基于单片机的数字化语言存储与回放系统-毕业设计

毕业论文题目：基于单片机的数字化语言存储与回放系统学院：电气信息学院专业：班级：1301学号：xxxxxxxxxx学生姓名：xxx_________________导师姓名：xxxx_________完成日期：＿＿＿＿201x年6月5日＿＿＿＿诚信声明本人声明：1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。作者签名：日期：年月日基于单片机的数字化语言存储与回放系统前言随着生活节奏的日益加快，城市智能化建设的不断发展，在智能仪器仪表和工业控制系统中增加语音录放功能成为了极为普遍的现象。添加语音功能不仅使得机器更加“聪明”和人性化，还能让使用者操作更加得心应手。当前把语音作为服务手段的行业越来越多，如电脑语音钟、语音型数字万用表、移动手机智能语音系统、叫号机、语音监控报警系统、公交车报站器和卫星导航系统等。可以说，语音系统是社会生活和生产不可缺少的东西，它的发展是社会进步的必然结果。第1章绪论1.1研究背景语音系统需要建立在硬件基础之上，而其系统的控制核心一般是使用单片机。单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点。它几乎渗透到我们生活的各个领域：军事领域的各类导航系统，计算机网络通讯与数据传输系统，各类工控企业的自动化实时控制和数据处理系统，各类智能IC卡，汽车的报警、导航、安全、娱乐系统，录音、摄像机，全自动洗衣机系统以及各类发生遥控玩具和电子宠物等等。可以说，单片机体现的是它强大的控制能力[1]。数字语音录放技术是指利用数字化技术对语音信号进行采集、处理、并且在一定存储设备中进行存储，并可在需要时进行输出的过程。相对于模拟设备来说，数字设备易于集成、小型化、成本更低，同时更为稳定，且操作更为直接、方便，使得数字语音录放系统目前在各种领域中都得到了广泛的应用。例如监控环境中使用的语音采集系统；再如家庭或学校中使用的语音复读机等，都可看作是数字语音录放系统的典型应用。在对语音信号的处理方面，常规方法是采用滤波器处理接收到的模拟语音信号，通过模数转换成为数字信号，再由单片机控制存储到存储器中。在需要输出语音信号时，亦可由单片机控制从存储器中输出，再经数模转换成模拟信号，通过I\V变换成电压信号，滤波后通过功放将语音信号输出。但是这种方法的缺点是，输出不稳定，语音信号有杂音或者变音，这是模拟电路所不能避免的缺点。为了解决这个问题，我们可以采用专用的语音芯片，利用其模拟信号技术直接存储技术来解决上述问题。语音芯片可以很方便的和单片机系统相结合，其体积和重量也能符合单片机系统的要求。因此，基于单片机和语音芯片的语音系统应运而生。1.2研究现状近年来，语音信号处理技术的发展可谓日新月异，新技术的出现为语音录放系统的发展指引了新的方向。对语音信号的前期采集、中期的处理从之前的对波形进行编码和压缩转变为现在的参数编码和压缩，从而大大减少了需要存储的数据，节省了硬件存储空间。举例来说，原始语音一般都是采用8KHz抽样，16bits的线性PCM编码进行采集，在一般的系统中就直接将采集后的数据进行存储；而如果采用参数编码对采集后的数据进行压缩，存储量则可以大大减少，当需要恢复语音时，可利用编码后的参数进行合成，可以得到质量令人满意的结果。目前比较典型的语音器件有早些的ISD2560、ISD1420到现在的ISD4004、ISD1700，ISD系列是由美国ISD公司研发的专业语音处理芯片。芯片采用模拟信号直接存储技术，将声音信号直接写入存储单元而不经A/D或D/A转换，所以使用ISD芯片能非常好的再现语音，可避免因一般固体语音电路的量化和压缩所引起的量化噪声和失真情况。另外芯片功能强大：即录即放、语音可掉电保存、10万次的擦写寿命、手动操作和CPU控制兼容、可多片级联、无需开发系统等等，确实给欲实现语音功能的单片机应用设计人员提供了解决方案。现在市场上已有公司将以AT89C2051单片机与ISD语音芯片组成的语音组合板，用串口通信，芯片里固化有一些常用语音词汇，用户不需了解语音功能的工作原理，只需通过串口按一定协议发送代码即可送出语音[2]。1.3发展前景未来语音存储技术的革新主要是硬件技术（处理能力）以及语音编码技术的进步。单片机技术的发展越来越快，未来将向低功耗、微型化发展。以51为基础的模式不会动摇，但在容量和性能上将作出很大提高，而串行总线结构可以使得单片机系统结构更加简单和规范。语音存储与回放技术的核心是语音编码，它是现代语音技术的三大核心之一（语音识别、文本语音转换、语音编码）。在未来，实现速度在2.4~4.8Kbps的高质量的加密方式。另一方面，将采用更先进的技术对语音信号进行处理，减少存储空间。而在整体的语音技术发面，智能语音将是未来发展的主要方向。语音识别技术和语音合成技术，将是未来的主导，他们将推动语音技术向语境真实化和多模态化发展，但是面临的核心技术也将越来越难。而在另一方面，未来数字化和信息化的联系日益紧密，继而影响科技进步和现代化进程。