isd4004語(yǔ)音錄課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　單片機(jī)原理及接口技術(shù) 課程設(shè)計(jì)（論文）</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　語(yǔ)音不僅是人與人之間進(jìn)行信息交流最直接、最方便和最有效的工具，而且也是人與機(jī)器之間進(jìn)行通信的重要工具。1874年電話(huà)的發(fā)展可以認(rèn)為是現(xiàn)代處理的開(kāi)端。電話(huà)的理論基礎(chǔ)是盡可能不失真地傳送語(yǔ)音波形。這種“波形原則”幾乎統(tǒng)治了其后整整一百年。1939年

2、產(chǎn)生了一種概念全新的語(yǔ)音處理技術(shù)，這就是著名的通道聲碼器技術(shù)。聲碼器的理論基礎(chǔ)是認(rèn)為語(yǔ)音是由人的聲帶振動(dòng)產(chǎn)生的生源（載波）受到運(yùn)動(dòng)的聲道的控制（調(diào)制）而產(chǎn)生的，因而將載波和調(diào)制兩部分分開(kāi)來(lái)進(jìn)行傳送便可極大地壓縮頻帶。這一概念已經(jīng)包含著其后出現(xiàn)的語(yǔ)音參數(shù)模型的基本思想。40年代后期，研制成功了能夠把語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)變譜用語(yǔ)音表示出來(lái)的儀器——語(yǔ)音儀，為語(yǔ)音信號(hào)分析提供了一個(gè)有力的工具。</p><p>　　對(duì)于語(yǔ)音信號(hào)

3、，數(shù)字處理比模擬處理具有更多的優(yōu)點(diǎn)。這是因?yàn)椋旱谝?，?shù)字技術(shù)能夠完成許多很復(fù)雜的信號(hào)處理工作；第二，通過(guò)語(yǔ)音進(jìn)行交換的信息本質(zhì)上具有離散的性質(zhì)，因?yàn)檎Z(yǔ)音可以看成是因素的組合，這就特別適合于數(shù)字處理；第三，數(shù)字系統(tǒng)具有高可靠性、價(jià)廉、緊湊、快速等特點(diǎn)，很容易完成實(shí)時(shí)處理任務(wù)；第四，數(shù)字語(yǔ)音適合于在強(qiáng)干擾通信中傳輸，易于和數(shù)據(jù)一起在通信網(wǎng)中傳輸，也易于進(jìn)行加密傳輸。因此數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)處理是主要研究方向。</p><p>

4、;　　單片機(jī)的應(yīng)用無(wú)處不在，利用單片機(jī)控制語(yǔ)音的錄放也多不勝舉。用單片機(jī)控制語(yǔ)音芯片，再把單片機(jī)和語(yǔ)音芯片嵌入到通信設(shè)備，智能儀器，治安報(bào)警及兒童玩具中，就可做成語(yǔ)音播放的機(jī)器，應(yīng)用范圍廣泛。用單片機(jī)控制語(yǔ)音芯片設(shè)計(jì)語(yǔ)音錄放系統(tǒng),該系統(tǒng)功能多，錄放音音質(zhì)好，外圍電路簡(jiǎn)單。</p><p>　　關(guān)鍵詞：STC89C52；錄音放音；ISD4004</p><p><b>　　目 錄&

5、lt;/b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　第2章 課程設(shè)計(jì)的方案2</p><p><b>　　2.1 概述2</b></p><p>　　2.2 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu)2</p><p>　　第3章 硬件設(shè)計(jì)4</

6、p><p>　　3.1 89C2051單片機(jī)性能和引腳介紹4</p><p>　　3.2 語(yǔ)音信號(hào)功率放大電路5</p><p>　　3.3 ISD4004語(yǔ)音芯片介紹6</p><p>　　3.3.1 芯片性能簡(jiǎn)述和引腳圖6</p><p>　　3.3.2 ISD4004芯片主要引腳描述7</p>

7、<p>　　3.3.3 SPI協(xié)議8</p><p>　　第4章 軟件設(shè)計(jì)10</p><p>　　4.1 總體方案10</p><p>　　4.2 程序流程圖10</p><p>　　4.2.1 系統(tǒng)程序流程10</p><p>　　4.2.2 子程序流程11</p><p

8、>　　4.3 模塊說(shuō)明11</p><p>　　4.3.1 ISD4004驅(qū)動(dòng)程序11</p><p>　　4.3.2 1602液晶底層驅(qū)動(dòng)13</p><p>　　第5章 制作與調(diào)試15</p><p>　　5.1 硬件電路的布線(xiàn)與焊接15</p><p>　　5.1.1 總體特點(diǎn)15</p&

