1、 1 华侨大学厦门工学院 单片机控制系统 课程设计报告 题 目： 基于 51 单片机录音笔设计 专业、班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2015 年 6 月 28 日 2 任务书 题目 ：基于 51 单片机录音笔设计 一、任务 设计一个录音笔，实现语音的存储和 回放。 二、发挥部分 用液晶屏显示存储内容的文字，并且要做好语音的滤波处理功能，也就是播放出来的音质要好。喇叭要用好点的。 3 目 录 一、 设计任务目的 .4 二、 设计任务要求 .4 三、 设计方案选取与论证 .4 四、 电路 设计 .5 4.1 核心控制模块 .5 4.1.1 STC89C52 单片机介绍 .5 4.2 音
2、频处理模块 .7 4.2.1 ISD1760 芯片简介 .7 4.2.2 SPI 模式 .11 4.2.3 微机接口 .13 4.2.4 SPI 协议总述 .13 4.2.5 SPI 命令总览 .14 4.2.6 ISD1760 的存储结构 .15 4.3 系统的总体设计方案 .15 4.3.1 STC89C52的外围电路设计 .16 4.3.2 单片机复位、晶振电路设计 .16 4.3.3 音频处理电路设计 .18 4.4 软件总设计思路 .18 4.4.1 SPI 通信接口 .19 4.4.2 八段数码管 .19 4.4.3 录放声音程序设计 .20 4.4.4 播放对应的语音段 .21
3、五、 制作及调试过程 .24 六、 结论 .25 七、 致谢 .26 八、 参考文献 .27 成绩评定表 .28 4 一、设计任务目的 随着电子技术的飞速发展，数码录音笔已得到了越来越多的人的青睐，论文通过对多种录音笔的设计方案进行了比较和分析，选定 STC89C52 单片机设计了一个数码录音笔。 本文提出并设计实现了基于 STC89C52 单片机和 ISD1760 语音芯片的多功能录音笔方案。首先介绍了设计方案的选择，接着进行了系统的硬件设计，包括音频输入输出电路的设计、按键控制电路的设计等，设计中以STC89C52 单片机主控制为核心，采用了华邦公司新推出的 ISD1700 系列语音芯片，
4、用来替代已经停产的 ISD1400 系列及 ISD2500 系列芯片实现录 放系统的功能。其中按键控制电路对整个系统进行控制，用一个 8段数码管更直观的显示录音时间。系统模块包括主程序模块、语音信号的采集模块、键盘扫描模块等，进行了程序流程的设计，编写了程序代码。系统实现了语音数据的录制、播放、暂停、全部擦除选择下一段等功能。 最后，对本设计进行总结与展望。 数码录音笔在录音领域等实际应用中具有诸多优势，值得进一步学习和研究。 二、设计任务及要求 此次的设计任务是设计一款基于单片机的录音笔的设计。 设计要求如下： 具有单片机核心控制模块； 具有实 现语音的存储和回放。 三、设计方案选取与论证
5、方案一： 基于单片机、数字信号处理器 DSP、 FLASH 存储器的数码录音放音系统。在录音时，语音信号经过处理后送到 A/D 转换器，转换成数字信号，把这些数字信号送到数字信号处理器 DSP 进行压缩处理，压缩后的语音数据送到 FLASH 中，回放时从 FLASH 存储器中读取压缩的数据经过 D/A 转换后，再通过喇叭等具有播放功能的器件进行播放。具体框图如下所示： 数字信号 A/D 转换器 语音信号 DSP处理器 压缩 FLASH 存储器 图 3.1 方案一结构图 5 由于此方案要通过 A/D芯片 ，专门的 DSP芯片，本设计不需要高速、高精度运算，而且 DSP功耗相对高，成本比较高，因此
6、不选择此方案。 方案二： 通过 51 单片机与语音功能集成芯片 ISD1760 进行设计，由单片机控制ISD1760 来实现语音的录制存储以及播放清除等功能。具体框图如下所示： 由于采用资源不多的 51 单片机，这样节省了资源同时单片机运算速度已经足够用于检测按键，以及控制录音笔进行各种操作，而且这种设计无需对数字信号进行编码压缩的复杂的操作，实现简单，功耗不高，相 对而言成本也不高，所以本设计采用了此方案。 四、电路设计 4.1 核心控制模块 控制模块是整个录音笔的核心，实现对语音芯片 ISD1760 发送或接受指令，使其完成相应的动作。本设计采用了型号为 STC89C52 单片机， 它 是
