畢業(yè)設(shè)計---基于單片機的語音存儲與回放系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　基于單片機的語音存儲與回放系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　語言在人類的發(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，怎樣能把人類的語言毫不差地記錄下來也是人們一直思的問題 。傳統(tǒng)的磁帶語音錄放系統(tǒng)因其體積大 ，使用不便，在電子信息 處理的使用中受到許多限制。本文提出的體積小巧，功耗

2、低的數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)將完全可以替代它。</p><p>　　論文首先介紹了語音存儲與回放系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能，然后通過分析比較選擇最佳設(shè)計方案，并完成整個系統(tǒng)電路的設(shè)計。本文利用單片機AT89C52控制ISD4004語音芯片來實現(xiàn)語音的錄制和播放。ISD4004語音芯片無須A/D轉(zhuǎn)換和壓縮就可以直接儲存，沒有轉(zhuǎn)換誤差。具有可多次重復(fù)錄放、存儲時間長的功能．使用時不需擴充存儲器，所需外圍電路

3、簡單。本文在簡單分析ISD4004單片語音芯片工作原理的基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)功能模塊各部分的連接及軟硬件設(shè)計，實現(xiàn)了數(shù)字化語音的存儲和回放．通過外部設(shè)備的擴展，可以提高產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。</p><p>　　關(guān)鍵詞：AT89C52單片機，ISD4004，語音錄放，LM386</p><p>　　MICROCONTROLLER BASED VOICE STORAGE AND PLAYBACK SY

4、STEM </p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Language has played a vital role in human history, which, not less than the significant of upright walking and the use of tools. However, it i

5、s a vital problem of how can human languages be recorded. Because of their bulky, inconvenient to use, traditional voice recording tape systems have many restrictions. In contrast, one digital audio storage and playback

6、system which is small in size, low power in consumption will completely replace it. To begin with, this article introduces the overal</p><p>　　KEY WORDS：AT89C52 Microcontroller, ISD4004, Voice recorders

7、, LM386</p><p><b>　　目　錄</b></p><p><b>　　前　言5</b></p><p>　　第1章 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計6</p><p>　　§1.1 系統(tǒng)設(shè)計的總體思路6</p><p>　　§1.2 系統(tǒng)的功能的

8、要求6</p><p>　　§1.3 總體方案的選定6</p><p>　　第2章 硬件電路設(shè)計8</p><p>　　§2.1 中央處理單元8</p><p>　　§2.1.1 單片機的選型8</p><p>　　§2.1.2 AT89C52功能及特點8</p

9、><p>　　§2.1.3 時鐘電路9</p><p>　　§2.1.4 復(fù)位電路9</p><p>　　§2.1.5 電源電路10</p><p>　　§2.1.6 單片機端口擴展電路10</p><p>　　§2.2 ISD4004芯片介紹及單片機外圍接口電路

10、11</p><p>　　§2.2.1 ISD4004芯片介紹11</p><p>　　§2.2.2 ISD4004引腳功能介紹12</p><p>　　§2.2.3 ISD4004 SPI口（串行外設(shè)接口）工作協(xié)議分析14</p><p>　　§2.2.4 語音輸入電路15</p>

11、<p>　　§2.2.5 語音輸出電路16</p><p>　　§2.2.6 變壓電路17</p><p>　　§2.2.7 錄音電路及放音電路17</p><p>　　第3章 軟件電路設(shè)計20</p><p>　　§3.1 SPI口設(shè)計思想20</p><p

12、>　　§3.2 上電順序20</p><p>　　§3.3 程序工作思想及程序流程圖21</p><p>　　§3.4 子程序模塊22</p><p>　　§3.4.1 錄音子程序22</p><p>　　§3.4.2 放音子程序23</p><p>　

13、　§3.4.3 停止錄音子程序24</p><p><b>　　結(jié)　論26</b></p><p><b>　　參考文獻27</b></p><p><b>　　致　謝29</b></p><p><b>　　附　錄30</b><

14、/p><p><b>　　前　言</b></p><p>　　自動控制系統(tǒng)在各個領(lǐng)域尤其是工業(yè)領(lǐng)域中有著及其廣泛的應(yīng)用，語音系統(tǒng)是控制系統(tǒng)中實用最多的控制類型之一。</p><p>　　隨著數(shù)字化信息處理、合成技術(shù)和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，各種語音合成芯片相應(yīng)產(chǎn)生，但對它的控制大都采用PC機或微控制器的方法。這些方法既需要硬件的支持，又需要軟件的指令

15、控制。本文采用了ISD公司的新產(chǎn)品ISD4004語音芯片，與普通的錄音/放芯片相比，ISD4004具有如下特點：首先是記錄聲音沒有長度的限制，并且聲音記錄不需要A/D轉(zhuǎn)換和壓縮。其次，快速閃存作為存儲介質(zhì)，無需電源可保存長達100年，重復(fù)記錄10萬次以上。此外，ISD4004具有記錄時間長(可達16分鐘，本文采用的為8分鐘的ISD4004語音芯片)的優(yōu)點。最后，ISD4004開發(fā)應(yīng)用具有外圍電路簡單的優(yōu)點。通過單片機AT89C52對其控

16、制，達到語音的錄入和放出．單片機AT89C52主要完成對ISD4004語音芯片的控制作用。本文通過在語音芯片的前端加一個前置放大電路來完成聲音信號的輸入，通過在輸出端加一個LM386的功率放大器來增強聲音輸出信號．ISD4004語音芯片是由美國ISD公司推出不久的新產(chǎn)品．</p><p>　　本設(shè)計可以有效的提高控制系統(tǒng)的實時性和控制精度，大大改善了語音采集的自動化程度，并詳細講述了系統(tǒng)設(shè)計方案，并給出了相關(guān)程序

