【正文】 錄音時(shí) AT89C51 通過(guò)定時(shí)器 0T 控制采樣頻率。進(jìn)一步分析可知，該曲線在頻率很高處有大幅度的下降，故可用帶通濾波器來(lái)擬合該曲線，由于受單片機(jī)數(shù)據(jù)運(yùn)算處理能力? ? 的限制，數(shù)字濾波不易實(shí)現(xiàn)，故這里采用硬件濾波，濾波電路如圖所示。 AT29C040 讀取時(shí)間僅為 70ns，單一 +5V 電源，雙 8k 字節(jié)的引導(dǎo)區(qū)，內(nèi)部程控定時(shí)器，硬件和軟件數(shù)據(jù)保護(hù)功能，快速扇出程序周期 10ms，低功耗：待機(jī)為 100uA，啟動(dòng)工作為 50mA， 10000次擦寫(xiě)次數(shù)。輸出狀態(tài)信號(hào) STS 接到 P3. 2 端可供單片機(jī)查詢判斷 A / D 轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。為了 實(shí)現(xiàn)啟動(dòng) A /D 轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀出 , AD574 的片選信號(hào) CS 由地址總線的次低位 A1( P0. 1) 提供 , 在讀寫(xiě)時(shí) ,A1 應(yīng)設(shè)置為低電平。在圖 2 中 ,由于 AD574 片內(nèi)有時(shí)鐘 ,故無(wú)需外加時(shí)鐘信號(hào)。這種方式可以使系統(tǒng)所能操作的 A /D 數(shù)達(dá) 10 片之多。 (3) 讀取并存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換結(jié)果。 (2) 啟動(dòng)采樣。由于該接口系統(tǒng)要求各路信號(hào)測(cè)量同步 , 即同時(shí)啟動(dòng)各 A / D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換 [23]。其中 ,AD574 是 1 個(gè)完全的單片式 12位逐次比較型A /D 轉(zhuǎn)換器 , 它帶有可以直接與 8 位或 16 位總線接口的三態(tài)緩沖器 ,因而不需要再加鎖 存器。當(dāng) RAM中的數(shù)據(jù)達(dá)到一定數(shù)量時(shí) , 單片機(jī)向計(jì)算機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求。也可以在它的下降沿向 CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求 , 以通知 A /D 轉(zhuǎn)換已完成 ,同時(shí) CPU可以讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果。 STS:輸出狀態(tài)指示引腳。在轉(zhuǎn)換期間 , 當(dāng) A0 為 0 時(shí) ,AD574 進(jìn)行全 12 位轉(zhuǎn)換 ,轉(zhuǎn)換 間為 25μ s 。 ２３ 12 / 8 :數(shù)據(jù)輸出格式選擇腳。 AD574 為 28 腳雙列直插式封裝 , 其引腳分布如圖 1 所示。 A/D 轉(zhuǎn)換器 AD574 介紹 1. AD574 的特點(diǎn)及功能 AD574 是 AD 公司生產(chǎn)的 12 位逐次逼近型 ADC , 它的轉(zhuǎn)換速度為 25μ s , 轉(zhuǎn)換精度為 0. 05 % , 可廣泛應(yīng)用在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中 [21]。 電源抑制比 DAC 的輸出電壓的變化量與相對(duì)應(yīng)的電源電壓變化量之比定義為電源抑制比。通常用轉(zhuǎn)換時(shí)間來(lái)反映建立時(shí)間，如 DAC0832 的轉(zhuǎn)換速度為 100ns,DAC0832 的轉(zhuǎn)換速度為。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用的是上電復(fù)位方式。 