单片机的语音存储及回放系统
目录
引言 1
一、 总体方案设计的介绍 2
(一) 设计主要功能 2
（二）各模块的简介 2
二、系统硬件电路 3
（一）单片机AT89C51的简要介绍 3
（二）LCD液晶显示器的介绍 4
（三）键盘模块设计 6
（四）语音存储模块设计 7
三、系统软件部分设计 9
四、系统软件调试 11
(一) 软件调试 11
（二）调试结果 11
五、硬件功能调试及实物展示 11
（一）系统初始化 12
（二）录音过程 13
（三）语音回放过程 14
总结 16
参考文献 17
致 谢 18
附录Ⅰ 19
附录Ⅱ 20
附录Ⅲ 21
引言
在如今这个时代，人们更多的追求生活的享受。所以以前的语音存储和回放系统都不能满足人们的需求，这就要求我们拿出一个新的思路来设计一个新的语音存储和回放系统。在本系统中单片机就相当于计算机中CPU的作用，主要分为记录、停止和播放三种状态。整个系统的语音功能只需通过ISD4004语音芯片完成，然后由单片机控制将数据从存储器中读出数据，由D/A转换成模拟信号，通过扬声器输出放大。最终实现语音的存储与回放功能。
进行该课题要研究的核心问题就是该如何采集声音、如何对语音进行存储以及如何再现声音的回放。整个设计被我分为软件和硬件两部分进行研究。当然，在研究时，相关的专业知识是必要的。所以我们要熟知AT89C51单片机的功能；还要会使用C语言、Proteus、keil、Protel等相关的软件；在制 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
作实物的过程中，要熟知相关的电子元器件，且看得懂电路原理图，还要有一定的焊接功底。在最后实物呈现时，实物要能准确地实现语音的存储与回放功能。
一、 总体方案设计的介绍
(一) 设计主要功能
本设计所制作的实物主要实现包括以下几种功能：
（1）可按下任意按键并执行其相对应的功能；
（2）能够录制存储四段录音并能按要求播放；
（3）有单段一次播放、单段循环播放、多段循环播放三种播放方式。
（二）各模块的简介
根据预想所要实现的功能，系统可分为主控模块、语音播报模块、显示模块、时钟模块四个部分，下面是各模块的简介：
1、主控模块
采用单片机AT89C51，它不仅兼容MCS-51系列单片机，与闪存的1000次擦除，而且这样会使开发和修改参数更加的方便。作为一个八位机，完全满足本设计所需的处理精度。
2、显示模块
本打算用LED数码管进行动态扫描，因为数码管是最适合数码管显示的，并且它与单片机连接时，占用较少的接口线。但是LED必须借助74LS164移位寄存器移位才能进行动态扫描，这会给电路调试带来很多弊端。而选择LCD液晶显示屏，虽然它需较多的接口线，但调试很方便。且液晶显示功能强大，价格适中。
3、时钟模块
单片机和其他微型机一样含有CPU，而CPU是用一个晶体振荡器产生稳定的时钟脉冲来控制其操作精确定时。单片机包含时钟电路和由单片机产生的时钟信号的工作。它使单片机控制下的唯一时钟信号，严格按一定的顺序工作。
4、语音播报模块
本模块主控芯片是ISD4004，此系列工作电压3V，其音质很好，单片录放时间可达8~16分钟。ISD4004使用的是CMOS技术。芯片设计的操作必须由单片机控制，这将通过串行通信接口发送。每一个采样值的芯片都存储在片上闪存存储器中，因为它采用多级直接模拟存储技术，因此具有真实、自然再现功能的语音和音效果。ISD4004语音芯片，频率越低，记录时间长，但音质会下降。
二、系统硬件电路
AT89C51单片机是整个系统的控制核心，也是主要的核心控制模块。AT89C51单片机来控制和协调液晶显示模块、语音模块、键盘模块和系统初始化之间的工作及全局控制。单片机通过驱动蜂鸣器实现语音的回放。系统大体的结构如图2-1所示：
图2-1系统结构框图
（一）单片机AT89C51的简要介绍
整个设计中，我选择了AT89C51单片机作为系统的主控芯片，来检测键盘、语音的存储与回放及驱动液晶显示等相关参数。
