基于51单片机的声音录制存储与回放系统设计与实现
基于51单片机的声音录制存储与回放系统设计与实现[20200419155314]
摘要
在人们的现代生活中，越来越讲求人机结合，其中语音操作的大量采用就是最好的体现，声音录制存储与回放是语音操作过程中的关键技术。
本文分析了两种声音录放的实现方案，讨论了两种方式的实现过程和优缺点。决定采用通过使用语音芯片实现声音录制存储与回放的方案。语音芯片主要由麦克风前置放大器、自动增益控制电路、单独存储器、抗混淆和平滑滤波器,扬声器组成。并且针对语音芯片的使用方式做了着重介绍。
接着针对本设计，详细说明了ISD2560语音芯片结构原理以及工作模式，此语音芯片采用直接单独存储方式，避免了A/D,D/A转换带来的声音干扰。并以AT89C51单片机作为整个系统的控制核心，初步完成了声音录制存储与回放的软硬件设计。对单片机的应用以及C语言编程有了更深刻的理解，在硬件电路完成后，实现了对声音的录制存储与回放的基本功能。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:AT89C51单片机ISD2560语音芯片语音存储语音回放
目录
1引言 1
1.1课题研究背景及科学意义 1
1.2国内外研究现状 2
1.3研究方法 3
1.4本文的主要工作 4
2 语音录放系统总体设计及主要芯片说明 4
2.1 总体方案论证 4
2.2 器件选择 6
2.2.1 单片机的选择 6
2.2.2 语音芯片选择 7
2.3 AT89C51芯片说明 10
2.3.1 AT89C51的主要参数 10
2.3.2 AT89C51的引脚功能说明 11
2.4 ISD2560语音芯片 13
2.4.1 ISD2560的引脚功能 13
2.4.2 ISD2560的操作模式 15
2.4.3 ISD2560的分段录放音 16
2.4.4 ISD2560的应用电路 17
2.5 LM386集成功率放大器芯片说明 18
2.5.1 LM386电子特性 18
3 语音录放系统硬件电路设计 20
3.1硬件电路总体设计 20
3.2 AT89C51的外围电路设计 20
3.2.1 晶振电路设计 20
3.2.2 复位电路设计 21
3.3 语音电路设计 22
3.4 功放电路设计 23
3.5 键盘输入电路和状态显示电路设计 24
4 语音录放系统软件设计 26
4.1 主要变量说明 26
4.2 主程序工作原理及流程图 28
4.3 子程序流程图及代码 30
4.3.1 录音子程序 30
4.3.2 放音子程序 32
5 实物调试及遇到问题解决方法 34
结束语 35
致谢 37
参考文献 37
附录1 39
附录2 42
1引言
1.1课题研究背景及科学意义
在智能仪器仪表或带有自动控制系统的设备中，增加语音功能能极大地提高人机界面的人性化及使用体验，极大的简便了用户操作流程，减少按键这些易损品的使用，使设备更为可靠。目前语音服务行业越来越广泛，列如语音钟、语音万用表、手机套餐查询系统、银行业务办理排队叫号系统、语音监控报警系统及公共车报站系统等。诸多场合，工程师需要将语音系统和单片机有机的联系在一起。
单片机体积较小、能源消耗低、控制能力较为出众、拓展能力较强、使用调试简便等许多优点。在现代人类生活中讲求高效、人性化的趋势日渐明显。单片机在现代电子器件和大型机器中占有重要的地位。同时在我们日常生活中使用的个人电脑单片机也同样完成了诸多控制。所以说，单片机在语音录制与回放的应用中发挥了无可取代的作用。
通过数字技术对语音信号进行录制、处理且能在特定的设备得以存储，需要回放时从存储中调用的语音录制回放技术。相对于模拟设备来说，数字设备具有集成化、小型化、成本更为低廉，同时工作更为稳定，且操作更为简单、方便，可以再诸多环境中工作。使语音录制回放系统成为CTI系统中不可或缺的部分，近几年语音录制回放系统在中国市场得到了迅猛的发展，诸多应用于邮电通讯、信息服务、商业、娱乐、交通运输、工业生产及生活等诸多方面，拥有广阔的市场前景。
