此腳，該電容和本端的 3k輸入阻抗決定了芯片頻帶的附加低端截止頻率。其他音源可以通過(guò)交流耦合直接連至該端。ANA OUT（21 腳）：模擬輸出腳。此引腳為前置放大器的輸出，其前置電壓增益取決于 AGC 端電平。OVF(22 腳)：溢出標(biāo)志輸出腳，低電平有效。芯片處于存儲(chǔ)空間末尾時(shí)，此引腳輸出低電平脈沖以表示溢出，之后該引腳狀態(tài)跟隨 CE 引腳的狀態(tài)，直到 PD 引腳變高復(fù)位芯片。此外，該引腳可用于級(jí)聯(lián)多個(gè) ISD2500 系列器件以增加錄音存儲(chǔ)的時(shí)間。CE（23 腳）

49、：芯片使能輸入腳，低電平有效。此引腳為低使能所有的錄音和播放操作。芯片在該引腳的下降沿將鎖存地址線和 P/R 引腳的狀態(tài)。另外，此引腳在模式 M6 中也有特殊的意義。PD（24 腳）：節(jié)電控制腳。此腳拉高可使芯片停止工作而進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。21芯片發(fā)生溢出，即 OVF 腳輸出低電平后，應(yīng)將此引腳變高以將地址指針復(fù)位到錄、放空間的開始位置。另外，此引腳在模式 M6 下還有特殊的用途。EOM（25 腳）：信息結(jié)尾標(biāo)志輸出腳，低電平有效。EOM 標(biāo)志在錄音時(shí)由芯片自動(dòng)插入到該信息段的結(jié)尾。當(dāng)放音遇到 EOM 時(shí)，此引腳輸出低電平脈沖。另外，ISD2560 芯片內(nèi)部會(huì)自動(dòng)檢測(cè)電源電壓以維護(hù)信息的完整性，當(dāng)

50、電壓低于 3.5v 時(shí)，此引腳變低， 此時(shí)芯片只能放音。在模式狀態(tài)下，可用來(lái)驅(qū)動(dòng) LED，以指示芯片當(dāng)前的工作狀態(tài)。XCLK（26 腳）：外部時(shí)鐘輸入腳。此腳內(nèi)部有下拉元件，不用時(shí)應(yīng)接地。芯片內(nèi)部的采樣時(shí)鐘在出廠前已經(jīng)調(diào)節(jié)校準(zhǔn)，誤差在 1%以內(nèi)。ISD2560 的采樣率為 8kHZ，需要 1024kHZ 的外部時(shí)鐘。P/R（27 腳）：錄、放模式選擇腳。此引腳在 CE 的下降沿鎖存，高電平選擇放音，低電平選擇錄音。錄音時(shí)，由地址線提供起始地址，直到錄音持續(xù)到 CE 或 PD 變高，或內(nèi)存溢出。如果是前一種情況，芯片將自動(dòng)在錄音結(jié)束處寫入 EOM 標(biāo)志。放音時(shí)，由地址輸入提供起始地址，放音持續(xù)到

51、 EOM 標(biāo)志。如果 CE 一直為低，或芯片工作在某些操作模式，放音則會(huì)忽略 EOM 而持續(xù)進(jìn)行下去，直到發(fā)生溢出為止。由于 ISD2560 內(nèi)置了若干種操作模式，因而可用最少的外圍器件實(shí)現(xiàn)最多的功能。具體操作模式如表 3-1 所示：表 3-1 ISD2560 語(yǔ)音芯片操作模式模式功能典型應(yīng)用組合使用模式M0信息檢索快進(jìn)通過(guò)信息M4、M5、M6M1刪除EOM在最后一條信息結(jié)束處放 EOMM3、M4、M5、M6M2末用保留N/AM3循環(huán)從 0 地址連續(xù)M6 的多段信息M1、M5、M6M4連續(xù)尋址錄放連續(xù)的多段信息M0、M1、M5M5CE 電平有效允許暫停M0、M1、M3、M422M6按鍵模式簡(jiǎn)化

52、外圍電路M0、M1、M3操作模式可由微控制器或硬件實(shí)現(xiàn)。使用操作模式要注意兩點(diǎn):1.所有操作最初都是從 0 地址（即存儲(chǔ)空間的起始端）開始。后續(xù)的操作根據(jù)選用的模式可從其他地址開始。但是，電路由錄轉(zhuǎn)放或由放轉(zhuǎn)錄（M6 模式除外） ，或都執(zhí)行了掉電周期后，地址計(jì)數(shù)器將復(fù)位為 0。2.當(dāng) CE 變低且最高兩地址位同為高時(shí)，執(zhí)行操作模式、這種操作模式將一直有效，直到 CE 再次由高變低，芯片重新鎖存當(dāng)前的地址模式引腳電平，并直到執(zhí)行相應(yīng)的操作為止。3.2.2 語(yǔ)音錄放電路語(yǔ)音芯片 ISD2560 部分原理圖及說(shuō)明語(yǔ)音錄放電路語(yǔ)音芯片 ISD2560 原理圖；如圖 3-9 所示。圖 3-9 語(yǔ)音芯片原

