毕业设计（论文）单片机控制的多声报警装置设计

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1、单片机控制的多声报警装置设计摘 要目前基于单片机的语音报警系统的应用越来越广泛。针对各种各样的报警系统及其报警声音，本文设计了由单片机AT89C51及数码语音芯片ISD2560组成的电脑语音系统，并设计出了系统的硬件电路，给出了录、放音实用的源程序。用单片机AT89C51和录放时间达60s的数码语音芯片ISD2560设计了一套智能语音录放系统。本设计用按键来替代不同的触发信号，并将信号传输进C51单片机。通过程序控制语音芯片2560实现了语音的分段录取，通过软件的修改还可以实现整段录取，循环播放，并可加锁存器74HC573控制信号的输出，这样在遇到不同情况时就可以发出不同的报警声音。关键词：语

2、音报警、单片机AT89C51、语音芯片ISD2560、语音录放系统The single-chip microcomputer control multiple voice alarm deviceAbstract: At present, the application of Voice alarm system what Based on microcontroller have more and more widely. According to various kinds of alarm system and its alarm sound, designed a computer v

3、oice system by single-chip microcomputer AT89C51 and digital voice chip ISD2560 composition. And designed a system hardware circuit, gives a source program by the record, playback practical.A set of intelligent voice recording system was designed by Single-chip microcomputer AT89C51 and recording ti

4、me of ISD2560 60s digital voice chip，This design with buttons instead of different trigger signal, and have a signal transmission into C51 microcontroller. Through the program control pronunciation chip 256 realized the voice of subsection admissions，and through the software revision also can realiz

5、e segmental admitted and looping，and can add latches 74HC573 control signal output，so that in different conditions can be met when the alarm sound differ.Keywords: Voice alarm、Single-chip microcomputer AT89C51、ISD2560 pronunciation chip、Voice recording system 目录第一章 前言11.1 本设计的背景和意义11.2 单片机的发展前景11.3

6、语音芯片的现状2第二章 总体设计方案52.1 制定不同方案并选择52.1.1 制定的三种方案52.1.2 最终选定的方案以及理由72.2 硬件选择72.3 软件选择82.4 本设计的主要任务和要求9第三章 主要芯片简介103.1 单片机AT89C51概述103.1.1 主要特性和基本组成103.1.2 结构及主要管脚说明113.2 ISD2560 语音芯片的主要功能特性及其引脚功能133.2.1 ISD2560 语音芯片的主要功能特性133.2.2 ISD2560 语音芯片的结构和引脚功能14第四章 硬件部分174.1 单片机的最小系统174.2 AT89C51 语音控制电路的原理图204.3

7、 ISD2560语音芯片录/放音电路的原理图214.4 扬声器和话筒的电路224.5总的电路图23第五章 软件部分245.1本次设计的主要软件245.2 AT89C51 单片机定时器/控制器控制265.2.1 工作模式寄存器TOMD265.2.2 控制寄存器TCON275.3 ISD2560 录放音软件设计275.3.1 ISD2560 操作模式295.3.2 分段录放音305.4 程序流程图305.5 程序设计的几个要点32第六章 实物356.1 实物制作356.2 实物总图36结论37致谢38参考文献39附录40附1：本设计程序(全)40附2：总电路图（大图）4446成都理工大学2011届

8、本科毕业设计（论文）第一章 前言1.1 本设计的背景和意义传统的报警设施的报警方式非常单一，不能充分体现当时的情况，也不能为工作人员及时反应当时的情况，未免给日常生活和工作造成不可弥补的损失，设计了此应用。人力防范往往受时间、地域、人员素质和精力等因素的影响，亦难免出判断漏洞和失误，不能及时作出相应的补救反应。此应用在家用电器、玩具、安全保卫、军事技术、工业控制以及人们的日常生活等多领域的应用十分广泛。本设计能实时的反映当时的实际状况，采用多声音来报警，在设计过程中采用大量的现代单片机科技技术和信号传输技术实现此设计。不仅仅体现了科技的重要性，更为越来越方便的生活与工作创造了无与伦比的财富。语

9、音是人类最自然、方便、快捷的交流方式,让人和机器能够通过自然语音进行交流是人们长期以来的梦想。随着单片机的技术的日益发展，人们已经不再满足于键盘输入，屏显输出这样传统的输入/输出方式，希望拥有更友好的人机界面，更便捷的操作方式。具有语音功能的单片机多方位报警系统于是应运而生，而且得到了广泛的应用。近年来计算机在各行业的日益普及应用，给各行业带来了崭新的面貌。与此同时用户逐步对各种计算机应用系统提出了更高的要求，他们希望自己的系统有更高的自动化程度和更方便的人机界面。语音技术的进展给这种应用需要提供了一种有力的技术支持，逐渐被广大用户所接受，并广泛用于各种需要语音响应的场合。智能生产、仪表监测、

