单片机控制语音芯片的录放音系统的设计Word文档格式.docx
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根据控制应用的需要，可以将单片机分为通用型和专用行。
通用型单片机是一种基本芯片，它的内部资源比较丰富，性能全面且适用性强，能覆盖多种应用需求。
用户可以根据需要设计成各种不同应用的控制系统，即通用单片机有一个再设计过程，通过用户的进一步设计，才能组建成一个以单片机为核心再配以其他外围电路的应用控制系统。
专用型的单片机主要是应用在专门针对某个特定产品的，例如电镀表和IC卡读写器上的单片机等。
这种应用的最大特点是针对性强而且数量巨大。
本电路所使用的是通用型的单片机AT89C2051
89系列单片机有AT89C系列的标准型及抵挡型，还有AT89S系列的高档型。
AT89C单片机的结构图如下。
它主要由下面几部分组成：
1个8位中央处理器、片内RAM、4个8位的双向可寻址I/O口、1个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行接口、2个16位的定时器/计数器、多个优先级的嵌套中断结构，以及一个片内振荡器和时钟电路。
在AT89C单片机结构中，最显著的特点是内部含有FLASH存储器，而在其他方面的结构，则和INTEL公司的8051的结构没有太大的区别。
（二）.AT89C2051单片机
AT89C2051是一带有2KBFLASH可编程、可檫除只读存储器的低压、高性能8位CMOS微型计算机，它采用ATMEL的高密非易失存储器技术制造，不并和工业标准MCS-51指令集和引脚结构兼容。
通过在单块芯片上组合通用的CPL1和FLASH存储器，使AT89C2051
成为一强劲的微型计算机。
AT89C2051提供以下标准功能：
2KBFLASH存储器；
128字节RAM；
15条I/O口引线；
2个16位定时器/计数器；
1个5向量2级中断结构；
1个全双工串行口；
1个精密模拟比较器以及片内振荡器和时钟电路。
此外，AT89C2051是用可降到0频率的静态逻辑操作设计的，并自持两种可选的软件节电工作方式。
掉电方式保存RAM内容，但振荡器停止工作，并禁止所有其他部件的工作直到下一个硬件复位。
1．主要性能
●和MCS-51产品兼容
●2KB可重编程FLASH存储器
●耐久性：
1000次写/檫除。
●2.7-6.0v的操作范围
●全静态操作：
0HZ-24MHZ
●2级加密程序存储器
●128*8位内部RAM
●15条可编程I/O引线
●2个16位定时器/计数器
●6个中断源
●可编程串行UART通道
●直接LED驱动输出
●片内模拟比较
●低功耗空载和掉电方式。
图1—1
2．引脚功能说明
●Vcc:
电源电压
●GND：
地
●P1口：
P1口是一组8位双向I/O口，P1.2-P1.7提供内部上拉电阻，P1.0和p1.1内部无上拉电阻，主要是考虑它们分别是内部精密比较器的同相输入端（AIN0）和反相输入端（AIN1），如果需要应在外部接上拉电阻。
P1口输出缓冲器可吸入20mA电流可直接驱动LED。
当p1口引脚写入“1”时可作输入端，当引脚p1.2-p1.7用作输入并被外部拉低时，它们将因内部的上拉电阻而输出电流。
P1口还在Flash闪速变成及程序校验时接收代码数据。
●P3口：
p3口的p3.0-p3.5、p3.7是带有内部上拉电阻的7个双向I/O口。
P3.6没有引出，他作为一个通用I/O口但不可访问，但可作为固定输入片内比较器的输出信号，P3口缓冲器可吸入20mA电流。
当P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。
做输入时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。
P3口还用于实现AT89C2051特殊功能，如下表所示：
