基于51單片機(jī)的數(shù)碼錄音放音系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘? 要

隨著語(yǔ)言的處理技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)、交通、通信等方面的運(yùn)用得到不斷創(chuàng)新。數(shù)碼錄音放音系統(tǒng)已得到了越來(lái)越多的人的青睞，通過(guò)對(duì)多種錄音放音系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了比較和分析，本論文最終選定以STC89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)了一個(gè)數(shù)碼錄音放音系統(tǒng)。

本文提出并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于STC89C52單片機(jī)和ISD4004語(yǔ)音芯片的數(shù)碼錄音放音系統(tǒng)方案。首先介紹了設(shè)計(jì)方案，接著進(jìn)行了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，包括單片機(jī)最小系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)、信號(hào)收集放大處理電路設(shè)計(jì)、按鍵控制電路的設(shè)計(jì)、液晶顯示電路的設(shè)計(jì)等。設(shè)計(jì)中以STC89C52單片機(jī)主控制為核心，采用ISD公司制造的ISD4004語(yǔ)音芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)碼錄音放音系統(tǒng)的功能。其中按鍵控制電路對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，顯示電路用LCD1602更直觀的把錄音放音等相關(guān)信息顯示，信號(hào)收集放大處理電路放大器采用通用型音頻功率放大器LM386來(lái)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)模塊包括主程序模塊、語(yǔ)音信號(hào)的采集模塊、鍵盤掃描模塊、信息顯示模塊等，進(jìn)行了程序流程的設(shè)計(jì)，編寫了程序代碼。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音數(shù)據(jù)的錄音、播放、暫停、快進(jìn)、快退、錄音條目選擇以及LCD1602等顯示相關(guān)操作等功能，設(shè)計(jì)具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞： STC89C52單片機(jī)；ISD4004語(yǔ)音芯片；數(shù)碼錄音放音系統(tǒng)

Abstract

With the continuous innovation of language processing technology in industrial production, transportation, communication and other aspects. The digital recording and playback system has been favored by more and more people. By comparing and analyzing the design schemes of various recording and playback systems, this thesis finally chooses to design a digital recording and playback system with STC89C52 microcontroller.

This paper proposes and designs and implements a digital recording and playback system scheme based on STC89C52 microcontroller and ISD4004 voice chip. Firstly, the design scheme is introduced, and then the hardware design of the system is carried out, including the design of the minimum system circuit of the single-chip microcomputer, the design of the signal collection and amplification processing circuit, the design of the key control circuit, and the design of the liquid crystal display circuit. In the design, the main control of STC89C52 single-chip microcomputer is used as the core, and the ISD4004 voice chip made by the American ISD company is used to realize the function of the digital recording and playback system. Among them, the key control circuit controls the whole system, the display circuit uses LCD1602 to more intuitively display related information such as recording and playback, and the signal collection, amplification and processing circuit amplifier adopts a general-purpose audio power amplifier LM386 to realize. The system module includes the main program module, voice signal acquisition module, keyboard scanning module, information display module, etc. The program flow is designed and the program code is written. This system realizes the functions of voice data recording, playing, pausing, fast forwarding, fast rewinding, recording item selection, and LCD1602 display related operations, and the design has certain application value.

Key words：STC89C52 microcontroller ；ISD4004 voice chip；Digital recording and playback system

目??? 錄

引言（四號(hào)黑體）…………………………………………………………1

1? 系統(tǒng)概述………………………………………………………………

1.1 任務(wù)要求……………………………………………………………………………3

1.2 主要研究?jī)?nèi)容? ……………………………………………………………………

2? 設(shè)計(jì)方案及元器件介紹 ………………………………………………

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案 ………………………………………………………………6

2.2主要器件介紹………………………………………………………………………6

2.2.1 ISD4004語(yǔ)音芯片………………………………………………………………

2.2.2 LCD1602液晶顯示………………………………………………………………

2.2.3 STC89C52RC單片機(jī)……………………………………………………………

2.2.4 LM386音頻功率放大器…………………………………………………………

3? 硬件設(shè)計(jì) ………………………………………………………………

3.1 系統(tǒng)各部分電路設(shè)計(jì) ……………………………………………………………6

3.1.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路……………………………………………………………

3.1.2 LCD1602顯示電路………………………………………………………………

3.1.3信號(hào)收集放大處理電路…………………………………………………………

3.1.4按鍵控制電路……………………………………………………………………

4? 軟件設(shè)計(jì) ………………………………………………………………

4.1 程序總體設(shè)計(jì)………………………………………………………………………

4.1.1 ISD錄音程序設(shè)計(jì)………………………………………………………………

4.1.2 按鍵控制程序設(shè)計(jì)………………………………………………………………

5? 系統(tǒng)測(cè)試 ………………………………………………………………

5.1 系統(tǒng)實(shí)物 …………………………………………………………………………

5.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能概況 ………………………………………………………………

