本科毕业论文---固体录音机.doc
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1、内江师范学院本科毕业设计摘 要用单片机控制语音芯片,再把单片机和语音芯片嵌入到通信设备,智能仪器,娱乐设备,治安报警及儿童玩具中,就可做成语音播放的机器。本文介绍了基于AT89S52单片机及ISD1760语音板为主要部件的语音录放电路的工作原理、硬件和软件的设计。ISD1760系列工作电压为2.4到5.5V,单片录放时间26s至120s,音质好,适用于移动电话及其他便携式电子产品中。芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制,操作命令可通过串行通信接口SPI送入。论文概述了语音录放电路的原理,并且在介绍语音录放系统功能的基础上,提出了系统的总体构成。针对录放系统的录音、放音部分的总体设计方案进行
2、了论证。进一步介绍了单片机AT89S52在系统中的应用,分析了系统各部分的硬件及软件设计与实现。关键词:ISD1760; AT89S52单片机; 语音录放Abstract With the single-chip microcomputer control, and then make the pronunciation chip microcontroller and pronunciation chip embedded in communication equipment, intelligent instruments, security alarm and childrens toy
3、s, so can make a speech broadcast machine.This paper introduces ISD1760 based on AT89S52 single chip computer and of the main parts of speech plate as the working principle of voice recording circuit and the design of hardware and software. ISD1760 series working voltage, monolithic 2.4V to 5.5V,rec
4、ording time 26 to 120 seconds, timbre, suitable for mobile phones and other portable electronics. Chip design is based on all the operation must by SPI into. This paper summarizes the principle of voice recording circuit, and introduces the function of speech on the basis of recording system, puts f
5、orward the general structure of the system. Recording system for the recording, playback part of the overall design scheme is demonstrated. This paper introduces microcontroller AT89S52 single applications in system, the application system were analyzed each part of hardware and software realization
6、.Key words: ISD1760;AT89S52microcontroller;voice recording and playback.引 言语音,作为一种典型的非平稳随机信号,是人类交流信息最自然、最有效、最方便的手段,在人类文明和社会进步中起着重要的作用。随着电子通信业的出现和计算机技术的发展,人们开始可以从数字信号处理的角度了解语音。语音信号的研究可以从时域和频域两个方面进行。其中时域的分析处理有两种方法:一是进行语音信号分析,这属于小型处理的范畴,主要是通过信号的加减、时移、倍乘、卷积、求相关函数等来实现;另一种是生成和变换成各种调制信号,这属于非线性的范畴,主要是对信号平均累
7、加器的动态范围进行压缩扩张,用门限方法对噪声的抑制。对频域分析处理,即对信号的频率特性在频谱中加以分析研究,这拓展了信号分析的范围,是对不确定信号分析的主要方法。随着计算机技术处理和信息技术的发展,语音交互已经成为人机交互的必要手段,而语音信号的采集处理是人机交互的前提和基础。声卡是计算机对语音信息进行加工的重要部件,它具有对信号滤波、放大、采样保持、A/D和D/A转换等功能。进入90年代以来,语音信号处理在实用化方面取得了许多实质性的进展。一方面,对声音语音学统计模型的研究逐渐深入,鲁棒的语音识别、基于语音段的建模方法及隐马尔可夫模型与人工神经网络的结合成为研究的热点。另一方面,为了语音识别
8、使用化的需要,讲着自适应、听觉模型、快速搜索识别算法以及进一步的语言模型的研究等课题备受关注。1绪论1.1系统设计的意义语音不仅是人与人之间进行信息交流最直接、最方便和最有效的工具,而且也是人与机器之间进行通信的重要工具。1874年电话的发展可以认为是现代处理的开端。电话的理论基础是尽可能不失真地传送语音波形。这种“波形原则”几乎统治了其后整整一百年。1939年产生了一种概念全新的语音处理技术,这就是著名的通道声码器技术。声码器的理论基础是认为语音是由人的声带振动产生的生源(载波)受到运动的声道的控制(调制)而产生的,因而将载波和调制两部分分开来进行传送便可极大地压缩频带。这一概念已经包含着其
9、后出现的语音参数模型的基本思想。40年代后期,研制成功了能够把语音信号的时变谱用语音表示出来的仪器语音仪,为语音信号分析提供了一个有力的工具。对于语音信号,数字处理比模拟处理具有更多的优点。这是因为:第一,数字技术能够完成许多很复杂的信号处理工作;第二,通过语音进行交换的信息本质上具有离散的性质,因为语音可以看成是因素的组合,这就特别适合于数字处理;第三,数字系统具有高可靠性、价廉、紧凑、快速等特点,很容易完成实时处理任务;第四,数字语音适合于在强干扰通信中传输,易于和数据一起在通信网中传输,也易于进行加密传输。因此数字语音信号处理是主要研究方向。单片机的应用无处不在,利用单片机控制语音的录放
10、也多不胜举。用单片机控制语音芯片,再把单片机和语音芯片嵌入到通信设备,智能仪器,治安报警及儿童玩具中,就可做成语音播放的机器,应用范围广泛。用单片机控制语音芯片设计语音录放系统,该系统功能多,录放音音质好,外围电路简单。1.2系统设计的目的设计一个数字语音录放系统,可以应用于通讯设备、娱乐设备、智能仪表、治安报亭、语音报站、报数报价、语音讲解、语音记录、语音复读、教学仪器、智能玩具、电子礼品等领域。要求放音质量好,用二极管显示工作状态。系统具有较强的抗干扰能力,便于安装和扩展。同时通过设计,提高学生综合运用模数电子技术、Protel99SE设计电子产品,KEIL C51软件编程和查阅资料及撰写