P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。
●RST：
复位输入。
RST引脚一旦变成两个机器周期以上高电平，所有的I/O口都将复位到“1”状态，当振荡器政治工作时，持续两个机器周期以上的高电平便可完成复位，每个机器周期为12个振荡时钟周期。
●XTAL1：
振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。
●XTAL2：
振荡器反相发党旗的输出端。
表1—1
●振荡器特征：
XTAL1、XTAL2为片内振荡器的反相放大器的输入和输出端，如下图所示。
可采用石英警惕或陶瓷振荡器组成时钟振荡器，如需从外部输入时钟驱动AT89C2051，时钟信号从XTAL1输入，XTAL2应悬空。
由于输入靠内部电路是经过一个2分频触发器，所以输入的外部时钟信号无需特殊要求，但它必须符合电平的最大和最小值及时序规范。
图1—2
●特殊功能寄存器：
片内特殊功能寄存器（SFR）空间存储区的影象图如下表所示。
并非存储区中所有的地址单元都被占用，未占用的地址单元亦不能使用，如果对其进行读访问一般返回为随机数，写访问也不确定。
这些单元是为了以后利用这些未使用的地址单元扩展新功能而设置。
所以用户软件不要对它们写“1”，在这种情况下，新位的复位或不激活值总为“0”。
●某些指令的约束条件：
AT89C2051是经济型低价位的微控制器，它含有2K字节的Flash闪速程序存储器，指令系统与MCS-51完全兼容，可使用MCS-51指令系统对其进行编程。
但是在使用某些有关指令进行编程时，需要注意一些事项。
和跳转或分支有关的指令有一定的空间约束，使目的地址能安全在AT89C2051的2K字节的物理程序存储器空间内，必须注意这一点。
对于2K字节存储器的AT89C2051来说，LJMP7E0H是一条有效指令，而LJMP900H则为无效指令。
1.分支指令
对于LCALL、LJMP、ACALL、AJMP、SJMP、JMP@A+DPTR等指令，只要记住这些分支指令的目的地址在程序存储器大小的物理范围内（AT89C2051程序空间为：
000H-7FFH单元），这些无条件分支指令就会正确执行，超出物理空间的限制会出现不可预知的程序错误。
CJNE[….]、DJNZ[….]、JB、JNB、JC、JNC、JBC、JZ、JNZ等这些条件转移指令的使用与上述原则一样，同样，超出物理空间的限制引起不可预知的程序错误。
至于中断的使用，80C51系列硬件结构中已保留标准中断服务子程序的地址。
2.与MOVX相关的指令，数据存储器
AT89C2051包含128字节内部数据存储器，这样，AT89C2051的堆栈深度局限与内部RAM128字节范围内，它既不支持外部数据存储器的访问，也不支持外部程序存储器的执行，因此程序中不应有MOVX[….]指令。
●程序存储器的加密：
AT89C2051使用对芯片上的两个加密进行编程或不编程来得到如下表所示的功能：
表1—2
●空闲模式：
在空闲模式下，CPU保持睡眠状态而所有片内的外设仍保持激活状态，这种方式由软件产生。
此时，片内RAM和所有特殊功能寄存器的内容保持不变。
空闲模式可由任何允许的中断请求或硬件复位终止。
P1.0和P1.1在不使用外部上拉电阻的情况下应设置为“0”，或者在使用上拉电阻的情况下设置为“1”。
应注意的是：
在用硬件复位终止空闲模式时，AT89C2051通常从程序停止一直到内部复位获得控制之前的两个机器周期处恢复程序执行。
在这种情况下片内硬件禁止对内部RAM的读写，但允许对端口的访问，要消除硬件复位终止空闲模式对端口意外写入的可能，原则上进入空闲模式指令的下一条指令不应对端口引脚或外部存储器进行访问。
●掉电模式
在掉电模式下，振荡器停止工作，进入掉电模式的指令是最后一条被执行的指令，片内RAM和特殊功能寄存器的内容在终止掉电模式前被冻结。
