基于51单片机的语音储存和回放的系统设计

II摘要语音功能是电子产品和自动控制设备的重要组成部分，它可以改善用户的体验，提升人机交互的便捷性。许多情况下，语音存储和播放技术都需要与单片机相结合。然而，传统的模拟语音处理系统并不能满足这些需求，因此它们的效果并不理想。在这项设计中，我们使用了性能强大的STC89C51单片机作为主控器件，并使用了高性能的语音芯片ISD2560来实现语音存储和回放功能。此外，我们还使用了高性能的LCD1602显示屏来展示系统的信息。通过设计四种功能按键，用户可以轻松控制语音录制、播放、继续播放、选择语音段、调节语音播放时长和速度，从而实现更加便捷的语音体验。在本次设计中，我们将会详细地探讨每个部分的特性，并从中挑选出合适的元器件。接下来，我们将会针对每个部分的特性，制定出完善的硬件电路与软件设计。关键词：STC89C51；ISD2560；语音储存；语音回放AbstractVoicefunctionisanimportantpartofelectronicproductsandautomaticcontroldevices,whichcanimprovetheuserexperienceandenhancetheconvenienceofhuman-computerinteraction.Inmanycases,voicestorageandplaybacktechnologywillneedtobecombinedwithamicrocontroller.However,traditionalanalogspeechprocessingsystemsdonotmeettheseneeds,andthereforetheireffectsarenotideal. Inthisdesign,weusedthepowerfulSTC89C51microcontrollerasthemaincontroldevice,andusedahigh-performancevoicechipISD2560toachievevoicestorageandplaybackfunctions.Inaddition,weusedahigh-performanceLCD1602displaytodisplayinformationaboutthesystem.Bydesigningfourfunctionalbuttons,userscaneasilycontrolvoicerecording,play,continuetoplay,selectvoicesegment,adjusttheplayingtimeandspeedofvoiceplayback,soastoachieveamoreconvenientvoiceexperience. Inthisdesign,wewilldiscussthecharacteristicsofeachpartindetail,andselecttheappropriatecomponents.Next,wewilldevelopaperfecthardwarecircuitandsoftwaredesignbasedonthecharacteristicsofeachpart.Keywords：STC89C51；ISD2560；Voicestorage;Voiceplayback目录TOC\o"1-3"\h\u2496摘要 I28044Abstract II3924第1章绪论 418931.1研究背景及意义 4307541.2国内外研究现状和发展趋势 419321.3研究内容 512064第2章系统总体方案设计 617552.1总体方案选择 6278212.2单片机选择 7170562.3语音芯片的选择 8163732.4功率放大器的选择 10106512.5显示模块器件选择 1127174第3章系统硬件设计 1222353.1系统硬件电路总体设计 12169753.2STC8951外围电路设计 12296463.2.1晶振电路设计 12107683.2.2复位电路设计 13140103.3语音电路设计 1349573.4功放电路设计 157043.5显示电路设计 1615653第4章系统软件设计 16273894.1系统主要变量说明 1798104.2程序主流程图 17209714.3录音子程序流程图 18291274.4录音播放子程序流程图 1914316第5章系统实验仿真 202880结论 246949参考文献 257236致谢 2623345附录一 276529附录二 28第1章绪论1.1研究背景及意义在过去，语音信息的储存一直是一个难以解决的问题，150年前，随着机械留声机的发明，该问题被初步解决，但同时，因为传统的语音回放系统具有体积大，且使用复杂的特点，因此在使用过程中十分不方便。