【正文】 l processing of the voice recording system includes speech acquisition, signal amplification and voice filter. Acoustic signal is converted into electrical signals through electrets sensor, which is also called microphone. The sensor signals will be amplified after flow through the amplifying circuit. Finally it will be send to voice module after filtering, coupling. Continuous acoustic signal is sampled by the voice module, which takes one of the voice signal level, directly stores it in the voice chip ISD4004, and makes speech natural and true. When the recording is played we need a bandpass filter in the voice chip output section, to filter out the signal outside the audio bandwidth thereby reducing noise. The codes of the Microcontroller STC89C52 is designed and tested by using keil piler, whose main function is to control the voice module and LCD module. Key words： Microprocessor。 ISD4004杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 目錄 1 引言 ............................................................... 1 2 概述 .............................................................. 2 語音錄放系統(tǒng)概述 ............................................ 2 本設(shè)計(jì)方案的論證 ............................................ 3 系統(tǒng)的單片機(jī)選擇論證 .................................... 3 系統(tǒng)的液晶選擇 .......................................... 3 系統(tǒng)的濾波電路的選擇 .................................... 3 研發(fā)方向和技術(shù)關(guān)鍵 .......................................... 3 主要技術(shù)指標(biāo) ................................................ 3 3 硬件設(shè)計(jì) ........................................................... 5 硬件的總體設(shè)計(jì) ............................................... 5 駐極體傳聲器 .................................................. 5 信號(hào)放大電路 .................................................. 6 語音信號(hào)功率放大電路 ......................................... 8 ISD4004 語音芯片介紹 .......................................... 9 芯片性能簡(jiǎn)述和引腳圖 .................................... 9 ISD4004 芯片主要引腳描述 ............................... 10 SPI 協(xié)議 ............................................... 11 濾波電路的設(shè)計(jì)與方案論證 ..................................... 13 基于 matlab 軟件對(duì)濾波前后語音的分析 ......................... 15 4 軟件設(shè)計(jì) .......................................................... 22 總體方案 ................................................... 22 程序流圖 ................................................... 22 模塊說明 ................................................... 24 ISD4004 驅(qū)動(dòng)程序 ....................................... 24 1602 液晶底層驅(qū)動(dòng) ...................................... 26 菜單選擇程序 ........................................... 28 錄音函數(shù) ............................................... 29 放音函數(shù) ............................................... 30 播放方式選擇 ........................................... 32 5 制作與調(diào)試 ........................................................ 34 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 硬件電路的布線與焊接 ....................................... 34 總體特點(diǎn) .............................................. 34 Altium designer 軟件畫 PCB .............................. 34 焊接 ................................................... 34 調(diào)試 ....................................................... 34 硬件調(diào)試 ............................................... 34 軟件調(diào)試 ............................................... 