17、流程。本設(shè)計應(yīng)用性比較強，可以應(yīng)用在語音監(jiān)控、電話遠程播放、安防報警等。</p><p>　　本課題是研究基于單片機話音錄放控制系統(tǒng)的設(shè)計，在說明書中，為了更詳細的介紹設(shè)計的過程，把文章共分了三章。主要內(nèi)容如下：</p><p>　　第一章主要說論述了系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，詳細的分析了設(shè)計的思路，實現(xiàn)的功能，以及總體的方塊圖。</p><p>　　第二章是硬件設(shè)計的內(nèi)

18、容，著重分析了各個模塊的設(shè)計、芯片的選型、參量的分析等，是整個設(shè)計的骨架。</p><p>　　第三章是軟件的設(shè)計，分別介紹了主程序、錄音子程序、放音子程序、停止子程序以及顯示子程序的設(shè)計，是實現(xiàn)功能的靈魂。</p><p><b>　　系統(tǒng)的總體方案設(shè)計</b></p><p><b>　　系統(tǒng)設(shè)計的總體思路</b>&l

19、t;/p><p>　　在設(shè)計一個系統(tǒng)時，首先要進行系統(tǒng)的總體方案設(shè)計，在設(shè)計中一般應(yīng)考慮以下幾點：</p><p>　　遵循從整體到局部的設(shè)計原則。在本論文中，首先闡述清楚設(shè)計的總思路，從單片機控制入手，分別完成電路圖、程序設(shè)計。</p><p>　　經(jīng)濟性要求。設(shè)計中采用ISD4004作為語音芯片，首先降低了設(shè)計的復(fù)雜性。記錄聲音沒有長度的限制，并且聲音記錄不需要A/

20、D轉(zhuǎn)換和壓縮。其次，快速閃存作為存儲介質(zhì)，無需電源可保存長達100年。</p><p>　　可靠性要求主要考慮的方面是語音的清晰度，在音頻處理部份用了LM386它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。 </p><p>　　操作和維護要求：本系統(tǒng)控制電路和語音錄放電路分離，接線端口全部擴展出來，方便拆接。功能實現(xiàn)主要是用按鍵實現(xiàn)

21、錄、放、停止，方便操作。</p><p><b>　　系統(tǒng)的功能的要求</b></p><p>　　利用單片機和數(shù)字語音電路進行分段錄放控制。實現(xiàn)錄音和放音的功能</p><p>　　能顯示語音信號的相關(guān)信息，控制按鍵識別和功能選擇。</p><p>　　實現(xiàn)語音的存儲和回放。</p><p>&

22、lt;b>　　總體方案的選定</b></p><p>　　本設(shè)計基本出發(fā)點就是利用現(xiàn)有工藝條件，采用微型計算機處理技術(shù)，提高芯片工作效率，拓展其功能，滿足多方面的需求。因此總體設(shè)計方案圍繞優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計這個原則，盡量減少硬件電路的復(fù)雜程度，發(fā)揮單片機處理功能強大的優(yōu)勢，提高系統(tǒng)工作的可靠性。系統(tǒng)主要包括單片機控制模塊，ISD4004模塊，放大電路模塊，音頻功放模塊，錄放鍵盤模塊和看門狗復(fù)位電路模塊

23、等六大部分。</p><p>　　單片機控制模塊把其它幾個模塊聯(lián)系在一起，ISD4004芯片電路模塊實現(xiàn)語音錄放，通過放大電路、音頻功放再現(xiàn)語音及錄入新的語音。錄放鍵盤留給用使用，方便的控制，LED顯示當前系統(tǒng)的工作狀態(tài)。該系統(tǒng)的總體設(shè)計方案如圖1-1 所示。</p><p>　　圖1-1 總體設(shè)計方案</p><p><b>　　硬件電路設(shè)計</b

24、></p><p><b>　　中央處理單元</b></p><p><b>　　單片機的選型</b></p><p>　　單片機以AT89C52單片機采用INTEL內(nèi)核[1]，結(jié)合ATMEL公司閃存技術(shù)制造，性能穩(wěn)定可靠，在程序不太復(fù)雜的情況下，無需擴展外部存儲器，因此，對于追求可靠性、追求體積輕巧靈便的裝置而言顯

25、得尤為重要。特別對于語音這樣集成度比較高的設(shè)計更為需要。</p><p>　　AT89C52功能及特點</p><p>　　AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）[2]，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8

26、位中央處理器和Flash存儲單元，AT89C52單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。圖2-1為AT89C52單片機的基本組成功能方塊圖[4]。</p><p>　　圖2-1 AT89C52功能框圖</p><p><b>　　時鐘電路</b></p><p>　　系統(tǒng)時鐘是一切微處理器、微控制器內(nèi)部電路工作的基礎(chǔ)。時鐘電路一般由晶體震蕩器、晶震

27、控制芯片和電容組成。時鐘電路應(yīng)用十分廣泛，如電腦的時鐘電路、電子表的時鐘電路以及MP3MP4的時鐘電路。它主要工作是產(chǎn)生象時鐘一樣準確的振蕩電路[5]。任何工作都按時間順序。用于產(chǎn)生這個時間的電路就是時鐘電路,如圖2-2。</p><p>　　圖2-2 AT89C52的時鐘電路</p><p><b>　　復(fù)位電路</b></p><p>　　