在对音频信号的处理方面，最为常规方法是采用滤波器处理器接收到的模拟量语音信号，通过A/D转换成为数字信号，再由单片机控制转化好的数字量输入到存储器中。在需要回放时，通过单片机控制从存储器中调用，再经过D/A转换，再变换成电压信号，经过滤波器滤波通过外放装置放音。虽然此种方法便于理解，但是拥有巨大的缺陷：输出时语音信号时有杂音或者严重的变声，如果使用次方案实现语音录制存储与回放将无法避免这些致命缺点。
为了避免这些致命的缺点，将采用ISD2560语音芯片。此种语音芯片通过单片机加以控制，从而使语音芯片完成其设定好的工作。并且和单片机的接口配比简单，其大小和体积也能满足单片机小型化的要求。因此，本设计重点使用语音芯片，通过与单片机的引脚相连，单片机承载控制任务，完成声音录制存储与回放的设计要求。
1.2国内外研究现状
随着电子行业的不断的发展，语音录放设备在我们现代生活中层次不穷的出现。在普通的语音录制存储与回放系统中，对语音信号进行采集存储，未进行压缩，虽然确保了被采集的语音信号的保真度，但是对被采集的语音信号的大小有较大的限制。对于大型的工程系统，需要较多的存储容量，仅仅添加硬盘或者使用存储列阵，是远远不够的，不适用于各种场合之中，所以不能采用相同的解决办法。
近几年，由于语音信号的录制存储处理技术发展迅速。对语音信号的采集、处理从以前模数数模转换变为参数编码的转换、更易于压缩，从而节省了较多的存储空间，符合单片机小型化微型化的发展要求。举例来说，语音信号一般采用8kHz的频率，线性编码的16位收集的指标进行采集。通过语音芯片进行直接存储。通过代码采集方式采集的语音信号，可以进行参数压缩，可以最大程度的降低储存空间，当语音外放时，使用代码加工参数，可以使语音信号的保真度令人满意。
目前实用比较广泛的语音芯片是ISD系列语音芯片。ISD系列语音芯片可以将录制的语音信号直接存入存储器中，不经过A/D，D/A转换，因此语音信号的保真度得到最大的保障。ISD语音芯片功能强大：有即时存储的特点、即使突然掉电也可以保存刚刚录制的语音信号、使用寿命长，可多次擦写、可完美的与单片机兼容，无需开发系统等等。
1.3研究方法
本次设计的系统需要完美的实现语音信号的录制，存储与回放。语音信号为模拟量，如果不通过模数转换是不能自动转换为数字量进行存储，需要使用的语音芯片或者是通过A/D和D/A转换来完成此过程。单片机在整个设计的运行过程中有举足轻重的地位。单片机需要控制语音芯片的操作模式，语音信号录制结束时语音信息存储在语音芯片存储单元中的存储位置，并为其地址赋值。需要语音信息回放，从语音芯片存储单元中调用。
对语音信号进行模数数模转换完成处理的方法介绍如下：因为语音信号时模拟量，对其进行模数转换，转换成数字量，将其存入单独的存储器中，需要回放时，由存储器将语音数据输出，通过数模转换，通过扬声器外放。这种方式易于理解，控制程序简单，但是不能保证语音信号的保真度，且外围硬件电路比较复杂，输出不稳定，使用效果不好。
本设计采用语音芯片进行语音信号的处理存储，无需模数转换直接存储语音信息，使外界干扰降低，无需在外围电路添加滤波器，有效的提高了语音信号的保真度，无需数模转换，减少外围电路的设计量和设计成本，提高了外放的质量，所以本设计采用语音芯片实现功能。
1.4本文的主要工作
通过查阅大量文献，决定使用语音芯片和单片机结合的方法。此种结合方法能够保障语音信号的保真度，外围电路设计简单，运行稳定。
本设计采用ISD2560语音芯片和AT89C51单片机。ISD2560语音芯片是美国ISD的著名专利产品。此芯片可以永久的存储语音数据，即使在其工作中突然掉电也不会丢已经录制的语音数据，此项特点完全归功于模拟量多电平存储技术。同时为外部电路中省去了A/D，D/A转换模块，大大的减少了外围电路的设计量。此芯片最长可以录制长达8分钟的语音信号，每个语音信号将直接存储在芯片内置的EEPROM存储单元中，有效地避免了语音数据的混乱减少了数据库的寻址时间。此芯片可有效地防止语音信号的失真。是本设计实现语音录制的不二选择。