7、一种简明易掌握，效率较高的指令系统，对存储空间和时间的利用率较高。 4.1.1 STC89C52 单片机介绍 STC89C52 是 STC 公司生产的一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。 STC89C52 使用经典的 MCS-51 内核，但做了很多的改进使得芯片 具有传统 51 单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵按键信息 语音指令 显 示 独立按键 51 单片机 ISD1760芯片 8 段数码管显示 图 3.2 方案二结构图 6 巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活
8、、超有效的解决方案。 其主要工作特性是： 8k 字节 Flash， 512 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM， MAX810 复位电路， 3 个 16 位定时器 /计数器， 4 个外部中断，一个7 向量 4 级中断结构（兼容传统 51 的 5 向量 2 级中断结构），全双工串行口。另外 STC89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲 模式下， CPU 停止工作，允许 RAM、定时器 /计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下， RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为
9、止。最高运作频率 35MHz， 6T/12T 可选。 STC89C52单片机的引脚排列如图 4.1： 图 4.1 STC89C52 单片机的引脚排列 7 4.2 音频处理模块 音频处理模块主要由语音芯片 ISD1760 及其周围的滤波电路 ，其作用是对声音的处理，通过单片机控制声音的录放。 4.2.1 ISD1760 芯片简介 ISD1700 系列芯片是华邦公司新推出的单片优质语音录放电路，该芯片提供多 项新功能，包括内置专利的多信息管理系统，新信息提示 ,双运作模式（独立 &嵌入式），以及可定制的信息操作指示音效。芯片内部包含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器与内存等的
10、全方位整合系统功能。特征如下： 一、特点： 可录、放音十万次，存储内容可以断电保留一百年。 两种控制方式，两种录音输入方式，两种放音输出方式。 可处理多达 255 段以上信息。 有丰富多样的工作状态提示。 多种采样频率对应多种录放时间。 音质好，电压范围宽，应用灵活，价廉物美。 图 4.2 ISD1700 系列 管脚图 8 二、电特性： 工作电压： 2.4V-5.5V,最高不能超过 6V 静态电流： 0.5 - 1 A 工作电流： 20mA 用户可利用震荡电阻来自定芯片的采样频率，从而决定芯片的录放时间和录放音质。下表为 ISD1700 的参数表： 而芯片的采样率可以通过外部振荡电阻来调节：
11、三、 独立按键工作模式 ISD1700 的独立按键工作模式录放电路非常简单（后附图），而且功能强大。不仅有录、放功能，还有快进、擦除、音量控制、直通放音和复位等功能。这些功能仅仅通过按键就可完成。 在按键模式工作时，芯片可以 通过 /LED 管脚给出信号来提示芯片的工作状态，并且伴随有提示音，用户也可自定 4 种提示音效。 录音操作：按下 REC 键， /REC 管脚电平变低后开始录音，直到松开按键使电平拉高或者芯片录满时结束。录音结束后，录音指针自动移向下一个有效地址。而放音指针则指向刚刚录完的那段语音地址。 放音操作：放音操作有两种模式，分别是边沿触发和电平触发，都由 /PLAY 管脚触发
