【正文】 ................................................................................21 子程序流程圖及代碼 ................................................................................................22 錄音子程序 ........................................................................................................22 放音子程序 ........................................................................................................23 第 5章 系統(tǒng)調(diào)試與實(shí)驗(yàn)結(jié)果 .............................................................................................25 系統(tǒng)調(diào)試 ..................................................................................................................25 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ..................................................................................................................27 第 6章 總結(jié) .....................................................................................................................28 參考文獻(xiàn) ...........................................................................................................................29 附錄 ..................................................................................................................................30 致謝 ..................................................................................................................................35 作品使用說明書 ................................................................................................................36 [鍵入文字 ] 1 第 1章 緒論 課題研究背景 隨著生活節(jié)奏的日益加快，城市智能化建設(shè)的不斷發(fā)展，在智能儀器儀表 和工業(yè)控制系統(tǒng) 中增加語音 錄放 功能成為了極為普遍的現(xiàn)象?？刂颇K核心是 51 單片機(jī)的口線功能，通過對(duì)按鍵的識(shí)別來控制語音錄放模塊的工作模式；語音錄放模塊能實(shí)現(xiàn)對(duì)聲音的處理、存儲(chǔ)以及復(fù)原的功能；功放模塊能對(duì)復(fù)原好的音頻信號(hào)加以放大，使聲音更加清晰明亮。 整個(gè)系統(tǒng)共有三大模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制模塊、語音錄放模塊、功放模塊。voice recording module can realize voice processing,storage and playback?？梢哉f，語音系統(tǒng)是社會(huì)生活和生產(chǎn)不可缺少的東西，它的發(fā)展是社會(huì)進(jìn)步的必然結(jié)果?？梢哉f， 單片機(jī)體現(xiàn)的是它強(qiáng)大的控制能力。 在對(duì)語音信號(hào)的處理方面，常規(guī)方法是采用濾波器處理接收到的模擬語音信號(hào)，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)，再由單片機(jī)控制存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。 語音芯片可以很方便的 和 單片機(jī)系統(tǒng) 相結(jié)合， 其體積和重量也能符合單片機(jī)系統(tǒng)的要求。舉例來說，原始語音一般都是采用 8KHz 抽樣， 16bits的線性 PCM 編碼進(jìn)行采集，在一般的系統(tǒng)中就直接將采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)；而如果采用參數(shù)編碼對(duì)采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，存儲(chǔ)量則可以大大減少，當(dāng)需要恢復(fù)語音時(shí)，可利用編碼后的參數(shù)進(jìn)行合成，可以得到質(zhì)量令人滿意的結(jié)果。