10、监控设备、工业控制系统等都有这种需求。所以研究语音报警器对生产，生活都有极其重要的意义。1.2 单片机的发展前景单片机现在已越来越广泛地应用于智能仪表、工业控制、日常生活等很多领域，可以说单片机的应用已渗透到人类的生活、工作的每一个角落，这说明它和我们每个人的工作、生活密切相关，也说明我们每个人都有可能和有机会利用单片机去改造你身边的仪器、产品、工作与生活环境。而对于单片机未来50年的发展前景来说，中国使用单片机的历史只有短短的30年，在初始的短短五年时间里 发展极为迅速。1986 年在上海召开了全国首届单片机开 发与应用交流会，很多地区还成立了单片微型计算机应用协会，那是全国形成的第一次高潮

11、。单片机应用技术飞速发展，我们上因特网输入一个“单片机”的搜 索，将会看到上万个介绍单片机的网站，这还不包括国外的。电子界，在2003年7月，（91猎头网）在上海、广州、北京等大城市所做的一次专业人才需求报告中，单片机人才的需求量位居第一。 大家都有些奇怪一块小小的片子，为何有这样的魔力？我们首先从它的构成说起：单片机，亦称单片微电脑 或单片微型计算机。它是把中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出端口（I/0）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机，正因为如此他才改变了我的生活。它为我们改变了什么？纵观我们现在生活的各个领域，从导弹

12、的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。以前没有单片机时，这些 东西也能做，但是只能使用复杂的模拟电路，然而这样做出来的产品不仅体积大，而且成本高，并且由于长期使用，元器件不断老化，控制的精度自然也会达不到标准。在单片机产生后，我们就将控制这些东西变为智能化了，我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产品的体积变小了，成本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到了。所以，它的魔力不仅是在现在，在将来将会有更多的人来接受

13、它、使用它。据统计，我国的单片机年容量已达3亿片，且每年以大约20%的速度增长，但相对于世界市场我国的占有率还不到1%。特别是沿海地区的玩 具厂等生产产品多数用到单片机，并不断地辐射向内地。所以，学习单片机在我国是有着广阔前景的。 1.3 语音芯片的现状在声学领域，单片机技术与各种语音芯片相结合，即可完成语音的合成技术，使得单片机语音系统的实现成为可能。所谓语音芯片就是在人工或者控制器的控制下可以录音和放音的芯片。语音信号为模拟量，语音芯片存储播放声音的基本工作方式：声音模拟量A/D存储D/A模拟量播放。采用这种方式的语音芯片的外围电路比较复杂，声音质量也有一定的失真，而另一类语音芯片采用EE

14、PROM存储方法将模拟语音数据直接写入半导体存储单元中，不需要另加A/D和D/A转换电路，使用方便，且语音音质自然。语音芯片的发展是极其迅速的，语音IC有很多种类，随着技术的发展，新产品不断涌现，原来可望而不可及的昂贵品种也能进入廉价的市场领域，原来设计控制都极为复杂的品种也随着集成技术的发展变得非常简单，因此，语音IC领域充满了生机和活力，如：随录随放型语声IC。这类IC具有完整的录音机功能，和录音磁带机一样，它可以自由地通过话筒或模拟音频线路来进行录音，把语声存储到IC内部，在用户需要的时候，就可以还原存储的语声通过驱动喇叭放音。这其中又分几种类型：1、怕断电且语声的存储、保存需要比较大的

15、电流的语声IC。像外语复读机里的语声复读芯片。这种电路以DRAM动态存储器IC为介质, 它需要不断内部刷新，要保存其中的语声还需要比较大的电流消耗，通常需要几个到几十个毫安，一断电内部存储的语声就全部丢失了。特点是DRAM的价格便宜，如果使用有个别坏损单元的ADRAM就更便宜。这种ADRAM在电脑等需要精密计算的产品中是不能使用的，但在语声存储中只是多了一点点噪音对使用没有太大影响，因而在复读机中广泛使用。2、怕断电且语声保存需要很小的电流的语声IC。像一些录音贺卡，这种语声IC以SRAM静态存储器IC为介质，断电时保存的数码语声即丢失，但维持保存的工作电流很小，通常只有几微安，在录音贺卡等录

16、音礼品中常将几粒扣式电池嵌入到产品中, 这样可以保存录音几个月甚至一年多。特点是只用很小的电力就可以较长期保存语声。由于SRAM的需求量很小，其价格比DRAM要高得多，现在甚至比下面要提到的FLASHRAM还要高了，这类产品目前只存在于20秒录音以下的品种中，多数就是做录音贺卡用，已经没有多少发展前景了。3、不怕断电的语声IC，像一些数码录音笔，它以FLASHRAM闪烁存储器IC 为介质，完全断电后语声还能保存十年以上。这种存储器是目前最被看好的方向，它可以反复使用、不需电流也能长期保存内部数据，由它制成的语声IC是一场技术革命。特点是目前价格较高，但在快速滑落中。美国ISD公司专门研制这类产

