基于ISD1700系列的语音录放器设计Word下载.docx
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我们的专业是处于商科大氛围下的工科专业，学习它，不仅要扎实专业理论知识，而且要培养过硬的动手实践能力，还应当具备一定的商业素养。
基于此，这次比赛，我们选择了设计制作一个具有实用价值的和开发前景的实物作品——基于ISD1700系列的语音录放器，以进一步检验我们所学，在锻炼中加以提升，为将来的毕业设计打下一定的基础。
1.2设计要求
实物作品元器件布局合理、电路整洁，能够正常地实现语音的录放基本功能，还能够进行快进、擦除、复位、调音、循环等操作；
设计报告内容完整、格式正确，电路图中的图形符号须符合国家或国际标准。
2总体方案设计
2.1课题分析
对语音录放器设计可以有多种方案，比如可以采用A/D、D/A转换器、滤波器、89C51等多芯片组合，也可以采用语音芯片与89C51芯片组合，还可以采用语音芯片与外围电路组合成按键模式等方案。
它们均能满足设计要求，但第一种方案电路比较复杂，涉面较广，成本较高；
第二种方案要对单片机编程下载，所学有限，成本次之；
第三种方案电路简单，成本最低，用现有知识可以完成。
从电路简洁、成本花费、知识储备、应用完善等方面综合考虑，本次设计采用第三种方案。
2.2系统原理框图
图1系统原理框图
图1是系统原理框图，系统采用按键模式，由话筒输入语音信号，经过语音芯片处理，最后由喇叭输出。
3元件选用与参数计算
3.1语音芯片
由总体设计方案可知，我们需要的语音芯片应该是可录可放，音质较好，能自动增益控制，采样率可达8K，可直接驱动外部喇叭，支持单独按键模式，为完善功能计，最好是可受单片机控制等等。
鉴于这些，我们查找了ISD1700系列录放芯片。
该种芯片集成度高，性能强大，它可录、放音十万次，存储内容可以断电保留一百年；
两种工作模式按键模式和MCU串行控制模式（SPI协议）；
两种录音模式MIC和ANAIN，三种放音输出方式PWM和AUD/AUX，可处理多达255段以上信息；
多段录音，采样率在4K至12K可调，供电范围较广从2.4V到5.5V。
本次设计采用的是ISD1700系列中的ISD1730PY型号，30秒录放时间，可多段录放，28脚直立插式，DIP封装，其引脚定义及功能介绍如表1所示。
表1ISD1700引脚定义及功能介绍
引脚名称
PDIP/SOIC封装
TSOP封装
引脚说明
VCCD
1
22
数字电路电源
/LED
2
23
LED指示信号输出
/RESET
3
24
芯片复位
MISO
4
25
SPI接口的串行输出。
ISD1700在SCLK下降沿之前的半个周期将数据放置在MISO端。
数据在SCLK的下降沿时移出
MOSI
5
26
SPI接口的数据输入端口。
主控制芯片在SCLK上升沿之前的半个周期将数据放置在MOSI端。
数据在SCLK上升沿被锁存在芯片内。
此管脚在空闲时，应该被拉高
SCLK
6
27
SPI接口的时钟。
由主控制芯片产生，并且被用来同步芯片MOSI和MISO端各自的数据输入和输出。
此管脚空闲时，必须拉高。
/SS
7
28
为低时，选择该芯片成为当前被控制设备并且开启SPI接口。
空闲时，需要拉高
VSSA
8
模拟地
Anain
9
芯片录音或直通时，辅助的模拟输入。
需要一个交流耦合电容（典型值为0.1uF），并且输入信号的幅值不能超出1.0Vpp。
APC寄存器的D3可以决定Anain信号被立刻录制到存储器中，与Mic信号混合被录制到存储器中，或者被缓存到喇叭端并经由直通线路从AUD/AUX输出。
MIC+
10
麦克风输入+
MIC-
11
麦克风输入-
VSSP2
12
负极PWM喇叭驱动器地
SP-
13
喇叭输出-
VCCP
14
PWM喇叭驱动器电源
SP+
15
喇叭输出+
VSSP1
16
正极PWM喇叭驱动器地
AUD/
AUX
17
辅助输出，决定于APC寄存器的D7，用来输出一个AUD或AUX输出。
AUD是一个单端电流输出，而AuxOut是一个单端电压输出。
他们能够被用来驱动一个外部扬声器。
出厂默认设置为AUD。
APC寄存器的D9可以使其掉电
AGC
18
自动增益控制
/VOL
19
音量控制
ROSC
20
振荡电阻ROSC用一个电阻连接到地，决定芯片的采样频率