在现代社会，推动时代发展的根本力量，仍然是信息化和科技进步推动的全球经济一体化。像语音存储技术一样的数字化技术的进步，一方面能推动人类社会的发展；另一方面，人类综合能力、实践能力和创新能力的提高，也会推动数字信息化在更高领域里德创造。1.4设计任务要求设计一种基于单片机的数字化语言存储与回放系统，在保证语音质量的前提下，能减少系统噪声电平，增加自动音量控制功能。语音存储时间需要控制在10s以上。设计要求：阅读相关资料，单片机、AD、DA及各存储器选型；进行硬件及软件设计，并进行调试；写出设计说明书。设计一个基于单片机的数字化语言存储与回放系统，完成硬件电路设计，画出原理图，编写相应的程序，并进行仿真试验调试。第2章数字录音基本原理2.1声音产生基本原理声音是由物体振动产生的，振动发声的物体称为声源。在空气中，声源的振动会使周围的空气质点产生一定的疏密变化，并以一定的速度传播出去形成声波。因此声波是疏密波，也称为纵波。包围地球表面的大气层，随高度的不同而存在不同的大气压强。有声音存在时，大气压强会有微弱的起伏变化，即在静态大气压强上叠加了变化的分量，这个变化的分量称为声压p，通常声压的大小用它的有效值P表示，单位是Pa。人耳刚好能听到的声压约为2×10-5Pa，在房间中大声说话，在相距1米处的声压约为0.05~0.1Pa。声音在1秒间所传播的距离称为声速c，单位是米/秒(m/s)，在室温下，1个大气压的空气中，声速约为340m/s.当声源作周期性振动，所发出的声波也是做同样的周期性振动，声源或声波每秒钟内的振动次数称为声音的频率f，单位是赫兹Hz，人耳能听到的声音频率范围是2OHz-20kHz[3]。单位时间内穿过垂直声波传播方向单位面积的声能称为声强，单位是瓦/平方米(W/m2)。人耳对声振动的感受，在频率及声压级方面都有一定的范围，在这个范围以外的声振动人耳是听不到的。人耳能感觉到的声振动约在20Hz-20kHz之间，称为可听声。紊乱断续或统计上随机的声音称为噪声，对于不需要的声音也称为噪声。噪声也用它的声压级dB数来表示它的大小，称为噪声级。在寂静的环境里，人耳能分辨出轻微的声音，但在嘈杂的环境中，这些轻微的声音就被淹没掉了。由于第一个声音存在而使第二个声音提高的现象称为掩蔽效应。掩蔽效应对数字音频编码起到重要作用。2.2数字音频技术基本概念模拟量是指在时间上和幅度上都是连续的量，声波就是声压幅度随时间连续变化的模拟量，它由传声器转换成声频信号后，也是时间和电压幅度都连续变化的模拟信号。如果幅度只是一些特定值的阶梯波，则是时间连续而幅度不连续的信号。幅度连续而时间不连续的信号是脉冲幅度(PAM)调制信号。时间和幅度都不连续的信号是数字信号。从模拟磁带录音机和数字磁带录音机的比较来看，模拟录音存在很多缺点:（1）在录音、编辑和放音过程中混入的各种噪音不能被分离出来，形成对信号的损伤。（2）录音媒体的信噪比可成为记录信号信噪比的一部分。（3）录音磁头、放音磁头等呈现的非线性会使记录的信号也呈现非线性。（4）驱动、转动机械系统的不稳定会造成抖晃。数字录音是将模拟信号转变为离散的数字信号后进行记录的。对于需要多次转接、复制的模拟录音，每转接、复制一次，信号的质量下降程度就要累加一次，而数字录音就没有这一问题。数字录音具有下列优占。（1）数字化的标准(取样频率、量化比特数)确定以后，性能的界限也就确定了，性能是稳定的。（2）录音是以“0”或“1”数字进行的，放音时，只需判断出“0”或“1”，即判断脉冲“有”“无”即可，因而记录媒体的信噪比与放音信噪比无直接的关系。（3）许多器件不需要具有线性。（4）驱动、转动系统的不稳定，由于时钟脉冲信号和存储器的作用，不会造成晃。图2-22.3语音信号的数字化过程由于音频信号是一种连续变化的模拟信号，而计算机只能处理和记录二进制的数字信号，因此，由自然音源而得的音频信号必须经过一定的变化和处理，变成二进制数据后才能送到计算机进行再编辑和存贮。PCM（PulseCodeModulation）脉冲编码调制是一种模数转换的最基本编码方法。它把模拟信号转换成数字信号的过程称为模/数转换，它主要包括：（1）取样：在时间轴上对信号数字化；（2）量化：在幅度轴上对信号数字化；（3）编码：按一定格式记录采样和量化后的数字数据。编码的过程首先用一组脉冲采样时钟信号与输入的模拟音频信号相乘，相乘的结果即输入信号在时间轴上的数字化。然后对采样以后的信号幅值进行量化。最简单的量化方法是均衡量化，这个量化的过程由量化器来完成。对经量化器A/D变换后的信号再进行编码，即把量化的信号电平转换成二进制码组，就得到了离散的二进制输出数据序列x(n)，n表示量化的时间序列，x(n)的值就是n时刻量化后的幅值，以二进制的形式表示和记录[4]。2.3.1取样取样定律模拟声频信号可用幅度对时间的关系来表示，将模拟信号的幅度以一定的时间间隔取得样值，称为取样(或采样、抽样)。取样的时间间隔称为取样周期，每秒内取样的次数称为取样频率。根据取样定理，当取样频率fs为被取样信号最高频率fh的两倍时，则被取样信号可以被恢复，即fs≥2fh。