【正文】 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 當(dāng)任何一個(gè)復(fù)位信號(hào)產(chǎn)生時(shí)， C51 的所有 I/O 端口都會(huì)立即復(fù)位成它們的初始值，并不需要時(shí)鐘源處于運(yùn)行狀態(tài)。通常單片機(jī)有兩種方式得到 系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)：內(nèi)部振蕩、外部振蕩。 晶振電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)是一種時(shí)序電路，必須要提供時(shí)鐘脈沖信號(hào)它才能正常工作。 AT89C51 的外圍電路設(shè)計(jì) 電源 為設(shè)計(jì)使用方便，可采用外部適配器供電。 ISD2560 與單片機(jī) AT89C51 的接口電路以及外圍電路 [11]見附錄 1。 [鍵入文字 ] 15 第 3章 硬件電路設(shè)計(jì) 硬件電路總體設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)主要可分為三個(gè)部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制部分、語音錄放部分、功放部分。減小該電容值，可使噪聲能量 沖擊的幅度變小、寬度變窄；太低還會(huì)使截止頻率（ )2/(1 C o u tRLf c ??? ? ）提高。隔斷直流電壓，直流電壓過大有可能會(huì)損壞喇叭線圈；耦合音頻的交流信號(hào)。 (5) 減少輸出耦合電容。增大這個(gè)電容的容值，減緩直流基準(zhǔn)電壓的上升、下降速度，有效抑制噪聲。實(shí)際應(yīng)用時(shí)， BYPASS 端必須外接一個(gè)電解電容到地，起濾除噪聲的作用。好處是： “＋ ”、 “－ ”輸出端可以很好地抵消共模信 號(hào)，故能有效抑制共模噪聲。阻值不要太大， 10K 最合適，太大也會(huì)影響音質(zhì)。 各引腳外圍電路的接法介紹如下： (1) 通過在 1 腳、 8 腳間接入電容和電阻（ 1 腳接電容 “+”極）來改變?cè)鲆?，斷開時(shí)增益為 20dB。 LM386 的電源電壓為 4~12V；靜態(tài)消耗電流為 4mA；電壓增益為 20200dB；在 8 腳開路時(shí)，帶寬為 300KHZ；輸入阻 抗為 50K；音頻功率為 。引腳 2 為反相輸入端， 3 為同相輸入端，引腳 5 為輸出端，引腳 6 和 4 分別為電源和地，引腳 1 和 8 為電壓增益設(shè)定端。輸入電壓范圍可由 4V~12V，無動(dòng)作時(shí)僅消耗 4mA 電流，且失真低。 LM386 芯片 的電子特性如表 25 所示。它起始內(nèi)部電壓增益為 20，因此可以節(jié)省大量外部電路元件。同樣的，按下錄放模式鍵 RP/ 接高電平，使節(jié)電控制鍵 PD 端為低電平啟動(dòng)放音功能；結(jié)束時(shí)，松開按鍵，即完成一段語音的播放。 圖 23 ISD2560 基本電路原理圖 錄音時(shí)按下錄音鍵 S S3 接地，使節(jié)電控制鍵 PD 端、錄放模式鍵 RP/ 端為低電平。ISD2560 控制電平與 TTL 電平兼容，接口簡(jiǎn)單，使用方便。 表 24 2500 系列地址空間表 十進(jìn)制 二進(jìn)制 信息時(shí)間 (秒 ) A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 2560 2575 2590 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 50 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 100 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 250 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 300 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 400 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 500 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 599 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 ISD2560 的應(yīng)用 電路 ISD2560 芯片內(nèi)部 EEPROM存儲(chǔ)單元被均勻分為 600 行，共 600 個(gè)地址單元。 