35 系統(tǒng)的各個(gè)工作狀態(tài)下實(shí)物照片圖 .............................. 36 6 結(jié)論 .............................................................. 38 致謝 ................................................................ 39 參考文獻(xiàn) ............................................................ 40 附錄 ................................................................ 41 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 引言 從 20 世紀(jì) 30 年代初到 50 年代初，有聲電影主要應(yīng)用光學(xué)錄音方法。但用 這種方法錄制的影片為數(shù)不多，時(shí)間很短。 40 年代末 50 年代初 磁性錄音 也進(jìn)入了電影領(lǐng)域，但大量拷貝仍以光學(xué)錄音為主； 80 年代磁性錄音和光學(xué)錄音兩種方法并用。計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字電子的發(fā)展，現(xiàn)在的語 音系統(tǒng)有了重大的飛躍，由以前的體積較大單放機(jī)、復(fù)讀機(jī)發(fā)展到了音質(zhì)較好、體積小、容量大的 MP MP手機(jī)，可以說語音技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟了。體積小巧，功耗低的數(shù)字化語音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)將完全代替它。數(shù)字語音技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，首先是數(shù)字通信系統(tǒng)。發(fā)送端實(shí)際上即為語音編碼，接受端為語音合成。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 2 概述 語音錄放系統(tǒng)概述 語音錄放系統(tǒng)的工作原理是單片機(jī)通過 SPI 通信模式，來控制語音芯片ISD4004 的錄音與播放。如圖 21 所示，駐極式傳感器把自然界的連續(xù)的聲波信號(hào)轉(zhuǎn)化成連續(xù)變化的電信號(hào)，由于轉(zhuǎn)換的電信號(hào)比較弱，故須經(jīng)過放大電路，放大信號(hào)。 圖 21 語音信號(hào)處理過程 語音的存儲(chǔ)可以采用數(shù)字式的，也可以采用模擬式。還有一種就是把采用的模擬信號(hào)直接存儲(chǔ)在帶有 flash 的存儲(chǔ)器中，本系統(tǒng)采用直接存儲(chǔ)的方式， ISD4004 語音芯片是美國 ISD 公司制造的一種新款的語音芯片，芯片采用多電平直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù)，每個(gè)采樣值直接存儲(chǔ)在片內(nèi)閃存 flash 中，因此能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)和效果音，避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪音和 “ 金屬音 ” [4]。本課題的研究，是其他語音錄放方面課題研究的基礎(chǔ)，因此具有很好實(shí)踐意義。占用端口資源少，單片機(jī)只需模擬 SPI 通信協(xié)議即可控制語音芯片的錄放功能，因此占用單片機(jī)內(nèi)部資源少。 系統(tǒng)的液晶選擇 為了實(shí)現(xiàn)更多的功能，本系統(tǒng)加入其他外圍的硬件設(shè)備，需要以菜單的形式選擇功能。 系統(tǒng)的濾波電路的選擇 考慮到實(shí)用性，帶負(fù)載能力要比較強(qiáng)，要滿足輸入阻抗應(yīng)足夠高， 輸出阻抗應(yīng)夠??；要滿足阻帶衰減頻率 40db/10 倍頻程，有兩種考慮方案：一種是 用一階濾波器進(jìn)行級(jí)聯(lián)，另一種直接采用二階濾波器?？紤]到電路的穩(wěn)定性及增益 AV=10，應(yīng)采用有源濾波器。 研發(fā)方向和技術(shù)關(guān)鍵 研發(fā)方向： 本系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)一個(gè)語音錄放系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)播放錄音中任意段語音。 技術(shù)關(guān)鍵：理解 ISD4004 語音芯片操作功能的時(shí)序圖，內(nèi)部地址構(gòu)架，以及與單片機(jī)之間的 SPI 通信模式。實(shí)現(xiàn)錄音，存儲(chǔ)和放音操作，能錄放 50 以上中文字，并能錄放隨意組合。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 3 硬件設(shè)計(jì) 硬件的總體設(shè)計(jì) 語音錄放系統(tǒng)主要是通過單片機(jī)來控制語音芯片 ISD4004 來實(shí)現(xiàn)語音的錄放的功能。但此時(shí)的電信號(hào)很微弱，需要經(jīng)放大電路，放大語音信號(hào)。最后， ISD4004采樣得到的語音信號(hào) 相對(duì) “ 干凈 ” 。為了使播放的語音依然 “ 干凈 ” ，本系統(tǒng)依然設(shè)置了一個(gè)濾波電路。如圖 31 所示，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖。當(dāng)駐極體膜片本身帶有電荷，表面電荷地電量為 Q，板極間地電容量為 C，則在極頭上產(chǎn)生地電壓 U=Q/C，當(dāng)受到振動(dòng)或受到氣流地摩擦?xí)r，由于振動(dòng)使兩極板間的距離改變，即電容 C 改變，而電量 Q 不變，就會(huì)引起電壓的變 麥克風(fēng) 濾波電路 放大電路 ISD4004 語音電路 喇叭 PC 機(jī) 單片機(jī) 濾波電路 放大電路 1602 液晶 DS18B20 溫度傳感器 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 化，電壓變化的大小，反映了外界聲壓的強(qiáng)弱，這種電壓變化頻率反映了外界聲音的頻率，這就是駐極體傳聲器地工作原理。本系統(tǒng)采用基本共射極放大電路。 圖 33 阻容耦合共射極放大電路 1KR110KR2300KR310KR5R6MK1Mic2104C1Q18050C4104GNDVCCGNDGNDANAIN47uFC3杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 該電路可以等效為直流與交流通路：由于電容有隔直流的作用，即對(duì)直流相當(dāng)于開路，因此， MIC 產(chǎn)生的信號(hào)源及負(fù)載對(duì)電路的直流狀態(tài)（即 Q 點(diǎn)）不產(chǎn)生影響。對(duì)一定頻率范圍內(nèi)的交流信號(hào)而言， C1 和 C4 呈現(xiàn)的容抗很小，可以近似認(rèn)為短路。 由電壓增益的定義得 式（ 31）：