（2）取样频率取样频率的选取应考虑以下两点:1）声频信号的最高频率;2）防混叠低通滤波器的截止特性。数字音频的质量与采样频率和量化精度有关，数字音频可分为以下几个质量等级：由于本系统录音的对象是人说话时的语音，人的语音频率大概在300Hz至3.4KHz之间，根据取样定理，采样频率应该高于6.8KHz，从表3.1可以看出，普通语音选取的是8KHz，但为了提高声音的保真度，减少滤波实现的难度，同时与微机的录音频率最大程度地接近，所以系统选取采样频率为11.025KHz。信号类型频率范围（Hz）采样频率（KHz）量化精度（位）电话语音2000~340088宽带音频50~70001616调频广播20~15K37.816高质量音频20~20K44.1163）混叠的防止经过取样后，原信号的频谱分布要有改变。如果取样频率小于信号最高频率的两倍，或信号的实际最高频率超过了fh，则会产生频谱混叠现象，以后就无法将原信号复原，并且出现混叠噪声。为了将声频信号严格限制在fh以下，应先让原信号通过一个高频截止频率为fh的低通滤波器后再进行取样。4）取样保持电路取样保持电路是在A/D变换器之前，为使取样保持一定时间而设的。由于A/D变换器的转换需要一定时间才能完成，而输入的模拟信号是不断变化的，因此取样值必须保持一定时间。5）取样产生的孔径效应取样定理所叙述的由取样的PAM信号可以完全恢复原模拟信号是有条件的，即取样脉冲的宽度(即脉冲所占时间)应为无限小，但实际的取样脉冲都有一定的宽度，这就会使恢复的模拟信号的高频特性产生失真，这种效应称为孔径效应。实验证明，当取样脉冲宽度为取样周期的1/4时，孔径效应所产生的高频损失约为0.2dB,人耳对它不能察觉到，不会成为问题。2.3.2量化将模拟信号的取样值，经“四舍五入”的方法转换成一种数字信号的过程称为量化。在数字语音技术中，我们采用二进制表示一个数，即用“1”“0”来表示一个数，逢2进1，用电路的接通和断开即可实现。采用二进制时的有效位数称为比特数或位数，在进行舍入运算的过程中会产生舍入误差。由取样定理知道，如果取样频率能满足这个定理，就会完全恢复原波形，但要真正完全恢复原波形，则需要无穷多位数。在通常的数字系统中，每个取样点都会产生舍入误差，并且存在与这种舍入误差相应的失真和噪声，称为量化噪声或量化失真。量化阶梯数，或量化级数，是指量化所能取值的数目。以二进制量化时，位数越多，量化阶梯数也就越多，16位的量化阶梯数为65536个，量化误差己很小。对于量化阶梯相等的量化方法称为线性量化或均匀量化，不相等则称为非线性量化或不均匀量化。均匀量化的量化噪声也是恒值，因此信号幅度大时，信噪比高;信号幅度小时，信噪比低，噪声较明显。非均匀量化在信号幅度小的时候，量化阶梯高度也小，信噪比可以较好。信号幅度大的部分，量化阶梯高度也大，虽然量化噪声大，但由于人耳的掩蔽效应，对信号幅度大时增大的噪声会感觉不出来。由表2.1可以看出，对于普通语音，量化精度选取8位就可以满足数字化语音质量的要求，因此本系统的量化位数就选取8位[5]。量化比特数M越大，信噪比越好。量化噪声是均匀分布在0-fs/2的频带中，另外量化噪声的振幅为常数，它等于△，不随信号大小而改变，因而当信号很大时，系统的信噪比很高;但当信号很小时，则量化噪声对系统的音质影响就将十分明显。量化噪声的减低对于量化噪声可采用在信号中加给高频抖动信号的方法，量化后，再减去高频抖动信号，而使量化噪声白噪声化。量化噪声随量化比特数增大而相应减小，但不能减为零。量化噪声是不同于白噪声(即等带宽能量相等的噪声)的一种高频噪声，它是由比较少的孤立频谱重叠而成的噪声。因此在听感上与白噪声不同，是一种较粗糙的、刺耳的、称为颗粒性噪声的声音。可以将一种称为高频脉动的、与量化阶梯高度相等的小振幅白噪声与信号重叠，经量化后，颗粒性噪声即被白噪声化，使听感变好。理论上将与量化阶梯高度v相等的均匀分布的高频抖动在量化前先与信号相重叠，量化后再将高频抖动除去，量化噪声就成为宽度为V、电功率v2/12的均匀分布的白噪声。另外，还可由过取样减低量化噪声，利用非均匀量化的输入输出特性也可减低量化噪声。2.4滤波和频谱分析(1)采样定理在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率最大值大于信号中最高频率fmax的2.56倍时，即：fs.max>=2.56fmax,则采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息。(2)采样频率采样频率是指计算机每秒钟采集多少个声音样本，采样频率越高，即采样的间隔时间越短，则在单位时间内计算机得到的声音样本数据就越多，对声音波形的表示也越精确。只有采样频率高于声音信号最高频率的两倍时，才能把数字信号表示的声音还原成为原来的声音。程序中采用44.1kHz采样频率。(3)语音的录入与打开在MATLAB中，[y,fs,bits]=wavread('Blip',[N1