VCCA
21
模拟电路电源
/FT
在独立按键模式下，当FT一直为低，Anain直通线路被激活。
Anain信号被立刻从Anain经由音量控制线路发射到喇叭以及AUD/AUX输出。
不过，当在SPI模式下，SPI无视这个输入，而且直通线路被APC寄存器的D0所控制。
该管脚有一个内部上拉和防抖动设计，允许使用按键开关来控制开始和结束。
/PLAY
播放控制端，有电平触发和脉冲触发两种模式
/REC
录音控制端，低电平有效
/ERASE
擦除控制端，低电平有效
/FWD
快进控制端，低电平有效
RDY
/INT
一个开路输出。
Ready（独立模式）
该管脚在录音，放音，擦除和指向操作时保持为低，保持为高时进入掉电状态
Interrupt（SPI模式）
在完成SPI命令后，会产生一个低信号的中断。
一旦中断消除，该脚变回为高。
VSSD
数字地
实际电路中，由于一般语音信号最高频率为3400HZ，故Rosc取80K。
3.2驻极体话筒
驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中，属于最常用的电容话筒。
由于输入和输出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。
驻极体话筒与电路的接法有两种：
源极输出和漏极输出。
源极输出类似晶体三极管的射极输出。
需用三根引出线。
漏极D接电源正极。
源极S与地之间接一电阻Rs来提供源极电压，信号由源极经电容C输出。
编织线接地起屏蔽作用。
源极输出的输出阻抗小于2k，电路比较稳定，动态范围大。
但输出信号比漏极输出小。
漏极输出类似晶体三极管的共发射极放入。
只需两根引出线。
漏极D与电源正极间接一漏极电阻RD，信号由漏极D经电容C输出。
源极S与编织线一起接地。
漏极输出有电压增益，因而话筒灵敏度比源极输出时要高，但电路动态范围略小。
Rs和RD的大小要根据电源电压大小来决定。
一般可在2．2～5．1k间选用。
例如电源电压为6V时，Rs为4．7k，RD为2.2k。
图3输出电路中，若电源为正极接地时，只须将D、S对换一下，仍可成为源、漏极输出。
一声控电路前置放大级中驻极体话筒的源极输出和漏极输出的两种不同的接法，最后要说明一点，不管是源极输出或漏极输出，驻极体话筒必须提供直流电压才能工作，因为它内部装有场效应管。
极性判别方法是：
首先检查引脚有无断线情况，然后检测驻极体电容式话筒。
驻极体话筒体积小，结构简单，电声性能好，价格低廉，应用非常广泛。
驻极体话筒的内部结构如图所示。
由声电转换系统和场效应管两部分组成。
它的电路的接法有两种：
源极输出有三根引出线，漏极D接电源正极，源极S经电阻接地，再经一电容作信号输出；
漏极输出有两根引出线，漏极D经一电阻接至电源正极，再经一电容作信号输出，源极S直接接地。
所以，在使用驻极体话筒之前首先要对其进行极性的判别。
在场效应管的栅极与源极之间接有一只二极管，因而可利用二极管的正反向电阻特性来判别驻极体话筒的漏极D和源极S。
将万用表拨至R×
1kΩ档，黑表笔接任一极，红表笔接另一极。
再对调两表笔，比较两次测量结果，阻值较小时，黑表笔接的是源极，红表笔接的是漏极。
本次设计中选用的话筒是漏极输出差分式接入电路，Rs和RD都取了4.7K，音质效果比较好。
4系统电路图
根据总体框架图，在熟悉了ISD1700系列芯片引脚和功能后，按其独立按键工作模式完成了设计，图2就是其系统原理图，图中VCC输入直流电压端，按键分别为REC（录音）、PLAY（播放）、ERASE（清除）、FWD（快进）、VOL（音量调节）、RESET（复位）、FT（直通，实际电路中未采用），喇叭输出语音。
图3系统电路图
5系统功能及指标测试
该系统预实现高保真录音、循环放音、快进、清除、复位、音量调节等功能，按照原理图，焊接好电路后，接上6V的直流电源（四节干电池）可以按以下方法进行实测。
录音：
按一下录音键，同时LED灯会亮起，此时对着MIC说话，说话内容就会录进芯片里了。
录完一段后再按一下此键，LED会同时熄灭，再次按下则开始录第二段，以后的各段依次操作。
（注：
超过30秒，即停止录音，受芯片录音时间的限制）
放音：
按下放音键即放可播放语音，且循环直到断开此按键。
放音期间LED闪烁直到放音结束时熄灭。
快进：
