显示地址的数字录音机设计.doc

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1、宜宾职业技术学院宜宾职业技术学院 毕业设计 多功能数字录音机的设计多功能数字录音机的设计 系系 部部 电子信息与控制工程系 专专 业业 名名 称称 电子信息 工程 技术 班班 级级 电 子1 1 1 0 1 姓姓 名名 廖 磊 学学 号号 指指 导导 教教 师师 20132013 年年 0909 月月 2020 日日 宜宾职业技术学院电子信息与控制工程系 多功能数字录音机的设计 多功能数字录音机的设计多功能数字录音机的设计 摘摘 要要 在会议、采访、谈话过程中，往往需要对各种语言中重要的信息详细记录下来， 因此需要一种合适的辅助工具来完成，那就是数字录音机。由于单片机具有低功耗、 高性能、可靠

2、性好、易于产品化等特点，因此录音机中采用单片机对声音进行数字信 号的储存，能够将谈话内容完整记录下来，并且可以从再次从单片机中读取内容，将 信号发送给扬声器，还原会话现场。使用者可以通过显示屏提示，对本产品进行正确 的操作。由于数字录音机储存量大、记录时间长、记录声音清新，广泛用于各行各业。 本设计主要以 ISD4004 语音芯片和 LCD1602 显示系统组成。ISD4004 语音芯片对 外界的声音进行录制并转化成数字信号进行储存、读取，LCD1602 显示系统主要显示 操作过程。 关键词关键词: : 单片机；ISD4004 语音芯片；LCD1602 显示模块 宜宾职业技术学院电子信息与控制

3、工程系 多功能数字录音机的设计 Multi function digital recorder Abstract In the conference, interview, conversation, often need to record importantinformation in different languages, so we need a tool suitable to complete, that is the digital recorder. Because of the chip has the characteristics of low power consum

4、ption, high performance, good reliability, easy production, therefore the recording by using single chip digital signal to the voice of the storage machine,can shift the conversation recorded, and again from read the content from theSCM, sends the signal to the speaker, reduction of conversation at

5、the scene.The user can through the screen prompt, for proper operation of this product.Because of the large quantity, long time recording, sound recording and digital recorder storage, widely used in all walks of life. This design mainly voice chip ISD4004 system and LCD1602 display system. The voic

6、e on the outside of the voice chip ISD4004 system was recorded and converted into digital signals for storage, read, LCD1602 display system mainly display operating process. Keywords: microcontroller; voice chip ISD4004; LCD1602 display module 宜宾职业技术学院电子信息与控制工程系 多功能数字录音机的设计 目目 录录 1 1 引引 言言.1 1.11.1

7、项目背景项目背景.1 1.21.2 数字录音机的国内外发展状况数字录音机的国内外发展状况.1 1.31.3 任务目标及目的任务目标及目的.2 2 2 方案论证与选择方案论证与选择.3 2.12.1 数据处理模块方案数据处理模块方案.3 2.22.2 显示模块方案显示模块方案.3 2.32.3 显示驱动模块方案显示驱动模块方案.4 3 3 硬件系统设计硬件系统设计.5 3.13.1 系统总框图系统总框图.5 3.23.2 AT89S52AT89S52 系统控制模块系统控制模块.5 3.2.1主要性能.5 3.2.2引脚介绍.6 3.2.3寄存器介绍.7 3.2.4模块中按键控制介绍.7 3.33

8、.3 ISD4004ISD4004 录音模块录音模块.8 3.3.1主要特性.8 3.3.2引脚功能介绍.9 3.3.3串行外设接口（SPI）.9 3.43.4 LCD1602LCD1602 显示模块显示模块.12 3.4.1引脚介绍.12 3.4.2操作控制.13 3.4.3指令集.13 3.53.5 外接咪头和喇叭设计模块外接咪头和喇叭设计模块.14 3.5.1外接咪头设计.14 3.5.2外接喇叭设计.14 3.63.6 整机系统说明整机系统说明.15 4 4 软件系统设计软件系统设计.16 4.14.1 主程序设计主程序设计.16 4.24.2 录音程序设计录音程序设计.17 4.34

