【正文】 ???????????????????????????????????????35第 1章　緒　論　課題研究的目的和意義數(shù)碼錄音筆對(duì)于我們現(xiàn)如今的人們己經(jīng)是再熟悉不過(guò)的產(chǎn)品了，它己經(jīng)應(yīng)用在了很多地方，其中主體部分應(yīng)該是記者了。除此之外錄音筆小巧易于攜帶，存儲(chǔ)內(nèi)容量大，基于這些優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越多的得到人們的青睞?！?guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀就聲音錄制而言，雖然專業(yè)的數(shù)碼錄音筆不論在錄音長(zhǎng)度上還是品質(zhì)上，都擁有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，但隨著多功能 MP3, MP4, PDA 甚至是智能手機(jī)的普及，錄音逐漸成為了隨身數(shù)碼設(shè)備中的一項(xiàng)附屬功能。首先錄音作為任何一款錄音筆都是必不可少的基本功能，所以好的音質(zhì)便成為了錄音筆未來(lái)發(fā)展方向之一口隨著閃存技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步，存儲(chǔ)容量已經(jīng)不再是數(shù)碼錄音筆的發(fā)展瓶頸，相反，過(guò)大的容量還會(huì)顯得有些“雞肋’ 。三星則在此基礎(chǔ)上將其在家庭影院中的王牌 3D 音效技術(shù) DNSe 運(yùn)用到數(shù)碼錄音筆產(chǎn)品當(dāng)中，這種音效增強(qiáng)技術(shù)與單純地?cái)U(kuò)大頻率范圍完全不同，也就是說(shuō)，即使用較小的率范圍實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間錄音，也能獲得優(yōu)化后的錄制效果。搭載了 DNSe 音效的三星 YV150，不僅在錄音上擁有了得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，還因此獲得了媲美專業(yè) MP3 的音樂(lè)播放能力值得注意的是，作為數(shù)碼音樂(lè)領(lǐng)域的翹楚，三星的新一代 DNSe 音效技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始在 13 等新品上登場(chǎng)。其次，僅僅擁有好的音質(zhì)是不夠的。上，專業(yè)數(shù)碼錄音筆之所以專業(yè)，還在于它在功能上更加貼近商務(wù)人士的需求事實(shí)以三個(gè)高控錄音功能還可以讓錄音筆更加“聽(tīng)話” ，隨時(shí)開(kāi)錄。另外，對(duì)于經(jīng)常出差的商旅人士，三星 YV150 非常值得推薦，其專業(yè)級(jí)的音效增強(qiáng)芯片會(huì)給音樂(lè)播放帶來(lái)震撼的感受，讓你在工作之余也能偶得浮閑。作為一種簡(jiǎn)單的獲取和記錄數(shù)字化文件的工具，錄音筆風(fēng)靡市場(chǎng)，成為學(xué)生記者、商務(wù)人士購(gòu)置錄音設(shè)各的首選?！≌撐难芯?jī)?nèi)容語(yǔ)言在人類發(fā)展史中起到了至關(guān)重要的作用，它的作用并不亞于直立行走和工具的使用，怎樣能把人類的語(yǔ)言絲毫不差地記錄下來(lái)也是人們一直思考的問(wèn)題。并且，錄放系統(tǒng)還具有電路簡(jiǎn)明、應(yīng)用方便、單片錄放、不怕掉電、音色純正、性價(jià)比高等特性。STC89C52 該款單片機(jī)資源豐富，再加上與 isd4004 語(yǔ)音芯片的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的存儲(chǔ)與回放，通過(guò)單片機(jī)的控制可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的多錄多放的功能?？梢钥闯霰敬卧O(shè)計(jì)的系統(tǒng)的主要部分應(yīng)該是錄音放音部分再附加上其他的功能部分。現(xiàn)具體分析如下：方案一：采用處理器集成型可重構(gòu)系統(tǒng) PICEX 實(shí)現(xiàn)數(shù)碼錄音筆的核心處理部分，對(duì)每一個(gè)管理模塊、功能實(shí)現(xiàn)模塊都構(gòu)建一個(gè)可重構(gòu)模塊。在錄音狀態(tài)時(shí)各部件采用流水線的方法，即每個(gè)部件的輸入數(shù)據(jù)都取自其來(lái)源部件給出的上一個(gè)值，各部件幾乎同時(shí)開(kāi)始工作，使系統(tǒng)處于在線程級(jí)并運(yùn)行的狀態(tài)。