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本科毕业设计（2012届）题目语音录放系统的设计学院专业班级学号学生姓名指导教师完成日期2012年5月摘要本论文主要实现语音录放系统的设计。
语音录放系统主要包括单片机控制模块、语音采集模块、语音处理模块、信号放大模块，其中单片机控制模块是整个系统设计的关键。
在语音的录放过程中，单片机通过SPI通信方式与语音模块进行通讯，来实现语音的录音与播放。
由于每段录音都对应着不同的地址，因此在播放录音时，需要发送需要播放的地址即可播放。
语音录放系统的信号处理过程主要包括语音的采集、信号的放大和语音的滤波。
语音经过驻极体传感器，即麦克风，把声波信号转换成电信号。
传感器采集的电信号进过放大电路，放大一定倍数，经滤波、耦合之后送至语音模块。
语音模块对连续变化的语音信号进行采样，抽取其中的语音信号电平，直接存储在语音芯片ISD4004中，因此使得语音自然真实。
当语音播放时，需要在语音芯片的输出段加一个带通滤波器，以滤除音频带宽以外的信号，从而减少杂音的干扰。
STC89C52单片机的程序，使用keil编译程序进行设计和调试完成，其主要功能是控制语音模块，以及液晶显示模块。
关键词：微控制器；录音放音；ISD4004；ABSTRACTThe main aim of this paper is to realize the function of voice recording and playback system. The key to the overall system design of the voice recording system which includes a single-chip control module, voice acquisition module, voice processing module, signal amplification module, is MCU control module. In the voice playback process, the microcontroller communicates through SPI communication voice module,thus realizing voice recording and playback. Each recording corresponds to a different address, so the microcontroller just need to send the address of the recording to be played for play back.The signal processing of the voice recording system includes speech acquisition, signal amplification and voice filter. Acoustic signal is converted into electrical signals through electrets sensor, which is also called microphone. The sensor signals will be amplified after flow through the amplifying circuit. Finally it will be send to voice module after filtering, coupling. Continuous acoustic signal is sampled by the voice module, which takes one of the voice signal level, directly stores it in the voice chip ISD4004, and makes speech natural and true. When the recording is played we need a band-pass filter in the voice chip output section, to filter out the signal outside the audio bandwidth thereby reducing noise. The codes of the Microcontroller STC89C52 is designed and tested by using keil compiler, whose main function is to control the voice module and LCD module.Key words：Microprocessor; V oice Recording and playing; ISD4004目录1 引言 (1)2 概述 (2)2.1 语音录放系统概述 (2)2.2 本设计方案的论证 (3)2.2.1 系统的单片机选择论证 (3)2.2.2 系统的液晶选择 (3)2.2.3 系统的滤波电路的选择 (3)2.3 研发方向和技术关键 (3)2.4 主要技术指标 (4)3硬件设计 (5)3.1 硬件的总体设计 (5)3.2驻极体传声器 (6)3.3信号放大电路 (6)3.4 语音信号功率放大电路 (8)3.5 ISD4004语音芯片介绍 (9)3.5.1 芯片性能简述和引脚图 (9)3.5.2 ISD4004芯片主要引脚描述 (10)3.5.3 SPI协议 (11)3.6滤波电路的设计与方案论证 (13)3.7 基于matlab软件对滤波前后语音的分析 (15)4软件设计 (22)4.1 总体方案 (22)4.2 程序流图 (22)4.3 模块说明 (24)4.3.1 ISD4004驱动程序 (24)4.3.2 1602液晶底层驱动 (26)4.3.3菜单选择程序 (28)4.3.4 录音函数 (29)4.3.5放音函数 (30)4.3.6 播放方式选择 (32)5制作与调试 (34)5.1 硬件电路的布线与焊接 (34)5.1.1 总体特点 (34)5.1.2 Altium designer软件画PCB (34)5.1.3焊接 (34)5.2 调试 (34)5.2.1 硬件调试 (34)5.2.2 软件调试 (35)5.3 系统的各个工作状态下实物照片图 (36)6 结论 (38)致谢 (39)参考文献 (40)附录 (41)1 引言从20世纪30年代初到50年代初，有声电影主要应用光学录音方法。
ISD4004语音芯片在电话远程控制系统中的应用摘要: ISD4004语音芯片以其独特的优势广泛应用于各种语音系统。
本文结合ISD4004芯片的特点，介绍了ISD4004芯片在电话远程控制系统中的实际应用，并对其功能和在此系统中硬件电路的实现及软件设计做了简单介绍。
关键词：ISD4004 单片机电话远程控制系统随着通信技术的发展，电话机已成为现代社会生活的必需品，而利用电话机对家用电器进行远程控制也已成为可能。
由AT89系列单片机作为中央处理器，双音多频发送接收器MT8888进行远程通信，ISD4004作为语音处理芯片的电话远程控制系统可应用于智能控制、工业控制等领域。
其主要功能如下：（1）家电远程控制功能：可通过电话异地拨号，经密码验证后，在语音的提示下，可进行远程控制家电。
（2）电话录音功能：通过电话直接录音，操作时均为语音提示。
（3）一键呼出功能：当家里有紧急情况时，通过一键呼出按钮, 主机会自动将已设置好的几组号码循环拨出，发出事先录制好的求救信息。
在电话控制系统中，语音部分使本系统更加人性化，通过语音提示，操作更加方便、快捷。
语音的实现是通过单片机与语音芯片之间的通信来完成的，此系统中采用的语音芯片是ISD4004。
ISD4004 是由美国ISD 公司制造的一种语音芯片，其特点是单片录放时间较长，可长达16分钟；片内信息存于闪烁存贮器中，可在断电情况下保存100年；反复录音可达10万次；拥有高质量、自然的语音还原技术。
1 硬件电路设计在电话远程控制系统中，ISD4004与单片机及其他器件的硬件电路连接，单片机P2.0接ISD4004的串行输入引脚MOSI，从该引脚读入放音的地址，P2.1接ISD4004的片选引脚SS，控制ISD4004的选通与否，P2.2接ISD4004的串行时钟引脚SCLK。
音频信号输出引脚AUDOUT通过音频功放LM386与扬声器连接。
麦克风的两端分别与录音信号同相和反相输入端连接。
ISD4004 语音芯片在语音报站器中的应用 摘要ＩＳＤ４００４语音系列芯片是美国ＩＳＤ公司推出的产品，具 有可多次重复录放、存储时间长、使用时不需扩充存储器、所需外围电路 简单等特点。
介绍了ＩＳＤ４００４芯片在语音报站器中的一个实际应用，并说明 了其功能和使用方法，从而使读者对ＩＳＤ４００４系列语音芯片的使用 有个初步的了解。
关键词 4004 单片机语音报站器 ＩＳＤ４００４语音芯片是由美国ＩＳＤ公司推出的新产品。
关于该语音芯片的引脚说明以及内部电路等，很容易在ＩＳＤ公司提 供的芯片资料中查到，笔者就不进行过多的描述，只简单地对其特点做一 介绍。
与普通的录音／重放芯片相比，ＩＳＤ４００４具有如下特点首先， 记录声音没有段长度限制， 并且声音记录不需要Ａ／Ｄ转换和压缩； 其次， 将快速闪存作为存储介质，无需电源即可保存数据长达１００年，重复记 录１００００次以上；此外，ＩＳＤ４００４具有记录时间长可达１６分 钟，本文采用的为８分钟的ＩＳＤ４００４语音芯片的优点；最后，ＩＳ Ｄ４００４的开发应用具有所需外围电路简单的优点，这一点从本文介绍 的其在语音报站器中的实际应用可以体会到。
１语音报站器硬件电路设计 目前市场上流通的语音报站器，大多采用的不是ＩＳＤ４００４系列 的芯片，这与其刚推出不久以及价格偏高有关。
但随着ＩＳＤ４００４应用的增多以及价格的回落，再加上ＩＳＤ４ ００４系列芯片本身的优点，可以相信，在语音报站器中采用ＩＳＤ４０ ０４系列语音芯片是完全可行的。