9、.3 放音程序设计放音程序设计.18 宜宾职业技术学院电子信息与控制工程系 多功能数字录音机的设计 4.4 显示程序设计显示程序设计.19 5 5 产品装配与调试产品装配与调试.20 5.1 产品装配产品装配.20 5.2 产品调试产品调试.21 5.3 测试方法及结果分析测试方法及结果分析.21 结束语结束语.22 致致 谢谢.23 参考文献参考文献.24 附附 录录 附录附录 1 1 原理图原理图 附录附录 2 2 产品实物图产品实物图 附录附录 3 3 ISD4004ISD4004 程序程序 附录附录 4 4 LCDLCD 显示模块显示程序显示模块显示程序 宜宾职业技术学院电子信息与控制

10、工程系 多功能数字录音机的设计 多功能数字录音机的设计多功能数字录音机的设计 1 1 引引 言言 1.11.1 项目背景项目背景 近年来数字式录音机已开始作为产品进入市场。所谓数字式录音机是录音时对语 音进行编码， ，并将编码数据存放在存储器中，在放音时再对编码数据解码，还原成语 音信号的数字化录放音设备。由于不使用磁带，没有机械运动部件，数字式录音机不 需要倒带操作。也不会发生磁头老化、机械磨损、磁带缠绕等故障在体积、耗电、操 作的方便性和可靠性等方面也较磁带录音机具有明显优势。目前已出现的数字式录音 机，几乎都是利用语音录放专用芯片( 比如 T6668、T8831 等) 来设计的，这些芯片

11、主 要是为数字式电话答录机一类产品而开发的。主要功能有：循环录音、重复放音、分 段录音、对分段录入的语音分段放音等。对于语言学习等目的来说这些功能是远远不 够的。这正是数字式录音机尚未能广泛使用的主要原因。 因此，本设计以单片机为控制模块，以语音芯片 ISD4004 为语言输出模块，实现 语言的录音功能，用显示模块显示运行状态。整个设计实现了数码录音机低功耗和语 音存放功能。比传统录音机实现功能要简洁的多，并且使语音存放更清晰、功能更强 大。 1.21.2 数字录音机的国内外发展状况数字录音机的国内外发展状况 在当今社会，对于录音机的到要求不禁要操作简单，小巧轻盈，携带方便，而且 要求声音清晰

12、度质量越来越高。国内国外许多电子数码公司看中了社会的需求，正在 集结世界精英，努力的竞争着这门行业。其中英夫美迪公司生产的 PAWV 数字录音 机最具有代表性，它拥有独特的噪音抑制功能，利用在顶端安装两个互成 90 度夹角的 内置麦克风，并且都带有放大电路的功能，这样录音时只要把麦克风对准录制对象， 就会屏蔽掉麦克风后面的声音，指向性相当强。而电路放大功能在保证音质的同时， 对于音量过大的噪音也有抑制作用。不仅如此，PAW-V 还附带有 AGC 自动增益控制 这个功能，来自动均衡调节录音水平。例如：如果音源音量小，AGC 会自动增大增益， 宜宾职业技术学院电子信息与控制工程系 多功能数字录音机

13、的设计 使录制的声音更加清晰;而当音源音量过大时，AGC 可以减小录音增益，使录制的声 音不会出现破音太过刺耳。如此一来，发言人的声音就能够清晰的被录制下来。PAW- V 数字录音机使用 2 节 AA 型号电池作为供电电源，可以满足 10 小时以上的录制时间。 在容量方便更是配有支持高达 32G 及以上容量的 SD 卡。这款数字录音机的强大功能， 正代表着当今世界顶级的科技产业。 1.31.3 任务目标及目的任务目标及目的 本设计的目标为：完成制作一个能够具有录、放功能的数字录音机，并通过 LCD1602 将操作记录下来，并显示。本设计基于 ISD4004 单片机系统，通过 C 编程， 实现对

14、该多功能数字录音机的控制操作，要求其具有基本的功能能实现，声音清新， 显示正常的功能，操作简单，美观大方，系统运行稳定。 本设计的目的为： (1)进一步加深对 ISD4004 系统和 LCD1602 的理解和认识，提高对 ISD4004 和 LCD1602 应用水平。 (2)进一步学习和掌握 C 语言程序的编写和应用的方法，通过一定规模的程序编写， 提高 C 语言程序的水平和学习程序调试方法。 (3)进一步熟悉接口，对微机系统和定时器的使用。 宜宾职业技术学院电子信息与控制工程系 多功能数字录音机的设计 2 2 方案论证与选择方案论证与选择 2.12.1 数据处理模块方案数据处理模块方案 方案