17、品，并持有多项技术专利，生产从6秒至16分钟的一系列单片式语声芯片产品。由于该公司的严谨作风和产品定位，ISD2500系列芯片的功能强大、性能质量优越，几乎是目前能使用在工业、车用产品中的极少选择之一。第二章 总体设计方案2.1 制定不同方案并选择在选定题目之初，并且在黄老师的指导下制定了三种设计方案，并针对不同方案进行了深入的分析，并最终敲定选择其中一个设计方案。2.1.1 制定的三种方案2.1.1.1 方案一：利用蜂鸣器产生不同频率的报警声音这个方案比较简单，利用电流或者电压的大小来代替产生的不同报警信号，将此模拟电压送入A/D转换器使之成为51单片机能识别的信息，于是单片机按照程序对此分

18、析并发出不同频率的数字信号给蜂鸣器，产生高低音，其大致的流程如图2-1所示：图2-1 加蜂鸣器的设计优点：（1）此设计简单易懂。（2）在编程、电路组装和调试上不容易出错。（3）设备选择上比较容易。缺点：（1）所用元器件比较单一，不能体现出单片机的强大功能。（2）蜂鸣器只能发出嘀嗒的声音，而不能发出音乐声或者人声。2.1.1.2 方案二：利用扬声器产生多种音乐声（人声）报警这个方案是在方案一的基础上改变了一下，增加了D/A模块，用扬声器替换了蜂鸣器。由于音乐声的音调有对应的16进制代码，所以直接编写进程序。而人声没有相对应的16进制代码，所以采用了Matlab软件将声音采集并量化成16进制代码。

19、其具体操作过程是：AT89C51前面部分和方案一是一样的，在数字信号进入单片机后经过程序判定后发出相应的音乐声或者人声的数字信号，经过D/A转换器处理后变成扬声器能够识别的模拟信号，于是发出音乐声（人声）。其具体流程如图2-2所示：图2-2 AD转换后利用扬声器优点：（1）掩盖了方案一的两个缺点，使之不仅能实现单片机强大的控制功能，还实现了蜂鸣器不能发出的音乐声（人声）。（2）在硬件选择上比较容易，在音乐发声程序的编译上较直观。缺点（难点）：（1）信号经过一系列转换容易受到干扰而失真，在调试实物时容易出错。（2）单片机程序中对人声没有相对应的16进制代码，故很难编译出程序。（3）采用Matla

20、b软件对人声进行采集的数据庞大，在量化人声时失真。2.1.1.3 方案三：利用51单片机和语音芯片的结合使之发出多种人声报警此方案总结了前两个报警装置的优缺点，替换了报警信号的发生源。替换了A/D、D/A而采用ISD2560,这个语音芯片是为实现人声报警而设计的。大致操作过程是：通过按键来实现高低电平从而产生不同的报警信号，此信号可直接传输进AT89C51。此时单片机控制语音芯片ISD2560的录放功能，通过语音芯片的控制开关来实现录放选择，通过不同的按键作为一种报警信号即可发出相应的人声报警。如图2-3所示：图2-3 单片机与语音芯片的组合优缺点：解决了前两个方案的一些技术缺憾，但同时在IS

21、D2560录放声音时，在麦克风和扬声器的选取和使用上有些困难。2.1.2 最终选定的方案以及理由最终经过相互比对和一层层的改进，选择了第三套方案。理由：（1）解决了前面两个方案设计的一些缺憾，不仅在元器件的选择上更为方便，在效果的实现上也能达到很好的效果。（2）能充分体现出单片机AT89C51的强大程序编译功能和输入输出的控制作用。（3）抗干扰性能强了许多，由于线路的简化，使得信号在传输过程中通过的一系列转换少，能尽可能的保证信号的完整性。（4）由于选取了ISD2560来配合C51单片机完成语音报警，使得能发出人声。在技术的先进性上以及可行性上比前两个方案要好。2.2 硬件选择1、单片机的选择

22、：本设计触发信号用的是几个按键。所以对处理器的运算能力不需要太高。AT89C51 是一种高效微控制器，由于将多功能8 位CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，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 单片机虽然和其他新型单片机相比处理速度和运算速度上都比较慢，但它的体积小、质量轻、价格便宜，它的速度可以满足本次实验的要求，所以我采用AT89C51 这款单片机。关于AT8951单片机以及整个51系列将在下一章做具体介绍和分析。2、语音芯片的选择目前市场流行的语音芯片有很多，从性价比的角度来考虑，我选择了ISD2500系列的ISD2560语音芯片。因为ISD 系列语音芯片

23、具有以下优点：（1）采用模拟量数据存储在半导体存储器直接存储的专利技术，即将模拟量数据直接写入单个存储单元，不需要经过A/D，D/A 转换。（2）内部集成了大容量的的EEPROM，不再需要扩展存储器。（3）控制简单，控制引脚与TTL 电平兼容。（4）集成度高，使用方便。（5）能较好的真时再现语音的自然效果，避免了一般固体语音电路的因为量化和压缩所造成的量化噪声和失真现象。从以上特点分析而知，我选用ISD2500系列的语音芯片ISD2560，对于ISD2560及其一些重要电路我将在下几章做具体分析。2.3 软件选择根据设计需要，在整个设计的过程中常用的软件有Protel 99 se、Keil C

