数码录音笔的设计与实施

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1、石家庄铁道大学四方学院毕业设计数码录音笔的设计与实施Digital Voice Recorder of Design and Implementation 2011 届 电气工程 系专 业 电子信息工程 学 号 学生姓名 指导教师 完成日期 2011年 5 月 25 日毕业设计成绩单学生姓名学号2班级专业电子信息工程毕业设计题目指导教师姓名指导教师职称评 定 成 绩指导教师得分评阅人得分答辩小组组长得分成绩：院长(主任) 签字：年 月 日毕业设计任务书题目数码录音笔研究与实施学生姓名学号班级专业电子信息工程承担指导任务单位电气工程系导师姓名导师职称讲师一、主要内容通过录音模块ISD4003芯片

2、或者BMP5008类似功能芯片与单片机实现数字录音的功能。二、基本要求1使用或者类似芯片完成录音笔的功能。2可以录音，放音3. 使用Keil C编程。实现相关逻辑控制。4. 电路原理图设计，protel印刷电路图设计。5. 提出系统设计框图，提出相应的解决方案。6. 需单片机和芯片，开发电路板以相关传感器，价格200元。三、主要技术指标1电压直流5V，工作电流小于500mA。2完成主要功能3. 电路原理图4. 使用说明书撰写5. 论文正文不少于1万字，查阅文献资料不少于10篇，其中外文文献2篇以上，翻译与课题有关的外文资料不少于3000汉字。四、应收集的资料及参考文献C语言开发关于STC89系

3、列相关单片机开发文档。相关传感和显示器件使用手册和接口电路电机驱动模块。五、进度计划第 1 周第2周 开题报告和任务分配第 3 周第7 周 需求分析，概要设计第 8 周第12周 详细设计，中期考核第13周第14周 写论文第15周第16周 上交论文，答辩教研室主任签字时间 年 月 日毕业设计开题报告题目数码录音笔研究与实施学生姓名学号班级专业电子信息工程一、研究背景：随着人类社会的不断进步，随着数字化信号处理技术的不断提高，语音处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，其自动化程度越来越高，使用范围越来越广，前景十分喜人。而录放系统具有电路简明、应用方便、

4、单片录放、不怕掉电、音色纯正、性价比高等特性。数码录音笔对于我们现如今的人们己经是再熟悉不过的产品了，它己经应用在了很多地方，其中主体部分应该是记者了。正是基于录音笔能过录音的特点，在你无法凭借记忆记住重要谈话，或者重要会议的重要内容的时候，它便体现除了它的优势，清晰完整无误的记录下你要记录的东西，而你能够拿出更多的时间来处理其他事情，除此之外录音笔小巧易于携带，存储内容量大，基于这些优点，越来越多的得到人们的青睐。数码录音笔，数字录音器的一种，造型如笔型，携带方便，同时拥有多种功能，如存储功能、MP3播放等。与传统录音机相比，数码录音笔是通过数字存储的方式来记录音频，更便捷、小巧。在如今的社

5、会生活中，它被应用于各个领域，例如：经常唱歌或者弹奏乐器的人需要记录自己的演出效果，记者在进行采访时需要记录一些重要谈话，再有平时开会、听课、你无法到场要别人给你录音也很方便，同时它有存储和播放功能，又可以当做一个音乐播放器，总之，它已开始走进人们的生活，越来越扮演一个重要的角色。二、国内外研究现状：现代的数码录音笔无论录音长度还是质量上，都拥有绝对优势，但随着多功能MP3, MP4, 智能手机的普及，录音逐渐成为了随身数码设备中的一项附属功能。尽管不少缺乏技术的国内小厂都相继退出了数码录音笔市场，但以三星为代表的世界级数码巨头并没有轩言放弃，反而借助新的技术和设计，给这个看似一潭死水的市场注

6、入了新的活力。精明的商家开始重新恢复音质的魅力，并令其成为数码录音笔发展的一大方向。根据国内外市场调查，预计数码录音笔相关产业的需求在2010至2015年总体趋势将会上升，并且成品价格将会保持上升趋势，数字化趋势明显，录音笔相关产品总体走向将会是向着轻巧，便捷，数字化方向发展。相关技术急需更新，研究前景明朗。三、研究方案：数码录音笔的制作过程主要有以下几步：第一，前期的程序编写，汇编应用较少，主要是C语言的编写，同时需要了解单片机的相关知识。第二，学习相关软件的应用，了解C51单片机的开发流程，掌握用软件对程序进行测试等基本技能。第三，对需用的硬件进行统计，本产品主要用到的硬件有存储卡（或US