28、為確保微機系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。一般微機電路正常工作需要供電電源為5V±5%，即4.75～5.25V[6]。由于微機電路是時序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時鐘信號，因此在電源上電時，只有當VCC超過4.75V低于5.25V以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時，復(fù)位信號才被撤除，微機電路開始正常工作。 圖2-3是該系統(tǒng)的復(fù)位電路原理圖，如圖2-3。 </p><p&g

29、t;　　圖2-3 復(fù)位電路及電源指示燈原理圖</p><p><b>　　電源電路</b></p><p>　　系統(tǒng)電源設(shè)計也是系統(tǒng)好壞的一個重要環(huán)節(jié)，由于本系統(tǒng)的芯片大都采用5V USB電源供電，為了得到穩(wěn)定的直流電壓信號，本著經(jīng)濟、耐用考慮，本系統(tǒng)供電時采用經(jīng)三端穩(wěn)壓器件W7805輸出+5V電壓，電容用來減小輸出脈動電壓，如圖2-4所示[7]。</p>

30、;<p>　　圖2-4 電源電路原理圖</p><p><b>　　單片機端口擴展電路</b></p><p>　　此部分電路由四排8針的單列直插排針組成，主要用于單片機的端口復(fù)用，使用時只需借助杜邦線跳線即可，既方便又靈活，如圖2-5[8]。</p><p>　　圖2-5 單片機端口擴展原理圖</p><p&

31、gt;　　ISD4004芯片介紹及單片機外圍接口電路</p><p>　　ISD4004芯片介紹</p><p>　　ISD公司多電位直接模擬量存儲的專利技術(shù)成功地將模擬語音數(shù)據(jù)直接寫入芯片內(nèi)存儲單元中，不需要經(jīng)過A/D或D/A轉(zhuǎn)換即可真實地、自然地再現(xiàn)語音信號。ISD4004語音芯片采用C140S技術(shù)，內(nèi)含晶體振蕩器、防混疊濾波器、平滑濾波器、自動靜噪音頻功率放大器及高密度多電平閃爍存儲

32、陣列等。因此只需要很少的外圍器件就可構(gòu)成一個完整的聲音錄放系統(tǒng)。芯片設(shè)計是基于所有操作由微擰制器控制，操作命令通過串行通信接口SPI送入。采樣頻率可為4.0HZ、5.31HZ、6.4HZ、8.0HZ，頻率越低，錄放的時間越長，而音質(zhì)則有所下降。片內(nèi)信息存于內(nèi)閃爍存儲器中，可在斷電情況下保存100年，反復(fù)錄音10萬次。器件工作電壓3V，工作電流25-39mA，單片錄放語音時間8-16min[9]。</p><p>

33、　　ISD4004的特性：</p><p>　　單片8至16分鐘語音錄放</p><p><b>　　內(nèi)置微控制器</b></p><p><b>　　3V單電源工作</b></p><p><b>　　多段信息處理</b></p><p>　　工作電流

34、25—30mA，維持電流l</p><p>　　不耗電信息保持100年(典型值)</p><p>　　高質(zhì)量、自然的語音還原技術(shù)</p><p>　　10萬次錄音周期(典型值)</p><p><b>　　自動靜噪功能</b></p><p>　　片內(nèi)免調(diào)整時鐘，可選用外部時鐘</p>

35、<p>　　從圖2-6中可知，它主要有6大部分組成：</p><p>　　信號輸入部分——音頻信號放大器和五極點抗混疊濾波器；</p><p>　　信號輸出部分——五極點平滑濾波器和自動靜噪處理；</p><p>　　存儲部——非易失性多電平模擬存儲陣列；</p><p>　　采樣時鐘部分一內(nèi)部時鐘振蕩 器和調(diào)節(jié)器；</p

36、><p>　　SPI——錄、放、快進等操作的SPI接口；</p><p><b>　　電源接口部分。</b></p><p>　　圖2-6 ISD4004原理圖</p><p>　　ISD4004引腳功能介紹</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

37、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。</p><p>　　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。</p><p>　　同相模擬輸入(ANAIN+)：這是錄音信號的同相輸入端。輸入放大器可用單端或差分驅(qū)動。單端輸入時,信號由耦合電容輸入,最大幅度為峰峰值32mV,耦合電容和

38、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)動時,信號最大幅度為峰峰值16mV，為ISD33000系列相同。</p><p>　　反相模擬輸入(AN AIN-)：差分驅(qū)動時,這是錄音信號的反相輸入端。信號通過耦合電容輸入,最大幅度為峰峰值16mV[10]。</p><p>　　音頻輸出(AUD OUT)：提供音頻輸出,可驅(qū)動5KΩ的負載。</p><p&

39、gt;　　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>　　串行輸入(MOSI)：此端為串行輸入端，主控制器應(yīng)在串行時鐘上升沿之前半個周期將數(shù)據(jù)放到本端,供ISD輸入。</p><p>　　串行輸出(MISO)：ISD的串行輸出端。ISD 未選中時,本端呈高阻態(tài)。</p><p>　　串行時鐘(SCLK)：ISD

40、的時鐘輸入端,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)：本端為漏極開路輸出。ISD在任何操作(包括快進)中檢測到EOM 或OVF時,本端變低并保持。中斷狀態(tài)在下一個SPI周期開始時清除。中斷狀態(tài)也可用RINT指令讀取。OVF標志——指示ISD的錄、放操作已到達存儲器的未尾。EOM標志——只在放音中檢測到內(nèi)部的