24、51、Proteus 7(ISIS)。下面是各个软件的用途，对于其详细信息将在第5章给出。l Protel 99 se本设计利用Protel 软件画的硬件电路图主要有单片机AT89C51 的最小系统和语音芯片ISD2560 电路及它们的接口电路l Keil C51在本设计中Keil C51的主要作用是对单片机的语音录音和语音报警两部分分别构成的子函数进行编辑。在编辑中需要用keil c51 软件。l Proteus 7(ISIS)在本次设计中遇到的很多方框图的绘制以及各种电路原理图的仿真都会用到此软件，这个软件使用很方便。2.4 本设计的主要任务和要求1、主要任务综合本设计的设计方案可知：主要

25、的硬件电路有单片机最小系统和语音模块的电路及其外围电路，及其接口电路。其中单片机最小系统包括电源电路，复位电路和时钟电路。所以根据上面的内容，可以将本例的功能硬件和软件模块划分为：单片机最小系统：系统的控制电路。语音录放电路：包括语音芯片的外围电路和单片机的接口电路。软件部分用C 语言编写程序，单片机程序控制语音芯片的正常工作。并且利用仿真器对单片机进行编程开发，仿真和调试。2、任务要求根据设计要求，提出基于单片机的多声语音报警器的硬件电路设计方案，并应用Protel 软件完成硬件电路原理图设计。通过对单片机的编程开发可实现语音的录放等基本功能。具体包括如下几个部分：（1）学习单片机的工作原理

26、，并应用Protel 软件设计出单片机的最小系统和语音系统的控制电路，使其能可靠工作。（2）学习有关语音方面的相关知识，拟采用集成语音芯片来实现语音的录放的功能。要求掌握该芯片的工作原理，完成其外围电路和与单片机的接口电路，包括话筒和扬声器的电路设计。（3）学习C 程序设计语言，对单片机进行编程开发。并完成仿真和调试，实现语音报警的基本功能。第三章 主要芯片简介3.1 单片机AT89C51概述AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器

27、，俗称单片机。AT89C51是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非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。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是一种高效微控制器。3.1.1 主要特性和基本组成1、主要特性1）振荡器特性XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信

28、号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。2）芯片擦除整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。2、51单片机的基本组成：它由CPU、存储器（包括RAM和ROM）、

29、I/O接口、定时/计数器、中断控制功能等均集成在一块芯片上，片内各功能通过内部总线相互连接起来。输入/输出引脚 P0、P1、P2、P3的功能：P0.0P0. 7： P0口是一个8位漏极开路型双向I/O端口。在访问片外存储器时，它分时作低8位地址和 8位双向数据总线用。在EPROM编程时，由P0输入指令字节，而在验证程序时，则输出指令字节。验证程序时，要求外接上拉电阻。P0能以吸收电流的方式驱动8个LSTTL负载。P1. 0 P1. 7（18脚）: P1是一上带内部上拉电阻的8位双向 I/O口。在 EPROM编程和验证程序时，由它输入低8位地址。P1能驱动4个LSTTL负载。在8032/8052

30、中，P1. 0还相当于专用功能端T2 ，即定时器的计数触发输入端；P1. 1还相当于专用功能端T2EX，即定时器T2的外部控制端。P2.0P2.7 （2128脚）： P2也是一上带内部上拉电阻的8位双向 I/O口。在访问外部存储器时，由它输出高8位地址。在对 EPROM 编程和程序验证时，由它输入高8位地址。P2可以驱动4个 LSTTL 负载。P3. 0 P3. 7（1017脚）： P3也是一上带内部上拉电阻的双向 I/O口。在MCS-51中，这 8个引脚还用于专门的第二功能。3.1.2 结构及主要管脚说明1) 外部结构图：图3-1 单片机外部接口2) 主要管脚说明：VCC：供电电压。GND：

31、接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/

32、O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。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。作为输入，由

33、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AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（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通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。I/O口 作为输入口时有两种工作方式即所谓的读端口与读引脚读端口时实际上并不从外部读入数据而是把端口锁存器的内容读入到内部总线经过某种运算或变换后再写回

34、到端口锁存器只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线上面图中的两个三角形表示的就是输入缓冲器CPU将根据不同的指令分别发出读端口或读引脚信号以完成不同的操作这是由硬件自动完成的不需要我们操心读引脚时也就是把端口作为外部输入线时首先要通过外部指令把端口锁存器置1然后再实行读引脚操作否则就可能读入出错为什么看上面的图如果不对端口置1端口锁存器原来的状态有可能为0Q端为0Q为1加到场效应管栅极的信号为1该场效应管就导通对地呈现低阻抗,此时即使引脚上输入的信号为1也会因端口的低阻抗而使信号变低使得外加的1信号读入后不一定是1若先执行置1操作则可以使场效应管截止引脚信号直接加到三态缓冲器中实现正确