7、B接口）、麦克风（输出）、喇叭（录入）、芯片、电池及相关零件。第三，将调试好的程序烧入芯片中，并进行实物测试，实现应有功能后根据个人爱好可添加其他功能。四、预期结果：数码录音笔的成品主由电源、麦克风和喇叭组成。数码录音笔主要是用一个语音录入系统，将需要录制的音频通过已有程序芯片转变为数据信息录入存储器中，然后，再通过此芯片可将数据信息再转换为语音信息并通过输出系统（即喇叭）播放出来，实现其功能。指导教师签字时 间 年 月 日摘要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AT89C52单片机设计了一个数码录音笔。本文提出了基

8、于STC89C52 单片机和ISD4004语音芯片的语音存储与回放设计的方案。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、液晶显示电路的设计等，设计中以AT89C52单片机主控制为核心，采用了美国ISD公司制造的ISD4004语音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，显示电路用数码管更直观的录音放音，音频放大电路放大器采用通用型音频功率放大器LM386来实现。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、语音信号存储模块的设计等，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、

9、循环播放、重复播放、选择上一段、选择下一段以及用数码管和led等显示相关操作等功能，设计具有一定的应用价值。关键词：单片机录音放音 数码录音笔 AbstractWith the rapid development of electronic technology, digital voice recorder has been more and more people have favored paper on the design of a variety of voice recorder were compared and analyzed, the selected SCM AT89C

10、52 designed a digital voice recorder.This paper is proposed based on STC89C52 SCM and ISD4004 pronunciation chip voice storage and playback design scheme. Firstly introduces the selection of design scheme, then the hardware design, including audio input/output circuit design, button control circuit

11、design, liquid crystal display circuit design, design with AT89C52 single chip computer master control as the core, using America ISD companies manufacture of ISD4004 pronunciation chip realizing the function of recording system. One button control circuit to control the whole system, display circui

12、t with a digital tube more intuitive recording playback, audio amplifier circuit amplifier using universal model LM386 audio amplifier to realize. System modules including main program module, speech signal acquisition module, the keyboard scan module, speech signal storage module design, the design

13、 of the program flow and write program code. System realizes the speech data recorded, play, pause, looping, aired, choose a long, choosing the next paragraph and use digital tube and led to display relevant operating functions such as design has certain, the application valueKeyword: Microcontrolle

14、r ecording layback Digital voice recorder 目录第1章绪论11.1课题研究的目的和意义11.2国内外研究现状11.3论文研究内容2第2章录音笔设计方案与论证32.1录音笔设计方案的提出32.2录音笔设计方案分析论证32.3录音笔设计方案的确定4第3章硬件设计63.1主控制模块6STC89C52单片机总控制电路6STC89C52引脚9ISP技术（在线可编程）113.2语音模块12语音芯片ISD400412语音芯片ISD4004引脚功能描述133.3按键控制电路143.4显示电路153.5音频放大电路16第4章软件设计184.1软件设计流程图184.2各个子

15、程序的设计18录音子模块18放音子模块19键盘扫描模块20第章结论与展望22参考文献23致谢24附录25附录外文资料原文25附录B系统电路原理图34附录程序清单35第1章绪论1.1课题研究的目的和意义数码录音笔对于我们现如今的人们己经是再熟悉不过的产品了，它己经应用在了很多地方，其中主体部分应该是记者了。正是基于录音笔能过录音的特点，在你无法凭借记忆记住重要谈话，或者重要会议的重要内容的时候，它便体现除了它的优势，清晰完整无误的记录下你要记录的东西，而你能够拿出更多的时间来处理其他事情。除此之外录音笔小巧易于携带，存储内容量大，基于这些优点，越来越多的得到人们的青睐。 现在所说的录音笔指的数码

16、录音笔，也称为数码录音棒或数码录音机，数字录音器的一种，为了便于操作和提升录音质量造型并非以单纯的笔型为主，携带方便，同时拥有多种功能。1.2国内外研究现状就声音录制而言，虽然专业的数码录音笔不论在录音长度上还是品质上，都拥有绝对的优势，但随着多功能MP3, MP4, PDA甚至是智能手机的普及，录音逐渐成为了随身数码设备中的一项附属功能。尽管不少缺乏技术的国内小厂都相继退出了数码录音笔市场，但以三星为代表的世界级数码巨头并没有轩言放弃，反而借助新的技术和设计，给这个看似一潭死水的市场注入了新的活力。首先录音作为任何一款录音笔都是必不可少的基本功能，所以好的音质便成为了录音笔未来发展方向之一口