笔者设计了该装置的硬件电路，并进行了上车调试，取得了较为满意 的效果。
图 1 报站器硬件电路连接图 本文讨论的语音报站器主要是指装在车上的放音电路，不包含录音电 路。
而在实际应用中，录音电路则完成报站内容的录音工作，并收录内容 存储到语音芯片中。
本文主要结合ＩＳＤ４００４在放音电路中的使用介绍ＩＳＤ４０ ０４的典型应用。
本文讨论的报站器主电路主要由单片机８９Ｃ５２和ＩＳＤ４００ ４构成。
ISD4004系列单片语音录放电路一、简述●单片8至16分钟语音录放●内置微控制器串行通信接口●3V单电源工作●多段信息处理●工作电流25-30mA,维持电流1μA●不耗电信息保存100年(典型值)●高质量、自然的语音还原技术●10万次录音周期(典型值)●自动静噪功能●片内免调整时钟,可选用外部时钟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。
二、引脚描述电源:(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上,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+)这是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3KΩ电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，为ISD33000系列相同。
反相模拟输入(ANA IN-)差分驱动时,这是录音信号的反相输入端。
Rec-1000 语音录放模块用户手册版本-V1.01第一章概述Rec-1000语音录放模块是NewWay电子基于ISD4003/4004 语音录放芯片开发的语音录放系统，板载LM386音频放大器和STC15F104E 单片机，使得它能够很方便的和其他单片机系统级联，您甚至不需要知ISD4004/4003 底层命令，只要给板载单片机控制信号就能实现语音的录放。
Rec-1000 语音录放模块有如下特点：1.板载一枚STC51单片机，能够实现一键录放功能，当然，更为复杂的功能可由您来实现，送单片机的全套资料，编程和普通的51单片机没有任何区别。
2.板载ID4004/4003 语音录放芯片，能够进行高保真的录音。
3.ISD4004/4003的全部控制口引出，做了清晰准确的标注，方便您使用任何其他单片机编程。
4.板载耳机插口，插入耳机后能够自动断开外部功放，您也可以由此接到自己的功放系统，方便2次开发。
5.板载麦克风插口，插入接头后自动断开板载麦克风，方便高品质录音。
6.板载LM386功放系统，足够应付普通需求。
7.板载3.3V电源转换芯片，方便与5V的系统级联。
8.板载MINI-USB接口，用于取电，使您不用到处找电源，在电脑面前就能开发。
9.板载供电插座，使您在实际应用方便连接，安全可靠。
10.板载2个按键，全部与单片机相连，方便开发。
11.板载开关，与电源指示灯。
技术参数：模块供电电压5.0V-3.3V模块尺寸：60mm*80mm录音时间：4/8/16 min(根据录音芯片不同而有区别)录音保存时间：100年录音次数：10万次第二章接口与连接Rec-1000 语音录放模块接口丰富，能够方便的完成您对ISD4003/ISD4004 的开发，现做如下简述PLAY：此接口是为方便外部单片机与板载单片机通讯制作的，连接板载STC单片机的P3.1脚RECORD:此接口是为方便外部单片机与板载单片机通讯制作的，连接板载STC单片机的P3.0脚VCC3.3:电源3.3V 电源输出/输入口VCC5.0；电源5.0V 输出/输入口GND: 模块地线RAC：ISD4004/4003 RAC 输出口INT：ISD4004/4003 INT 输出口SCLK：ISD4004/4003 SCLK输出口MISO：ISD4004/4003 MISO输出口MOSI：ISD4004/4003 MOSI输出口SS：ISD4004/4003 SS输出口V olume：板载LM386语音功放音量调节MK2，speek：扬声器接口（+接扬声器正极，-接扬声器负极）phone：耳机接口，可接外部功放，插入耳机时板载LM386断开。
ISD4004 控制命令ISD4004使用三字节的命令字(三字节控制寄存器)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、开控制命令举例：如三字节命令为：E7 F0 00H表示：RUN=1,P/R=1, PU=1, IAB=0(不忽略地址),MC=0, D12~D0=0~0 即从0地址开设放音。
指令表(P/R)(P/U) (IAB 忽略地址)(MC 信息检索)注：快进只能在放音操作开始时选择。
ISD英文资料（PDF文件）的EXAMPLE以4003（指令与4004不同，4003为两字节指令）为例列举了各种命令。
