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1、-毕业设计（论文）-基于单片机的录音系统设计-第 21 页第1章 绪 论1.1 课题研究目的及意义随着近几年电子技术的不断更新与发展，越来越多的录音系统产品从传统的模拟信号方式逐渐转变成了数字信号的方式，并采用了工作方式更为先进的数字信号处理技术。录音系统主要作为一款用于收集语言信号的装置，在采集音频信号方面得到了广泛的使用。在目前市面上，录音系统通常只有几个比较单一的功能，主要包括录音、存储、回放以及监听等，因此市面上销售的录音系统通常不能满足野外生物的保护上，没有远程监控的功能性要求，并且这些录音系统还不能用于一些特殊人员对录音信号的加密保护。因此对采集的语音信息进行安全性的保护以及对信号
2、的可控性，这两个内容已经逐渐成为了新一代录音系统的研究方向。在音频信号的处理过程中主要包括三个阶段，分别是音频信号的采样和量化以及编码。由于采用数字信号处理技术具有抗外界干扰强，信号处理范围广，持续工作的稳定性高，同时还能对数据进行压缩等优点。在数字录音系统中，语言信号是信息处理的基础，信号额传输与存储都不能离开控制器的存在，因此系统在正常的工作状态中时，会出现很多的信号收到外界干扰信号的影响，这样就容易导致信号收到外界信号的威胁，由此就使得数字化签名的发展、数字加密身份的验证以及音频信号的加密处理等高科技技术，尤其近些年出现的数据加密处理技术使得新型的录音系统得到了广泛的使用，为高保密性的语
3、音信号提供了安全性的解决思路。与此同时随着我国的高集成电路技术的快速发展，在一个集成电路芯片上可以将中央处理器、随机存储器、定时器、flash存储器以及输入/输出接口集成在内，这样的高度集成的电子芯片，我们称之为单片机。由于单片机的在很多的控制领域得到了广泛的运用，到了20世纪的七十年代，单片机发展到了新一代的80C51、M68HC11系类，在这些系类的单片机内，扩展了许多的控制功能，包括内部的模数转换器、脉冲宽度调制发生器、数模转换器、高速输入/输出接口以及UART串口通信模块等，在很大的程度上已经突破了微型计算机的传统概念。在1976年，国际上的Intel公司第一个推出MCS48系列的单片
4、机，这款单片机具有体积小，功能丰富，成本低等特点，赢得了广泛的使用，它为后来的单片机发展奠定了重要的基础。直到现在，单片机在现代生活中运用的越来越广泛，几乎在所有的方面中都有它的存在，开发者可以利用单片机实现自动控制，数据处理等功能。无线射频通信技术和高集成电路处理技术的不断成熟，促进了人们在许多的生产方式上以及生活节奏上带来了巨大的便利，无线射频通信技术同时也在自动控制生产方面也具有巨大的推动力量，无线射频通信技术的使用在很大的程度上增加了通信技术的运用范围。因此，在本文的研究中提出了一种基于单片机的录音系统设计方案，采用单片机进行控制，能够进行对音频信号的录制，同时还可以将录制的音频信号进
5、行播放，配有按键输入模块以方便操作人员对系统进行调节，最终实现对音频信号的智能化控制。 1.2 课题目前研究现状 从古至今，声音就是我们进行传递信息的媒介，用于沟通的桥梁，它的出现使我们的生活得到了许多的便利，因此它的重要性不言而喻。近年来随着高科技技术的不断成熟与发展，我们可以在生活中看到各种各样的音频信号录音设备，这些设备通常都具有录制音频信号的功能，随着技术的不断更新，音频设备录音系统也随之不断的进行升级。市面上我们看到的一般的数字音频录音设备，这些产品通常采用较为简单的方式来实现语音信号的采集、包括信号的存储以及后期对音频信号的播放，同时具有较为完善的功能，可以在最大的程度上保证输出的
6、音频信号不失真，最大可能的还原先前的信号，但是对于录制较为复杂音频信号，则需要功能较为完善的语音系统，因此可以利用存储信息大的硬盘来实现对信号的存储，而对于小型的录音系统设备，由于存在存储空间有限的缺陷，其应用的范围较窄。英国的发明家爱迪生在上个世纪的70年代末期研制出了世界上的第一个可以录制音频信号的机械式留声机，该仪器的研制代表着人类实现了对音频信号进行收集并播放的设备的研制成功，之后在爱迪生的研制基础上，人类对音频信号的处理技术得到了巨大的发展，取得了很多的成果，这些技术都为现代的数字化音频系统的研制提供了新的发展基础。现代研究人员对音频信号的收集和处理，已经开始从最开始使用的简单波形编