在錄音時(shí)，語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后送到 A/D 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，在把這些語(yǔ)音數(shù)據(jù)送到高速數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）進(jìn)行壓縮，壓縮后的語(yǔ)音數(shù)據(jù)與日期、時(shí)間一起存儲(chǔ)到 FLASH 存儲(chǔ)器中；回放時(shí)，從 FLASH 存儲(chǔ)器中讀取語(yǔ)音數(shù)據(jù)送到 DSP 解壓，解壓后的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò) D/A 轉(zhuǎn)換，還原成語(yǔ)音信號(hào)，最后經(jīng)功放放大后從喇叭輸出。通過(guò)按鍵控制系統(tǒng)的錄音、停止、放音等操作。用 ISP 實(shí)現(xiàn)對(duì) ISD4004 語(yǔ)音芯片的錄放音控制。經(jīng)過(guò)編譯調(diào)試后對(duì)程序進(jìn)行軟件仿真測(cè)試，仿真測(cè)試通過(guò)后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行引腳鎖定、熔絲生成、下載編程（STCISP V391下載編程軟件） 。但是方案中使用 Samsung 公司的 K9K1208U0A 型 Flash 內(nèi)存作為存儲(chǔ)媒質(zhì)，這型號(hào)內(nèi)存為減少連線和封裝大小需要有特殊的控制時(shí)序和邏輯。對(duì)濾波、壓縮、解壓、信道編碼這些需要大量運(yùn)算或長(zhǎng)時(shí)間操作的過(guò)程也必須對(duì)這四項(xiàng)任務(wù)各設(shè)計(jì)一個(gè)可重構(gòu)部件。同時(shí)，雖然元件級(jí)可重構(gòu)系統(tǒng)在現(xiàn)有的 FPGA 上是可以實(shí)現(xiàn)的，但是由于現(xiàn)有 FPGA體系結(jié)構(gòu)上的種種限制，諸如最小配置單位過(guò)大配置結(jié)構(gòu)復(fù)雜等，使這種系統(tǒng)在很多情況下執(zhí)行效率反而不及傳統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，大大減少了這類系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。方案二：人們?cè)谡Z(yǔ)音處理的研究中，已經(jīng)研制出了很多語(yǔ)音編碼算法，而有些編碼算法已經(jīng)被直接固化到 DSP 上，形成專用的基于 DSP 的語(yǔ)音處理芯片。本系統(tǒng)中，對(duì)運(yùn)算速度的要求，主要是要滿足每一個(gè) A/D 變換后的數(shù)據(jù)都能及時(shí)地存入存儲(chǔ)器，而通用單片機(jī)的處理能力已經(jīng)可以滿足需要。本數(shù)字錄音系統(tǒng)沒(méi)有復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算，所以沒(méi)有對(duì)運(yùn)算精度的要求。由于系統(tǒng)要求能進(jìn)行錄放音，所以 A/D 和 D/A 的功能是必需的，對(duì) DSP 芯片，若外接 A/D 或 D/A 元件，增加了復(fù)雜度，也提高了成本。DSP 芯片實(shí)現(xiàn)的功能較多，所以它的功耗相對(duì)較高。方案三：SPCE061A 是凌陽(yáng)科技研發(fā)生產(chǎn)的一款高性價(jià)比十六位單片機(jī)，把各功能部件模塊化地集成在一個(gè)芯片里，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各功能部件之間的連線，提高了可靠性和抗干擾能力。芯片工作電壓范圍大，能在低電壓供電時(shí)正常工作，且能用電池供電。另外凌陽(yáng)十六位單片機(jī)具有易學(xué)易用、高效率的指令系統(tǒng)和集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。　錄音筆設(shè)計(jì)方案的確定四個(gè)方案相比較，第四個(gè)方案比前面三個(gè)方案更符合本次設(shè)計(jì)的需要，我最后決定采用 STC89C52 單片機(jī)和錄音模塊 ISD4004 芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)我的設(shè)計(jì)。芯片 ISD4004 是整個(gè)錄音筆芯片的核心部分。芯片采用 CMOS 技術(shù)，內(nèi)含震蕩器、話筒前置放大、自動(dòng)增益控制、防混淆濾波器、平滑濾波器、揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)及 EEPROM 僅需麥克風(fēng)、喇叭、兩個(gè)按鈕、電源及少數(shù)電阻電容。這種控制直接通過(guò) ISP 器件的硬件電路實(shí)現(xiàn)，省去了軟件接口程序，使用起來(lái)方便快捷。該開(kāi)發(fā)環(huán)境支持標(biāo)準(zhǔn) C 語(yǔ)言，并且，提供了語(yǔ)音錄放的 C 語(yǔ)言程序函數(shù)，只要了解函數(shù)的使用，就會(huì)很容易完成語(yǔ)音錄放，這些都為軟件開(kāi)發(fā)提供了方便的條件。