ISD2560 的分段錄放音功能 2500 系列最多可分為 600 段，只要在分段錄 /放音操作前 (不少于 300 納秒 )，給地址 A0~A9 賦值，錄音及放音功能均從設(shè)定的起始地址開始，錄音結(jié)束由停止鍵操作決定，芯片內(nèi)部自動(dòng)在該段的結(jié)束位置插入結(jié)束標(biāo)志（ EOM）；而放音時(shí)芯片遇到 EOM 標(biāo)志即自動(dòng)停止放音。 (2) 操作模式位不加鎖定，可以在 MSB（ A A9）地址位為高電平時(shí)， CE電平變低的任何時(shí)間執(zhí)行操作模式操作。當(dāng) CE 變低且最高兩地址位同為高時(shí)，執(zhí)行操作模式。 表 23 模式控制說明表 模式控制 功能 典型應(yīng)用 A0/M0 信息檢索 快速檢索信息 A1/M1 刪除 EOM標(biāo)志 在全部語音錄放結(jié)束時(shí)，給出 EOM標(biāo)志 A2/M2 未用 當(dāng)工作模式 操作時(shí)，此端應(yīng)接低電平 A3/M3 循環(huán)放音 從 0地址開始連續(xù)重復(fù)放音 A4/M4 連續(xù)尋址 可錄放連續(xù)的多段信息 A5/M5 CE電平觸發(fā) 允許信號(hào)中止 A6/M6 按鈕控制 簡(jiǎn)化器件接口 [鍵入文字 ] 11 使用操作模式時(shí)需要注意兩點(diǎn)： (1) 任何操作模式都是從 0 地址開始，隨著不同操作模式，繼而對(duì)應(yīng)相應(yīng)的地址。具體操作模式如表 23 所示。操作模式也由地址端控制，當(dāng)最高兩位（ A A9）都為 1 時(shí)，其它地址端置高可選擇某個(gè)（或某幾個(gè)）特定模式。如果 CE一直為低，或芯片工作在某些操作模式，放音會(huì)忽略 EOM，繼續(xù)進(jìn)行 下去。錄音時(shí)，由地址端提供起始地址，錄音持續(xù)到 CE 或 PD 變高，或內(nèi)存空間溢出；如果是前一種情況，芯片自動(dòng)在錄音結(jié)束處寫入 EOM 標(biāo)志，說明錄音結(jié)束。 RP/ ：本端口狀態(tài)在 CE 的下降沿鎖存。 XCLK：外部時(shí)鐘輸入端。當(dāng)放音時(shí)，一遇到 EOM，本端口即刻輸出低電平脈沖。只有復(fù)位芯片，才能使之再次工作。芯片在本端的下降沿鎖存地址線和 RP/ 端的狀態(tài)。 OVF ：芯片處于存儲(chǔ)空間末尾時(shí)本端輸出低電平脈沖表示溢出，之后狀態(tài)隨[鍵入文字 ] 10 CE 端變化，直至 PD 端變?yōu)楦唠娖健? ANA IN：芯片錄音信號(hào)輸出端，它通過外接電容與話筒的 ANA OUT 端相連接。釋放時(shí)間取決于本端外接的并聯(lián)對(duì)地電容和電阻的時(shí)間常數(shù)。 AGC： AGC 動(dòng)態(tài)調(diào)整前置增益以補(bǔ)償話筒輸入電平的寬幅變化，使得錄制變化很大的音量時(shí)失真都能保持最小。 MIC REF：本端是前置放大器的反向輸入。 VCCA、 VCCD：模擬電源、數(shù)字電 源，盡可能在靠近供電端處相連。 VSSD、 VSSA：數(shù)字地和模擬地，這兩腳最好在引腳焊盤上相連。當(dāng) A A9 同時(shí)為高電平時(shí)可以選擇工作模式。 ISD2560 集成度較高，內(nèi)部有前置放大器、自動(dòng)增益控制、內(nèi)部時(shí)鐘、定時(shí)器、采樣時(shí)鐘、濾波器、邏輯控制、模擬收發(fā)器、解碼器和 480K 的 EEPROM 等 [8]。芯片采用多電平[鍵入文字 ] 9 模擬量 直接存儲(chǔ)專利技術(shù)， 無需 外圍 的 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換 電路 。 ISD2560 語音芯片是美國(guó) ISD 公司較為成熟的語音錄放產(chǎn)品。 ISD2560 語音芯片 用 ISD 系列語音芯片進(jìn)行錄音可具有音質(zhì)自然、單片存儲(chǔ)、反復(fù)錄放、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。因此對(duì)于 8031 來說， EA 腳必須接低電平，因?yàn)樗鼰o片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，則此引腳接外部振蕩信號(hào)的輸入。 