退出掉电模式的唯一方法是硬件复位，复位后将重新定义全部特殊功能寄存器但不改变RAM中的内容，在VCC恢复到正常的工作电平前，复位应无效，且必须保持一定时间以使振荡器重启并稳定工作。
P1.0和P1.1在不使用外部上拉电阻的情况下应设置为“0”，或者在使用外部上拉电阻时应设为“1”。
表1—3
●Flash闪速存储器的编程：
AT89C2051是在擦除状态下（也即所有单元内容均为FFH时）用2K字节内PEROM代码存储阵列进行封装微控制器，其程序存储器是可反复编程的。
代码存储阵列依次编程一个字节，一旦阵列被编程，如需要新变成一非空（空为：
FFH）字节，必须对整个存储器阵列进行点擦除。
AT89C2051内FLASH闪存储器的编程和校验如图。
●内部地址计数器：
AT89C2051内部包含一个PEROM编程地址计数器，它总在RST上升沿来时复位到00H，并在XTAL1引脚上出现正跳变脉冲时进行加1计数。
●编程方法：
要对AT89C2051进行编程，使用以下方法。
1.上电次序：
在VCC和GND引脚之间加上电源。
设置RST和XTAL1为GND电平。
其它引脚置空，等待至少10Ms以上。
2.置RST引脚为高电平，置P3.2引脚为高电平。
3.对引脚P3.3、P3.4、P3.5、P3.7按下表正确组合上逻辑高“H”或低“L”电平可对PEROM进行编程操作。
表1—4
编程和校验方法如下：
4．在000H地址单元对P1.0-P1.7输入数据代码字节。
5．置RST端为+12V，激活编程。
6．使P3.2跳变依次来编程PEROM阵列中的一字节或者加密位，写字节周期是自身定时的，一般需时1.2ms。
7．当校验已编程的数据，使RST从+12V降到逻辑电平“H”，置P3.3-P3.7引脚到正确的电平即可从P1口读取数据。
8．对下一地址单元编程字节，使XTAL1引脚正脉冲跳变依次使地址计数器加1，在P1口输入新的书字节。
9．重复5至8，可对整个2K字节阵列全部编程，直到目标文件结束。
10．下电次序：
置XTAL1为低“L”电平
置RST为“L”电平
置空所有其它I/O引脚
关闭VCC电源
●数据查询：
AT89C2051具有写周期结束的数据查询功能，在写周期期间，对最后写入的字节尝试读降令P1.7上写入数据的操作结束。
当写周期完成，全部输出端的真实数据有效，同时下一个周期开始，数据查询可在写周期被初始化的任一时刻开始。
●Ready/busy:
字节编程的进度通过“RDY/BSY输出信号监测，编程期间，P3.1引脚在P3.2变高“H”后被拉低来指“BSY”，P3.1在编程结束后被再次拉高“H”来指示“RDY”。
●程序校验：
如果加密位LB1、LB2没有进行编程，则代码数据可通过校验数据线读取：
1.使RST从“L”变为“H”，复位内部的地址计数器为000H。
2.对代码数据加上正确的控制信号即可在P1口引脚上读取数据。
3.XTAL1引脚跳变一次使内部地址计数器加1。
4.从P1口读取下一个代码字节。
5.重复3到4步骤，即可将全部单元的数据读取。
加密位不可直接校验，加密位的校验可通过对存储器的校验和写入状态来验证。
●芯片擦除：
利用控制信号的正确组合并保持P3.2引脚10ms的低电平即可将PEROM阵列（2K字节）和两个加密位整片擦除，代码阵列在片擦除操作中将任何非空单元写入“1”可被再次编程之前进行。
●读片内签名字节：
除P3.5、P3.7必须被拉成逻辑低电平外，读签名字节的过程和单元000H、001H及002H的正常校验相同，返回值意义如下：
（000H）=1EH声明产品有ATMEL公司制造。
（001H）=21H声明为89C2051单片机。
●编程接口：
Flash闪速阵列中的每一代码字节进行写入且整个存储器可在控制信号的正确组合下进行擦除，写操作周期是自身定时的，初始化后它将自动定时到操作完成。
表1—5
AT89C2051的极限参数：