多段录音后，放音前，按一下此键，放音为下一段，再按一下，则再推后一段，但不能段内快进。
清除：
单段擦除操作只能对第一段和最后一段有效，擦除第一段或最后一段后，再点按键一次则擦除后面一段或倒数第二段。
长按此键超过3秒芯片进入“全部擦除操作模式”，同时LED灯闪两下，继续按着此键，LED闪烁7下后熄灭，此时松开此键，芯片内的语音信息被全部擦除。
复位：
点按此键芯片执行复位操作。
复位后，放音和录音指针都指向最后一段，即放音指针指向最后一段起始，录音指针指向最后一段的最后。
此时执行放音则播放最后一段，执行录音则接着最后一段开始录新的最后一段。
调音：
点按此键可以调节芯片输出声音的大小。
芯片默认输出为声音最大值，每点按一下，声音按4DB衰减。
直到声音最小后，继续点按此键，每点按一下，声音增大4DB。
一旦执行复位后，声音输出为最大。
图4语音录放器实物图
6应用与总结
经过一个月的努力，我们小组设计并制作的语音录放器，终于完成了。
经多次调试，达到了预期目标。
该装置成本较低，看上去很简单，但它的实用性非常强。
比如，它有清晰的高保真的录音功能，我们可以把它装在住房厚厚的大门上，与门铃一起构成来客提醒器，只要客人一喊门按铃，主人就可以“隔门辨人”，马上开门，不需要把耳朵贴在门前或透过门镜仔细探视，这样节省了开门的时间；
也可以在忙碌的时候，留言告知客人稍等，主人在家，或者在有事外出时，留言告知客人主人的去向，客人来不及等候亦可简短留言，这就又被用作了留言箱；
又如，它具备循环放音的功能，我们可以将它用作简易复读机或简易MP3，不过芯片的放音时间可能要选的长一些等等，诸如有需要录音、放音或录放音的地方，就可以用到它。
当然，它毕竟是一个简易的装置，有它自身的局限性，比如，它的录放音时间不是很长，人机界面不够好，功能有限等等。
但是，我们可以通过改进来完善它，可以换用录音时间更长一点的芯片；
可以接入AT89C51单片机，使用SPI工作方式，以增加用户的自主性；
可以增加一个液晶屏幕，通过语音输入与文字输入的结合，以提供更好的人机操作界面；
语音录放器电路板上还可以安装一个定时器，这样便可用作闹钟、备忘记事器·
·
从上可知，该语音录放器具有实用性强，应用较广，可改造性强等特点，又成本低廉，通过改进完善后，一定可以发挥更大的用处。
这也是我们小组殷切期盼的看到的。
这个作品，凝聚着我们小组共同的心血，为了尽快的完成它，我们小组曾忘寝废食地查阅资料，焊接电路，其间我们收获不少东西。
这次设计，是继课程设计之后我们的又一次理论联系实际的尝试。
自主选题，了解芯片结构功能，将我们从课堂书本中学到的东西应用于了解熟悉新的芯片，独立解决设计中遇到的其它新的问题。
比如，设计中要用到话筒，之前我们并未见过这么小的，又不见其引脚，刚买的时候还以为是坏的，后来才明白是怎么回事。
通过这件事，我们更清晰地知道，应该多关注实际的一些东西，不然脑子里只有一些简单的符号。
这次设计更加体现了我们团结协作精神。
我们是一个小组，当对问题有不同意见的时候，我们通常会一起讨论，各抒己见，当然有时也会争一争，但最终总能达成一致，找到解决问题的最好办法。
同时，我们小组三人，既有分工，又有协作，比如焊接电路板时，一个人负责布线，另一个人检查，还有一个焊接，在焊接时其余两个在一旁帮忙，这样，不仅使得三个人都有适当的锻炼机会，又能够及时排错，减少了因粗心造成的错误，便利于后面的调试工作。
这次设计扩充了我们的知识，锻炼了我们的能力，深厚了我们的友谊，是一次难忘的、难得的经历，任时光飘逝，我辈仍记今朝。
参考文献
[1]彭介华.电子技术课程设计指导.北京：
高等教育出版社.
[2]张玉璞，李庆常.电子技术课程设计.北京：
北京理工大学出版社.
[3]梁宗善.电子技术基础课程设计.武汉：
华中理工大学出版社.
[4]阎石.数字电子技术基础（第五版）.北京：
高等教育出版社，2006.
[5]康华光.电子技术基础（第五版）.北京：
附录
表1元件清单
元件名称
型号参数
数量
ISD1700系列芯片
ISD1730PY
按钮开关
话筒
驻极体话筒
喇叭
0.5W8欧
发光二极管
电阻R1
4.7K
电阻R2
1K
电阻R3
82K
电解电容
0.1uF
4.7uF
10uF
万能板
S-1
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