41、EOM標志時,此狀態(tài)位才置1。</p><p>　　行地址時鐘(RAC)：漏極開路輸出。每個RAC周期表示ISD存儲器的操作進行了一行(ISD4004系列中的存貯器共2400行)。該信號175ms保持高電平,低電平為25ms。快進模式下,RAC的218.75μs是高電平,31.25μs為低電平。該端可用于存儲管理技術(shù)[11]。</p><p>　　外部時鐘(XCLK)：本端內(nèi)部有下拉元件。

42、芯片內(nèi)部的采樣時鐘在出廠前已調(diào)校,誤差在 +1%內(nèi)。商業(yè)級芯片在整個溫度和電壓范圍內(nèi), 頻率變化在+2.25%內(nèi)。工業(yè)級芯片在整個溫度和電壓范圍內(nèi),頻率變化在-6/+4%內(nèi),此時建議使用穩(wěn)壓電源。若要求更高精度,可從本端輸入外部時鐘(如前表所列)。由于內(nèi)部的防混淆及平滑濾波器已設(shè)定,故上述推薦的時鐘頻率不應(yīng)改變。輸入時鐘的占空比無關(guān)緊要,因內(nèi)部首先進行了分頻。在不外接地時鐘時,此端必須接地。</p><p>　　

43、自動靜噪(AMCAP)：當錄音信號電平下降到內(nèi)部設(shè)定的某一閾值以下時,自動靜噪功能使信號衰弱,這樣有助于養(yǎng)活無信號(靜音)時的噪聲。通常本端對地接1mF的電容,構(gòu)成內(nèi)部信號電平峰值檢測電路的一部分。檢出的峰值電平與內(nèi)部設(shè)定的閾值作比較,決定自動靜噪功能的翻轉(zhuǎn)點。大信號時,自動靜噪電路不衰減,靜音時衰減6dB。1mF 的電容也影響自動靜噪電路對信號幅度的響應(yīng)速度。本端接VCCA 則禁止自動靜噪。</p><p>　

44、　圖2-7 ISD4004引腳圖</p><p>　　ISD4004 SPI口（串行外設(shè)接口）工作協(xié)議分析</p><p>　　ISD4004工作于SPI串行接口。SPI協(xié)議是一個同步串行數(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的下降沿動作,因此對ISD4004而言,在時鐘止升沿鎖存MOSI引腳的數(shù)據(jù),在下降沿將數(shù)據(jù)送至MISO引腳。協(xié)議的具體內(nèi)容為[12]：　&l

45、t;/p><p>　　所有串行數(shù)據(jù)傳輸開始于SS 下降沿?！?lt;/p><p>　　SS 在傳輸期間必須保持為低電平,在兩條指令之間則保持為高電平?！?lt;/p><p>　　數(shù)據(jù)在時鐘上升沿移入,在下降沿移出?！?lt;/p><p>　　SS 變低,輸入指令和地址后,ISD 才能開始錄放操作。　</p><p>　　指令格式是(8

46、 位控制碼)加(16 位地址碼)?！?lt;/p><p>　　ISD 的任何操作(含快進)如果遇到EOM 或OVF,則產(chǎn)生一個中斷,該中斷狀態(tài)在下一個SPI周期開始時被清除?！?lt;/p><p>　　使用"讀"指令使中斷狀態(tài)位移出ISD的MISO引腳時,控制及地址數(shù)據(jù)也應(yīng)同步從MOSI端移入。因此要注意移入的數(shù)據(jù)是否與器件當前進行的操作兼容。當然,也允許在一個SPI周期里,同

47、時執(zhí)行讀狀態(tài)和開始新的操作(即新移入的數(shù)據(jù)與器件當前的操作可以不兼容)。</p><p>　　所有操作在運行位(RUN)置1時開始,置0時結(jié)束?！?lt;/p><p>　　所有指令都在SS端上升沿開始執(zhí)行。 </p><p>　　表2-1 ISD4004功能控制表</p><p><b>　　×</b></p

48、><p><b>　　語音輸入電路</b></p><p>　　ISD4004的輸入端接的是一個模擬輸入信號，通過一個駐極話筒的連接，從而達到錄制聲音的目的[13]，電路圖如圖2-8。</p><p>　　圖2-8 語音輸入電路原理圖</p><p>　　駐極體電容話筒(簡稱E伽)，是一種寬頻高靈敏的話音傳感器，體積小，價

49、格低。駐極體話筒由聲電轉(zhuǎn)換和阻抗變換兩部分組成。聲電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件是駐極體振動膜。它是一片極薄的塑料膜，當遇到聲波振動時，引起電容兩端的電場發(fā)生變化，從而產(chǎn)生了隨聲波變化而變化的交變電壓。使用雙話筒語音輸入可以抵消背景噪聲，兩話筒同用隔音材料填充，錄音時只將裝有EMC的任一面朝向人錄音即可。該話筒靈敏度典型值為(-66)-56dB或5--15Mv/Pa，頻率響應(yīng)典型值為59HZ-21HZ，輸出阻抗典型值小于2K，工作電壓為1.5v-12

50、v。</p><p><b>　　語音輸出電路</b></p><p>　　LW386是一種集成音頻功放，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。盡管LM386的應(yīng)用非常簡單，但稍不注意，特別是器件上電、斷電瞬間，甚至工作穩(wěn)定后，一些操作(如插拔音頻插頭、旋音量調(diào)節(jié)鈕)都會帶來的瞬態(tài)沖擊，在輸出喇叭上會產(chǎn)生噪聲。ISD4004的

