-基于单片机的语音播报器设计1

唐山工业职业技术学院毕业设计说明书设计题目：单片机控制的语音录放器学生姓名：班级08应电11专业：应用电子技术设计指导教师___于东东___________设计辅导教师____于东东_____________（完成日期）2011年4月12日前言随着人类社会的不断进步，随着语音芯片的普及，语音录放被广泛应用于车站报站器，语音型数字万用表，出租车语音报站器，排队机等，并且面向家庭个人使用的方向发展，更加人性化。随着电子技术的广泛应用，其自动化程度越来越高，使用范围越来越广，前景十分喜人。自动语音提示技术是计算机语音处理技术的一种应用，属于语音再生合成技术范畴。录放系统具有电路简明、应用方便、单片录放、不怕掉电、音色纯正、性价比高等特性，与此相关的语音系统已广泛地用于通信、工控、医疗、报警示讯等领域。同时，随着大规模语音处理集成电路的发展，在传统的控制领域，语音提示的应用也越来越广泛。语音是人类最自然、方便、快捷的交流方式,让人和机器能够通过自然语音进行交流是人们长期以来的梦想。随着单片机的技术的日益发展，人们已经不再满足于键盘输入，屏显输出这样传统的输入/输出方式，希望拥有更友好的人机界面，更便捷的操作方式。具有语音功能的单片机系统于是应运而生，而且得到了广泛的应用。近年来计算机在各行业的日益普及应用，给各行业带来了崭新的面貌。与此同时用户逐步对各种计算机应用系统提出了更高的要求，他们希望自己的系统有更高的自动化程度和更方便的人机界面。语音技术的进展给这种应用需要提供了一种有力的技术支持，逐渐被广大用户所接受，并广泛用于各种需要语音响应的场合。智能仪器、仪表、监控设备、工业控制系统等都有这种需求。所以研究语音录放器对生产，生活都有极其重要的意义。语音芯片的发展是极其迅速的，语音IC有很多种类，随着技术的发展，新产品不断涌现，原来可望而不可及的昂贵品种也能进入廉价的市场领域，原来设计控制都极为复杂的品种也随着集成技术的发展变得非常简单，因此，语音IC领域充满了生机和活力。1、怕断电且语声的存储、保存需要比较大的电流的语声IC。2、怕断电且语声保存需要很小的电流的语声IC。3、不怕断电的语声IC，像一些数码录音笔，它以FLASHRAM闪烁存储器IC为介质，完全断电后语声还能保存十年以上。目录1总体方案设计...........................................................11.1本设计的主要任务要求..............................................11.2总体设计方案......................................................12硬件电路设计..........................................................22.1微处理器的选取....................................................22.2语音芯片的选取....................................................32.3AT89C51单片机最小系统...........................................62.3.1AT89C51引脚分布图及管脚说明.................................62.4ISD2560语音芯片引脚功能..........................................82.5语录音/放音电路的语音芯片ISD2560的原理图.......................102.6语音录放电路的单片机原理图.......................................112.7扬声器和话筒的电路..............................................113软件设计..............................................................133.1ISD2560录放音软件设计...........................................133.1.1ISD2560操作模式...........................................143.2分段录放音.......................................................153.3程序流程图.......................................................15结论....................................................................19附录总的电路图.........................................................20参考文献................................................................2411总体方案设计1.1本设计的主要任务要求根据设计要求，提出基于单片机的语音播放器的硬件电路设计方案，并应用Peotel软件完成硬件电路原理图设计。通过对单片机的编程开发可实现语音的录放等基本功能。具体包括如下几个部分：1.学习单片机的工作原理，并应用protel软件设计出单片机的最小系统和语音系统的控制电路，使其能可靠工作。2.学习有关语音方面的相关知识，拟采用集成语音芯片来实现语音的录放的功能。要求掌握该芯片的工作原理，完成其外围电路和与单片机的接口电路，包括话筒和扬声器的电路设计。