课程设计语音录放器

1、 南华大学电气工程学院 电子技术课程设计 设计题目： 语音录放器 专 业： 本11通信02班 学生姓名： 王佳杰 学 号： 20114400218 指导教师: 王 彦 教研室主任： 王 彦 电子技术课程设计任务书1课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：一、课程设计内容 题目：语音录放器要求：电源电压DC612V，利用语音录放芯片完成声音的录放。 注：可以采用麦克风作为声音传感器，扬声器作为声音播放，ISD2560等语音芯片制作。 二、课程设计要求1. 综合运用已学习过模拟电路和数字电路等知识，阅读相关集成电路芯片资料和相关文献，了解电子电路设计的有关知识，方法和特点，掌握

2、基本的电子电路设计和芯片使用方法。2. 一人一题，所设计的电路必须制作成功，并且全部或者部分通过计算机仿真。课程设计必须自己独立完成，不得从网上下载，一经发现该课程成绩记零分。3. 课程设计设计说明书（报告）应包括有： 电路工作原理分析 电路元器件参数设计计算 电路调试说明 电原理图和PCB图（必须自己画） 元器件装配图（必须自己画） 元器件清单 自己的收获和体会 要求字数不得少于3500字 要求图纸布局合理，符合工程要求，使用Protel等软件绘制电原理图（SCH）、元器件布局图和印制电路板(PCB)。 4. 所有的文档和表格必须采用Word形式。5. 同类型的设计题可以组成一个设计组，组员

3、之间可以开展研究与讨论。雷同者均计0分。6. 阅读有关芯片英文参考资料，理解资料内容。7. 英文资料中的曲线、参数、方框图、引脚端封装等图（不包括电原理图和PCB图）可以直接采用（pdf文档中的图可放大300倍后裁剪到Word文档中），图中的英文可以采用英文（中文）方式翻译在图下。8. 英文资料中的一些词，如果翻译拿不准，可以采用英文（中文）方式标注。9. 设计资料中的有关的公式可以直接采用。10. 课程设计结束，需要交制作的作品、文字稿和电子稿，采用Word文档形式。11. 成绩评定： 按ABCDE分档，其中：优秀为A，良好为B，中等为C，及格为D，不及格为E。 课程设计设计说明书占60%，

4、实物制作占40%。 2对课程设计成果的要求包括图表（或实物）等硬件要求：设计电路，安装调试或仿真，分析实验结果，并写出设计说明书,语言流畅简洁，文字不得少于3500字。要求图纸布局合理，符合工程要求，使用Protel软件绘出原理图（SCH）和印制电路板(PCB),器件的选择要有计算依据。3主要参考文献：（1） 黄智伟全国大学生电子设计竞赛技能训练M北京：北京航空航天大学出版社，2007（2） 黄智伟全国大学生电子设计竞赛制作实训M北京：北京航空航天大学出版社，2007（3） 黄智伟全国大学生电子设计竞赛系统设计M北京：北京航空航天大学出版社，2006（4） 黄智伟全国大学生电子设计竞赛电路设计

5、M北京：北京航空航天大学出版社，2006（5） 黄智伟全国大学生电子设计竞赛 常用电路模块制作M北京：北京航空航天大学出版社，2010（6） 黄智伟等.基于NI multisim的电子电路计算机仿真设计与分析M北京：电子工业出版社，2007（7） 黄智伟.印制电路板（PCB）设计技术与实践M北京：电子工业出版社，2009（8） 高吉祥等.电子技术基础实验与课程设计M北京：电子工业出版社，2002（9） 吴运昌.模拟集成电路原理与应用M广州：华南理工大学出版社，2001年（10） 谭博学等. 集成电路原理及应用M北京：电子工业出版社，2003（11） 魏立军.CMOS 4000系列60种常用集成

6、电路的应用M北京：人民邮电出版社，1993（12） 杨宝清.实用电路手册M北京：机械工业出版社.2002 （13） 陈有卿.报警集成电路和报警器制作实例M人民邮电出版社1996 （14） 肖景和.红外线热释电与超声波遥控电路M人民邮电出版社.20034课程设计工作进度计划：序号起 迄 日 期工 作 内 容1. 资料查找和阅读2电路方案选择，电路设计和计算，电路仿真3材料购买，电路设计和PCB设计4PCB制作，电路元器件安装5作品调试6课程设计设计说明书写作指导教师王彦 日期： 2013年 10月 26 日目 录引 言. 61 语音录放器的设计. 6 1.1 总体设计. 7 1.2 驻极体话筒.

