毕业设计(论文)-基于单片机的语音播放系统分析与设计.doc
《毕业设计(论文)-基于单片机的语音播放系统分析与设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《毕业设计(论文)-基于单片机的语音播放系统分析与设计.doc(29页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、 东北石油大学秦皇岛分校毕业论文摘 要今天,数码语音技术已经发展成为一种时尚化智能化,人性化的代表技术,出现在工业、交通、军事、安全保卫、教育、娱乐、体育、通讯、广告、旅游、休闲、政治宣传等各个领域。自然的语音、声音是稍纵即逝的,聪慧的人类想了很多办法来留存它们,这样可以在任何需要的时候重复播放出来。这种保留原声的媒介曾有过钢丝、黑胶唱片、胶片、磁带、激光唱片等等,这些媒介都需要精密复杂的机械传动装置来配合,大多体积比较大,耗电大,控制不够灵活,有介质磨损,使用寿命有限。现在,我们可以采用数码电子技术将纯的无任何机械的半导体集成电路(IC)去完成语声信号的存储和还原,这样一类经过存储而还原播放
2、的语言声音,我们称为 数码语声。这类保存着数码语声的集成电路我们称为数码语声电路,或语声IC,有了这些语声IC声音就能保留和还原,而且能被选择性地反复播放,也就能让不会说话的各种物品发出声音或开口说话。语声IC具有体积小、耗电少、可控制性能好、永无磨损、永久寿命等特点。它是采用电子处理技术将复杂的语声信号“切分”成很多份,以最小的单位存储在自己内部的存储器里。当需要时,再把这些小份拼接成完整的语声信号播放出来。经由语声IC的处理、保存再回放出来的声音效果会比原声有一定的失真,现在还原声音最好的是激光唱片方式,它的声音取样频率是44.1KHZ,取样位数是24位,简单的说就是把一秒钟的语声信号横着
3、切24份,再竖着切4万4千多份,累计把一秒钟的信号切成了约100万份分别存储在激光唱片上,等播放时再拼在一起还原出来,因此有较好的还原度。而语声IC因为制造技术和成本问题,其能够使用的存储器容量比较小,大多数的语声IC都采用6KHZ5位采样,即大约把一秒种的信号切成3万份,因此还原效果就要差不少。但随着技术的发展,这一差距正在减少。语声IC的成本主要取决于内部电路的复杂程度和存储器的容量,在短时间语声长度的产品中,语声IC的性能价格比是非常高,有的种类的语声IC价格低到只有几分钱,这是任何其它数码语声还原设备无法比拟的。关键词 语音;IC;存储器;声音;语音芯片27东北石油大学秦皇岛分校毕业论
4、文目录摘 要I目录第1章 概述11.1 国内外研究现状21.2 语音播放的基本概念21.3 语音芯片的分类2第章 基于单片机的语音播放系统分析与设计42.1 系统分析设计42.2 单片机的选取72.3 语音芯片芯片选取72.4 语音芯片芯片选取8第章 基于单片机语音播放系统的硬件设计113.1 音频输入电路的设计113.2 ISD1720与AT89S52接口电路的设计123.3 LED数码管驱动电路的设计123.4 单片机硬件电路设计123.4.1系统复位电路133.4.2时钟电路133.5 电路板的制作133.5.1 PROTEL 99SE 绘制原理图143.5.2 焊接电路板143.6 M
5、AX232 的电路设计14第章 基于单片机语音播放系统的软件164.1系统程序设计164.2 KEIL3程序汇编调试与HEX烧写234.2.1 8051开发工具23第4章 总结26参考文献27致谢28附录1电路原理图29第1章 概述1.1 国内外研究现状最近的十五年是电子行业突飞猛进的时期,语声IC的发展也见证了这一过程,十几年前的产品几乎都被淘汰出局了,期间也曾有几十种语声IC不断被开发出来,总的方向是集成度越来越高、功能越来越强大、音质效果越来越好、成本越来越低。最后,经得住市场考验的,目前在通用市场上几乎只有三颗星星在闪耀。一是OTP芯片A8108A 、8208A 、840N 系列。这款
