基于单片机的数码录音机设计.docx

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基于单片机的数码录音机设计

摘要

本设计是基于单片机的数码录音机设计，主要任务是实现简单的录音和播放功能。

系统可以使用单片机的外扩A/D和D/A转换器来实现录音播放功能，也可以选用专用的语音芯片。

本文从经济实用的角度出发，设计了一款具有按键控制、录音、播放模式的单片机语音录放系统；硬件部分选用美国Atmel公司的AT89C52单片机作为主控芯片，并与ISD2560语音录放芯片相结合，添加外围的控制电路、键盘、扬声器等设备来实现语音录放功能，软件部分主要采用单片机C语言来编写主控芯片的控制程序和EEPROM读写程序；该设计能真实的再现语音的自然效果。

关键词语音芯片ISD2560单片机AT89C52

Abstract

Thedesignisbasedonthedesignofsinglechipdigitalrecorder,themaintaskistoachieveasimplerecordingandplaybackfunctions.SystemcanbeexpandedusingexternalmicrocontrollerA/DandD/Aconvertertoachievetherecordingplayback,youcanalsouseadedicatedaudiochip.

Fromtheeconomicalpointofview,hasdesignedabuttoncontrol,recording,voicerecordingandplaybackmodeofSCMsystems;hardwareselectedAtmel'sAT89C52microcontrollerUnitedStatesasthemainchip,andwiththeISD2560voicerecordchipcombination,addExternalcontrolcircuit,keyboard,speakers,voicerecordersandotherequipmenttoachievethefunction,thesoftwarepartoftheClanguageusedmainlytopreparethemastermicrocontrollerchipandEEPROMreadandwritecontrolprogramprocedures;atruerepresentationofthedesignisthenaturaleffectofvoice.

KeywordsISD2560voicechipSCMAT89C52

绪论

随着人类社会不断的进步，随着语音芯片的普及，语音播报被广泛应用于车站报站器，语音型数字万用表，出租车语音报站器，排队机等，并且面向家庭个人使用的方向发展，更加人性化。

随着电子技术的广泛应用，其自动化程度越来越高，使用范围越来越广，前景十分喜人。

自动语音提示技术是计算机语音处理技术的一种应用，属于语音再生合成技术范畴。

录放系统具有电路简明、应用方便、单片录放、不怕掉电、音色纯正、性价比高等特性，与此相关的语音系统已广泛地用于通信、工控、医疗、报警示讯等领域[1]。

语音是人类最自然、方便、快捷的交流方式，让人和机器能够通过自然语音进行交流是人们长期以来的梦想。

随着单片机技术的日益发展，人们已经不再满足于键盘输入，屏显输出这样传统的输入/输出方式，希望拥有更好的人机界面，更便捷的操作方式。

具有语音功能的单片机系统于是应运而生，而且得到了广泛的应用。

近年来计算机在各行业的日益普及应用，给各行业带来了崭新的面貌。

与此同时用户逐步对各种计算机应用系统提出了更高的要求，他们希望自己的系统有更高的自动化程度和更方便的人机界面。

语音技术的进展给这种应用需要提供了一种有力的技术支持，逐渐被广大用户所接受，并广泛用于各种需要语音响应的场合。

智能仪器、仪表、监控设备、工业控制系统等都有这种需求。

所以研究语音播报器对生产，生活都有极其重要的意义[2]。

第1章课题的技术发展

语音芯片

本课题涉及的主要技术主要包括单片机技术和语音芯片技术。

语音芯片的发展是极其迅速的，语音IC有很多种类，随着技术的发展，新产品不断涌现，原来可望而不可及的昂贵品种也能进入廉价的市场领域，原来设计控制都极为复杂的品种也随着集成技术的发展变得非常简单，因此，语音IC领域充满了生机和活力。

随录随放型语音IC：

这类IC具有完整的录音机功能，和录音磁带机一样，它可以自由地通过话筒或模拟音频线路来进行录音，把语音存储到IC内部，在用户需要的时候，就可以还原存储的语音通过驱动喇叭放音。

这其中又分几种类型：

1.怕断电且语声的存储、保存需要比较大的电流的语音IC。

像外语复读机里的语声复读芯片。

这种电路以动态随机存储器（DRAM）IC为介质，它需要不断内部刷新，要保存其中的语声还需要比较大的电流消耗，通常需要几个到几十个毫安，一断电内部存储的语声就全部丢失了。

特点是DRAM的价格便宜。

这种ADRAM在电脑等需要精密计算的产品中是不能使用的，但在语声存储中只是多了一点点噪音对使用没有太大影响，因而在复读机中广泛使用。

2.怕断电且语声保存需要很小的电流的语声IC。

像一些录音贺卡，这种语声IC以静态存储器（SRAM）IC为介质，断电时保存的数码语声即丢失，但维持保存的工作电流很小，通常只有几微安，在录音贺卡等录音礼品中常将几粒扣式电池嵌入到产品中，这样可以保存录音几个月甚至一年多。

特点是只用很小的电力就可以较长期保存话声。

由于SRAM的需求量很小，其价格比DRAM要高很多，相在甚至比下面要提到的FLASHRAM还要高，这类产品目前只存在于20秒录音以下的品种中，多数就是做录音贺卡使用，已经没有多少发展前景了。