9、gt;<p>　　5.1.2 Altium designer軟件畫(huà)PCB15</p><p>　　5.1.3 焊接15</p><p><b>　　5.2 調(diào)試15</b></p><p>　　5.2.1 硬件調(diào)試16</p><p>　　5.2.2 軟件調(diào)試16</p><p

10、>　　第6章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)17</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)18</b></p><p><b>　　附錄19</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音錄放功能。語(yǔ)音錄放系統(tǒng)主要包括單片機(jī)控制模塊、語(yǔ)音采集

11、模塊、語(yǔ)音處理模塊、信號(hào)放大模塊，其中單片機(jī)控制模塊是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。在語(yǔ)音的錄放過(guò)程中，單片機(jī)通過(guò)SPI通信方式與語(yǔ)音模塊進(jìn)行通訊，來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的錄音與播放。由于每段錄音都對(duì)應(yīng)著不同的地址，因此在播放錄音時(shí)，需要發(fā)送需要播放的地址即可播放。</p><p>　　語(yǔ)音錄放系統(tǒng)的信號(hào)處理過(guò)程主要包括語(yǔ)音的采集、信號(hào)的放大和語(yǔ)音的濾波。語(yǔ)音經(jīng)過(guò)駐極體傳感器，即麥克風(fēng)，把聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。傳感器采集的電信號(hào)進(jìn)過(guò)放

12、大電路，放大一定倍數(shù)，經(jīng)濾波、耦合之后送至語(yǔ)音模塊。語(yǔ)音模塊對(duì)連續(xù)變化的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣，抽取其中的語(yǔ)音信號(hào)電平，直接存儲(chǔ)在語(yǔ)音芯片ISD4004中，因此使得語(yǔ)音自然真實(shí)。當(dāng)語(yǔ)音播放時(shí)，需要在語(yǔ)音芯片的輸出段加一個(gè)帶通濾波器，以濾除音頻帶寬以外的信號(hào)，從而減少雜音的干擾。STC89C52單片機(jī)的程序，使用keil編譯程序進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試完成，其主要功能是控制語(yǔ)音模塊，以及1602液晶顯示模塊。</p><p>&l

13、t;b>　　課程設(shè)計(jì)的方案</b></p><p><b>　　概述</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)主要是綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)語(yǔ)音錄放系統(tǒng)，并在實(shí)踐的基本技能方面進(jìn)行一次系統(tǒng)的訓(xùn)練。能夠較全面地鞏固和應(yīng)用“單片機(jī)”課程中所學(xué)的基本理論和基本方法，并初步掌握小型單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法。</p><p>　　應(yīng)用場(chǎng)合:語(yǔ)

14、音的錄放系統(tǒng)的應(yīng)用十分廣泛，可以應(yīng)用于通訊設(shè)備、智能儀表、治安報(bào)亭、語(yǔ)音報(bào)站、語(yǔ)音講解、語(yǔ)音記錄、語(yǔ)音復(fù)讀、智能玩具等領(lǐng)域。</p><p>　　系統(tǒng)功能介紹:語(yǔ)音錄放系統(tǒng)的工作原理是單片機(jī)通過(guò)SPI通信模式，來(lái)控制語(yǔ)音芯片ISD4004的錄音與播放。此系統(tǒng)一般包括單片機(jī)控制模塊、語(yǔ)音的采集模塊，語(yǔ)音的放大模塊、語(yǔ)音處理模塊、濾波模塊、功率放大模塊和顯示模塊。信號(hào)傳遞至語(yǔ)音芯片，語(yǔ)音芯片對(duì)連續(xù)的電信號(hào)進(jìn)行采樣，本

15、系統(tǒng)采用直接存儲(chǔ)的方式，ISD4004語(yǔ)音芯片是美國(guó)ISD公司制造的一種新款的語(yǔ)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(yǔ)音、音樂(lè)、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”。</p><p><b>　　系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　語(yǔ)音錄放系統(tǒng)主

16、要是通過(guò)單片機(jī)來(lái)控制語(yǔ)音芯片ISD4004來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的錄放的功能。在錄音模式下，語(yǔ)音信號(hào)，即聲波信號(hào)，通過(guò)麥克風(fēng)，將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。但此時(shí)的電信號(hào)很微弱，需要經(jīng)放大電路，放大語(yǔ)音信號(hào)。由于電路中可能存在高頻分量，信號(hào)經(jīng)過(guò)帶通濾波器，以濾除語(yǔ)音頻帶以外的噪聲。最后，ISD4004采樣得到的語(yǔ)音信號(hào)相對(duì)“干凈”。在語(yǔ)音播放的模式下，單片機(jī)向ISD4004發(fā)送播放的地址和語(yǔ)音播放指令后，便可以播放相應(yīng)段的語(yǔ)音。為了使播放的語(yǔ)音依然“干凈”，本