6、芯片是美国ISSI公司大约在1992年开发的,内部有PROM存储器,只能烧写一次。原设计只是掩膜语音芯片的开发工程样片。过去用户在要求投产MASKROM语音芯片前,都希望厂家提供实验用的工程样片,但大多数厂家都是提供一个由很复杂的分立器件电路搭建的开发评估板直到今天大多数厂家仍然如此,这板子很大只能和用户的电路接口模拟使用,不能装入用户的产品中,更不能让用户小批量生产试投产,而且投产出来的掩膜片与评估板的音质、管脚、电性能都有所不同,令用户风险很高。ISSI公司就开发了这一款芯片,而且设计了该芯片的开发工具,可以一起卖给用户做实验和小批量生产,等试验成熟后再投大量而便宜的掩膜芯片。可以说它只是
7、作为推销ISSI公司掩膜芯片的一个促销手段来设计的,但是OTP芯片的快速开发、简单易控制等特性引起很多设计工程师的青睐,一直使用至今。另外,随着个性化时代的到来,产品的设计日益多样化,生产也朝着多品种、少数量的方向发展,再加上市场的风云变幻加快,一般厂家用户越来越不敢动辄几万、几十万地投产掩膜芯片,几乎都是先拿OTP片试打市场,看市场反应和接受程度再来定夺。因此该系列产品的销量近年来反而增大了很多。美国 ISSI 公司在2002年停止了该系列产品的生产,目前由台湾的一家公司提供兼容的产品。二是ISD系列产品。这款是美国ISD公司大约在1994年开发的,内部有 EEPROM 存储器,可以反复擦写
8、。ISD的这款产品具有划时代的意义,因为它采用所谓“模拟存储技术”实现了极好的语声还原效果,而且能录能放,控制简单灵活,同时有很强的智能控制,令人耳目一新。该系列芯片经过原珠海特思高公司、原深圳矽源公司、原北京泰思特研究所、北京中青世纪公司近十年的努力推广,目前已经是通用语声产品市场的主流。其中值得一提的是,由于ISD芯片的控制有一定的复杂性,在1996年前又两项比较大的难点阻碍其应用发展,一是ISD的技术资料一直只有很厚的英文资料和很简单的中文资料,二是美国ISD公司提供的编程开发系统价格贵达1. 8万元/套,都令开发技术人员寸步难行。1996年上述几家公司联合起来翻译、编写、出版了 ISD
9、 全系列单片语音录放电路设计与应用汇编,同年北京中青世纪公司自行开发成功了ISD1425、ISD3340K编程拷贝系统,价格降低到不足2000元/套,而且操作非常简单方便。这两项工作的完成令 ISD 在国内的应用和推广起了关键性的作用。另外上述几家公司都开发了很多围绕 ISD 设计的开发实验板、功能板等配套产品,也为技术人员快速开发 ISD 语声产品提供了很大的帮助。美国ISD公司大约在1999年被台湾的华邦公司收购,成为其一个子公司。这几年 ISD 公司还推出了一些长时间的新产品,但在现在看来都不太成功。其原开发的ISD1100、1400、2500、4000系列产品,语声长度涵盖10秒至16
10、分钟非常经典。 2002年ISD公司又开发完成ISD1800系列产品,语声长度在620秒,以高音质、低价格主打礼品玩具等低端市场,销售成绩非常显著。第三颗星是 2003 年底刚诞生的 PM50 系列产品。这是北京中青世纪公司委托台湾设计公司开发的新款语声 IC 系列,该公司一直是 ISD 产品在国内的最大技术支持单位,非常熟悉电子市场和技术人员的需求,根据大量客户对 OTP 芯片和 ISD 芯片的需求反应专门开发了这款新的语声芯片。其特点是采用单片机 + 语音处理器 +FLASHRAM 结构,能反复擦写、控制较 ISD 简单方便、有 20 秒 200 秒一系列产品较 OTP 芯片齐全等,更重要
11、的是开发人员用编程好的文件既能够烧写 FLASHRAM 版本的 PM50 产品,也能交给厂家原样生产几个极为低廉的掩膜版本的 PM50 产品,两者完全互换性能一致,这意味着国内的任何普通技术人员也能自己设计、开发掩膜语声芯片。这也是数码语声电路发展历史上划时代的事件。1.2 语音播放的基本概念自然的语音、声音是稍纵即逝的,聪慧的人类想了很多办法来留存它们,这样可以在任何需要的时候重复播放出来。这种保留原声的媒介曾有过钢丝、黑胶唱片、胶片、磁带、激光唱片等等,这些媒介都需要精密复杂的机械传动装置来配合,大多体积比较大,耗电大,控制不够灵活,有介质磨损,使用寿命有限。现在,我们可以采用数码电子技术