ISD4004信息管理见英文资料（PDF文件）Applications Note 7ISD4004有2400行*160列=3840K，用12位地址寻址行（要采用两个字节16位给出地址），总共可存储960秒（16分钟）语音，每行存储(16分钟)960S/2400=400ms。
如果要存放20段语音，2400/20=120, 则每段语音占120行（78H），120*400=48000=48s 寻址只能寻址行地址。
及每段录音完毕跳过120行（地址+120）4004为12位地址，因为11位地址211=2048，不能表示2400个行地址，所以需要12位地址但是12位地址没有完全用完。
4003位1200行，总共可存储480S信息，10位地址210=1024也不够，所以用11位地址单也地址没完全用完。
每段的录音由定时器定时控制录音的时间，超出每段的时间指示灯闪烁提示每段放音的结束通过语音芯片的INT引脚变为低电平来判断。
每段的录放结束都要发出stop命令，录音完成的STOP 0001 0000, 必须IAB=1忽略地址（见英文资料），才能将EOC放在录音结束处。
放音结束的STOP0000 0000.在STOP后大约需50ms左右放音和录音结束。
录音的指令顺序：1.发SETREC 16位从指定地址录音三字节10100X X X X ， A16 …A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 >,其中IAB=0，不忽略地址。
关于ISD4004的一些心得ISD系列语音芯片是美国ISD公司推出的产品。
该系列语音芯片采用多电平直接接模拟存储（Chip Corder）专利技术，声音不需要A/D转换和压缩，每个采样值直接存储在片内的闪烁存储器中，没有A/D转换误差，因此能够真实、自然地再现语音、音乐及效果声。
避免了一般固体录音电路量化和压缩造成的量化噪声和金属声。
ISD4004语音芯片采用CMOS技术，内含晶体振荡器、防混叠滤波器、平滑滤波器、自动静噪、音频功率放大器及高密度多电平闪烁存储阵列等（见图1），因此只需很少的外围器件就可构成一个完整的声音录放系统。
芯片设计是基于所有操作由微控制器控制，操作命令通过串行通信接口（SPI或Microwire）送入。
采样频率可为 4.0Hz、5.3Hz、6.4Hz、8.0kHz，频率越低，录放时间越长，而音质则有所下降。
片内信息存于内烁存储器中，可在断电情况下保存100年（典型值）反复录音10万次。
器件工作电压3V，工作电流25～30mA，维持电流1μA?单片录放语音时间8～16min，音质好，适用于移动电话机及其它便携式电子产品中。
1.1 引脚描述ISD4004系列芯片引脚图如图2所示。
二、引脚描述电源:(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上, 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+) 这是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3KΩ电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，为ISD33000 系列相同。
反相模拟输入(ANA IN-) 差分驱动时, 这是录音信号的反相输入端。
ISD4004 中文资料与基本程序-语音芯片1.ISD4000系列语音录放电路分为以下三个系列：2.4002-120/150/180/240 2、2.5、3、4分钟3.4003-04/05/06/08M 4、5、6、8分钟4.4004-08/10/12/16M 8、10、12、16分钟4004系列独有的特性除前面介绍的ISD语音电路主要特性外，4000系列独有的特性为：1. 3v单电源供电。
2.内置微机串行通信接口。
五、典型应用线路图/********************************************************************ISD4004基本程序 AVR meag16Pafone SPI端口 1M内部晶振13th April 2007 It took me about 3 days********************************************************************/＃i nclude<iom16v.h>＃i nclude<macros.h>#define uchar unsigned char#define DDR_SPI DDRB#define DD_MOSI 5#define DD_SCK 7#define DD_SS 4//*******************************延时100ms*****************************void delay100ms(){unsigned char i,j;for(j = 0;j<316;j++)for(i = 