【正文】 數(shù)碼語(yǔ)聲即丟失，但維持保存的工作電流很小，通常只有幾微安，在錄音賀卡等錄音禮品中常將幾?？凼诫姵厍度氲疆a(chǎn)品中，這樣可以保存錄音幾個(gè)月甚至一 年多。由于 SRAM 的需求量很小，其價(jià)格比 DRAM 要高很多，相在甚至比下面要提到的 FLASHRAM 還要高，這類(lèi)產(chǎn)品目前只存在于20 秒錄音以下的品種中，多數(shù)就是做錄音賀卡使用，已經(jīng)沒(méi)有多少發(fā)展前景了。這種存儲(chǔ)器是目前最被看好的方向，它可以反復(fù)使用、不需要電流也能很長(zhǎng)期保存內(nèi)部數(shù)據(jù)，由它制成的語(yǔ)聲 IC 是一場(chǎng)技術(shù)的革命。 美國(guó) ISD 公司專(zhuān)門(mén)研制這類(lèi)產(chǎn)品，并持有多項(xiàng)技術(shù)專(zhuān)利，生產(chǎn)從 6秒至 16 分鐘的一系列單片式語(yǔ)聲芯片產(chǎn)品。 單片機(jī) 單片機(jī)全稱(chēng)單片微型計(jì)算機(jī) (Single Chip Microputer),顧名思義 ,它指的是一種單硅片上集成微型計(jì)算機(jī)主要功能集成芯片 .單片機(jī)的出現(xiàn)要?dú)w功于大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展 ,就組成和功能而言 ,可以毫不夸張地說(shuō) ,它正如一個(gè)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng) ,內(nèi)部集成了 4 中央處理器 (CPU)、隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)、只讀程序存儲(chǔ)器 (ROM)、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、輸入 /輸出 (I/O)接口電路和串行通信接口等主要功能部件。 單片機(jī)按系統(tǒng)可分為： MCS51 單片機(jī)、 AVR 單片機(jī)、 PIC 單片機(jī)。而一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)包含兩部分內(nèi)容 ： 系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)內(nèi)部的功能單元，如 RAM、 ROM、 I/O 接口、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等，容量不能滿(mǎn)足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時(shí)，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒O(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)碾娐?；系統(tǒng)配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤(pán)、顯示器、打印機(jī)、 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換器等，要設(shè)計(jì)合適的接口電路。為硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化打下良好基礎(chǔ)。 。但必須注意，由軟件實(shí)現(xiàn)的硬件功能，其響應(yīng)時(shí)間比直接用硬件實(shí)現(xiàn)要長(zhǎng)，而且占用 CPU 時(shí)間。 ，例如選用晶振頻率較高時(shí)，存儲(chǔ)器存取時(shí)間有限，應(yīng)該選擇允許存取速度較高的芯片；選擇 CMOS 芯片單片機(jī)構(gòu)成低功耗系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)的所有芯片都應(yīng)該選擇 低功耗的產(chǎn)品。 ，必須考慮其驅(qū)動(dòng)能力。 單片機(jī)軟件開(kāi)發(fā)原理 單片機(jī)軟件開(kāi)發(fā)原理：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)軟件是根據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計(jì)的，應(yīng)可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。 6 、子程序化、這樣既 便于調(diào)試、鏈接，又便于移植、修改。 。 ，除去修改 “ 痕跡 ” 。 。 ，在應(yīng)用軟件中設(shè)置自診斷程序，在系統(tǒng) 工作運(yùn)行前先運(yùn)行自診斷程序，用以檢查系統(tǒng)各特征參數(shù)是否正常。主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單錄音和播放功能。