N2]);用于读取语音，采样值放在向量y中，fs表示采样频率(Hz)，bits表示采样位数。[N1

N2]表示读取从N1点到N2点的值。

X=wavrecord(t,fs,ch);用来采集声音；t表示录音时间，fs采样频率，ch声道。(4)

时域信号的FFT分析FFT即为快速傅氏变换，是离散傅氏变换的快速算法，它是根据离散傅氏变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的。

在MATLAB的信号处理工具箱中函数FFT和IFFT用于快速傅立叶变换和逆变换。函数FFT用于序列快速傅立叶变换，其调用格式为y=fft(x)，其中，x是序列，y是序列的FFT，x可以为一向量或矩阵，若x为一向量，y是x的FFT且和x相同长度；若x为一矩阵，则y是对矩阵的每一列向量进行FFT。如果x长度是2的幂次方，函数fft执行高速基－2FFT算法，否则fft执行一种混合基的离散傅立叶变换算法，计算速度较慢。函数FFT的另一种调用格式为y=fft(x,N)，式中，x，y意义同前，N为正整数。函数执行N点的FFT，若x为向量且长度小于N，则函数将x补零至长度N；若向量x的长度大于N，则函数截短x使之长度为N；若x

为矩阵，按相同方法对x进行处理[6]。2.5数字滤波器设计原理数字滤波是数字信号分析中最重要的组成部分之一，与模拟滤波相比，它具有精度和稳定性高、系统函数容易改变、灵活性强、便于大规模集成和可实现多维滤波等优点。在信号的过滤、检测和参数的估计等方面，经典数字滤波器是使用最广泛的一种线性系统。

