【正文】 可做成語音播放的機(jī)器，應(yīng)用范圍廣泛?；?ISD4004 芯片的語音錄放系統(tǒng)設(shè)計(jì)7 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的設(shè)計(jì)一個(gè)語音錄放系統(tǒng)，可以應(yīng)用于通訊設(shè)備、智能儀表、治安報(bào)亭、語音報(bào)站、報(bào)數(shù)報(bào)價(jià)、語音講解、語音記錄、語音復(fù)讀、教學(xué)儀器、智能玩具、電子禮品等領(lǐng)域。系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，便于安裝和擴(kuò)展。 基于 ISD4004 芯片的語音錄放系統(tǒng)設(shè)計(jì)8第 2 章 單片機(jī)控制技術(shù)和開發(fā)環(huán)境介紹 89C2051 單片機(jī)性能和引腳介紹 概述AT89C2051 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機(jī)片內(nèi)含 2K bytes 的可反復(fù)可擦寫的只讀程序儲(chǔ)存器（PEROM）和 128bytes 的隨機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器（RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度，非易失性儲(chǔ)存技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和flash 存儲(chǔ)單元。Vcc：電壓電源P1 口：P1 口是一個(gè) 8 位雙向 I/O 口， 提供內(nèi)部上拉電阻，內(nèi)部無上拉電阻，主要是了考慮它們分別是內(nèi)部精密比較器的同相輸入端（AINO）和反向輸入端（AINI ） ，如果需要應(yīng)外部接上拉電阻，P1 口輸出端緩沖器可吸收 20mA 電流并可直接驅(qū)動(dòng) LED，當(dāng) P1 口引腳寫入“1”時(shí)可作輸入端，當(dāng)引腳 用作輸入并被外部拉低時(shí)，它們將因內(nèi)部的上拉電阻而輸出電流（I） ； P1 口還在 flash 閃速編程及程序校驗(yàn)時(shí)接收代碼數(shù)據(jù)；基于 ISD4004 芯片的語音錄放系統(tǒng)設(shè)計(jì)10沒有引出，它作為一個(gè)通用 但不可訪問，但可作為固定輸入片內(nèi)比較器的輸出信號，P3 口緩沖器可吸收 20mA 電流，當(dāng) P3 口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口：作為輸入端口時(shí)，被外部拉低的P3 口將用上拉電阻輸出電流P3 口還用于實(shí)現(xiàn) AT89c2051 特殊的功能，如下圖所示：口引腳 功能特性 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口）（外中斷 0）INT （外中斷 1）I T0（定時(shí)／計(jì)數(shù)器 0 外部輸入） T1（定時(shí)／計(jì)數(shù)器 1 外部輸入） 表 1 管腳功能介紹XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端；由于出入到內(nèi)部電路是經(jīng)過一個(gè) 2 分頻觸發(fā)器，所以輸入的外部時(shí)鐘信號無特殊要求，但它必須符合電平的最大和最小值及時(shí)序規(guī)范基于 ISD4004 芯片的語音錄放系統(tǒng)設(shè)計(jì)11 keil 開發(fā)環(huán)境和建立工程 keil 簡介Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。 另 外 重 要 的 一 點(diǎn) ， 只 要看 一 下 編 譯 后 生 成 的 匯 編 代 碼 ， 就 能 體 會(huì) 到 Keil C51 生 成 的 目 標(biāo) 代 碼效 率 非 常 之 高 ， 多 數(shù) 語 句 生 成 的 匯 編 代 碼 很 緊 湊 ， 容 易 理 解 。