35、的读入由于在输入操作时还必须附加一个准备动作所以这类I/O口被称为准双向口89C51的P0/P1/P2/P3口作为输入时都是准双向口接下来让我们再看另一个问题从图中可以看出这四个端口还有一个差别除了P1口外P0P2P3口都还有其他的功能RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振

36、荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出3.2 ISD2560 语音芯片的主要功能特性及其引脚功能3.2.1 ISD2560 语音芯片的主要功能特性（1）易实现单片语音录音、放音。（2）高质量，自然的语音还原技术。（3）人工控制或者微控制器控制声音播放，内置微控制器串行通信接口。（4）录音时间可达60s。（5）录音存放在芯片上的非易失内存单元，提供零功耗信息存储，去除了电池备份电路。（6）直接级联可以实现更长的录音时间。（7）信息可无电保存100 年。（8）重复录音最多可达十万次。（9）具有多段信息处理功能，最大可分为600 段。（10）自动节电模式，此时电流仅

37、为1uA。（11）+5V 供电。3.2.2 ISD2560 语音芯片的结构和引脚功能ISD2560 共有三种封装形式：32 引脚的TSOP 封装，28 引脚的DIP 封装和28引脚的SOIC 封装。本设计选用SOIC 封装，其引脚分布如图3-2所示：图3-2 ISD2560引脚图AO/MO-A6/M6,A7-A9(1-10 引脚)：地址线/模式输入。共有1024种组合状态。最前面的600个状态作为状态内部存储器的寻址用，最后256个状态作为操作模式。当A8或A9有一个为零时，作为地址线，作为当前录音/放音操作的起始地址，地址端直用作输入，不输出操作过程中的内部地址信息，地址输入在CE 的下降沿

38、被锁存。当A8和A9均为1时，为模式输入，共有6种操作模式，由M0-M6 决定，允许多种模式同时存在。SP+,SP-(14,15 引脚）：扬声器输出。可驱动16欧以上的扬声器（内存放音时功率为12.2mW,AUXIN 放音是功率为50mW）。ISD2500系列的所有的器件在芯片上都有一个差分扬声器驱动器。扬声器输出端在录音和节电模式是保持为VSSA电平，因此多个ISD2500系列器件同时使用时，它们的扬声器输入端不能并接，并行连接可能会造成芯片的损坏。单端输出是必须在SP 输出端和扬声器间接耦合电容，双端输出即不用电容又能将输出功率提高4 倍。VCCA,VCCD(16,28 引脚）：模拟和数字

39、电源，为了最大限度地减小噪声，芯片内部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上。模拟和数字电源端最好分别走线，并应当尽可能在靠近供电端相连，而去藕电容则应尽当量靠近芯片。MIC IN（17 引脚）：话筒输入引脚。麦克的输入通过此引脚将信号送至片内的前置放大器，片内自动增益控制电路（AGC）将此前置放大器的增益控制在-1524dB。外接话筒应该通过一系列电容交流耦合进此引脚，耦合电容值和芯片内部此引脚的10千欧输入阻抗共同决定了ISD2560芯片频带的低频截至点。MIC REF（18 引脚）：话筒参考输入引脚。此引脚是前置放大器的反向输入，当以差分形式连接话筒时，可减小噪声，提高

40、共模抑制比。AGC(19 引脚）：自动增益控制引脚。AGC可动态调整前置增益以补偿话筒输入电平的宽幅变化，使得录制变化很大的音量（从耳语道喧嚣声）时失真都保持最小。响应时间取决于该端内置的5千欧电阻和从该端到VSSA端所接电容的时间常数。释放时间取决于该端外接的并联对地电容和电阻设定的时间常数。选用标陈值分别为470千欧的电阻和4.7uF的电容可以得到满意的效果。ANA IN（20 引脚）：模拟输入引脚。此引脚为芯片录音信号输入端。对话筒输入来说，应将ANA OUT引脚通过外接电容连至此引脚，该电容和本端的3千欧输入阻抗决定了芯片频带的附加低端截至频率。其他音源可以通过交流耦合直接连至该引脚A

41、NA OUT(21 引脚）：模拟输出引脚。此引脚为前置放大器的输出，其前置电压增益取决于AGC引脚的电平。CE(23 引脚）：芯片使能输入引脚，低电平有效。此引脚为低电平使能所有的录音和播放操作。芯片在该引脚的下降沿和锁存地址线和P/R引脚的状态。另外，此引脚在模式6也有特殊的意义。PD(24 引脚）：节电控制引脚。此引脚变高后可使芯片停止而进入节电状态。芯片发生溢出，即OVF引脚输出低电平后，应将此引脚变高以将地址指针复位到录音/放音空间的开始位置。另外，此引脚在模式6中也与特殊的用途。EOM(25 引脚）：信息结尾标志输出引脚，低电平有效。EOM标志在录音时由芯片自控插入到该信息段的结尾。