17、系統(tǒng)依然設(shè)置了一個(gè)濾波電路。由于ISD4004不能驅(qū)動(dòng)一塊喇叭，需要在濾波電路添加一個(gè)功率放大電路，在本系統(tǒng)中，采用的是LM386語(yǔ)音驅(qū)動(dòng)電路。如圖2.1所示，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖。</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　89C2051單片機(jī)性能和引腳介紹</p&

18、gt;<p>　　AT89C2051是美國(guó)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(xiě)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?xún)?chǔ)存技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51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。</p><p>　　STC89C52是由深圳宏晶科技公司生產(chǎn)

19、的與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容的單片機(jī)。STC89C52單片機(jī)管腳如圖3.1所示，其主要功能特性表3.1所示。</p><p><b>　　圖3.1單片機(jī)管腳</b></p><p>　　表3.1 STC89C52單片機(jī)主要功能</p><p>　　STC89C52引腳具體介紹如下：</p><p>　

20、?、僦麟娫匆_（2根）</p><p>　　VCC(Pin40)：電源輸入，接＋5V電源</p><p>　　GND(Pin20)：接地線(xiàn)</p><p>　?、谕饨泳д褚_（2根）</p><p>　　XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端</p><p>　　XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端&

21、lt;/p><p><b>　　③控制引腳（4根）</b></p><p>　　RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。</p><p>　　ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號(hào)</p><p>　　PSEN(Pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)</p>&

22、lt;p>　　EA/VPP(Pin31)：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令。</p><p>　?、芸删幊梯斎?輸出引腳（32根）</p><p>　　STC89C52單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個(gè)口有8位（8根引腳），共32根。</p><p>　　P0口（P

23、in39～Pin32）：8位雙向I/O口線(xiàn)，名稱(chēng)為P0.0～P0.7</p><p>　　P1口（Pin1～Pin8）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線(xiàn)，名稱(chēng)為P1.0～P1.7 </p><p>　　P2口（Pin21～Pin28）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線(xiàn)，名稱(chēng)為P2.0～P2.7 </p><p>　　P3口（Pin10～Pin17）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線(xiàn)，名稱(chēng)為P3.0～P

24、3.7</p><p>　　語(yǔ)音信號(hào)功率放大電路</p><p>　　LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中。它是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器,主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品。為使外圍元件最少，電壓增益內(nèi)置為20。輸入端以地位參考，同時(shí)輸出端被自動(dòng)偏置到電源電壓的一半，在6V電源電壓下

25、，它的靜態(tài)功耗僅為24mW，使得LM386特別適用于電池供電的場(chǎng)合。LM386的封裝形式有塑封8引線(xiàn)雙列直插式和貼片式。其雙列直插式封裝如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 LM386直插封裝</p><p>　　語(yǔ)音芯片ISD4004輸出的電壓只有毫伏級(jí)，難以驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。本系統(tǒng)采用采用LM386功率放大器，以提高揚(yáng)聲器的驅(qū)動(dòng)能力。有時(shí)喇叭放音會(huì)出現(xiàn)失真現(xiàn)象，這是可能是運(yùn)放的

26、增益過(guò)高所致，需要在1腳和8腳之間加一個(gè)10uF電容或串聯(lián)一個(gè)10K電位器調(diào)整一下。</p><p>　　ISD4004語(yǔ)音芯片介紹</p><p>　　芯片性能簡(jiǎn)述和引腳圖</p><p>　　ISD系列語(yǔ)音芯片是美國(guó)ISD公司推出的產(chǎn)品。該系列芯片采用多電平直接模擬存儲(chǔ)(Chip Corder)專(zhuān)利技術(shù)，聲音不需要A/D轉(zhuǎn)換和壓縮，每個(gè)采樣直接存儲(chǔ)在片內(nèi)的閃爍存

27、儲(chǔ)器中，避免了A/D轉(zhuǎn)換的誤差；能夠真實(shí)、自然地還原語(yǔ)音、音樂(lè)及效果聲；避免了一般固體錄音電路量化和壓縮造成的量化噪聲和金屬聲[7]。ISD4000系列采用CMOS技術(shù)，內(nèi)含晶體振蕩器、防混疊濾波器、平滑濾波器、自動(dòng)靜噪、音頻功率放大器及高密度多電平閃爍存儲(chǔ)陣列等，只需要很少的外圍器件即可構(gòu)成一個(gè)完整的語(yǔ)音錄放系統(tǒng)。它的操作命令通過(guò)串行通信接口(SPI)或Microwire送入；采樣頻率可為4.0 Hz、5.3 Hz、6.4 Hz、8.

