基于51单片机语音存储与回放系统设计Word文档格式.docx
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另一方面控制ISD2560语音芯片的录音和放音过程，实现语音的存储和回放。
本设计首先给出了系统的硬件电路，接着结合硬件电路编写了录、放音控制程序，最后，对本设计进行总结与展望。
关键词：
AT89C51单片机ISD2560语音芯片语音存储语音回放IIABSTRACTIntheareaofintelligentinstrumentsandautomaticcontrolequipments,thesystemwiththephoneticfunctioncangreatlyincreasethefriendlinessoftheman-machineinterface,andisalsoconvenientforuserstooperate.Inmanysituations,designersneedtointegratethephoneticsynthesis,thephoneticrecognitionandthephoneticstorageandplaybacktechnologywiththeSCM.Thecommonanalog-signaldigitalizeprocessingsystemcanrealizethefunctionofphoneticstorageandplayback.Buttheeffectsarenotverygood.Thisdissertationdesignsthedigitalphoneticsystemcomposedofflashmicro-controllerAT89C51anddigitalaudiochipISD2560.SCMisthecontrolcenterofthesystem,itismainlytoachievethefollowingfunctions:
thekeystrokeidentificationandthefunctionselection;
phoneticstorageandplaybackbyusingthedigitalaudiochipISD2560.Firstly,thisdissertationdesignsthehardwarecircuitofthesystem.Andthencompilesthecontrolprogramofrecordandplayback.Atlast,thesummaryandprospectsofthedesignwaspresented.Keywords:
AT89C51ISD2560phoneticstoragephoneticplayback1绪论
（1）课题研究背景及科学意义在智能仪器仪表或自动控制设备中，增加语音功能能极大地提高人机界面的友好性，方便用户操作。
目前语音服务行业越来越广泛，如电脑语音钟、语音型数字万用表、手机话费查询系统、排队机、监控系统语音报警以及公共汽车报站器等。
在许多场合，设计者需要将语音系统和单片机结合在一起。
单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点。
现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机，单片机可以说是世界上数量最多的计算机。
手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。
而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。
可以说，单片机能够在语音功能的实现应用中发挥重大的作用。
数字语音录放是指利用数字技术对语音信号进行采集、处理、并且在一定存储设备中进行存储，并可在需要时进行输出的过程。
相对于模拟设备来说，数字设备易于集成、小型化、成本更低，同时更为稳定，且操作更为直接、方便，使得数字语音录放系统目前在各种领域中都得到了广泛的应用。
例如监控环境中使用的语音采集系统；
再如家庭或学校中使用的语音复读机等，都可看作是数字语音录放系统的典型应用。
在对语音信号的处理方面，常规方法是采用滤波器处理接收到的模拟语音信号，通过模数转换成为数字信号，再由单片机控制存储到存储器中。
在需要输出语音信号时，亦可由单片机控制从存储器中输出，再经数模转换成模拟信号，通过I\V变换成电压信号，滤波后通过功放将语音信号输出。
但是这种方法的缺点是，输出不稳定，语音信号有杂音或者变音，这是模拟电路所不能避免的。
为了解决这个问题，我们可以采用专用的语音芯片。
语音芯片就是在人工或者是控制器的控制下可以录音和放音的芯片。
语音芯片可以很方便的在单片机系统中使用，并且和单片机的接口非常容易，其体积和重量也能符合单片机系统的要求。
因此，本次课题的设计采用的是单片机和语音芯片的结合，实现语音信号的数字化控制。
（2）国内外研究现状随着IT行业的不断进步，现在我们的生活中各种语音录播设备层出不穷。
在一般的数字语音录放系统中，对语音只是进行简单的采集、存储和播放；
虽然可以较大程度上保证语音的保真度，但过多的语音数据会造成对大量存储设备的需2求。
对于大型系统，可通过采用大容量的硬盘、甚至大规模的磁盘阵列来解决；
但是对于小型的设备，例如便携式的语音复读机，由于容量有限，则不能采用同样的方法。
近年来，语音信号处理技术研究的突飞猛进，为数字语音录放系统提供了新的发展空间。
对语音的采集、处理从以前简单的波形编码转变为参数编码、压缩，从而大大减少了存储数据。
举例来说，原始语音一般都是采用8KHz抽样，16bits的线性PCM编码进行采集，在一般的系统中就直接将采集后的数据进行存储；
而如果采用参数编码对采集后的数据进行压缩，存储量则可以大大减少，当需要恢复语音时，可利用编码后的参数进行合成，可以得到质量令人满意的结果。
目前比较典型的语音器件有美国ISD公司生产的ISD系列语音芯片。
ISD系列语音芯片采用模拟数据在半导体存储器直接存储的专利技术，即将模拟语音数据直接写入单个存储单元，不需经A/D或D/A转换，因此能够较好的真实再现语音的自然效果，避免了一般固体语音电路因为量化和压缩所造成的量化噪声和失真现象。
另外芯片功能强大：
即录即放、语音可掉电保存、10万次的擦写寿命、手动操作和CPU控制兼容、可多片级联、无需开发系统等等，确实给欲实现语音功能的单片机应用设计人员提供了解决方案。