輸入完畢之后，選擇“File Save”，給這個(gè)文件取名保存，取名字的時(shí)候必須要加上擴(kuò)展名，一般 C 語言程序均以“.C”為擴(kuò)展名，這里將其命名為，保存完畢后可以將該文件關(guān)閉。 點(diǎn)擊“ProjectNew Project…”菜單，出現(xiàn)對話框，要求給將要建立的工程起一個(gè)名字，這里起名為 fgf，不需要輸入擴(kuò)展名。點(diǎn)擊 ATMEL 前面的 “+”號，展開該層，點(diǎn)擊其中的 89S52，然后再點(diǎn)基于 ISD4004 芯片的語音錄放系統(tǒng)設(shè)計(jì)12擊“確定”按鈕，回到主窗口，此時(shí)，在工程窗口的文件頁中，出現(xiàn)了“Target 1”，前面有“+” 號，點(diǎn)擊 “+”號展開，可以看到下一層的“Source Group1”，這時(shí)的工程還是一個(gè)空的工程，里面什么文件也沒有，需要手動(dòng)把剛才編寫好的源程序加入，點(diǎn)擊“Source Group1” 使其反白顯示，然后，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，出現(xiàn)一個(gè)下拉菜單，如圖 所示，選中其中的“Add file to Group Source Group1”，出現(xiàn)一個(gè)對話框，要求尋找源文件。雙擊文件名，即打開該源程序。芯片采用 CMOS 技術(shù),內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動(dòng)靜噪及高 密 度 多 電 平 閃 爍 存貯 陳 列 。 芯片采用多電平直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù), 每個(gè)采樣 值直接存貯在片內(nèi)閃爍存貯器 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 果聲,避免了 一般固體錄 音電路因量 化和 壓 縮 造成的 量化 噪聲和 金 屬 聲 。圖 5 ISD4004 引腳圖 圖 6 ISD4004 實(shí)物圖基于 ISD4004 芯片的語音錄放系統(tǒng)設(shè)計(jì)15 引腳描述1 電源:(VCCA,VCCD) 為使噪聲最小,芯片的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線,并且分別引到外封裝的 不同管腳上,模擬和數(shù)字電源端最好分別走線,盡可能在靠近供電端處相連,而去耦電容應(yīng)盡量靠近器件。3 同相模擬輸入(ANA IN+) 這是錄音信號的同相輸入端。單端輸入時(shí), 信號由耦合電容輸入,最大幅度為峰峰值 32mV,耦合電容和本端的 3KΩ電阻輸入阻抗決定了芯片頻帶的 低端截止頻率。4 反相模擬輸入(ANA IN) 差分驅(qū)動(dòng)時(shí),這是錄音信號的反相輸入端。5 片選(SS) 此端為低,即向該 ISD4004 芯片發(fā)送指令，兩條指令之間為高電平。7 串行輸出(MISO) ISD 的串行輸出端。8 串行時(shí)鐘(SCLK) ISD 的時(shí)鐘輸入端,由主控制器產(chǎn)生,用于同步 MOSI 和 MISO 的數(shù)據(jù)傳輸。9 中斷 (/INT) 本端為漏極開路輸出。中斷狀態(tài)在下一個(gè) SPI 周期開始時(shí)清除。OVF 標(biāo)志指示 ISD 的錄、放操作已到達(dá)存儲(chǔ)器的未尾。10 行地址時(shí)鐘(RAC) 漏極開路輸出。該信號 175ms 保持高電平,低電平為25ms。圖 7 時(shí)序 11 外部時(shí)鐘(XCLK) 本端內(nèi)部有下拉元件。商業(yè)級 芯片在整個(gè)溫度和電壓范圍內(nèi), 頻率變化在+%內(nèi)。若要求更高精度,可從本端輸入外部時(shí)鐘(如前表所列)。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。