53、理圖ISD2560 芯片集成度高，內(nèi)部 EEPROM 存儲(chǔ)器單元均分為 600 行，存600 個(gè)地址單元，每個(gè)地址單元指向其中一行，每一個(gè)地址單元的地址分辨100ms，此外，ISD2560 還具備微控制器所需的控制接口，通過(guò)操縱地址和控23制線可完成不同的任務(wù)，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的信息處理功能9。由于 ISD2560 是數(shù)模混合的芯片，因此對(duì)數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的處理是PCB 設(shè)計(jì)需要著重考慮的問(wèn)題。在芯片內(nèi)部使用不同的模擬地和數(shù)字地、模擬電源和數(shù)字電源，他們分別通過(guò) VSSA、VSSD、VCCA 和 VCCD 引出。VSSA、VSSD 兩引腳最好通過(guò)低阻抗通路連接到地平面；VCCA 和 VCCD 最好

54、也分別走線，并應(yīng)盡可能在靠近供電端處相連，電源腳附近的去耦電容應(yīng)盡量靠近芯片。3.3 整體電路圖數(shù)碼錄音機(jī)整體電路圖；如圖 3-10 和 3-11 所示。圖 3-10 數(shù)碼錄音機(jī)整體電路圖（一）24圖 3-11 數(shù)碼錄音機(jī)整體電路圖（二）253.4 PCB 圖由于要求最終實(shí)現(xiàn)實(shí)物演示，因而根據(jù)原理圖畫出如下圖，將 PCB 圖送至工廠加工成印制電路板，完成對(duì)應(yīng)器件焊接，燒寫程序后即可完成實(shí)物演示。由于制版費(fèi)較貴，加上元器件購(gòu)買花銷較高，因而實(shí)物演示等工作未能進(jìn)行。如圖 3-12 所示。圖 3-12 語(yǔ)音錄放電路的 PCB 圖26第 4 章 軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音錄放的軟件設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，主要通過(guò)單

55、片機(jī)對(duì) ISD2560的控制實(shí)現(xiàn)指定地址入口的錄音和循環(huán)播放。4.1 程序流程程序流程要實(shí)現(xiàn)下面過(guò)程：“開始”鍵按下后，單片機(jī)控制 PD、P/R 引腳為低電平，并指定錄音地址，啟動(dòng)錄音過(guò)程。在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間內(nèi)（60s）結(jié)束錄音，松開“開始”鍵，單片機(jī)控制 P/R 引腳回到高電平，即完成一段語(yǔ)音的錄制。之后打開外部中斷0，指定放音地址，啟動(dòng)放音程序，每次放音結(jié)束時(shí)，EOM 輸出會(huì)觸發(fā)單片機(jī)的外部中斷 0，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)难訒r(shí)后，重新啟動(dòng)第二次放音，這樣重復(fù) 3 次后關(guān)閉外部中斷 0，流程結(jié)束，等待下一次錄音。程序流程圖如 4-1 所示：27 開始初始化開始鍵按下調(diào)用錄音函數(shù)開始鍵松開延時(shí)打開外部中斷0

56、是是否否外部中斷零服務(wù)子程序關(guān)閉外部中斷0Count=2?Count+延時(shí)打開外部中斷調(diào)用播放函數(shù)回主函數(shù)圖 4-1 語(yǔ)音錄放系統(tǒng)程序流程圖4.2 錄音子程序流程圖“開始”鍵按下后，即系統(tǒng)上電后，系統(tǒng)初始化，然后判斷開始鍵是否按下，如果按下則單片機(jī)控制 PD,P/R 引腳低電平，并指向錄音地址，啟動(dòng)錄音過(guò)程。錄音子系統(tǒng)程序流程圖，如圖 4-2 所示。調(diào)用錄音函數(shù)，錄音函數(shù)為：/*錄音函數(shù)*/Void record (void) CE=0; /片選有效 PD=0; /非節(jié)電模式 PR=0; / 錄音當(dāng) CE=0 時(shí)芯片使能輸入引腳，使能所有的錄音操作。28當(dāng) PD=0 時(shí)使芯片開始工作，而進(jìn)入非