28、0 Hz，頻率越低，錄放時(shí)間越長(zhǎng)，但音質(zhì)會(huì)有所下降；片內(nèi)信息存于閃爍存儲(chǔ)器中，可在斷電情況下保存100年(典型值)，反復(fù)錄音10萬(wàn)次；器件工作電壓3 V，工作電流25～30 mA，音質(zhì)好，適用于移動(dòng)電話(huà)及其他便攜式電子產(chǎn)品[8]。本設(shè)計(jì)使用的芯片型號(hào)為ISD4004-08，單片錄放時(shí)間為8分鐘。其芯片的引腳圖如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3 ISD4004語(yǔ)音芯片引腳圖</p>&l

29、t;p>　　ISD4004芯片主要引腳描述</p><p>　?。?）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(xiàn),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(xiàn),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。</p><p>　?。?）地線(xiàn):(VSSA,VSSD) 芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線(xiàn)。</p&

30、gt;<p>　?。?）同相模擬輸入(ANA IN+) 這是錄音信號(hào)的同相輸入端。輸入放大器可用單端或差分驅(qū)動(dòng)。單端輸入時(shí)，信號(hào)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。差分驅(qū)動(dòng)時(shí)，信號(hào)最大幅度為峰峰值 16mV，為 ISD33000 系列相同。</p><p>　　（4）反相模擬輸入(ANA IN-) 差分驅(qū)動(dòng)時(shí)，這是錄音信號(hào)的反相輸

31、入端。信號(hào)通過(guò)耦合電容輸入，最大幅度為峰峰值16mV音頻輸出(AUDOUT) 提供音頻輸出，可驅(qū)動(dòng) 5KΩ的負(fù)載。</p><p>　　（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。</p><p>　　（6）串行輸入(MOSI)，此端為串行輸入端，主控制器應(yīng)在串行時(shí)鐘上升沿之前半個(gè)周期將數(shù)據(jù)放到本端，供ISD輸入。</p><

32、p>　?。?）串行輸出(MISO) ISD的串行輸出端。ISD未選中時(shí)，本端呈高阻態(tài)。</p><p>　?。?）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。數(shù)據(jù)在 SCLK上升沿鎖存到ISD，在下降沿移出 ISD。</p><p>　?。?）中斷(/INT)本端為漏極開(kāi)路輸出。ISD 在任何操作(包括快進(jìn))中檢測(cè)到 EOM 或 OV

33、F 時(shí)，本端變低并保持。中斷狀態(tài)在下一個(gè) SPI 周期開(kāi)始時(shí)清除。中斷狀態(tài)也可用 RINT 指令讀取。OVF 標(biāo)志----指示 ISD 的錄、放操作已到達(dá)存儲(chǔ)器的末尾。EOM 標(biāo)志----只在放音中檢測(cè)到內(nèi)部的EOM標(biāo)志時(shí)，此狀態(tài)位才置1。</p><p>　?。?0）行地址時(shí)鐘(RAC) 漏極開(kāi)路輸出。每個(gè) RAC 周期表示 ISD 存儲(chǔ)器的操作進(jìn)行了一行(ISD4004 系列中的存貯器共 2400 行)。該信

34、號(hào) 175ms 保持高電平，低電平為25ms?？爝M(jìn)模式下，RAC 的218.75μs是高電平，31.25μs 為低電平。</p><p>　?。?1）外部時(shí)鐘(XCLK) 本端內(nèi)部有下拉元件。芯片內(nèi)部的采樣時(shí)鐘在出廠(chǎng)前已調(diào)校，誤差在+1%內(nèi)。商業(yè)級(jí)芯片在整個(gè)溫度和電壓范圍內(nèi), 頻率變化在+2.25%內(nèi)。工業(yè)級(jí)芯片在整個(gè)溫度和電壓范圍內(nèi)，頻率變化在-6/+4%內(nèi)，此時(shí)建議使用穩(wěn)壓電源。若要求更高精度，可從本端輸入外