表 22 P3 口復(fù)用功能表 端口引腳 復(fù)用功能 RXD（串行通信輸入） TXD（串行通信輸出） INT0（外部中斷 0 輸入，低電平有效） INT1（外部中斷 1 輸入，低電平有效） T0（計(jì)數(shù)器 0,外部事件計(jì)數(shù)輸入端） T1（計(jì)數(shù)器 1,外部事件計(jì)數(shù)輸入端） WR（外部隨機(jī)存儲(chǔ)器的寫選通，低電平有效） RD（外部隨機(jī)存 儲(chǔ)器的讀選通，低電平有效） XTAL2：接外部晶振的一個(gè)引腳。在單 片機(jī)內(nèi)部，它是一反相放大器輸入端， 這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。 GND：電源接地端。 [鍵入文字 ] 8 RST：復(fù)位輸入。 P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。當(dāng)僅使用內(nèi)部 ROM 時(shí)，則作一般雙向 I/O 口。 P1 口是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口（準(zhǔn)雙向并行 I/O 口），其輸出可以推動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載且僅可以作為用戶的輸入輸出端口。外部不擴(kuò)展而單片應(yīng)用時(shí)，則作一般雙向 I/O口用。以下是它的主要特點(diǎn)： （ 1）與 MCS—51 兼容 （ 2） 4k 字節(jié)可編程 Flash 閃速存儲(chǔ)器 （ 3）壽命： 1000 寫 /擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 （ 4）全靜態(tài)操作： 0Hz—24MHz （ 5）三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 （ 6） 1288 字節(jié)內(nèi)部 RAM （ 7） 32 個(gè)可編程 I/O 口線 （ 8） 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 （ 9） 5 個(gè)中斷源 （ 10）可編程串行 UART 通道 （ 11）低功耗空閑和掉電模式 （ 12）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 AT89C51 芯片引腳排列詳見附錄 1，下面就本設(shè)計(jì)的相關(guān)的引腳作功能介紹。 [鍵入文字 ] 7 各芯片詳細(xì)說明 AT89C51 芯片 AT89C51 單片機(jī)是一款自帶 4KB 字節(jié) FLASH 存儲(chǔ)器 的高性能微處理器，分辨率為 8 位。 本設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)錄音時(shí)間達(dá)到 40s 以上，采樣頻率達(dá) 8KHz，因此可選用普遍使用的 ISD2560 語音芯片。 表 21 AT89C51 和 AT89C2051 主要性能對(duì)比 項(xiàng)目 AT89C51 AT89C2051 存儲(chǔ)器 4KB 可編程 Flash 存儲(chǔ)器 2KB 可編程 Flash 存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器保密 三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密 兩 級(jí)程序存儲(chǔ)器保密 內(nèi)部 RAM 128 字節(jié) 128 字節(jié) 靜態(tài)工作頻率 0Hz~24MHz 0Hz~24MHz 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 串行通訊口 1 個(gè)串行通訊口 1 個(gè)串行通訊口 中斷源 6 個(gè)中斷源 6 個(gè)中斷源 I/O 引線 32 條 I/O 引線 15 條 I/O 引線 語音芯片選擇 語音芯片分語音 IC 和音樂 IC，它內(nèi)部集成有麥克風(fēng)前置放大器、自動(dòng)增益控制電路、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、控制接口和精確的參考時(shí)鐘。 