语音存储与回放系统设计报告.docx

语音存储与回放系统设计报告.docx

《语音存储与回放系统设计报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《语音存储与回放系统设计报告.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

语音存储与回放系统设计报告

语音存储与回放系统设计报告

摘要：

本系统以单片机2051和语音存储芯片ISD1420为核心，包括语音存储、语音回放、模式选择等多个模块。

本系统的特点在于语音存储时间长，可实现单段连续20S存储与回放，及分多段存储与回放，本系统还能实现循环放音的功能。

Abstract:

Inthissystemmicrocontroller2051andvoicestoringchipISD1420areusedasthecore,voicestorie,voicebackplay,modleselectionareincludedinthissystem.Thesystemhasalongvoicestoringtime,singleofstoringandreplayingcanlastfor20second,andseveralparts’srecordingandreplaying,thefunctionofreplayalsocanberealized.

一方案论证

1、总体方案论证

方案一：

以单片机8031为核心器件，以128K的RAM阵列为数据存储器的方法实现本系统的设计。

其实现框图如图1-1

单片机8031的典型时钟为6MHZ，指令周期为2—8us，可在125us采样间隔实行系统工作，并对A/D转换器输出的数字语音信号进行PCM线性编码。

采用此种设计方案存在着两方面的缺点，首先，8031单片机没有内部程序存储器，因而必须扩展外部存储器，这会大大的增加外围电路和硬件成本。

其次，采用PCM线性编码，虽然实施简单、易行且音质比较好，但其转换时每个模拟量的采样都需要一个字节的存储空间，存储利用率太低，且对小信号而言量化噪音干扰大。

方案二：

以单片机89C51为系统的核心器件，并采用DPCM差分脉冲调制法进行调制。

采用此种方案设计其原理基本与方案一相同，采用拾声器采集到自然声，通过放大器和滤波器将其处理成能让A/D转换器处理的波形，再通过A/D转换器将模拟量转换成数字量然后通过微处理器处理将其储存于存储器中，当用到的时候将其通过D/A转换后还原成模拟量在喇叭中放出，就这样实现语音的存储与回放。

和方案一比较方案二采用了89C51单片机为系统的核心器件，89C51单片机具有4K的内部程序存储器，因此可以不必扩展外部程序存储器，可以减少硬件的成本。

而且DPCM差分脉冲调制编码是对信号抽样值和信号预测值进行量化、编码，可以压缩数码率，提高存储空间的利用率，减少了信号的冗余信息。

因此方案二解决了方案一的硬件成本大和存储空间利用率低的缺点。

方案二虽然解决了方案一的缺点，但其也存在着不足之处，由于它采用A/D，D/A转换的方法实现模拟量和数字量之间的相互转换，因此系统对A/D，D/A的采用频率要求非常高，而且对自然音的放大、滤波也有很高的要求，再加上必须扩展大量的外部RAM才能满足语音的存储，所以次方案的设计具有难以实现的缺陷。

方案三：

采用ISD1420语音芯片实现语音的存储，再通过单片机2051对其各种功能模块进行控制。

这样做能大大的减少外围电路，而且ISD1420语音芯片具有20S的存储时间，以足够我们使用。

比较以上的三种方案我们选用方案三。

2、各部分设计方案论证

（1）CPU模块的选择

方案一：

该方案采用8031芯片，但其内部没有程序存储器，需要进行外部扩展，这给电路增加了复杂度。

方案二：

本方案的CPU模块采用8051芯片，其内部有4KB单元的程序存储器，不需外部扩展程序存储器。

方案三：

采用2051单片机，其内部有2KB单元的程序存储器。

在本设计中，由于所采用的语音录放芯片ISD1420本身具有128KB的存储功能，使语音录放不占用CPU内存，2KB的片内ROM已符合系统的存储要求。

所以本设计采用方案三。

（2）复位电路

方案一：

采用最简单的开机复位法，其电路图如下图（1-2-1）

图1-2-1

此电路有接法简单的优点，但此种复位电路一但系统发生错误就无法更正，而且容易受干扰。

方案二：

采用开机与按钮复位法，如图（1-2-2）

图1-2-2

此电路当开机时电源VCC通过10U的电容和8.2K的电阻，使在RESET上保持20ms以上的高电平，使电路复位。

当系统出现错误时还可以通过按键复位，和方案一比较有一定的优点。

方案三：

采用看门狗电路控制。

该方案选用了MAX813L（也可选用IMP813L）。

这种电源监视器件的功耗很低，主要功能有三个：

复位、电源电压监视、看门狗定时器。

其特性如下：

（1）加电、掉电以及供电电压下降情况下的复位输出，复位脉冲宽度典型值为200MS；

（2）独立的看门狗输出，看门狗输入为1.6S；（3）1.25V门限值检测器，用于电源故障报警、电池低电压检测或+5V以外的电源监控内未被触发，其输出将变为高电平；（4）低电平有效的手动复位输入。

比较上述三种方案，考虑到系统设计的成本和系统的本身特点，我们采用方案二。

二、总体设计框图

整个系统有键盘控制、数值显示、录音放音等模块组成。

三、硬件电路设计

1、键盘电路

由于考虑到此次设计中用到的按键数量不多，所以在键盘设计中采用简单方便的独立按键式键盘控制方法。

独立按键式键盘控制法结构图如图3-1-1

图3-1-1

我们在采用独立按键式键盘控制法的同时还采用了键盘中断法对程序进行控制，键盘中断法即将键盘接于单片机的外部中断端/INT0和/INT1，当没有按键按下的时候中断端保持高电平，当有键按下时中断端就变成了低电平，由此触发了单片机的外部中断，向CPU发出中断请求，使CPU进入中断服务程序。