7、 71.2.1 概述. 71.2.2 构造与原理. 71.2.3 驻极体话筒的主要参数. 8 1.3 动圈式扬声器. 8 1.4 ISD1820语音录放器芯片介绍. 81.4.1 芯片介绍. 81.4.2 主要特性. 81.4.3 封装形式. 91.4.4 引脚描述. 91.4.5 ISD1820参数. 101.4.6 ROSC口电阻与录音时间关系. 102 电路的制作与调试. 112.1 电路的布线与焊接. 11 2.1.1 总线特点. 11 在Altium designer软件画原理图. 11 2.1.3 Altium designer软件画PCB. 112.1.4 焊接. 112.2 调

8、试. 12 2.2.1 调试所用仪器. 12 2.2.2 调试电路的方法和技巧. 12 2.2.3 调试过程中遇到的故障、原因与排除方法. 122.3 功能测试. 123 扩 展. 13 3.1 加入功率放大器. 13 3.2 使用单片机控制. 13 3.3 批量拷贝. 134 结 论. 13参 考 文 献. 14附录A 所需元件清单. 15附录B 语音录放器原理图. 15附录C 语音录放器PCB图. 16附录D 实物图. 16引言从20世纪30年代初到50年代末，有声电影主要应用光学录音方法。虽然有声电影初期曾使用过唱片配音的方法，光学录音是以感光材料为媒介记录声音的方法，泛用这种方法录制的

9、影片为数不多，时间很短。光学录音进入电影领域后，在世界范围内掀起了从无声电影到有声电影的高潮，推动了电影事业的大发展。40年代末50年代初磁性录音也进入了电影领域，但大量拷贝仍以光学录音为主；80年代磁性录音和光学录音两种方法并用。随着经济的快速发展，人民生活水平的不断提高，现在的人已经离不开音乐，而且对听觉要求越来越高。计算机技术和数字电子的发展，现在的语音系统有了重大的飞跃，从以前的体积较大的单放机、复读机发展到了音质较好、体积小、容量大的MP3、MP4、手机，可以说语音技术已经相当成熟了。自80年代以来，美、日等国的数字语音技术的研究工作进入了应用阶段，相继研制的大规模集成电路语音芯片已

10、经供应市场，并不断推出新的产品。数字语音技术的应用领域十分广泛，首先是数字通信系统。当通过数字通信系统传送语音信号时，语音数字化技术是必不可少的。发送端实际上即为语音编码，接收端为语音合成。在我们日常生活中，数字化语音存储与回放技术得到了广泛的应用，比如说公交车的报站器，MP3播放器，手机等，使得产品功能强大，淘汰了磁带录音的传统方式，方便了人们的生活，推动了社会进步。本设计的主要是制作一个语音录放设备。一个简单的语音录放器必须由声音传感器、声音播放设备和语音芯片三个主要部分组成。本文按照设计要求，采用麦克风作为声音传感器，扬声器作为声音播放，语音芯片则采用了美国ISD公司生产的相对简单且较为

11、实用的ISD1820芯片。1语音录放器的设计1.1 总体设计该语音录放器的语音录放功能实现主要是通过语音芯片ISD1820完成的。在录音模式下，语音信号，即声波信号，通过麦克风，将其转换成电信号，然后经过电路的放大和滤波，将相对比较“干净”的电信号传给芯片ISD1820，最后，芯片ISD1820采样并记录下这样一段信号。在播放模式下，芯片ISD1820再将之前获得并储存的电信号经电路传给喇叭，喇叭将此电信号还原成声波信号播放出来，送入我们的耳朵。如图1所示，语音录放器的总体结构框图。图1.语音录放器的总体结构框图1.2 驻极体话筒1.2.1概述驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低

12、的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中。属于最常用的电容话筒。由于输入和输出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。1.2.2构造与原理驻极体话筒由声电转换和阻抗变换两部分组成。 声电转换的关键元件是驻极体振动膜。它是一片极薄的塑料膜片，在其中一面蒸发上一层纯金薄膜。然后再经过高压电场驻极后，两面分别驻有异性电荷。膜片的蒸金面向外，与金属外壳相连通。膜片的另一面与金属极板之间用薄的绝缘衬圈隔离开。这样，蒸金膜与金属极板之间就形成一个电容。当驻极体膜片遇到声波振动时，引起电容两端的电场发生变化，从而产生了随声波变化