表 計(jì)算機(jī)復(fù)位狀態(tài)表 專用寄存器 復(fù)位狀態(tài) 專用寄存器 復(fù)位狀態(tài) PC ACC B PSW SP DPTR P0— P3 IP IE 0000H 00H 00H 00H 07H 0000H FFH XXX0 0000B 0XX0 0000B TMOD TCON TH0 TL0 TH1 TL1 SCON SBUF PCON 00H 00H 00H 00H 00H 00H 00H XXXX XXXXB 0XXX 0000B ② 復(fù)位電路 單片機(jī)復(fù)位電路包括片內(nèi)、片外兩部分，片外復(fù)位電路通過(guò)引腳加到內(nèi)部復(fù)位電路上，內(nèi)部復(fù)位電路在每個(gè)機(jī)器周期 S5P2 對(duì)片外信號(hào)采樣一次，當(dāng) RST 引腳上出現(xiàn)連續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)，單片機(jī)就完成一次復(fù)位。 一般情況下，單片機(jī)時(shí)鐘輸入均采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，外接一個(gè)震蕩電路，本系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，晶振采用 12MHz，其電路如下圖 所示。為了減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定可靠的工作，諧振器和電容應(yīng)盡可能安裝的與單片機(jī)芯片靠近 。時(shí)鐘信號(hào)可以有兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。 6. T0 和 T1 的 4 種工作方式 方式 0： 13 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器， TL1（或 TL0）的低 5 位和 TH1（或 TH0）的 8位構(gòu)成， TL 中的高 3 位棄之未用。 １９ 在初始化過(guò)程中，要置入定時(shí) /計(jì)數(shù)器的初值，這時(shí)要做一些計(jì)算。 IT0（ IT1） =1 為脈沖觸發(fā)方式，后負(fù)跳有效。 TR0 位：定時(shí)器 0 運(yùn)行控制位，其功能和操作類同于 TR1。使用查詢方式時(shí)，此位做狀態(tài)位供查詢，查詢有效后需由軟件清零；使用中斷方式時(shí)，此位做中斷申請(qǐng)標(biāo)志，進(jìn)入中斷服務(wù)后被硬件自動(dòng)清零。 M M0 位：工作模式選擇位。其值可用程序決定，其格式如下： GATE TC/ M1 M0 GATE TC/ M1 M0 GATE 位：門(mén)控位。 /計(jì)數(shù)器在定時(shí)時(shí)間到或記數(shù)值到時(shí)，可有程序安排產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)或不產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)。乘法運(yùn)算時(shí)， B 中存放乘法，乘法操作后，乘積的高 8位又存于 B中；除法運(yùn)算時(shí)，B 中存放除數(shù)，出發(fā)操作后， B 中又存放余數(shù)。 (3)特殊功能寄存器 累加器 A 累加器 A 是一個(gè)最常用的 8 位特殊功能寄存器，它既可用于存放 １７ 操作數(shù)，也可用于存放運(yùn)算的中間結(jié)果。位尋址區(qū)的每一位都可當(dāng)作軟件觸發(fā)器，由程序直接進(jìn)行處理。 ① 工作寄存器區(qū) 在低 128B 的內(nèi)部 RAM 中，前 32個(gè)單元（地址為 00H— 1FH）為通用工作寄存器區(qū)，共分為四組（寄存器 0 組、 1 組、 2 組、 3 組），每組 8 個(gè)工作寄存器由 R0— R7 組成，共占 32 個(gè) 單元。89C51 單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 和特殊功能寄存器 SFR：前者有128個(gè)字節(jié)，其編址為 00H— FFH，可以讀、寫(xiě)任何數(shù)據(jù)；后者也占 128個(gè)字節(jié)，其編址位 80H— FFH；兩者連續(xù)而不重疊。 002BH：定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2溢出或 T2EX 端負(fù)跳變。 000BH：定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0溢出中斷入口。這里應(yīng)該注意的是，片外程序存儲(chǔ)器存放 調(diào)試程序的部分，其編址與片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的編址是可以重疊的，就借 EA 的換接可實(shí)現(xiàn)分別訪問(wèn)。