5.3 系統(tǒng)的不足及改進(jìn)方式……………………………………………………………

6? 結(jié)論……………………………………………………………………

謝辭…………………………………………………………………………

參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………

附錄…………………………………………………………………………

引言

在經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，電子科學(xué)技術(shù)迅猛提升的現(xiàn)今。數(shù)碼錄音對(duì)于現(xiàn)如今的眾多電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，已是常帶有的功能了，它已經(jīng)被用在了許多的地方。例如手機(jī)、電腦等人們常用的電子設(shè)備上，以及社交App微信、QQ等，語(yǔ)音信息為人們的生活提供了很大便利。在工業(yè)生產(chǎn)、交通、通信等方面的運(yùn)用得到不斷創(chuàng)新。

在你無(wú)法憑借記憶記住重要談話，或者重要會(huì)議的重要內(nèi)容的時(shí)候，它便體現(xiàn)除了它的優(yōu)勢(shì)，清晰完整無(wú)誤的記錄下你要記錄的東西，而你能夠拿出更多的時(shí)間來(lái)處理其他事情。

本次設(shè)計(jì)的數(shù)碼錄音放音系統(tǒng)，就是在此基礎(chǔ)上添加一些更適用的功能，能錄制多條語(yǔ)音信息的同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)快進(jìn)快退、繼續(xù)暫停功能。能從錄音中更好的提取的信息。設(shè)計(jì)具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

1? 系統(tǒng)概述

1.1 任務(wù)要求

綜合運(yùn)用所學(xué)的模擬電子技術(shù)、數(shù)字邏輯電路、C語(yǔ)言、單片機(jī)原理及應(yīng)用、傳感器等專業(yè)知識(shí)，設(shè)計(jì)出一套數(shù)碼錄音放音系統(tǒng)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)錄音、放音、播放停止、快進(jìn)快退、刪除、顯示相關(guān)信息等功能。

1.2 主要研究?jī)?nèi)容

本次設(shè)計(jì)就利用單片機(jī)和語(yǔ)音芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)碼錄音放音系統(tǒng)。對(duì)于數(shù)碼錄音放音系統(tǒng)的最基本要求便是可以錄音、播放、暫停、快進(jìn)、快退、顯示相關(guān)信息、錄音條目選擇、刪除要求。STC89C52該款單片機(jī)資源豐富，再加上與ISD4004語(yǔ)音芯片的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的存儲(chǔ)與回放，通過(guò)單片機(jī)的控制可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的錄放的功能。

主要研究?jī)?nèi)容由信號(hào)處理模塊、語(yǔ)音錄放模塊、和音頻放大模塊三部分組成。并選用STC89C52為主控器。利用51型單片機(jī)對(duì)ISD語(yǔ)音芯片的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)語(yǔ)音的錄、放。并加入功放、麥克、揚(yáng)聲器等人性化功能。

采用語(yǔ)音芯片進(jìn)行信號(hào)處理并把處理結(jié)果送往主控器。由主控器控制語(yǔ)音模塊的錄放。語(yǔ)音錄放模塊主要由ISD語(yǔ)音芯片及一些外圍元件組成，主要完成語(yǔ)音的錄放及語(yǔ)音的存儲(chǔ)等。音頻放大模塊主要由LM386及部分外圍器件構(gòu)成，主要是對(duì)錄放的聲音信號(hào)進(jìn)行放大。

鑒于此, 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用ISD4004語(yǔ)音芯片和STC89C52單片機(jī)的結(jié)合，完成數(shù)碼錄音錄放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。并通過(guò)一些外部人機(jī)交互功能，設(shè)計(jì)出一套數(shù)碼錄音放音系統(tǒng)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)錄音、放音、播放停止、快進(jìn)快退、刪除、顯示相關(guān)信息等功能。

2 ?設(shè)計(jì)方案及元器件介紹

2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案

數(shù)碼錄音放音系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的錄音、播放與停止、快進(jìn)與快退、刪除、播放選擇以及能顯示相關(guān)信息。要實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的錄音、播放與停止、快進(jìn)與快退、刪除、播放選擇的方法很多，可供選擇的器件也很多。由于單片機(jī)等微控制器的出現(xiàn)和數(shù)字電路技術(shù)的發(fā)展，使得現(xiàn)在語(yǔ)音的錄音與放音、快進(jìn)與快退變得易于實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為微控制器。選用字長(zhǎng)為8位的STC89C52單片機(jī)作為控制器。