設(shè)計(jì)中應(yīng)給出相應(yīng)的方案分析，最終選擇一種方案，并設(shè)計(jì)相關(guān)軟硬件系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)： 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，提出基 于單片機(jī)的語(yǔ)音錄放器的硬件設(shè)計(jì)方案，并應(yīng)用 Protel 軟件完成硬件電路原理圖設(shè)計(jì)。具體包括如下幾個(gè)部分： ，并應(yīng)用 Protel 軟件設(shè)計(jì)出單片機(jī)的最小系統(tǒng)和語(yǔ)音系統(tǒng)的控制電路，使其能可靠工作。要求掌握該芯片的工作原理，完成其外圍電路和單片機(jī)的接口電路，包括話(huà)筒和揚(yáng)聲器的電路設(shè)計(jì)。并完成仿真和調(diào)試，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音錄放的基本 功能。所謂語(yǔ)音芯片，就是在人工或者控制器的控制下可以錄音和放音的芯片。采用 AD/DA 方式的語(yǔ)音芯片外圍電路比較復(fù)雜，聲音質(zhì)量也有一定的失真。在我的設(shè)計(jì)中即采用 這種模擬語(yǔ)音數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)到語(yǔ)音芯片的設(shè)計(jì)。 單 片 機(jī) 最 小 系 統(tǒng) 語(yǔ) 音 錄 放 系 統(tǒng)話(huà) 筒麥 克 風(fēng) 圖 21 單片機(jī)語(yǔ)音錄放系統(tǒng)框圖 其中單片機(jī)最小系統(tǒng)完成單片機(jī)的基本特征，它包括時(shí)鐘、電 9 源、復(fù)位等部分。 A T 8 9 C 5 2單 片 機(jī)按 鍵 控 制 復(fù) 位 電 路系 統(tǒng) 時(shí) 鐘外 部 R A M 圖 22 單片機(jī)最小系統(tǒng)框圖 語(yǔ)音錄放系統(tǒng)則選用專(zhuān)門(mén)語(yǔ)音錄放芯片 ISD2560 芯片作為核心，結(jié)合外圍話(huà)筒和麥克風(fēng)來(lái)完成語(yǔ)音錄放功能。 元器件選擇 本文所述系統(tǒng)主要器件包括單片機(jī)，語(yǔ)音芯片 ISD2560 等。隨著集成電路工藝的發(fā)展，出現(xiàn)了單片機(jī)、 DSP、 ARM 等多種單片機(jī)。其中 16 位 DSP 適合中高級(jí)工控到簡(jiǎn) 10 單語(yǔ)音 /圖片（不含視頻）處理，其中 32 位 DSP 適合復(fù)雜語(yǔ)音 /圖片/視頻處理。 AT89C52 是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 為微處理，俗稱(chēng)單片機(jī)。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL 的 AT89C52 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一 種靈活性高且價(jià)廉的方案 [5]。 AT89C52 內(nèi)部原理圖，如圖 23 所示： 11 圖 23 AT89C52 內(nèi)部原理圖 語(yǔ)音芯片的選取 目前市場(chǎng)上流行的語(yǔ)音芯片很多，從性?xún)r(jià)比的角度考慮，美國(guó)ISD 公司的 ISD 系列語(yǔ)音芯片可謂一枝獨(dú)秀。 ，即將模擬語(yǔ)音數(shù)據(jù)直 接寫(xiě)入單個(gè)存儲(chǔ)單元，不需經(jīng)過(guò) A/D、 D/A 的轉(zhuǎn)換。 ，控制引腳與 TTL 電平兼容。 ，避免了一般固體語(yǔ)音電路因?yàn)榱炕蛪嚎s所造成的量化噪聲和失真現(xiàn)象 [6]。考慮到經(jīng)濟(jì)原因，最后選用 ISD2560。該器件的采樣頻率為 8KHZ，同一系列的產(chǎn)品采樣頻率越低，錄放時(shí)間越長(zhǎng)，但通頻帶和音質(zhì)會(huì)有所降低。 ISD2560 省去了 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器，集成度較高，內(nèi)部包括前置放大器、內(nèi)部時(shí)鐘、定時(shí)器、采樣時(shí)鐘、濾波器、自動(dòng)增益控制、邏輯控制、模擬收發(fā)器、解碼器和 480KB 的 EEPROM。此外，ISD2560 還具備微控制器所需的控制接口。 ISD2560 可不分段，也可按最小段長(zhǎng)為單位來(lái)任意組合分段。 ? 高質(zhì)量、自然的語(yǔ)音還原技術(shù)。 ? 錄音時(shí)間可達(dá) 60s。去除了電池備份電路。 ? 信息可無(wú)電保存 100 年。 ? 具有多段信息處理功能，最大可分 600 段。 ? +5V 供電。該系列芯片集成度很高，內(nèi)部集成了高精度的時(shí)鐘電路，故而無(wú)需外部配置晶振，錄音應(yīng)用電路也得到大大簡(jiǎn)化。