程序存儲(chǔ)器的尋址范圍可以有 64KB 與此相應(yīng) , 程序存儲(chǔ)器的編址自 0000H 開(kāi)始 ,最大可至FFFFH。 控制器 控制器包括時(shí)鐘發(fā)生器 、定時(shí)控制邏輯、指令寄存器指令譯碼器、程序計(jì)數(shù)器 PC、程序地址寄存器、數(shù)據(jù)指針寄存器 DPTR 和堆棧指針 SP 等?？捎袝r(shí)鐘輸出 \位處理能力 4. 89C51 單片機(jī)的主要組成部分 (1) CPU CPU 是單片機(jī)的核心部分 ,他的作用是讀入和分析每條指令 ,根據(jù)每條指令的功能要求 ,控制各個(gè)部件執(zhí)行相應(yīng)的操作。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 P3口也可作為 89C51 的一些特殊功能口，如下表 所示： 表 P3 口管腳的特殊功能 引腳 第 二 功 能 RXD (串行輸入口 ) TXD (串行輸出口 ) INTO (外部中斷 0 請(qǐng)求輸入端 ) INT1 (外部中斷 1 請(qǐng)求輸入端 ) T0 (定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 記數(shù)脈沖輸入端 ) T1 (定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 記數(shù)脈沖輸入端 ) WR (片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通信號(hào)輸出端 ) RD (片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器讀選通信號(hào)輸出端 ) RST：復(fù)位輸入。P2口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P1 口： P1 口是 一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL 門(mén)電流。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門(mén)電流。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 正是由于單片機(jī)具有上述顯著的特點(diǎn)，使單片機(jī)的應(yīng)用范圍日 益擴(kuò)大。各元件具體參數(shù)如圖所標(biāo)。該電壓經(jīng)集成電路 LM317 后得穩(wěn)壓輸出 ,調(diào)節(jié)電位器 RP,即可連續(xù)調(diào)節(jié)輸出電壓。 延時(shí)向量 ???? ： ? ? ? ?? ?sdd ????? ?? 聲音信號(hào)經(jīng)動(dòng)圈拾音器轉(zhuǎn)有源濾波器換成電壓信號(hào)，通過(guò)前級(jí)放大，在對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)采集之前，有必要經(jīng)過(guò)帶通濾波器除帶外雜波，選定該濾波器的通帶范圍為 300Hz~： １． 保證 300～ 3400Hz 的語(yǔ)音信號(hào)不失真的通過(guò)濾波器； ２． 濾除帶外的低頻信號(hào)，以減少帶外功頻等分量的干擾，大大減少噪聲影響，該下限頻率可下延到 270Hz 左右； ３． 便于濾除帶外的高次諧波，以減 少因 8kHz 采樣率而引起的混疊失真，濾波電路 ??t1? ??t0? １０ 根據(jù)實(shí)際情況，該上限頻率可在 2700Hz 左右，帶通濾波器按品質(zhì)因數(shù)Q 的大小為窄帶濾波器（Ｑ＞ 10）和帶通濾波器（Ｑ＜ 10 兩種，本題中，上限頻率 fh=3400Hz,通帶濾波器中心頻率 f0 與品質(zhì)因數(shù)Ｑ分別為 f0= 1FhF = 3003400 ? =1010Hz Q= 100 ??? fFh FBWF 顯然， Q＜ 10，故該帶通濾波器為寬帶帶通濾波器．帶寬帶通濾波器由高通和低通濾波器級(jí)聯(lián)構(gòu)成 ，鑒于 Butterworth 濾波器帶內(nèi)平坦的響應(yīng)特性，我們選用二階 Butterworth 帶通濾波器，電路如圖 所示．實(shí)驗(yàn)證明，該濾波器能有效的濾除低頻分量，大大減少噪聲干擾，與之同時(shí)也綠除了多余的高頻分量，消除了高頻失真，性能足以滿足要求 [15]。按照通帶和阻帶的相互位置不同，濾波器可分為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器。以往這種濾波電路主要采用無(wú)源元件 R、 L 和 C 組成， 60 年代以來(lái)，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) [14]。