51、輸出端接一個LM386的功率放大器增強聲音輸出信號[14]。</p><p>　　圖2-9 語音輸出功率放大原理圖</p><p><b>　　變壓電路</b></p><p>　　由于ISD4004的工作電壓為3伏，而單片機所需要供電電壓為5伏，因此需要采用變壓電路得到3伏的電壓供ISD4004使用，如圖2-10。</p>&l

52、t;p>　　AMS1117是一個低漏失電壓調(diào)整器，它的穩(wěn)壓調(diào)整管是一個PNP驅(qū)動的NPN管組成，漏失電壓：VDROP=VBE+VSAT。為確保穩(wěn)定性，輸出要連接一個至少22uf鉭電容，通常線性調(diào)整器穩(wěn)定性隨著輸出電流增加而降低。</p><p>　　圖2-10 變壓電壓原理圖</p><p><b>　　錄音電路及放音電路</b></p><

53、p><b>　　錄音工作原理：</b></p><p>　　ISD器件采用錄音時間為8分鐘的ISD4004—8器件，以單片機AT89c52為微控制器，外接語音段錄放控制鍵盤和LED顯示器，外部存儲器24C02用于保存各語音段首地址及總語音段數(shù)，為了改善語音量，要提高輸入端信噪比，因此在ISD語音輸入端采用放大電路單端輸入[15]。</p><p>　　AT89C

54、52是主控制器，當功能鍵處于高電平時．啟動錄音/放音按鍵通過話筒將語音存儲在ISD4004語音芯片中，地址存儲在24C02中，如圖2-11。</p><p>　　圖2-11 錄音電路原理圖</p><p><b>　　放音電路工作原理：</b></p><p>　　圖2-12 放音電路原理圖</p><p>　　本文的

55、控制部分主要由單片機89C52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，放音部分主要由ISD4004構(gòu)成。</p><p>　　AT89C52和ISD4004之間的連接較少，單片機的P1.0-P1.3的引腳接按鍵，控制工作過程中的放音與否和放音的內(nèi)容。P1.6接ISD4004的片選引腳/ss，以便與AT89C52進行SPI通信時控制選通ISD4004芯片。P1.7接ISD4004的串行輸入引腳MO

56、SI，從該引腳給出錄音和放音的起始地址。P3.2接ISD4004的串行時鐘引腳SCLK。P3.3接ISD4004的中斷信號/INT，做放音結(jié)束的觸發(fā)信號。對于ISD4004芯片所需要的連接還有音頻信號輸出引腳AUDOUT，該引腳通過一個濾波電容與揚聲器連接。AMCAP為自動靜音端，使用時通過一個電容接地。</p><p><b>　　軟件電路設(shè)計</b></p><p&g

57、t;<b>　　SPI口設(shè)計思想</b></p><p>　　外圍模擬元件正常連接后，對芯片內(nèi)部信息進行分段管理的操作。從上面的分析可知，只要給語音芯片的MOSI弓[腳輸入8位控制命令就可使ISD芯片從當前地址執(zhí)行相應(yīng)的錄放操作；同樣使用8位的讀指令，就能在串行輸出MlSO引腳獲得VOF和EOM信息。在時鐘輸入SCLK引腳端輸入8個串行時鐘就能保證5位指令的輸入和芯片內(nèi)部8位信息的輸出。但是

58、，MOSI、MISO、SCLK、Ss的各引腳，必須滿足sP的時序關(guān)系[15]。</p><p>　　由前面的分析和硬件原理圖可看到，在整個系統(tǒng)中，要多次實現(xiàn)語音的錄音、放音功能，這些功能的實現(xiàn)是靠單片機89C52與ISD4004之問的通訊來完成的。其軟件部分主要涉及啟動錄音和停止錄音、啟動放音和停止放音、檢測EOM和OV F信號的外部中斷0等子程序模塊。主程序主要完成初始化、LED顯示語音段數(shù)、掃描鍵盤識別按鍵功

59、能，選擇不同按鍵調(diào)用相應(yīng)子程序可完成重新錄音、循環(huán)順序放音、隨機組合放音、放音暫停等功能。錄音時啟動單片機內(nèi)部定時器并清0內(nèi)部計數(shù)器，由ISD4004地址時鐘信號RAC觸發(fā)定時器計數(shù)，停止錄音時讀計數(shù)器結(jié)果即為語音段長度，從而可以記錄各語音段首、尾地址。定時器工作在方式0計數(shù)狀態(tài)，不需產(chǎn)生中斷。錄音過程中若產(chǎn)生OVF中斷，則停止錄音，另外此信號還可用于級聯(lián)。放音過程中遇到EOM標志，ISD4004產(chǎn)生中斷，再有單片機發(fā)送STOP命令停止

60、放音作。</p><p><b>　　上電順序</b></p><p>　　器件延時(81dtz采樣時，約為25毫秒)后TPUD才能開始操作。因此，用戶發(fā)完上電指令后，必須等待。TPUD才能發(fā)出一條操作指令。</p><p>　　一、從00從處發(fā)音，應(yīng)遵循如下時序。</p><p>　　發(fā)POWERUP命令。</p

61、><p>　　等待TPUD(上電延時)。</p><p>　　發(fā)地址值為00的SETPLAY命令。</p><p>　　發(fā)PLAY命令。器件會從此00地址開始放音，當出現(xiàn)EOM時，立即中斷，停止放音。</p><p>　　二、從00處錄音，則按以下時序。</p><p>　　發(fā)POWER lIP命令。</p>