比如，使用 AT89C52 單片機(jī)的外引腳增添鍵盤控制功能或者外引數(shù)碼管的數(shù)字顯示功能；還可通過(guò) LCD 液晶顯示器顯示字符、數(shù)字等圖象，在錄音筆設(shè)計(jì)系統(tǒng)中可用來(lái)顯示按鍵功能等。第 3章　硬件設(shè)計(jì)　主控制模塊　STC89C52 單片機(jī)總控制電路本次設(shè)計(jì)中所選用的 STC89C52 單片機(jī)是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFlash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能 COMOS8 的微處理器，俗稱單片機(jī)。圖 31　單片機(jī)總控制電路功能特性概述：?jiǎn)纹瑱C(jī)總控制電路如下圖 31：主要功能特性兼容 MCS52 指令系統(tǒng) 8K 可反復(fù)擦寫 Flash ROM32 個(gè)雙向 I/O 口 256x8bit 內(nèi)部 RAM3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷 時(shí)鐘頻率 024MHz2 個(gè)串行中斷 可編程 UART 串行通道2 個(gè)外部中斷源 共 6 個(gè)中斷源2 個(gè)讀寫中斷口線 3 級(jí)加密位低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能　時(shí)鐘電路STC89C52 內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 RXD 和 TXD 分別是此放大器的輸入端和輸出端。內(nèi)部方式的時(shí)鐘電路如圖 3—2(a) 所示，在 RXD 和 TXD 引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。晶體振蕩頻率可以在 ～12MHz 之間選擇，電容值在 5～30pF 之間選擇，電容值的大小可對(duì)頻率起微調(diào)的作用。對(duì)外部振蕩信號(hào)無(wú)特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于 12MHz 的方波信號(hào)。（a）內(nèi)部方式時(shí)鐘電路 （b）外部方式時(shí)鐘電路圖 32　時(shí)鐘電路　復(fù)位及復(fù)位電路（1）復(fù)位操作復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù) 24個(gè)振蕩周期(即二個(gè)機(jī)器周期)以上。產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)的電路邏輯如圖 33 所示：圖 33　復(fù)位信號(hào)的電路邏輯圖整個(gè)復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位相按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。這佯，只要電源 Vcc 的上升時(shí)間不超過(guò) 1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。其中，按鍵電平復(fù)位是通過(guò)使復(fù)位端經(jīng)電阻與 Vcc 電源接通而實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖 34（b）所示；而按鍵脈沖復(fù)位則是利用 RC 微分電路產(chǎn)生的正脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖 34（c）所示：（a）上電復(fù)位 （b）按鍵電平復(fù)位 （c）按鍵脈沖復(fù)位圖 34　復(fù)位電路上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適用于 6MHz 晶振，能保證復(fù)位信號(hào)高電平持續(xù)時(shí)間大于 2 個(gè)機(jī)器周期?！TC89C52 引腳圖 35　STC89C52 單片機(jī)引腳圖VCC：電源電壓GND：地線P0 口：P0 口是一組 8 位漏極開(kāi)路型雙向 I/O 口，也即地址／數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。P1 口：Pl 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，Pl 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè) TTL 邏輯門電路。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL） 。