12、将纯的无任何机械的半导体集成电路 (IC) 去完成语声信号的存储和还原,这样一类经过存储而还原播放的语言、声音,我们称为数码语声。1.3 语音芯片的分类1、随录随放型的:和磁带机一样,可以自由地通过话筒或模拟音频线路来进行录音,通过驱动喇叭放音。这其中又分几类型。怕断电的,语声保存需要很小的电流,象一些录音贺卡,它以 SRAM 静态存储器 IC 为介质,断电声音丢失,保存电流很小。在录音贺卡等录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。特点是可以较长期保存语声。不怕断电的,象一些数码录音笔,它以 FLASHRAM 闪烁存储器 IC 为介质,完全断电后语声还能保存十
13、年以上。特点是价格较高。美国 ISD 公司的 ISD 系列就是这类产品。它生产从 10 秒至 16 分钟的一系列语声芯片产品。2、编程录入的只放型:象 MP3 随身听播放机一样,它的语声(音乐歌曲)录入需通过电脑、软件和专用数字接口来完成,不能简单地通过话筒录入,因此其成本价格较前者低。这其中根据使用存储器的种类不同又分以下几种类型,性能有所不同但其生产成本却相差不大。一次编程OTP型,芯片内部是PROM 结构存储器,可以通过外部数字接口将语声文件或程序文件烧录进去,但只能烧录一次,以后不能修改不能更换。ISSI 公司的22C012/022/040(台湾公司的编号分别为A8108A 、8208
14、A 、840N) ,还有一些 OTP 型的语音单片机都是此类。多次编程EPROM型,电路中用EPROM来存储语声数据,它需要专用的烧录工具把语声数据放置在芯片中,这种芯片可以反复烧录,寿命在几十年,次数多了以后就会有一定的单元损坏这是比较早期的数码语声电路构成方式,通常是语音处理UM5100加上外挂的EPROM老式的公交车语音报站系统多采用这种方式。反复编程FLASHRAM型,电路中用FLASHRAM来存储语声数据,它需要专用的烧录工具或专用数字接口把语声数据放置在芯片中,这种芯片可以反复烧录,寿命可达到1万次以上。这是最新的数码语声电路构成方式 ,现在流行的MP3播放器就是这种方式。中青世纪
15、公司新开发的PM50、PM64系列也是这一类。3、掩膜生产的只放型:和CD机一样,拿到手的就是定制好的语声,自己不能更改,只能播放这类产品的成本最低。在客户需求方面可以分两类:标准声源型,这是指在电子市场上可以买到的通用语声芯片,例如各种警报声、“倒车倒车请注意”、“这张是假币”等等。它们是大批量生产出来的标准品,价格非常便宜。如果用户能确认可用,将是投资最少见效最快的选择,只是不能根据自己的情况做任何变动,包括语声的音调、音质、触发控制方式等。定制声源型,这是用户有自己的特殊要求而专门制作生产的,需要经过设计开发、制作样片,确认样品,几万片起做的芯片投单,确认芯片,交货等几个过程,制作和生产
16、周期约45天,一次投资一般大约在15万元(人民币)以上,投资均摊在每个芯片上,数量越大价格越低。一直以来,这类芯片的开发和投产在用户和开发商都存在比较大的风险,因为它不能小量快速生产,没有一个小批量的生产测试和市场投放的过程,而且开发商提供的实验样品和最后交付的产品有一定的差别(音质、管脚、电性能等),因而容易出现用户拒绝收货的情况。给双方都造成很大损失。东华北石油大学秦皇岛分校毕业论文第章 基于单片机的语音播放系统分析与设计2.1 系统分析设计基于单片机语音系统系统采用集成语音播放器满足语音合成播放,并将语音片段组合成连续的信号进行播放,通过单片机的SPI接口去实现与语音的录制与播放,指示部
17、分有单片机的数码管去显示。该测量仪可实现多段录音和自定义录音。由以上大致分析,整个系统控制将由AT89S52单片机为核心构成。选用ISD1720作为语音处理芯片,显示信号可由单片机的I/O口进行显示无线控制AT89S52单片机语音芯片录音部 分 电源、时钟及复位电路放音部分图2.1 系统分析设计图2.2 单片机的选取单片机是由大名鼎鼎的Intel公司发明的,最初的系列是MCS-48,后来有了更加完善的MCS-51,也就是经常说的51系列单片机,它是一种8位的单片机,这个系列的单片机包括了多个种类,如8031,8051,8751,8032,8052,8752等。其中,8051是最典型的产品,该系