图1—3
外部时钟驱动波形：
图1—4
注：
AC输入测试期间是当电平VCC-0.5（逻辑1）
和0.45V（逻辑0），实时测量VIH的最小值VH
的最大值
三．语音芯片在单片机中系统的使用
1、所谓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，在单片机中使用语音芯片时，需要考虑三个方面的内容，一个方面是如何使用isd系列的语音芯片，二是如何根据选择的isd芯片设计外围和单片机的接口电路，三是如何编写定时控制语音芯的单片机程序。
功能模块分为三个方面：
1．单片机系统：
输出控制信号，控制语音芯片定时播放特定的语音。
2．外围电路：
实现外围电路的isd系列语音芯片，本电路所使用的是isd2560的芯片和单片机之间的接口电路。
3．C51程序：
编写定时一秒的程序，并在定时中断来时间来时播放语音芯片中的内容。
器件和原理
（1）.什么是语音芯片？
语言芯片就是人工或者是控制器的控制下可以录音和放音的芯片。
比较典型的有美国的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技术，即将模拟语音数据直接写入单个存储单元，不需要经过A/D或D/A转换，因此能够较好地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音和失真现象。
另外芯片功能强大：
既录即放，语音可掉电保护，10万次的檫写寿命，手动操作和cpu控制兼容，可多片级联，无须开发系统等，确实给欲实现语音功能的单片机应用设计人员提供了单片的解决方案。
（2）.如何选择合适的语音芯片？
下面介绍比较流行的语音芯片，以及选择语音芯片的标准。
目前，市场上的语音芯片和语音板很多，从价格性能比上看，美国isd公司的ISD系列录放芯片是比较好的，有以下特点：
a.使用直接电平存储技术，省去了A/D和D/A转换。
b.内部集成了大容量的EEPRPOM，不再需要扩展存储器。
c.控制简单，控制管脚与TTL电平兼容。
d.具有集成度高，音质好，使用方便等优点。
（3）.ISD2560的基本功能是什么？
本电路将选择美国ISD公司的2560语音芯片。
该芯片的引脚图如图所示，其基本特点和引脚的功能说明如下。
（a）.ISD2560系列具有抗断电，音质好，使用方便，无需专用的语音开发系统的特点。
（b）.片内EERPOM容量480KB，所以录放时间长，录放时间为90秒。
（c）.有10个地址输入端，寻址能力可达1024位。
（d）.语音最多能分600段，设有OVF溢出端，便于多个器件级联。
●地址线：
A0—A9。
共有1024种组合状态。
最前面的600个状态作内部存储器的寻址用，最后256个状态作为操模式。
●电源：
VCCA、VCCD。
芯片内部的模拟和数字电路使用不同的电源总线。
模拟和数字电源端最好分别走线。
●地线：
VSSD、VSSA。
芯片内部的模拟和数字也可使用不同的地线。
●节能控制：
PD。
本端拉高是芯片停止工作，进入不耗电的节能状态，芯片发生溢出，即OVF端输出低电平后，要将本端短暂变为高复位芯片，才能使之再次工作。
、
●片选：
CE。
本端变低后，而且PD为低，允许进行录放操作。
芯片在本端的下降沿锁存地址线和P/-R端的状态。
●录放模式：
P/-R。
本端状态在/CE的下降沿锁存。
高电平选择放音，低电平选择录音。
●信息结尾标志：
EOM。
EOM标志在录音时由芯片自动插入到该信息的结尾。
放音遇到EOM时，本端输出低电平脉冲。
芯片内部会检查电源电压以维护信息的完整性，当电压低于3.5V时，本端变低，芯片只能放音。
●溢出标志：
OVF。
芯片处于存储空间末尾时本端输出低电平脉冲表示溢出，之后本端状态跟随CE端的状态，知道PD端变高。
●麦克输入：
MIC。
本端连至片内前置放大器的反向输入。