相对于传统的磁带，胶片等早期设备,数字设备易于集成、小型化、成本低、稳定性强、操作简单方便。因此，在解决早期录音设备存在的问题的同时进行优化，将51单片机应用到语音储存与回放系统中，使得产品更加便携方便，是本次设计的目的。目前，许多传统的数字语音录制系统仅能够收听、储存并传输声音信号，尽管它们能够很好地确保声音质量，但如果声音信号太多，它们将无法被有效地传输。最近几年，由于单片机技术的飞速发展，使得传输声音的方式由传统的波形编辑改为参数编辑并压缩，这有助于降低声音数据的存储难题。随着技术的不断进步，单片机因具备出色的稳定性、经济效益高、节能环保、操作简便、使用寿命长而受到了越来越多的重视，并被普遍地运用在多个行业，为语音播报提供了极具潜力的技术支持。[1]随着技术的发展，越来越多的人开始采用更加先进的技术，如自动增强的语音识别技术、智能的自动调谐技术、自动噪声抑制技术等，以及更加精确的自动化控制技术，从而大大提高了语音信号的处理效率。为了提高音质，我们可以采用专门的音效芯片。这种芯片可以通过控制器进行操作，无论是手动还是自动，都能够实现声音的记录和播放。此外，它的设计简单，可以轻松地安装在单片机系统中，而且体积小巧，重量轻，能够满足单片机系统的需求。因此，我们需要设计一种新型的声音芯片微控制器，它能够通过数字信号来控制语音的传输。1.2国内外研究现状和发展趋势ISD2560单片语音芯片是美国ISD公司研制出来的，其独特之处在于，它能够通过模拟信号的形式，无缝地将语音信息存储到单片机内部，从而有效地降低语音失真。此外，ISD2560还具有多次录音和播报功能，操作简单，易于实现多种应用场景。这种方法非常有利于在现场记录和播报声音。南京大学利用单片机语音芯片，结合ISD2560的功能，开发出一种非定长分段语音录制及随机组合放音的新型技术，并将其普及于各种语音播报设备。江苏大学则利用ST89C51，精细分析ISD2560的内置存储信息，并利用RAC引脚，精确定位语音地址，从而大大提高语音播报的效率，并为语音播报设备的可靠性提供有力的支持。ISD2560语音芯片不仅可以精确地输入、传输语音，而且可以轻松地将语音转换为可视化的形式，从而更加轻松地完成语音处理，更加高效地完成语音交互。随着科学技术的飞速发展，未来的话音存储领域的变革将从硬件到软件，从传统的数据到最先进的语音处理，从传统的数据到最先进的信息处理，从传统的数据到最先进的信息处理，从而达到无缝的话音传播，从而推动未来的智能语音产业的发展。未来，语音识别与合成技术将会占据领先地位，并促进语音技术的进一步改进，使其更加逼近现场情景。1.3研究内容通过将语音信号划分为两种状态，即录制与回放，我们可以满足高质量的语音存储与传输。然而，由于这种信号无法进行数字化，因此我们必须使用一种专门的声学芯片，将其进行A/D到D/A的转换，以达到最佳的声学表达。单片机是一种关键的电子元件，它负责调节语音储存位置的起止，确保存储的位置，以及确保存储的可靠性。它还能够根据特殊情况来调整存储的容量，从而实现储存信号的传输。采用A/D和D/A技术来实现语音信号的处理，首先将模拟的语言信息转化为数字，并将其传送至数字转换器，接着将其存入内部，当需要进行播放，可以使用微控制器来调节，将其内部的数值传送至内部，最终将其以数字信号的形式发送至扬声器，以实现更加清晰的声音效果。[2]采用闪存作为储存介质，可以有效地防止数据的损坏，从而确保其安全性。此外，为了更好地捕捉到更加清晰的语音，可以采取更先进的模拟信号放大器、滤波器等，而无需采用传统的滤波软件，从而实现更加精确的传输。语音播报器的核心结构包括一个单独的处理器，它能够处理SPI信号并将信号转换为语音信号。这个处理器可以在ISD2560语音芯片上运行，通过按下不同的按键实施不同的功能，并且可以在语音芯片上输入各种信息，从而实现语音播报。