数字滤波器的作用是利用离散时间系统的特性对输入信号波形(或频谱)进行加工处理，或者说利用数字方法按预定的要求对信号进行变换。2.6总体方案论证利用单片机及其外围硬件电路（如A/D、D/A、存储器等），就能完成语音信号的数字化处理，实现语音的存储与回放，及单片机测控系统的语音提示报警及语音提示操作。但是语音信号容易受到外界干扰而失真，并且信号的压缩存储比较复杂，硬件电路不宜调试。图2-6直接采用单片机AT89C52与专用的语音处理芯片ISD2560设计实现语音存储与回放，实现语音的分段录取、组合回放。语音信号抗干扰能力强，存储方便，调试简单，还可以作为语音服务的子系统。所以，选择此方案。第3章系统硬件电路设计本系统主要可分为三个部分：单片机控制部分、语音录放部分和键盘输入部分，采用52单片机作为主控制芯片，利用ISD2560实现语音录放，简单易行且控制方便。

系统采用的微控制器是美国

ATMEL

公司生产的低电压，高性能

CMOS

8

位单片机，片内含

8k

bytes

的可反复擦写的

Flash

只读程序存储器和

256

bytes

的随机存取数据存储器（RAM），器件采用

ATMEL

公司的高密度、非易失性存技术生产，与标准

MCS-51指令系统及

8052

产品引脚兼容，片内置通用

8

位中央处理器（CPU）和

Flash

存储单元，功能强大

AT89C52

单片机适合于许多较为复杂控制应用场合[7]。

该单片机的

P1

口是一个双向

I/O

口，其中

P1.2~P1.7口内部提供了上拉电阻，P1.0、P1.1需外部上拉。P1.0、

P1.1同时也是片内精密比较器的正输入端（AIN0）和负输入端（AIN1）。P3口是

7个带有内部上拉电阻的双向口。

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。

ISD2560

与单片机

AT89C52

的接口电路以及外围电路如图5-1所示。单片机的

P0口、P2.0和

P2.1分别与

ISD2560

的地址线相连，用以设置语音段的起始地址。P2.3~P2.5

用以控制录放音状态。硬件总电路图如3-2所示：图3-03.1单片机AT89C52AT89C52

是美国ATMEL

公司生产的低电压，高性能CMOS

8位单片机，片内含8k

bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256

bytes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，与标MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大AT89C52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。

主要性能参数：

·与MCS—51产品指令和引脚完全兼容

·8k字节可重擦写Flash

闪速存储器

·1000

次擦写周期

·全静态操作：0Hz—24MHz

·三级加密程序存储器

·256×8字节内部RAM

·32个可编程I/O口线

·3个16位定时/计数器

·8个中断源

·可编程串行UART

通道

·低功耗空闲和掉电模式功能特性概述：

AT89C52

提供以下标准功能：8k字节Flash

闪速存储器，256字节内部RAM，32个I/O

口线,3个16位定时/计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM

中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位[8]。引脚功能说明：

图3-SEQ图\*ARABIC\s31·P0

口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，

也即地址/数据总线复用口。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。

·P1-P3

口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8

位双向I/O

口。P3口除了作为一般的I/O

口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表3-1所示：端口引脚第二功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2INT0（外中断0）P3.3TNT1（外中断1）P3.4T0（定时/计数器0）P3.5T1（定时/计数器1）P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.7RD（外部数据存储器读选通）·RST：复位输入·ALE/PROG：地址锁存允许端

·PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号。

·EA/VPP：外部访问允许。

·XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。

·XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。3.2语音芯片ISD2560简介ISD系列语音芯片进行录音可具有音质自然、单片存储、反复录放、低功耗等优点。一块

ISD

芯片上集成有麦克风前置放大器（AMP）、自动增益控制电路（AGC）、抗混淆和平滑滤波器、模拟存储阵列、扬声器驱动器、控制接口和内部精确的参考时钟，加上外部元件（液晶、麦克风、扬声器、开关和少数电阻、电容），再加上电源即可组成最简单语音系统[9]。