7、码方式逐渐转变为采用数字化信号的编码和压缩方式，这样的数据处理方式在很大的基础上减少了更多的存储数据。例如，原始的音频信号通常是直接采用8KHz的采样率进行抽样，再利用16bits的线性编码的方式进行音频信号的采集，通常录音系统就直接将收集到的语音信号进行存储的操作，而若是在录音系统中采用压缩的方式对采集到音频信号进行处理，使音频数据进行压缩，这样就可以大大减少系统的存储量，而如果需要恢复音频信号时，系统利用编码后合成的方式，将输出的语音信号达到不失真的结果。近年来，我国的高科技技术也得到了巨大的发展，其中对语音系统的研究也取得了很大的成绩，在市面上就已经有很多我国自主研发的录音系统，这些系统
8、通常都是采用我国自主设计的语音芯片，这些独特的语音芯片内部集成了音频信号处理的能力，在一些单片机控制器的内部就逐渐开始集成了一些简单的音频信号处理功能，所以这些单片机在处理音频信号方面存在独特的优势。在国外的录音系统的研制上，美国生产的ISD音频信号处理芯片是全球最为典型的音频信号处理芯片，该芯片主要的功能是实现模拟量的音频信号在半导体的存储器上进行储存的技术，即实现音频模拟信号写入数字的存储单元中，该处理过程通常不需要采用模数转换器和数模转换器进行数据的转换，可以很真实播放出录制到的音频信号，避免了音频信号在量化及压缩的过程中产生失真的现象。在国内外音频信号处理技术的运用已经开始进入一个较为
9、成熟阶段中，并广泛的运用在各种音频产品以及工业化产品的许多方面。1.3 本文主要研究内容本文主要设计的是基于单片机的录音系统，该录音系统主要由单片机控制器模块，ISD4004语音采集与播放单元，按键输入单元，单片机与计算机串口通信单元和稳压电源供电单元组成。系统通过利用单片机技术实现对整个录音系统的控制，并利用语音芯片ISD4004实现语音的采集与播放，同时串口通信电路可以实现单片机与计算机之间的通信，实现程度代码的下载，按键输入单元可实现人员对系统的操作。本文共有5章，各章节主要内容如下。第1章 绪论部分，主要介绍本设计的目的、意义，以及研究现状及发展趋势。第2章 总体方案设计部分，介绍了系
10、统的要求与性能指标、系统整体的结构框图。第3章 硬件电路设计，对整个系统的硬件系统进行详细的介绍。第4章 软件设计部分对系统的软件设计方法进行了介绍。第5章 结束语对全文进行了总结，并提出了将来的改进方向。第2章 总体设计方案2.1 系统总体实施方案下图2-1就是本次设计的基于单片机的录音系统设计框图，从下图中我们可以看出，最终的基于单片机的录音系统是由单片机处理器单元、ISD4004语音芯片控制下的录音和语音播报单元，键盘输入单元，单片机与计算机串口通信单元和电源供电单元组成。图2-1 基于单片机的录音系统总体设计框图从上图中可以看出，该方案是通过利用单片机控制器作为本次设计的主控制器单元，
11、通过利用语音芯片ISD4004实现对语音信号的录音以及语音信号的播放，同时当单片机检测到有键盘被按下时，单片机将执行键盘被按下所对应的程序，从而实现操作人员对录音系统的控制，串口通信模块单元是将计算机终端与单片机处理器进行数据的连接，起到数据的传输以及程序下载的功能，电源供电模块为整个系统提供电能，用于保证系统的正常运行。2.2 各模块的选型分析2.2.1 控制器的选择在录音系统的设计中，主控器的选择通常有以下几种选择方式。第一，在现阶段的部分企业采用的是DSP控制器作为录音系统的主要的控制器，DSP控制器是现场可编程门阵列，该控制器是在PAL和GAL以及CPLD等可编程控制器器件的基础上进一
12、步发展的产物，它是作为专用集成电路的领域中的一种半定制电路而出现的，既可以达到解决了定制电路的不足，还能克服原有可编程器件门电路数有限的缺点。但是由于DSP控制器在价格方面偏高，而且需要配套外置的模拟数字转换功能模块才能实现对外界信号的采集和识别，从而进一步增加了设计成本，因此在本文的设计中采用该控制器没有绝对的优势。因此，在本文录音系统的设计中以DSP控制器作为主控制器不是最佳的选择。其二，通过利用模拟分立元件进行电路的搭接的方式进行录音系统的设计，例如利用电容、电感、电阻晶体管等非线形无源元件组成的智能控制电路，采用这个方案会使得设计电路较为繁琐，而且利用分立元件数量将会很多，使得操作起来