11、科技论文的能力。1.3系统的主要工作方法(1) 收集整理相关资料和文献,熟悉单片机应用技术以及单片机外围电路的相关知识,并设计出总体方案。(2) 设计硬件原理图,绘制PCB图,焊接电路板, 单片机和ISD1760的具体连接。(3) 利用keil技术编辑软件,结合单片机控制技术,实现录、放、快进、等功能。并使用proteus仿真实现模数数模采集、存储、读取功能。2单片机控制技术和开发环境介绍2.1 AT89S52单片机性能和引脚介绍2.1.1 概述 AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存储器技术制造
12、,与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在系统 可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能: 8k字节Flash,256字节RAM,32 位I/O 口线,看门狗定时器,2 个数据指针,三个16 位 定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口, 片内晶振及时钟电路。另外,AT89S52 可降至0Hz 静态逻 辑操作,支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU 停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中
13、断继续工 作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结, 单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。2.1.2 AT89S52单片机主要性能参数 1、与MCS-51单片机产品兼容; 2、8K字节在系统可编程Flash存储器; 3、1000次擦写周期; 4、全静态操作:0Hz-33MHz; 5、三级加密程序存储器; 6、32个可编程I/O口线; 7、三个16位定时器/计数器; 8、八个中断源; 9、全双工UART串行通道; 10、低功耗空闲和掉电模式; 11、掉电后中断可唤醒; 12、看门狗定时器; 13、双数据指针; 14、掉电标识符 2.1.3引脚功能说明 图1 AT89S52
14、引脚图 DIP封装 图2 AT89S52引脚图 PLCC封装2.2 keil开发环境和建立工程2.2.1 keil简介Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统,与汇编相比,C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势,因而易学易用。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具,全Windows界面。另外重要的一点,只要看一下编译后生成的汇编代码,就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高,多数语句生成的汇编代码很紧凑,容易理解。2.2.2 keil工程建立启动uVison3,点击“File New”在
15、工程管理器的右侧打开一个新的文件输入窗口,在这个窗口里输入一个源程序,注意大小写及每行后的分号,不要错输及漏输。输入完毕之后,选择“File Save”,给这个文件取名保存,取名字的时候必须要加上扩展名,一般C语言程序均以“.C”为扩展名,这里将其命名为mian.c,保存完毕后可以将该文件关闭。Keil不能直接对单个的C语言源程序进行处理,还必须选择单片机型号;确定编译、汇编、连接的参数;指定调试的方式;而且一些项目中往往有多个文件,为管理和使用方便,Keil使用工程(Project)这一概念,将这些参数设置和所需的所有文件都加在一个工程中,只能对工程而不能对单一的源程序进行编译和连接等操作。
16、 点击“Project-NewProject”菜单,出现对话框,要求给将要建立的工程起一个名字,这里起名为yuyin,不需要输入扩展名。点击“保存”按钮,出现第二个对话框,这个对话框要求选择目标CPU(即你所用芯片的型号),Keil支持的CPU很多,这里选择Atmel公司的89S52芯片。点击ATMEL前面的“+”号,展开该层,点击其中的89S52,然后再点击“确定”按钮,回到主窗口,此时,在工程窗口的文件页中,出现了“Target1”,前面有“+”号,点击“+”号展开,可以看到下一层的“SourceGroup1”,这时的工程还是一个空的工程,里面什么文件也没有,需要手动把刚才编写好的源程序加
17、入,点击“SourceGroup1”使其反白显示,然后,点击鼠标右键,出现一个下拉菜单,选中其中的“AddfiletoGroup SourceGroup1”,出现一个对话框,要求寻找源文件。2.3 ISD1760介绍2.3.1性能简述和引脚图ISD1700 系列芯片是华邦公司新推出的单片优质语音录放电路,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。 图3 ISD1700引脚图2.3.2 芯片特点可录、放音
18、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 段以上信息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,物美价廉2.3.3 电特性工作电压:2.4V-5.5V,最高不能超过 6V 静态电流:0.5 - 1A工作电流:20mA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 ISD1700 的参数表: 图4 芯片的采样率 图5 振荡电阻2.3.4 管脚功能说明表1 引脚说明管脚名称PDIP/ SOIC TSOP管脚功 能VCCD122数字电路电源/LED223LED 指示信
19、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SCLK 627SPI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,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VSSA8
20、1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VSSP1139正极 PWM 喇叭驱动器地SP-146喇叭输出-SP+158喇叭输出+VCCP167PWM喇叭驱动器电源AUD/AUX1710辅助输出,决定于APC寄存器的D7,用来输出一个AUD或AUX输出。AUD
21、是一个单端电流输出,而AuxOut是一个单端电压输出。他们能够被用来驱动一个外部扬声器。出厂默认设置为AUD。APC寄存器的D9可以使其掉电。AGC1811自动增益控制/VOL1912音量控制ROSC2013振荡电阻ROSC用一个电阻连接到地,决定芯片的采样频率VCCA2114模拟电路电源/FT2215在独立芯片模式下,当 FT 一直为低,Analn 直通线路被激活。Analn 信号被立刻从Analn经由音量控制线路发射到喇叭以及 AUD/AUX 输出。D0所控制。该管脚有一个内部上拉设备和一个内部防抖动设计,当在SPI模式下,SPI 无视这个输入,而且直通线路被 APC 寄存器的,允许使用按
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