62、<p>　　等待TPUD(上電延時)。</p><p>　　發(fā)POWER UP命令。</p><p><b>　　等待2倍TPUD。</b></p><p>　　發(fā)地址值為00的SETRPC命令。</p><p>　　發(fā)REC命令。器件便從00地址開始錄音，一直到出現(xiàn)OVF(存貯器末尾)時。錄音停止。<

63、/p><p>　　程序工作思想及程序流程圖</p><p>　　電路上電后，程序首先完成程序的初始化，隨后查詢按鍵狀態(tài)，進入系統(tǒng)待機狀態(tài)．如果有按鍵按下，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行按鍵指向的工作程序。按鍵包括放音鍵，程序?qū)⑹紫扰袛嗍侨ミ€是回，并點亮相應(yīng)的指示燈。自動讀出第一段的放音內(nèi)容．如果不是首次按下，程序則首先判斷當前位置，并以該位置為依據(jù)獲得存放該站放音內(nèi)容的首地址。調(diào)用放音子程序，讀入前面獲得的本次放

64、音內(nèi)容首地址，開始放音。每一句放音完畢后，ISD400的中斷引腳會自動送一次中斷，在中斷子程序中會有一個計數(shù)器記錄中斷次數(shù)，從而判斷何時一段錄音結(jié)束，地址加一并刷新顯示．加一鍵按下后則使程序放音內(nèi)容轉(zhuǎn)向下一站，減一鍵則使程序放音內(nèi)容轉(zhuǎn)向上錄音內(nèi)容。流程圖如圖3-1所示。</p><p><b>　　子程序模塊</b></p><p><b>　　錄音子程序&

65、lt;/b></p><p>　　程序流程如圖3-1 3-2，上電然后按鍵查詢?nèi)缓筮M入錄音模塊運行。void rec(unsigned int addrs){</p><p>　　cmdSend(0x0000,0x20);//發(fā)POWER UP命令;delay100ms();//等待TPUD(上電延時);cmdSend(0x0000,0x20);//發(fā)POWE

66、R UP命令cmdSend(addrs,0xa0);//發(fā)地址值為00的SETREC命令;cmdSend(0x0000,0xb0);//發(fā)REC命令。}</p><p>　　圖3-1 程序流程原理圖</p><p>　　圖3-2 錄音子程序流程原理圖</p><p><b>　　放音子程序</b></p><

67、p>　　放音部份原理如圖3-3。void play(unsigned int addrs){cmdSend(0x0000,0x20);//Power updelay100ms();//上電延時cmdSend(addrs,0xe0);//發(fā)地址值為addr的Setplay命令cmdSend(0x0000,0xf0);//發(fā)Play命令}</p><p>　　圖3-3 放音

68、程序原理圖</p><p><b>　　停止錄音子程序</b></p><p>　　void stop(void){cmdSend(0x0000,0x30);}</p><p>　　void delay(uchar k){unsigned char a,b;for(a = k;a>0;a--)for(b = 1;b;

69、b++);}</p><p>　　ISD發(fā)送SETPLA指令(1AB置0時)進行錄放操作從當前地址A15-A0開始，為了能連貫地錄放到后續(xù)的存儲空間，在操作到達該行末之前。應(yīng)發(fā)出第二個SPI指令(PLA REc指令)將lAB置I．否則器件在同一地址上反復(fù)循環(huán)，ISD語音段尾的E伽標志不是在檢測到語音結(jié)束時自動產(chǎn)生的，是在單片機發(fā)送STOP命令停止錄音后，在語音段尾產(chǎn)生的：同時ISD器件在放音時遇到E伽標志也不會

70、自動停止播放，必須檢測到中斷后在中斷服務(wù)子程序中用軟件停止播放。</p><p>　　ISD器件的音頻信號輸出功率很小，需要加音頻功放如LM386或TD,娩003驅(qū)動揚聲器：同時ISD輸出的信號直流分量若直接加在LM386上，會使它處于飽和狀態(tài)，無聲音輸出，需要通過耦合電容割斷直流。</p><p><b>　　結(jié)　論</b></p><p>

71、　　本設(shè)計通過單片機AT89C52作為控制器，并在硬件平臺上實現(xiàn)了所設(shè)計的功能。</p><p>　　在傳統(tǒng)的語音錄敖過程中，語音信號要經(jīng)過設(shè)備豹接受后再轉(zhuǎn)化為模擬電信號，遙過前置放大器把語音信號放大，通過帶通濾波之后。去掉多余的干擾，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，控制器對其進行處理和存儲。之后再由D/A轉(zhuǎn)換為模擬信號，達到放音的目的。使用這種方法既復(fù)雜又容易使聲音失真。所以，本文介紹了一種單片語音處理芯片ISD4

72、004。通過對ISD4004語音芯片的簡單介紹，熟悉了ISD4004的基本應(yīng)用。通過對基于單片機控制系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)了語音的錄入和播放。并闡述了系統(tǒng)工作各部件的性能特性，基于微處理系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)了錄音和放音。此系統(tǒng)設(shè)計靈活，成本低，語音器件抗干擾性強，應(yīng)用效果良好。</p><p>　　本課題的重點、難點是：</p><p>　　初步接觸語音芯片，對它的使用過程中各個繼存器的操作不是很熟悉；