13、而变化的交变电压。驻极体膜片与金属极板之间的电容量比较小，一般为几十 pF。因而它的输出阻抗值很高(Xc12tfc)，约几十兆欧以上。这样高的阻抗是不能直接与音频放大器相匹配的。所以在话筒内接入一只结型场效应晶体三极管来进行阻抗变换。场效应管的特点是输入阻抗极高、噪声系数低。普通场效应管有源极(S)、栅极(G)和漏极(D)三个极。这里使用的是在内部源极和栅极间再复合一只二极管的专用场效c应管。接二极管的目的是在场效应管受强信号冲击时起保护作用。场效应管的栅极接金属极板。这样，驻极体话筒的输出线便有三根。即源极 S，一般用蓝色塑线，漏极 D，一般用红色塑料线和连接金属外壳的编织屏蔽线。图2.驻极

14、话筒的原理图和结构图1.2.3驻极体话筒的主要参数工作电压：Uds 1.512V，常用的有 1.5V，3V，4.5V 三种工作电流：Ids 0.11mA 之间输出阻抗：一般小于 2K（欧姆）灵敏度：单位：伏/帕，国产的分为 4 档，红点（灵敏度最高）黄点，蓝点，白点（灵敏度最低）频率响应：一般较为平坦指向性：全向等效噪声级：小于35分贝1.3 动圈式扬声器目前市面上90%的扬声器都是动圈式扬声器，所以本设计中也采用这种扬声器作为声音的输出设备。1.4 ISD1820语音录放芯片介绍1.4.1芯片简介美国ISD公司于2001年最新推出一种单片820秒单段语音录放电路ISD1820，它的基本结构与

15、ISD1110、1420完全相同，采用CMOS技术，内含振荡器，话筒前置放大，自动增益控制，防混淆滤波器，扬声器驱动及FLASH阵列。 1.4.2主要特性（1）使用方便的单片8至20秒录音录放；（2）高质量，自然的语音还原技术；（3）边沿/电平触发放音；（4）自动节电，维持电流0.5uA；（5）不耗电信息保存100年（典型值）；（6）外界电阻调整录音时间；（7）内置喇叭驱动放大电路；（8）10000次录音周期（典型）；（9）3-5V单电源工作；（10）借助专用设备可以批量拷贝。1.4.3封装形式该芯片有四种不同封装形式，其中常用的有两种，这次选用的是硬包封双列直插14脚的DIP14。图3.通用

16、的，软包封单列直插12脚的COB12，字符标记为1810COB图4.的，硬包封双列直插14脚的DIP14，字符标记为ISD1820P1.4.4引脚描述（1）电源(VCC)：芯片内部的模拟和数字电路使用的不同电源总线在此引脚汇合，这样使得噪声最小。去耦电容应尽量靠近芯片。（2）地线(VSSA,VSSD)：芯片内部的模拟和数字电路的不同地线汇合在这个引脚。（3）录音（REC)：高电平有效。只要REC变高(不管芯片处在节电状态还是正在放音)，芯片即开始录音。录音期间，REC必须保持为高。REC变低或内存录满后，录音周期结束，芯片自动写入一个信息结束标志(EOM)，使以后的重放操作可以及时停止。然后芯

17、片自动进入节电状态。注：REC的上升沿有84毫秒防颤，防止按键误触发。（4）边沿触发放音(PLAYE)：此端出现上升沿时，芯片开始放音。放音持续到EOM标志或内存结束，之后芯片自动进入节电状态。开始放音后，可以释放PLAYE。（5）电平触发放音(PLAYL)：此端从低变高时，芯片开始放音。放音持续至此端回到低电平，或遇到EOM标志，或内存结束。放音结束后芯片自动进入节电状态。（6）录音指示(/RECLED)：处于录音状态时，此端为低，可驱动LED。此外，放音遇到EOM标志时，此端输出一个低电平脉冲。此脉冲可用来触发PLAYE，实现循环放音。（7）话筒输入(MIC)：此端连至片内前置放大器。片内

18、自动增益控制电路(AGC)控制前置放大器的增益。外接话筒应通过串联电容耦合到此端。耦合电容值和此端的10K输入阻抗决定了芯片频带的低频截止点。（8）话筒参考(MICREF)：此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。（9）自动增益控制(AGC)：AGC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(从耳语到喧嚣声)时失真都能保持最小。通常4.7uF的电容器在多数场合下可获得满意的效果。（10）喇叭输出(SP+,SP-)：这对输出端可直接驱动8以上的喇叭。单端使用时必须在输出端和喇叭之间接耦合电容，而双端输出既不用电容又能将功率提高至4