3.不怕断电的语声IC，像一些数码录音笔，它以闪烁存储器（FLASHRAM）IC为介质，完全断电后语声还能保存十年以上。

这种存储器是目前最被看好的方向，它可以反复使用、不需要电流也能很长期保存内部数据，由它制成的语声IC是一场技术的革命。

特点是目前价格较高，但在快速滑落中。

美国ISD公司专门研制这类产品，并持有多项技术专利，生产从6秒至16分钟的一系列单片式语声芯片产品。

由于该公司的严谨作风和产品定位，ISD系列芯片的功能强大、性质质量优越，几乎是目前能使用在工业、车用产品中的极少选择之一[3]。

单片机

单片机全称单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）,顾名思义,它指的是一种单硅片上集成微型计算机主要功能集成芯片.单片机的出现要归功于大规模集成电路技术的发展,就组成和功能而言,可以毫不夸张地说,它正如一个微型计算机系统,内部集成了中央处理器（CPU）、随机数据存储器（RAM）、只读程序存储器（ROM）、定时器/计数器、输入/输出（I/O）接口电路和串行通信接口等主要功能部件。

单片机最初主要应用于控制领域，在发展过程中又进一步扩展了各种控制功能，它可以独立执行程序，所以它又被称为微型控制器（Microcontroller）。

单片机按系统可分为：

MCS-51单片机、AVR单片机、PIC单片机。

1.2.1单片机硬件开发原理

单片机系统硬件开发原理：

单片机硬件开发主要包括设计系统的电路原理图，绘制印刷电路板（PCB板）、印刷板的焊接与测试。

而一个单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容：

系统扩展，即单片机内部的功能单元，如RAM、ROM、I/O接口、定时器、计数器、中断系统等，容量不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计恰当的电路；系统配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转换器等，要设计合适的接口电路。

系统的扩展和配置设计应遵循下列原则：

1.尽可能选择典型电路，并符合单片机的常规用法。

为硬件系统的标准化、模块化打下良好基础。

2.系统的扩展与外围设备配置的水平应充分满足应用系统的功能要求，并留有适当余地，以便进行二次开发。

3.硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。

硬件结构与软件方案会相互影响，考虑的原则是：

软件能实现的功能尽可能由软件来实现，以简化硬件结构。

但必须注意，由软件实现的硬件功能，其响应时间比直接用硬件实现要长，而且占用CPU时间。

因此，选择软件方案时，要考虑到这些因素。

4.整个系统中相关的器件要尽可能做到性能相匹配，例如选用晶振频率较高时，存储器存取时间有限，应该选择允许存取速度较高的芯片；选择CMOS芯片单片机构成低功耗系统时，系统的所有芯片都应该选择低功耗的产品。

5.可靠性及抗干扰设计是硬件系统设计不可缺少的一部分，包括芯片、器件选择、去耦滤波、印刷电路板布线，通道隔离等。

6.单片机外接电路较多时，必须考虑其驱动能力。

驱动能力不足时，系统工作不可靠，解决的办法是增加驱动能力，曾设线驱动器或减少芯片功耗，降低总线负载。

1.2.2单片机软件开发原理

单片机软件开发原理：

单片机系统软件是根据系统功能要求设计的，应可靠地实现系统的各种功能。

优秀的系统软件开发应遵循以下原则:

1.软件结构清晰、简捷、流程合理。

2.各功能程序实现模块化、子程序化、这样既便于调试、链接，又便于移植、修改。

3.程序存储区、数据存储区规划合理，既能节约内存容量，又使操作方便。

4.运行状态实现标志化。

各个功能程序运行状态、运行结果以及运行要求都设置状态标志以便查询，程序的转移、运行、控制都可通过状态标志条件来控制。

5.经过调试修改后的程序应进行规范化，除去修改“痕迹”。

规范化的程序便于交流、借鉴，也为今后的软件模块化、标准化打下了基础。

6.全面实现软件抗干扰设计。

软件抗干扰是计算机应用系统提高可靠性的有力措施。

7.为了提高运行的可靠性，在应用软件中设置自诊断程序，在系统工作运行前先运行自诊断程序，用以检查系统各特征参数是否正常。

第2章课题的任务分析及总体设计方案

任务分析

设计基于单片机的数码录音机系统。

主要任务是实现简单录音和播放功能。

系统可以使用单片机外扩A/D转换器和D/A转换器来实现上述录播放功能，也可以选用专用录音芯片。

设计中应给出相应的方案分析，最终选择一种方案，并设计相关软硬件系统。

基本要求：

1、有开关按键控制系统；

2、有录音、播放模式的控制；

3、能够对不超过60秒的语音实现录音。

本设计的主要任务：

根据设计要求，提出基于单片机的语音录放器的硬件设计方案，并应用Protel软件完成硬件电路原理图设计。

通过对单片机的编程开发可以实现语音的录放等基本功能。

具体包括如下几个部分：

1.学习单片机的工作原理，并应用Protel软件设计出单片机的最小系统和语音系统的控制电路，使其能可靠工作。

2.学习有关语音方面的相关知识，采用集成语音芯片来实现语音的录放功能。

要求掌握该芯片的工作原理，完成其外围电路和单片机的接口电路，包括话筒和扬声器的电路设计。

3.学习C程序的设计语言，对单片机进行编程开发。

并完成仿真和调试，实现语音录放的基本功能。

总体方案设计

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芯片。

语音芯片存储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AD/DA方式的语音芯片外围电路比较复杂，声音质量也有一定的失真。

而存在一类语音芯片采用EEPROM存储方法，将模拟语音数据直接写入半导体存储单元