1.4论文的主要工作本次设计的主要任务是参考国内外的相关文献，根据实际情况丰富充实自己对语音存储与回放功能的熟悉程度，用51单片机来设计一款语音存储与回放系统。本设计的结构如下:第1章绪论，阐述本次设计的主题，研究背景及意义，以及关于本次选题国内外的研究现状和发展趋势，对已经出现的研究现状和成果进行简单的描述，并且对单片机语音存储与回放系统进行简介，引入论文的中心问题。第2章系统总体方案设计。概述选择这种设计的原因及总体过程，说明设计中所用的元器件，详细描述微控制器芯片语音选择方法，并介绍了芯片能实现的各种功能。第3章系统硬件设计。详细介绍了本次设计中所需要用到的硬件电路。第4章系统软件设计。介绍软件编写的流程图，对录音和放音程序部分单独介绍。第5章系统实验及仿真展示本次设计的仿真结果，阐述系统如何运行。

第2章系统总体方案设计2.1总体方案选择方案一:系统主要由单片机AT89C51、AD574、DAC0832及闪速存储器AT29C040组成。它们可以实现对发射的声音进行有效的处理，并将处理结果转换为高频的数字信号，最终传递到单片机的存储器中。随后，单片机会把处理好的数据存入内部的存储空间，当需要播放声音的时候，就会通过D/A转换的形式进行输出。虽然该技术的实现相对简便，但是因为数据很容易被外部因素所影响，导致数据的失真，此外，数据的压缩和存储也相对繁琐，使得硬件的调试任务变得更加艰巨。其方框图如图2-1所示。图2-SEQ图\*ARABIC1方案一方框图方案二：该方案的设计上选用了语音芯片ISD2560以及单片机STC89C51，由二者联动来实现语音的录制与回放的功能。同时外接一块LCD1602显示屏，能够更加直观地表现录放音过程以及对于语音频段的详细操作。该方案还采用了LM386功率放大器作为扬声器，从而实现对音频音量大小的处理。ISD2560芯片连接电路简单，功耗低，抗干扰能力强，可以有效地避免录入的语音产生失真现象，其方框图如图2-2所示。从系统性能的方面，本设计由方案二作为基础进行设计。图2-2方案二方框图2.2单片机选择在选择本次设计所使用的单片机时，大部分情况下AT89C51会被作为一个优秀的选项。它具备4位ISPFlash储存器、128位内置RAM和5个中断源，可以提供较高的存储能力和较快的访问速度。[3]然而，它的一个主要问题也非常突出：调试时可能会出现多次插拔的情况，这会导致整个工作流程变得复杂而耗时，并可能会导致芯片的破裂。采用STC89C5作为系统的主控芯片，其内置的Flash存储空间可以提供更高的存储容量，而且存储速度也更快，使得它拥有AT89C51无法比拟的优势。STC89C51拥有强大的ISP在线编程功能，大大简化了开发过程，而且可以有效避免多次插拔芯片，同时还可以有效地保护芯片免受损坏。其低功耗，抗干扰能力强的优点也能避免设计中的各种问题。表2-1简单的对比了两种芯片的差别。项目STC89C51AT89C51储存器内部RAMI/O口线中断源工作电压通信方式8位ISPFLASH储存器512位内部RAM32个I/O口线6个中断源3.3-5V串口通信4位ISPFLASH储存器128位内部RAM32个I/O口线5个中断源5V并口通信表2-1单片机功能对比表2.3语音芯片的选择ISD2560是本次设计中所采用的一款高性价比的语音芯片，具有许多显著的特性，包括：高耐久性、出色的声音品质、不需要特定的软件驱动程序，以及更短的录制时间，可以持续60秒，而且可以重复播放10万次，延续性更强。该芯片使用了一种新的方法来处理数据，它可以通过使用一种特殊的数字信号处理算法来提高信号的质量。这种方法不需要A/D或D/A信号处理器，可以将所有的数据直接存储到一个EEPROM单元，从而使得信号更加逼真、生动。目前为止，市场上最常使用的语音芯片如下表2-2所示。项目TE6310TE6332ISD1420ISD2560语音长度（s）10322060采样频率（KHz）6.44-6.46.48放音触发放音触发无边缘/电平触发电平触发工作电流（mA）30453030工作电压（V）4.5-5.52.7-3.34.5-5.54.5-5.5静态电流（μA）2无1010MIC前置是否否否表2-2语音芯片参数对比表ISD2560具有丰富的操作模式，这使得我们在外部因素相同的情况下，可以使用更少的外围器件来实现更强大的功能。此外，这些模式的设置还受到地址端的影响，如果A8和A9的值均设为1，那么就只有一种或几种特殊的模式。