42、当放音遇到EOM时，此引脚输出低电平脉冲。另外，ISD2560芯片内部会自动检测电源电压以维护信息的完整性，当电压低于3.5V时此引脚变低，此时芯片只能放音。在模式6状态下，可用来驱动LED，以指示芯片当前的工作状态。XCLK(26 引脚）：外部时钟输入引脚。此引脚内部与下拉元件，不用时应接地。芯片内部的采样时钟在出厂前已经调节标准，误差在1%以内。ISD2560的采样频率为8KHZ，需要1024KHZ的外部时钟。P/R(27 引脚）：录音/放音模式选择引脚。此引脚在CE的下降沿锁存。高电平选择放音，低电平选择录音。录音时，由地址线提供起始地址，直到录音持续到CE或PD变高，或内存溢出；如果是

43、前一种情况，芯片将自动在录音结束处写入EOM标志。放音时，由地址输入提供起始地址，放音持续到EOM 标志。如果CE 一直为低，或芯片工作在某些操作模式，放音则会忽略EOM 而继续进行下去，知道发生溢出为止。第四章 硬件部分4.1 单片机的最小系统单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统单片机的最小化系统是指单片机能正常工作所必须的外围元件，主要可以分成时钟电路和复位电路，我们采用的是AT89C51芯片，它内部自带4K的FLASH程序存储器，一般情况下，这4K的存储空间足够我们使用，所以我们将AT89C51芯片的第31脚固定接高电平（PCB画板时已经接死）

44、，所以我们只用芯片内部的4K程序存储器。单片机的时钟电路有一个12M的晶振和两个30P的小电容组成，它们决定了单片机的工作时间精度为1微秒。复位电路由22UF的电容和1K的电阻及IN4148二极管组成，以前教科书上常推荐用10UF电容和10K电阻组成复位电路，这里我们根据实际经验选用22UF的电容和1K的电阻，其好处是在满足单片机可靠复位的前提下降低了复位引脚的对地阻抗，可以显著增强单片机复位电路的抗干扰能力。二极管的作用是起快速泄放电容电量的功能，满足短时间多次复位都能成功。对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机电源电路、晶振电路、复位电路。三种电路如下图4-1、4-2、4-3所

45、示：(1) AT89C51 单片机电源电路图4-1 单片机电源电路如图4-1：在电源引脚并联一个0.1uf的小电容目的是滤波，引入滤波电容的原因是要获得平滑稳定的电压，因为电容两端的电压不能突变，所以它能抑制电压的波动，使电压变得平稳光滑主要作用有两个：1.去除器件之间的交流射频耦合。它能将器件的电源端上瞬间的尖峰、毛刺对地短路掉。2. 去耦，也叫退耦。(2) AT89C51 单片机复位电路图4-2 单片机复位电路如图4-2所示：AT89C51单片机在启动时都需要复位，使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内部的斯密特触发器中

46、的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期（24个振荡周期），则CPU就可以响应并将系统复位。上图为手动复位电路，通过接通按钮开关，使单片机进入复位状态。(3) AT89C51 单片机时钟电路图4-3 单片机时钟电路如图4-3所示：AT89C51芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器，反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2,两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器。电容器C1和C2通常取22pf左右，可稳定频率并对振荡频率有微调作用。振荡脉冲频率范围为024MHz。下面给出一个51单片机的最小系统电路图，如图4-4

47、所示: 图4-4单片机的最小系统单片机最小系统说明：复位电路：由电容串联电阻构成，由图并结合“电容电压不能突变”的性质，可以知道，当系统一上电，RST脚将会出现高电平，并且这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定。典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位，所以适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位。一般教科书推荐C取10uR取8.2K。当然也有其他取法的，原则就是要让RC组合可以在RST脚上产生不少于2个机周期的高电平。至于如何具体定量计算，可以参考电路分析相关书籍。晶振电路:典型的晶振大小为11.0592MHz(因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率，用于有

48、串口通讯的场合)/12MHz(产生精确的uS级时歇，方便定时操作)。单片机:一片AT89S51/52或其他51系列兼容单片机。特别注意:对于31脚(EA/Vpp)，当接高电平时，单片机在复位后从内部ROM的0000H开始执行；当接低电平时；复位后直接从外部ROM的0000H开始执行。因此可以看出，其实要熟悉51单片机的40个引脚功能也很容易：总共40个脚，电源用2个(Vcc和GND)，晶振用2个，复位1个，EA/Vpp用1个，剩下还有34个29脚PSEN，30脚ALE为外扩数据/程序存储器时才有特定用处,一般情况下不用考虑，这样就只剩下32个引脚，对于初学者，这32个引脚就是要经常跟它们打交道

49、的了。它们是：P0端口P0.0P0.7共8个P1端口P1.0P1.7共8个P2端口P02.0P2.7共8个P3端口P3.0P3.7共8个4.2 AT89C51 语音控制电路的原理图图4-5单片机最小系统与控制录放的按键在图4-5中，UI为单片机芯片AT89C51，工作于11.0592MHz的时钟。单片机的P0端口和P2.0、P2.1引脚提供语音芯片ISD2560的地址/模式输入，通过P2.1和P2.2引脚，单片机可以配置ISD2560操作模式。单片机的P1.5引脚控制语音芯片ISD2560的录音/放音模式的选择，低电平置ISD2560为录音状态，高电平置ISD2560为放音状态。单片机的P1.