13、不是特别方便，并且从整体上会使得成本较高，与此同时，这种设计方式还存在元件分散性大等缺点，导致在集成数字化时显得很不方便，容易导致测量误差的出现。因此，该方案同样不是最好的选择。其三，采用单片机STC89C52RC作为本次设计的控制器。在21世纪初，该单片机宏晶科技半导体公司推出的新一代超强抗干扰、高速、低功耗的单片机，单片机的指令代码和传统的8051单片机系类完全兼容，同时，该单片机内部所含有的硬件资源与传统的8051单片机基本是相一致的，而且该单片机是属于8051单片机系列中最为典型的代表，同时具有易于获得的特点，我们在电子市场都可以买到而且价格合理，适合学生使用，在编程上可以采用汇编语言
14、或者是C语言进行操作，由于这些语言在大学里基本都有学习研究过，从而使得我们用起来很方便。所以综合考虑，本次设计主控制器选择STC89C52RC单片机将是最好的选择。在主控制器确定好之后，因为在录音系统中主要包括ISD4004语音信号采集与播放单元，键盘输入单元以及单片机与计算机串口通信单元组成，由于这些都是建立在单片机最小控制系统的基础上,通过选择此款单片机可以完全可以满足语音信息的采集和语音信号的播放和单片机与计算机通信以及数据处理等方面的要求。2.2.2 语音芯片的选择在本次的设计中，我们可以选择语音芯片ISD4004来实现语音信号的采集与播放。美国ISD公司在21世纪推出了ISD系列的音
15、频信号处理芯片产品。该系列语音芯片采用多电平模拟存储专利技术，因此可以使得声音信号不需要模数转换和解码，每个采样值直接存储在片内的闪烁存储器中，没有模数转换误差，使采集到的语音信号能够真实及自然地再现语音和音乐及效果声。避免了一般固体录音电路量化和压缩造成的量化噪声和金属声。下图2-2是ISD4004语音芯片的实物图。图2-2 ISD4004实物图ISD4004语音芯片采用CMOS技术，其内部含有晶体振荡器和防混叠滤波器以及平滑滤波器和自动静噪与音频功率放大器及高密度多电平闪烁存储阵列等，在硬件电路的设计过程中只需很少的外围器件就可构成一个完整的声音录放系统。2.2.3 电源芯片的选型在本文电
16、源的设计部分，采用LM2940作为本次设计的电源稳压芯片。LM2940三端稳压器是一款能固定电压输出的低压差稳压器，其中它经过稳压之后的电压输出为+5V，同时最高电流输出可达1A，并且当该稳压器在输出电流为1A时，它的输入输出电压差小于0.8V。该稳压器的最大输入电压可达+26V，工作温度在-40+125以内，同时其内部包含静态电流降低电路和电流限制功能以及过热保护和电池反接及反插入保护电路。LM2940稳压器在使用的过程中，其外围电路的设计简单，用少的元器件就可以实现电路的功能，在规定的输入电压和输出负载的条件下，稳压器的输出电压误差在2以内，内部振荡器的振荡频率误差在8之间，典型的待机电流
17、值为50A。2.3 本章小结本章的内容主要对基于单片机的录音系统的总体设计方案方面进行了介绍，该录音系统主要由是由单片机处理器单元、ISD4004语音芯片控制下的录音和语音播报单元，键盘输入单元，单片机与计算机串口通信单元和电源供电单元组成。其次介绍了录音系统的总体实施方案，并画出了系统的设计框图，同时通过结合本次设计的需要，对各个功能模块的所用的材料进行选择，包括主控制器芯片的选择、语音芯片的选择以及电源稳压芯片的选择。为下一步的硬件电路设计做准备。第3章 硬件电路设计3.1 STC89C52单片机系统介绍3.1.1 单片机的介绍由宏晶科技半导体公司生产的单片机STC89C52RC，该芯片共
18、有40个引脚，其结构示意图如下图3.1所示：图 3-1 STC89C52RC芯片引脚图从上图中可以看出，单片机具有四组输入/输出口，分别是P0，P1，P2，P3。其中单片机的P0输入/输出口，这组控制口时是漏极开路型的双向输入/输出口，共有8个控制脚，同时该组控制引脚同样也是作为单片机的地址总线和数据总线的复用口。当这组控制口作为普通的输入/输出口使用时，它的每一个控制引脚都是采用吸收电流的方式来达到驱动一路TTL电平的门电路的目的，当单片机内部的程序指令命令其中的一个端口为高电平时，这个控制引脚将作为高阻抗的输入引脚使用。然而在单片机访问外部的数据存储器和程序存储器时，P0控制引脚可以通过分
