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基于 51 单片机语音存储与回放系统设计 目录 摘 要 . I ABSTRACT . II 绪 论 1 1 语音录放系统总体设计及主 要芯片说明 . 4 1.1 总体方案论 证 . 4 1.2 器件选 择 . 5 1.2.1 单片机的选 择 5 1.2.2 语音芯片选 择 6 1.3 AT89C51 芯片说 明 . 7 1.3.1 AT89C51 的主要参 数 . 7 1.3.2 AT89C51 的引脚功能说 明 8 1.4 ISD2560 语音芯 片 . 9 1.4.1 ISD2560 的引脚功 能 9 1.4.2 ISD2560 的操作模 式 10 1.4.3 ISD2560 的分段录放 音 11 1.4.5 ISD2560 的应用电 路 12 1.5 LM386 集成功率放大器芯片说 明 13 1.5.1 LM386 电子特 性 13 1.5.2 LM386 的引脚说 明 14 2 语音录放系统硬件电路设 计 . 16 2.1 系统硬件电路总体设 计 . 16 2.2 AT89C51 的外围电路设 计 16 2.2.1 晶振电路设 计 16 2.2.2 复位电路设 计 17 2.3 语音电路设 计 . 18 2.4 功放电路设 计 . 19 2.5 键盘输入电路和状态显示电路设 计 19 3 语音录 放系统软件设 计 . 21 3.1 主要变量说 明 . 21 3.2 主程序工作原理及流程 图 . 21 3.3 子程序流程图及代 码 23 3.3.1 录音子程 序 . 23 3.3.2 放音子程 序 . 24 结束 语 26 致 谢 . 错误！未定义书签。27 参考文 献 27 附录 1 . 28 附录 2 . 30 I 摘要 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。在许多场合需要将语音合成、语音识别、语 音存储和回放技术和单片机结合在一起。常规的模拟化语 音处理系统能实现语音的存储与回放功能，但效果不是很好。 本文采用了Flash 单片机AT89C51 及数码语音芯片 ISD2560 组成的数字化的语音存储与回放系统。单片机是 系统的控制中心，它主要实现以下的功能：一方面控制按 键识别和功能选择；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II ABSTRACT In the area of intelligent instruments and automatic control equipments, the system with the phonetic funct ion can greatly increase the friendliness of the man-machine interface, and is also convenient for users to operate. In many situations, designers need to integrate the phonetic synthesis, the phonetic recognition and the phonetic storage and playback technology with the SCM. The common analog-signal digitalize processing system can realize the function of phonetic storage and playback. But the effects are not very good. This dissertation designs the digital phonetic system composed of flash micro-controller AT89C51 and digital audio chip ISD2560. SCM is the control center of the system, it is mainly to achieve the following functions: the keystroke identificat ion and the funct ion selection; phonetic storage and playback by using the digital audio chip ISD2560. Firstly, this dissertation designs the hardware circui t of the system. And then compiles the control program of record and playback. At last, the summary and prospects of the design was presented. Key words: AT89C51 ISD2560 phonetic storage phonetic playback 1 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 IV 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。