P2 口：P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè) TTL 邏輯門電路。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)，P2 亦接收高位地址和其它控制信號(hào)。當(dāng) P3 口寫入“1 ”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。P3 口也可作為 STC89C52 的一些特殊功能口，如下表所示：管腳備選功能:表 32　P3 口的第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。WDT 溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置 SFR AUXR 的 DISRT0 位（地址 8EH）可打開(kāi)或關(guān)閉該功能。ALE／PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 無(wú)效。當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，沒(méi)有兩次有效的 PSEN 信號(hào)。欲使 CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H~FFFFH） ，EA 端必須保持低電平（接地） 。如 EA 端為高電平（接 V cc 端） ，CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。XTAL l：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。中斷寄存器：各中斷允許控制位于 IE 寄存器，5 個(gè)中斷源的中斷優(yōu)先級(jí)控制位于 IP 寄存器。ISP（InSystem Programming）在系統(tǒng)可編程，指電路板上的空白器件可以編程寫入最終用戶代碼， 而不需要從電路板上取下器件，已經(jīng)編程的器件也可以用 ISP 方式擦除或再編程?！SP 的工作原理ISP 的實(shí)現(xiàn)相對(duì)要簡(jiǎn)單一些，一般通用做法是內(nèi)部的存儲(chǔ)器可以由上位機(jī)的軟件通過(guò)串口來(lái)進(jìn)行改寫。所以即使我們將芯片焊接在電路板上，只要留出和上位機(jī)接口的這個(gè)串口，就可以實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)部存儲(chǔ)器的改寫，而無(wú)須再取下芯片。目前市場(chǎng)上不少的單片機(jī)具有 ISP 功能。ATMEL 公司的單片機(jī) AVR 系列，提供了一個(gè) SPI 串行接口對(duì)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器編程（ISP） ，以及 PHILIPS 公司的 P89C51RX2xx 系列是帶 ISP/IAP 的 8 位Flash 單片機(jī)。　語(yǔ)音模塊　語(yǔ)音芯片 ISD4004ISD4004 是美國(guó) ISD 公司制造的一種新款語(yǔ)音芯片。此芯片無(wú)須 A/D 轉(zhuǎn)換和壓縮就可以直接儲(chǔ)存，沒(méi)有 A/D 轉(zhuǎn)換誤差，在一個(gè)記錄位（BIT）可存儲(chǔ) 250 級(jí)聲音信號(hào)，相當(dāng)于通常的 A/D 記錄的 8 倍。與 ISD 其它系列語(yǔ)音產(chǎn)品不同的是，ISD4004 是一種微控制器“ 從” 設(shè)備，而 “主”控制器可以是內(nèi)置有 SPI 兼容接口的微控制器，也可以用 I/O 仿真 SPI 通信協(xié)議。該芯片采用CMOS 技術(shù)，內(nèi)含振蕩器、抗混疊濾波器、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。 ISD4004 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，因此能非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語(yǔ)音、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” ?！≌Z(yǔ)音芯片 ISD4004引腳功能描述ISD4004 的引腳排列如圖36所示，各引腳功能如下：圖 36　ISD4004 語(yǔ)音芯片引腳圖電源（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小，模擬和數(shù)字電源端最好分別走線。地線（VSSA，VSSD）：芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線。輸入放大器可用單端或差分驅(qū)動(dòng)。差分驅(qū)動(dòng)時(shí)，信號(hào)最大幅度為峰峰值 16mV，與 ISD33000 系列相同。信號(hào)通過(guò)耦合電容輸入，最大幅度為峰峰值 16mV。 片選（SS）：此端為低，即向該 ISD