目前能與單片機(jī)配合使用實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的語(yǔ)音芯片有很多，其中不乏性能優(yōu)越的語(yǔ)言芯片。ISD公司生產(chǎn)的ISD4004語(yǔ)音芯片就是一款性能優(yōu)越的語(yǔ)音芯片。ISD4004芯片采用CMOS技術(shù)，內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動(dòng)靜噪及高密度多電平閃爍存貯陣列。引腳包括電源、時(shí)鐘、語(yǔ)音信號(hào)模擬輸入／輸出端、與MCU接口(SPI接口)幾部分。芯片采用多電平直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù)，每個(gè)采樣值直接存貯在片內(nèi)閃爍存貯器中，因此能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語(yǔ)音。

ISD4004系列單片錄放時(shí)間為8～16 min，采樣頻率可為4．0／5．3／6．4／8．0 kHz，頻率越低，錄放時(shí)間越長(zhǎng)，而音質(zhì)則有所下降。芯片設(shè)計(jì)基于所有操作必須由微控制器控制，操作命令可通過(guò)串行通信接口(SPI或Mi—crowire)送入。由于ISD4004的眾多優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)就采用它作為錄放音器件。

數(shù)碼錄音放音系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要有六個(gè)部分，錄音模塊部分、放大器部分、控制處理部分、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分、中斷按鍵部分、顯示部分。如圖2-1所示。

以STC89C52單片機(jī)作為主控器，通過(guò)ISD4004語(yǔ)音芯片進(jìn)行語(yǔ)音的錄制與播放。由語(yǔ)音采集電路采集的經(jīng)過(guò)ISD4004的處理與保存，錄好的語(yǔ)音信息再通過(guò)LM386功放進(jìn)行信號(hào)的放大再播放。中斷按鍵與單片機(jī)相連接通過(guò)單片機(jī)的控制從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。LCD1602與單片機(jī)配合顯示數(shù)碼錄音放音系統(tǒng)的各種信息。以上為本次設(shè)計(jì)的電路設(shè)計(jì)總體方案。

2.2主要器件介紹

2.2.1 ISD4004語(yǔ)音芯片

ISD4004語(yǔ)音芯片與其他類型語(yǔ)音芯片相比, ISD4004具有如下優(yōu)點(diǎn): 首先是記錄聲音沒(méi)有段長(zhǎng)度限制, 并且聲音記錄不需要A/D 轉(zhuǎn)換和壓縮。其次, 片內(nèi)信息存于FLASH存貯器中,可在斷電情況下保存100 年(典型值),反復(fù)錄音10 0000次。此外ISD4004具有記錄時(shí)間長(zhǎng)(8-16分鐘, 本次設(shè)計(jì)采用的為8分鐘的ISD4004語(yǔ)音芯片)的優(yōu)點(diǎn)。最后ISD4004開發(fā)應(yīng)用還具有所需搭配的電路較為簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。ISD4004芯片管腳如圖2-2所示。

芯片采用的多電平直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù), 每個(gè)采樣值直接存貯在片內(nèi)FLASH存貯器中,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,避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和"金屬聲"?；谝陨系膬?yōu)點(diǎn)，這也是我這次論文選擇該語(yǔ)音芯片的原因。

ISD4004芯片有如下特點(diǎn)：

（1）單片8至16分鐘語(yǔ)音錄放。

（2）內(nèi)置微控制器串行通信接口。

（3）3.3V單電源工作。

（4）多段信息處理。

（5）工作電流25-30mA,維持電流1μA。

（6）不耗電信息保存100 年(典型值)。

（7）高質(zhì)量、自然的語(yǔ)音還原技術(shù)。

（8）100000次錄音周期(典型值)。

（9）自動(dòng)靜噪功能。

（10）片內(nèi)免調(diào)整時(shí)鐘,可選用外部時(shí)鐘。

電源(VCCA,VCCD)：為使噪聲最小,芯片的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線,并且分別引到外封裝的不同管腳上,模擬和數(shù)字電源端最好分別走線,盡可能在靠近供電端處相連,而去耦電容應(yīng)盡量靠近器件。

地線(VSSA,VSSD)：芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線。

同相模擬輸入(ANA IN+)：這是錄音信號(hào)的同相輸入端。輸入放大器可用單端或差分驅(qū)動(dòng)。單端輸入時(shí),信號(hào)由耦合電容輸入,最大幅度為峰峰值32mV,耦合電容和本端的3KΩ電阻輸入阻抗決定了芯片頻帶的低端截止頻率。差分驅(qū)動(dòng)時(shí),信號(hào)最大幅度為峰峰值16mV，為ISD33000 系列相同。