这意味着，传统的操作模式与直接寻址模式互斥。这些模式既能通过微型控制器来实施，也能通过硬件来完成。在每次操作中，0地址都默认被设置成起点，然后根据需要调整其他的参考值。如果我们将录制的内容改变，比如改变语言的语调，并将CE置0，那么我们就可以使用该模式来完成所有的功能。当CE再次由高变低时，该操作模式会被持续保持，以便芯片能够自动记录当前的地址/模式，从而实现对其进行控制。[4]模式控制功能典型应用A0/M0信息检索快速检索信息A1/M1删除EOM标志在全部语音录放结束后，给出EOM标志A2/M2未用当使用工作模式操控时，此端应接低电平A3/M3循环放音从0地址开始连续重复放音A4/M4连续寻址可录放连续的多段语音A5/M5CE电平触发允许信号中止A6/M6按钮控制简化器件接口若MSB（A8、A9）地址被锁定，那么无论CE电平是高还是低，都能够按照预先指定的模式进行操作。然而，一旦其他MSB（A8、A9）地址被改变，就会导致原本的操作模式被取消，这样就会影响到最终的输出。详情请参见表2-3。表2-3控制模式说明表

2.4功率放大器的选择在本设计的电路中，放音也是非常重要，值得关注的一环。本设计选用了LM386集成功率放大芯片，以实现将之前录制的语音转换为可以直接在扬声器中听取的高质量的语音。该芯片可以有效地降低外界干扰，从而提高系统的性能。通过将一个外部的电容与一个电阻连接到1引脚与8引脚，就能把电压增益调改变成任意数值，这样扬声器就能把录制的声音完整的播放出来了。图SEQ图\*ARABIC2-1LM386引脚图图2-1描述了该功率放大芯片不同的引脚，它们的位置如下：引脚二为反向输入端，引脚五为输出端；而同相输入端为引脚三，地和电源分别为引脚4和6，电压增益设定端是引脚8和1。通常在使用时旁路电容接在地和引脚7之间，大小一般是10uF。LM386的电池容量可达4~12V伏，其电压增益范围在20-200dB之间，其中4mA的静止损耗可以满足其要求；当带宽达到300KHz时，8脚将被断开，而其所需的音频功率则可达0.5W；此外，其输入阻抗也可达50K。[5]应该特别留心的是，即使只是短暂的断开和重新接通，也可能导致瞬时的振动，从而使得振动产生的噪音影响到输入的麦克风，从而产生噪音项目测试环境规格工作电压Vs（V）4～5输入电压Vin（V）-0.4～+0.4输入阻抗Ri（KΩ）50静电流Iq（mA）Vs=6V,Vin=0V4～8输出功率Pout（mW）Vs=6V,R1=8Ω，THD=10%250～325电压增益（dB）Pin1、8开路26Pin1、8以10μF连接46频宽（KHz）Pin1、8开路300Pin1、8以10μF连接60表2-4LM386电子特性表2.5显示模块器件选择LCD1602是一款高性能的液晶显示器，它能够清晰地展现出多种信息，包括标记、文件、图像和其他多媒体元素。它的高性能和轻量化的外观，能够满足多样化的需求，并且能够提供更高的清晰度和更多的信息。LCD162可以同时显示2行字符,每行包括16个字符,而且它的3个控制端口（RS、R/W、EN）都支持单片机控制，它的输入电压仅需5V，而且还具有自动调整文本亮暗的功能，还支持背景灯的设置。LCD160液晶显示板在各种领域都得到了普遍的使用，包括检验设备、工具和家庭设备。该芯片具体细节如图2-6所示。图2-6LCD1602引脚图图2-6LCD1602引脚图第3章系统硬件设计3.1系统硬件电路总体设计本系统主要可分为四个部分，其中单片机控制部分由51单片机构成，语音录放部分由ISD2560实现，功放部分采用LM386集成功放使声音放大，显示屏显示部分采用LCD1602显示模块对操作过程进行显示，简单易行且控制方便。单片机的P2口中的P2.0-P2.3分别与ISD2560的地址线相连，用来设置语音段的起始地址和控制操作模式;此外，P2口还能够通过控制语音芯片P/R及PD端的电平高低以达到控制录放音状态的效果;P0.0-P0.7连接按键，供录放音使用以及接显示屏，通过显示屏显示录音时长以及录音状态。3.2STC8951外围电路设计3.2.1晶振电路设计晶振不仅拥有良好的压电效应，而且还拥有谐振的特性，它通过将电能与机械能进行转换，从而实现了一种双向的振动，从而达到了一种更高的振动性，从而实现了更准确的振动。