片内自动增益控制（AGC）将置增益控制在-15DB至24DB。
、
●自动增益控制：
AGC。
AGC动态调整前置增益以补偿话筒输入电平的宽度变化，使得录制变化很大的音量（从耳语到喧嚣声）时失真都能保持很小。
●模拟输出：
ANAOUT。
前置放大器的输出，前置电压增益取决于AGC端电平。
●模拟输入：
ANAIN。
本端为芯片录音信号的输出。
对话筒输入来说ANAOUT端应通过外接电容连至本端。
●喇叭输出：
SP+、SP-。
过对输出端级驱动16欧以上的喇叭。
单端使用时必须在输出端和喇叭间接耦合电容，而双端输出既不用电容又不能将功率提高至4倍。
录音和节电模式下，它们保持为低电平。
●辅助输入：
AUXIN。
当/CE和P/-R为高，放音不进行，或处于放音溢出状态时，本端的输入信号过内部功放驱动喇叭输出端。
当多个2560级联时，后级的喇叭输出通过本端连接到本级的输出放大器。
●外部时钟：
XCLK。
本端捏部有下拉元件，不用时应接地。
芯片内部的采样始终在出厂前已调节器校，误差为+1%内。
●地址/模式输入：
AX/MX。
地址端有个作用，取决于最高两位（MSB，即2532/2548的A7和A8，或2560/2590/25120的A8和A9）的状态。
当最高两位中有个为零时，所有输入均解释为地址位，做为当前录入操作的起始地址。
地址端只做输入，不输出操作过程中的内部地址信息。
ISD2560封装引脚图如下：
ISD2560是ISD系列单片语音录放集成电路的一种，是一种永久记忆型录放语音电路，录音时间为60秒，能重复录放达10万次。
它采用直接电平存储技术，省去了A/D、D/A转换器。
ISD2560集成度高，内部包括前置放大器、内部时钟、定时器、采样时钟、滤波器、自动增益控制、逻辑控制、模拟收发器、解码器、和480KB的EERPOM等。
内部EERPOM存储单元，均匀分为600行，具有600个地址单元，每个地址单元指向其中一行，每一个地址单元的地址分辨率为100MS。
ISD2560控制电平与TTL电平兼容，接口简单，使用方便。
ISD2560内置了若干操作模式，可用最少的外围器件实现最多的功能。
操作模式也有地址端控制；
当最高位都为1时，其他地址端最高就选择某个模式。
因此操作模式和直接寻址相互排斥。
操作模式可由微控制器也可有硬件实现。
基本电路原理图如下：
录音按下录音键接地，是PD端、P/R端为低电平，此时启动录音；
结束时松开按键，单片机有让P/R端回到高电平，既完成一段语音的录制。
同样的方法可录取第二段、第三段等。
值得注意的是，录音时间不能超过预先设定的每段语音的时间。
放音的操作更为简单，按下录音键接高电平，使P/D端P/R端为低电平启动方音功能；
结束时，松开按键，即完成一段语音的播放。
在控制上，除去手动外，ISD器件也可以通过地址来精确定位，但它的地址不是字节地址单元，而是信息段的基本组成单位。
以ISD2560为例，他内部的480KB的EERPOM均匀地规划为600行，每个地址单元指向其中一行，有600个地址单元.
模式控制
功能
典型应用
A0/M0
信息检索
快速检索信息
A1/M1
删除EOM标志
在全部语音录放结束时，给出EOM标志
A2/M2
未用
当工作模式操作时，此端应接低电平
A3/M3
循环放音
从0地址开始连续重复放音
A4/M4
连续寻址
可录放连续的多段信息
A5/M5
CE电平触发
允许信号中止
A6/M6
按钮控制
简化器件接口
十进制
二进制
信息时间（秒）
A9
A8
A7
A6
A5
A4
A3
A2
A1
A0
2560
2575
2590
0
0
0
50
1
5.0
6.25
7.50
100
1
10.0
12.50
15.00
250
1
25.0
31.25
37.50
300
30.0
37.50
45.00
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