反相模擬輸入(ANA IN-) ：差分驅(qū)動(dòng)時(shí),這是錄音信號(hào)的反相輸入端。信號(hào)通過(guò)耦合電容輸入,最大幅度為峰峰值16mV

音頻輸出(AUD OUT) ：提供音頻輸出,可驅(qū)動(dòng)5KΩ的負(fù)載。

片選(SS) ：此端為低,即向該ISD4004 芯片發(fā)送指令，兩條指令之間為高電平。

串行輸入(MOSI)：此端為串行輸入端，主控制器應(yīng)在串行時(shí)鐘上升沿之前半個(gè)周期將數(shù)據(jù)放到本端,供ISD 輸入。

串行輸出(MISO)： ISD 的串行輸出端。ISD 未選中時(shí),本端呈高阻態(tài)。

串行時(shí)鐘(SCLK)：ISD 的時(shí)鐘輸入端,由主控制器產(chǎn)生,用于同步MOSI 和MISO 的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)在SCLK上升沿鎖存到ISD,在下降沿移出ISD。

中斷(/INT)：本端為漏極開路輸出。ISD 在任何操作(包括快進(jìn))中檢測(cè)到EOM 或OVF 時(shí),本端變低并保持。中斷狀態(tài)在下一個(gè)SPI 周期開始時(shí)清除。中斷狀態(tài)也可用RINT 指令讀取。OVF 標(biāo)志----指示ISD的錄、放操作已到達(dá)存儲(chǔ)器的末尾。EOM 標(biāo)志----只在放音中檢測(cè)到內(nèi)部的EOM 標(biāo)志時(shí),此狀態(tài)位才置1。

行地址時(shí)鐘(RAC)：漏極開路輸出。每個(gè)RAC 周期表示ISD 存儲(chǔ)器的操作進(jìn)行了一行(ISD4004 系列中的存貯器共2400 行)。該信號(hào)175ms 保持高電平,低電平為25ms?？爝M(jìn)模式下,RAC 的218.75μs 是高平,31.25μs 為低電平。該端可用于存儲(chǔ)管理技術(shù)。

外部時(shí)鐘(XCLK)：本端內(nèi)部有下拉元件。芯片內(nèi)部的采樣時(shí)鐘在出廠前已調(diào)校,誤差在 +1%內(nèi)。商業(yè)級(jí)芯片在整個(gè)溫度和電壓范圍內(nèi), 頻率變化在+2.25%內(nèi)。此時(shí)鐘已經(jīng)比較精準(zhǔn)，所以一般不采用外接時(shí)鐘。在不外接地時(shí)鐘時(shí),此端必須接地。

自動(dòng)靜噪(AMCAP)：當(dāng)錄音信號(hào)電平下降到內(nèi)部設(shè)定的某一閾值以下時(shí),自動(dòng)靜噪功能使信號(hào)衰弱,這樣有助于養(yǎng)活無(wú)信號(hào)(靜音)時(shí)的噪聲。通常本端對(duì)地接1mF 的電容,構(gòu)成內(nèi)部信號(hào)電平峰值檢測(cè)電路的一部分。檢出的峰值電平與內(nèi)部設(shè)定的閾值作比較,決定自動(dòng)靜噪功能的翻轉(zhuǎn)點(diǎn)。大信號(hào)時(shí),自動(dòng)靜噪電路不衰減,靜音時(shí)衰減6dB。1mF 的電容也影響自動(dòng)靜噪電路對(duì)信號(hào)幅度的響應(yīng)速度。本端接VCCA 則禁止自動(dòng)靜噪。

ISD4004 工作于SPI 串行接口。SPI 協(xié)議是一個(gè)同步串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,協(xié)議假定微控制器的SPI 移位寄存器在SCLK 的下降沿動(dòng)作,因此對(duì)ISD4004 而言,在時(shí)鐘止升沿鎖存MOSI 引腳的數(shù)據(jù),在下降沿將數(shù)據(jù)送至MISO 引腳。協(xié)議的具體內(nèi)容為：

1. SS 在傳輸期間必須保持為低電平,在兩條指令之間則保持為高?? 電平。
2. 數(shù)據(jù)在時(shí)鐘上升沿移入,在下降沿移出。
3. 4.SS 變低,輸入指令和地址后,ISD 才能開始錄放操作。
4. 指令格式是(8 位控制碼)加(16 位地址碼)。
5. ISD 的任何操作(含快進(jìn))如果遇到EOM 或OVF,則產(chǎn)生一個(gè)中斷,該中斷狀態(tài)在下一個(gè)SPI 周期開始時(shí)被清除。
6. 使用"讀"指令使中斷狀態(tài)位移出ISD 的MISO 引腳時(shí),控制及地址數(shù)據(jù)也應(yīng)同步從MOSI 端移入。因此要注意移入的數(shù)據(jù)是否與器件當(dāng)前進(jìn)行的操作兼容。當(dāng)然,也允許在一個(gè)SPI 周期里,同時(shí)執(zhí)行讀狀態(tài)和開始新的操作
7. 所有操作在運(yùn)行位(RUN)置1 時(shí)開始,置0 時(shí)結(jié)束。
8. 所有指令都在SS 端上升沿開始執(zhí)行。