ISD2560语音芯片是美国ISD公司较为成熟的语音录放产品。它是一种永久记忆型语音录放电路，录音时间达60s，可重复录放10余万次。芯片采用多电平模拟量直接存储专利技术，无需外围的A/D、D/A转换电路。每个采样数据值直接由芯片自动存储在片内ROM单元中，播放时直接将存储的数据导出，所以它能十分真实地再现人声、音乐、语调和声效，可避免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”。ISD2560集成度较高，内部有前置放大器、自动增益控制、内部时钟、定时器、采样时钟、滤波器、逻辑控制、模拟收发器、解码器和480K的EEPROM等。各引脚的主要功能说明如下：图3-SEQ图\*ARABIC\s32A0/M0~A6/M6、A7~A9：地址线，ISD器件可以实现1～600段录放语音功能，每段录放音都有一个起始端，该起始地址的选择由A0~A9确定。当A8、A9同时为高电平时可以选择工作模式。

AUX

IN：当CE和RP/为高，放音不进行，或处于放音溢出状态时，本端的输入信号通过内部功放驱动喇叭输出端。

VSSD、

VSSA：数字地和模拟地，这两脚最好在引脚焊盘上相连。

SP+、SP-：扬声器输出。

VCCA、VCCD：模拟电源、数字电源，尽可能在靠近供电端处相连。

MIC：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10KΩ输入电阻。

MIC

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。

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时失真都能保持最小。响应时间取决于本端的5KΩ输入阻抗外接的对地电容的时间常数。释放时间取决于本端外接的并联对地电容和电阻的时间常数。470KΩ和4.7uF的标称值在绝大多数场合下可获得满意的效果。

ANA

IN：芯片录音信号输出端，它通过外接电容与话筒的ANA

OUT端相连接。

ANA

OUT：前置放大器的输出，前置电压增益取决于AGC端电平。

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，之后状态随CE端变化，直至PD端变为高电平。

CE：当低电平有效时（而且PD为低），允许语音芯片进行录放操作。芯片在本端的下降沿锁存地址线和RP/端的状态。

PD：当该端为高电平时，芯片停止工作，且不耗电，芯片发生溢出，即OVF端输出低电平后，本端口短暂变高电平。只有复位芯片，才能使之再次工作。

EOM：EOM是在录音时由芯片自动插入到语音信息的结尾作为结束的标志。当放音时，一遇到EOM，本端口即刻输出低电平脉冲。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。

XCLK：外部时钟输入端。本端内部有下拉元件，不用时应接地。

RP/：本端口状态在CE的下降沿锁存。为高电平时选择放音，为低电平时选择录音。录音时，由地址端提供起始地址，录音持续到CE或PD变高，或内存空间溢出；如果是前一种情况，芯片自动在录音结束处写入EOM标志，说明录音结束。放音时由地址端提供起始地址，放音直至遇到EOM停止标志。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。

由于ISD2560内置了若干种操作模式，因而可用最少的外围器件实现最多的功能。操作模式也由地址端控制，当最高两位（A8、A9）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。具体操作模式如表2-3所示。操作模式可由微控制器也可由硬件实现。使用操作模式时需要注意两点：(1)任何操作模式都是从0地址开始，随着不同操作模式，继而对应相应的地址。当系统录音转为放音或进入省电状态时，地址计数器复位为0。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。(2)操作模式位不加锁定，可以在MSB（A8、A9）地址位为高电平时，CE电平变低的任何时间执行操作模式操作。如果下一片选周期MSB（A8、A9）地址位中有一个(或两个)变为低电平，则执行信息地址，即从该地址录音或放音，原来设定的操作模式状态将丢失。第4章主程序设计本系统中单片机控制语音芯片录放的程序主要是单片机对ISD2560芯片的控制字的写入，程序流程图如图所示:图4-0ISD2560

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，需要采用直接寻址模式进行寻址。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为100