3.学习C程序设计语言，对单片机进行编程开发。并完成仿真和调试，实现语音播放器的基本功能。1.2总体设计方案为了实现语音录放所需的功能，即按下开始键，启动录音，松开开始键，结束录音。结束录音后，循环播放所录音。而且为了使语音录放器的音质好,功能强,实验运行效果较好，使用起来也很简单。所以本设计采用的设计框图如图1.1所示：图1.1总体设计框图由上面的框图可知：本设计框图包括，按键，单片机，语音芯片，话筒和扬声器。其中单片机为本设计的控制核心，它控制语音芯片，实现对声音的存储和播放。语音芯片实现对语音的录入和播放。单片机语音芯片扬声器话筒按键22硬件电路设计2.1微处理器的选取近年来，随着科学技术的发展，微型计算机技术日益发展，已经在许多领域得到了广泛的应用。随着集成电路工艺的发展，出现了单片机、DSP,ARM等多种单片机。DSP：它从16位~32位，内部采用哈佛结构，特别适合数据处理。其中16位DSP适合中高级工控到简单语音/图片（不含视频）处理；其中32位DSP适合复杂语音/图片/视频处理。ARM：是32位单片机，由于结构和计算速度的原因，目前适合做事务处理或者中低端应用，从中高级工控到简单语音/图片（不含视频）处理。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的发展方案。51单片机虽然和DSP,ARM相比处理速度和运算速度上都比较慢，但它的体积小、质量轻、价格便宜，它的速度可以满足本次实验的要求，所以我们采用AT89C51这款单片机。AT89C51内部原理图如2.1图所示：3RAM地址寄存器寄存器RAM128BRAM程序地址寄存器P0驱动器P2锁存器P2驱动器P1锁存器暂存器2B寄存器4KBROM暂存器1ACCSPP0锁存器PCPC增1缓冲器P3锁存器OSC中断、串行口及定时器PSWALUDPTRP1驱动器P3驱动器XTAL1XTAL2P0.0～P0.7P2.0～P2.7P3.0～P3.7P1.0～P1.7RSTALEVCCVSS定时控制指令译码器指令寄存器PSENEA图2.1AT89C51单片机内部原理图2.2语音芯片的选取目前市场流行的语音芯片有很多，从性价比的角度来考虑，美国ISD公司的ISD系列语音芯片可谓是一只独秀。ISD系列语音芯片具有以下优点：一．采用模拟量数据存储在半导体存储器直接存储的专利技术，即将模拟量数据直接写入单个存储单元，不需要经过A/D，D/A转换。二.内部集成了大容量的EEPROM，不再需要扩展存储器。三.控制简单，控制引脚与TTL电平兼容。四.集成度高，使用方便。五.能较好的真时再现语音的自然效果，避免了一搬固体语音电路的因为量化和压缩所造成的量化噪声和失真现象。因此本例选用ISD公司的语音芯片ISD2560。ISD2560的录音时间为60秒.ISD2560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个EEPROM单元中，因此能够非常真实，自然得再现语音，音乐，音调和效果声，从而避免4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”。ISD2560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480k字节的EEPROM。ISD2560内部原理图如图2.2所示：内部时钟定时器采样时钟放大器放大器前置防混淆滤波器自动增益控制解码器模拟收发器存储器阵列平滑滤波器（AGC）电源地址缓冲器器件控制线混合扬声器驱动器XCLKANAINANAOUTMICMICREFAGCVccAVssAVssDVccDA0A1A2A3A4A5A6A7A8PDOVFP/RCEEOMAUXINSP+SP-模拟输入A912345678910111213141516171819202122232425262728480K图2.2ISD2560内部原理图由内部框图可见该系列芯片集成度很高，内部集成了高精度的时钟电路，故而无需外部配置晶振，其应用电路也得到大大简化。ISD2560可进行录、放两种操作。录入时，语音信号经过换能器MIC转变为电信号，该信号经过隔直电容去除直流分量后送入前置放大器，由于器件具有高输入阻抗，故耦合电容容量很小，可为0.17,微弱的电信号经过前置放大后由ANAOUT脚输出，经过隔直电容后送入ANAOUT脚，这种配置方式可以方便用户自行设计性能更加优良的前置放大器代替芯片内部已有的功能部件，另外ANAIN可作为线输入口，直接输入电声信号，既而信号进入自动增益AGC放大器，信号电平得到调理，使其符合存储电路的动态范围，AGC响应时间由连接在AGC脚的外接电阻、电容值确定。为使得采样信号不产生失真，采样系统必须满足奈奎斯特采样定律。ISD2560的采样频率8K，故实际应用中，为存储不失真音频信息，放大后的信号必须经过一个低通滤波器后方可送入存储单元，该滤波器为一五极点抗干扰滤波器，高频频限为3.4K，完全满足奈奎斯特定律，该器件典型带宽为3.4K。语音音质非常好。调理完毕的信号在内部时钟的作用下以闭环控制形式送入模拟存储阵列。如2.3图所示：5图2.3闭环存储电路被采样信号经采样电路取样保持，同时电子被泵入模拟存储单元，此时两者被送入比较器的比较端，当两者电平相等时则停止向EPROM中写入数据，这样模拟信息得到了存储。在器件的放音模式下，录入的模拟电压在取样脉冲的作用下，顺序的从模拟矩阵中读出并恢复为原始波形，经五极点平滑滤波器后入混合器，以便与外界其他信号混合，而后送入功率放大器，并由SP+,SP-端输出，可直接驱动扬声器。ISD2560应用电压：单5V供电录/放时间：60S寻址空间：1024位最多语音分段：600支持OVF溢出支持节电模式：录放操作周期外电流仅为0.5uA综合本设计的设