基于单片机的语音录放系统设计 精品Word文档下载推荐.docx
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目前，语音合成、语音识别、语音存储和回放技术的应用越来越广泛，尽管利用一般的单片机测控系统中都有的硬件电路（如A/D、D/A、存储器等）能完成语音信号的数字化处理，但是功能比较单一、且效果不是很好，所以基于单片微机和语音芯片系统的应用越来越广泛，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等。
本设计用单片机和录放时间达60秒的数码芯片ISD2560设计了一个智能语音录放系统。
关键词：
单片微机数码语音芯片智能
目录
第一章绪论………………………………………………………………………1
第二章ISD2560芯片介绍…………………………………………………………2
2.1语音芯片的选取………………………………………………………………2
2.2语音芯片ISD2560简介………………………………………………………3
2.3语音芯片引脚功能介绍………………………………………………………4
第三章电路原理图及说明………………………………………………………9
3.1复位电路……………………………………………………………………9
3.1.1复位电路的作用…………………………………………………………9
3.1.2基本的复位方式…………………………………………………………10
3.2时钟电路……………………………………………………………………11
3.3单片机与语音芯片部分外围接线…………………………………………12
第四章语音录放工作流程……………………………………………………15
4.1硬件流程……………………………………………………………………15
4.2软件流程……………………………………………………………………17
第五章程序说明………………………………………………………………19
第六章结语……………………………………………………………………25
第七章致谢……………………………………………………………………26
第八章参考文献………………………………………………………………27
第一章绪论
在声学领域，单片机技术与各种语音芯片相结合，即可完成语音的合成技术，使得单片机语音系统的实现成为可能。
所谓语音芯片，就是在人工或者控制器的控制下可以录音和放音的语音芯片,但语音信号是模拟量（语音芯片存储和播放声音的基本工作方式为：
声音→模拟量→A/D→存储→D/A→模拟量→播放）。
采用此方法的语音芯片外围电路比较复杂，声音质量也有一定失真。
而另一类语音芯片采用ROM存储方法，将模拟量语音数据直接写入半导体存储单元中，不需另加变换电路，使用方便，且语音音质自然，利用数字语音电路来实现语音信号的记录、存储、还原等任务。
数字语音电路是一种集语音合成技术、大规模集成电路技术以及微控制器为一体的并在近十几年迅速发展起来的一种新型技术。
语音集成电路与微处理器相结合，具有体积小、扩展方便等特点，具有广泛的发展前景，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。
本文所设计的录放及循环放音系统，其微控制器采用的是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能8位CMOS单片机AT89C51，片内含8k字节的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256字节的随机存取数据存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，适合于许多较为复杂控制应用场合。
数码语音芯片选用的是ISD2500系列单片语音录放集成电路ISD2560，它具有抗断电、音质好，使用方便，无须专用的开发系统等优点。
录音时间为60s，能重复录放达10万次。
芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术，省去了A/D、D/A转换器。
每个采样值直接存储在片内单个EEPROM单元中，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”
本例即采用这种模拟语音数据直接存储语音芯片设计基于单片机的语音录放系统。
第二章ISD2560芯片介绍
2.1语音芯片的选取
目前市场上流行的语音芯片有很多，从性价比的角度考虑，美国ISD公司的ISD芯片系列语音芯片可谓一枝独秀。
ISD芯片的地址以信息段为基本组成单元，只要在分段录、放音操作前（不少于300ns），给地址A0～A9赋值，录音及放音功能均会从设定的起始地址开始，录音结束由录音键操作决定，芯片内部自动在该段的结束位置插入结束标志（EOM）；
而放音时芯片遇到EOM标志即自动停止放音。
图2.1为ISD系列产品的基本框图。
在一块芯片上集成有麦克风前置放大器、自动增益控制电路、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。
其外部元件包括：
麦克风、扬声器、开关和少数几个电阻、电容，再加上电源或电池，就可构成一个完整的语音录放系统。
在只需要播放语音信息的应用系统中，可直接外接扬声器，而无需外接其它器件。
图2.1ISD串行接口基本框图
ISD语音芯片目前有ISD1000、ISD1100、ISD1200／1400、ISD2500、ISD3340和ISD4000系列，本设计采用的是2500系列中的ISD2560芯片。