錄入時(shí)， 14 語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)換能器 MIC 轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘?hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)隔直電容去除直流分量后送入前置放大器，由于器件具有高輸入阻抗，故耦合電容容量很小，可為 ，微弱 的電信號(hào)經(jīng)過(guò)前置放大后由 ANAOUT 腳輸出，經(jīng)過(guò)隔直電容后送入 ANAOUT 腳，這種配置方式可以方便用戶(hù)自行設(shè)計(jì)性能更加優(yōu)良的前置放大器代替芯片內(nèi)部已有的功能部件，另外 ANAIN 可作為線(xiàn)輸入口，直接輸入電聲信號(hào)，既而信號(hào)進(jìn)入自動(dòng)增益 AGC 放大器，信號(hào)電平得到調(diào)理，使其符合存儲(chǔ)電路的動(dòng)態(tài)范圍， AGC 響應(yīng)時(shí)間由連接在 AGC 腳的外界電阻、電容值確定。ISD2560 的采樣頻率 8K，故實(shí)際應(yīng)用中，為存儲(chǔ)不失真音頻信息，放大后的信號(hào)必須經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器后方可送 入存儲(chǔ)單元，該濾波器為一五極點(diǎn)抗干擾濾波器，高頻頻限為 ,完全滿(mǎn)足乃奎斯特定律，該器件典型帶寬為 。如圖 25所示。 在器件的放音模式下，錄入的模擬電壓在取樣脈沖的 作用下，順序的從模擬矩陣中讀出并恢復(fù)為原始波形，經(jīng)五極點(diǎn)平滑濾波器后入混合器，以便與外界其他信號(hào)混合，而后送入功率放大器，并由 SP+， SP端輸出，可直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器 [8]。其中單片機(jī)最小系統(tǒng)包括電源電路，復(fù)位電路和時(shí)鐘電路?？赏瓿蓪?duì)語(yǔ)音的錄音存儲(chǔ)、播放。并且利用 Keil 與 Proteus 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真調(diào)試。 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音錄放的硬件電路由單片機(jī)芯片 AT89C52 和語(yǔ)音芯片 ISD2560 及它們的接口帶你路構(gòu)成。注意，錄音時(shí)間不能超過(guò)預(yù)先設(shè)定的每段語(yǔ)音的時(shí)間。 16 硬件電路繪圖軟件介紹 Protel99SE 是 Protel 公司近 10 年來(lái)致力于 Windows 平臺(tái)開(kāi)發(fā)的最新結(jié)晶，能實(shí)現(xiàn)從電學(xué)概念設(shè)計(jì)到輸出物理生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以及這之間的所有分析、驗(yàn)證和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理。最新 版本的 Protel 軟件可以毫無(wú)障礙地讀 Orcad、 Pads、 Accel（ PCAD）等知名 EDA 公司設(shè)計(jì)文件，以便用戶(hù)順利過(guò)度到新的 EAD 平臺(tái)。 利用 Protel 進(jìn)行電路設(shè)計(jì)需要二個(gè)步驟，如圖 31 所示。 AT89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng) 繪制原理圖 完成 PCB 印制電路版繪制 17 單片機(jī)是實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音錄放的硬件設(shè)計(jì)的核心器件之一，由它控制語(yǔ)音芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)聲音的存儲(chǔ)和播放。單片機(jī)最小系統(tǒng)，如下圖 32 所示。單片機(jī)可 18 以配置 ISD2560的操 作模式。單片機(jī)的 腳和 ISD2560 的節(jié)電控制輸入相連，單片機(jī)通過(guò)此引腳可以控制芯片的開(kāi)關(guān)，單片機(jī)的 腳用于控制語(yǔ)音芯片的片選，低電平時(shí)選中芯片。 AT89C52 單片機(jī)主要功能特性及引腳分布圖和管腳說(shuō)明 19 AT89C52 功能管腳，如圖 33 所示： 圖 33 AT89C52 引腳分布圖 可知 AT89C52 單片機(jī)包括 GND， VCC 在內(nèi)的 40 個(gè)引腳下面著重介紹以下幾個(gè)重要的引腳。驅(qū)動(dòng)電路有上拉場(chǎng)效應(yīng) FETT1 和驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管FETT2 組成。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫(xiě) 1 小時(shí)，被定義為高阻輸入。在 FLASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FLASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 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。