智能化课程设计-基于ISD1720的语音录放器设计正文(共36页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上目录专心-专注-专业1 前言随着经济的进步,大规模集成技术的高度发展和计算机技术的飞速前进,推动着语音技术的发展,在数字音频技术和多媒体技术迅速发展的今天,传统语音录放电路设计十分复杂开发工具十分昂贵,语音录制及软件编制工程巨大,而且语音效果也不甚理想,尤其在投资不大的产品系统中最为突出,从而制约了这一技术的应用和发展。在越来越多的领域里,人们逐渐意识到使用语音交互界面的巨大价值,已经开始尝试采用语音技术,并且在不少的领域里取得了喜人的成果。语音技术已经从锦上添花的点缀,变为实实在在为用户提供便利的重要特征与内涵,也成为衡量电子电器产品的一个重要标志。近几年集成电路领
2、域出现了重大变革,产生了许多新的技术和产品,开拓了更广泛的应用领域,语音电路已经迅速发展成为当前“会说话”电子产品,是家电产品,通信产品和网络化产品中不可或缺的重要集成电路体系,朝着更大容量,更优音质,更高智能,更具有灵活性的方向发展。在通讯设备、电话机、智能仪器仪表、治安报警系统、语音报站/报数/报价器、语音复读机、教学仪器、智能玩具、高档电子礼品场合获得了广泛的应用。单片机的应用在后PC时代得到了前所未有的发展,但对处理器的综合性能要求也越来越高。综观单片机的发展也成为巨大的投资。尤其对教育经费贫乏大量师资需要培育的发展中国家来说,经费的投入不能不考虑,单片机又称单片微控制器,它不是完成某
3、一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上,单片机具有体积小、功耗低、控制、以应用需求为目标,市场越来越细化,充分突出以“单片”解决问题,而不像多年前以MCS51/96等处理器为中心,外扩各种借口构成各种应用系统。概括的讲:一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时,学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。本设计介绍的是基于ISD1720的语言录放器设计,在硬件上采用AT89C52单片机来作为主控芯片,运用ISD1720作为录音播放芯片实现语音录制与播放。用单片机的I/O控制ISD1720 的控制端口,用按键通过单片机实
4、现录制、播放的控制,并同时用LED数码管显示录放状态、时间。2 整体设计方案 本设计的整体思路是:由单片集成语音芯片 ISD1720实现语音录制与播放,用单片机的I/O控制ISD1720 的控制端口,用按键通过单片机实现录制、播放的控制,并同时用LED数码管显示录放状态、时间。2.1 设计方案方案一:单独应用ISD语音芯片设计进行录放功能的电路。ISD1720芯片工作于独立按键模式,直接将按键接在ISD1720的各管脚上。ISD1720录放按键复位电路电源语音处理图2.1 方案一方框图方案二:将ISD语音芯片与AT89C52单片机相结合,用AT89C52单片机来作为主控芯片,运用ISD1720
5、作为录音播放芯片实现语音录制与播放。用单片机的I/O控制ISD1720 的控制端口,用按键通过单片机实现录制、播放的控制,并同时用LED数码管显示录放状态、时间。AT89C52时钟电路LED显示ISD1720语音处理USB电源复位电路图2.2 方案二方框图2.2 方案比较方案一单独应用ISD1720芯片设计实现语音录放功能,电路虽然简单,但是可以实现的功能很少,也不灵活。方案二将ISD1720语音芯片与单片机结合,用单片机控制,实现更多功能,根据不同的外界情况有目的得进行语言交流。2.3 方案选择本设计采用第二种设计思路,即用ISD1720语音芯片与AT89C52单片机相结合,用单片机控制语音
6、芯片,来实现对语音的分段录音和循环播放。单片机性能可靠,设计程序灵活方便,抗干扰能力强,运行稳定,从而使得这一技术得到了广泛的应用。3单元模块的设计 3.1各单元模块的功能介绍及电路设计语音录放系统主要有AT89C52单片机、ISD1720语音芯片。语音输出电路、电源电路、按键控制等部分组成。其框图如图3.1所示。AT89C52时钟电路LED显示ISD1720语音处理USB电源复位电路图3.1 语音录放系统方框图3.1.1 语音电路模块ISD1720芯片是语音电路的核心芯片,下面根据语音电路ISD1720接口电路图说明其作用。ISD1720接口如图3.2所示。图3.2 ISD1720接口电路如
