基于单片机AT89s51的录放音系统的设计.doc
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目录
1绪论 1
1.1设计课题的背景和意义 1
1.2国内外发展现状 1
1.3设计要求 2
1.4论文的主要工作 2
2系统的硬件设计 3
2.1语音录放音系统硬件电路设计 3
2.2AT89C51芯片的特点及工作原理 3
2.2.1AT89C51引脚功能 4
2.3ISD4004芯片引脚及功能介绍 6
2.3.1ISD4004芯片的主要特点 6
2.3.2ISD4004的芯片引脚图 6
2.3.3ISD4004芯片引脚特点和功能表 7
2.3.4ISD4004的内部结构 8
2.4SPI串行外部接口 8
2.4.1SPI串行控制端口 8
2.4.2SPI控制寄存器 8
2.4.3SPI的接口指令功能表 9
2.5系统的功能实现 9
2.5.1硬件电路连接图 10
3系统软件的设计 11
3.1语音录放系统的软件设计程序流程 11
3.2录放音程序的设计流程图 11
3.2.1录音子程序流程图 11
3.2.2停止录音程序流程图 11
3.2.3放音子程序流程图 12
4设计结果演示 12
4.1设计结果演示图 13
5结束语 13
参考文献：
13
基于单片机的录放音系统的设计
李玲
（渭南师范学院物理与电气工程学院电子信息科学与技术专业10级1班）
摘要：
本文设计一个基于单片机AT89C51的语音录放音系统，介绍了芯片AT89C51和ISD4004的引脚特点和功能及SPI的串行外部接口的应用，ISD4004采用直接模拟量存储技术推出的语音录放器件，该系统主要由单片机的控制语音芯片ISD4004通过SPI外部串行接口来实现语音系统的录放功能。
关键词：
AT89C51；语音录放；SPI串行外部接口；ISD4004；
1绪论
人类早期的语音系统是通过磁带的记录、存储实现语音系统的录放，现在市场上基于这一原理的电子厂品已经为数不多，主要在于这些产品的体积较大携带不便、成本较高、适用范围受到了一定的限制，单片机则很好的解决了这一问题。
本文主要介绍了一种基于单片机AT89C51的语音录放音系统的实现与设计，该设计主要是将微处理器和语音芯片ISD4004相结合来进行语音的录放实现，ISD4004语音芯片是一种长久记忆性的语音芯片，其音质清晰自然、使用方便、反复录放、单片存储、低功耗、低电压、不怕掉电、存储量大等优点，因此在电子产业得到了广泛的认同和应用。
此设计简单易行、使用方便、开发周期短、成本低廉，具有较好的扩展性和较高的实现性。
1.1设计课题的背景和意义
随着社会和科技的进步，语音系统的应用早已被人们所熟知，其在民航、金融、航海、公安、铁路、银行一些部门对语音录放系统的需求也与日俱增。
语音系统生成技术用于多媒体查询系统、自动应答系统、工业监控系统、自能仪表和家用电器中，使它们具有相应的语音输出功能，在适当的时候用语音实时报告系统的工作状态、提示信息、警告信息等，提高人机的通信功能、减少对错误处理信息的遗漏、提高整个系统性能、降低人类的工作强度、提高工作效率等方面都大有裨益。
单片机具有很高的可靠性、高性价比、低功耗、低电压等优点使其在电子产业迅速发展并得到强有力的推广，广泛的应用于数据采集系统机通讯设备、工业自动化控制、治安报警系统、智能化仪器仪表、高档电子礼品、日常消费类产品、语音讲解系统、智能玩具等，利用单片机实现语音的录放具有很大的研究价值和发展前景。
1.2国内外发展现状
语音始终是人们从事各种社会活动最重要、最基本、最有效的交流工具之一，人们早期的交流沟通是通过语音来完成的，因此语音对于整个社会的进步和人类生存的发展起着不可或缺的作用。
我们从出生到终老都在不停地学习应用它，从中学物理课本中声音的特性，到现在我们在大学课本中的所学习研究的基于单片机的语音采集系统。