19、时的方式进行地址的转换，并且表示的是地址数据的低8位数据和数据总线共同使用，在单片机访问数据和地址的过程中，该组控制口需要激活其内部的上拉电阻处于工作状态。在运用Flash数据存储器编程时，P0控制引脚可以用于对指令字节的接收，而在程序校验的过程中时，P0控制口将用于指令字节的输出，校验的过程中还必须让该组控制口外接10K的上拉电阻。单片机的P1输入/输出口与P0输入/输出口最大不同的地方在于该组输入/输出口是一组内部自带上拉电阻的双向输入/输出口，同时该组输入/输出口同样具有八个控制引脚，P1输入/输出口的输出缓冲级的内部电路可以驱动四个TTL的逻辑门电路，同时还可以采用吸收或输出相应的电流
20、的方式进行功能的切换。当单片机的程序指令向P1端口的一个控制引脚写入高电平时，单片机的内部就可以通过内置的上拉电阻把该组端口的输出拉到高电平，即端口保持5V的状态，同时也可将端口的电平拉低用作输入口使用，而端口用作输入口使用时，内部存在的上拉电阻，使其被外部信号拉低时会输出一个电流。在运用Flash数据存储器编程及程序校验时，P1输入/输出口接收的是低八位的地址信息。单片机的P2输入/输出口是一组带有内部上拉电阻的八位双向输入/输出口，P2控制口的内置输出缓冲级电路可以驱动四个TTL的逻辑门电路，可起到吸收或输出电流。当单片机的程序指令对端口写入高电平，端引脚将通过内置上拉电阻将引脚拉到高电平
21、5V的状态。同时该端口也可作为输入口使用，当作为输入口使用时，由于端口内部的上拉电阻使得引脚在被外部信号拉低时会产生一个电流。在单片机访问外部程序存储器或十六位的地址数据存储器时，P2输入/输出口将送出地址数据的高八位。而在访问八位地址的外部数据存储器方面，P2端口线上的内容即特殊功能寄存器区中R2寄存器的内容，在整个访问期间保持不改。当单片机对Flash数据存储器进行编程或校验时，P2端口用于接收的高位地址信息。单片机的P3输入/输出口是一组内带上拉电阻的八位双向输入/输出口。P3端口的输出缓冲级可驱动四个TTL逻辑门电路，同时也可吸收或输出电流。当单片机的程序执行指令对P3口写入5V的高电
22、平时，控制引脚将会被内部的上拉电阻拉高到高电平的状态，输出5V的电压信号，在控制口当作输入端口用时，控制端口将会被外部拉低信号输出电流。除此之外P3端口除了作为一般的输入/输出口使用外更为重要的用途是在于它的第二复用功能。单片机的ALE和PROG引脚的功能体现在，当单片机在访问外部程序存储器的时候，该引脚将输出一个脉冲信号以锁存地址的低字节，即为地址锁存控制引脚。如果单片机处于访问外部存储器的过程中时，该引脚利用的是时钟振荡频率的15%的正脉冲信号，所以可对外接电路输出时钟信号并用于定时。但是需要重视的是当单片机访问一次外部数据存储器时，程序指令将直接跳过一个正脉冲。RST引脚为单片机的复位引
23、脚。当单片机处于正常的工作状态时，该引脚将通过发出一个机器周期高电平信号单片机进行复位。PSEN引脚为单片机的程序储存允许控制引脚，该控制端引脚输出外部程序存储器的读选通信号，当单片机的执行程序指令处于外部程序存储器读取指令或者数据时，两次PSEN的机器周期使得读取有效，此时该引脚输出两脉冲信号。EAVPP引脚的主要功能是允许控制外部访问端。单片机要想实现访问外部CPU的程序存储器，该引脚端需要一直保持拉低的电平状态，我们可以直接把该引脚接电源的地端。如果访问的外部程序存在加密位，并受到外部程序的控制时，单片机将会使其内部的寄存器功能对EA引脚进行锁存操作。XTAL1引脚和XTAL2引脚是外接
24、振荡器内部时钟发生器的输入端引脚。3.1.2 STC89C52单片机的特性STC89C52单片机的内部结构示意图如下图3.2所示。图3-2单片机的内部结构单片机的主要特点有：一，该单片机是增强型的6时钟/机器周期和12时钟/机器周期，采用8051内核；二，其工作电压范围在+5.5V到+3.4V之内，通常我们可以直接采用+5V的供电电压；三单片机的工作频率范围在0-80MHZ以内；四，单片机的程序应用空间为8K字节，片上集成可512字节的随机存储器；五，通用的输入/输出口有32个，在单片机复位后，单片机的四组输入/输出口，P1/P2/P3/P4是准双向口,其中P0控制口是开漏输出，当其作为总线扩