1、AT89C51单片机的主要特性：①AT89C51单片机中含有4KB的闪存存储器和128字节的RAM，且它的擦写次数可达1000次；②有2个16位可编程定时器和32根可编程I/O总线，及6个中断源、5个终端矢量、2级优先权的中断结构和1个全双工的可编程串行通信接口；③有掉电和空闲两种低功耗工作模式，具有可编程的3级程序锁定位；④其工作电源电压为5（1±0.2）V且典型值为5V，最大工作频率为24MHz。
2、AT89C51单片机的基本组成
AT89C51单片机由时钟振荡电路、外围接口电路、存储器及CPU等组成。其核心是CPU，负责运算和控制的操作；外围接口电路负责CPU与外部设备的信息交换；CPU所需的各种定时控制信号则由时钟振荡电路控制。
3、AT89C51单片机的中断系统
CPU响应中断请求是在芯片的特殊功能寄存器中被中断控制的。且AT89C51单片机内集成有T0和T1两个可编程的定时/计数器，通常有定时控制需求和对外部事件进行计数两种模式。
4、单片机最小系统
图2-2
单片机最小系统电路图如图2-2所示，由时钟电路、复位电路及单片机组成最小系统，选用12MHZ的晶振在时钟电路提供时钟。要使单片机进入刚上电的起始状态必须按下复位电路中的复位按键。图中R2是上拉电阻，用作缓冲信号的作用，要加上拉电阻才能正常使用。
（二）LCD液晶显示器的介绍
0
写入数据寄存器（显示各字型等）
1
1
EN
信号
寄存器选择信号
图2-7为ISD4004语音芯片内框图，由此可见构成一个完整的声音录放系统需很少的外围器件。该芯片设计是由微控制器控制，基于所有的操作。通过串行通信接口发送操作命令。频率越低，记录时间越长，而音质会有所下降，其采样频率可为4.0Hz、5.3Hz、6.4Hz、8.0kHz。器件工作电流25～30mA，工作电压3V，维持电流1μA。单片录放语音时间8～16min，音质好。ISD4004语音芯片引脚图如图2-8所示。
引言 1
一、 总体方案设计的介绍 2
(一) 设计主要功能 2
（二）各模块的简介 2
二、系统硬件电路 3
（一）单片机AT89C51的简要介绍 3
（二）LCD液晶显示器的介绍 4
（三）键盘模块设计 6
（四）语音存储模块设计 7
三、系统软件部分设计 9
四、系统软件调试 11
(一) 软件调试 11
（二）调试结果 11
五、硬件功能调试及实物展示 11
（一）系统初始化 12
（二）录音过程 13
（三）语音回放过程 14
总结 16
参考文献 17
致 谢 18
附录Ⅰ 19
附录Ⅱ 20
附录Ⅲ 21
引言
在如今这个时代，人们更多的追求生活的享受。所以以前的语音存储和回放系统都不能满足人们的需求，这就要求我们拿出一个新的思路来设计一个新的语音存储和回放系统。在本系统中单片机就相当于计算机中CPU的作用，主要分为记录、停止和播放三种状态。整个系统的语音功能只需通过ISD4004语音芯片完成，然后由单片机控制将数据从存储器中读出数据，由D/A转换成模拟信号，通过扬声器输出放大。最终实现语音的存储与回放功能。
进行该课题要研究的核心问题就是该如何采集声音、如何对语音进行存储以及如何再现声音的回放。整个设计被我分为软件和硬件两部分进行研究。当然，在研究时，相关的专业知识是必要的。所以我们要熟知AT89C51单片机的功能；还要会使用C语言、Proteus、keil、Protel等相关的软件；在制 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
作实物的过程中，要熟知相关的电子元器件，且看得懂电路原理图，还要有一定的焊接功底。在最后实物呈现时，实物要能准确地实现语音的存储与回放功能。
一、 总体方案设计的介绍
(一) 设计主要功能
本设计所制作的实物主要实现包括以下几种功能：
（1）可按下任意按键并执行其相对应的功能；
（2）能够录制存储四段录音并能按要求播放；
（3）有单段一次播放、单段循环播放、多段循环播放三种播放方式。
（二）各模块的简介