35、部時(shí)鐘(如前表所列)。由于內(nèi)部的防混淆及平滑濾波器已設(shè)定,故上述推薦的時(shí)鐘頻率不應(yīng)改變。輸入時(shí)鐘的占空比無(wú)關(guān)緊要，因內(nèi)部首先進(jìn)行了分頻。在不外接地時(shí)鐘時(shí)，此端必須接地。</p><p>　?。?2）自動(dòng)靜噪(AMCAP) 當(dāng)錄音信號(hào)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(hào)衰弱，這樣有助于養(yǎng)活無(wú)信號(hào)(靜音)時(shí)的噪聲。通常本端對(duì)地接 1uF的電容，構(gòu)成內(nèi)部信號(hào)電平峰值檢測(cè)電路的一部分。檢出的峰值電平與內(nèi)

36、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)。大信號(hào)時(shí)，自動(dòng)靜噪電路不衰減，靜音時(shí)衰減 6dB。1uF的電容也影響自動(dòng)靜噪電路對(duì)信號(hào)幅度的響應(yīng)速度。本端接 VCCA 則禁止自動(dòng)靜噪。</p><p><b>　　SPI協(xié)議</b></p><p>　　ISD4004工作于SPI串行接口。SPI協(xié)議是一個(gè)同步串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，協(xié)議假定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK

37、的下降沿動(dòng)作。對(duì)ISD4004而言，在時(shí)鐘上升沿鎖存MOSI引腳數(shù)據(jù)，而下降沿將數(shù)據(jù)送至MISO引腳，其時(shí)序圖如圖3.4所示。協(xié)議具體內(nèi)容如下：</p><p>　?。?）所有串行數(shù)據(jù)傳輸開(kāi)始于SS下降沿；（2）SS在傳輸期間必須保持為低電平，在兩條指令之間保持為高電平；（3）數(shù)據(jù)在時(shí)鐘上升沿移入，在下降沿移出；（4）SS變低，輸入指令和地址之后，ISD才會(huì)開(kāi)始錄放動(dòng)作；（5）指令格式是10位地址碼加6位

38、控制碼；（6）ISD的任何操作(含快進(jìn))如果遇到EOM或OVF則產(chǎn)生一個(gè)中斷，該中斷狀態(tài)在下一個(gè)SPI周期開(kāi)始時(shí)被清除；（7）使用讀指令會(huì)使中斷狀態(tài)為移出ISD的MISO引腳時(shí)，控制及地址數(shù)據(jù)也同步從MOSI移入；（8）所有操作在運(yùn)行位(RUN)置1時(shí)開(kāi)始，置0時(shí)結(jié)束；</p><p>　?。?）所有指令都在SS上升沿開(kāi)始執(zhí)行。</p><p>　　圖3.4 ISD4004-08 S

39、PI通信工作時(shí)序圖</p><p><b>　　軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　總體方案</b></p><p>　　該設(shè)計(jì)的軟件部分包括語(yǔ)音程序，1602液晶顯示和按鍵控制三部分程序。語(yǔ)音程序主要包括驅(qū)動(dòng)程序，1602液晶顯示部分包括顯示驅(qū)動(dòng)程序，按鍵控制部分包括菜單的選擇，可以選擇錄音模式和放音模式。&l

40、t;/p><p>　　軟件設(shè)計(jì)采用的是Keil uVision4編程。Keil C51是51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)上、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易懂。Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解，在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。因此本設(shè)計(jì)采用C51編程語(yǔ)言。</p><p><b>

41、;　　程序流程圖</b></p><p><b>　　系統(tǒng)程序流程</b></p><p>　　如圖4.1所示，系統(tǒng)的流程圖。</p><p>　　圖4.1 系統(tǒng)的流程圖</p><p>　　單片機(jī)上電后，系統(tǒng)默認(rèn)進(jìn)入錄音模式。錄音完成后，可以選擇相應(yīng)段的語(yǔ)音，按下播放按鍵就可以播放語(yǔ)音。當(dāng)按下復(fù)位選擇按鍵時(shí)

42、，系統(tǒng)就會(huì)切換成錄音模式。</p><p><b>　　子程序流程 </b></p><p>　　在錄音模式下，當(dāng)按下錄音鍵時(shí)，錄音提示燈點(diǎn)亮，松開(kāi)按鍵，錄音模式結(jié)束，提示燈熄滅。放音模式下，直接按下放音鍵，無(wú)需長(zhǎng)按。如圖4.2所示，錄放放音子程序。</p><p>　　圖4.2 錄放音子程序流程圖</p><p>&l

43、t;b>　　模塊說(shuō)明</b></p><p>　　ISD4004驅(qū)動(dòng)程序</p><p>　?。?）SPI串行發(fā)送函數(shù)</p><p>　　/********以下是SPI串行發(fā)送函數(shù)********/</p><p>　　void isd_send(uchar isdx)</p><p><b&