17、随着闪存技术的长足进步，存储容量已经不再是数码录音笔的发展瓶颈，相反，过大的容量还会显得有些“鸡肋。于是，精明的商家开始重新恢复音质的魅力，并令其成为数码录音笔发展的一大方向。三星则在此基础上将其在家庭影院中的王牌3D音效技术DNSe运用到数码录音笔产品当中，这种音效增强技术与单纯地扩大频率范围完全不同，也就是说，即使用较小的率范围实现长时间录音，也能获得优化后的录制效果。据了解，DNSe是三星耗时六年开发的虚拟音效技术，并主要用于家庭影院和高端MP3产品上，它能够通过声音数字信号的处理，创造出更为逼真的临场感，听者能够明显感觉到音乐从四面八方传来，并且范围更远，声音更纯挣。搭载了DNSe音效

18、的三星YV-150，不仅在录音上拥有了得天独厚的优势，还因此获得了媲美专业MP3的音乐播放能力值得注意的是，作为数码音乐领域的翘楚，三星的新一代DNSe 2.0音效技术已经开始在13等新品上登场。并且，种种迹象表明三星正在试图通过音效升级，来创造独特的市场竞争力，数码录音笔的音质全面提升或许仅是时间问题。其次，仅仅拥有好的音质是不够的。未来的录音笔应该具有更强大的功能。上，专业数码录音笔之所以专业，还在于它在功能上更加贴近商务人士的需求事实以三个高控录音功能还可以让录音笔更加“听话”，随时开录。录音笔录制出来的文件要使用于其他数码设备，那么保存为MP3格式是最方便的，电脑、手机、MP3都能轻松

19、播放三星YV-150可以直接把录音存为MP3文件，很大程度上方便了用户使用。另外，对于经常出差的商旅人士，三星YV-150非常值得推荐，其专业级的音效增强芯片会给音乐播放带来震撼的感受，让你在工作之余也能偶得浮闲。随着视听家电产品的不断丰富，已经有越来越多微小型产品走入人们的日常生活，他们最突出的优点是体积小，而且重量轻，给人们带来了方便。作为一种简单的获取和记录数字化文件的工具，录音笔风靡市场，成为学生记者、商务人士购置录音设各的首选。不仅在校园里取代了复读机，也成为时间紧张在职人员的掌上新宠。1.3论文研究内容语言在人类发展史中起到了至关重要的作用，它的作用并不亚于直立行走和工具的使用，怎

20、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。随着人类社会的不断进步，随着数字化信号处理技术的不断提高，语音处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，其自动化程度越来越高，使用范围越来越广，前景十分喜人。并且，录放系统还具有电路简明、应用方便、单片录放、不怕掉电、音色纯正、性价比高等特性。所以本次设计就利用单片机和语音芯片来实现一个录音笔系统对于录音笔的最基本的要求便是可以录音、播放，重复录音以及播放要求。STC89C52该款单片机资源丰富，再加上与isd4004语音芯片的结合来实现语音的存储与回放，通过单片机的控制可以实现语音的多录多放的功

21、能。第2章录音笔设计方案与论证2.1录音笔设计方案的提出设计要求录音笔实现录音、播放、暂停、循环播放、重复播放、选择上一段、选择下一段的功能。可以看出本次设计的系统的主要部分应该是录音放音部分再附加上其他的功能部分。因此我们重点对录放音部分实现的方案做了探讨，方案比较的多，各有其优缺点。现具体分析如下：方案一：采用处理器集成型可重构系统PICEX实现数码录音笔的核心处理部分，对每一个管理模块、功能实现模块都构建一个可重构模块。在系统完成各种任务时，可重构模块的运行是完全独立于内核的，在编程中使各模块处于并行运行状态。在录音状态时各部件采用流水线的方法，即每个部件的输入数据都取自其来源部件给出的

22、上一个值，各部件几乎同时开始工作，使系统处于在线程级并运行的状态。 方案二：基于单片机、数字信号处理器DSP和FLASH存储器的数码录放音系统。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，在把这些语音数据送到高速数字信号处理器（DSP）进行压缩，压缩后的语音数据与日期、时间一起存储到FLASH存储器中；回放时，从FLASH存储器中读取语音数据送到DSP解压，解压后的数据经过D/A转换，还原成语音信号，最后经功放放大后从喇叭输出。方案三：基于凌阳16位单片机的简单开发系统SPCE061A精简开发板，利用SPCE061A的可编程音频处理功能，通过串行输入输出端口SIO与同样具有串