25、展时，可不加上拉电阻，而当作为普通输入/输出口时用，需要加上拉电阻；六，在系统可编程的状态下时，无需采用专用的编程器或者仿真器进行在线程序下载，单片机可直接通过两个引脚P3.0和P3.1实现程序的下载；七，单片机还具有EEPROM的掉电存储功能；在单片机掉电的过程中，仍能完成数据的存储；八，具有看门狗功能；九，具有3个16位的定时器和计数器，其中定时器0可以当成2个8位的定时器使用。十，具有外部中断4路，下降沿或低电平触发中断；十一，具有通用的异步串行口功能；十二，单片机的工作温度范围在0度到85度以内。3.1.3 单片机的最小系统电路设计1时钟脉冲产生电路的主要功能是提供单片机内部的工作所需
26、要的时钟信号，由于单片机内部本身存在一个谐振电路，因此我们在设计的过程中只需要在单片机的两个引脚XTAL1和XTAL2引脚的两端接一个石英振荡晶体就可以实现时钟信号的产生。本次设计采用的单片机可以直接使用12MHz的晶振为系统提供时钟，具体的时钟信号电路如图3-3所示。图3-3单片机时钟电路2. 单片机的复位电路具有为单片机提供复位信号的功能，且复位信号高电平有效。因此当单片机在该引脚维持三个机器周期的高电平状态时，单片机就可以完成复位操作。复位电路主要使用的是两个电阻和一个电容组成，同时增加一个按键以用来实现手动复位操作，具体的复位电路设计如图3-3所示。图3-4单片机复位电路以上是单片机的
27、复位电路和时钟电路部分，这两个电路可以满足单片机的复位以及时钟方面的要求，再通过设计单片机的供电电路部分就可以完成对单片机最小系统电路的设计。综上，单片机的最小系统设计如下图3-4所示。图3-5 单片机的最小系统电路3.2 语音信号处理电路设计在上一章中讨论到，在本次的设计中采用语音芯片ISD4004来实现对语音信号的采集与播放。由于该语音芯片在设计上是基于所有操作由微控制器控制，操作命令通过串行通信接口SPI的通讯方式进行传输，且采样频率可分别设计为4.0Hz、5.3Hz、6.4Hz以及8.0kHz，如果采用的采样频率越低，那么录放时间将越长，这将进一步使得音质则有所下降，片内信息存于内部的
28、储存器中，可在断电情况下保存100年内反复录音10万次，芯片的采用的工作电压为5V，工作电流通常为2530mA，维持电流1A时单片录放语音时间约为816min，同时音质较好，适用于移动电话机及其它便携式电子产品中。下图3-5是片ISD4004语音芯片的引脚分布图。图3-6 ISD4004引脚分布图从图中我们可以看到，同相模拟输入ANAIN+引脚是录音信号的输入端，因此输入放大器可采用单端或差分驱动的方式进行信号的放大。单端输入时，信号由耦合电容输入，最大幅度为峰峰值32mV，耦合电容和本端的3k输入阻抗决定了芯片频率的低端截止频率。在差分驱动时，信号最大幅度为峰峰值16mV。反相模拟输入ANA
29、IN-引脚在信号进行差分驱动时，这是录音信号的反相输入端。信号通过耦合电容输入，最大幅度为峰峰值16mV，该引脚的标称输入阻抗为56k，在单端驱动时下，可以通过采用电容进行接地。两种方式下ANAIN+和ANAIN-端的耦合电容值应用相同。AUDOUT引脚为音频输出引脚，该引脚主要的功能是提供音频输出，它的驱动能力可达5k的负载。片选引脚SS端保持为低电平的状态时，表明单片机已经选中了ISD4004芯片，并进行对其操作。串行输入MOSI为单行输入端引脚，主控制器应在串行时钟上升沿之前半个周期将数据放到该引脚供ISD的输入。下图是本次设计所采用的语音信号处理。图3-7 语音信号处理电路ISD400
30、4语音芯片主要是采用的SPI串行通信接口，其中SPI协议是一个同步串行数据传输协议，协议假定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK的下降沿动作。因此对ISD4004语音芯片而言，在时钟上升沿锁存MOSI引脚数据，在下降沿将数据送至MISO引脚。所有串行数据传输开始于SS下降沿。在SPI通信接口模式下时，SS引脚在传输期间必须保持为低电平，在两条指令之间保持为高电平。语音信号的数据在时钟上升沿时移入，在下降沿移出，当SS引脚变为变低电平时，在进行输入指令和地址后，ISD语音芯片才开始录放。指令格式是8位控制码加16位地址码。ISD的任何操作如果遇到EOM或OVF，则产生一个中断，该中断状态在下一个