毫无疑问语音是很好的信息媒介的载体，我们一直都在付出很大的努力在试图去扑捉它，去保存它，去完善它。
从早期的留声机到现在的磁带、磁芯、磁盘、激光唱片等各种保存原生的载体。
虽然早期发明的一些语音的存储与回放装置在过去都扮演着很重要的角色，但是它们本身都存在着很多的缺点，如体积大、成本高和机械磨损、介质损耗、耗电多等。
然而通过人们不断的努力，在上世纪中期语音集成电路的诞生，为语音技术的合成开创了新纪元。
近几年来随着集成电路技术的迅猛发展，尤其是单片机与语音相互结合形成单片机的语音采集系统，使语音技术在电子市场上从锦上添花的点缀，成为真真切切的为用户提供方便的重要特征与功能，也成为衡量电子电器产品智能化的一个重要标志。
目前在国内外，语音技术已经得到了广泛的应用和好评。
1.3设计要求
1）熟悉电路的工作原理；
2）掌握电路的元器件的识别与应用；
3）熟悉电路的简单调试方法；
4）熟悉电路简单的故障分析法；
5）论文符合格式、字数的基本要求，内容要充实，图片要严谨；
1.4论文的主要工作
本文主要用按键功能来实现电路的操作，用微处理器控制语音芯片ISD4004进行系统的录放音，通过SPI接口实现，录音时，将麦克风输入的音频信号经过放大器处理，在语音芯片ISD4004完成信号的存储和转换。
然后通过SPI串行外部端口传送至AT89C51单片机控制其进行录音，放音时，由AT89C51单片机通过SPI串行外部端口控制ISD4004进行放音，最后通过音频放大电路对信号放大输送给扬声器进行语音的录放。
1）初始化部分：
单片机控制语音芯片ISD4004的初始化。
该程序主要是完成单片机系统与语音芯片ISD4004的初始化，使得整个语音系统能够自然有序的进行下去。
2）单片机控制部分：
此部分主要完成单片机与ISD4004语音芯片的连接和对ISD4004语音芯片的控制功能，并根据系统单片机发送的命令形式作出一定的操作。
3）录音程序部分：
此部分主要是对语音芯片ISD4004进行录音控制，延时操作程序，复位操作程序等。
4）放音程序部分：
此部分主要是对语音芯片ISD4004进行放音控制，延时操作程序，复位操作程序等。
2系统的硬件设计
2.1语音录放音系统硬件电路设计
该系统的硬件电路部分主要由单片机AT89C51，三极管放大电路，音频放大电路，ISD4004语音芯片，时钟电路，录放指示灯，录放按键及扬声器构成。
图1-1为其硬件结构框
图1硬件结构框
该系统的核心是AT89C51系统，控制ISD4004芯片的存储和还原通过SPI外部串行接口实现语音的录放功能。
2.2AT89C51芯片的特点及工作原理
AT89C51单片机是一种集成度很高的芯片，其包括微处理器、256字节的数据存储器RAM、4KB程序存储器ROM、I/O口、定时器、串行接口、中断系统等电路集成在一块芯片上构成单片微型计算机。
由于体积轻巧，携带方便、成本低廉使得它在很多领域得到大范围的应用。
它具有两个16位定时器/计数器，5个中断源，具有低功耗的闲置和掉电模式，片内有振荡器、复位电路、时钟电路。
此外，AT89C51配置的振荡频率为0Hz，通过软件设置省电模式。
空闲模式下，处理器中止工作，然而数据存储器、串行输入/输出口、定时计数器、外部中断系统可以继续工作，掉电模式冻结振荡器从而保存数据存储器的数据，停止芯片其它功能申请处理直到硬件复位或着外部中断激活。
此芯片具有TQFP、PLCC和PDIP多种封装形式，用来适应市场不同的产品需求。
图2AT89C51的引脚结构
2.2.1AT89C51引脚功能
40个引脚按功能分为：
（1）电源和时钟引脚—VCC、VSS，XTAL1、XTAL2。
（2）控制引脚—PSEN、ALE/PROG、EA/VPP、RST（RESET）。
（3）I/0口引脚―PO、Pl、P2、P3为8位4个I/O口的外部引脚。
下面根据AT89C51图介绍其各引脚的功能。
Ⅰ电源和时钟引脚
1）主电源引脚接入单片机的工作电源。
① VCC（40引脚）：
