基于单片机的语音录放系统设计(23页).doc
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1、-基于单片机的语音录放系统设计-第 19 页常州工学院(成人教育) 毕 业 设 计(论文)题 目 基于单片机的语音录放系统设计 副标题 性 质: 毕业设计 毕业论文学生姓名 年 级 教 学 点 专 业 指导教师 评定成绩 优 良 中 及格 不及格摘要介绍ISD2560语音芯片的结构及引脚功能,所设计的系统实现了单片机对ISD2560的控制,并能够实现录放音及循环放音等功能。由单片机AT89C51及数码语音芯片ISD2560组成的语音设计系统出了系统的硬件电路,并给出了录、放音实用的源程序。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
2、(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22.1 语音芯片的选取22.2语音芯片ISD2560简介32.3 语音芯片引脚功能介绍4第三章 电路原理图及说明93.1 复位电路93.1.1 复位电路的作用93.1.2 基本的复位方式10
3、3.2 时钟电路113.3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154.1 硬件流程154.2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
4、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
5、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
6、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A0A9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
7、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2.1 ISD串行接口基本框图ISD语音芯片目前有ISD1000、ISD1100、ISD12001400、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600767未使用,地址7681024为工作模式选择用,因此最多能分600段;设有OVF(溢出)端
8、,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
9、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
10、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
11、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2.3 ISD2560的引脚排列表2.3-1 ISD2560引脚功能描述引脚序号引 脚 名 称功 能17A0/M0A6/M6地址线810A7A9地址线11AUX IN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。12,13VSSD、 VSSA数字地和模拟地,这两脚最好在引脚焊盘上相连。14,15SP+、SP-扬声器输
12、出。16,28VCCA、VCCD模拟电源、数字电源,尽可能在靠近供电端处相连。17MIC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10K输入电阻(如图2)决定了芯片频带的低频截止点。18MIC REF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。19AGCAGC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5K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。470K和4.7uF的标称值在绝
13、大多数场合下可获得满意的效果.20ANA IN 本端为芯片录音信号输出。对话筒输入来说ANA OUT端应通过外接电容连至本端。21ANA OUT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。24PD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/EOMEOM标志在录音时由芯片自动
14、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。26XCLK外部时钟。本端内部有下拉元件,不用时应接地。27P/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
15、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。操作模式可由微控制器也可由硬件实现。使用操作模式要注意两点:(1)所有操作最初都是从0地址(即存储空间的起始端)开始。后续的操作根据选用的模式可从其它地址开始。但电路由录转放或由放转录(M6模式除外)或都执行了掉电周期后,地址计数器将复位为0。(2)当CE变低且最高两地址位同为高时,执行操作模式。这种操作模式将一直有效。直到CE再次由高变低,芯片重新锁存当前的地址模式端电平并执行相应的操作为止表2.3-2操作模式简表 模式功能典型应用可组合使用的模
16、式M1信息检索快进入信息M4、M5、M6M2删除WOM在最后一条信息结束处放EOMM3、M4、M5、M6M3循环从0地址连续放音M1、M5、M6M4连续寻址录放连续的多段信息M0、M1、M5M5/CE电平有效允许暂停M0、M1、M3、M4M6按键模式简化外围电路M0、M1、M3M0(信息检索):快速跳过信息而不必知道其确切地址。/CE每输入一个低脉冲,内部地址计器就跳到下一条信息,此模式仅用于放音,M4同时使用。M1(删除EOM标志):使分段信息变为一条信息,仅在信息后保留一个EOM标志.这个模式完成后,录入的所有信息就变成一条连续的信息。M3(信息循环):循环重入位于存储空间起始处的那条信息
17、。一条信息可以完全占满存储空间,那么循环就从头至尾进行,这进/OVF不变低。M4(连续寻址):正常操作中,重放遇到EOM标志时,地址计数器会复位。M4禁止地址计数器复位,使得信息可连续录放或重放。M5(/CE电平有效):通常,录音时/CE为电平触发,放音时/CE为边沿触发。本模式将放音时/CE设置为电平触发,特别适用于需用/CE终止放音的场合。操作为:/CE变低扣,芯片从内存起始放音,/CE变高放音即刻停止。/CE再变低后。仍从内存起处开始放音,除非M4也是高。M6(按键模式):本模式的外围电路最简,成本大为降低;在录放结束,/CE变高后,芯片自动进入节电模式。而且,/CE、PD、/EOM的作
18、用重新定义如下,/CE(开始/暂停,低脉冲有效):/CE端的下降沿控制操作的开始和暂停。当芯片不录不放时,/CE端的下降沿就启动录/放操作。之后,如果在芯片没遇到EOM标志(放音时)或没发生溢出疥,再来一个/CE下降沿将暂停当操作。暂停后,地址并不复位,再来一个/CE下降沿后从暂停处继续操作。PD(停止/复位,高脉冲有效):PD端的上升沿停止妆前录/放操作,并复位地址。/EOM(运行指示):/EOM变高表示录/放操作正在进行,可驱动LED等。ISD2560内部地址单元寻址ISD2560虽然提供了地址输入线,但它的内部信息段的地址却无法读出。本系统采用单片机来控制,不需读出信息地址,而直接设置信
19、息段起始地址。 其实现方式有两种:一是由于ISD2560的地址分辨率为100 ms,所以可用单片机内部定时器定时100 ms,然后再利用一计数器对单片机定时次数进行计数,则计数器的计数值为语音段所占用的地址单元。该方式能充分利用ISD2560内部的E2PROM,在字段较多时可利用该方法。二是语音字段如果较少,则可根据每一字段的内容多少,直接分配地址单元。一般按每1 s说3个字计算,60 s可说180个字,再根据ISD2560的地址分辨率为100 ms,即可计算出语音段所需的地址单元数。本文采用第二种方式。录放音时AT89C51单片机对ISD2560的控制录音时,按下录音键,单片机通过口线设置语
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- 基于 单片机 语音 录放 系统 设计 23
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