AT89C51 是帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲(chǔ)器 的低電壓、高性能 8位單片機(jī)，有兩個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器和六個(gè)中斷源。單片機(jī)有著強(qiáng)大的線控能力，和我們?nèi)粘Ｉ?、生產(chǎn)息息相關(guān)。它具有中斷 、 獨(dú)立定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器等功能， 有著出色 的 控制 能力。下面，就針對(duì)此方案做具體的介紹。該系統(tǒng)具有重復(fù)錄放、音質(zhì)好、低功耗、抗強(qiáng)干擾等優(yōu)點(diǎn)。我 們以 ISD 公司的生產(chǎn)的 ISD2560 系列語音芯片為例，系統(tǒng)原理框圖如圖 22 所示。在一塊芯片上集成有麥克風(fēng)前置放大器、自動(dòng)增益控制電路、抗混淆和平滑濾波器、模擬存[鍵入文字 ] 5 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。 A T 8 9 C 5 1帶 通 濾 波 器 帶 通 濾 波 器A / D 轉(zhuǎn)換D / A 轉(zhuǎn)換采 樣 保 持閃 速 存 儲(chǔ) 器M I C放 大 器 放 大 器S p e a k e r 圖 21 方案一系統(tǒng)原理圖 方案二：可采用單片機(jī)與專用的語音處理芯片來設(shè)計(jì)語音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)語音的錄放功能。錄音時(shí)，模擬語音信號(hào)先通過 MIC 轉(zhuǎn)換成微弱的電信號(hào)，再經(jīng)專用的音頻前置放大器放大和帶通濾波器濾波后，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器 A/D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)控制數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中；在需要放音時(shí)，單片機(jī)控制數(shù)字信號(hào)從存儲(chǔ)器中讀出，再經(jīng) D/A 的轉(zhuǎn)換還原成模擬信號(hào)，再通過濾波、放大后由揚(yáng)聲器輸出 [5]。系統(tǒng)主要由 ATMEL公司的 AT89C5 ADC、 DAC 及閃速存儲(chǔ)器組成。 設(shè)計(jì)要求：首先要確定總體的設(shè)計(jì)方案，繪制出總體結(jié)構(gòu)框圖，分析系統(tǒng)的工作原理以及各個(gè)元器件的功能作用；再完成各單元具體電路的設(shè)計(jì)，包括單片機(jī)最小系統(tǒng)硬件電路、外圍、語音錄放、功放、鍵盤輸入等電路；最后用編程軟件完成程序編寫和燒入并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。像語音存儲(chǔ)技術(shù)一樣的數(shù)字化技術(shù)的進(jìn)步，一方面能推動(dòng)人類社會(huì)的發(fā)展；另一方面，人類綜合能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的提高，也會(huì)推動(dòng)數(shù)字信息化在更高領(lǐng)域里德創(chuàng)造。 而在另一方面，未來數(shù)字化和信息化的聯(lián)系日益緊密，繼而影響科技進(jìn)步和現(xiàn)代化進(jìn)程。而在整體的語音技術(shù)發(fā)面，智能語音 將是 未來發(fā)展的主要方向。在未來，實(shí)現(xiàn)速度在 ~ 的高質(zhì)量的加密方式。以 51 為基礎(chǔ)[鍵入文字 ] 3 的模式不會(huì)動(dòng)搖，但在容量和性能上將作出很大提高，而串行總線結(jié)構(gòu)可以使得單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單和規(guī)范。 語音存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展前景 未來語音存 儲(chǔ)技術(shù)的革新主要是硬件技術(shù)（處理能力）以及語音編碼技術(shù)的進(jìn)步。另外芯片功能強(qiáng)大：即錄即放、語音可掉電保存、 10萬次的擦寫壽命、手動(dòng)操作和 CPU 控制兼容、可多片級(jí)聯(lián)、