18、列的其他产品都是在8051的基础上,进行功能的增减而来的。所以人们习惯使用8051来称呼MCS-51系列单片机。后来Intel公司把它的核心技术转让给了世界上很多的小公司,所以世界上就有了许多公司生产51系列兼容单片机,比如飞利浦的87LPC系列、华邦的W78系列、达拉斯的DS87系列、现代的GSM97系列等等。现在我国比较流行的是美国ATMEL公司的89C、89S系列。我们的实训板上就可以使用89S52芯片,它是在线可编程的,也就是说我们可以通过并口下载线直接把程序下载到芯片里面,使得对芯片的编程非常的方便。而89CX系列就没有这个在线可编程的功能,我们必须使用专用的编程器才能把编程文件写入
19、芯片里面,这样就会使得我们的学习成本增加。随着集成电路技术的飞速发展,单片机技术的出现给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命。单片机以其高可靠性、高性价比,在工业测控系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到广泛的应用,并已步入家庭,在洗衣机、空调和电磁炉等家电中到处可见到单片机的踪影。主要特性 与MCS-51单片机产品兼容 4K字节在系统可编程Flash存储器 1000次擦写周期 全静态工作:0Hz33MHz 32个可编程I/O口线 2个16位定时器/计数器 6个中断源 全双工UART串行通道 低功耗空闲和掉电模式 掉电后中断可唤醒 看门狗定时器 双数据指针 灵活的ISP
20、编程(字或字节模式) 4.0-5.5V电压工作范围内部结构:它可以划分为CPU、存储器、并行口、串行口、定时/计数器和中断逻辑几个部分。 CPU由运算器和控制逻辑构成。其中包括若干特殊功能寄存器(SFR) AT89S51时钟有两种方式产生,即内部方式和外部方式(如图2.2)。 AT89S51在物理上有四个存储空间:片内/片外程序存储大路、片内/片外数据存储器。片内有256B数据存储器RAM和4KB的程序存储器ROM。除此之外,还可以在片外扩展RAM和ROM,并且和有64KB的寻址范围。 AT89S51内部有一个可编程的、全双工的串行接口。它串行收发存储在特殊功能寄存器SFR的串行数据缓冲器SB
21、UF中的数据。 AT89S51共有4个(P0、P1、P2、P3口)8位并行I/O端口,共32个引脚。P0口双向I/O口,用于分时传送低8位地址和8位数据信号;P1、P2、P3口均为准双向I/O口;其中P2口还用于传送高8位地址信号;P3口每一引脚还具有特殊功能,用于特殊信号的输入输出和控制信号。表2.1 P3口引脚的特殊功能引脚号第二功能P3.0RXD(串行输入)P3.1TXD(串行输出)P3.2INT0(外部中断0)P3.3INT1(外部中断1)P3.4TO(定时器0外部输入)P3.5T1(定时器1外部输入)P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.7RD(外部数据存储器写选通) AT89S
22、51内部有两个16位可编程定时器/计数器T0、T1。最大计数值为216-1。工作方式和定时器或计数器的选择由指令来确定。 中断系统允许接受5个独立的中断源,即两个外部中断,两个定时器/计数器中断以及一个串行口中断。c.外部特性(引脚功能)AT89S51芯片有40条引脚,双列直插式封装引脚 Vcc(40):电源+5V Vss(20): 接地 XTAL1(19)和XTAL2(18):使用内部振荡电路时,用来接石英晶体和电容;使用外部时钟时,用来输入时钟脉冲。 P0口(3932):双向I/O口。既可作地址/数据总线口用,也可作普通I/O口用。 P1口(18):准双向通用I/O口。 P2口(2128)
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 毕业设计 论文 基于 单片机 语音 播放 系统分析 设计
链接地址:https://www.31doc.com/p-3284009.html