【文章內(nèi)容簡介】 ISD， 在下降沿移出 ISD。 （ 9） 中斷 (/INT)本端為漏極開路輸出。 ISD 在任何操作 (包括快進(jìn) )中檢測(cè)到 EOM 或 OVF 時(shí) ， 本端變低并保持。中斷狀態(tài)在下一個(gè) SPI 周期開始時(shí)清除。中斷狀態(tài)也可用 RINT 指令讀取。 OVF 標(biāo)志 指示 ISD 的錄、放操作已到達(dá)存儲(chǔ)器的 末 尾。 EOM 標(biāo)志 只在放音中檢測(cè)到內(nèi)部的 EOM標(biāo)志時(shí) ， 此狀態(tài)位才置 1。 SS1MOSI2MISO3Vssd4NC5NC6NC7NC8NC9NC10Vssa11Vssa12ADUOUT13AMCAP14NC15ANAIN16ANAIN+17Vcca18NC19NC20NC21NC22Vssa23RAC24INT25XCLK26Vccd27SCLK28ISD4004U3杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 （ 10） 行地址時(shí)鐘 (RAC) 漏極開路輸出。每個(gè) RAC 周期表示 ISD 存儲(chǔ)器的操作進(jìn)行了一行 (ISD4004 系列中的存貯器共 2400 行 )。該信號(hào) 175ms 保持高電平 ， 低電平為 25ms?？爝M(jìn)模式下 ， RAC 的 ， 為低電平。 （ 11） 外部時(shí)鐘 (XCLK) 本端內(nèi)部有下拉元件。芯片內(nèi)部的采樣時(shí)鐘在出廠前已調(diào)校 ， 誤 差在 +1%內(nèi)。商業(yè)級(jí)芯片在整個(gè)溫度和電壓范圍內(nèi) , 頻率變化在 +%內(nèi)。工業(yè)級(jí)芯片在整個(gè)溫度和電壓范圍內(nèi) ， 頻率變化在 6/+4%內(nèi) ， 此時(shí)建議使用穩(wěn)壓電源。若要求更高精度 ， 可從本端輸入外部時(shí)鐘 (如前表所列 )。由于內(nèi)部的防混淆及平滑濾波器已設(shè)定 ,故上述推薦的時(shí)鐘頻率不應(yīng)改變。輸入時(shí)鐘的占空比無關(guān)緊要 ， 因內(nèi)部首先進(jìn)行了分頻。在不外接地時(shí)鐘時(shí) ， 此端必須接地。 （ 12） 自動(dòng)靜噪 (AMCAP) 當(dāng)錄音信號(hào)電平下降到內(nèi)部設(shè)定的某一閾值以下時(shí) ,自動(dòng)靜噪功能使信號(hào)衰弱 ， 這樣有助于養(yǎng)活無信號(hào) (靜音 )時(shí)的噪聲。通常本端對(duì)地接 1uF的電容 ， 構(gòu)成內(nèi)部信號(hào)電平峰值檢測(cè)電路的一部分。檢出的峰值電平與內(nèi)部設(shè)定的閾值作比較 ， 決定自動(dòng)靜噪功能的翻轉(zhuǎn)點(diǎn)。大信號(hào)時(shí) ， 自動(dòng)靜噪電路不衰減 ， 靜音時(shí)衰減 6dB。 1uF的電容也影響自動(dòng)靜噪電路對(duì)信號(hào)幅度的響應(yīng)速度。本端接 VCCA 則禁止自動(dòng)靜噪。 [4] SPI 協(xié)議 ISD4004工作于 SPI串行接口。 SPI協(xié)議是一個(gè)同步串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，協(xié)議假定微控制器的 SPI移位寄存器在 SCLK的下降沿動(dòng)作。對(duì) ISD4004而言，在時(shí)鐘上升沿鎖存 MOSI引腳數(shù)據(jù)，而下降沿將數(shù)據(jù)送至 MISO引腳，其時(shí)序圖如圖 39所示。協(xié)議具體內(nèi)容如下： （ 1） 所有串行數(shù)據(jù)傳輸開始于 SS下降沿； （ 2） SS在傳輸期間必須保持為低電平，在兩條指令之間保持為高電平； （ 3） 數(shù)據(jù)在時(shí)鐘上升沿移入，在下降沿移出； （ 4） SS變低，輸入指令和地址之后， ISD才會(huì)開始錄放動(dòng)作； （ 5） 指令格式是 10位地 址碼加 6位控制碼； （ 6） ISD的任何操作 (含快進(jìn) )如果遇到 EOM或 OVF則產(chǎn)生一個(gè)中斷，該中斷狀態(tài)在下一個(gè) SPI周期開始時(shí)被清除； （ 7） 使用讀指令會(huì)使中斷狀態(tài)為移出 ISD的 MISO引腳時(shí)，控制及地址數(shù)據(jù)也同步從 MOSI移入； （ 8） 所有操作在運(yùn)行位 (RUN)置 1時(shí)開始，置 0時(shí)結(jié)束； （ 9） 所有指令都在 SS上升沿開始執(zhí)行。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 圖 39 ISD400408 SPI 通信工作時(shí)序圖 對(duì)于 ISD4004 而言，器件延時(shí) TPUD(8kHz 采樣時(shí)，約為 25 ms)后才能開始操作；因此，用戶發(fā)完上電指令后，必須等待 。下面是典型的操作。其語音的錄放示意如圖 310 所示。 （ 1） 發(fā) POWERUP 命令 ； （ 2） 等待 TPUD(上電延時(shí) )；發(fā)地址值為 00 的 SFTPLAY 命令； （ 3） 發(fā) PLAY 命令 ； （ 4） 器件會(huì)從 00 地址開始放音，當(dāng)出現(xiàn) EOM 時(shí)，立即中斷，停止放音 ； （ 5） 如果從 00 處錄音，則按以下時(shí)序； （ 6） 發(fā) POWER UP 命令； （ 7） 等待 TPUD(上電延時(shí) )； （ 8） 發(fā) POWER UP 命令 ； （ 9） 等待 2 倍 TPUD； （ 10） 發(fā)地址值為 00 的 SETREC 命令； （ 11） 發(fā) REC 命令 ； （ 12） 器件便從 00 地址開始錄音，一直到出現(xiàn) OVF(存儲(chǔ)器末尾 )時(shí)，錄音停止。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 圖 310 語音錄放時(shí)序圖 濾波電路的設(shè)計(jì)與方案論證 濾波電路是一種能使用頻率信號(hào)通過而同時(shí)抑制無用頻率信號(hào)的電子裝置。工程上常用它來做信號(hào)處理、數(shù)據(jù)傳送和抑制干擾等。實(shí)際常用是模擬濾波器，這種濾波電路主要采用無源元件 R、 L 和 C 組成， 20 世紀(jì) 60 年代以來，集成運(yùn)放獲得了迅速發(fā)展，由它和 R、 C 組成的有源濾波電路，具有不用電感、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。此外，由于集成運(yùn)放的開環(huán)增益和輸入阻抗均很高，輸出阻抗又低，構(gòu)成有源濾波電路后還具有一定的電壓放大和緩沖作用。但是，集成運(yùn)放的帶寬有限，所以目前有源濾波電路的工作頻率難以做得很高，以及難以對(duì)功率信號(hào)進(jìn)行濾波，這是它的不足之處 [5]。 設(shè)計(jì)思路： 一方面由于本設(shè)計(jì)是語音信號(hào)，信號(hào)的頻率范圍一般為3003400HZ，帶寬的范圍一定，適合采用有源濾波電路。另一方面，考慮到實(shí)用性，帶負(fù)載能力要比較強(qiáng)，滿足輸入阻抗足夠高，輸出阻抗應(yīng)足夠小，且滿足阻帶衰減頻率 40db/10 倍程。最后采用集成電路，可以避免各濾波之間的負(fù)載效應(yīng)而使濾波器的設(shè)計(jì)和計(jì)算大大簡化。綜上三點(diǎn)原因，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的濾波電路采用二階有源濾波器。 濾波器分成四種濾波器，分別是：低通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器、高通濾波器，它們的頻域示意圖如圖 311 所示。在本系統(tǒng)中，將采用帶通濾波器， 圖 311 四種濾波器的示意圖 帶 通 濾 波 器H Z| A |低 通 濾 波 器H Z| A |帶 阻 濾 波 器H Z| A |高 通 濾 波 器H Z| A |杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 在設(shè)計(jì)帶通濾波器時(shí)，可以采用有源高通濾波電路和一個(gè)有源低通濾波電路串聯(lián)而成，其原理圖如圖 312 所示。 圖 312 帶通濾波器的組成 二階有源帶通濾波電路的傳遞函數(shù) [5]為 式（ 32）： （ 32） 其中 AVF 為同相比例放大電路的電壓增益。 通過查表計(jì)算得，設(shè)計(jì)低通濾波器的截止頻率為 3000Hz,高通濾波器的截止頻率為 600Hz。帶通濾波器的原理圖如圖 313 所示。 圖 313 帶通濾波器原理圖 有 源 高 通 濾 波 器 有 源 低 通 濾 波 器輸 入 輸 出2314111U1ALM324AN81093411U1CLM324ANC1C215nC333nC524KR1ResR2ResR3ResR4ResR5ResR6Res33nC71 2P112P212P3Header 2GNDLM324 電源語音輸入 語音輸出二階高通濾波器二階低通濾波器))()3(1)( 2sCRsCRA sCRAsA VF VF ????杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 基于 matlab 軟件對(duì)濾波前后語音的分析 語音錄放系統(tǒng)如果不加濾波電路，會(huì)發(fā)現(xiàn)播放的錄音中雜音很多，即語音的中其他成分很多。 通過查資料發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生的原因 有以下 幾點(diǎn)： （ 1） 麥克風(fēng)的語音轉(zhuǎn)換特性存在問題，即將聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信的過程中，產(chǎn)生了高頻聲波 的 電 信號(hào)。 （ 2） 功率放大電路在大信號(hào)下工作，所以不可避免會(huì)產(chǎn)生非線性失真，這種非線性失真使得語音中雜波成分增加。 