57、節(jié)電模式。當(dāng) PR=0 時(shí)開始錄音，錄音時(shí)，由地址線提供起始地址，直到錄音持續(xù)到CE 或 PD 變高，或自動(dòng)溢出。在預(yù)定設(shè)定的時(shí)間內(nèi)， （小于 60s）結(jié)束錄音，松開“開始”鍵單片機(jī)控制 P/R 引腳回到高電平，即完成一段語(yǔ)音的錄音。 圖 4-2 錄音程序流程圖4.3 放音子程序流程圖放音子程序流程圖，如圖 4-3 所示。結(jié)束錄音后，打開外部中斷 0，指定放音地址，啟動(dòng)放音程序，其放音函數(shù)為： /*放音函數(shù)*/Void playback （void） CE=0; /片選有效 PD=0; /非節(jié)電模式 PR=1; /放音當(dāng) CE=0 時(shí)芯片使能輸入引腳，使能所有的放音操作。當(dāng) PD=0 時(shí)使芯片

58、開始工作，而進(jìn)入非節(jié)電模式。當(dāng) PR=1 時(shí)為高電平，這時(shí)選擇放音，這時(shí)由地址輸入提供其實(shí)地址，放開始初始化開始鍵按下調(diào)用錄音函數(shù)開始鍵松開延時(shí)打開外部中斷0是是否否29音持續(xù)到 EOM 位標(biāo)志。每次放音結(jié)束時(shí)，EOM 輸出會(huì)觸發(fā)單片機(jī)的外部中斷 0，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)难訒r(shí)后，重新啟動(dòng)第二次放音，這樣重復(fù)三次后關(guān)閉外部中斷 0，流程結(jié)束，等待下一次錄音。 圖 4-3 放音系統(tǒng)流程圖第 5 章 設(shè)計(jì)仿真結(jié)果與說(shuō)明5.1 Keil 軟件概述與編譯結(jié)果5.1.1 Keil 軟件概述本次設(shè)計(jì)的語(yǔ)音錄放系統(tǒng)是以 AT89C52 為核心建立的系統(tǒng)，在軟件編輯方面，需要對(duì)語(yǔ)音錄和語(yǔ)音放倆部分分別構(gòu)成的子函數(shù)進(jìn)行編輯

59、。在編輯中需要用 Keil C51 軟件。Keil C51 是美國(guó)公司 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C 語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil C51 軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全外部中斷零服務(wù)子程序關(guān)閉外部中斷0Count=2?Count+延時(shí)打開外部中斷調(diào)用播放函數(shù)回主函數(shù)30Windows 界面。另外更重要的一點(diǎn)是，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到 Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)

60、更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。5.1.2 Keil 編譯結(jié)果Keil 編譯結(jié)果，如圖 5-1 所示。圖 5-1 Keil 編譯結(jié)果5.2 Proteus 軟件概述與仿真結(jié)果5.2.1 Proteus 軟件概述Proteus 軟件的功能強(qiáng)大，它集電路設(shè)計(jì)、制版及仿真等多種功能于一身，不僅能夠?qū)﹄姽?、電子技術(shù)學(xué)科涉及的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析，還能夠?qū)ξ⑻幚砥鬟M(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真，并且功能齊全，界面多彩，是近年來(lái)備受電子設(shè)計(jì)愛好者青睞的一款新型電子線路設(shè)計(jì)與仿真軟件。Proteus 是一個(gè)基于 Pro-SPICE 混合模型仿真器的、完整的嵌入式系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)仿真平臺(tái)。它包含 ISIS 和 ARES 應(yīng)用軟件。ISI

61、S-智能原理圖輸入系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真的基本平臺(tái)。ARES-高級(jí) PCB 布線編輯軟件。在 Proteus 中，從原理圖設(shè)計(jì)、單片機(jī)編程、系統(tǒng)仿真到 PCB 設(shè)計(jì)一氣呵31成，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。Proteus 的特點(diǎn): 實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和 SPICE 電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232 動(dòng)態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI 調(diào)試器、鍵盤和 LCD 系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：68000 系列、8051 系列、AVR 系列、PIC12 系

62、列、PIC16 系列、PIC18 系列、Z80 系列、HC11 系列以及各種外圍芯片。提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如 Keil C51 uVision2 等軟件。具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能?？傊撥浖且豢罴瘑纹瑱C(jī)和 SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。Proteus 真正超群之處在于它對(duì)單片機(jī)電路的設(shè)計(jì)與仿真。它與單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)軟件 Keil 兼容，能夠把 Keil 編譯好的“*.Hex”文件置于入 Proteus 的