15、一：T6668 是采用模拟信号分解，数字信号合成，动态存储技术的数字化语 音集成电路。问世以来以其较强的功能和较高的性能价格比倍受设计者的宠爱，与简 单的外围器件配合即构成随录随放型 T6668 语言板，可手动控制实现语音记录、再生。 也可用微处理器直接控制 T6668 语音处理器，但在这种控制方式下存在产品开发周期 长、硬件代价高、编程复杂、语音录放时长受限制等不足。 方案二：ISD4004 系列工作电压 3V，单片录放时间 8 至 16 分钟，音质好，适 用于移动电话及其他便携式电子产品中。芯片采用 CMOS 技术，内含振荡器、防混 淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平

16、闪烁存贮陈列。芯片 设计是基于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。芯片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。采样频率可为 4.0，5.3，6.4，8.0kHz，频率越低，录放时间越长，而音质则有所下降，片内信息存 于闪烁存贮器中，可在断电情况下保存 100 年(典型值)，反复录音 10 万次。 经综合比较，选择 ISD4004 系列达到设计要求。故用此方案。 2.22.2 显示模块方案显示模块

17、方案 方案一：采用 LCD1602 显示模块。LCD1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一种 专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个 5X7 或者 5X11 等点 阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔， 每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地 显示图形（用自定义 CGRAM，显示效果也不好） ，因此价格比较便宜。它的显示的内容 为 16X2，即可以显示两行，每行 16 个字符液晶模块（显示字符和数字） 。 方案二：采用 LCD12864。它是 128*64 点阵液晶模块的点阵数简称，业界约定俗

18、 成的简称。它带有中文字库，具有 4 位/8 位并行、2 线或 3 线串行多种接口方式，内 宜宾职业技术学院电子信息与控制工程系 多功能数字录音机的设计 部含有国际一级、二级简体中文字库的点阵图形。其显示分辨率 128X64，内置 8192 个 16*16 点汉字，和 128 个 16*8 点 ASC字符集。利用该模块灵活的接口方式和简单、 方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示 8x4 行 16X16 点阵的汉 字，也可以完成图形显示。低电压、低功耗是其又一显著特点。由该模块的液晶显示 方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁 得多，该价格相

19、对 LCD1602 的要贵一些。 经比较，LCD12864 的性能要比 LCD1602 好一些，但是经过实用功能和价格考虑， 最终选着 LCD602 已经足够达到设计显示的要求。 2.32.3 显示驱动模块方案显示驱动模块方案 直接采用 AT89S52 驱动 LCD1602 模块的显示。AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 AT89S52 引脚图 DIP 封装 Flash 存储器。使 用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼 容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在

20、单芯片上，拥 有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统 提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52 具有以下标准功能：8k 字节 Flash，256 字 节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/计数器， 一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可 降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作， 允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存， 振荡器被冻结，

21、单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 宜宾职业技术学院电子信息与控制工程系 多功能数字录音机的设计 3 3 硬件系统设计硬件系统设计 3.13.1 系统总框图系统总框图 本系统以 AT89S52 系统为中心进行操作，整个系统工作时，ISD4004 通过咪头的 获取的声音进行储存，需要放声音时，AT89S52 给 ISD4004 信号，从中提取，通过喇 叭放出所储存的声音。其中，操作按键是在 AT89S52 的系统板上面。整个系统的操作 方式都又 LCD1602 显示屏的提示进行。其系统框图如图 3-1-1 所示。 咪头 喇叭 ISD4004 语 音 模 块 AT89S52 控 制

22、 模 块 LCD1602 显 示 模 块 图 3-1-1 系统框图 3.23.2 AT89S52AT89S52 系统控制模块系统控制模块 AT89S52 为主要控制模块，以它为中央处理器，进行录音模块 ISD4004 和显示模 块 LCD1602 的操控。由于它是 C 语言编程，程序交易编写，所以选着它为主要控制模 块（模块电路图见附录一） 。 3.2.1 主要性能主要性能 (1)与 MCS-51 单片机产品兼容； (2)8K 字节在系统可编程 Flash 存储器； (3)1000 次擦写周期； (4)全静态操作：0Hz-33MHz； (5)三级加密程序存储器； (6)32 个可编程 I/O

