【正文】 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） V 第四章 硬件設(shè)計(jì) .................................................................................................19 總體設(shè)計(jì) ....................................................................................................... 19 各個(gè)子系統(tǒng)單元電路介紹 ............................................................................ 19 單片機(jī)系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) .................................................................... 19 模擬音頻電路設(shè)計(jì) ................................................................................... 24 第五章 軟件設(shè)計(jì) .................................................................................................29 KeilC51 簡(jiǎn)介 ................................................................................................ 29 主程序流程圖 ............................................................................................... 31 各個(gè)模塊程序介紹 ....................................................................................... 31 鍵盤子程序設(shè)計(jì) ................................................................................ 31 顯示子程序 ........................................................................................ 32 ADC 子程序設(shè)計(jì) ................................................................................. 33 DAC 子程序設(shè)計(jì) ................................................................................ 33 定時(shí)中斷服務(wù)子程序 ......................................................................... 34 第六 章 系統(tǒng)調(diào)試與指標(biāo)測(cè)試 ..........................................................................36 結(jié)語 ...........................................................................................................................38 參考文獻(xiàn) ..................................................................................................................39 附錄一 .......................................................................................................................40 附錄二 .......................................................................................................................41 致謝 ...........................................................................................................................42 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第一章 緒論 系統(tǒng)概述 引言 近年來，語音存儲(chǔ)回放技術(shù)發(fā)展十分迅速，在速度和處理效果上都有很大的發(fā)展和進(jìn)步。同時(shí) 隨著數(shù)字化信號(hào)處理技術(shù)的不斷提高，單片機(jī) 、 數(shù)字信號(hào)處理器以及語音處理大規(guī)模集成電路的進(jìn)步，語音合成 ,語音識(shí)別 ,語音存儲(chǔ)和回放技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛， 從而使磁頭磁帶系統(tǒng)成為了過去。 DSP 在通信、雷達(dá)、語音處理等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，幾乎涉及到生活應(yīng)用的各個(gè)方面。 