4 1 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 AT89C51 A/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MIC SPEAKER 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。 5 ISD2560 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AVR ATmega128 单片机等等。51 单片机是对目前所有兼容I nt el 8031 指令系统的单片机的 统称。该系列单片机的始祖是Int el 的 8031 单片机，后 来随着Flash Rom 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 1-1 AT89C51 和 AT89C2051 主要性能对比表项目 AT89C51 AT89C2051 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RAM 128 字节128 字节 静态工作频率0Hz24MHz 0Hz24MHz 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，但是在语音芯片的大类型中，又被分为 语音 IC（这里应该叫成Speech IC ）、 音乐 IC（这里应该 叫成 Music IC ）两种。目前，在市场上使用较为普遍的语音 芯 片如表1-2 所示。 7 表 1-2 常用语音芯片对比表项目 TE6310 TE6332 ISD1420 ISD2560 语音长度10s 32s 20s 60 采样频率（ kHz） 6.4 46.4 6.4 8 放音触发放音触发 无 边缘/电平电平工作电压（ V） 4.55.5 2.73.3 4.55.5 4.55.5 工作电流（ mA） 30 45 30 30 静态电流 （A） 2 无 10 10 MIC 前置 是 否 否 否 由上表可以看 出，ISD2560 语音芯片的语音长度较长，工作电流和电压也 符合 要求。因此， 本次设计将采用ISD2560 作为系统的语 音处理芯片参与工作。1.3 AT89C51 芯片说明AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压、高性能CMOS 8 位单片 机，片内含4k bytes 的可反复擦写的Flash 只读程序存储器 和 128 bytes 的随机存取数据存储器。器件采用 ATMEL 公 司的高密度、非易失性存储技术生产，与MCS-51 指令系统 及 8051 产品引脚兼容， 片内置通用8 位中央处理器和Flash 存储单元，功能强大。AT89C51 单片机适合于许多较为复 杂控制应用场合。1.3.1 AT89C51 的主要参数AT89C51 芯 片有以下特点：(1) 与 MCS51 产品指令和引脚完全兼容 (2) 4k 字节可重擦写Flash 闪速存储器(3) 1000 次擦写 周期 (4) 全静态操作： 0Hz24MHz (5) 三级加密程序存储 器 (6) 128 × 8 字节内部RAM (7) 32 个可编程I/O 口线 (8) 3 个 16 位定时 /计数器(9) 8 个中断源(10) 可编程 串行 UART 通道 (11) 低功耗空闲和掉电模式功能特性概 述： 8 AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速 存储器，128 字节内部RAM，32 个 I/O 口线，3 个 16 位 定时 /计数器， 一个 6 向量两级中断结构，一个全双工串行 通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51 可降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模 式。空闲方式停止CPU 的工作，但允许RAM， 定时/ 计数 器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直 到下一个硬件复位。1.3.2 AT89C51 的引脚功能说明 AT89C51 芯片引脚排列图见附录1，下面介绍一下与本设 计相关的引脚功能。P0 口（ P0.0P0.7 ）是一个 8 位漏极 开路双向输入输出端口，当访问外部数据时，它是地址总 线（低 8 位）和数据总线复用。外部不扩展而单片应用时， 则作一般双向 I/O 口用。 P0 口每一个引脚可以推动8 个 LSTTL 负载。 P1 口（P1.0P1.7 ）是具有内部提升电路的双 向 I/0 端口（准双向并行I/O 口），其输出可以推动4 个 LSTTL 负载。仅供用户作为输入输出用的端口。P2 口 （P2.0P2.7 ）是具有内部提升电路的双向I/O 端口（准双 向并行 I/O 口），当访问外部程序存储器时，它是高8 位 地址。外部不扩展而单片应用时，则作一般双向 I/O 。每一 个引脚可以推动4 个 LSTTL 负载。 P3 口是一组带有内部上 拉电阻的 8 位双向 I/O 口。 P3 口除了作为一般的I/O 口线 外， 更重要的用途是它的复用功能，如表1-3 所示。