73、</p><p>　　在放音電路的，語音擴大，抗干擾分析過程要熟悉；</p><p>　　考究調(diào)整電路的實現(xiàn)，程序的穩(wěn)定性。</p><p>　　通過此次設(shè)計掌握了一些常用的基本理論知識，更深入的掌握單片機的開發(fā)應(yīng)用和PC編程控制。為以后從事單片機軟硬件產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)、PC軟件開發(fā)打下了良好的基礎(chǔ)，樹立獨立從事產(chǎn)品研發(fā)的信心，并在這種能力上得到了比較充分的鍛煉。&l

74、t;/p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　王福瑞. 單片微機測控技術(shù)大全[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999：94-108</p><p>　　侯自林. 過程控制與自動化儀表[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2000：207-232 </p><p>　　王振紅，李洋，郝承祥. ISD40

75、04語音芯片的工作原理及其在智能控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[期刊論文]-電子器件，2002(01)</p><p>　　羅忠，冉全. 串行EEPROM24CXX在單片機系統(tǒng)中的應(yīng)用技術(shù)[期刊論文]-培訓(xùn)與研究-湖北教育學(xué)院學(xué)報，1999(05)</p><p>　　寧敏東，李天超. LM317用于集成穩(wěn)壓電源的設(shè)計方法，1995(05) </p><p>　　張俊謨. 單片機

76、中級教程. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社, 2002</p><p>　　王福瑞. 單片微機測控系統(tǒng)設(shè)計大全. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1998 </p><p>　　張偉等. Protel 99SE實用教程. 人民郵電出版社，2008 </p><p>　　謝自美. 電子電路、實驗及測試. 華中理工大學(xué)出版社，2000</p><p&g

77、t;　　[10]黃智偉. 基于NI Multisim的電子電路計算機仿真與分析. 北京：電子工業(yè)出版社，2004</p><p>　　[11]張立科. 單片機典型外圍器件及應(yīng)用舉例. 北京：人民郵電出版社，2006</p><p>　　[12]周興華. 手把手教你學(xué)單片機. 北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2005</p><p>　　[13]李晶皎. 嵌入式語音技術(shù)

78、及凌陽16位單片機應(yīng)用. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003</p><p>　　[14]黃濤，胡賓. 基于SPCE061A單片機的非特定人語音識別設(shè)計[J]. 微計算機信息，2006</p><p>　　[15]王和順，黃惟公，鄧成中. 基于 SPCE061A 的語音識別系統(tǒng)的研究[J]. 計算機工程與設(shè)計，2004</p><p>　　[16]L Will

79、iams, Embedded Internet Design, McGraw hill. July 2002:254-262</p><p>　　[17]Dreamtech Software Team, Programming for Embedded Systems-Cracking the Code, Hungry Minds, April 2002:145-147</p><p>　

80、　[18]畢滿清. 電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計. 北京：機械工業(yè)出版社，1995</p><p>　　[19]彭介華. 電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo). 北京：高等教育出版社，1997</p><p>　　[20]邊春遠. MCS-51單片機應(yīng)用開發(fā)使用子程序. 北京：人民郵電出版社，2005.9</p><p><b>　　致　謝</b></p>

81、;<p>　　非常感謝xx老師在我大學(xué)的最后學(xué)習(xí)階段——畢業(yè)設(shè)計階段給自己的指導(dǎo)，從最初的定題，到資料收集，到寫作、修改，到論文定稿，她給了我耐心的指導(dǎo)和無私的幫助。為了指導(dǎo)我們的畢業(yè)論文，她放棄了自己的休息時間，她的這種無私奉獻的敬業(yè)精神令人欽佩，在此我向她表示我誠摯的謝意。同時，感謝所有任課老師和所有同學(xué)在這四年來給自己的指導(dǎo)和幫助，是他們教會了我專業(yè)知識，教會了我如何學(xué)習(xí)，教會了我如何做人。正是由于他們，我才能在各方

82、面取得顯著的進步，在此向他們表示我由衷的謝意，并祝所有的老師培養(yǎng)出越來越多的優(yōu)秀人才，桃李滿天下！</p><p><b>　　附　錄 </b></p><p><b>　　設(shè)計總電路圖</b></p><p><b>　　源程序</b></p><p>　　#include&

83、lt;iom16v.h>#include<macros.h>#define uchar unsigned char#define DDR_SPI DDRB#define DD_MOSI 5#define DD_SCK 7#define DD_SS 4</p><p>　　//延時100ms子程序void delay100ms(){unsigned char i,j;fo

84、r(j = 0;j<316;j++)for(i = 0;i<316;i++);//1MHz的晶振}</p><p>　　//初始化SPIvoid SPI_MasterInit(){DDR_SPI = (1<<DD_MOSI)|(1<<DD_SCK)|(1<<DD_SS); //設(shè)置MOSI,SCK,SS為OUTP

85、UT,其它為INPUTSPCR = (1<<SPE)|(1<<MSTR)|(1<<SPR0)|BIT(SPR1)|BIT(DORD); //SPI使能,主機方式,設(shè)置SCK為fosc/128,上升沿,LSB First}</p><p>　　//數(shù)據(jù)傳送函數(shù)void SpiTransmit(unsigned char data){SPDR

86、 = (unsigned char)data;while(!(SPSR&(1<<SPIF)));//Wait for transmission finish}</p><p>　　//cmdSendvoid cmdSend(unsigned int Addr,unsigned char cmd){PORTB = PORTB&(~(1<<DD_SS));//變低