23、行接口的FLASH(SPR4096)进行数据通讯来开发数码录音及播放系统。通过按键控制系统的录音、停止、放音等操作。方案四：通过录音模块ISD4004芯片或者BMP5008类似功能芯片与单片机实现数字录音的功能。用ISP实现对ISD4004语音芯片的录放音控制。以ISP技术为手段，使用Keil C编程，实现相关逻辑控制。经过编译调试后对程序进行软件仿真测试，仿真测试通过后，对系统进行引脚锁定、熔丝生成、下载编程（STC-ISP V391下载编程软件）。2.2录音笔设计方案分析论证方案一：虽然数据串行化输出、A/D和D/A器件的操作可在内核上实现，当其他可重构模块在工作时内核处于等待状态，则提高

24、了系统的并行性，节省了系统资源。但是方案中使用Samsung公司的K9K1208U0A型Flash内存作为存储媒质，这型号内存为减少连线和封装大小需要有特殊的控制时序和逻辑。因此需要为Flash内存控制专门增加一个可重构部件。对滤波、压缩、解压、信道编码这些需要大量运算或长时间操作的过程也必须对这四项任务各设计一个可重构部件。这种方案对几个重要过程都需要单独设计一个可重构部件，设计烦琐工作量大，可重构部件多。同时，虽然元件级可重构系统在现有的FPGA上是可以实现的，但是由于现有FPGA体系结构上的种种限制，诸如最小配置单位过大配置结构复杂等，使这种系统在很多情况下执行效率反而不及传统的系统结构

25、，大大减少了这类系统的应用范围。综上，故我们不采取这种方案。方案二：人们在语音处理的研究中，已经研制出了很多语音编码算法，而有些编码算法已经被直接固化到DSP上，形成专用的基于DSP的语音处理芯片。但是在我们未选择DSP芯片主要是基于以下几个因素：（1）运算速度。本系统中，对运算速度的要求，主要是要满足每一个A/D变换后的数据都能及时地存入存储器，而通用单片机的处理能力已经可以满足需要。（2）运算精度。本数字录音系统没有复杂的数学计算，所以没有对运算精度的要求。(3)片内硬件资源。由于系统要求能进行录放音，所以A/D和D/A的功能是必需的，对DSP芯片，若外接A/D或D/A元件，增加了复杂度，

26、也提高了成本。(4)功耗。DSP芯片实现的功能较多，所以它的功耗相对较高。因此我不采取这种方案。方案三：SPCE061A是凌阳科技研发生产的一款高性价比十六位单片机，把各功能部件模块化地集成在一个芯片里，内部采用总线结构，减少了各功能部件之间的连线，提高了可靠性和抗干扰能力。片内带有高寻址能力的ROM、静态RAM和多功能的I/O口。芯片工作电压范围大，能在低电压供电时正常工作，且能用电池供电。其指令系统为其应用增添了DSP功能但是又比专用的DSP芯片廉价。另外凌阳十六位单片机具有易学易用、高效率的指令系统和集成开发环境。但是需要软件接口程序，使用起来不是很方便，因此在设计方案的选取中不选用这种

27、方案。2.3录音笔设计方案的确定四个方案相比较，第四个方案比前面三个方案更符合本次设计的需要，我最后决定采用STC89C52单片机和录音模块ISD4004芯片来实现我的设计。第四个方案用单片机STC89C52和ISD4004组成的电路更加发挥了芯片的优势，灵活的运用了芯片的功能，使语音录放的功能更加完善，可以实现多录多放的功能，符合语音录放的要求，也更加符合现实中各种语音器件的要求。芯片ISD4004是整个录音笔芯片的核心部分。ISD4004L16M系列单片录放时间8至16分，音质好。芯片采用CMOS技术，内含震荡器、话筒前置放大、自动增益控制、防混淆滤波器、平滑滤波器、扬声器驱动及EEPRO

28、M阵列.最小的录放系统仅需麦克风、喇叭、两个按钮、电源及少数电阻电容。ISP技术为实现语音录入提供了方便的硬件条件ISP技术是在一个系统可编程器件上实现对语音芯片的控制。这种控制直接通过ISP器件的硬件电路实现，省去了软件接口程序，使用起来方便快捷。ISD芯片的控制录放音的两种方式（引脚的边沿或电平触发控制和微控制器串行通信接口控制），它的存储器采用的是非易丢失数据的EEPROM，并且操作方便。该开发环境支持标准C语言，并且，提供了语音录放的C语言程序函数，只要了解函数的使用，就会很容易完成语音录放，这些都为软件开发提供了方便的条件。同时还可根据设计要求在实现基本录放功能的基础上运用AT89C

29、52单片机的多功能集成功能扩展录放系统的功能。比如，使用AT89C52单片机的外引脚增添键盘控制功能或者外引数码管的数字显示功能；还可通过LCD 液晶显示器显示字符、数字等图象，在录音笔设计系统中可用来显示按键功能等。这样可以制作更复杂的录、放音系统。第3章硬件设计3.1主控制模块3.1.1STC89C52单片机总控制电路本次设计中所选用的STC89C52单片机是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL搞密度非