19、倍。SP+和SP-之间通过内部的50K的电阻连接，不放音时为悬空状态。（11）外部时钟(XCLK)：此端内部有下拉元件，只为测试用，不用接。（12）振荡电阻(ROSC)：此端接振荡电阻至VSS，由振荡电阻的阻值决定录放音的时间。（13）直通模式(FT)：此端允许接在MIC输入端的外部语音信号经过芯片内部的AGC电路、滤波器和喇叭驱动器而直接到达喇叭输出端。平时FT端为低，要实现直通功能，需将FT端接高电平，同时REC、PLAYE和PLAYL保持低。1.4.5ISD1820参数图5.ISD1820参数ROSC口电阻与录音时间关系图6. ROSC口电阻与录音时间关系2电路的制作与调试2.1 电路的

20、布线与焊接2.1.1总体特点该设计所设计的各部分硬件电路，总体特点是：（1） 大部分的电容电阻采用贴片封装，节约板材，减少成本；（2） 为了检错方便电路采用分模块制作；（3） 在电路布局时，尽量合理安排空间，这样可以避免跳线，从而美化电路；因此，应合理布线，以降低焊接难度，降低出错率，同时防止干扰。2.1.2在Altium designer软件画原理图 用Altium designer软件将已经设计好的语音录放器电路图画出来，如图7所示。图7.语音录放器原理图2.1.3Altium designer软件画PCB在本设计中，画PCB要注意的一些地方。首先，在原理图转换成PCB之后，不要急于连线，

21、要把元器件的分装摆放好，以减少跳线的麻烦。其次，元器件摆放好之后，接下去就是布线，布线时尽量不用自动布线，不要怕麻烦，要自己手动布线。在遵循一定的规则下，手动布线更加美观。附录C为语音录放器的PCB图。2.1.4焊接（1）焊接电阻器套件中的电阻器采用的是4道色环的普通电阻器。（2）焊接电容器电路中的电容器有陶瓷电容器和电解电容器之分。陶瓷电容器没有极性：电解电容器有极性，长脚为“十”。短脚为“一”，插装时务必注意极性，采用卧式插装。（3）焊接微动开关焊接微动开关前先测量开关的好坏，插装时要紧贴电路板。由于开关柄比较长，注意按动时用力要均匀，防止损坏。（4）焊接集成电路集成电路是有方向的。插装时

22、将集成电路的半圆槽与符号中的半圆圈对应起来，保证极性正确。（5）焊接发光二极管发光二极管的长脚为“+”，插装时注意调整其高度，保证与外壳有很好的配合，从孔中露出一点点即可。（6）焊接话筒话筒是有极性之分的，与外壳连接的那个极是负极。利用焊接电阻后多余的导线连成脚。话筒在电路上插装时要紧贴电路板。（7）扬声器与电路板的连接扬声器与导线焊接前要先上锡，然后与导线连接，然后导线与电路板相连接。2.2 调试2.2.1调试所用仪器万用表等。2.2.2调试电路的方法和技巧制作完电路后，不要马上上电，先用万用表测量每一块电路，确保每一个走线时联通的。测量每一个电阻的阻值是否与设计值匹配，二极管正负极是否接反

23、，电解电容的正负极是否接反。最后要确保电源的正负极是否连接在一起。2.2.3调试过程中遇到的故障、原因跟排除方法故障是电路只能放音但不能录音，原因是芯片相邻两个引脚导通导致电路出现故障，最后用万用表挨个测试相邻引脚电阻时发现有两个导通。2.3 功能测试按住REC录音按键不放即录音，RECLED灯会亮起，送开按键录音停止。放音有三种情况： 沿触发放音，按PE键一下即将全段放音，除非断电或放音结束，否则不停止放音； 电平触发放音，按住PL键时即放音，松开按键即停止； 循环放音，置循环放音开关闭合，按动PE键即开始循环放音，只能断电才能停止。 在直通模式下，直通开关闭合，对话筒说话会从喇叭里扩音播放

24、出来，构成喊话器功能，由于该模式下的话筒放大，同时经过AGC自动增益调节和带通滤波器，其音质比通常的话筒放大器要好很多，而且不会出现喇叭过载的情况。3扩展3.1 加入功率放大器可以在扬声器端加上一个功率放大器，其中LM386、D2283、D2822、TA7368、MC34119均可用。信号由SP+或SP-通过电容耦合输入，SP+或S-不用的一端必须悬空不能接地,使用LM386作放大器的连线图如下：图8.LM386功率放大器连线图3.2 使用单片机控制3.3 批量拷贝借助ISD1425编程拷贝机，实现ISD1820的批量拷贝。可以先将需要的语音编程制作在ISD2532或ISD2560芯片上，然后即可向ISD1820P拷贝模块上的芯片拷贝即可，时间长度在模块上事先设定；4结论 本设计以ISD1820