23、口线； (7)三个 16 位定时器/计数器； 宜宾职业技术学院电子信息与控制工程系 多功能数字录音机的设计 (8)六个中断源； (9)全双工 UART 串行通道； (10)低功耗空闲和掉电模式； (11)掉电后中断可唤醒； (12)看门狗定时器； (13)双数据指针； (14)、掉电标识符。 3.2.2 引脚介绍引脚介绍 其功能如表 3-2-1 所示。 表 3-2-1 AT89S52 引脚功能表 VCC供电电压。 P0P07 八位数据/地址的接收 P10P17八位数据/地址的接收 P20P27八位数据/地址的接收 八位数据/地址的接收 P3.0： RXD（串行输入口） P3.1： TXD（串行

24、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） P30P37 (备选功能) P3.7：RD（外部数据存储器读选通） 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时 间。 ALE/PROG当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。 宜宾职业技术学院电子信息与控制工程系 多功能数字录音机的设计 PSEN 外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周 期两次/PSEN 有

25、效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信 号将不出现。 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。 XTAL1反向振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。 3.2.3 寄存器介绍寄存器介绍 在 AT89S52 中并不是所有的地址都被定义了。片上没有定义的地址是不能用的。 读这些地址，一般将得到特殊寄存器映象及复位值个随机数据；写入的数据将会无效。 不应该给这些未定义的地址写入数据“1” 。由于这些寄存器在将来可能被赋予新的功 能，复位后，这些位都为“0” 。一下是设

26、计中最重要的两个寄存器，做简略介绍。 定时器 2 寄存器：寄存器 T2CON 和 T2MOD 包含定时器 2 的控制位和状态位（如 表 2 和表 3 所示） ，寄存器对 RCAP2H 和 RCAP2L 是定时器 2 的捕捉/自动重载寄存器。 中断寄存器：各中断允许位在 IE 寄存器中，六个中断源的两个优先级也可在 IE 中设置。T2CON 地址为 0C8H 复位值：0000 0000B 位可寻址。 3.2.4 模块中按键控制介绍模块中按键控制介绍 轻触开关一种电子开关，使用时轻轻点按开关按钮就可使开关接通，当松开手时 开关即断开，其内部结构是靠金属弹片受力弹动来实现通断的。 S1 为 SET

27、开关，S2 为 UP 开关，S3 为 DOWM 开关，S5 为复位开关。当按下 SET 不松开后录音开始，松开 SET 录音完成一段录音，录下一端时，同样的操作。 UP 和 DOWN 是用来选着录音段的，主要用于放音时后。按键电路如图 3-2-4 所示。 宜宾职业技术学院电子信息与控制工程系 多功能数字录音机的设计 D3 指指指指指 C7 10UF C6 10UF GND P25 P26 P27 VCC GND REST R1 1K R2 1K R3 300 S5 SW-PB S1 SW-PB S2 SW-PB S3 SW-PB 图 3-2-4 按键电路图 3.33.3 ISD4004ISD4

28、004 录音模块录音模块 录音模块主要由 ISD4004 单片机组成。由于它的工作电压只有 3V，录音时间 8 至 16 分钟，音质好。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。采样频率可为 4.0，5.3，6.4，8.0kHz，频率越低，录放时间越长，而音质则有所下降，片内信息存 于闪烁存贮器中，可在断电情况下保存 100 年(典型值)，反复录音 10 万次（模块电路 见附录二） 。 3.3.13.3.1 主要特性主要特性 (1)单片 8 至 16 分

29、钟语音录放 (2)内置微控制器串行通信接口 (3)3V 单电源工作 (4)多段信息处理 (5)工作电流 25-30mA，维持电流 1uA (6)不耗电信息保存 100 年(典型值) (7)高质量、自然的语音还原技术 (8)10 万次录音周期(典型值) (9)自动静噪功能 宜宾职业技术学院电子信息与控制工程系 多功能数字录音机的设计 (10)片内免调整时钟，可选用外部时钟 3.3.2 引脚功能介绍引脚功能介绍 其功能介绍如表 3-3-2 所示。 表 3-3-3 ISD4004 引脚功能介绍表 VCCA电源供电 3V。 VSSD内部模拟信号地线。 VSSA内部数字信号地线。 ANA IN+录音信号