在此次设计中，系统总共有五个按键，它们分别为录音键、放音键、低电平放音键、功能模式选择键和复位键。

五各按键的功能分别如下：

录音键：

当按下此键时触发系统开始录音。

放音键：

此键为下降沿有效，当有下降沿到来时系统开始播放已录的声音。

低电平放音键：

此键具有两种功能：

当系统已经在放音时，按下此键系统继续放音直至此次放音结束后停止放音，否则系统将重复放音：

当系统没有处于放音状态时按下此键（低电平时）系统放音，放开此键（高电平时）系统停止放音。

功能模式选择键：

连续按此键可以选择多种不同的工作模式。

复位键：

当此键按下时系统复位。

2、显示电路

此系统中的显示电路主要用于显示录音、放音所处的状态和显示当前电路工作在何种模式（循环放音、单段放音、多段放音等）。

在设计中我们采用了静态显示的方式，电路图如图3-2-1

图3-2-1显示部分电路

为了减少单片机2051的I/O资源，所以我们采用了74LS48七段译码器对数据进行译码。

3、语音存储与回放部分电路

此部分电路主要有语音存储芯片ISD1420和单片机2051组成。

2051单片机主要用于对ISD1420地址端的控制使系统能实现多种功能。

语音存储芯片ISD1420采用多电平直接模拟量存储专利技术，每个采样直接存储在片内单个EEPROM内，因此能够非常真实、自然的再现语音、音乐、音调各效果，避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪音和“金属噪音”。

采样频率从5.3、6.4到8.4KHZ，对音质自有轻微的影响，片内语音可保存10年（无需后备电源），EEPROM单片可连续擦除十万次。

其引脚电路图如图3-3-1

图3-3-1ISD1420引脚图

语音存储与回放部分电路图如图3-3-2

图3-3-2语音存储与回放部分电路图

此次设计中将单片机2051的P1口和语音芯片ISD1420的地址端A0——A7相连。

当给A6、A7有一个为0时语音芯片ISD1420的内部存储器全部释放为地址，当A0——A7为00000000B时录音地址从00H开始，总共有20S的录音时间，同样有20S的放音时间。

2051的P3.2与功能模式选择键（以下简称选择键）相连，当按下功能模式选择键时数码管上的显示数据会随着选择键按下的次数的多少而相应的变化。

当数码管显示0——2时代表分段录音和分段放音。

当数码管显示0——2之间的三个数时，如果按下录音键时，数码管显示变为0，LED点亮，代表录制第一段语音，其录音的时间长短可以通过延时程序加以控制。

当第一段录制结束时，LED熄灭，数码管显示数字变成1，当LED再次点亮时开始录制第二段，接着同样的录制完第一段，然后LED熄灭，数码管显示0。

此时可以通过选择键选择播放第几段语音（例选择1，再按下放音键就开始播放第二段录音）。

当录音或放音结束时，系统将自动进入节电状态。

当数码管显示3时，代表连续录音或连续放音。

此时如果按下录音键，LED点亮同时系统将从00H地址开始录音，录音时间长达20S，录音结束时LED熄灭，系统自动进入节电状态。

如果此时按下放音键，系统将从00H开始播放已录制的语音。

当数码管显示4时，代表连续循环放音，此时将连续循环的播放已录制的语音直到我们选择模式5（即数码管显示5时）系统才停止录音。

录音时序图和放音时序图分别如图3-3-3和图3-3-4

图3-3-3录音时序图

图3-3-4放音时序图

四、程序流程图

1、主程序流程图

图4-1中1、2、3分别代表三个子程序，1为分段模式录音或放音，2为单段模式录音或放音，3为连续循环模式放音。

2、各子程序流程图

3、中断程序流程图

五、测试结果

语音存储与回放系统开机时系统显示0，当按下录音键时开始录音，此时处于模式1（分段录音），当录制一段后，隔0.5S后继续录制第二段，直至录完三段。

当按下放音键时开始放音，所放的语音可有自己选择，选择那一段可在数码管上读得。

测试结果表明音质效果多比较好。

当数码管显示2时为单段录音/放音模式，当按下录音键时开始录音直到录音结束，当按下放音键时开始放音直到放音结束。

当数码管显示3时为循环放音模式，当按下放音键时开始循环放音直到再次选择模式为4时放音结束。

测试结果表明各种模式均能实现，而且音质较好。

六、设计总结

通过一个星期的努力，我们成功的完成了此次设计，在设计的过程中我们学会了很多知识的同时也锻炼了我们团队合作的能力。

在设计的初期我们也遇到了很多的困难，但通过三个人的共同努力克服了种种困难。

虽然此次设计比较成功但是电路还存在着很多不足之处，比如说此语音芯片ISD1420还存在着多种模式，但我们没有进行调试，希望在今后继续将其完善。

七、调试电路器件

DH1718E-5双路跟踪稳压稳流电源

TektronixTDS1002数字示波器

伟福E6000/L仿真器

GDM-8145多功能数字表

NW1640B调频、调幅函数信号发生器

数字万用表

P4CPU2.4内存261.616RAMHaier机。

八、参考文献

《8051单片机实践与应用》沈庆阳清华大学出版社2002.9

《全国大学生电子设计竞赛获奖作品精选》北京理工大学出版社2003.3

《单片微型机原理、应用与实验》张友德复旦大学出版社2003.6

注：

附一：

系统原理图

附二：

PCB图

附三：

作品照片