现在市场上已有公司将以AT89C2051单片机与ISD语音芯片组成的语音组合板，用串口通信，芯片里固化有一些常用语音词汇，用户不需了解语音功能的工作原理，只需通过串口按一定协议发送代码即可送出语音。
（3）研究方法系统要求实现语音的数字化存储与回放，整个系统分为录音、停止和回放三种状态。
语音信号作为一种模拟信号，本身不能完成数字化的处理，需要借助专门的语音芯片或者是通过A/D和D/A转换完成模拟语音信号的处理工作。
单片机在这个过程中起到了举足轻重的作用。
单片机需要控制语音录音的开始与结束，设定信号存储的地址，并在播放时寻址播放空间并控制播放。
对于通过A/D和D/A转换完成语音信号处理的方法介绍如下：
将模拟语音信号通过模数转换器转换成数字信号，再通过单片机控制存储在存储器中，回放时，由单片机控制将数据从存储器中读出，然后通过数模转换器转换成模拟信号，经放大在扬声器或耳机上输出语音。
这种方法系统电路简单，程序简洁。
采用闪存保存语音，即使断电仍然能保持信息不丢失，所以保存信息安全可靠。
但是该系统仍需要使用到模拟电路进行信号的放大与滤波，这会使得到的语音信号相对失真，同时也需要采用软件滤波技术加以完善，因此本次设计不采用该方法。
若采用语音芯片处理，则不需要在外部进行语音信号的放大和滤波，语音芯片的抗干扰能力极强，可以有效地防止信号失真。
语音芯片内部集成了模拟存储3阵列，不用外连存储器，这使得电路更加简单易懂，因此本次设计采用该方法来实现。
（4）本文的主要工作本设计的主要任务是查阅国内外相关文献资料，在了解和熟悉目前语音存储与回放系统结构、功能以及发展现状的基础上，完成基于51单片机语音存储与回放系统设计。
论文组织结构如下：
绪论主要讲述了本课题的来源，研究背景和科学意义，对国内外的研究现状和成果的优越点进行了概述，初步描述了单片机语音存储与回放系统的设计方法。
第1章单片机控制语音录放系统的设计。
详述了设计方案的选择过程和单片机、语音芯片的选型方法，并介绍了所需芯片的各项功能。
第2章语音录放系统硬件电路设计。
描述了基于51单片机语音存储与回放系统的组成、功能和控制方案，设计出完整的硬件电路。
第3章语音录放系统软件设计。
绘出了程序的组成框图，完成了语音存储与回放系统的软件设计，实现了最初设定的功能。
结束语总结出本文设计的优缺点，并对系统的改进方向提出了展望。
41语音录放系统总体设计及主要芯片说明1.1总体方案论证方案一：
利用单片机及其外围硬件电路（如A/D、D/A、存储器等），就能完成语音信号的数字化处理，实现语音的存储与回放。
系统主要由单片机AT89C51、AD574、DAC0832及闪速存储器AT29C040组成。
其原理图如图1-1所示。
声音通过MIC转换成微弱的电信号，经专用的音频前置放大器放大后，由带通滤波器滤波，输出的信号经A/D转换送入单片机。
单片机控制将数字信号存储在存储器中，在需要放音时，单片机控制数字信号从存储器中读出，经D/A转换后输出。
这种方法过程简单，但是语音信号容易受到外界干扰而失真，并且信号的压缩存储比较复杂，硬件电路不宜调试。
单片机AT89C51A/D转换D/A转换采样保持带通滤波器带通滤波器放大器放大器MICSPEAKER闪速存储器AT29C040图1-1方案一系统原理图方案二：
直接采用单片机与专用的语音处理芯片ISD2560设计实现语音存储与回放，实现语音的整段录放。
系统框图如图1-2所示。
5ISD2560单片机控制语音输入语音输出键盘控制图1-2方案二系统原理图该系统采用语音芯片处理语音信号，抗干扰能力强，存储方便，调试简单，还可以作为语音服务的子系统，所以选择此方案。
下面，就针对此方案做具体的介绍。
1.2器件选择1.2.1单片机的选择单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。
单片机也有很多种类，比如PIC单片机、MCS-51单片机和AVRATmega128单片机等等。
51单片机是对目前所有兼容Intel8031指令系统的单片机的统称。
该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着FlashRom技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为目前应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。
目前很多公司都有51系列的兼容机型推出，在目前乃至今后很长的一段时间内将占有大量市场。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51和AT89C2051都是高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
AT89C51和AT89C2051主要性能对比表如表1-1所示。
6表1-1AT89C51和AT89C2051主要性能对比表项目AT89C51AT89C2051存储器4KB可编程Flash存储器2KB可编程Flash存储器存储器保密三级程序存储器保密两级程序存储器保密内部RAM128字节128字节静态工作频率0Hz~24MHz0Hz~24MHz定时/计数器2个16位定时/计数器2个16位定时/计数器串行通讯口1个串行通讯口1个串行通讯口中断源6个中断源6个中断源I/O引线32条I/O引线15条I/O引线以上可以看出它们是大体相同的，由于AT89C2051的I/O线很少，导致它无法外加RAM和程序ROM，片内Flash存储器也少，但它的体积比AT89C51小很多。
在这里考虑到以后的扩展，本次设计选择了扩展接口较多的AT89C51，以便在需要的时候能够升级而扩展其他的功能。
1.2.2语音芯片选择语音芯片又称语音IC，又被叫做声音芯片。
芯片的录音功能包括ADC和DAC两个过程，都是由芯片本身完成的，包括语音数据的采集、分析、压缩、存储、等步骤。
它能够将语音信号通过采样转化为数字，存储在IC的ROM中，再通过电路将ROM中的数字还原成语音信号；
而语音芯片放音功能实质上是一个DAC过程。
语音芯片根据集成电路类型来分，凡是与声音有关系的集成电路被统称为语音芯片，但是在语音芯
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