31、SPI周期开始时被清除。3.3 电源稳压电路设计在本次设计中采用的是LM2940稳压器，实现高电压向低电压+5V的转换，同时最小系统部分所需要的功率小，而无线部分需要的功率大，故供电电路采用大功率集成DC-DC模块LM2940稳压器集成模块。LM2940是降压型的三端稳压器，该稳压器在电压及电流调整率方面都较小，负载驱动能力可达1A。在外围电路的设计方面，该稳压器比较简单且所用到的元件较少，同时稳压器的内部还具有频率补偿电路以及固定频率振荡器，使其能够充分的减小散热片的面积，甚至在一些电路中可以不需要加散热片。在规定的输入电压和输出负载的条件下，稳压器的输出电压的误差在4以内；振荡器的振荡频率
32、误差在10内；待机电流的典型值为50A，芯片内置过流保护电路和过热保护电路。图中的+12V来源于系统的锂电池组，经过LM2940的稳压作用，变换成+5V，用来给除单片机以外的其他模块供电。在应用三端稳压器时，要注意各个引脚的含义不要误接，防止损坏器件。图3.6中的+12V来源于系统的蓄电池组，经过LM2940的稳压作用，变换成+5V，用来给除单片机以外的其他模块供电。在应用三端稳压器时，要注意各个引脚的含义不要误接，防止损坏器件。在输入输出端接滤波电容减少纹波，其应用电路如下。 图3-8 稳压电源电路3.4 按键输入电路设计由于在本次设计中需要进行对录音系统的操作，因此需要设定按键输入电路，如
33、设定系统开始录音按键，那么要完成所有操作就必须要设计四个独立按键。由于我们采用的STC89C52单片机的I/O口丰富，因此可以直接在单片机的I/O口上接四个键，因此使得四个键都互不影响，工作方式是利用单片机循环扫描且程序设计成不断检测是否有按键按下，当发生某一按键被按下的情况时，整体的键盘电路在键盘按下时单片机的P2口的P20至P23的变化将从高电平状态变成为低电平状态，单片机系统经过P2口P20至P23的变化来执行这个I/O口相对应的子程序，这个程序的子程序向P0的I/O口发送的信号为四位的二进制代码，具体的按键电路如下图3.7如下图所示。图3-9 按键输入电路图3.7中，我们通过按下K1按
34、键来打开录音系统的录音作用，此时按下按键之后系统开始录音，然后通过按下K2按键来关闭录音系统的录音作用，此时按下按键之后系统录音结束，按下K3按键来打开录音系统的音频播放功能，按下K4按键来关闭录音系统的音频播放功能。3.5串口通信电路设计在STC89C52单片机与上位机的通讯接口电路设计中，由于上位机采用的接口标准与单片机采用的接口电平，分别是标准的RS232接口和TTL电平，因此，为了实现使TTL电平的特性与RS 232的电气特性互相匹配的目的，本文设计的系统选用美信公司生产的MAX232电平转换芯片来实现单片机与PC机之间的通信，它能将单片机的输入/输出信号转换成TTL电平，从而完成了单
35、片机与上位机之间的通行，我们称之为UART通信电路的设计。3.5.1 MAX232芯片简介当相互和PC机通过串口进行通信时，尽管单片机STC89C52RC内部已经具备串口通信的功能，但是，由于单片机提供的信号电平和标准的RS232电平不一致，因此，需要通过利用max232这种电平转换芯片进行电平之间的转换。该芯片的引脚图分布如下3.8所示。图3-10 MAX232芯片引脚图MAX232电平转换芯片其基本参数有：驱动器与接收器数分别有2个；供电电源电压范围4.5 V-5.5 V；典型单电源供电电压为5V；发送器输出的信号类型：单端输出；发送器的数目2个；引脚数目16个引脚；接口标准为国际通用标准