一般来说，晶振的频率精确度高达百万分之50，这使得它能够产生更加平滑的脉冲，因此被广泛地应用到微型计算机的时钟电路中。这些晶片大部分由石英半导体制成，并且由金属包覆。[6]单片机晶振电路图如图3-1所示。图3-1单片机晶振电路图单片机都是在系统时钟脉冲的驱动下进行工作的,因此产生时钟脉冲的晶振电路是单片机最小系统中不可或缺的部分。51系列的单片机内部都集成了一个振荡电路,在搭建单片机晶振电路时,只需在单片机外部接入一个振荡晶体作为系统振荡源,此振荡源就能和单片机内部的振荡电路构成一个能够产生时钟脉冲信号的晶振电路，单片机的工作速率都是由晶振电路的频率决定的。单片机是一种时序电路，必须要提供时钟脉冲信号它才能正常工作。时钟信号是整个单片机系统时间基准，能为各种指令的执行提供时钟节拍。通常单片机有两种方式得到系统时钟信号:内部振荡、外部振荡。[7]本设计采用了市面上常见的12MHZ晶振，同时根据系统特性，选用了22pf的陶瓷电容，其耐热性好，价格低廉，绝缘性能良好，结构简单。3.2.2复位电路设计通常，为了维护程序的稳定性，STC89C51的设计包含了复位功能，以防止由于外部因素的干扰而导致的STC89C51单片机的数据失真，从而导致无法继续执行程序，甚至出现错误的结果，从而导致无法正常的录入音频，甚至出现噪声，严重降低了语音的录入与传输的效率。此时，我们必须将电路恢复到原来的状态，这样才能让程序恢复到最初的状态，从而确保我们能够顺利地完成语音录制与播放。在这个项目中，我们选择了一种叫做外部复位的技术。这种技术的原理是，当某个高电平信号传递给RESET端口，而且持续2个设备周期后，单片机将自动重置。我们的外部复位技术依靠一组电阻和一组Vcc电源，以便在不需要的情况下进行重置。将一组10uF的电容器连接在一起，有效地抵消了高频噪声，进一步增强了系统的稳定性，为用户带来了安全、可靠的体验。电解电容C3和电阻R1组合而成的电路，51系列单片机的复位电平均为高电平，因此只要在单片机的复位引脚加上高电平,单片机即处于复位状态。当电源接通电源，电容C3会迅速地给电路供电，而电路的电平也会随之从高电平变成低电平，进而使电路的电平保持平衡，以便实现电路的工作。在单片机中，电源重置所需的时长取决于电池的大小和电流的流量。电路的详细信息请参见图3-2。图3-2复位电路图3.3语音电路设计ISD2560的片选(SS)端接单片机的P2.0引脚，串行输入(MOSI)端接单片机的P2.1,串行输出(MISO)端接单片机的P2.1引脚;串行时钟(SCLK)接单片机的P2.3引脚，中断(INT)接单片机的P3.2引脚，电源(Vssd、Vssa)和串行时钟的(XCLK)端接地(电源负极)，电源(Vcca、Vccd)接3.3V电源正极。音源输入电路由2个10K电阻、2个10nf无极电容和柱极话简构成。ANDOUT接阻容元件对外输出。[8]每个Vssd和Vcca分别从地线串联一个0欧的电阻接入，这是模拟地和数字地隔离的一种很有效的方法，同时也能够很好的屏蔽掉电路中的杂波信号的干扰。在进行录音之前，首先要按下录音键，然后利用PD端、P/R端及其他端口的电平调节，将语音段的开头信息输入到单片机的端口中，并在录音开头信号被激活后，将端口电平调节回高电平，从而实现一段高质量的语音录制。采用相似的技术，我们还可以记录下第二段、第三段、甚至更多的内容。需要特别指出的是，记录的总长度通常应该在规划的范围内。在进行放音操作之前，首先要确定所要传输的语言的起始地址。之后，将P/R端调节至高电平，并且将PD端调节至低电平，使用一个负脉冲来激活放音模式。在此期间，单片机会收到ISD2560的终止信号（即EOM）。因此，当一个负脉冲出现时，单片机需要先确认检测到了上升沿信号，然后再开始播放第二段，这样，可以避免出现声音断断续续的情况，也可以减少噪声的出现。图3-3ISD2560电路图3.4功放电路设计LM386芯片具有良好的音频放大能力，且外围电路元件少，电路简单易于操作。该芯片能够对声音信号进行升压，调幅或调频的处理。根据统计，本章将使用10μf的电容和10k的电阻，并且详细介绍它们的接法，以满足不同的应用场景。(1)采用1脚与8脚之间连接电容与电阻的方式(1脚接电容“+”极)，可以调节增益，当连接完成后，断开时其最大增益可达到20dB。(2)选好调节音量的电位器。阻值不要太大，据计算10K最合适，太大也会影响音质。