63、單片機(jī)硬件中，從而實(shí)現(xiàn)軟硬件一體的電路仿真。5.2.2 Proteus 仿真過(guò)程1.打開 Ptoteus 軟件，首先進(jìn)入 Proteus ISIS 編輯環(huán)境。選擇 File/New Design 菜單項(xiàng)，在彈出的模板對(duì)話框中選擇“DEFAULT”模板，并將新建的設(shè)計(jì)文件保存在自己所設(shè)定的文件夾下，文件名為 WuXin.DSN，如圖 5-2 所示。32圖 5-2 Proteus ISIS 編輯環(huán)境2.放置元器件，單擊對(duì)象選擇器按鈕，彈出“Pick from Libraries”頁(yè)面，在“Keyword”輸入 AT89C52，系統(tǒng)在對(duì)象庫(kù)中進(jìn)行搜索查找，并將搜索結(jié)果顯示在“Results”中，如圖

64、 5-3，5-4 所示。圖 5-3 對(duì)象選擇器窗口圖 5-4 輸入 AT89C52 后的對(duì)象庫(kù)經(jīng)過(guò)以上操作，在對(duì)象選擇器窗口中，已有了 AT89C52 元器件對(duì)象，如圖5-5 所示。33圖 5-5 元器件對(duì)象3.在對(duì)象選擇器窗口中，選中 AT89C52，將鼠標(biāo)置于圖形編輯窗口該對(duì)象的欲放位置，單擊鼠標(biāo)左鍵，完成該對(duì)象的放置，如圖 5-6 所示。34圖 5-6 元器件放置圖若對(duì)象位置需要移動(dòng)，將鼠標(biāo)移動(dòng)該對(duì)象上，單擊鼠標(biāo)右鍵，此時(shí)該對(duì)象的顏色已變至紅色，表明該對(duì)象已被選中，按下鼠標(biāo)左鍵，拖動(dòng)鼠標(biāo)，將對(duì)象移至新位置后，松開鼠標(biāo)，完成移動(dòng)操作。4.元器件之間的連線，Proteus 的智能化可以在畫線

65、時(shí)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。當(dāng)鼠標(biāo)的指針靠近元器件的連接點(diǎn)時(shí)，跟著鼠標(biāo)的指針就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)“”號(hào)，表明找到了元器件的連接點(diǎn)。單擊鼠標(biāo)左鍵，移動(dòng)鼠標(biāo)（不用拖動(dòng)鼠標(biāo)） ，將鼠標(biāo)的指針靠近另一個(gè)元器件的連接點(diǎn)時(shí)，跟著鼠標(biāo)的指針就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)“”號(hào)，表明找到了元器件的連接點(diǎn)，同時(shí)屏幕上出現(xiàn)了粉紅色的連接，單擊鼠標(biāo)左鍵，粉紅色的的連接線變成了深綠色，并且線形由直線自動(dòng)變成了 90的折線，這是由于選中了線路自動(dòng)路徑功能。5.在 Keil 中設(shè)置選項(xiàng)卡 ProjectOptions for TargetTarget。設(shè)置好后單擊“確定”按鈕，如圖 5-7，5-8 所示。35圖 5-7 Options for TargetT

66、arget設(shè)置（1）圖 5-8 Options for TargetTarget設(shè)置（2）366.Proteus 仿真結(jié)果，如圖 5-9 和 5-10 所示。圖 5-9 Proteus 仿真結(jié)果（一）圖 5-10 Proteus 仿真結(jié)果（二）37結(jié) 論我設(shè)計(jì)的課題是語(yǔ)音播放器，經(jīng)過(guò)幾個(gè)多月的思考和準(zhǔn)備，我已完成了老師規(guī)定的任務(wù)，通過(guò)做本設(shè)計(jì)，加深學(xué)習(xí)了 AT89C52 單片機(jī)的各項(xiàng)功能能，對(duì) ISD2560 有了更深層次的了解，對(duì) C 語(yǔ)言編寫程序有了進(jìn)一步的把握，我對(duì)我所做的語(yǔ)音播放器有如下總結(jié)：?jiǎn)纹瑱C(jī)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音錄放介紹了一種基于 51 單片機(jī)控制的語(yǔ)音錄放系統(tǒng)，它采用 ISD 單片語(yǔ)音錄放集成電路系列中的 ISD2560 實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的存儲(chǔ)和播放，ISD2560 采用直接電平存儲(chǔ)技術(shù)，不僅省去了 A/D、D/A 轉(zhuǎn)換器。而且語(yǔ)音自然真實(shí)。單片機(jī)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音錄放主要表現(xiàn)在以下三點(diǎn):1、語(yǔ)音芯片 ISD2560 與單片機(jī)接口的電路設(shè)計(jì)。2、ISD2560 地址/模式輸入腳的使用，特別是高 2 位 A8、A9 的使用。3、控制腳 PD、P/R 和信息結(jié)尾標(biāo)志輸出腳 EOM 的使用。 38參考文獻(xiàn)