36、：EIA/TIA-232-F,V.28；接收器接收信号类型方式：单端；接收器的数目有2个；收发器数目有个2；数据传输布局为点对点方式；正常工作的温度范围：0C-70C；最大的电源电流为10mA；采用的最小单电源电压为4.5V；安装类型为通孔的方式。3.5.2 串口电路设计由上面的叙述我们可知图中的RXD与TXD分别接单片机P3.1和P3.0管脚，其通信设计电路具体如下图3-9所示。图3-11 单片机与上位机通讯接口电路图该电平转换芯片主要的特点有：符合RS-232C技术标准；只需单一+5V电源供电；片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力的作用，同时能够产生+10V和-10V电压V+、V-；芯片工
37、作的功耗低，典型供电电流为5mA；且内部集成了2个RS-232C驱动器；高集成度，片外最低只需4个电容即可工作；内部集成两个RS-232C接收器。3.6 本章小结本章主要从硬件电路的设计方面对基于单片机的录音系统进行了介绍，其中对采用的单片机主控制器进行了详细的介绍，包括单片机的性能及引脚功能方面，同时给出了单片机最小系统设计图，然后对采用的语音芯片ISD4004的语音信号处理电路进行了介绍，同时对按键输入电路和电源稳压电路以及串口通信电路进行了详细的介绍，同时给出了相应的电路设计图。通过对硬件电路的设计，为下一步的软件设计做准备。第4章 软件设计4.1 主程序设计在本次系统的软件设计中，录音
38、系统的主程序流程图如下图4-1所示。图4-1 主程序流程图如上图4-1所示，在主程序的设计中在对录音系统进行上电后，首先应对系统内的所有功能模块进行初始化操作，在初始化操作后，单片机开始对按键部分进行扫描，当检测到有按键被按下时，单片机将开始启动录音子程序，使录音功能电路开始工作，同时在录音子程序结束后，单片机将执行音频播报子程序，如果系统断电了，将结束主程序。4.2 ISD4004语音信号处理子程序设计在ISD4004语言信号处理子程序的设计中，首先第一步需要对语音芯片ISD4004进行内部寄存器的初始化操作，初始化之后，语音采集电路将进入工作模式，采集当前的音频信息，并将采集到的音频信息不
39、断的经过信号处理之后传送到单片机上，单片机最终将接收到的音频信号存储在其内部的数据存储器中。图4-2 ISD4004语音信号处理子程序设计流程图从上图可以看出，在语音信号处理子程序设计的流程图中，首先需要对语音芯片进行开片选信号的操作，之后进行清时钟SCLK端，程序再通过时钟信号的基础上进行选取语音信号处理的地址信息，待选取完地址信息之后，程序将发出语音数据播放指令，待播放完毕之后程序执行完毕，跳出该子程序，如果没有播放完毕，单片机继续以上的步骤。语音采集子程序具体如下：#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intv
40、oid spi_send(unsigned char isdx)unsigned char isx_counter;SS=0;/ss=0打开spi通信端SCLK=0;for(isx_counter=0;isx_counter1;SCLK=1;delay(2);SCLK=0;delay(2);void isd_stop(void)delay(10);spi_send(0x30);SS=1; delayms(50);LED2=0;delayms(1000);LED2=1;void isd_pu(void)delay(10);SS=0;spi_send(0x20);SS=1;delayms(50);
41、void luyin() unsigned char i; delayms(200);P2=0x00;isd_setrec(0x00,0x00); isd_rec();i=6;while(i-) delayms(1000);isd_stop();P2=0xf0;4.3 串口通信子程序设计在系统的设计中，通过设计串口通信子程序来实现单片机与计算机之间的通信，单片机将存储到的语音信号可以通过串口通信模块将数据发送到计算上，计算机通过上位机可以将检测到的数据显示出来，使得操作人员及时的了解当前检测到的语音信息，同时单片机的软件代码下载也是通过串口通信电路实现。图4-3 串口通信子程序设计流程图从上图
