基于51单片机录音笔

基于51单片机录音笔

\课程设计报告

课程名称：智能仪器课程设计

题目：基于51单片机录音笔设计

学院：系：过程装备与测控工程专业：测控技术与仪器

班级：测仪101

学号：

学生姓名：

起讫日期：

指导教师：

目录

摘要 (2)

1 语音录放系统总体设计及主要芯片说明 (3)

1.1总体方案论证 (3)

1.2器件选择 (3)

1.2.1 单片机的选择 (3)

1.2.2 语音芯片选择 (3)

1.3STC89C52芯片说明 (4)

1.3.1 STC89C52的功能特性概述 (4)

1.4ISD1420语音芯片 (4)

1.4.1 ISD1420的引脚功能 (5)

1.4.2 ISD1420的操作模式 (5)

1.4.3 ISD1420的应用电路 (8)

1.5LM386集成功率放大器芯片说明 (8)

1.5.1 LM386电子特性 (8)

1.5.2 LM386的引脚说明 (9)

2硬件电路设计 (10)

2.1系统硬件电路总体设计 (10)

2.2STC89C51的外围电路设计 (10)

2.2.1 晶振电路设计 (10)

2.2.2 复位电路设计 (11)

2.3语音电路设计 (12)

2.4功放电路设计 (13)

3 语音录放系统软件设计 (15)

3.1. 主要变量说明 (15)

3.2. 主程序工作原理及流程图 (15)

3.3. 子程序流程图及代码 (17)

3.3.1 录音子程序 (17)

3.3.2 放音子程序 (18)

3.4. 程序代码： (18)

结束语 (21)

附录1 (22)

摘要

在社会高速发展的今天，由于人们生活学习工作的需要，录音设备在现在起着至关重要的作用。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学习和了解录音设备的原理和结构，并且学习如何将语音合成、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。通过探索决定采用Flash单片机STC89C52及数码语音芯片ISD1420组成的数字化的语音存储与回放系统。单片机是系统的控制中心，它主要实现一方面控

制按键识别和功能选择；另一方面控制ISD1420语音芯片的录音和放音过程，实现语音的存储和回放。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：STC89C52单片机ISD1420语音芯片语音存储

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STC89C51、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。

方案二：直接采用单片机与专用的语音处理芯片ISD1420设计实现语音存储与回放，实现语音的整段录放。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。

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STC89C52，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1-1所示。

表1-1 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 4~6.4 6.4

8

放音触发放音触

发无边缘/电平

电平

工作电压

（V）4.5~5.5 2.7~3.3 4.5~5.5

4.5~

5.5

工作电流

（mA）30 45 30

30

静态电流

（μA）2 无10

10

MIC前置是否否否由上表可以看出，ISD1420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ISD1420作为系统的语音处理芯片参与工作。

1.3 STC89C52芯片说明

STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节

电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。因为功能强大。STC89C52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。

1.3.1 STC89C52的功能特性概述

具有以下标准功能：8k字节Flash，512字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，

RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。

1.4 ISD1420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、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。

ISD1420为美国ISD公司出品的优质单片语音录放电路，由振荡器、语音存储单元、前置放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、输出放大器组成。一个最小的录放系统仅由一个麦克风、一个喇叭、两个按钮、一个电源、少数电阻电容组成。录音内容存入永久存储单元，提供零功率信

息存储，这个独一无二的方法是借助于美国ISD 公司的专利--直接模拟存储技术(DAST TM)实现的。利用它，语音和音频信号被直接存储，以其原本的模拟形式进入EEPROM存储器.直接模拟存储允许使用一种单片固体电路方法完成其原本语音的再现。仅语音质量优胜，而且断电语音保护。

1.4.1 ISD1420的引脚功能

电源（VCCA，VCCD）芯片内部的模拟和数字电路使用不同的电源总线，并且分别引到外封装上，这样可使噪声最小。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，而去耦电容应量靠近芯片。