44、gt;　　{</b></p><p>　　uchar isx_counter;</p><p>　　SS=0; //ss=0,打開(kāi)spi通信端</p><p><b>　　SCLK=0;</b></p><p>　　for(isx_counter=0;isx_counter<8;i

45、sx_counter++)//先發(fā)低位再發(fā)高位，依次發(fā)送。</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if((isdx&0x01)==1)</p><p><b>　　MOSI=1;</b></p><p><b>　　else</b></p&g

46、t;<p><b>　　MOSI=0;</b></p><p>　　isdx=isdx>>1;//8位數(shù)據(jù)右移一位</p><p><b>　　SCLK=1;</b></p><p>　　DelayUs(2);</p><p><b>　　SCLK=0;</

47、b></p><p>　　DelayUs(2);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　}單片機(jī)通過(guò)MOSI接口，通過(guò)串行的方式來(lái)發(fā)送八位數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在是時(shí)鐘的上升沿移入，下降沿移出。在判斷數(shù)據(jù)0或1的采用相與的方式，如果相與條件符合，則MOSI輸出1,，否則輸出0。</p><p>　　（2

48、）向ISD4004語(yǔ)音芯片發(fā)送上電和掉電指令</p><p>　　/********以下是發(fā)送上電指令********/</p><p>　　void isd_powerup()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　DelayUs(10);</p><p><b>

49、;　　SS=0;</b></p><p>　　isd_send(0x20);</p><p><b>　　SS=1;</b></p><p>　　DelayMs(50);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/********以下是發(fā)送掉電

50、指令函數(shù)********/</p><p>　　void isd_stopwrdn()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　DelayUs(10);</p><p>　　isd_send(0x10);</p><p><b>　　SS=1;</b>&l

51、t;/p><p>　　DelayMs(50);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　閱讀ISD4004芯片手冊(cè)知，向語(yǔ)音芯片發(fā)送8位的指令，就能控制其上電與掉電，這應(yīng)用在錄放音的時(shí)序控制中。</p><p><b>　?。?）錄放音函數(shù)</b></p><p&

52、gt;　　/********以下是發(fā)送錄放音指令函數(shù)********/</p><p>　　void isd_play() //發(fā)送play指令</p><p><b>　　{</b></p><p>　　isd_send(0xf0);</p><p><b>　　SS=1;</b>&

53、lt;/p><p><b>　　}</b></p><p>　　void isd_setplay(uchar adl,uchar adh)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　DelayMs(1);</p><p>　　isd_send(adl); //發(fā)

54、送放音起始地址低位</p><p>　　DelayUs(2);</p><p>　　isd_send(adh); //發(fā)送放音起始地址高位</p><p>　　DelayUs(2);</p><p>　　isd_send(0xe0); //發(fā)送setplay指令字節(jié)</p><p><b>　　SS=1;&l

55、t;/b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　D4002不同的是，ISD4004內(nèi)部地址是16位的，分為高位和地位兩部分，在發(fā)送地址時(shí)，要先發(fā)送地位地址，然后再發(fā)送高位地址。</p><p>　　1602液晶底層驅(qū)動(dòng)</p><p><b>　　1）LCD判忙程序</b&g

56、t;</p><p>　　/********以下是LCD忙碌檢查函數(shù)********/</p><p>　　unsigned char ReadStatusLCD(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　LCD_Data = 0xFF;</p><p>　　LCD_

57、RS = 0;</p><p>　　LCD_RW = 1;</p><p>　　LCD_E = 0;</p><p>　　LCD_E = 0;</p><p>　　LCD_E = 1;</p><p>　　while (LCD_Data & Busy); //檢測(cè)忙信號(hào) </p><p&g

58、t;　　return(LCD_Data);</p><p><b>　　} </b></p><p>　　當(dāng)模塊在接受指令前，單片機(jī)必須先確認(rèn)模塊內(nèi)部是否處于忙綠狀態(tài)，即讀取時(shí)LCD_Data需為0，方可接受新的指令；如果在送出一個(gè)指令前不檢查L(zhǎng)CD_Data標(biāo)志位，或者延遲時(shí)間不夠長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致接收出錯(cuò)。</p><p>　　（2）寫(xiě)指令、寫(xiě)數(shù)據(jù)

59、程序</p><p>　　/********以下是寫(xiě)指令寄存器IR函數(shù)********/</p><p>　　void WriteCommandLCD(unsigned char WCLCD,BuysC) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　if (BuysC) ReadStatusLCD();