DSP系統(tǒng)具有比較大的優(yōu)勢(shì)：如靈活、可編程，支持時(shí)分復(fù)用，易于模塊化設(shè)計(jì)，可重復(fù)使用，可靠性高等優(yōu)點(diǎn) 。因此特別適用于單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)，為單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的語音報(bào)警及語音提示操作在幾乎不需增加硬件投資情況下的語音處理提供了一種思路。例如：在一些電視節(jié)目中語音部分的預(yù)先錄制也發(fā)揮了很大的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， DSP 技術(shù)對(duì)這幾個(gè)方面的發(fā)展都起到很大的促進(jìn)作用。 DSP 技術(shù)在各種語音的存儲(chǔ)第一章 緒論 2 回放技術(shù)中也會(huì)得到很廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。系統(tǒng) 主要由語音處理前向通道、 A／ D 轉(zhuǎn)換、單片機(jī)控制兼數(shù)據(jù)處理、 D／ A 轉(zhuǎn)換、鍵盤顯示模塊及后 向處理通道組成，單片機(jī)構(gòu)成系統(tǒng)的控制中心，用來進(jìn)行控制功能選擇和結(jié)果顯示。語音的采集是指語音聲波信號(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量電信號(hào) ,然后再轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的全過程。單片機(jī)語音生成過程 ,可以看成是語音采集過程的逆過程 ,但又不是原封 不動(dòng)地恢復(fù)原來的語音 ,而是對(duì)原來語音的可控制、可重組的實(shí)時(shí)恢復(fù)。 本課題為 基于單片機(jī)的數(shù)字化存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)， 要求 以單片機(jī)為核心器件，設(shè)計(jì)并制作一個(gè)數(shù)字化語音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)要完成的主要任務(wù)為： 1. 課題綜述。 3．單元模塊電路設(shè)計(jì)。 5. 系統(tǒng)的制作及調(diào)試。 第二章 方案論證及總體設(shè)計(jì) 4 第二章 方案論證及 總體 設(shè)計(jì) 語音存儲(chǔ)回放系統(tǒng)方案論證 方案一： ADC+MCU+DAC 方案 數(shù)字化語音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)的基本思想是將模擬語音信號(hào)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再通過單片機(jī)控制存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，回放時(shí)，由單片機(jī)控制將數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器中讀出， 然后通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器 D/A 轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，經(jīng)放大在揚(yáng)聲器 或耳機(jī)上輸出語音。 ISD1110/ISD1420 系列單片錄放時(shí)間 8 至 20 秒，音質(zhì)好。最小的錄放系統(tǒng)僅需麥克風(fēng)、喇叭、兩個(gè)按鈕、電源及少數(shù)電阻電容。 ISD1110/ISD1420 系列有唯一的錄音控制和邊緣 /電平觸發(fā)兩種放音控制。 芯片采用多電平直接模擬量存儲(chǔ)專利技術(shù)，每個(gè)采樣直接存儲(chǔ)在片內(nèi)單個(gè)EEPROM 單元中，因此能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)各效果，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”。片內(nèi)信息可保存 100 年（無需后備電源）， EEPROM 單片可反復(fù)錄音十萬次。 專用語音芯片方案 特點(diǎn) 有 使用方便的單片錄放系統(tǒng) ,外部元件最少 ， 重現(xiàn)優(yōu)質(zhì)原聲，沒有常見的背景噪音 ， 具有自動(dòng)節(jié)電模式 等。 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)級(jí)方案設(shè)計(jì) 在系統(tǒng)級(jí)上該語音存儲(chǔ) /回放系統(tǒng)可用圖 23 來表示。鍵盤和顯示模塊為該系統(tǒng)的人機(jī)接口。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行語音再生時(shí)，由CPU 控制語音合成電路中的語音芯片來讀取其外接的存儲(chǔ)器內(nèi)部的語音信息，并合成語音信號(hào)，再通過語音輸出電路，進(jìn)行語音報(bào)站和提示。當(dāng)汽車到第二章 方案論證及總體設(shè)計(jì) 6 子系統(tǒng)級(jí)方案設(shè)計(jì) 1． 概述 在這個(gè)設(shè)計(jì)階段，需要將整個(gè)系統(tǒng)分解成多個(gè)子系統(tǒng)，例如處理器系統(tǒng)、存儲(chǔ)器系統(tǒng)、接口模塊、信號(hào)調(diào)整模塊以及信號(hào)采集模塊等等。 本設(shè)計(jì)中，要求已經(jīng)給出了細(xì)化至子系統(tǒng)級(jí)的系統(tǒng)示意圖，因而大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)分解工作，只需要將重點(diǎn)放在各個(gè)模塊之間的接口和各個(gè)模塊的具體實(shí)現(xiàn)方法上即可。 