ms，然后再利用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EEPROM，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。一般按每秒说3个字计算，60s可说180个字，再根据ISD2560的地址分辨率为100ms，即可计算出语音段所需的地址单元数。本系统完成的是语音单段录放的功能，可不必采用直接寻址模式，而是设置A8、A9和A6的电平为高，利用按钮控制操作模式完成对单段语音信号的录放即可。在这种模式下，语音存储的起始地址默认从0开始。[10]程序首先是系统的初始化，设置P1的状态使得语音芯片处于按键控制的操作模式下。后将PD端置为0，芯片启动。再置PR端为0，设置芯片在录音状态。此后循环扫描RECORD和PLAY键按下的状态。RECORD键按下后，进入录音模式，调用录音子程序开始录音。PLAY键按下后，进入放音状态，调用放音子程序开始放音。放音结束后，PD端置1，芯片停止工作。4.1录音子程序图4-1录音键按下后，置CE端为低电平，芯片开始录音。然后一直扫描RECORD所表示的录音按键是否松开，若按键松开，则置CE端为高电平，录音结束。程序段如下：RECORD:MOVR7,#00HMOVP1,#00HCLRP3.4;ISD2560地址初始化CLRP3.5CLRP3.2CLRP3.0;设置为录音状态LOOP:JBP3.7,LOOP录音键按下否？INCR7CALLPRESSLJMPLOOPPRESS:CJNER7,#1,NEXT1MOVP1,#00H;送字段1起始地址CLRP3.4CLRP3.5LCALLRECORDJMPBACKNEXT1:CJNER7,#2,NEXT2MOVP1,#20H;送字段2起始地址CLRP3.4CLRP3.5LCALLRECORDJMPBACKNEXT2:CJNER7,#3,NEXT3MOVP1,#40H;送字段3起始地址CLRP3.4CLRP3.5LCALLRECORDJMPBACKNEXT3:CJNER7,#4,NEXT4MOVP1,#60H;送字段4起始地址CLRP3.4CLRP3.5LCALLRECORDJMPBACKNEXT4:CJNER7,#5,BACKMOVR7,#00HMOVP1,#80H;送字段5起始地址CLRP3.4CLRP3.5LCALLRECORDBACK:RETRECORD:CLRP3.3;/CE端为低，开始录音JNBP3.7,$SETBP3.3RETJMPSTART4.2放音子程序图4-2放音键按下后，置PR端为1，进入放音状态。将CE端置为低电平，启动播放。播放过程中等待语音段结束信号EOM，当EOM=0时，提示语音信号结束。返回主程序并进行下一步操作。放音程序段如下：BEGIN:SETB20H.0;置放音标志SETBP3.0;置放音状态MOVP1,#00H;ISD2560地址初始化CLRP3.4CLRP3.5MOVR0,2FH;放音起始地址送R0LOOP1:JB20H.0,LOOP1LCALLPLAY;20H.0=0调放音程序JMPLOOP1PLAY:INCR0LCALLFIND调查找播放地址子CJNER0,#5,OUTMOVR0,#2FHOUT:RETFIND:MOVA,@R0;查找播放语音地址CJNEA,#1,PNEX1MOVP1,#00H;若A=#1放第一段CLRP3.4CLRP3.5CALLSOUNDAJMPSHOW1JMPPBACKPNEX1:CJNEA,#2,PNEX2MOVP1,#20H;若A=#2放第二段CLRP3.4CLRP3.5CALLSOUNDAJMPSHOW2JMPPBACKPNEX2:CJNEA,#3,PNEX3MOVP1,#40H;若A=#3放第三段CLRP3.4CLRP3.5CALLSOUNDAJMPSHOW3JMPPBACKPNEX3:CJNEA,#4,PNEX4MOVP1,#60H;若A=#4放第四段CLRP3.4CLRP3.5CALLSOUNDAJMPSHOW4JMPPBACKPNEX4:CJNEA,#5,PBACKMOVP1,#80H;若A=#5放第五段CLRP3.4CLRP3.5CALLSOUNDAJMPSHOW5PBACK:RETSOUND:CLRP3.3；/CE端形成一负脉冲启动播放NOP;NOPSETBP3.3TURN1:JBP3.1,TURN1等待语音段结束信号TURN2:JNBP3.1,TURN2；等待EOM信号的上升沿RETJMPSTART系统调试与实验结果5.1系统调试（1）按硬件电路设计图焊接实物：图5-1.1图5-1.2用KEIL软件将程序烧入单片机中：图5-1.3（3）接通电源，按下开关，系统电源指示灯亮，电路显示正常并开始工作：图5-1.4按下录音键不放录音指示灯亮，系统键入录音状态，将音源对着MIC进行录音：图5-1.5录音结束后，按下放音键放音指示灯亮，系统开始放音：图5-1.65.2实验结果经测试，整个系统录音时间可达60s，录放音操作简单方便，声音输出较清晰，音质较好，无明显杂音。整个系统电路简单明了，无需过多元器件即可正常工作，因此具有良好的实用性，可用于生活生产各个领域。