87、SSNOP();//為保證那個500nsSpiTransmit(Addr); //傳地址低位SpiTransmit(Addr>>8); //傳地址高字節(jié)SpiTransmit(cmd); //傳命令PORTB = PORTB|(1<<DD_SS); //變高SSNOP();//為保證那個500ns }</p><p&g

88、t;　　//放音函數(shù)void play(unsigned int addrs){cmdSend(0x0000,0x20);//Power updelay100ms();//上電延時cmdSend(addrs,0xe0); //發(fā)地址值為addr的Setplay命令cmdSend(0x0000,0xf0);//發(fā)Play命令}</p><p>　　//錄音函數(shù)void rec

89、(unsigned int addrs){cmdSend(0x0000,0x20);//發(fā)POWER UP命令;delay100ms();//等待TPUD(上電延時);cmdSend(0x0000,0x20);//發(fā)POWER UP命令cmdSend(addrs,0xa0);//發(fā)地址值為00的SETREC命令;cmdSend(0x0000,0xb0);//發(fā)REC命令。}</p>

90、<p>　　//停止當前操作函數(shù)void stop(void){cmdSend(0x0000,0x30);}void delay(uchar k){unsigned char a,b;for(a = k;a>0;a--)for(b = 1;b;b++);}void main(){</p><p>　　unsigned int j = 0;DDRA = 0x

91、ff;PORTB = PORTB|(1<<DD_SS);//變高SS// PORTB &= ~BIT(DD_MOSI);//這個沒用的?控制不了---在SPI下?SPI_MasterInit();delay(255);rec(0);PORTA = 0xff;//開始錄音,燈亮for(;j<100;j++){delay(255);}stop();de

92、lay(255);PORTA = 0x00;//停止錄音,燈滅play(0); }</p><p><b>　　英文翻譯</b></p><p>　　Improved speech recognition method</p

93、><p>　　for intelligent robot</p><p>　　Overview of speech recognition</p><p>　　Speech recognition has received more and more attention recently due to the important theoretical meaning

94、and practical value [5 ]. Up to now, most speech recognition is based on conventional linear system theory, such as Hidden Markov Model (HMM) and Dynamic Time Warping(DTW) . With the deep study of speech recognition, it

95、is found that speech signal is a complex nonlinear process. If the study of speech recognition wants to break through, nonlinear</p><p>　　-system theory method must be introduced to it. Recently, with the de

96、velopmentof nonlinea-system theories such as artificial neural networks(ANN) , chaos and fractal, it is possible to apply these theories to speech recognition. Therefore, the study of this paper is based on ANN and chaos

97、 and fractal theories are introduced to process speech recognition.</p><p>　　Speech recognition is divided into two ways that are speaker dependent and speaker independent. Speaker dependent refers to the pr

98、onunciation model trained by a single person, the identification rate of the training person?sorders is high, while others’orders is in low identification rate or can’t be recognized. Speaker independent refers to the pr

99、onunciation model trained by persons of different age, sex and region, it can identify a group of persons’orders. Generally, speaker independent syste</p><p>　　Speech recognition can be viewed as a pattern r

100、ecognition task, which includes training and recognition.Generally, speech signal can be viewed as a time sequence and characterized by the powerful hidden Markov model (HMM). Through the feature extraction, the speech s

101、ignal is transferred into feature vectors and act asobservations. In the training procedure, these observationswill feed to estimate the model parameters of HMM. These parameters include probability density function for

102、the observati</p><p>　　Fig. 1　Block diagram of speech recognition system</p><p>　　Theory andmethod</p><p>　　Extraction of speaker independent features from the speech signal is the

103、fundamental problem of speaker recognition system. The standard methodology for solving this problem uses Linear Predictive Cepstral Coefficients (LPCC) and Mel-Frequency Cepstral Co-efficient (MFCC). Both these methods

104、are linear procedures based on the assumption that speaker features have properties caused by the vocal tract resonances. These features form the basic spectral structure of the speech signal. However, the n</p>&

105、lt;p>　　This paper investigates and implements speaker identification system using both traditional LPCC and non-linear multiscaled fractal dimension feature extraction.</p><p>　　L inear Predictive Cepstra

106、l Coefficients</p><p>　　Linear prediction coefficient (LPC) is a parameter setwhich is obtained when we do linear prediction analysis of speech. It is about some correlation characteristics between adjacent

107、speech samples. Linear prediction analysis is based on the following basic concepts. That is, a speech sample can be estimated approximately by the linear combination of some past speech samples. According to the minimal

108、 square sum principle of difference between real speech sample in certain analysis frame short-ti</p><p>　　LPC coefficient can be used to estimate speech signal cepstrum. This is a special processing method

109、in analysis of speech signal short-time cepstrum. System function of channelmodel is obtained by linear prediction analysis as follow.</p><p>　　Where p represents linear prediction order, ak,(k=1,2,…,p) repr

110、esent sprediction coefficient, Impulse response is represented by h(n). Suppose cepstrum of h(n) is represented by ,then (1) can be expanded as (2).</p><p>　　The cepstrum coefficient calculated in the way of

111、 (5) is called LPCC, n represents LPCC order.</p><p>　　When we extract LPCC parameter before, we should carry on speech signal pre-emphasis, framing processing, windowingprocessing and endpoints detection e

112、tc. , so the endpoint detection of Chinese command word“Forward”is shown in Fig.2, next, the speech waveform ofChinese command word“Forward”and LPCC parameter waveform after Endpoint detection is shown in Fig. 3.</p&g