30、易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。图3-1单片机总控制电路功能特性概述：单片机总控制电路如下图3-1：主要功能特性兼容MCS52指令系统8K可反复擦写Flash ROM32个双向I/O口256x8bit内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能3.1.1.1时钟电路STC89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚RXD和TXD分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生

31、。内部方式的时钟电路如图32(a) 所示，在RXD和TXD引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在1.212MHz之间选择，电容值在530pF之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。外部方式的时钟电路如图32（b）所示，RXD接地，TXD接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟P1和P2，供单片机使用。（a）内部方式时钟电路 （b）外部方式时钟电路图3-2时钟电路3.1.1.2复位及复位电路（1）复位操作复位是单

32、片机的初始化操作。其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。除PC之外，复位操作还对其他一些寄存器有影响，它们的复位状态如表3-1所示表3-些寄存器的复位状态寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0-P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUF不定IE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00H（2）复位信

33、号及其产生RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。若使用颇率为6MHz的晶振，则复位信号持续时间应超过4us才能完成复位操作。产生复位信号的电路逻辑如图3-3所示：图3-3复位信号的电路逻辑图整个复位电路包括芯片内、外两部分。外部电路产生的复位信号(RST)送至施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的S5P2时刻对施密特触发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。复位操作有上电自动复位相按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图34（a）所示。这佯，只要电源Vcc的上升

34、时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就成了系统的复位初始化。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中，按键电平复位是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的，其电路如图3-4（b）所示；而按键脉冲复位则是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的，其电路如图3-4（c）所示：（a）上电复位 （b）按键电平复位 （c）按键脉冲复位图3-4复位电路上述电路图中的电阻、电容参数适用于6MHz晶振，能保证复位信号高电平持续时间大于2个机器周期。本系统的复位电路采用图3-4（b）上电复位方式。3.1.2STC89C52引脚图3-5STC89C52单片机引脚图VCC：电源电压GND：地线P0

35、口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址数据总线复用口。作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“l”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在F1ash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接 上拉电阻。P1口：Pl 是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，Pl的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“l”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号

36、拉低时会输出一个电流（IIL）。Flash编程和程序校验期间，Pl接收低8位地址。P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“ 1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器时，P2 口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。Flash编程或校验时，P

37、2亦接收高位地址和其它控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为STC89C52的一些特殊功能口，如下表所示：管脚备选功能:表3-2P3口的第二功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1（记时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选

38、通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。WDT 溢出将使该引脚输出高电平，设置SFR AUXR的DISRT0 位（地址8EH）可打开或关闭该功能。DISRT0位缺省为RESET输出高电平打开状态。ALEPROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不 访问外部存储器，ALE 仍以时钟振荡频率的16 输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对F1ash存储器编程期间

39、，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH 单元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。该位置位后，只有一条M0VX和M0VC 才指令ALE才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S51 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，没有两次有效的PSEN信号。EAVPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA端必须保持低电平（接地）

40、。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接V cc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。F1ash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程电压V pp。XTAL l：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。中断寄存器：各中断允许控制位于IE寄存器，5个中断源的中断优先级控制位于IP寄存器。3.1.3ISP技术（在线可编程）Lattice是ISP（在线可编程）技术的发明者(据说Lattice公司最早是由华人创办的），ISP技术极大的促进了PLD产品的发展。ISP（In-SystemProgramming）在系统

41、可编程，指电路板上的空白器件可以编程写入最终用户代码，而不需要从电路板上取下器件，已经编程的器件也可以用ISP方式擦除或再编程。ISP技术是未来发展方向。.1ISP的工作原理ISP的实现相对要简单一些，一般通用做法是内部的存储器可以由上位机的软件通过串口来进行改写。对于单片机来讲可以通过SPI或其它的串行接口接收上位机传来的数据并写入存储器中。所以即使我们将芯片焊接在电路板上，只要留出和上位机接口的这个串口，就可以实现芯片内部存储器的改写，而无须再取下芯片。3.1.3.2ISP的优点及应用ISP技术的优势是不需要编程器就可以进行单片机的实验和开发，单片机芯片可以直接焊接到电路板上，调试结束即成

42、成品，免去了调试时由于频繁地插入取出芯片对芯片和电路板带来的不便。目前市场上不少的单片机具有ISP功能。例如ATMEL公司的单片机AT89SXXXX系列，提供了一个SPI串行接口对内部程序存储器编程（ISP）。ATMEL公司的单片机AVR系列，提供了一个SPI串行接口对内部程序存储器编程（ISP），以及PHILIPS公司的P89C51RX2xx系列是带ISP/IAP的8位Flash单片机。PHILIPS公司为了使ISP技术和IAP技术得以推广，在芯片上免费提供了BootROM固件，并且巧妙地解决了固件和FLASH的地址覆盖问题及一些具体实现细节问题，使它们的实现变得简单。3.2语音模块3.2.