接+5V电源。
② VSS（20引脚）：
接数字地（接+5V电源地端）。
2）时钟引脚
① XTAL1（19引脚）：
时钟发生器电路和单片机内振荡器反相放大器的输入端。
当采用外接时钟时，其引脚外接时钟振荡器的信号；当使用单片机内部振荡电路时，其引脚外接石英晶体及微调电容。
② XTAL2（18引脚）：
片内振荡器反相放大器的输出端。
当单片机片内振荡器使用时，该引脚外接石英晶体及微调电容；当采用外部时钟源时，该引脚悬空。
Ⅱ控制引脚
1）RST（RESET，9引脚）：
该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端（复位信号输入端，高电平有效）。
在该引脚出现持续时间两个机器周期的高电平，单片机实现复位操作，是单片机回复到初始状态。
单片机正常工作时，该引脚应为小于等于0.5V的低电平。
2）EA/VPP（31引脚）：
EA为片外程序存储器选用端。
该引脚为低电平时，选用片外程序储存器，高电平或悬空时选用片内程序存储器
3）ALE/PROG（30引脚）：
地址锁存信号输出端，ALE在每个机器周期内输出两个脉冲，ALE为CPU访问外部程序存储器ROM或外部数据存储器RAM提供一个地址锁存信号，将低8位地址锁存在片外的地址锁存器中。
4）PSEN（29引脚）：
片外程序存储器的读选通信号输出端，低电平有效。
在从外部程序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期信号有效两次，通过数据总线P0口读回指令和常数。
在访问片外程序存储期间，PSEN信号不出现。
Ⅲ并行I/O口引脚
1）P0口（P0.0~P0.7,39~32引脚）：
P0是一个8位漏级开路双向I/O口。
2）P1口（P1.0~P1.7,1~8引脚）：
P1是具有上拉电阻的8位准双向I/O口。
3）P2口（P2.0~P2.7,21~28引脚）：
P2是一个具有上拉电阻的8位双向I/O口。
4）P3口（P3.0~P3.7,10~17引脚）：
P3是具有8位内部上拉电阻的双向I/O口。
P3口还具有第二功能，也是AT89C51的一些特殊功能口，
P3.0/RXD（串行输入口）；
P3.1/TXD（串行输出口）；
P3.2/INT0（外部中断0请求输入端，低电平有效）；
P3.3/INT1（外部中断1请求输入端，低电平有效）；
P3.4/T0（定时计数器0外部计数脉冲输入端）；
P3.5/T1（定时计数器1外部技术脉冲输入端）；
P3.6/WR（外部数据存储器写信号，低电平有效）；
P3.7/RD（外部数据存储器读信号，低电平有效）；
P3口作为通用的I/O接口时，第二功能输出线为高电平，与非门3的输出取决于锁存器的状态，这是P3口是一个准双向口，它的工作原理、负载能力与P1、P2口相同，P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号[15]。
2.3ISD4004芯片引脚及功能介绍
ISD4004语音芯片是由美国ISD（InformationStorageDevice）公司生产的一种具有较强功能的实现语音录放功能的集成电路。
该器件打破了传统的A/D和D/A转换模式,采用直接模拟量存储技术，是一种的长久的记忆型语音录放集成电路，其可在断电情况下保存100年,工作电压为3V,工作电流25～30mA，维持电流1μA，录音时间一般为8至16分钟，可以重复录放10万次。
该芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术将每个采样值直接存储在片内闪烁存贮器中，因此该语音芯片非常清晰、自然地再现语音、音调、音乐以及效果声，避免了由一般固体录音电路因采样、压缩和量化造成的量化噪声及金属声。
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