30、的同相输入端。 ANA IN-差分驱动时，录音信号的反相输入端。 AUD OUT提供音频输出，可驱动 5K 的负载。 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。 MISOISD 的串行输出端。ISD 未选中时，本端呈高阻态。 SCLK ISD 的时钟输入端，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。 /INT中断操作，中断状态也可用 RINT 指令读取。 RAC行地址时钟，漏极开路输出。该端可用于存储管理技术。 XCLK外部时钟，本端内部有下拉元件，在

31、不外接地时钟时，此端必须接地。 AMCAP 自动静噪，当录音信号电平下降到内部设定的某一阈值以下时，自动静噪 功能使信号衰弱，这样有助于养活无信号(静音)时的噪声。本端接 VCCA 则禁止自动静噪。 3.3.3 串行外设接口（串行外设接口（SPI） ISD4004 工作于 SPI 串行接口。SPI 协议是一个同步串行数据传输协议，协议假定 微控制器的 SPI 移位寄存器在 SCLK 的下降沿动作，因此对 ISD4004 而言，在时钟止 宜宾职业技术学院电子信息与控制工程系 多功能数字录音机的设计 升沿锁存 MOSI 引脚的数据，在下降沿将数据送至 MISO 引脚。协议的具体内容为： (1)所有

32、串行数据传输开始于 SS 下降沿。 (2)SS 在传输期间必须保持为低电平，在两条指令之间则保持为高电平。 (3)数据在时钟上升沿移入，在下降沿移出。 (4)SS 变低，输入指令和地址后，ISD 才能开始录放操作。 (5)指令格式是(8 位控制码)加(16 位地址码)。 (6)ISD 的任何操作(含快进)如果遇到 EOM 或 OVF，则产生一个中断，该中断状 态在下一个 SPI 周期开始时被清除。 (7)使用读指令使中断状态位移出 ISD 的 MISO 引脚时，控制及地址数据也应 同步从 MOSI 端移入。因此要注意移入的数据是否与器件当前进行的操作兼容。当然， 也允许在一个 SPI 周期里，

33、同时执行读状态和开始新的操作(即新移入的数据与器件当 前的操作可以不兼容)。 (8)所有操作在运行位(RUN)置 1 时开始，置 0 时结束。 (9)所有指令都在 SS 端上升沿开始执行。 (10)信息快进只用于放音模式。放音速度是正常的 1600 倍，遇到 EOM 后停止， 然后内部地址计数器加 1，指向下条信息的开始处。 (11)上电顺序器件延时 TPUD(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。 (12)ISD4004 的指令介绍如表 3-3-3 所示。 表 3-3-3 ISD4004 指令表 指令8 位控

34、制码操作摘要 POWERUP 00100XXX 上电: 等待 TPUD 后器件可以工作 SET PLAY11100XXX 从指定地址开始放音。后跟 PLAY 指令可使 放音继续进行下去 PLAY11110XXX 从当前地址开始放音(直至 EOM 或 OVF) SET REC10100XXX 从指定地址开始录音。后跟 REC 指令可使 录音继续进行下去 宜宾职业技术学院电子信息与控制工程系 多功能数字录音机的设计 REC10110XXX 从当前地址开始录音(直至 OVF 或停止) SET MC11101XXX 从指定地址开始快进。后跟 MC 指令可使快 进继续进行下去 MC11111XXX 执行快进,直到 EOM.若再无信息,则进入 OVF 状态 STOP0X110XXX 停止当前操作 STOP WRDN0X01XXXX 停止当前操作并掉电 RI NT0X110XXX 读状态: OVF 和 EOM 注：快进只能在放音操作开始时选择。 (13)SPI 控制寄存器 SPI 控制寄存器控制器件的每个功能，如录放、录音、信息检索(快进)、上电/掉 电、开始和停止操作、忽略地址指针等。详见表 3-3-4 所示。 表 3-3-4 SPI 控制器功能表 位值功 能 RUN= 1 0 允许/ 禁止操作 开始 停止 P/ -R=1 0 录/ 放模式 放音 录音 MC=1 0