43、1语音芯片ISD4004ISD4004 是美国ISD 公司制造的一种新款语音芯片。采用ChipCorder 专利技术的语音芯片。此芯片无须A/D 转换和压缩就可以直接储存，没有A/D 转换误差，在一个记录位（BIT）可存储250级声音信号，相当于通常的A/D 记录的8 倍。片内集成了晶体振荡器、麦克前置放大器、自动增益控制等，只要很少的外围器件，就可以构成个完整声音录放系统。与ISD 其它系列语音产品不同的是，ISD4004是一种微控制器“从”设备，而“主”控制器可以是内置有SPI 兼容接口的微控制器，也可以用I/O 仿真SPI通信协议。ISD4004 系列工作电压为3V，单片录放时间为816

44、 分钟，音质好，适用于移动电话及其它便携式电子产品中。该芯片采用CMOS 技术，内含振荡器、抗混叠滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列。芯片的所有操作必须由微控制器控制，操作命令可通过串行通信接口（SPI 或Microwire）送入。 ISD4004采用多电平直接模拟量存储技术，每个采样值直接存贮在片内闪烁存贮器中，因此能非常真实、自然地再现语音、音调和效果声，避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”。采样频率可为4.0，5.3，6.4，8.0kHz，频率越低，录放时间越长，音质则有所下降， 片内信息存于闪烁存贮器中，可在断电情况下保存100年

45、（典型值），反复录音10万次。3.2.2语音芯片ISD4004引脚功能描述ISD4004 的引脚排列如图3-6所示，各引脚功能如下：图3-6ISD4004语音芯片引脚图电源（VCCA，VCCD）：为使噪声最小，芯片的模拟和数字电路使用不同的电源总线，并且分别引到外封装的不同管脚小，模拟和数字电源端最好分别走线。尽可能在靠近供电端处相连而去耦电容应尽量靠近器件。地线（VSSA，VSSD）：芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线。同相模拟输入（ANA IN+）：录音信号 的同相输入端。输入放大器可用单端或差分驱动。单端输入时，信号由耦合电容输入，最大幅度为峰峰值32mV，耦合电容和本端的3k 电

46、阻输入阻抗决定了芯片频带的低端截止频率。差分驱动时，信号最大幅度为峰峰值16mV，与ISD33000 系列相同。 反相模拟输入（ANA IN-）：差分驱动时，为录音信号的反相输入端。信号通过耦合电容输入，最大幅度为峰峰值16mV。 音频输出（AUD OUT）：提供音频输出，可驱动5k 的负载。 片选（SS）：此端为低，即向该ISD4004 芯片发送指令，两条指令之间为高电平。 串行输入（MOSI）：此端为串行输入端，主控制器应在串行时钟上升沿之前半个周期将数据放到本端，供ISD 输入。串行输出（MISO）：ISD 的串行输出端。ISD 未选中时，本端呈高阻态。串行时钟（SCLK）：ISD 的时

47、钟输入端，由主控制器产生，用于同步MOSI 和MISO 的数据传输。数据在SCLK 上升沿锁存到ISD，在下降沿移出ISD。中断（INT）：本端为漏极开路输出。ISD 在任何操作（包括快进）中检测到EOM或IVF 时，本端变低并保持。中断状态在下一个SPI 周期开始时清除。中断状态也可用RINT 指令读取。OVF 标志用来指示ISD 的录、放操作已到达存储器的末尾。只在放音中检测到内部的EOM 标志时，此状态位才置1。行地址时钟（RAC）：漏极开路输出。每个RAC 周期表示ISD 存储器的操作进行了一行（ISD4004系列中的存贮器共2400 行）。该信号保持高电平的时间为175ms，低电平时

48、间为25ms。在快进模式，RAC 可保持高电平218.75s，低电平31. 25s。该端可用于存储管理技术。3.3按键控制电路语音模块的录、放及一些其他功能要通过单片机的键盘来实现控制。同时利用单片机的ISP（在线可编程系统），实现控制相对可靠、容易，所以在在单片机上添加了键盘控制方法。独立按键式键盘控制法的电路如图3-7所示。图3-7 按键电路图在此次设计系统中，我们将存储空间分成了4块，也就是可以录放四段音频，我们分别设计了录音功能、放音功能、数码管提示功能。这些功能都有相应的按键控制。录音键：当按下此键时开始录音且数码管显示录制第一段语音，同步计时。可以录制八段，当录满四段时返回来从第一