50、6引脚和ISD2560 的节电控制输入相连，单片机通过此引脚可以控制芯片的开关。单片机的P1.7引脚用于控制语音芯片的片选，低电平时选中芯片。单片机的INT0 引脚，P1.4引脚和ISD2560DE的EOM标志输出相连，EOM标志在录音时由芯片自动插入到录音信息的结尾处，放音遇到EOM时，会产生低电平脉冲（约12.5ms)触发单片机中断，单片机必须在检测到此输出的上升沿后才播放新的录音，否则播放的语音就不连续，而且会产生啪啪声。4.3 ISD2560语音芯片录/放音电路的原理图图4-6 ISD2560录放电路图如图4-6所示：U2为语音芯片ISD2560，SP和MP分别为扬声器和话筒。U2的外

51、围电路图中已经详细给出，包括具体的电阻和电容的数值。由于ISD2560是数模的混合芯片，因此对数字信号和模拟信号的处理是PCB设计需要着重考虑的问题。在芯片内部使用不同的模拟地和数字地，模拟电源和数字电源，他们分别通过VSSA，VSSD，VCCA和VCCD引出，VSSA，VSSD两引脚最好通过低电阻抗通路连接到平面；VCCA和VCCD最好也分别走线，并应尽可能在靠近供电端处相连，电源脚附近的去耦电容应尽量靠近芯片。4.4 扬声器和话筒的电路（1）扬声器输出（SP、SP）：可驱动16以上的喇叭（内存放音时功率为12.2mWAUX1N放音时功率为50mv）。单端输出时必须在输出端和喇叭间接耦合电容

52、而双端输出则不用电容就能将功率提高至4倍。（2）话筒输入（MIC）：该端连至片内前置放大器。片内自动增益控制电路（AGC）可将增益控制在15-24。外接话筒应通过串联电容耦合到该端。耦合电容值和该端的10K 输入阻抗决定了芯片频带的低频截止点。（3）话筒参考（MIC REF）：该端是前置放大器的反向输入。当以差分形式连接话筒时，可减小噪声，并提高共模抑制比。图4-7 ISD2560语音芯片话筒和扬声器电路4.5 总的电路图图4-8为设计的电路总原理图，去掉了D/A、A/D还有锁存器，进一步简化了整个焊接过程。大图请看附录2：图4-8 总电路原理图第五章 软件部分5.1本次设计的主要软件(1)

53、protel 99 se 介绍Protel99SE是Protel公司近10年来致力于Windows平台开发的最新结晶，能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证和设计数据管理。因而今天的Protel最新产品已不是单纯的PCB（印制电路板）设计工具，而是一个系统工具，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。最新版本的Protel软件可以毫无障碍地读Orcad、Pads、Accel(PCAD)等知名EDA公司设计文件，以便用户顺利过渡到新的EDA平台。Protel 99 se就是由早期protel版本发展而来的基于windows95/98/2000环境的新一代电路原理图辅助设计

54、与绘制软件，其功能模块包括电原理图设计，印制电路板设计，无网络布线器，可编辑逻辑器件设计，电路图模拟、仿真等，它集成电路设计与开发环境于一体化。利用protel进行电路设计需要三个步骤，如图5-1所示：图5-1 PCB绘制过程本设计利用protel软件画的硬件电路图主要有单片机AT89C51的最小系统和语音芯片ISD2560电路及它们的接口电路。(2) keil C51 介绍及其程序说明本次设计的语音报警系统是以AT89C51为核心建立的系统，在软件编辑方面，需要对语音录和语音报警两部分分别构成的子函数进行编辑。在编辑中需要用keil C51软件。Keil C51是美国Keil Softwar

55、e公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。下面详细介绍Keil C51开发系统各部分功能和使用。Keil C51工具包的整体结构中uVision与Ishell分别是C51 for Windows和

56、for Dos的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。KeilC编程时用到如下的定义：unsigned char bdata.sbit.前面的unsigned