在 FLASH 編 20 程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè)TTL 門(mén)電流，當(dāng) P2 口被寫(xiě) “1” 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址 “1” 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P3 口是一個(gè)多功能端口。當(dāng) P3 口寫(xiě)入 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 RET：復(fù)位輸入，當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RET 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。當(dāng) AT89C52 單片機(jī)上電正常工作后， ALE 引腳不斷向外輸出脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的六分之一。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。如想禁止 ALE 才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。但在訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這倆次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。在 AT89C52 片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體的固有頻率。要檢查 AT89C52 的振蕩電路是否正常工作，可用示波器查看 XTAL2 端是否有脈沖信號(hào)輸出。在片內(nèi)，它是振蕩電路反相放大器的輸入端。 單片機(jī)的電源電路 在電源引腳并聯(lián)一個(gè) 的小電容目的是：濾波。它能將器件的電源端上瞬間的 22 尖峰、毛刺對(duì)地短路掉。如圖 34 所示。 89 系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從 RST 引腳輸入到芯片內(nèi)部的斯密特觸發(fā)器中的。通過(guò)連通一個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)，使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。 23 圖 35 復(fù)位電路 AT89C52 單片機(jī)時(shí)鐘電路 AT89C52 芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器，反相放大器的輸入端為 XTAL1。電容 C1和 C2通常取 22pf左右，可穩(wěn)定頻率并對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用。如圖 36 所示。 如圖 所示。該設(shè)計(jì)選用 SOID 封裝，其引腳分布，如下圖 38 所示。最前面的 600 個(gè)狀態(tài)作內(nèi)部存儲(chǔ)器的尋址用，最后 256 個(gè)狀態(tài)作為操作模式。當(dāng) A8 和A9 均為 1 時(shí)，為模式輸入，共 6 種操作模式，由 M0～ M6 決定，允許多種模式同時(shí)存在。當(dāng) CE 和 P/R 為高，放音不進(jìn)行或處于放音益處狀態(tài)時(shí)，此引腳的輸入信號(hào)通過(guò)內(nèi)部輸出放大器驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器輸出端。 VSSD、 VASS（ 1 13 腳）：數(shù)字和模塊地。 SP+、 SP(1 15 腳 )：揚(yáng)聲器輸出。 ISD2500系列的所有器件都有一個(gè)在芯片上的差分揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器。單端輸出時(shí)必須在 SP 輸出腳和揚(yáng)聲器間接耦合電容，雙端輸出既不能用電容由能將輸出功率提高至 4 倍。為了最大限度地減少噪聲，芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線(xiàn)，并且分別引到外封裝上。 MIC IN（ 17 腳）：話(huà)筒輸入腳。外接話(huà)筒應(yīng)該通過(guò)一系列電容交流耦合進(jìn)此引腳，耦合電容值和芯片內(nèi)部此引腳的 10kΩ 輸入阻抗共同決定了 ISD2560 芯片頻帶的低頻截止點(diǎn)。此引腳是前置放大器的反向輸入，當(dāng)以差分形式連接話(huà)筒時(shí)，可減少噪聲，提高共模抑制比。 AGC 可動(dòng)態(tài)調(diào)整前置增益，以補(bǔ)償話(huà)筒輸入電平的寬幅變化，使得錄制變化很大的音量（從耳語(yǔ)到喧器聲）時(shí)失真都能保持最小。選用標(biāo)稱(chēng)值分別為470kΩ 的電阻和 的電容可以得到滿(mǎn)意的效果。此引腳為芯片 錄音信號(hào)輸入腳。其他音源