49、段录起，且覆盖前一次录音。放音键：当按下此键时开始播放已经录的语音，它可以播放4次，分别对应录音时的4段录音，可以自由选择播放已经录得语音。数码管同步显示录制的序列号及时间。暂停键：录音结束后，开始放音时，此键在放音时用处很大，当放第一段语音时，在语音播放中按下此键语音就会停止，再按放音键就会播放下一段语音，随时都可以转换到下一段语音的播放。本系统中还有一首优美的音乐，当播放音乐时，如果你想要录音或者放音，按下此键就可进行下面的操作。3.4显示电路此系统中的显示电路主要有LED灯和电子数码管显示电路。1. LED灯的主要工作原理是低电平LED灯点亮，高电平时LED灯熄灭。LED灯显示电路主要用

50、于当按下不同的按键时显示不同的亮灯花样，以便区别不同的操作，也更贴近实际的日常应用。本系统的LED灯显示电路如图3-8所示，其中P1.0，p1.1，p1.2分别显示录音键、放音键及停止键的相关操作。 图3-88个LED灯2. 数码管显示电路主要用于显示当按下录音键、放音键、暂停键不同的按键时系统所处的状态和显示当前的电路工作在何种模式。数码管显示电路原理图如图3-9所示。图3-9 构成的数码管显示电路原理图本系统的数码管显示功能由74HC138和74HC573两个芯片实现，其介绍如下：74HC138译码器可接受3位二进制加权地址输入A、B、C赋值07，并当使能时，提供8个互斥的低 有效输出Y0

51、Y7 置 “0”，如P2=0，则Y0=0，P2=6，则Y6=0，即选通第7个数码管，实现数码管的位选。74HC138特有3个使能输入端：两个低有效（E1和E2）和一个高有效（E3）。任选一个低 有效使能输入端 作为数据输入，而把其余的使能输入端 作为选通端，则74HC138亦可充当一个8输出多路分配器，未使用的使能输入端 必须保持绑定在各自合适的高有 效或低 有效状态。74HC573是一个 8数据锁存器，主要用于数码管、按键等的控制 ，1脚三态允许控制端低电平有效，它的引脚1D8D为数据输入端，1Q8Q为数据输出端，本设计中它的8个数据输出端 分别和数码管的引脚相连以来实现数码管的段选，使数码

52、管按要求显示。11脚接VCC，锁存不起作用，相当于直通，相应的段赋值“1” 有效，需要锁存时接单片机P3.7，接VCC和P3.7由跳帽转换完成。此系统中P0口对应高电平有效，数码管是8位共阴数码管。当按下录音键时，录得第几段不同会在数码管上显示相应的数字1、2、3、4，当按下放音键时数码管也会显示相应的数字。3.5音频放大电路本次设计中我们用了耳机接口和喇叭两种放音方式，由于演示和应用起来喇叭放音更方便、使用的更多一些，故此介绍。放大器采用通用型音频功率放大器LM386来实现。音频放大电路如图3-10所示。图3-10音频放大器LM386LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应

53、用于低电压消费类产品。为使外围元件最少，电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至200。输入端以地位参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压下，它的静态功耗仅为24mW,使得LM386特别适用于电池供电的场合。 LM386的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式,且具有以下特性(Features): 1、静态功耗低，约为4mA,可用于电池供电。2、工作电压范围宽，4-12V or 5-18V。3、外围元件少，电压增益可调，20-200且失真度低。第4章软件设计4.1软件设计流程图根据系统设计的要求，利用单片机（STC89C5

54、2）和ISD4004语音芯片所包括的功能，通过C语言编程及相关软件的配合仿真完成设计所需要达到的各项功能要求。该系统的如图4-1所示。程序初始化键盘扫描程序录音键放音键录音子程序放音子程序停止键显示程序显示程序延 时延 时开始结 束图4-1 系统流程图4.2各个子程序的设计录音子模块录音模块的流程图如图4-2所示：器件延时(8kHz采样时，约为25毫秒)后才能开始操作。因此，用户发完上电指令后，必须等待TPUD，才能发出一条操作指令。开始否录音判断是按键次数液晶屏显示录音（地址Ox00）Ox01（按一下）液晶屏显示录音（地址Ox100）Ox02（按两下）液晶屏显示录音（地址Ox200）Ox03