表 1-3 P3 口复用功能表端口引脚复用功能P3.0 RXD （串行通信输 入） P3.1 TXD（串行通信输出）P3.2 INT0（外部中断0 输 入，低电平有效）P3.3 INT1 （外部中断1 输入，低电平 有效）P3.4 T0（计数器0,外部事件计数输入端）P3.5 T1 （计数器1,外部事件计数输入端）P3.6 WR （外部随机存 储器的写选通，低电平有效）P3.7 RD（外部随机存储器的 读选通，低电平有效）RST：复位输入。VCC：AT89C51 电源正极输入， 接+5V 电压。 GND：电源接地端。XTAL1： 接外部晶振的一个引脚。在单片机内部，它是一反相放大器 输入端，9 这个放大器构成了片内振荡器。它采用外部振 荡器时，一些引脚应接地。XTAL2： 接外部晶振的一个引脚。 在片内接至振荡器的反相放大器输出端和内部时钟发生器 输入端。当采用外部振荡器时，则此引脚接外部振荡信号的 输入。EA/VPP：该引脚为低电平时，则读取外部的程序代 码（存于外部EPROM 中）来执行程序。因此在8031 中， EA 引脚必须接低电位，因为其内部无程序存储器空间。如 果是使用 AT89C51 或其它内部有程序空间的单片机时，此 引脚接成高电平使程序运行时访问内部程序存储器，当程 序指针 PC 值超过片内程序存储器地址（如 8051/8751/89C51的 PC超过 0FFFH）时，将自动转向外部 程序存储器继续运行。此外，在将程序代码烧录至8751 内 部 EPROM、89C51 内部 FALSH 时，可以利用此引脚来输入 提供编程电压（8751 为 2lV、AT89C51 为 12V、8051 由生 产厂方一次性加工好 )。 1.4 ISD2560 语音芯片采用 ISD 系列语音芯片进行录音是一种可行的方法，它有音质自然、 单片存储、反复录放、低功耗等优点。一块ISD 芯片上集 成有麦克风前置放大器 （AMP） 、自动增益控制电路 （AGC） 、 抗混淆和平滑滤波器、模拟存储阵列、扬声器驱动器、控 制接口和内部精确的参考时钟，外部元件包括：液晶、麦克 风、扬声器、开关和少数电阻、电容，再加上电源和电池。 ISD2560 语音芯片是美国ISD 公司产品，是ISD 系列单 片语音录放集成电路的一种。这是一种永久记忆型语音录 放电路，录音时间为60s，可重复录放10 万 次。芯片采 用多电平直接模拟量存储专利技术，省去了A/D、D/A 转换 器。每个采样值直接存储在片内单个EEPROM 单元中， 因 此能够非常真实、 自然地再现语音、音乐、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 ” 。ISD2560 集成度较高，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480K 字节的EEPROM 等。 1.4.1 ISD2560 的引脚功能ISD2560 的引脚排列见附 录 1， 各引脚的主要功能描述如下：A0/M0A6/M6、 A7A9 ： 地址线， ISD 器件可以实现1600 段录放语音功能，每 段录放音都有一个起始端，该起始地址的选择由A0A9 确 定。当A8、A9 同时 为高电平时可以选择工作模式。AUX IN：当 CE 和 R P / 为高，放音不进行，或处于放音溢出状 态时，本端的输入信号通过内部功放驱动喇叭输出端。10 VSSD、 VSSA：数字地和模拟地，这两脚最好在引脚焊盘上 相连。 SP+、SP-：扬声器输出。VCCA、VCCD：模拟电源、 数字电源，尽可能在靠近供电端处相连。MIC：本端连至片 内前置放大器，外接话筒应通过串联电容耦合到本端，耦合 电容值和本端的10K 输入电阻。MIC REF：本端是前置 放大器的反向输入。当以差分形式连接话筒时，可减小噪 声，提高共模抑制比。AGC：AGC 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时 失真都能保持最小。响应时间取决于本端的5K 输入阻抗 外接的对地电容的时间常数。释放时间取决于本端外接的 并联对地电容和电阻的时间常数。 470K 和 4.7uF 的标称 值在绝大多数场合下可获得满意的效果。ANA IN ：本端为 芯片录音信号输出。对话筒输入来说ANA OUT 端应通过外 接电容连至本端。ANA OUT：前置放大器的输出，前置电 压增益取决于AGC 端电平。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，直到PD 端变高。本端可用于级联。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R P / 端的状态。PD：本端拉高使 芯片停止工作，进入不耗电的节电状态，芯片发生溢出，即 OVF 端输出低电平后， 要将本端短暂变高复位芯片，才能使 之再次工作。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。 芯片内部会检测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。XCLK：外部时钟。 本端内部有下拉元件，不用时应接地。R P / ：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。 录 音 时，由地址端提供起始地址，录音持续到CE 或 PD 变高， 或内存溢出；如果是前一种情况，芯片自动在录音结束处 写入 EOM 标志。