7、图所示ISD1720芯片工作于由单片机控制的按键工作模式,在这个模式下电路非常简单,而且功能强大,不仅有录、放功能控制,而且还有快进、擦除、音量控制、直通放音和复位等功能,这些功能有些是通过单片机编程再外界按键来控制,有些是直接管脚上接按键来完成。在按键工作模式时,芯片可以通过LED管脚给出的信号来提示芯片的工作状态。FT:直通键在独立模式下,当此管脚低是开启直通功能:即线路输入信号将从SP与AUD/AUX输出、并可控制音量。在SPI模式下可用命令来控制此功能,优先级高于独立模式。RESET:复位键低电平有效,有内部上拉电阻。VOL:音量键8级音量调节,每个下降沿降低一级音量,到最低后有脉冲则
8、增加音量直到变为最高,然后重复。FWD:快捷键播放下一曲ERASE:擦除健擦除,下降沿脉冲触发并擦除当前曲,但只有当前曲为首段或末段时才可以擦除。保持此脚低电平一定时间将会全部擦除。PLAY:播放键下降沿脉冲触发播放一段,播放时有下降沿时则停止;保持低电平将进入循环播放,高电平则停止。REC:录音键录音低电平录音,高电平停止。电路的具体操作如下。录音操作:按下单片机AT89C52上P00口的按键S2,ISD1720的REC管脚变低开始录音,直到松开按键使电平拉高或者芯片录满时结束。录音结束后,录音指针会自动移向下一个有效地址,而放音指针则指向刚刚录完的那段语音地址。放音操作:音操作有两种模式,
9、分别是边沿触发和电平触发,都由 PLAY 管脚触发。(A)边沿触发模式:点按一下 PLAY 键, PLAY 管脚电平变低便开始播放当前段的语音,并在遇到 EOM 标志后自动停止。放音结束后,播放指针停留在刚播放的语音起始地址处,再次点按放音键会重新播放刚才的语音。在放音期间, LED 灯会闪烁直到放音结束时熄灭。如果在放音期间点按放音键会停止放音。(B)电平放音模式:如果一直按住 PLAY 键,使 PLAY 管脚电平持续为低,那么会将芯片内所有语音信息播放出来,并且循环播放直到松开按键将 PLAY 管脚电平拉高。在放音期间 LED 闪烁。当放音停止,播放指针会停留在当前停止的语音段起始位置。快
10、进操作:点按单片机AT89C52上P03口的按键S5,将ISD1720的FWD管脚拉低,会启动快进操作。快进操作用来将播放指针移向下一段语音信息。当播放指针到达最后一段语音时,再次快进,指针会返回到第一段语音。当下降沿来到/FWD端时,快进操作还要决定于芯片当时的状态:(1)如果芯片在掉电状态并且当前播放指针的位置不在最后一段,那么指针会前进一段,到达下一段语音处。 (2)如果芯片在掉电状态并且当前播放指针的位置在最后一段,那么指针会返回到第一段语音处。 (3)如果芯片正在播放一段语音(非最后一段),那么此时放音停止,播放指针前进到下一段,紧接着播放新的语音。 (4)如果芯片正在播放最一段语音
11、,那么此时,放音停止,播放指针返回到第一段语音,紧接着播放第一段语音。擦除操作:擦除操作分为单段擦除和全体擦除两种擦除方式,区别如下:单个擦除:只有第一段或最后一段语音可以被单个擦除。点按一下 ERASE 健将 ERASE 管脚拉低,这时具体的擦除情况要看播放指针的状态:(1) 如果芯片空闲并且播放指针指向第一段语音,则会删除第一段语音,播放指针指向新的第一段语音(执行擦除操作前的第二段)(2)如果芯片空闲并且播放指针指向最后一段语音,则会删除最后一段语音,播放指针指向新的最后一段语音(执行擦除操作前的倒数第二段)(3)如果芯片空闲并且播放指针指向没有指向第一或最后一段语音,则不会删除任何语音
12、,播放指针也不会被改变(4) 如果芯片当前正在播放第一段或最后一段语音,点按下 ERASE 键会删除当前语音。全体擦除:当按下 ERASE 键将 ERASE 管脚电平拉低超过 2.5 秒钟,会触发全体擦除操作,删除全部语音信息。复位操作:如果用 RESET 控制此管脚,建议 RESET 管脚与地之间连接 一个 0.1 F 电容。当 RESET 被触发,芯片将播放指针和录音指针都放置在最后一段语音信息的位置。音量操作:点按一下 VOL 键将 VOL 管脚拉低会改变音量大小。每按一下,音量会减小一档,再到达最小档后再按的话,会增加音量直到最大档,如此循环。总共有 8 个音量档供用户选择,每一档会改
13、变 4dB 。复位操作会将音量档放在默认位置,即最大音量。FT 直通操作:按住 FT 键将 FT 管脚持续保持在低电平会启动直通模式。出厂设定的是在芯片空闲状态,直通操作会将语音从 Analn 端直接通往喇叭端或 AUD 输出口。在录音期间按下 FT 键,会同时录下 Analn 进入的语音信号。3.1.2 USB电源模块在本设计中,为了使电路简单,我们直接用USB接口提供5V直流电源为电路供电。因为USB得输出电压并不稳定,为了确保电路的安全,在电源后并联了一个稳压管做为保护电路。图3.3 USB供电原理图3.1.3 时钟复位电路模块AT89S52芯片是电路的核心元件,下面根据图对其在电路中的