2．對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)功能及實(shí)現(xiàn)方略的初步考慮 下面對(duì)圖 21 中有關(guān)模塊的功能及實(shí)現(xiàn)方略分別作一說明。 （ 2）對(duì)該系統(tǒng)，為防止頻譜混疊失真及提高信噪比，帶 通濾波器的設(shè)計(jì)顯得尤為重要?？梢圆捎脤Ｓ玫臑V波器芯片實(shí)現(xiàn)該帶通濾波器，也可以采用分立元件構(gòu)成該濾波器。 （ 4）語音回放時(shí)，須將已存儲(chǔ)的數(shù)字化語音信號(hào)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過 D/A 變換器恢復(fù)為模擬語音信號(hào)。對(duì)于 8kHz 采樣速率（采樣周期為 125μ s），在每個(gè)采樣采樣周期當(dāng)中，可執(zhí)行多達(dá)幾十到上百條指令沒，足以完成對(duì)采集點(diǎn)上的語音信號(hào)的存儲(chǔ)和處理。增量調(diào)制（△ M）和差分脈碼調(diào)制（ DPCM）是兩種常用的語音壓縮編碼方式，分別可以達(dá)到 8 倍和 2倍的壓縮比?？蓪?shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器容量不變的情況下，將語音存儲(chǔ)時(shí)間提高一倍。一般的 說 ， 單 片機(jī)就是在一 塊 硅片上集成 CPU、 RAM、 ROM、 定 時(shí) 器 /計(jì)數(shù) 器、和多種 I/O 的完整的數(shù)字處 理系 統(tǒng) 。 單 片機(jī)功能 強(qiáng) 、價(jià)格便宜、使 用靈 活，在 計(jì) 算機(jī) 應(yīng)用領(lǐng) 域中 發(fā)揮著 極其重要的作用。 單 片機(jī)以其高性價(jià)比和 靈 活性，牢固 樹 立了其在嵌入式微控制系 統(tǒng) 中的“霸主”地位，在 PC 機(jī)以 28 38 Pentium、PⅢ 高速更新 換代 的同 時(shí) ， 單 片機(jī) 卻 “始 終如 一”保持旺盛的生命力。 單 片機(jī)的 結(jié) 構(gòu)與 組 成 目前， 單 片機(jī)的系 統(tǒng)結(jié) 構(gòu) 有兩種類 型：一種 是將 程序和 數(shù) 據(jù)存 儲(chǔ) 器分 開 使用， 即哈佛 （ Harvard） 結(jié) 構(gòu)， 當(dāng) 前的 單 片機(jī)大都是 這 種 結(jié) 構(gòu)。 EPROM 型 內(nèi) 存 編 程后其 內(nèi) 容可用紫外 線 擦除，用 戶 可反復(fù)使用，故特 別 適用于 開發(fā)過 程，但 EPROM 型 單 片機(jī)價(jià)格很高。 由于 ROM 型 單 片機(jī)的代 碼 只能由生 產(chǎn) 廠商在制造芯片 時(shí)寫 入，故用 戶 要更改程序代 碼 就十分不便，在 產(chǎn) 品未成熟 時(shí)選用 ROM型單 片機(jī) 風(fēng)險(xiǎn)較 高。 OTP型 單 片機(jī)生 產(chǎn)多 少完全可由用戶 自己掌握，不存在 ROM 型有最小起 訂 量和掩膜 費(fèi)問題， 另外， 該類單 片機(jī)價(jià)格已同掩膜型十分接近，故特 別 受中小批量客 戶 的 歡 迎。 Flash 型 單 片機(jī) ,即可用于 開發(fā)過 程，也可用于批量生 產(chǎn) ，隨著 制造 工藝 的改 進(jìn) ， Flash 型 單 片機(jī)價(jià)格不 斷 下降，使用越 來 越普遍，它已是現(xiàn) 代 單 片機(jī) 的發(fā) 展 趨勢(shì)。 RAM 的 內(nèi) 容是易失性（也有的 稱 易 揮發(fā) 性）的，掉 電 后 會(huì)丟 失。 單 片機(jī)通常 還 有特殊寄存器和通用寄存器，它 們 是 單 片機(jī)中存取速度最快的 內(nèi) 存，但通常存 儲(chǔ)空間 很小。 CPU就象人的大 腦 一 樣 ， 決定了單 片機(jī)的 運(yùn) 算能力和 處 理速度。 現(xiàn) 代的 單 片機(jī)的 I/O 口也有不同的功能 ，有的 內(nèi) 部具有上拉或下拉 電阻 ，有的是漏極 開 路 輸 出，有的能提供足 夠 的 電 流可 以直 接驅(qū)動(dòng) 外部 設(shè)備 。串口輸 入 /輸 出口 :用于 單 片機(jī)和串行 設(shè)備或其它單 片機(jī)的通信。不同的 單 片機(jī)可能提供不同標(biāo) 準(zhǔn)的串行通信接口，如 UART、 SPI、 I2C、 Micro Wire 等。 系 統(tǒng)時(shí)鐘 通常需要外接石英晶體或其它振 蕩 源 來 提供 時(shí)鐘 信 號(hào)輸 入，也有的使用 內(nèi) 部RC振 蕩 器。 BASIC 通常附在 PC 機(jī)上，是初 學(xué)編 程的第一 種語 言。 BASIC 由于逐行 解釋 自然很 慢，每一行必 須在執(zhí) 行 時(shí)轉(zhuǎn)換成機(jī)器代 碼， 需要花 費(fèi)許多時(shí)間 不能做到 實(shí)時(shí) 性。 BASIC 是用于要求 編 程 簡(jiǎn)單 而 對(duì)編 程效率和 運(yùn) 行速度要求不高的場(chǎng) 合。它很像PASCAL，是一種 結(jié) 構(gòu) 化語 言，但它使用 關(guān)鍵詞 去定 義結(jié) 構(gòu)。 PL/M 總 的 來說 是“高 級(jí)匯編語 言”，可 詳細(xì) 控制 著代 碼的 生成。 學(xué)習(xí) PL/M 無 異 于 學(xué)習(xí) 一種新 語 言。 C語言結(jié) 構(gòu)是以括 號(hào) { }而不是子和特殊符 號(hào) 的 語 言。與 匯編相 比，有如下優(yōu) 點(diǎn) ： 對(duì)單 片機(jī)的指令系 統(tǒng) 不要求了解， 僅 要求 對(duì) 51 的 內(nèi) 存 結(jié) 構(gòu)有初步了解寄存器分配、不同 內(nèi) 存的 尋 址及 數(shù) 據(jù) 類 型等 細(xì)節(jié) 可由 編譯 器管理程序有 規(guī) 范的 結(jié)