該芯片的上電順序：器件延時(shí)TPUD后才能開始操作。因此,用戶發(fā)完上電指令后,必須等待 TPUD,才能發(fā)出一條操作指令。

例如從00 從處發(fā)音，應(yīng)遵循如下時(shí)序:

1. 發(fā)POWERUP 命令；
2. 等待TPUD(上電延時(shí))；
3. 發(fā)地址值為00 的SETPLAY 命令；
4. 發(fā)PLAY 命令器件會(huì)從此00 地址開始放音,當(dāng)出現(xiàn)EOM 時(shí),立即中斷，停止放音。

如果從00處錄音，則按以下時(shí)序:

1. 發(fā)POWERUP命令；
2. 等待TPUD(上電延時(shí))；
3. 發(fā)POWERUP命令
4. 等待2倍TPUD；
5. 發(fā)地址值為00的SETREC命令；
6. 發(fā)REC命令，器件便從00地址開始錄音,一直到出現(xiàn)OVF(存貯器末尾)時(shí),錄音停止。

表2-3 ISD4004指令表

2.2.2 LCD1602液晶顯示

LCD1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊，它有若干個(gè)5X7或者5X10等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔每行之間也有也有間隔起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱?，所以他不能很好的顯示圖形。目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。

一般的LCD1602字符型液晶顯示器的內(nèi)部控制器大部分為HD44780，能夠顯示英文字母、阿拉伯?dāng)?shù)字、日文片假名和一般性符號(hào)。

LCD1602是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊。一般1602字符型液晶顯示器實(shí)物如圖2-4如下。

圖2-4 LCD1602實(shí)物圖

LCD1602具有如下特性：

（1）+5V電壓，對(duì)比度可調(diào)

（2）內(nèi)含復(fù)位電路

（3）提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能

（4）有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器DDRAM

（5）內(nèi)建有160個(gè)5X7點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器CGROM

（6）8個(gè)可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM

2.2.3 STC89C52RC單片機(jī)

STC89C52RC是宏晶科技公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52RC使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52RC為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 STC89C52RC 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選。其引腳圖如圖2-4所示。

其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要組成為：

（1）8位CPU，8kbytes程序存儲(chǔ)器(ROM)；

（2）256bytes的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)；

（3）32條I/O口線，111條指令，大部分為單字節(jié)指令；

（4）21個(gè)專用寄存器；

（5）3個(gè)可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，6個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)；

（6）I/O口：4個(gè)8位并行I/O口，既可用作輸入，也可用作輸出；

（7）T/C：3個(gè)定時(shí)/記數(shù)器，既可以工作在定時(shí)模式，也可以工作在記數(shù)

圖2-5 STC89C52引腳圖

模式；

（8）一個(gè)全雙工UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行I/O口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與微機(jī)之間的串行通信；

（9）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高振蕩頻率為12M。

2.2.4 LM386音頻功率放大器

LM386是國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類產(chǎn)品。為使外圍元件最少，電壓增益內(nèi)置為20。但在1腳和8腳之間增加一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調(diào)為任意值，直至 200。LM386的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式，原理圖如圖2-6所示。

圖2-6 LM386芯片

特性：

（1）靜態(tài)功耗低，約為4mA，可用于電池供電；

（2）工作電壓范圍寬，4-12V or 5-18V；

（3）外圍元件少；

（4）電壓增益可調(diào)，20-200；

（5）低失真度；

3 ?硬件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)各部分電路設(shè)計(jì)

3.1.1單片機(jī)最小系統(tǒng)電路

單片機(jī)最小系統(tǒng)，也稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，它是指由最少元件組成可以使單片機(jī)正常工作的系統(tǒng)。單片機(jī)最小系統(tǒng)大致包括電源電路、復(fù)位電路、晶振電路三部分組成。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如圖3-1所示。

圖3-1單片機(jī)最小系統(tǒng)

電源電路：作為電子元器件，單片機(jī)也是需要供電的。單片機(jī)供電有一個(gè)范圍，本系統(tǒng)使用的STC89C52單片機(jī)，它一般使用5V電源。在使用的時(shí)候，可以從USB接口當(dāng)中獲取5V電源。為此搭建了電源電路如圖3-2所示。