該電路增益為 50～ 200，連續(xù)可調(diào)，最大不失真功率為325mW。在本設(shè)計(jì)中決定采用動(dòng)圈式拾音器 （１） 增益放 大器 拾音器輸出的毫伏信號(hào)實(shí)測(cè)其范圍約為 20~25Mv 此電信號(hào)太小不能夠進(jìn)行采樣，后級(jí) A/D轉(zhuǎn)換輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍為 0~5V，語(yǔ)音信號(hào)的范圍與采樣范圍的比較得出放大器的放大倍數(shù)應(yīng)為 200 倍左右，此處將信號(hào)通過(guò)一增益為 46dB 的放大器，將其放大到伏特量級(jí)，輸出級(jí)放大電路亦采用這種電路，兩級(jí)放大電路都采用增益可調(diào)的典型電路 [12]。電磁式拾音頭，用電磁感應(yīng)原理，將機(jī)械振動(dòng)變換成電信號(hào)的幅度響應(yīng)拾音頭。 單純的磁性拾音器工作的電學(xué)原理 為 當(dāng) 聲音 在銅絲繞制的線圈內(nèi)震動(dòng)切割被該線圈所纏繞的磁 芯產(chǎn)生的磁感線時(shí)，線圈內(nèi)感應(yīng)出電信號(hào)并流出。為了使 A/D 的輸入信號(hào)穩(wěn)定在其動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，在輸入級(jí)加上了自動(dòng)增益控制電路，同時(shí)也使音量穩(wěn)定。此處將其通過(guò)一增益為 46dB 的放大器，因此，將帶通濾波器設(shè)計(jì)為典型的 300Hz~,輸出級(jí)帶通濾波器亦為 300Hz~,這樣既可濾掉低頻分量又可濾掉 D/A轉(zhuǎn)換帶來(lái)A/D 轉(zhuǎn)換電路 帶通濾 波器 D/A 轉(zhuǎn)換電路 帶通濾波器 輸出放大器 耳機(jī) 電源電路 89C51 單 片 機(jī) 鍵盤(pán)設(shè)定 存儲(chǔ)器 數(shù)據(jù)顯示 增益放大器 拾音器 ７ 的高頻分量，很好的濾除掉噪聲。 整個(gè)系統(tǒng)框架圖如圖 所示： 圖 整 體框圖 系統(tǒng)組成如圖所示 ,由輸入通道、 AT89C51 單片機(jī)和輸出通道三部分組成。 M? 和 DPCM 是兩種語(yǔ)音壓縮編碼技術(shù)，可分別將語(yǔ)音速率由 ６ 64kb/s 壓縮到 8kb/s 和 32kb/s。根據(jù)同樣的分析，變換頻率選取 8kHz，采用DAC0832。數(shù)字式精度高，控制范 圍大但比模擬試復(fù)雜，因此本方案采用傳統(tǒng)的模擬試 AGC 來(lái)實(shí)現(xiàn)。 抽樣 量化 存儲(chǔ) ５ 系統(tǒng)采用 MCS51系列單片機(jī)，擴(kuò)展 256kB 的外部 RAM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)（采用分頁(yè)存儲(chǔ)技術(shù)），采用 DPCM 方式壓縮數(shù)據(jù)，另外采用了兩只立體聲話筒作輸入，經(jīng)差分放大，用性能良好的五階契比雪夫帶通濾波器，及 ? ? ? ?ss ffff /s in// ?? 校正電 路的使用 [6]。該芯片是高速 12 位逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙極性電路構(gòu)成的混合集成轉(zhuǎn)換顯片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特點(diǎn)，并且具有自動(dòng)校零和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能，只需外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個(gè)完整的 A/D 轉(zhuǎn)換 [5]。在放音時(shí) ,只要依原先的采樣直經(jīng) D/ A 接口處理 ,便可使原音重現(xiàn)。 （ 2）實(shí)時(shí)副值采樣法 采樣過(guò)程如圖 所示?；谶@種思路的算法，除了傳統(tǒng)的一些脈沖編碼調(diào)制外，目前已使用的有 VQ 技術(shù)及一些變換編碼和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)， 但是算法復(fù)雜，目前的單片機(jī)速度底，難以實(shí)現(xiàn)。語(yǔ)音的采集是指語(yǔ)音聲波信號(hào)經(jīng)麥克風(fēng)和高頻放大器轉(zhuǎn)換成有一定幅度的模擬