55、（按三下）液晶屏显示录音（地址Ox300）Ox04（按四下）结束图4-2 录音模块流程图4.2.2放音子模块放音模块的流程图如图4-3所示，首先放音位置1，当放音键(即temp=0xb7)按一下，playcout(按键次数)加1，以playcout的值来判断是在第几段放音。其次放音地址的计算同录音相同，第一段地址为0x00，第二段地址为0x12以此类推。开始否放音判断是按键次数？液晶屏显示放音（地址Ox00）Ox01（按一下）液晶屏显示放音（地址Ox100）Ox02（按两下）液晶屏显示放音（地址Ox200）Ox03（按三下）液晶屏显示放音（地址Ox300）Ox04（按四下）结束图4-3放音模块

56、流程图4.2.3键盘扫描模块程序首先进行键盘扫描初始化，通过不断进行键盘扫描，通过去抖最后获取键值，再根据不同的键值，做出语音播放的不同处理。其设计流程如图-4图4-3键盘处理流程图第章结论与展望结论这次毕业设计是对四年本科学习知识的综合应用，通过做毕业设计，我不但对以前所学的知识加深了理解，而且提高了自己的动手实践能力、分析问题和解决问题的能力以及创新能力，在具体应用当中还培养了自己科学的设计思维和严谨的工作作风。从确定任务开始，我认真学习了相关理论，学习了他人的经验。并具体分析了所选用方案的市场价值和应用价值，同时还考虑到系统中一些设备成本以及学校资源方面的因素，以此确定了设计方案。毕业设

57、计对于我们这些即将走向工作岗位的毕业生，可以说是一次极好的锻炼机会，它能为我们今后走入社会更好地工作打下良好的基础。这次毕业设计能够取得成功是老师的精心指导和小组成员共同努力的结果。“遇到困难毫不放弃，团结、合作、坚持不懈是成功之本”是我的深切体会。展望录音笔对于我们现如今的人们己经是再熟悉不过的产品了，它己经应用在了很多地方，其中主体部分应该是记者了。正是基于录音笔能过录音的特点，在你无法凭借记忆记住重要谈话，或者重要会议的重要内容的时候，它便体现除了它的优势，清晰完整无误的记录下你要记录的东西，而你能够拿出更多的时间来处理其他事情，当你有充足的时间时再来处理这些未处理的内容。除此之外录音笔

58、小巧易于携带，存储内容量大，基于这些优点，越来越多的得到人们的青睐。参考文献1 姜志玲.用凌阳单片机实现多路数据采集与传输系统J. 西华大学学报.20052 王素珍，田振清.用ISP实现对ISD25120语音芯片的录放音控制J.电声技术.20023 林阳.凌阳16位单片机与其它主流单片机的比较J. 电子世界. 20034 王竹便.录音技术及技巧浅议J.科技情报开发与经济.20055 孟宪超. 数码录音笔原理及应用J.信息时代导刊.20046 薛驹义，张彦斌等.凌阳16位单片机原理及应用M.北京：北京航空航天大学出版社，20057 罗亚非 等编.凌阳16位单片机应用基础M.北京：北京航空航天大学

59、出版社，20058 张福学.传感器应用及其电路精选M.北京：电子工业出版社，19959 John Markus.电子电路大全M.北京：计量出版社，199510 邓元庆.数字电路与逻辑设计M.北京：电子工业出版社，200111 胡隆，许静波.录音、调音与音响技术M.北京：北京工业大学出版社，第1版12 黄瀚，王宏民.录音与调音M.北京：中国广播电视出版社，第1版13 杨行峻,迟惠生.语音信号数字处理M.北京：电子工业出版社，第1版14 阎石.数字电子技术基础M.北京：高等教育出版社，1998.12，第4版15 周常森，范爱平等.数字电子技术基础M.济南：山东科学技术出版社，2002.3，第1版1

60、6 Kemper A. Moerkotte G. Object-Oriented Database Management Applications in Engineering and Computer ScienceJ. Prentice-Hall International, 1994.17 D B Barsky, A V Shafarenko. WWW and Java-based distributed examination system for distance learning applicationsJ. 2002.18Setphen W. ASP. NET unleash M

61、. Indianapolis: Macmillan Computer Publishing, 2002. 1-12. 19Kotrman E B, BLOUNT S E.Artificial Intelligence and Automatic Pmgramming in CAIJ. Artificial Intelligence, 1975, 6(3): 215-234.致谢毕业设计是对我们知识运用能力的一次全面的考核，也是对我们进行科学研究基本功的训练，培养我们综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力，为以后撰写专业学术论文和工作打下良好的基础。设计已经结束了，经过了半学期的努力终于完成了本次设计，首先要感谢我的指导老师葛莉老师，每有问题，老师总是耐心的解答，使我能够充满热情的投入到毕业设计中去；还要感谢我的同学们，他们热心的帮助，在课题的研究方向和有关书籍介绍都给了我很大的帮助，同时我也要感谢我的同组