12 自動(dòng)靜噪(AMCAP) 當(dāng)錄音信號電平下降到內(nèi)部設(shè)定的某一閾值以下時(shí),自動(dòng)靜噪功能使信號衰弱,這樣有 助于養(yǎng)活無信號(靜音)時(shí)的噪聲。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)。1mF 的電容也影響自動(dòng)靜噪電路對信號幅度的響應(yīng)速度。 SPI(串行外設(shè)接口) 協(xié)議介紹ISD4004 工作于 SPI 串行接口。協(xié)議的具體內(nèi)容為：1 所有串行數(shù)據(jù)傳輸開始于 SS 下降沿。3 數(shù)據(jù)在時(shí)鐘上升沿移入,在下降沿移出。5 指令格式是(8 位控制碼 )加(16 位地址碼)。7 使用 讀 指令使中斷狀態(tài)位移出 ISD 的 MISO 引腳時(shí),控制及地址數(shù)據(jù)也應(yīng)同步從 MOSI 端移入。當(dāng)然,也允許在一個(gè) SPI 周期里,同時(shí)執(zhí)行讀狀 態(tài)和開始新的操作( 即新移入的數(shù)據(jù)與器件當(dāng)前的操作可以不兼容)。9 所有指令都在 SS 端上升沿開始執(zhí)行。 信 息 快 進(jìn) 只 用于 放 音 模 式 。 上電順序器件延時(shí) TPUD(8kHz 采樣時(shí),約為 25 毫秒)后才能開始操作。例如,從 00 從處發(fā)音,應(yīng)遵循如下時(shí)序:1 發(fā) POWERUP 命令。3 發(fā)地址值為 00 的 SETPLAY 命令。器件會(huì)從此 00 地址開始放音,當(dāng)出現(xiàn) EOM 時(shí),立即中斷,停止放音。2 等待 TPUD(上電延時(shí))。4 等待 2 倍 TPUD。6 發(fā) REC 命令 。指令 8 位控制碼 16 位地址 操作摘要POWERUP 00100XXXXXXXXXXXXXXXXXXX上電 : 等待 TPUD后器件可以工作SET PLAY 11100XXX A15A0 從指定地址開始放音。后跟 REC 指令可使錄音繼續(xù)進(jìn)行下去REC 10110XXXXXXXXXXXXXXXXXXX 從當(dāng)前地址開始錄音(直至 OVF 或停止)SET MC 11101XXXA15 A0 從指定地址開始快進(jìn)。 SPI 端口的控制位SPI 端口有兩個(gè)硬件控制位 MISO 和 MOSI，SPI 控制寄存器控制放、錄、信息檢索、上電、掉電、啟動(dòng)和停止、忽視地址指示等功能。位 值 功 能 位 值 功 能RUN 1 0 允許 /禁止操作開始 停止 PU 10電源控制上電 掉電P/R 10 錄 /放模式放音 錄音 IAB 10操作是否使用指令地址忽略輸入地址寄存的內(nèi)容 使用輸入地址寄存的內(nèi)容MC 10 快進(jìn)模式允許快進(jìn) 禁止 P15P0A15A0 行指針寄存器輸出輸入地址寄存器 表 3 控制器功能 注： IAB 置 0 時(shí),錄、 放 操作從 A9A0 地址開始。這個(gè)特點(diǎn)對語音提 示功能很有用。SPI 端口簡單框圖如下：圖 8 SPI 端口基于 ISD4004 芯片的語音錄放系統(tǒng)設(shè)計(jì)21 時(shí)序SPI 總線協(xié)議是一個(gè)環(huán)形總線結(jié)構(gòu)，由 ss（cs ） 、sck、sdi、sdo 構(gòu)成，其時(shí)序主要是在 sck 的控制下，兩個(gè)雙向移位寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。那么第一個(gè)上升沿來的時(shí)候數(shù)據(jù)將會(huì)是 sdo=1；寄存器=0101010x。這樣就完成里一個(gè) spi 時(shí)序。secTSCKhi SCLK High Time 400 nsecTSCKlow SCLK Low Time 400 nsecF0CLK(Frequency) 1000kHz表 4 SPI 時(shí)序參數(shù)第 3 章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 硬件電路設(shè)計(jì)本文的語音錄放系統(tǒng)所采用的是錄放時(shí)間為八至十六分鐘的ISD4004 語音芯片。