圖3-2電源電路

復(fù)位電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)通電需要復(fù)位一次，因此，復(fù)位電路也是單片機(jī)最小系統(tǒng)的一部分。由電容C1與電阻R07組成的復(fù)位電路。單片機(jī)通常有一個(gè)低電壓復(fù)位引腳，即當(dāng)輸入到低電平時(shí)，單片機(jī)復(fù)位。當(dāng)電阻給電容器充電時(shí)，電容器的電壓緩慢上升到VCC。當(dāng)芯片復(fù)位腳接近低電平時(shí)，芯片復(fù)位接近VCC，因此芯片停止復(fù)位并完成復(fù)位。

晶振電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)正常工作是需要一個(gè)時(shí)鐘的，因此需要在晶振引腳外接一個(gè)晶振。單片機(jī)有兩個(gè)引腳為外部晶振的輸入口，晶振的兩端接這兩個(gè)IO口。把晶振直接的連接在IO口上會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，因?yàn)樵诰д駟⒄褚凰查g會(huì)產(chǎn)生電感，為了消除電感帶來(lái)的干擾，可分別在晶振的兩端接電容到地，這兩個(gè)電容取值在10~33P之間即可，從而讓晶振工作的時(shí)候更加穩(wěn)定。

3.1.2 LCD1602顯示電路

數(shù)據(jù)端口D0至D7與單片機(jī)P0.0至P0.7的I/O口相連用于數(shù)據(jù)的傳輸，數(shù)據(jù)/命令選擇RS與單片機(jī)P2.7相連，讀/寫選擇接電源地線（高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作）。使能端E連接單片機(jī)P2.6口。由單片機(jī)P2.6與P2.7端進(jìn)行控制。LCD1602顯示電路如圖3-3所示。

圖3-3LCD1602顯示模塊

3.1.3 信號(hào)收集放大處理電路

信號(hào)收集放大處理電路由ISD4004語(yǔ)音芯片與LM386芯片組成。ISD4004語(yǔ)音芯片主要負(fù)責(zé)采集信號(hào)。LM386芯片主要負(fù)責(zé)信號(hào)的放大處理。由于ISD4004語(yǔ)音芯片需要3.3V的電壓供電。因此需要搭建一個(gè)由3.3V的芯片（AMS117-3.3V電源穩(wěn)壓芯片）組成的電路，把5V電壓轉(zhuǎn)成3.3V從而給ISD4004語(yǔ)音芯片供電。3.3V電壓如圖3-4所示。

圖3-4 3.3V電壓電路

片選端口（SS）連接于單片機(jī)P3.6口。串行輸出端口（MOSI）連接于單片機(jī)P3.5口。芯片數(shù)據(jù)地（Vssd）與模擬地（Vssa）全部與地線相接。外部時(shí)鐘（XCLK）連接地線。同相模擬輸入（IN+）與反相模擬輸入（IN-）分別與電容、電阻以及麥克風(fēng)組成信號(hào)采集電路。自動(dòng)靜噪（AMCAP）接電容接地。音頻輸出（AUDOUT）與電位器R22串聯(lián)接與LM386芯片信號(hào)輸入端口進(jìn)行信號(hào)的放大處理。電位器R22的作用是調(diào)節(jié)音量大小。LM386兩個(gè)增益端口1腳與8腳相連，中間串聯(lián)一個(gè)1K電阻與一個(gè)10uF的電容。當(dāng)兩個(gè)增益端口相連10uF的電容時(shí)，電壓放大倍數(shù)為200倍。5腳（Vout）為信號(hào)輸出端口串聯(lián)電容C10連接喇叭可放音。信號(hào)收集放大處理電路如圖3-5所示。

圖3-5信號(hào)收集放大處理模塊

3.1.4 按鍵控制電路? (楷體小四號(hào))

按鍵控制模塊由按鍵開關(guān)S0-S4分別與單片機(jī)的P1.2-P1.6端口連接，用于控制單片機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。S0為錄音條目切換，S1為錄音按鍵，S2為放音按鍵S3為刪除按鍵，S4為退出按鍵。按鍵控制電路如圖3-6所示。

圖3-6按鍵控制模塊

4 ?軟件設(shè)計(jì)

4.1 程序總體設(shè)計(jì)

本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的程序用全部由C語(yǔ)言編寫完成，編程軟件用的是Keli uVision5來(lái)進(jìn)行程序的編寫。編寫程序時(shí)采用多文件編寫方式，運(yùn)用時(shí)在主函數(shù)里調(diào)用即可。

設(shè)計(jì)以MCS-51系列的單片機(jī)作為主控核心，ISD4004做錄放音部分及外部電路組成的一個(gè)數(shù)碼錄音放音系統(tǒng)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)錄音、放音、播放停止、快進(jìn)快退、刪除、顯示相關(guān)信息等功能。