現(xiàn)在市場(chǎng)上已有公司將以 AT89C2051 單片機(jī)與 ISD 語音芯片組成的語音組合板，用串口通信，芯片里固化有一些常用語音詞匯，用戶不需了解語音功能的工作原理，只需通過串口按一定協(xié)議發(fā)送代碼即可送出語音。語音存儲(chǔ)與回放技術(shù)的核心是語音編碼，它是現(xiàn)代語音技術(shù)的三大核心之一（語音識(shí)別、文本語音轉(zhuǎn)換、語音編碼）。語 音識(shí)別技術(shù)和語音合成技術(shù)，將是未來的主導(dǎo)，他們將推動(dòng)語音技術(shù)向語境真實(shí)化和多模態(tài)化發(fā)展，但是面臨的核心技術(shù)也將越來越難 [4]。 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 本文的設(shè)計(jì)任務(wù)是用 AT89C51 單片機(jī)設(shè)計(jì)一款數(shù) 字語音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)，要求整個(gè)系統(tǒng)錄音時(shí)間達(dá)到 60s，放音效果真實(shí)清晰，采樣頻率達(dá) 8KHZ，工作電壓5V，系統(tǒng)錄放音可受按鍵控制，可復(fù)位且音量可調(diào)有較強(qiáng)的抗干擾能力。它的原理圖如圖 21 所示。采用語音芯片技術(shù)來處理語音信號(hào)，系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng)，存儲(chǔ)方便，調(diào)試簡(jiǎn)單，可作為語音服務(wù)的子系統(tǒng)等縱多優(yōu)點(diǎn)。模擬語音語音信號(hào)進(jìn)過麥克風(fēng)之后直接送入 ISD2560 芯片加以處理和存儲(chǔ)，放音時(shí)， ISD2560 芯片再把存儲(chǔ)好的數(shù)字信號(hào)還原成模擬信號(hào)，再通過放大器把信號(hào)放大，最后用揚(yáng)聲器放出來 [6]。 器件選擇 單片機(jī)的選擇 單片機(jī)是一種集 成電路芯片，即在一塊集成電路芯片上集成微處理器、存儲(chǔ)器、 I/O 接口電路，從而構(gòu)成單芯片的微型計(jì)算機(jī)。 [鍵入文字 ] 6 本文選用目前普遍使用的 ATMEL 公司的 51 系列單片機(jī)作為控制核心，以下是兩款 51 單片機(jī)的性能對(duì)比表。它能自動(dòng)完成語音數(shù)據(jù)的采集 、分析、壓縮、存儲(chǔ)等步驟，一次錄放音包括 ADC 和 DAC 兩個(gè)過程：語音信號(hào)通過采樣轉(zhuǎn)化為數(shù)字，存儲(chǔ)在 IC的 ROM 中，再通過電路將 ROM 中的數(shù)字還原成語音信號(hào)。該器件采用 ATMEL 獨(dú)有存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集。 P0 口每一個(gè)引腳可以推動(dòng) 8 個(gè) LSTTL 負(fù)載。每一個(gè)引腳輸出可以推動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載 [7]。 VCC： AT89C51 的正極，輸入 +5V 電壓。當(dāng)它采用外部振蕩器時(shí)，一些引腳應(yīng)接地。 EA/VPP：當(dāng)該引腳為低電平時(shí)，單片機(jī)讀取的是外部的程序存儲(chǔ)器中的程序來執(zhí)行。一塊 ISD 芯片上集成有麥克風(fēng)前置放大器（ AMP）、自動(dòng)增益控制電路（ AGC）、抗混淆和平滑濾波器、模擬存儲(chǔ)陣列、揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器、控制接口和內(nèi)部精確的參考時(shí)鐘，加上外部元件（液晶、麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器、開關(guān)和少數(shù)電阻、電容），再加上電源即可組成最簡(jiǎn)單語音系統(tǒng)。每個(gè)采樣 數(shù)據(jù) 值 直接由芯片自動(dòng) 存儲(chǔ)在片內(nèi) ROM 單元中， 播放時(shí)直接將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)導(dǎo)出，所以它能 十分 真實(shí)地再現(xiàn) 人聲 、音樂、 語 調(diào)和聲效，可避免一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和 “金屬聲 ”。 AUX IN：當(dāng) CE 和 RP/ 為高，放音不進(jìn)行，或處于放音溢出狀態(tài)時(shí)，本端的輸入信號(hào)通過內(nèi)部功放驅(qū)動(dòng)喇叭輸出端。 MIC：本端連至片內(nèi)前置放大器，外接話筒應(yīng)通過串聯(lián)電容耦合到本端，耦合電容值和本端的 10KΩ 輸入電阻。響應(yīng)時(shí)間取決于本端的 5KΩ 輸入阻抗外接的對(duì)地電容的時(shí)間常數(shù)。 ANA OUT：前置放大器的輸出，前置電壓增益取決于 AGC 端電平。 PD：當(dāng)該端為高電平時(shí)，芯片停止工作，且不耗電，芯片發(fā)生溢出，即 OVF端輸出低電平后，本端口短暫變高電平。