57、char是数据类型。sbit的用法有三种：第一种方法：sbit 位变量名地址值第二种方法：sbit 位变量名SFR 名称变量位地址值第三种方法：sbit 位变量名SFR 地址值变量位地址值bdata不是数据类型，而是指存放的内存空间。sbit是定义位变量的指令；bdata指可位寻址的内存空间；data指一般内存空间；xdata外部内存空间。如在本设计中/*定义语音芯片ISD2560的控制引脚*/sbit start=p1.0;sbit EOM=p1.4;sbit PR=P1.5;Sbit PD=P1.6;Sbit CE=P1.7;5.2 AT89C51 单片机定时器/控制器控制定时器共有两个控

58、制字，有软件写入TMOD和TCON两个8位寄存器，用来设置两个T0或T1的操作模式和控制功能。当AT89C51系统复位时，连个寄存器所有位都被清零。5.2.1 工作模式寄存器TOMDTOMD用于控制T0和T1工作模式，其各位的定义格式如表5-1所示：表5-1 TOMD各位置定义D7D6D5D4D3D2D1D0GATBC/TM1M0GATEC/TM1M0定时器T1定时器T0其中，低四位用于T0，高4位用于T1。一下介绍各位的功能。l M1 和M1：操作模式控制位。两位可形成4种编码，对应于四种操作模式（即四种电路结构），见表5.1l C/T：定时器/计数器方式选择位。C/T=0，设置为定时方式。

59、定时器计数89C51片内脉冲，亦即对机器周期（振荡周期的12倍）计数。C/T=1，设置为计数方式，计数器的输入是来自T0(P3.4)或T1(P3.5)端的外部脉冲l GATE：门控位。GATE=0 时，只要用软件使TR0(或TR1）置1，就可以启动定时器，而不管INT0(或INT1)电平是高还是低GATE=1 时，只有INT0（或INT1）引脚为高电平且由软件使TR0(或TR1)置1时，才能启动定时器工作。TOMD 不能位寻址，只能用字节设置定时器的工作模式，低半字节设定T0，高半字节设定T1。5.2.2 控制寄存器TCON定时器控制寄存器TCON除可字节寻址外，各位还可位寻址，各位定义及格式

60、如下表5-2所示：表5-2 定时器TCON各位定义8FH8EH8DH8CH8BH8AH88H88HTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TCON 各位的作用如下:l TF1(TCON.7): T1溢出标志位。当T1溢出时，由硬件自动使中断触发器TF1置1，并向CPU申请中断。当CPU响应中断进入中断服务程序后，TF1又被硬件自动清零。TF1也可用软件清0。l TF0(TCON.5): T0溢出标志位。其功能和操作情况同TF1。l TR1(TCON.6): T1运行控制位。可通过软件置1或清0来启动或关闭T1。在程序中用指令“SETB TR1”使TR1位置1，定时器T1便开始计数。l

61、TR0(TCON.4): T0运行控制位。其功能及操作情况同TR1。l TE1,IT1,IT0(TCON.3TCON.0):外部中断INT1和INT0请求及请求方式控制位。89C51复位时，TCON的所有位被清0。5.3 ISD2560 录放音软件设计录音时，按下录音键，单片机通过口线设置语音段的起始地址,再使PD端、P /R端和CE端为低电平启动录音;结束时,松开按键,单片机又让CE端回到高电平,完成一段语音的录制。同样的方法可录取第二段、第三段.。特别值得注意的是,录音时间不能超过预先设定的每段语音的时间。放音时,根据需播放的语音内容,找到相应的语音段起始地址,并通过口线送出。再将P /R

62、端设为高电平, PD端设为低电平,并让CE端产生一负脉冲启动放音,这时单片机只需等待ISD2560的信息结束信号,即EOM的产生。信号为一负脉冲,在负脉冲的上升沿,该段语音才播放结束,所以单片机必须要检测到EOM的上升沿才能播放第二段,否则播放的语音就不连续,而且会产生啪啪声,这一点在编制软件时一定要注意。具体的软件设计和录放音时序图见表5-2、图5-2和图5-3所示：图5-2 ISD2560语音芯片放音时序图图5-3 ISD2560 语音芯片录音时序图5.3.1 ISD2560 操作模式由于ISD2560内置了若干操作模式，因而可用最少的外围器件实现最多的功能。具体的操作模式见表5-3。表5

63、-3 ISD2560 语音芯片操作模式图模式功能典型应用组合使用模式M0息检索快进通过信息M4、M5、M6M1删除EOM在最后一条信息结束处放EOMM3,M4,M5,M6M2未用保留N/AM3循环从0地址连续放音M1,M5,M6M4连续寻址录音/放音连续的多段信息M0,M1,M5M5CE 电平有效允许暂停M0,M1,M3,M4M6按键模式简化外围电路M0,M1,M3操作模式可有微控制也可由硬件实现。使用操作模式要注意两点：（1） 所有的操作最初都是从0地址（即存储空间的起始端）开始。后续的操作根据选用的模式可从其它地址开始。但是，电路由录音或放音转录音（M6模式除外），或都执行了掉电周期后，地址计数器将复位为0。（2） 当CE变低且最高两地址为同位高时，执行操作模式。这种操作模式将一直有效