1、 毕业设计 (论文 )说明书 题 目： 基于单片机的数码录音与 播放系统设计 系 别： 机电工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 题目类型： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 2011年 5 月 27 日 I 摘 要 怎样能把人类的语言丝毫不差地记录下来也是人们一直思考的问题。传统的磁带语音录放系统因其体积大、使用不便 ,在电子与信息处理的使用中受到许多限制。因此，需要设计一个智能录音装置来记录人类的语言。 本次设计了一个的体积小巧，数字化语音存储与回放系统智能录音装置。它可以把人们生活中很多美丽的语言声音记录下来，记录下人们生活中点点滴滴美好的回忆。本文详细介绍语音存
2、储与回放系统的发展和基本结构 ,通过分析比较，最终选择最佳设计方案，并完成整个系统电路的设计， 系统在分析可行性、可靠性的基础上，参照工程设计方法，确立 了结构化设计的思路。该系统是一种基于AT89S51单片机的 声音采集 系统，信号处理放大电路和显示电路组成的一个装置 ,选用 ISD4004 芯片，作为语音的数字化信号的存储器件，该系统功能广泛应用需求的录音较长的场合。 数码录音播放装置解决了生活中由于外在因素不好的条件下可以传达声音的困难，丰富了人们的语音生活。 关键词： 单片机系统；录音播放；语音存储；录音时间 II Abstract How can human language is
3、no less well documented is that people have thought. Voice recording traditional tape systems because of their bulky, inconvenient to use in the electronics and information processing in use by many restrictions. Therefore, the need to design an intelligent recording device to record the human langu
4、age. The design of the size of a small, digital audio storage and playback system, intelligent recording device. It can put our lives in many beautiful languages in the voice record to record bits and pieces of our lives wonderful memories. This paper describes the voice storage and playback system
5、development and the basic structure, through analysis and comparison, and ultimately select the best design, and complete the entire system circuit design, system analysis of the feasibility, reliability, based on the reference to engineering design methods, Established a structured design ideas. Th
6、e system is based on sound acquisition system AT89S51 microcontroller, signal processing and display circuit amplifier, a device used ISD4004 chip, digital signal as the voice memory device, the system features wide range of applications where a longer recording . Digital recording playback devices
7、to solve the life of the poor condition of the external factors that may be difficult to convey the sound, rich peoples voice lives. Key words: SCM System; record player; voice storage; recording time III 目 录 引言 1 1 任务 要求与总体设计方案 1 1.1 设计任务与要求 1 1.2 总体设计方案 1 1.3 系统硬件器件简介 2 2 机械结构设计 3 2.1 支撑架的设计要求 3 2
8、.2 材料选择 3 3 录音与播放硬件电路设计 4 3.1 单片机选择与电路设计 4 3.1.1 按键的 设计 与制作 5 3.2 系统显示模块 5 3.3 录音与播放的 主控模块 7 3.3.1 录音的设计要求 7 3.3.2 提供 3.3V电压的方法 8 3.3.3 提高语音芯片的驱动能力 8 3.3.4 播放的设计要求 9 3.3.5 设计功放电路可能出现的问题 10 4 红外遥控系统结构 11 4.1 红外遥控系统的调制 12 4.2 遥控的发射系统 12 4.3 遥控的红外接收头 12 5 硬件系统检查与调试 13 5.1 机械系统总装调试 13 5.2 硬件调试 14 IV 6 软