(3)为了获得更好的性能，建议使用“+”、"-“两种模式的输入/输出，这样就有助于取消共模信息，从而有效地控制共模噪音。(4)在第7脚（BYPASS）的连接中，一个重要的参数就是旁路电容。为了有效地抑制噪声，在安装BYPASS的过程中，需要将一个电解电容连接至地面，使其在运行状态良好的情况下，其输出的电流大致相当于电源的一半。通过提高电容的容量，可以显著地减慢直流基准电压的波动，进而有效地阻止噪声的产生。当设备接通或断开电源时，产生的噪声正是因为此类偏差的突然波动而引起的。[9](5)为了降低噪声，我们应当尽量减少输入耦合电容的值。这种电容既可以阻挡直流电，又可以将交流信号和音频进行耦合。通常情况下，这种电容值较高时，噪声的影响范围较广，但如果值较低，就会导致截止频率增加。经测试，发现10uF/4.7uF最为合适。[4]图3-4LM386功放电路3.5显示电路设计本次设计的显示模块采用LCD1602显示屏，它能够实现16x02的32个字符的高清晰度显示，而且内部的CGROM数据库能够收藏多达160种不同的点阵字符，从数字、英文大小写字母到日常使用的符号，都能够轻松地呈现出来。1602通过D0~D7的8位数据端传送数据和指令，该端口接单片机的P0口。[10]V0端口为调整显示器的对比度，该端口接10K的可变电阻，它能够根据需要改变电阻值，从而实现对显示器的精确亮暗程度的调节。RS为寄存器选择控制端，该端口接单片机的P2.4引脚，该引脚高电平为数据寄存器、低电平为指令寄存器。RW为读写控制端，该端口接单片机P2.5引脚。图3-5为显示电路引脚图。图3-5LCD1602引脚图第4章系统软件设计本设计的基础架构由STC89C51单片机构成，其中的软件使用了KEILC51编译器，并采用proteus进行软件的仿真。编写过程中，本次设计秉承了简约、高效的理念，尽量减少编写复杂度，同时保证了编译的流畅度。本文将通过详细的硬件电路，深入探讨每个模块的软件开发方案。本设计的软件功能主要完成以下过程：首先，通过CE端的电平调节，使单片机在接收到RECORD指定的录像按钮的情况下，自动调节CE端的电平，并继续检查RECORD指定的录像按钮的是否松开，如果按钮松开，就调整CE端为高电平，使录音终止；其次，当放音键按下后，置PR端为1，进入放音状态，并在此基础上，调整CE端为低电平，从而实现语音文件的播放，在此期间，等候语音段的终止信号EOM。如果EOM=0，则表明该语音消息已经结束，应当返回主程序并开始执行下一步操作。4.1系统主要变量说明本设计通过对语音芯片ISD2560不同端口的控制，以此来达成对录放音操作的执行，同时扫描系统电路的录放音按键是否按下来判断应当执行何种操作模式，本设计中的主要变量及其相关功能如表4-1所示。变量名功能RECORD描述录音键按下的状态。录音键按下该变量为1，录音键松开为0。PLAY描述放音键按下的状态。放音键按下该变量为1，放音键松开为0。EOM信息结束的标志。一段语音信号录制完毕后，EOM标志由芯片自动插入到信息结尾，放音过程中，若EOM=0，说明信号结束，停止播放。PD（连接P22）控制芯片的工作状态。PD=0时，芯片开始工作；PD=1时，芯片停止工作，进入节电状态。PR（连接P20）控制语音芯片所处的工作模式。该变量置为0时，芯片处于录音模式；置为1时，芯片处于放音模式。CE对芯片进行片选。当CE=0且PD=0时，允许芯片进行录放的的操作；CE=1时，无法进行录放操作。表4-1语音芯片变量功能表4.2程序主流程图本系统通过单片机对语音芯片的控制来达成对于音频信息录放过程的实现，系统录音与回放的程序实际是单片机通过对ISD2560语音芯片的控制字的写入来完成的。尽管ISD2560提供了地址输入线，但却无法读出它内部信息段的地址，需要采用直接寻址模式进行寻址。其实现方式有两种:一种是将单片机内部定时器定时为100ms，因为ISD2560的地址分辨率为100ms，从而使得我们可以使用ISD2560的EEPROM来控制它的时间，并且当信息量比较大时，可以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，从而更好的处理信息量；另一种方法是，信息量如果较少，则可根据每一字段的内容多少，直接分配地址单元。例如，在60s内，我们能够说出180个字节，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。