ISD2560具有10个地址输入端，寻址能力可达1024位，前600个地址用于直接存取语音，地址600～767未使用，地址768～1024为工作模式选择用，因此最多能分600段；
设有OVF（溢出）端，便于多个器件级联；
单片存储时间为60秒，直接存储模拟语音信号。
ISD2560语音芯片具有以下优点：
（1）采用模拟数据在半导体存储器中直接存储的专利技术，模拟语音数据直接写入单个存储单元，不需要经过A/D、D/A转换。
（2）内部集成了大容量的EEPROM，不再需要扩展存储器。
（3）控制简单，控制引脚与TTL电平兼容
（4）集成度高、使用方便。
（5）能较好地真实再现语音的自然效果，避免了一般固体语音电路因为量化和压缩所造成的量化噪声和失真现象。
因此，本实验选用ISD2560语音芯片。
2.2语音芯片ISD2560简介
该芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术，每个采样值可直接存储在片内单个ROM单元中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声，从而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”，该器件的采样频率为8kHz，同一系列的产品采样频率越低，录放时间越长，但通用频带和音质会有所降低。
ISD2560可重复录放10万次，它是一种永久记忆型语音
录放电路，它有音质自然，使用方便、单片存放、反复录音、低功耗、抗断电等许多特点，因此在许多领域获得了广泛的应用。
ISD2560省去了A/D和D/A转换器，集成度较高，内部包括前置放大器、内部时钟、定时器、采样时钟、滤波器、自动增益控制、逻辑控制、模拟收发器、解码器和480KB的ROM。
ISD2560内部ROM存储单元均匀分为600行，有600个地址单元，每个地址单元指向其中一行，每个地址单元的地址分辨率为100ms。
此外，ISD2560还具备微控制器所需的控制接口。
通过操作地址和控制线可完成不同的任务，以实现复杂的信息处理功能，如信息的组合、连接、设定固定的信息段和信息管理等。
ISD2560可不分段，也可按最小段长为单位来任意组合分段。
ISD2560的主要功能特性如下：
（1）易实现单片语音录放
（2）高质量、自然地语音还原技术
（3）人工控制或者微控制器控制声音播放，内置微控制器串行通信接口
（4）录音存放在芯片上的非易失内存单元中，提升零功耗信息存储，去
除了电池备份电路。
（5）信息可无电保存100年。
（6）+5V供电
2.3语音芯片引脚功能介绍
语音芯片选用ISD公司的ISD2560，它共有3种封装形式：
32脚的TSOP封装、28脚的DIP封装和28脚的SOIC封装。
本例选用SOIC封装，其引脚分布如图2.3。
图2.3ISD2560的引脚排列
表2.3-1ISD2560引脚功能描述
引脚序号
引脚名称
功能
1~7
A0/M0~A6/M6
地址线
8~10
A7~A9
11
AUXIN
当/CE和P/-R为高,放音不进行,或处入放音溢出状态时,本端的输入信号通过内部功放驱动喇叭输出端。
12,13
VSSD、VSSA
数字地和模拟地，这两脚最好在引脚焊盘上相连。
14,15
SP+、SP-
扬声器输出。
16,28
VCCA、VCCD
模拟电源、数字电源，尽可能在靠近供电端处相连。
17
MIC
本端连至片内前置放大器，外接话筒应通过串联电容耦合到本端，耦合电容值和本端的10KΩ输入电阻（如图2）决定了芯片频带的低频截止点。
18
MICREF
本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。
19
AGC
AGC动态调整前置增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时失真都能保持最小。
响应时间取决于本端的5KΩ输入阻抗外接的对地电容（即图2中C2）的时间常数。
释放时间取决于本端外接的并联对地电容和电阻（即图2中R5和C2）的时间常数。
470KΩ和4.7uF的标称值在绝大多数场合下可获得满意的效果.
20
ANAIN
本端为芯片录音信号输出。
对话筒输入来说ANAOUT端应通过外接电容连至本端。
21
ANAOUT
前置放大器的输出.前置电压增益取决于AGC端电平
22
/OVF
芯片处于存储空间末尾时本端输出低电平脉冲表示溢出，之后本端状态跟随/CE端的状态，直到PD端变高。
本端可用于级联。
23
/CE
本端变低后（而且PD为低），允许进行录放操作。
芯片在本端的下降沿锁存地址线和P/R端的状态。
24
PD
本端拉高使芯片停止工作，进入不耗电的节电状态，芯片发生溢出，即/OVF端输出低电平后，要将本端短暂变高复位芯片，才能使之再次工作。
25
/EOM
EOM标志在录音时由芯片自动插入到该信息的结尾。
放音遇到EOM时，本端输出低电平脉冲。
芯片内部会检测电源电压以维护信息的完整性，当电压低于3.5V时，本端变低，芯片只能放音。
26
XCLK
外部时钟。
本端内部有下拉元件，不用时应接地。
27
P/R
本端状态在/CE的下降沿锁存。
高电平选择放音，低电平选择录音。
录音时，由地址端提供起始地址，录音持续到/CE或PD变高，或内存溢出；
如果是前一种情况，芯片自动在录音结束处写入EOM标志。
放音时由地址端提供起始地址，放音持续到EOM标志。
如果/CE一直为低，或芯片工作在某些操作模式，放音会忽略EOM，继续进行下去。
ISD2560内置若干种操作模式，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。
具体操作模式见表2.3-2。
操作
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