结束语本系统以AT89C52单片机为核心部件，结合专用的语音处理芯片ISD2560设计实现语音存储与回放，实现语音的录取、滤波和频谱分析、放音。语音信号抗干扰能力强，存储方便，调试简单，还可以作为语音服务的子系统，结合软件实现了语音录放的基本功能，达到了本次设计的目的[11]。在设计中我们必须首先熟悉和掌握单片机的结构及工作原理，单片机的接口技术及相关外围芯片的外特性，控制方法。以单片机核心的电路设计的基本方法和技术了解表关电路参数的计算方法。[12]单片机不是完成某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。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，学习使用单片机了解计算机原理与结构的最佳选择。目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。[13]更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。随着单片机的广泛应用，将大大促进各领域的技术更新，向自动化、小型化、智能化方向迈进。而对于我们来说，我们这代人的目标和任务是把这些高科技产品更升一个层次[14]。毕业设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程，随着科学技术发展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握单片机的开发技术是十分重要的[15]。通过这次毕业设计，无论从选题到定稿，从理论到实践都使我学到了很多东西，它不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。同时也明白了理论与实践相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。参考文献[1]张绍高.《数字音频技术原理及应用》.[M]第1版.北京:国防工业出版社，2000.7[2]张伟雄.《OSP芯片的原理与开发应用》.第l版.[M]北京:电子工业出版社，1997.9[3]『美』KenC.Pohlmann.《数字音频原理及应用》.[M].第4版.北京:电子工业出版社，2002,2[4]李兰友,韩其睿,江忠.《数字信号处理单片机及其应用》.[M]第1版.北京:电子工业出版社，1997.8[5]潘琢金.《C8051FO20混合信号ISPFLASH微控制器数据手册》[J]2002.10[6]《K9F56XXXOBFlashMemory使用手册》.[J]2002.8[7]钟玉琢等.《多媒体计算机技术基础及应用》.[M]第1版.北京:高等教育出版社，1999.6[8]余祖俊等.《微机检测与控制应用系统设计》.[M]第1版.北京:北方交通大学出版社，2001.6[9]钟玉琢，洗伟锉，沈洪编著.《多媒体技术基础及应用》.[M]北京:清华大学出版社2000年[10]薛钧义张彦斌等编著.《凌阳16位单片机原理及应用》.[M]北京:北京航空航天大学出社2003年[11]谭浩强编著.《c程序设计》.[J]北京:清华大学出版社1999年[12]夏宽理编著.《c语言与c程序设计》.[J]上海:复旦大学出版社1994年[13]窦振中编著.《单片机外围器件实用手册一存储器分册》.[J]北京:北京航空航天大学出版社1998年[14]周航慈编著.《单片机应用程序设计技术》.[J]北京:北京航空航天大学出版社2003年[15]ArnoldBerge.《嵌入式系统设计》.[[J]]北京:电子工业出版社2002年致谢在这次设计中，我遇到了很多问题，也学到了很多知识。在这里，首先我要感谢我的指导老师xx老师!在完成整个设计和论文编写的过程中给我提供了很多的帮助，在设计时遇到了不少问题，但书上讲的和网上看到的资料都能太过浅显，很多不能直接用来解决设计中遇到的问题，这些问题都是在x老师的耐心指导下才解决的，编写论文是x老师及时提出论文中存在的问题并给予了耐心的指导，对论文初稿进行了认真细致的审查并提出了许多宝贵的意见。徐老师以其一丝不苟的工作态度和严谨求实的学术态度深深感染了我。他丰富的知识给与了我很多的启发和帮助，才使得我的毕业论文得以顺利完成。论文中参考了很多其他人的研究成果，在这里向作者表示致谢。我从x老师那里学到的不仅仅是知识,他那孜孜不倦的钻研精神、严谨求实的治学态度,都给我留下了深刻的印象,这些收获必将使我终身受益。xxx201x年6月3日附录附录A附录B主程序清单ORG0000HAJMPSTARTORG0030HSTART:SEBTP3.7SEBTP3.6LOOP:JNBP3.7,LOOPLOOP1:JNBP3.6,LOOP1K0:AJMPRECORDK1:AJMPBEGINRECORD:MOVR7,#00HMOVP1,#00HCLRP3.4;ISD2560地址初始化CLRP3.5CLRP3.2CLRP3.0;设置为录音状态LOOP:JBP3.7,LOOP录音键按下否？INCR7CALLPRESSLJMPLOOPPRESS:CJNER7,#1,NEXT1MOVP1,#00H;送字段1起始地址CLRP3.4CLRP3.5LCALL