放音时由地址端提供起始地址，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 音会忽略EOM， 继续进行下去。1.4.2 ISD2560 的操作模式由于 ISD2560 内置了若干种操作模式，因而可 用最少的外围器件实现最多的功能。操作模式也由地址端 控制，当最高两位（A8、A9）都为1 时，其它地址端置高 可选择某个（或某几个）特定模式。因此操作模式和直接寻 址相互排斥。具11 体操作模式如表1-4 所示。操作模式 可由微控制器也可由硬件实现。表 1-4 模式控制说明表模 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使用操作模式时需要 注意两点： (1) 所有操作模式下的操作都是从0 地址开始， 以后的操作根据模式的不同，而从相应的地址开始工作。 当电路中录音转放音或进入省电状态时，地址计数器复位 为 0。 当 CE 变低且最高两地址位同为高时，执行操作模式。 这种操作模式将一直有效，直到CE 再次由高变低，芯片 重新锁存当前的地址模式端电平并执行相应的操作为止。 (2) 操作模式位不加锁定，可以在MSB（A8、A9）地址位 为高电平时， CE 电平变低的任何时间执行操作模式操作。 如果下一片选周期MSB（A8、A9）地址位中有一个 (或两 个)变为低电平，则执行信息地址，即从该地址录音或放音， 原来 设定的操作模式状态丢失。1.4.3 ISD2560 的分段录 放音 2500 系列最多可分为600 段，只要在分段录 /放音操 作前 (不少于300 纳秒 )， 给地址A0A9 赋值，录音及放 音功能均从设定的起始地址开始，录音结束由停止键操作 决定，芯片内部自动在该段的结束位置插入结束标志（EOM） ； 而放音时芯片遇到EOM 标志即自动停止放音。2500 系 列地址空间是这样分配的：地址0599 作为分段用 (见表 1-5) ，地址 600767 未使用， 地址 7681023 为工作模式 选择。12 表 1-5 2500 系列地址空间表十进制二进制 信息时间 (秒) A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 2560 2575 2590 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 50 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 5.0 6.25 7.50 100 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 10.0 12.50 15.00 250 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 25.0 31.25 37.50 300 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 30.0 37.50 45.00 400 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 40.0 50.00 60.00 500 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 50.0 62.50 75.00 599 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 59.9 74.87 89.85 1.4.5 ISD2560 的应用电路ISD2560 集 成度较高，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 EEPROM 等。 内部EEPROM 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。 图 1-3 是 ISD2560 基本电路原理。录音时按下录音键S2、 S3 接地，使节电控制键PD 端、录放模式键R P / 端为 低 电平。此时启动录音；结束时松开按键，单片机又让录放模 式键 R P / 端回到高电平，即完成一段语音的录制。同样 的， 按下录放模式键R P / 接高电平，使节电控制键PD 端 为低电平启动放音功能；结束时，松开按键，即完成一段语 音的播放。13 图 1-3 ISD2560 基本电路原理1.5 LM386 集成功率放大器芯片说明LM386 是美国国家半导体公司生 产的音频功率放大器，主要应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。 1.5.1 LM386 电子特性LM386 芯片的电 子特性如表1-6 所示。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。 输入电压范围可由4V12V ，无作动时仅消耗4mA 电流， 且失真低。