程序設(shè)計(jì)中由以下幾個(gè)主體部分組成，主程序處理部分、按鍵處理部分、ISD4004語(yǔ)音處理部分、LCD1602信息顯示部分。程序以多文件方式進(jìn)行編寫，更易于對(duì)程序的處理與調(diào)用。

程序流程圖如圖4-1所示。

圖4-1程序總體框圖

主程序如下；對(duì)LCD1602進(jìn)行初始化，并顯示上電后的信息，再對(duì)ISD、計(jì)數(shù)器進(jìn)行初始化，打開芯片使能端并延時(shí)。在while循環(huán)中調(diào)用各部分函數(shù)，使之顯示數(shù)碼錄音放音系統(tǒng)的功能。

void main()

{

lcd1602_init();

L1602_string(1,1,"lcd init");

isd_init();

isd_stop();

timer_init();

EA = 1;

delay_ms(10);

while(1)

{

key_handle();

isd4004_handle();

lcd1602_handle();

}

}

4.1.1 ISD錄音程序設(shè)計(jì)

錄音程序設(shè)計(jì)大致為三部分，即通信命令函數(shù)（SendCmd）、自動(dòng)放音函數(shù)（isd_autoplay）、自動(dòng)錄音函數(shù)（isd_autorecord）。

通信命令函數(shù)：內(nèi)容主要包括ISD芯片通信端spi開啟與關(guān)閉，以及錄放音地址的配置，還有命令的調(diào)用。

void SendCmd(unsigned char cmd,unsigned int addr)

{

unsigned char ar;

SS=0; //ss=0,打開spi通信端

delay(5);

ar=(unsigned char)(addr);

spi_send(ar); //發(fā)送地址低位

ar=(unsigned char)(addr>>8);

spi_send(ar); //發(fā)送地址高位

spi_send(cmd);//發(fā)送命令

SS=1;

delay(5);

SCLK=0;

}

自動(dòng)放音函數(shù)：如從00處放音，首先打開串行輸入以及給串行時(shí)鐘，隨即發(fā)POWERUP 命令，并延時(shí)TPUD(上電延時(shí))，再發(fā)地址值為00的SETPLAY命令，命令發(fā)送后芯片便從為00地址開始放音，直到出現(xiàn)了EOM時(shí)放音音結(jié)束。編寫程序參照于ISD4004芯片手冊(cè)上電時(shí)序。

void isd_autoplay(unsigned int addr)

{

SS=0;? //發(fā)送開始

MOSI=0;

SCLK=0;

spi_send(ISDPOWERUP);??? // 上電

SS=1;

delay_ms(50);

SS=0;??? ? //發(fā)送發(fā)音地址

MOSI=0;

SCLK=0;

spisend16(addr);

MOSI=0;//設(shè)置命令

SCLK=0;

spi_send(PLAYSET);

SS=1;

SS=0;

MOSI=0;//放音命令

SCLK=0;

spi_send(PLAYCUR);

SS=1;

}

自動(dòng)錄音函數(shù)：如從00處錄音，首先打開串行輸入以及給串行時(shí)鐘，隨即發(fā)POWERUP 命令，并延時(shí)2倍TPUD(上電延時(shí))，再發(fā)地址值為00的SETREC命令，命令發(fā)送后芯片便從為00地址開始錄音，直到出現(xiàn)了OVF(存貯器末尾)時(shí)錄音結(jié)束。編寫程序參照于ISD4004芯片手冊(cè)上電時(shí)序。

void isd_autorecord(unsigned int addr)

{

SS=0;? //發(fā)送開始

MOSI=0;

SCLK=0;

spi_send(ISDPOWERUP);??? // 上電

SS=1;

delay_ms(50);

SS=0;? //發(fā)送開始

MOSI=0;

SCLK=0;

spi_send(ISDPOWERUP);??? // 上電

SS=1;

delay_ms(50);

SS=0;??? ? //發(fā)送放錄音地址

MOSI=0;

SCLK=0;

spisend16(addr);

MOSI=0;//錄音 設(shè)置命令

SCLK=0;

spi_send(RECSET);

SS=1;

SS=0;

MOSI=0;//錄音 命令

SCLK=0;

spi_send(RECCUR);

SS=1;

}

4.1.2 按鍵控制程序設(shè)計(jì)

正文……(首行縮進(jìn)兩個(gè)字，宋體小四號(hào))

void key_handle(void)

{

key_value = key_scan();

if(key_value != 0)

{

if(mode == 0)

{

if(key_value == 1) //條目選擇

{

if(++num >= 5) num = 1;