60、 //根據(jù)需要檢測(cè)忙</p><p>　　LCD_Data = WCLCD;</p><p>　　LCD_RS = 0;</p><p>　　LCD_RW = 0;</p><p>　　LCD_E = 0;</p><p>　　LCD_E = 0; //若晶振速度太高可以在這后加小的延時(shí)</p><

61、p>　　LCD_E = 1; //延時(shí)</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/********以下是寫(xiě)寄存器DR函數(shù)********/</p><p>　　void WriteDataLCD(uchar WDLCD)</p><p><b>　　{</b></p&

62、gt;<p>　　ReadStatusLCD(); //檢測(cè)忙</p><p>　　LCD_Data = WDLCD;</p><p>　　LCD_RS = 1;</p><p>　　LCD_RW = 0;</p><p>　　LCD_E = 0; //若晶振速度太高可以在這后加小的延時(shí)</p><p>

63、　　LCD_E = 0; //延時(shí)</p><p>　　LCD_E = 1;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　閱讀LCD1602芯片手冊(cè)知，通過(guò)向1602控制端LCD_RS、LCD_RW和LCD_EN寫(xiě)不同的狀態(tài)，就可以選擇此時(shí)液晶是工作在寫(xiě)指令模式下，還工作在寫(xiě)數(shù)據(jù)的模式下。</p><p>

64、;<b>　　制作與調(diào)試</b></p><p>　　硬件電路的布線(xiàn)與焊接</p><p><b>　　總體特點(diǎn)</b></p><p>　　該系統(tǒng)所涉及的各部分硬件電路，總體的特點(diǎn)是：</p><p>　?。?）大部分的電容電阻采用貼片封裝，節(jié)約板材，減小成本；</p><p&

65、gt;　　（2）為了檢錯(cuò)方便電路采用分模塊制作，即單片機(jī)控制模塊與語(yǔ)音模塊；</p><p>　?。?）在電路布局時(shí)，盡量合理安排空間，這樣可以減少跳線(xiàn)，從而美化硬件電路；</p><p>　?。?）為了減小單片機(jī)控制模塊的面積大小，以及考慮到二次利用，本系統(tǒng)中的串口采用獨(dú)立制作；</p><p>　　因此，應(yīng)合理布線(xiàn)，以降低焊接難度，降低出錯(cuò)率，同時(shí)防止干擾。&l

66、t;/p><p>　　Altium designer軟件畫(huà)PCB</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，畫(huà)PCB要注意的一些地方。首先，在原理圖轉(zhuǎn)換成PCB之后，要不要急于連線(xiàn)，要把元器件的分裝擺放好，以減少跳線(xiàn)的麻煩。其次，元器件擺放好之后，接下去就是布線(xiàn)，布線(xiàn)時(shí)盡量不用自動(dòng)布線(xiàn)，不要怕麻煩，要自己手動(dòng)布線(xiàn)。在遵循一定的規(guī)則下，手動(dòng)布線(xiàn)更加合理美觀(guān)。最后，線(xiàn)寬的設(shè)計(jì)比較重要，電源線(xiàn)和地線(xiàn)要盡量的寬

67、點(diǎn)。</p><p><b>　　焊接</b></p><p>　　焊接前應(yīng)熟悉各芯片的引腳，焊接時(shí)參照電路圖，仔細(xì)地連接引腳。按照以下原則進(jìn)行焊接：</p><p>　?。?）先焊接各芯片的電源線(xiàn)和地線(xiàn)，這樣確保各芯片有正確的工作電壓；</p><p>　?。?）同類(lèi)的芯片應(yīng)順序焊接，在一片焊接并檢查好之后，其他的同類(lèi)

68、芯片便可以參照第一片進(jìn)行焊接。這樣便可大大節(jié)省時(shí)間，也可降低出錯(cuò)率。</p><p><b>　　調(diào)試</b></p><p>　　調(diào)試是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。</p><p><b>　　硬件調(diào)試</b></p><p>　　（1）制作完電路之后，先不要馬上上電，要用萬(wàn)用表測(cè)量每

69、一塊電路，確保每一根走線(xiàn)是連通的。最后要確保電源的正負(fù)極性的是否連接在一起，這很重要，因?yàn)槎探拥目赡茉斐呻娏鬟^(guò)大，燒毀電路，需要硬件重新制版，這也是禁止發(fā)生的。</p><p>　?。?）單片機(jī)的輸出端口，如果有接限流電阻，這個(gè)端口盡量不要作為其他控制端口。這是因?yàn)殡娏髁鬟^(guò)電阻，會(huì)有一部分的電壓落在電阻上，這樣本來(lái)應(yīng)該輸出高電平，結(jié)果輸出低電平，不能很好的控制其他器件。</p><p>　