12、。 A） 边沿触发模式：点按一下 PLAY 键， /PLAY 管脚电平变低便开始播放当前段的语音，并在遇到 EOM 标志后自动停止。放音结束后，播放指针停留在刚播放的语音起始地址处，再次点按放音键会重新播放刚才的语音。在放音期间，LED 灯会闪烁直到放音结束时熄灭。如果在放音期间点按放音键会停止放音。 B）电平放音模式：如果一直按住 PLAY 键，使 /PLAY 管脚电平持续为低，那9 么会将芯片内所有语音信息播放出来，并且循环播放直到松开按键将 /PLAY 管脚电平拉高。在放音期间 LED 闪烁。当放音停止，播放指针会停留在当前停止的语音段起始位置。 快进操作：点按一下 FWD 按钮将 /F
13、WD 端拉低，会启动快进操作。快进操作用来将播放指针移向下一段语音信息。当播放指针到达最后 一段语音处时，再次快进，指针会返回到第一段语音。当下降沿来到 /FWD 端时，快进操作还要决定于芯片当时的状态： A） 如果芯片在掉电状态并且当前播放指针的位置不在最后一段，那么指针会前进一段，到达下一段语音处。 B） 如果芯片在掉电状态并且当前播放指针的位置在最后一段，那么指针会返回到第一段语音处。 C） 如果芯片正在播放一段语音（非最后一段），那么此时放音停止，播放指针前进到下一段，紧接着播放新的语音。 D） 如果芯片正在播放最一段语音，那么此时，放音停止，播放指针返回到第一段语音，紧接着播放第一段
14、语音。 擦除操作：擦除操作分为单段擦除和全体擦除两种擦除方式，区别如下： A） 单个擦除：只有第一段或最后一段语音可以被单个擦除。点按一下 ERASE 健将 /ERASE 管脚拉低，这时具体的擦除情况要看播放指针的状态： 如果芯片空闲并且播放指针指向第一段语音，则会删除第一段语音，播放指针指向新的第一段语音（执行擦除操作前的第二段） 如果芯片空闲并且播放指针指向最后一段语音，则会删除最后一段语音，播放指针指向新的最后一段语音（执行擦除操作前的倒数第二段） 如果芯片空闲并且播放指针指向没有指向第一或最后一段语音， 则不会删除任何语音，播放指针也不会被改变 如果芯片当前正在播放第一段或最后一段语音
15、，点按下 ERASE 键会删除当前语音。 B） 全体擦除：当按下 ERASE 键将 /ERASE 管脚电平拉低超过 2.5 秒钟，会触发全体擦除操作，删除全部语音信息。 10 复位操作： 如果用 RESET 控制此管脚，建议 /RESET 管脚与地之间连接一个 0.1 F电容。当 /RESET 被触发，芯片将播放指针和录音指针都放置在最后一段语音信息的位置。 音量操作： 点按一下 VOL 键将 /VOL 管脚拉低会改变音量大小。每按一下，音量会减小一档，再到达 最小档后再按的话，会增加音量直到最大档，如此循环。总共有 8个音量档供用户选择，每一档会改变 4dB。复位操作会将音量档放在默认位置，
16、即最大音量。 FT 直通操作： 将 /FT 管脚与 GND 短接，持续保持在低电平会启动直通模式。出厂设定的是在芯片空闲状态，直通操作会将语音从 Analn 端直接通往喇叭端或 AUD 输出口。在录音期间开启 FT 功能，会同时录下 Analn 进入的语音信号。 提示音 (SE)编辑： ISD1700S 中设计了 4 种声音来提示当前的工作状态，分别为 SE1， SE2， SE3， SE4。 SE1：录音，下一曲或 全部擦除的开始； SE2：录音，单首擦除或最后一曲结束时； SE3：无效地擦除操作； SE4：全部擦除成功。 A）进入 SE 编辑模式 : 1 首先保持 FWD 为低 3 秒左右，然后 LED 会闪一下（若有 SE1， 会同时播放 SE1）。但是若当前曲目为最后一曲或没有录音则 LED 会闪两 下（若有 SE2，会同时播放 SE2）。 2 保持 FWD 为低，然后按下 REC 使之为低直到 LED 闪一下。 3 LED 再闪一下说明已经进入 SE 编辑模式；进入此模式后，当前 待编辑 SE 为 SE1。