摘要
在人们的现代生活中，越来越讲求人机结合，其中语音操作的大量采用就是最好的体现，声音录制存储与回放是语音操作过程中的关键技术。
本文分析了两种声音录放的实现方案，讨论了两种方式的实现过程和优缺点。决定采用通过使用语音芯片实现声音录制存储与回放的方案。语音芯片主要由麦克风前置放大器、自动增益控制电路、单独存储器、抗混淆和平滑滤波器,扬声器组成。并且针对语音芯片的使用方式做了着重介绍。
接着针对本设计，详细说明了ISD2560语音芯片结构原理以及工作模式，此语音芯片采用直接单独存储方式，避免了A/D,D/A转换带来的声音干扰。并以AT89C51单片机作为整个系统的控制核心，初步完成了声音录制存储与回放的软硬件设计。对单片机的应用以及C语言编程有了更深刻的理解，在硬件电路完成后，实现了对声音的录制存储与回放的基本功能。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:AT89C51单片机ISD2560语音芯片语音存储语音回放
目录
1引言 1
1.1课题研究背景及科学意义 1
1.2国内外研究现状 2
1.3研究方法 3
1.4本文的主要工作 4
2 语音录放系统总体设计及主要芯片说明 4
2.1 总体方案论证 4
2.2 器件选择 6
2.2.1 单片机的选择 6
2.2.2 语音芯片选择 7
2.3 AT89C51芯片说明 10
2.3.1 AT89C51的主要参数 10
2.3.2 AT89C51的引脚功能说明 11
2.4 ISD2560语音芯片 13
2.4.1 ISD2560的引脚功能 13
2.4.2 ISD2560的操作模式 15
2.4.3 ISD2560的分段录放音 16
2.4.4 ISD2560的应用电路 17
2.5 LM386集成功率放大器芯片说明 18
2.5.1 LM386电子特性 18
3 语音录放系统硬件电路设计 20
3.1硬件电路总体设计 20
3.2 AT89C51的外围电路设计 20
3.2.1 晶振电路设计 20
3.2.2 复位电路设计 21
3.3 语音电路设计 22
3.4 功放电路设计 23
3.5 键盘输入电路和状态显示电路设计 24
4 语音录放系统软件设计 26
4.1 主要变量说明 26
4.2 主程序工作原理及流程图 28
4.3 子程序流程图及代码 30
4.3.1 录音子程序 30
4.3.2 放音子程序 32
5 实物调试及遇到问题解决方法 34
结束语 35
致谢 37
参考文献 37
附录1 39
附录2 42
1引言
1.1课题研究背景及科学意义
在智能仪器仪表或带有自动控制系统的设备中，增加语音功能能极大地提高人机界面的人性化及使用体验，极大的简便了用户操作流程，减少按键这些易损品的使用，使设备更为可靠。目前语音服务行业越来越广泛，列如语音钟、语音万用表、手机套餐查询系统、银行业务办理排队叫号系统、语音监控报警系统及公共车报站系统等。诸多场合，工程师需要将语音系统和单片机有机的联系在一起。
单片机体积较小、能源消耗低、控制能力较为出众、拓展能力较强、使用调试简便等许多优点。在现代人类生活中讲求高效、人性化的趋势日渐明显。单片机在现代电子器件和大型机器中占有重要的地位。同时在我们日常生活中使用的个人电脑单片机也同样完成了诸多控制。所以说，单片机在语音录制与回放的应用中发挥了无可取代的作用。
通过数字技术对语音信号进行录制、处理且能在特定的设备得以存储，需要回放时从存储中调用的语音录制回放技术。相对于模拟设备来说，数字设备具有集成化、小型化、成本更为低廉，同时工作更为稳定，且操作更为简单、方便，可以再诸多环境中工作。使语音录制回放系统成为CTI系统中不可或缺的部分，近几年语音录制回放系统在中国市场得到了迅猛的发展，诸多应用于邮电通讯、信息服务、商业、娱乐、交通运输、工业生产及生活等诸多方面，拥有广阔的市场前景。