芯片內(nèi)部會(huì)檢測(cè)電源電壓以維護(hù)信息的完整性，當(dāng)電壓低于 時(shí)，本端變低，芯片只能放音。為高電平時(shí)選擇放音，為低電平時(shí)選擇錄音。 由于 ISD2560 內(nèi)置了若干種操作模式，因而可用最少的外圍器件實(shí)現(xiàn)最多的功能。操作模式可由微控制器也可由硬件實(shí)現(xiàn)。這種操作模式將一直有效，直到 CE 再次由高變低，芯片重新鎖存當(dāng)前的地址 /模式端電平并執(zhí)行相應(yīng)的操作為止。 2500 系列地址空間是這樣分配的：地址 0~599 作為分段用 (見表 24)，地址600~767 未使用，地址 768~1023 為工作模式選擇。圖 23 是 ISD2560 語音錄放的基本電路原理圖 [9]。 LM386 集成功率放大器芯片 LM386 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類電子產(chǎn)品的放大。輸入端以地位參考，同時(shí)輸出端被自[鍵入文字 ] 13 動(dòng)偏置到電源電壓的一半，在 6V 電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為 24mW，使得LM386 特別適用于電池供電的場(chǎng)合。使用時(shí)在引腳 7 和地之間接旁路電容，通常取 10μF。 (2) 選好調(diào)節(jié)音量的電位器。 (4) 第 7 腳（ BYPASS）的旁路電容不可少。在器件上電、掉電時(shí)的噪聲就是由該偏置電壓的瞬間跳變所致。它與揚(yáng)聲器負(fù)載構(gòu)成了一階高通濾波器。采用 51 單片機(jī)作為控制核心，利用 ISD2560 實(shí)現(xiàn)語音的錄放，采用 LM386 集成功放使聲音放大，簡(jiǎn)單易行且控制方便。 ， 300mA，通過 USB 線與整個(gè)電路相連。 [鍵入文字 ] 16 圖 31 晶振電路設(shè)計(jì)圖 本系統(tǒng)采用的是 12MHz 的晶振，電容采用 22pF 的陶瓷電容，其具體設(shè)計(jì)如圖 31 所示。復(fù)位啟動(dòng)的延時(shí)時(shí)間可以由用戶通過對(duì)程序的編譯來定義。與上電復(fù)位類似，當(dāng)一個(gè)高電平加到 RST 引腳且超過 2 機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)產(chǎn)生復(fù)位。 因此，看門狗復(fù)位[鍵入文字 ] 17 方式 可以有效的監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行情況，提高了系統(tǒng)自身的抗干擾能力，使系統(tǒng)能夠在具有一定干擾的環(huán)境中正常工作。 圖 33 語音錄放電路圖 各引腳外圍電路的接法可參考前文所述的引腳說明。 [鍵入文字 ] 19 鍵盤輸入電路和狀態(tài)顯示電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)作為控制核心，它只要任務(wù)是控制語音芯片的錄放音功能。 [鍵入文字 ] 20 第 4章 軟件設(shè)計(jì) 如果說一個(gè)系統(tǒng)的硬件好比人的身體，那么軟件就是人的靈魂。硬件系統(tǒng)搭建起來之后，若調(diào)試無誤，才進(jìn)行相應(yīng)的軟件模塊的設(shè)計(jì)。當(dāng)這 3 個(gè)變量分別為 1 時(shí)，二極管熄滅，當(dāng)變量為 1 時(shí)，二極管點(diǎn)亮。該變量為 1 表示放音鍵按下，為 0 表示放音鍵松開。該變量置為 0 時(shí)，芯片處于錄音模式；[鍵入文字 ] 21 置為 1 時(shí)，芯片處于放音模式。一段語音信號(hào)錄制完畢后， EOM 標(biāo)志由芯片自動(dòng)插入到 信息結(jié)尾，放音過程中，若 EOM=0，說明信號(hào)結(jié)束，停止播放。一般按每秒說 3 個(gè)字計(jì)算， 60s 可說 180 個(gè)字，再根據(jù) ISD2560 的地址分辨率為 100ms，即可計(jì)算出語音段所需的地址單元數(shù)。后將 PD 端置為 0，芯片啟動(dòng)。 PLAY 鍵按下后，進(jìn)入放音狀態(tài)，調(diào)用放音子程序開始放音。然后一直掃描 RECORD所表示的錄音按鍵是否松開，若按鍵松開，則置 CE 端為高電平，錄音結(jié)束。播放過程中等待語音段結(jié)束信號(hào) EOM，當(dāng) EOM=0 時(shí)，提示語音信號(hào)結(jié)束。 第 6章 總結(jié) 本文設(shè)計(jì)的語音系統(tǒng)硬件電路簡(jiǎn)單，調(diào)試方便。 對(duì)于該系統(tǒng)的改進(jìn)，主要有 2 個(gè)方面：一是硬件部分的改進(jìn)，利用 AT89C51芯片余下的管腳可以外接一顯示模塊，對(duì)當(dāng)前錄放音的狀態(tài)進(jìn)行顯示；二是對(duì)于軟件部分，可以利用 ISD2560 直接尋址模式對(duì)語音信號(hào)分段錄放。學(xué)習(xí)完 ISD2560 芯片，對(duì)于掌握其他同類功能的芯片將是一個(gè)良好的基礎(chǔ)。 燈 3 RECORD BIT 。 End of message 結(jié)束標(biāo)志 PD BIT 。 芯片工作 CLR LED1。 放音 鍵是否按下？ LCALL TOPLAY STEB PD。錄音子程序 TORECORD： CLR CE。 CLR LED1。 啟動(dòng)播放 CLR LED3。 CLR LED1。