42、串口通信子程序的设计流程图中可以看出，当单片机在通过串口进行数据的通信时，单片机通过串口中断入口进入串口中断模式，然后单片机对通信数据进行校验操作，之后判断数据的类型，再将数据进行发送。具体的串口通信子程序的设计如下。void UART(void) init(); /将与串口通信有关的特殊功能寄存器初始化while(1) if(flag=1)/如果flag为1说明程序已执行中段服务ES=0;/关闭串口中段，下面开始发数据for(i=0;i6;i+)SBUF=tablei;while(!TI);/数据发送完后TI会由硬件置1TI=0;/发射中断标志位置0停止申请中段SBUF=x;/发送串口发送寄
43、存器中的数据(即X)while(!TI);/数据发送完TI=0;/发射中断标志位置0停止申请中段ES=1;/关闭串口中段flag=0;/恢复flag初始值void ser() interrupt 4/*串行口中断服务程序*/RI=0;/接收中断标志位需要用软件置0使之停止申请中段x=SBUF;/取走SBUF中的数据，这是中断响应的目的flag=1;/方便在主程序中查询判断是否收到了数据4.4 按键子程序设计当单片机在循环扫描的过程中检测到有按键被按下时，则发生某一按键被按下的单片机I/O口将从高电平状态变成为低电平状态，单片机将直接根据I/O口的变化执行I/O口相对应的子程序。下图是按键子程序
44、的设计流程图。图4-4 按键子程序流程图在按键子程序设计流程图中，单片机主要采用的是扫描的方式来判断是否有按键被按下，当单片机按键控制的引脚发生电平的变化时，单片机程序将跳转套按键子程序的语句中，执行相应的功能语句。具体实现代码如下：void key() uchar i=0; uchar j=0; if(key=0) delay_ms(10); if(key=0) i+; i=i%2; switch(i) case 0: FM0=1; break; case 1: FM0=0; break; default: break; while(!key);4.5 本章小结本章主要是对录音系统的软件部分
45、进行了介绍，首先给出了软件部分主程序的设计流程图，接着对ISD4004语音信号处理子程序、串口通信子程序设计以及按键子程序的设计的进行了介绍，通过软件部分的设计，使得整个录音系统实现语音信号的采集和音频信号的播放，最终使整个系统处于正常的工作状态。 第5章 结 论随着音频信号的数字化处理技术在电子产品中应用越来越广泛，音频信息的采集、储存以及播放已成为信息处理中一个重要研究方向，因此为了实现对重要语音信号进行采集和播报，本文研究一款基于单片机的录音系统，该录音系统运用单片机控制技术，可以自动的采集输入的语音信号，同时还可以实现对语音信号的播放，操作人员通过利用按键实现对系统的操作。该系统主要采
46、用单片机作为为主控制器，主要由单片机控制器单元、ISD4004语音采集与播放单元，键盘输入单元，单片机与计算机串口通信单元和电源供电单元组成。本文在第一章主要是介绍了本次课题的研究目的和意义，并对该课题当前的研究现状进行阐述。第二章主要是总体方案设计部分，该部分重点介绍了系统的总体实施方案，给出了系统方案的设计框图，并结合各个功能模块的需要，对元器件的选择进行了分析。第三章主要介绍的是单片机录音系统的硬件电路设计部分，对整个单片机录音系统内部的硬件电路进行了详细的介绍和分析，并给出了具体的电路设计图。第四章主要介绍的是单片机录音系统的软件设计部分，主要对系统的软件设计方法进行了介绍。 在本次设
47、计中主要是重点介绍了该录音系统各组成单元的原理及设计方法，从而很好实现对语音信号的识别，为人们的生活带来了方便。本设计虽然从整体上完成了基于单片机的录音系统的设计，但由于个人水平有限，经验匮乏，不可避免的会出现很多不足之处，如果能在录音系统中加入无线数据传输模块，则会使得该系统得到进一步的完善。致谢 吋光飞逝，转眼间四年紧张而又充实的大学生生活即将画上句号。在这四年的学习期间，我得到了很多老师、同学和朋友的关怀和帮助。在学位论文即将完成之际，我要向所有期间给予我支持、帮助和鼓励的人表示我最诚挚的谢意。首先，我要感谢我的指导老师xxx老师对我的教导。从论文的选题、构思、撰写到最终的定稿，x老师都给了我悉心的指导和热情的帮助，使我的毕业论文能够顺利的完成。x老师对工作的认真负责、对学术的钻研精神和严谨的学风，都是值得我终生学习的。其次，感谢学院的全体领导和老师，