}

else if(key_value == 2) //錄音

{

mode = 1;

lock_flag = 1;

}

else if(key_value == 3) //播放

{

mode = 2;

lock_flag = 1;

play_addr_len = 0;

}

else if(key_value == 4) //刪除

{

mode = 3;

lock_flag = 1;

play_addr_len = 0;

}

}

if(key_value == 5) //退出

{

mode = 0;

lock_flag = 1;

}

if(mode == 2)

{

if(key_value == 1) //快進(jìn)

{

isd_autoplay(isd_addr[num-1]+play_addr_len+10);

}

else if(key_value == 2) //快退

{

if(play_addr_len > 10)

{

isd_autoplay(isd_addr[num-1]+play_addr_len-10);

play_addr_len = play_addr_len-10;

}

}

else if(key_value == 3) //暫停

{

isd_stop();

}

else if(key_value == 4) //繼續(xù)

{

if(play_addr_len < 300)

{

isd_autoplay(isd_addr[num-1]+play_addr_len);

}

}

}

}

}

 

5 ?系統(tǒng)測(cè)試

5.1 系統(tǒng)實(shí)物

本數(shù)碼錄音放音系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)物如圖5-1所示。

圖5-1數(shù)碼錄音放音系統(tǒng)

5.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能概況

系統(tǒng)上電之后，按下自鎖開關(guān)LCD1602會(huì)進(jìn)入錄音條目選擇界面。按鍵開關(guān)從左至右功能分別為條目選擇、錄音、播放、刪除、退出。條目選擇共4條，共可以錄音4條語(yǔ)音信息。選擇相對(duì)應(yīng)的條目可以實(shí)現(xiàn)錄音、播放、刪除。

當(dāng)按下錄音鍵后，系統(tǒng)開始錄音。錄音完畢時(shí)，按下退出鍵。再按播放鍵可播放錄音內(nèi)容，同時(shí)第一個(gè)按鍵能實(shí)現(xiàn)快進(jìn)，第二個(gè)按鍵能實(shí)現(xiàn)快退，第三與第四按鍵能實(shí)現(xiàn)繼續(xù)與停止。只有在播放模式下這四個(gè)按鍵才能實(shí)現(xiàn)快進(jìn)、快退、繼續(xù)與停止的功能。

選擇相對(duì)應(yīng)的條目，在按下刪除鍵即可刪去該條目的語(yǔ)音信息。通過(guò)調(diào)節(jié)電位器可以調(diào)節(jié)喇叭音量大小。

5.3 系統(tǒng)的不足及改進(jìn)方式

本系統(tǒng)在播放錄音時(shí)會(huì)有少量的噪音，可能由以下原因造成：

（1）整個(gè)系統(tǒng)完全是手工焊制，線路之間存在干擾；

（2）ISD4004語(yǔ)音芯片的數(shù)字地與模擬地沒(méi)有分別走線，全部接到了一起，存在干擾；

（3）語(yǔ)音輸入放大電路的放大倍數(shù)不夠，噪聲沒(méi)有得到足夠的抑制。

另外由于語(yǔ)音芯片的限制，該錄音芯片時(shí)間過(guò)短，可選取存儲(chǔ)空間大一些的芯片來(lái)取代。該語(yǔ)音芯片也不是數(shù)字信息存儲(chǔ)，不能和PC端交互，在改良時(shí)，可以選取數(shù)字存儲(chǔ)類的芯片。

整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理，外圍電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便調(diào)試；單片機(jī)余留有I／0 口，方便系統(tǒng)的升級(jí)和擴(kuò)展；單片機(jī)的所有程序均使用c一51進(jìn)行編寫，方便調(diào)試和閱讀。整個(gè)系統(tǒng)工作穩(wěn)定，操作方便。本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原理完全可以用在公共汽車上，作為語(yǔ)音報(bào)站器使用，也可以用在銀行和醫(yī)院等一些需要自動(dòng)播報(bào)語(yǔ)音信息的公共場(chǎng)所。在本設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上稍加擴(kuò)充，就可以滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。

ISD4004語(yǔ)音芯片沒(méi)有刪除指令。

6 結(jié)論

幾個(gè)月的努力，雖然過(guò)程磕磕絆絆，但最終還是把畢業(yè)設(shè)計(jì)順利完成了。回顧整個(gè)過(guò)程中，一開始根本就不知道到自己要做的是什么，有些時(shí)候都懷疑自己是否有能力完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。從開始找資料分析，選擇方案確定器件。回顧一開始選題時(shí)，并沒(méi)有去細(xì)致的查資料挑選，只是想著隨便選一個(gè)題目就好了，可以說(shuō)毫無(wú)準(zhǔn)備。

 

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