地线（VSSA，VSSD）芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线，这两个脚最好在引脚焊盘上相连。

录音（/REC）低电平有效。只要/REC变低（不管芯片处在节电状态还是正在放音），芯片即开始录

音。录音期间，/REC必须保持为低。/REC变高或内存录满后，录音周期结束，芯片自动写入一个信息结束标志（EOM），使以后的重放操作可发及时停止。之后芯片自动进入节电状态。

注：/REC的上升沿有50毫秒防颤，防止芯片自动进入节电状态。边沿触发放音（/PLAYE）此端出现下降沿时，芯片开始放音。放音持续到EOM 标志或内存结束，之后芯片自动进入节电状态。开始放音后，可以释放/PLAYE。电平触发放音（/PLAYL）此端出现下降沿时，芯片开始放音。放音持续至端回到高电平，遇到EOM标志，或内存结束。放音结束后芯片自动进入节电状态。注：放音过程中当遇到EOM或内存结束时，如果/PLAYE或/PLAYL仍处在高电平，芯片虽然也进入节电状态（内部震荡器和时钟停止工作），但是由于芯片没有对/PLAYE和/PLAYL的上升沿进行消颤，随后在这两个引脚上出现的下隆沿（例如

释放按键时的抖动）都会触发放音。

录音指示（/RECLED）处于录音状态时，此端为低，可驱动LED。此外，放音遇到EOM标志时，此端输出低电平脉冲。

话筒输入（MIC）此端边至片内前置放大器。片内自动增益控制电路（AGC）将前置增益控制在-15

至24dB。外接话筒应通过串联电容耦合到此端。耦合电容值和此端的10KΩ输入阻抗决定了芯片频带的低频截止点。

话筒参考（MIC REF）此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。

自动增益控制（AGC）AGC动态调节器整前置境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（从耳语到喧哗嚣声）时失真都能保持最小。响应时间取决于此端的5KΩ输入阻抗和外接的对地电容（即线路图中的C6）的时间常数。释放时间取决于此端外接的并联对地电容和电阻（即线路图中R5和C6）的时间常数。470K Ω和4.7uF的标称值在绝对大多数场合下可获得满意的效果。

模拟输出（ANA OUT）前置放大器输出。前置电压增益取决于AGC端的电平。

模拟输入（ANA IN）此端即芯片录音的输入信号。对话筒输入来说，ANA OUT端应通过外接电容

连至本端。该电容和本端的3KΩ输入阻抗给出了芯片频带的附加低端截止频率。其它音源可通过交流耦合直接连至本端。

喇叭输出（SP+、SP-）这对输出端能驱动16Ω以上的喇叭。单端使用时必须在输出端和喇叭间接

耦合电容，而双端输出既不用电容又能将功率提高4倍。录音时，它们都呈高阻态；节电模式下，它们保持为低电平。

外部时钟（XCLK）此端内部有下拉元件，不用时应接地。芯片内部的采样时钟在出厂前已调校，保证了标称的最小录音时间。商业级芯片在整个温度各电压范围内，频率变化在+2.25%内,并保证最小录放时间，所以有些芯片的录放时间比标称的值稍大。工业级芯片在整个温度和电压范围内，频率变化在+5%内，建议使用稳压电源。若要求更高精度或系统同步，可从本端输入外部时钟，频率如表2-1“外部钟频”所示。由于内部的防混淆及平滑滤波器已设定，帮上述持荐的时钟频率不应改变。输入时钟的占空比无关紧要，因为内部首先进行了分频。

地址（A0~A7）地址端有两个作用，取决于最高（MSB）两位A7、A6的状态。当A7或A6有一个为0时，所有输入均释放为地址位，作为当前录放操作的起始地址。地址端只用输入，不输出操作过程的内部地址信息。地址在/PLAYE、/PLAYL、或/REC的下降沿锁存。

1.4.2 ISD1420的操作模式

由于ISD1420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。具体操作模式如表1-2所示。操作模式可由微控制器也可由硬件实现。

表1-2 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：