14 表 1-6 LM386 电子特性表项目 测试环境 规格 工作电压 Vs（V） 45 输入电压 Vin（V） -0.4+0.4 输入阻抗 Ri （k） 50 静电流 Iq（mA） Vs=6V,Vin=0V 48 输出功率 Pout（mW ） Vs=6V ， Rl=8， THD=10% 250325 电压增益 (dB) Pin1 、8 开路26 Pin1、8 以 10F 连接 46 频 宽（kHz） Pin1、8 开路300 Pin1 、8 以 10F连接60 1.5.2 LM386 的引脚说明LM386 的引脚排列见附录1。引脚2 为反相输入端， 3 为同相输入端， 引脚 5 为输出端， 引脚6 和 4 分别为电源和地，引脚1 和 8 为电压增益设定端。 使用时在引脚7 和地之间接旁路电容，通常取10F。 LM386 的电源电压为412V ；静态消耗电流为4mA；电压 增益为20-200dB ； 在 1、8 脚开路时，带宽为300KHz ； 输入阻抗为50K；音频功率0.5W 。 尽管LM386 的应用非 常简单，但稍不注意，特别是器件上电、断电瞬间，甚至 工作稳定后，一些操作（如插拔音频插头、旋音量调节钮） 都会带来的瞬态冲击，在输出喇叭上会产生非常讨厌的噪 声。 各引脚外围电路的接法介绍如下：(1) 通过接在1 脚、 8 脚间的电容（1 脚接电容 “ +”极）来改变增益， 断开时增益 为 20dB。 (2) 选好调节音量的电位器。阻值不要太大， 10K 最合适，太大也会影响音质。(3) 尽可能采用双音频输入/ 输出。好处是：“ ” 、 “ ” 输出端可以很好地抵消共模信号， 故能有效抑制共模噪声。(4) 第 7 脚（BYPASS）的旁路电 容不可少。 实际应用时， BYPASS 端必须外接一个电解电容 到地，起滤除噪声的作用。工作稳定后，该管脚电压值约等 于电 源电压的一半。增大这个电容的容值，减缓直流基准 电压的上升、下降速度，有效抑制噪声。在器件上电、掉 电时的噪声就是由该偏置电压的瞬间跳变所致。(5) 减少输 出耦合电容。此电容的作用有二：隔直与耦合。隔断直流电 压，直流电压过大有可能会损坏喇叭线圈；耦合音频的交 流信号。它与扬声器负载构成15 了一阶高通滤波器。减小 该电容值，可使噪声能量冲击的幅度变小、宽度变窄；太 低还会使截止频率（) 2 /( 1 Cout RL f c ）提 高。分别测试，发现10uF/4.7uF 最为合适。16 2 语音录 放系统硬件电路设计2.1 系统硬件电路总体设计本系统主 要可分为三个部分：单片机控制部分、语音录放部分、功放 部分。 采用51 单片机作为主控制芯片，利用 ISD2560 实 现语音录放， 采用LM386 集成 功放使声音放大， 简单易行 且控制方便。系统采用的微控制器是美国ATMEL 公司生 产的低电压，高性能CMOS 8 位单 片机，片内含4k bytes 的可反复擦写的Flash 只读程序存储器和128 bytes 的随 机 存取数据存储器（RAM）。器件采用ATMEL 公司的高 密度、非易失性存技术生产，与标准MCS-51 指令系统及 8051 产品引脚兼容， 片内置通用8 位中央处理器（CPU） 和 Flash 存储单元，功能强大。AT89C51 单片机适合于许 多较为复杂控制应用场合。数码语音芯片选用的是 ISD2500 系列单片语音录放集成电路ISD2560 ，它具有抗 断电、音质好， 使用方便，无须专用的开发系统等优点。功 放采用LM386 音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益 可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等 优点。ISD2560 与单片机AT89C51 的接口电路以及外围 电路见附录1。单片机的P1 口、 P2.4 和 P2.5 分别与 ISD2560 的地址线相连，用以设置语音段的起始地址和控 制操作模式； P2.0P2.3 以控制录放音状态；P0.3、P0.4 连 接按键，供录放音使用；P0.0P0.3 接发光二极管，用以 提示当前录放音状态。2.2 AT89C51 的外围电路设计2.2.1 晶振电路设计单片机是一种时序电路，必须给它提供时钟 脉冲信号才能正常工作。系统时钟信号是单片机内部各种 操作的时间基准，为各种指令的执行提供时钟节拍。通常 单片机可通过内部振荡或外部振荡两种方式得到系统时钟 信号。 本系统采用的是12MHz 的晶振，电容采用22pF 的 陶瓷电容，具体设计如图2-1 所示。17 图 2-1 晶振电路 设计图2.2.2 复位电路设计当任何一个复位信号产生时， C51 的所有I/O 端口都会立即复位成它们的初始值，并不 需要时钟源处于运行状态。在复位信号撤消后，硬件系统将 调用一个计数延时过程，经过一定的延时后，才能进行系 统内部的真正复位启动。采用这种形式的复位启动过程， 保证了电源达到稳定后才使单片机进入正常的操作，复位 启动的延时时间可以由用户通过对熔丝位的编程来定义。 51 单片机有3 个复位源：(1) 上电复位。 当系统电源的电 平低于上电复位门限电压VPOT 时，MCU 产 生复位。(2) 外部复位。当一个高电平加到RESET 引脚超过2 机器周期 时，MCU 产生 复位。(3) 看门狗 (WDT) 复位。当看门狗复 位允许且看门狗定时器溢出时，MCU 产 生复位。当进入系 统的干扰作用于单片机内部时，系统失控导致程序在地址空 间 内“ 乱飞 ” ，使程序运行状况不可预测。如果运行时间超过 程序设定的看门狗延时时间，系统便会重新复位，使单片 机重新回到正常运行轨道。因此，看门狗复位可以有效的 监控系统的运行情况，提高了系统自身的抗