根据预想所要实现的功能，系统可分为主控模块、语音播报模块、显示模块、时钟模块四个部分，下面是各模块的简介：
1、主控模块
采用单片机AT89C51，它不仅兼容MCS-51系列单片机，与闪存的1000次擦除，而且这样会使开发和修改参数更加的方便。作为一个八位机，完全满足本设计所需的处理精度。
2、显示模块
本打算用LED数码管进行动态扫描，因为数码管是最适合数码管显示的，并且它与单片机连接时，占用较少的接口线。但是LED必须借助74LS164移位寄存器移位才能进行动态扫描，这会给电路调试带来很多弊端。而选择LCD液晶显示屏，虽然它需较多的接口线，但调试很方便。且液晶显示功能强大，价格适中。
3、时钟模块
单片机和其他微型机一样含有CPU，而CPU是用一个晶体振荡器产生稳定的时钟脉冲来控制其操作精确定时。单片机包含时钟电路和由单片机产生的时钟信号的工作。它使单片机控制下的唯一时钟信号，严格按一定的顺序工作。
4、语音播报模块
本模块主控芯片是ISD4004，此系列工作电压3V，其音质很好，单片录放时间可达8~16分钟。ISD4004使用的是CMOS技术。芯片设计的操作必须由单片机控制，这将通过串行通信接口发送。每一个采样值的芯片都存储在片上闪存存储器中，因为它采用多级直接模拟存储技术，因此具有真实、自然再现功能的语音和音效果。ISD4004语音芯片，频率越低，记录时间长，但音质会下降。
二、系统硬件电路
AT89C51单片机是整个系统的控制核心，也是主要的核心控制模块。AT89C51单片机来控制和协调液晶显示模块、语音模块、键盘模块和系统初始化之间的工作及全局控制。单片机通过驱动蜂鸣器实现语音的回放。系统大体的结构如图2-1所示：
图2-1系统结构框图
（一）单片机AT89C51的简要介绍
整个设计中，我选择了AT89C51单片机作为系统的主控芯片，来检测键盘、语音的存储与回放及驱动液晶显示等相关参数。
1、AT89C51单片机的主要特性：①AT89C51单片机中含有4KB的闪存存储器和128字节的RAM，且它的擦写次数可达1000次；②有2个16位可编程定时器和32根可编程I/O总线，及6个中断源、5个终端矢量、2级优先权的中断结构和1个全双工的可编程串行通信接口；③有掉电和空闲两种低功耗工作模式，具有可编程的3级程序锁定位；④其工作电源电压为5（1±0.2）V且典型值为5V，最大工作频率为24MHz。
2、AT89C51单片机的基本组成
AT89C51单片机由时钟振荡电路、外围接口电路、存储器及CPU等组成。其核心是CPU，负责运算和控制的操作；外围接口电路负责CPU与外部设备的信息交换；CPU所需的各种定时控制信号则由时钟振荡电路控制。
3、AT89C51单片机的中断系统
CPU响应中断请求是在芯片的特殊功能寄存器中被中断控制的。且AT89C51单片机内集成有T0和T1两个可编程的定时/计数器，通常有定时控制需求和对外部事件进行计数两种模式。
4、单片机最小系统
图2-2
单片机最小系统电路图如图2-2所示，由时钟电路、复位电路及单片机组成最小系统，选用12MHZ的晶振在时钟电路提供时钟。要使单片机进入刚上电的起始状态必须按下复位电路中的复位按键。图中R2是上拉电阻，用作缓冲信号的作用，要加上拉电阻才能正常使用。
（二）LCD液晶显示器的介绍
0
写入数据寄存器（显示各字型等）
1
1
EN
信号
寄存器选择信号
图2-7为ISD4004语音芯片内框图，由此可见构成一个完整的声音录放系统需很少的外围器件。该芯片设计是由微控制器控制，基于所有的操作。通过串行通信接口发送操作命令。频率越低，记录时间越长，而音质会有所下降，其采样频率可为4.0Hz、5.3Hz、6.4Hz、8.0kHz。器件工作电流25～30mA，工作电压3V，维持电流1μA。单片录放语音时间8～16min，音质好。ISD4004语音芯片引脚图如图2-8所示。
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