9、件系统设计 14 6.1 单片机程序设计 15 6.2 主程序的设计 16 6.3 红外遥控解码程序的设计 17 7 硬件和软件结合调试 17 8 性能分析与产品的发展 18 8.1 该作品的性能分析 18 8.2 该作品的发展 18 9 结论 18 谢 辞 20 参考文献 21 附 录 22 桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书 第 1 页 共 36 页 引言 近年来，语音存储回放技术发展十分迅速，在速度和处理效果上都有很大的发展和进步。随着 DSP 技术的飞速发展，它在数字信号处理方面 的优势日益体现出来。同时随着数字化信号处理技术的不断提高，单片机、数字信号处理器以及语音处
10、理大规模集成电路的进步，语音合成 ,语音识别 ,语音存储和回放技术的应用越来越广泛，从而使磁头磁带系统成为了过去。现在大量的数字音频技术相当的成熟，利用软件与硬件结合的设计方法可以为系统增加可靠性和方便实现的特点。 DSP 在通信、雷达、语音处理等许多领域得到了广泛的应用，几乎涉及到生活应用的各个方面。其性价比日益提高，具有巨大的应用潜力。 DSP 系统具有比较大的优势：如灵活、可编程，支持时分复用，易于模块化设计，可重复使用，可 靠性高等优点。 录音机作为人们日常生活中获取信息的重要渠道，怎样才能使声音信号在传递的过程中减少损失，数字化的发展为其提供了很好的解决方案。 完全的数字化大大减少了
11、声音信号在传递过程中可能遭受的损失，只要误码能够被完全纠正，那么不论进行多少代数字复制，都不会影响最后一代声音质量 。 录音机作为人们获取信息和学习的重要工具，其数字化的要求也在不断的提高。 随着经济的发展和人们生活水平的不断提高，数字化录音机已成为当今录音机发展的主要趋向。 这就是本次要设计数码录音与播放系统的意义。 尽管现在各种语言合成芯片 ,语音处 理应用电路有许多，但都需要增加硬件投资，在一些由单片机构成的测控系统中，由于单片机接口有限，还需要扩宽硬件接口线路，本次设计的语音存储与回放系统中，使用专用的语音处理芯片，不需扩宽接口电路，加上一般的单片机测控系统中都有的硬件电路，（如 A/
12、D、 D/A、存储器等）就能完成语音信号的数字化处理，即能完成语音的存储与回放，实现单片机测控系统的语音录制，语音播放，选择播放。给人们生活带来很方便的储存声音的功能。 1 任务要求与总体设计方案 1.1 设计任务与要求 本毕业设计目的是用适当的方法扩展设计一个单片机系 统，用以数码录音与播放系统的设计，有即时录音及播放功能，可即录即放，亦可保存之前录音内容，选择播放。要求基于单片机完成录音信息接收、存储及信号处理后的播放等主要内容，完成整个系统的电路的设计、 PCB 板的制作与系统总体调试工作。 1.2 总体设计方案 单片机的应用无处不在，利用单片机控制语音的录放也多不胜举。用单片机控制桂林
13、电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书 第 2 页 共 36 页 语音芯片，再把单片机和语音芯片嵌入到通信设备，智能仪器，治安报警及儿童玩具中，就可做成语音播放的机器，应用范围广泛。本文介绍的是用 AT89S51 单片机及 ISD4004 语音芯片设计一个语音录 放的播报器。它用语音芯片存储语音，并用单片机控制语音芯片。该系统功能多，录放音音质好，外围电路简单。 采用 AT89S51单片机来完成以数码录音与播放系统的设计，有即时录音及播放功能，可即录即放，亦可保存之前录音内容，选择播放等功能。本方案大体可以分 6个部分：单片机控制部分，电源部分，录音储存部分，功放部分，变按键部分，调试
14、部分。图 1-1为录音与播放系统总体方案组成框图。 操作者可以通过按键来控制录音与播放，更可以通过遥控器来控制，操作者通过按键选择从 1 到 9 段中的其中一段来录音，录音 完毕后又可以选择 1到 9 段其中的一段来播放。首先，把制作出来的整个录音与播放系统放到小车上去，然后把小车开到人们想要录音的地方或者人们想播放的地方；比如：操作者到不了那些地势不好的地方，可以通过遥控器来遥控该系统录音与播放，等操作完毕后再把小车开回来。 1.3 系统硬件器件简介 第一，根据系统的功能要求和实现系统的可行性要求，在硬件器件 -CAN 总线控制器和驱动器上，选择了 AT89S51 芯片和语音芯片 IDS40
15、04-8 等。它们不仅使用方便、性能可靠，而且价格便宜在市场容易购买到。播放部分 选择了 LM386 芯片作为功放，显示界面采用的是一位数码管，数码管显示出 1到 9，表示正在把录音的内容存到第几段，CPU 处理 接收器 遥控按键 硬件按键 图 1-2 录音系统结构框图 电 源 LM386功 放 ISD4004 语音芯片 遥控器数 码 管 51 单 片 机 喇 叭 图 1-1 录音与播放系统总体方案组成框图 录 音 桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书 第 3 页 共 36 页 或者正在播放第几段的内容。 第二，把该系统安装在一辆小玩具小车上，通过遥控器来控制该系统，该系统采用的
16、接收器是 HS0038，再通过接收器把信息传给单片机，也同样可以实现第一点所述的功能。 2 机械结构设计 机械结构是装在小车上的支架，支架的作用就是支撑和固定整个系统部分。 现有的支撑架多由木制棒材或者铁制管材制成，受其尺寸的限制，其高度不具有可调性。 首先要考虑到的就是制作出这个支撑架的重量和能支撑多 大的重量。这样才能保证小车在运动起来能达到比较灵活，和正常的运行。 2.1 支撑架的设计要求 对于支撑架的主体骨架的设计，为了满足机械功能的需求，对其的制作材料进行测量，按照尺寸对机械结构进行设计加工。要系统主体看上去简洁美观、大方和方便拆装，最重要的部分就是要牢固，能保证这个支撑架在小车运动
17、的过程能很好的支撑 PCB 板。 为了更好的安装电路板的电源，在设计支架的时候把空间部分设计成一个工具箱的作用，这样来可以把电路板所需要的电源装到“工具箱”上，为了小车节省了很多空间，也使得小车在行走时平稳很多。 2.2 材料 选择 支撑架使用的材料大部分是用于结构，一般应该是木制棒和金属材料，而且所承载的力度和运动后不应该产生严重的变形和断裂，从力学的角度看即具有足够的强度。因此主要材料选用各种木制棒和铝合金管。这两者比较，重量轻，寿命高，因此除了特别讲究强度，这里还得考虑到制作的难易程度，所以在这次制作中选用木制棒作为结构构件的材料。不同的类型的支架选用的用途也是不一样的，目前，支架使用比