為了對(duì)語音進(jìn)行前后分析對(duì)比，在本系統(tǒng)中， 使用自己筆記本電腦自帶錄音機(jī)對(duì)播放的語音錄音。然后運(yùn)用 matlab 軟件對(duì)語音 讀取和 FFT 變換 ， 對(duì)濾波前后的語音的 時(shí)域與頻域分析比較，這樣可以比較直觀的觀 察語音濾波前后變化。 如圖314，濾波前后的語音的波形圖及頻譜圖，由下圖可以看出，語音的中一些高頻成分被 濾除 。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 圖 314 語音濾波前后的波形及頻譜圖 單片機(jī)與液晶顯示模塊 STC89C51 單片機(jī) STC89C52 是由深圳宏晶科技公司生產(chǎn)的與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容的單片機(jī)。 STC89C51 單片機(jī)管腳如圖 313 所示，其 主要功能特性表31 所示。 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 51 0 . 500 . 51原始信號(hào)波形圖t/s幅值0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5x 1 0400 . 511 . 5原始信號(hào)頻譜圖頻 率 / H z頻率響應(yīng)幅度0 1 2 3 4 5 61 0 . 500 . 51濾波信號(hào)波形圖t/s幅值0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5x 1 0400 . 20 . 40 . 60 . 811 . 21 . 4濾波信號(hào)頻譜圖頻 率 / H z頻率響應(yīng)幅度杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 圖 313 單片機(jī)管腳 表 31 STC89C52 單片機(jī)主要功能 STC89C52 單片機(jī)主要特性 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 8K 可反復(fù)擦寫 Flash ROM 32 個(gè)雙向 I/O 口 256*8bit 內(nèi)部 RAM 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷 時(shí)鐘頻率 024MHZ 2 個(gè)串行中斷 可編程 UART 串行通道 2 個(gè)外部中斷 6 個(gè)中斷源 2 個(gè)讀寫中斷口線 3 級(jí)加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和喚醒模式 STC89C52 引腳 具體介紹 如下： ① 主電源引腳（ 2 根） VCC(Pin40)：電源輸入，接＋ 5V 電源 GND(Pin20)：接地線 EA/VPP31XTAL119XTAL218RST9(RD)17(WR)16(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)1512345678(AD0)39(AD1)38(AD2)37(AD3)36(AD4)35(AD5)34(AD6)33(AD7)32(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE/PROG30(TXD)11(RXD)10GND20VCC40U3STC89C52杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 ② 外接晶振引腳（ 2 根） XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端 XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端 ③ 控制引腳（ 4 根） RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號(hào) PSEN(Pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào) EA/VPP(Pin31)：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令。 ④ 可編程輸入 /輸出引腳（ 32 根） STC89C52 單片機(jī)有 4 組 8 位的可編程 I/O 口，分別位 P0、 P P P3 口 ，每個(gè)口有 8 位（ 8 根引腳），共 32 根。 P0 口（ Pin39～ Pin32）： 8 位雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P1 口（ Pin1～ Pin8）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P2 口（ Pin21～ Pin28）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為