70、　（3）硬件的制作盡量分模塊來(lái)做，這樣檢查更加容易方便。在本設(shè)計(jì)中分為單片機(jī)控制模塊、語(yǔ)音模塊、濾波模塊、還有下載程序的模塊。首先，把單片機(jī)模塊和下載器模塊調(diào)通，使得下載器能夠下載程序，單片機(jī)最小系統(tǒng)可以運(yùn)行。其次，在測(cè)試語(yǔ)音模塊時(shí)候，在錄音模式下，使用示波器來(lái)檢測(cè)ISD4004語(yǔ)音的輸入端是否有語(yǔ)音波形。在放音模式下，同樣使用示波器，檢測(cè)語(yǔ)音芯片輸出端是否有語(yǔ)音波形。</p><p><b>　　軟件

71、調(diào)試</b></p><p>　　下面是一些在編寫(xiě)的軟件的過(guò)程中遇到的問(wèn)題和解決方案：</p><p>　　（1）數(shù)值轉(zhuǎn)換中的問(wèn)題</p><p>　　disp_buf1[0]=count/10+0x30; // 取十位</p><p>　　count= count %10;</p><p>　　dis

72、p_buf1[1]=count+0x30; //取個(gè)位</p><p>　　如果語(yǔ)句按照以上方式編寫(xiě)，會(huì)發(fā)現(xiàn)十位不能顯示這是因?yàn)閏ount是全局變量，單獨(dú)對(duì)count求余，就會(huì)改變count值，解決方法如下：</p><p>　　disp_buf1[0]=count/10+0x30; // 取十位</p><p>　　disp_buf1[1]=coun

73、t%10+0x30; //取個(gè)位</p><p><b>　　（2）顯示的問(wèn)題</b></p><p>　　開(kāi)始的時(shí)候，液晶顯示函數(shù)沒(méi)有放在程序的合適的位置，導(dǎo)致顯示不完全或者顯示有重疊的現(xiàn)象。解決的方案，啟用一個(gè)定時(shí)器，讓顯示的函數(shù)放在定時(shí)器的中斷里，實(shí)時(shí)地顯示，這樣就不會(huì)出現(xiàn)以上的問(wèn)題。</p><p>　?。?）錄音指令要遵循ISD4

74、004的時(shí)序</p><p>　　每次的錄放音，需要先發(fā)送錄放音指令，然后再發(fā)送地址，只有嚴(yán)格遵循時(shí)序圖，才能使ISD4004正常工作。</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)達(dá)到了任務(wù)書(shū)上的要求，實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)控制控制ISD4004的語(yǔ)音功能，而且具有模式選擇功能。系統(tǒng)的主要特點(diǎn)如下：</p>

75、<p>　　（1）單片機(jī)通過(guò)模擬SPI通信方式與ISD4004之間進(jìn)行通信；</p><p>　?。?）單片機(jī)與1602液晶屏之間采用間接控制方式，首先給出1602液晶屏的驅(qū)動(dòng)程序（寫(xiě)數(shù)據(jù)、寫(xiě)指令、讀數(shù)據(jù)），實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新等；</p><p>　?。?）系統(tǒng)中設(shè)置的三個(gè)按鍵，分別實(shí)現(xiàn)錄音、放音和復(fù)位功能，這樣增加了系統(tǒng)的靈活性，符合實(shí)際情況。</p><

76、p>　　本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了畢業(yè)設(shè)計(jì)達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)，具有錄放功能，最長(zhǎng)可以錄音16分鐘。設(shè)計(jì)中采用分段錄音的方式，可錄制24段語(yǔ)音，并在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音播放溫度和語(yǔ)音時(shí)鐘的功能。進(jìn)一步地，在日常生活中，可以應(yīng)用在家庭語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)以及語(yǔ)音醫(yī)療之中。</p><p>　　從收集相關(guān)資料，方案的確定，硬件的制作，軟件的編寫(xiě)，到最后的調(diào)試，在這個(gè)過(guò)程中遇到很多大大小小的問(wèn)題，都一一克服。</p><

77、p>　　由于時(shí)間，水平和經(jīng)驗(yàn)有限，在濾波方面和液晶顯示等方面仍有不足之處，有改進(jìn)的余地，如帶通濾波器帶寬可以做的更加準(zhǔn)確，通頻帶更加穩(wěn)定。還需要在技術(shù)水平和可靠性方面進(jìn)一步改進(jìn)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 高慧芳等.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2010.</p><p>　

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