整个程序的主流程图如下图4-2所示。图4-2程序主流程图本系统实现的功能为是语音单段录放，因此没有必要采用直接寻址模式，而是将A8、A9和A6的电平设置为高电平，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。首先需要将系统进行初始化，设置P1的状态使得语音芯片处于按键控制的操作模式下。然后将PD端设置为低电平，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，当RECORD键被激活时，系统将会启动录制功能。PLAY键按下后，当PLAY键被激活时，系统将会启动相应的播放功能。放音结束后，PD端置1，系统将会停止运行。4.3录音子程序流程图当CE端接收到输入信号后，单片机的CE端被置为低电平，ISD2560便会开始进行录音操作。本设计中的RECORD键是表示录音键，通过扫描它的状态来判断录音键是否松开。当检测到录音按键被松开时，芯片的CE端就被置为高电平，结束录音部分，返回主程序。在使用芯片进行录音或播放之前，需确认CE端和PD端均被置为0，这就需要将这两端设定成低电平。录音部分的子程序流程图如图4-3所示图4-3录音子程序流程图4.4录音播放子程序流程图放音的过程比录音时简单，并不需要按着放音键不放。ISD2560芯片在每次录音的结尾都会自动的在程序里插入语音段结束信号EOM，当放音时遇到语音段结束信号EOM为0，就会结束放音，比较简洁方便。进行录音播放操作前，需要通过主程序提前判断放音键是否处于按下状态，只有检测到按键被按下，与PLAY按键相连的P4口为低电平，才会开始执行执行放音操作。此时，随着放音程序的进行，显示屏内容从录音时的REOCRD转变为PLAY，表明放音进行中。当系统自动检测到放音键被按下时，PR端就会被置为高电平，开始执行放音子程序指定的操作，进入录音播放状态。在该子程序里，CE端被置为低电平，开始进行语音播放。在完成音频文件的播放后，返回主程序并进行下一步操作。此时可以根据需求的不同，选择关闭进程，停止放音操作或者按下录音键，继续进行下一段语音的录制准备。该子程序的流程图详见4-4所示。图4-4播放子程序流程图系统实验仿真本设计采用Proteus仿真，如图5-1所示，时钟电路为系统提供一个工作频率，复位电路的作用是让电路初始化，当按钮K1按下时系统进行复位，电阻RP1用于保证显示屏与单片机通讯信号。稳定按下RECORD键开始录音，随着语音信号录入，ISD2560连接的MIC音量显示亮起，显示屏显示RECORD，表明录音进行中；松开RECORD键，按下PLAY键代表放音开始，与LM386相连的扬声器音量显示亮起，显示屏显示PLAY，代表放音过程进行中。图5-1系统仿真图启动仿真程序，导入编写好的程序后，按下RECORD键，显示屏显示如下，系统进入录音状态。图5-2录音仿真图与此同时麦克风音量显示亮起，表明正在录入语音信号图5-3音量仿真图当一段录音结束后，松开RECORD键，按下PLAY键，显示屏显示为PLAY模式，表明放音过程进行中，松开PLAY按键，放音过程结束，此时可以选择按下复位电路的K1按键重置系统状态，或者继续按下RECORD按键进行下一段录音，仿真图如图5-4所示图5-4放音仿真图

本设计采用Keil软件进行程序编写，通过控制单片机与语音芯片的联动以达成对于语音录制与回放进程的控制，程序运行如图5-5所示图5-5keil程序图

结论本设计选用了STC89C51单片机作为设计的核心,其存储空间极大，且存储速度快的特点能够有效地简化电路设计，同时针对语音信号处理这一方面，选用了LM386功率放大芯片，在实现声音信号放大处理这一功能的时候也避免了音频信号出现失真这一问题。为了让整个仿真过程能够直观清晰地表现出来，本设计在整体电路设计上增加了一块外接显示屏元件LCD1602，能够实时反映仿真进程，同时也让整个系统更加清晰易懂，便于理解。这种新型的语音系统采用了简洁的硬件结构，易于操作。它不仅适合日常使用，还适合各种类型的语音应用。它采用了ISD系列语音芯片，并且拥有独立的单片机，支持多种输入输出模式。它不仅可以满足多种应用场景的需求，还可以提供更优质的性能。它不仅在保证数据安全的同时，还提升了应用的效果，因此非常适合普及。