在对音频信号的处理方面，最为常规方法是采用滤波器处理器接收到的模拟量语音信号，通过A/D转换成为数字信号，再由单片机控制转化好的数字量输入到存储器中。在需要回放时，通过单片机控制从存储器中调用，再经过D/A转换，再变换成电压信号，经过滤波器滤波通过外放装置放音。虽然此种方法便于理解，但是拥有巨大的缺陷：输出时语音信号时有杂音或者严重的变声，如果使用次方案实现语音录制存储与回放将无法避免这些致命缺点。
为了避免这些致命的缺点，将采用ISD2560语音芯片。此种语音芯片通过单片机加以控制，从而使语音芯片完成其设定好的工作。并且和单片机的接口配比简单，其大小和体积也能满足单片机小型化的要求。因此，本设计重点使用语音芯片，通过与单片机的引脚相连，单片机承载控制任务，完成声音录制存储与回放的设计要求。
1.2国内外研究现状
随着电子行业的不断的发展，语音录放设备在我们现代生活中层次不穷的出现。在普通的语音录制存储与回放系统中，对语音信号进行采集存储，未进行压缩，虽然确保了被采集的语音信号的保真度，但是对被采集的语音信号的大小有较大的限制。对于大型的工程系统，需要较多的存储容量，仅仅添加硬盘或者使用存储列阵，是远远不够的，不适用于各种场合之中，所以不能采用相同的解决办法。
近几年，由于语音信号的录制存储处理技术发展迅速。对语音信号的采集、处理从以前模数数模转换变为参数编码的转换、更易于压缩，从而节省了较多的存储空间，符合单片机小型化微型化的发展要求。举例来说，语音信号一般采用8kHz的频率，线性编码的16位收集的指标进行采集。通过语音芯片进行直接存储。通过代码采集方式采集的语音信号，可以进行参数压缩，可以最大程度的降低储存空间，当语音外放时，使用代码加工参数，可以使语音信号的保真度令人满意。
目前实用比较广泛的语音芯片是ISD系列语音芯片。ISD系列语音芯片可以将录制的语音信号直接存入存储器中，不经过A/D，D/A转换，因此语音信号的保真度得到最大的保障。ISD语音芯片功能强大：有即时存储的特点、即使突然掉电也可以保存刚刚录制的语音信号、使用寿命长，可多次擦写、可完美的与单片机兼容，无需开发系统等等。
1.3研究方法
本次设计的系统需要完美的实现语音信号的录制，存储与回放。语音信号为模拟量，如果不通过模数转换是不能自动转换为数字量进行存储，需要使用的语音芯片或者是通过A/D和D/A转换来完成此过程。单片机在整个设计的运行过程中有举足轻重的地位。单片机需要控制语音芯片的操作模式，语音信号录制结束时语音信息存储在语音芯片存储单元中的存储位置，并为其地址赋值。需要语音信息回放，从语音芯片存储单元中调用。
对语音信号进行模数数模转换完成处理的方法介绍如下：因为语音信号时模拟量，对其进行模数转换，转换成数字量，将其存入单独的存储器中，需要回放时，由存储器将语音数据输出，通过数模转换，通过扬声器外放。这种方式易于理解，控制程序简单，但是不能保证语音信号的保真度，且外围硬件电路比较复杂，输出不稳定，使用效果不好。
本设计采用语音芯片进行语音信号的处理存储，无需模数转换直接存储语音信息，使外界干扰降低，无需在外围电路添加滤波器，有效的提高了语音信号的保真度，无需数模转换，减少外围电路的设计量和设计成本，提高了外放的质量，所以本设计采用语音芯片实现功能。
1.4本文的主要工作
通过查阅大量文献，决定使用语音芯片和单片机结合的方法。此种结合方法能够保障语音信号的保真度，外围电路设计简单，运行稳定。
本设计采用ISD2560语音芯片和AT89C51单片机。ISD2560语音芯片是美国ISD的著名专利产品。此芯片可以永久的存储语音数据，即使在其工作中突然掉电也不会丢已经录制的语音数据，此项特点完全归功于模拟量多电平存储技术。同时为外部电路中省去了A/D，D/A转换模块，大大的减少了外围电路的设计量。此芯片最长可以录制长达8分钟的语音信号，每个语音信号将直接存储在芯片内置的EEPROM存储单元中，有效地避免了语音数据的混乱减少了数据库的寻址时间。此芯片可有效地防止语音信号的失真。是本设计实现语音录制的不二选择。
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