18、较多，立体支架在生活中也是比较多的，因为它在使用的时候比较安全和稳定，给人们使用时放心，优点就是承载能力比较大，装拆都比较方便，搭设比较灵活 ，由于木质的长度容易于调整，扣件连接简便，因而可以适用于各种平面、立面的情况下使用。 该支撑架为长方体的框架，长为 12CM，宽为 10CM，高为 3CM；图 3-1为支撑架主体结构模型图。（支架实物见附录三）。 图 3-1 支撑架主体结构模型 桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书 第 4 页 共 36 页 3 录音与播放硬件电路设计 根据任务要求，数码录音与播放系统电路设计可主要分为四个模块：单片机主控模块、录音模块、播放模块、显示模块；
19、在任务要求以外加遥控模块。通过这样来设计更加丰富了再设计过程的兴趣。图 3-1为硬件电路设计方框图。 （ 1）以单片机模块核心的电 路控制录音与播放功能，处理从按键获得的信号，通过预先写入的程序协调整个控制模块运作； （ 2）录音模块主要是提取声音信号目的，从而达到系统把声音录制和滤波； （ 3）播放模块主要是实现把所录的声音，经过 LM386 芯片放大后播放出声音； （ 4）遥控模块主要是实现可以通过无线遥控该系统正常工作。 3.1 单片机选择与电路设计 单片机也被称为微控制器（ Microcontroller），是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有 CPU 的专用处理器发展而
20、来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和 CPU 集成在一个芯片 中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。 单片机体积小巧，内部包括中央处理器，数据存储器，程序存储器及输入输出设备。对于需要灵活机动，精度要求不高，有可扩展性及程序可擦写和简单成熟的编程平台等要求，单片机作为数码录音与播放系统的核心处理部件，它关系到整个系统的性能指标，因此它的选择是非常重要的，所以选择了单片机 AT89S51。 AT89S51 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，在单片机芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU，使得 AT89S51 在控制应用系统提供高灵活、超有效的解决 方
21、案。 单片机块 录音模块 播放模块 遥控模块 显示模块 图 3-1 硬件电路设计方框图 桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书 第 5 页 共 36 页 在设计中采用最常见的 AT89S51 作为数码录音与播放系统的控制核心。 AT89S51 单片机具有价格低廉，一般的电子店都可以购买得到，输入输出接口多，使用简单等特点，容易给我们扩展。在设计电路的时候，合理的安排单片机的 I/O 口，把最主要的录音与播放模块与单片机的 P2 口连接，显示的数码管就接到 P0 口，其它管脚根据需要接。 数码录音与播放系统的核心 主控电路的设计是以 AT89S51单片机和 ISD4004语音模块为核
22、心，外接显示模块、红外接收块和电源等硬件电路。 AT89S51 工作在 12MHZ的频率下，采用 +5V 的直流电源供电。 AT89S51 在平时的应用时比较多，同样对它的最基本电路驱动电路也是比较熟悉的。首先必须有 5V 的驱动直流电源，现在有现有的 5V 直流电源模块，我们就可以直接应用5V直流电源模块作为驱动单片机 AT89S51 的电源。这就在 VCC 管脚处接上 5V 电源。 GND接地，同时 EA管脚现在不用下载程序也接上 5V电源。其次要给 AT89S51 一个时钟电路，为了方便计算时钟频率我设计了应用 12M 的晶振加上 2 个 30pf 的电容组成时钟电路。最后要有复位电路，
23、复位电路用 1K和 10K加上一个 10uF 的电解电容和一 个复位按钮来组成复位电路。 采用 12M 的晶振和 2个 30pf 的电容组成的时钟电路，复位电路有 1K和 10K的电阻，和 10uf 的电解电容组成的。另外 VCC 接上 5V 的直流电源。这样一个单片机的能工作的最基本电路就设计完成。 3.1.1 按键的设计与制作 在设计电路系统中，电路里设计了 4 个按键， S1、 S2、 S3、 S4，分别接到单片机。在电路中加 4个按键来做功能按键，分别是：加的功能，减的功能，录音的功能，播放功能。为了使按键更加稳定和电路少出点不该出现的问题，加了一个排阻。 3.2 系统显示模块 在该电
24、路设计中采用 LED 数码管作显示， LED 数码管是目前单片机控制系统和一些智能仪表中最常用的一种数显器件。 LED 数码管主要组成器件为半导体发光二极管。当把发光二极管制成条状，再按一定方式连接，组成“ 8”字型就构成了 LED 数码管；使用时，使某些段上的发光二极管发光，即可显示对应的数字。以达到本次设计中需要显示数字 0 到 9、部分字母和符号，如图 3-3数码管的外形。 LED 数码管有共阳极和共阴极两种形式，在这设计中采用了是一位共阳数码管。共阳极 LED 数码管是将 8 个发光二极管的阳极（正极）相连作为公共阳极。公共阳极接高电平，当字段 电极接低电平时，相应字段发光， 共阳极就是把所有 LED 的阳极连接到共同接点 com，而每个 LED 的阴极分别为 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 及 dp（小数点） ，如图 3-2数码管的共阳极。