ISD语音芯片具有极其优异的精确度和集成度，它不仅极大地减少了微型计算机的语言处理过程，而且还极具优势，它具有良好的耐受性，即便在复杂的环境条件下也能发挥出自己的优势，比如被应用于汽车、电梯、建筑等方面时，它仍然能够稳定地发送和接收语言，而且它还具有较长的信号传递时间，且具有良好的稳定性，因此，当ISD系列芯片被应用于音频检测系统，它就会发挥其最佳效益，从而极大地提升了整个系统的效率和质量。通过这种方式，我们可以更容易地进行语音定长录制本设计提到的语音播报系统设计非常简洁，操作和维护都非常容易。它不仅适合在车载电脑上使用，还适合在居家场所使用，例如智能家居系统。它采用了ISD语音芯片，通过微电脑控制，使得语音电路的再现更加容易，不仅节约了存储空间，还大大降低了生产成本，非常具有使用价值。经过深入研究，可以发现本次设计还存在些许不足，在检测了当前市场上的录音笔类产品，并评估它们的生产流程后，可以发现本次设计并未达到预期的水平，缺乏吸引人的特点。为了更好地改进此次设计，做出了以下调整方案：第一，对系统硬件部分进行调整更新，将使用STC89C51芯片，并配备数个LED灯，以便更好地反映录音进程与状态。另一方面，ISD2560具有出色的人机交互功能，它的最长记录时长达60秒，因此在设计的时候可以采用语音信号段播放的ISD2560直接寻址方式，并且支持将所有的语音信息都进行分割以及快速搜索，从而可以轻松获取所有的语音数据。此外，它还具有便捷的搜索功能，可以更加便捷的获取所有的语音数据，从而更好的满足设计的需求。改进过后，本设计在便于操作的同时，也可以实现更为强大的功能。参考文献[1]朱乐乐,李康,陈庆,周薇.基于单片机的语音播报器的研究[J].电脑知识与技术,2021,17(16):209-210+219.DOI:10.14004/ki.ckt.2021.1822.[2]郭树浩,张亚峰.基于STM32的语音存储与回放系统[J].精密制造与自动化,2020(02):48-50.DOI:10.16371/ki.issn1009-962x.2020.02.012.[3]程培军.基于SOC单片机的数字化语音存储与回放系统设计[C]//.2019航空装备服务保障与维修技术论坛暨中国航空工业技术装备工程协会年会论文集.,2019:712-716.DOI:10.26914/kihy.2019.035086.[4]杨皓宇,李智慧,景光铮,刘旭,王若桐.语音录放系统的设计与实现[J].数字技术与用,2019,37(07):136-138.DOI:10.19695/12-1369.2019.07.68.[5]鄢润豪.数字化语音存储与回放系统[J].黑龙江科技信息,2017(02):181.[6]吴繁红.基于ISD1700语音录放模块的设计与实现[J].电子世界,2016(14):117-118.DOI:10.19353/ki.dzsj.2016.14.083.[7]易群,李彩丽.基于单片机的语音录放硬件电路设计与研究[J].机电信息,2015(36):130-131+134.DOI:10.19514/32-1628/tm.2015.36.072.[8]王娜丽.单片机制作语音录放电路[J].电子技术与软件工程,2014(23):264.[9]柯俊霄.采用单片机压缩编码的数码录放系统设计[J].电子设计工程,2014,22(05):124-126.DOI:10.14022/ki.dzsjgc.2014.05.041.[10]唐宏文.基于AT89C51的语音录放系统[J].硅谷,2011(09):178.[11]Mykepredko.精通8051程序设计.北京:人民邮电出版社,2018[12]Atmel8051MicrocontrollersHardwareManual.AtmelInc.,2019[13]ISDSeriesSingle-ChipVoiceDeviceDataBook.WinbondInc.,2017[14]MSC121XPrecisionADCandDACSwith8051MicrocontrollerandFlashMemoryUser’sGuide.TexasInstrumentsInc.,2016[15]余永权.ATMEL89系列单片机应用技术.北京:北京航空航天大学出版社,2018附录一ISD2560与单片机STC89C51的接口电路以及外围电路附录二程序代码：