控制部分則主要由單片機(jī)AT89C51 構(gòu)成，包含必要的按鍵電路、復(fù)基于 ISD4004 芯片的語音錄放系統(tǒng)設(shè)計(jì)22位電路和指示電路等外圍電路。 該系統(tǒng)的硬 件電路連接如圖 1 所示： 本系統(tǒng)可以主要分為三部分?？刂撇糠謩t主要由單片機(jī) 89C2051 構(gòu)成， 包含必要的按鍵電路、 復(fù)位 電路和看門狗電路等外圍電路。圖 9 硬件連接圖 ISD4004 原理圖ISD4004 開發(fā)板是由 ISD4004 芯片、LM386 低壓音頻小功率放大器和AMS1117 電壓轉(zhuǎn)換芯片焊接而成，其連接如圖 所示。用來控制 ISD4004 的錄放音操作。 例 如 ， 我 們 可 以 利 用 軟 件 編 程 的 方 法 實(shí) 現(xiàn) 對 語 音 信 息 的 剪 輯 、合 成 等 操 作 來 達(dá) 到 我 們 對 語 音 信 息 特 殊 的 要 求 。 若 干 條 信 息 按 順 序 分 別 錄 入 到芯 片 內(nèi) ， 比 如 稱 其 為 a,b,c,d信 息 。下面 以 ISD40048MP 為例來說明如何利用硬件結(jié)構(gòu)尋址。為了理解其工作原理，有必要先介紹器件的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。對器件尋址，就是選擇一行，從行首開始錄、放操作，而每行中的各列是不可尋址的。ISD40048MP 每一行周期為200ms,這就是器件的地址分辨率。每個(gè)錄放周期都從這200ms的“語音存儲(chǔ)塊”的塊首開始， 所示。這個(gè)時(shí)鐘相對于微控制器的速度來說較慢，上例為200ms。但由于微處理器的查詢速度相對于RAC時(shí)鐘頻率要快得多，所以，如果通過查詢的方法檢測RAC 每個(gè)周期的低電平時(shí)，在上一次檢測到RAC 低基于 ISD4004 芯片的語音錄放系統(tǒng)設(shè)計(jì)27電平時(shí)必須要經(jīng)過一段延時(shí)才能再檢測RAC，這樣檢測到的低電平才是有效的,這段延時(shí)可以說是“假延時(shí)”。我們可以利用一個(gè)計(jì)數(shù)器對RAC引腳進(jìn)行計(jì)數(shù)，并且通過LED顯示器實(shí)時(shí)地把計(jì)數(shù)器的值顯示出來，這樣我們不但可以知道錄入的每段信息的開頭和結(jié)尾的地址，而且還可以知道每段信息之中特定內(nèi)容的地址，從而可以建立地址表對信息進(jìn)行剪輯、合成等處理達(dá)到對語音信息特定的要求。只需把事先編輯好的語音信息的準(zhǔn)確地址傳送到ISD4004的控制口就可以實(shí)現(xiàn)指定地址的放音。 監(jiān)控 ISD4004 錄音地址的實(shí)例我們可以用ST89C51 來檢測ISD4004的RAC 引腳來實(shí)現(xiàn)錄音地址的監(jiān)控。R2R3為地址計(jì)數(shù)器。 如果有按鍵按下， 則轉(zhuǎn)去執(zhí)行該按鍵指向的工作程序。6錄音指示燈//地址 1 指示燈//地址 2//地址 3//地址 4//SET//REC//PLAY//STOP//SS//MOSI//SCLKsbit SS=P3^4。sbit SCLK=P3^2。sbit RAC=P3^1。sbit KY_REC=P3^7。sbit KY_STOP=P1^1?；?ISD4004 芯片的語音錄放系統(tǒng)設(shè)計(jì)31sbit LED_REC=P1^6。sbit LED_ADDR2=P1^4。sbit LED_ADDR4=P1^2。 //spi 串行發(fā)送子程序，8 位數(shù)據(jù),從低到高void ISD_SPI_Send16( uint isdx16 )。 //讀取標(biāo)行地址void ISD_Stop(void)。 //發(fā)送上電指令，并延遲 50msvoid ISD_PowerDown(void)。 //發(fā)送放音指令，并延遲 50ms void ISD_SetP