14、用说明如下。时钟和复位电路如图3.4和3.5所示:图3.4 时钟电路图图3.5 复位电路时钟引脚XTAL1和XTAL2:XTAL1引脚18,内部振荡器外接晶振的一个输入端,XTAL2引脚19,内部振荡器外接晶振的另一个输入端。AT89S52内部有一个高增益的反相放大器,在XTAL1和XTAL2两端跨接石英晶体振荡器及两个电容就可以构成稳定的自激震荡。上图中两个电容器均我30pf,可稳定频率并对震荡频率有微调功能。控制引脚RES引脚9,复位输入信号,振荡器工作时,该引脚上2个机器周期的高电平可以实现复位操作。本实验采用手动复位,上电复位要求接通电源后,手动按钮实现复位操作。3.1.4 LED显示
15、模块共阳极LED七段译码器的八个管脚分别与单片机的P20P27连接。LED七段译码器的的选择分别由74LS138译码器控制选择。图3.6 LED显示接口图3.2电路参数的计算和元器件的选择3.2.1 语音录放器录放时间的选择用户可利用震荡电阻来自定芯片的采样频率,从而决定芯片的录放时间和录放音质。下表为 ISD1720 的参数表:表3.1 ISD1720 的参数表ROSC录放时间采样频率80K8s8.0KHZ100K10s6.4KHZ120K12s5.3KHZ160K16s4.0KHZ200K20s3.2KHZ本实验设计录放时间10s.所以我们选择100K的震荡电阻。3.3特殊器件的介绍3.3
16、.1 ISD1720的功能特点市场上ISD1720都是用ISD1730的裸片来进行封装,采样率在12K,因此音质效果好。华邦原厂没有生产ISD1720这个型号,但ISD1720性能上和ISD1730一样。该芯片提供多项新功能,包括内置专利的多信息管理系统,新信息提示( vAlert ) , 双运作模式(独立 & 嵌入式),以及可定制的信息操作指示音效。芯片内部包含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器与内存等的全方位整合系统功能。一:语音芯片的主要特点: 可录、放音十万次,存储内容可以断电保留一百年 两种控制方式,两种录音输入方式,两种放音输出方式 可处理多达 255 段信息
17、 有丰富多样的工作状态提示 多种采样频率对应多种录放时间 音质好,电压范围宽,应用灵活,价廉物美二:语音芯片的电特性: 工作电压: 2.4V-5.5V, 最高不能超过 6V 静态电流: 0.5 - 1 A 工作电流: 20mA三:用户可利用震荡电阻来自定芯片的采样频率,从而决定芯片的录放时间和录放音质。下表为 ISD1720 的参数表:表3.2 ISD1720 的参数表ROSC录放时间采样频率80K8s8.0KHZ100K10s6.4KHZ120K12s5.3KHZ160K16s4.0KHZ200K20s3.2KHZ四:ISD1720芯片管脚功能说明:表3.3 ISD1720 的管脚功能管 脚
18、名 称PDIP/SOIC管脚TSOP管脚 引脚说明VCCD122数字电路电源/LED223LED 指示信号输出/RESET324芯片复位MISO425SPI 接口的串行输出。 ISD1700 在 SCLK 下降沿之前的半个周期将数据放置在 MISO 端。数据在 SCLK 的下降沿时移出MOSI526SPI 接口的数据输入端口。主控制芯片在 SCLK 上升沿之前的半个周期将数据放置在 MOSI 端。数据在 SCLK 上升沿被锁存在芯片内。此管脚在空闲时,应该被拉高SCLK627SPI 接口的时钟。由主控制芯片产生,并且被用来同步芯片 MOSI 和 MISO 端各自 的数据输入和输出。此管脚空闲时
19、,必须拉高。/SS728为低时,选择该芯片成为当前被控制设备并且开启 SPI 接口。空闲时,需要拉高VSSA81模拟地AnaIn92芯片录音或直通时,辅助的模拟输入。需要一个交流耦合电容(典型值为 0.1uF ),并且输入信号的幅值不能超出 1.0Vpp 。 APC 寄存器的 D3 可以决定 Analn 信号被立刻录制到存储器中,与 Mic 信号混合被录制到存储器中,或者被缓存到喇叭端并 经由直通线路从 AUD/AUX 输出。MIC+103麦克风输入 +MIC-114麦克风输入 -VSSP2125负极 PWM 喇叭驱动器地SP-136喇叭输出 -VCCP147PWM 喇叭驱动器电源SP+158
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