0;i<316;i++);//1MHz的晶振}//************************初始化SPI***********************************void SPI_MasterInit(){DDR_SPI = (1<<DD_MOSI)|(1<<DD_SCK)|(1<<DD_SS);//设置MOSI,SCK,SS为OUTPUT,其它为INPUTSPCR = (1<<SPE)|(1<<MSTR)|(1<<SPR0)|BIT(SPR1)|BIT(DORD);//SPI使能,主机方式,设置SCK为fosc/1 28,上升沿,LSB First}//****************************数据传送函数**********************************void SpiTransmit(unsigned char data){SPDR = (unsigned char)data;while(!(SPSR&(1<<SPIF)));//Wait for transmission finish}//****************cmdSend*********************************void cmdSend(unsigned int Addr,unsigned char cmd){PORTB = PORTB&(~(1<<DD_SS));//变低SSNOP();//为保证那个500nsSpiTransmit(Addr); //传地址低位SpiTransmit(Addr>>8); //传地址高字节SpiTransmit(cmd); //传命令PORTB = PORTB|(1<<DD_SS);//变高SSNOP();//为保证那个500ns}//*************************放音函数**********************void play(unsigned int addrs){cmdSend(0x0000,0x20);//Power updelay100ms();//上电延时cmdSend(addrs,0xe0);//发地址值为addr的Setplay命令cmdSend(0x0000,0xf0);//发Play命令}//************录音函数*******************************void rec(unsigned int addrs){cmdSend(0x0000,0x20);//发POWER UP命令;delay100ms();//等待TPUD(上电延时);cmdSend(0x0000,0x20);//发POWER UP命令cmdSend(addrs,0xa0);//发地址值为00的SETREC命令;cmdSend(0x0000,0xb0);//发REC命令。
基于ISD4004芯片的语音录放系统设计ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY本科毕业论文基于ISD4004芯片的语音录放系统设计The Design of Voice Recording and Playback System Based onISD4004系（院）名称：计算机科学与信息工程学院专业班级：11届网络工程学生姓名：张红红学生学号：200703050017指导教师姓名：曹领指导教师职称：讲师2011年5月毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得安阳工学院及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解安阳工学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：目录引言 0第1章绪论 (1)1.1系统设计的意义 (1)1.2系统设计的目的 (1)1.3系统采用的实现方法 (2)第2章单片机控制技术和开发环境介绍 (3)2.189C52单片机性能和引脚介绍 (3)2.1.1概述 (3)2.1.2 AT89C52主要性能参数 (3)2.1.3引脚功能说明 (3)2.2 KEIL开发环境和建立工程 (7)2.2.1 keil简介 (7)2.2.2 Keil工程建立 (7)2.3ISD4004介绍 (10)2.3.1性能简述和引脚图 (10)2.3.2引脚描述 (10)2.4SPI(串行外设接口) (12)2.4.1协议介绍 (12)2.4.2 信息快进 (13)2.4.3上电顺序 (13)2.4.4 SPI端口的控制位 (14)2.4.5 SPI控制寄存器 (15)2.4.6时序 (16)第3章系统总体设计 (17)3.1硬件电路设计 (17)3.1.1硬件电路图 (17)3.1.2 ISD4004原理图 (17)3.2软件设计 (18)3.2.1语音芯片的内部信息寻址机制 (18)3.2.2监控ISD4004录音地址的实例 (19)3.2.3程序流程图 (20)第4章测试实例 (22)4.1测试内容 (22)4.2测试结果 (22)4.3基于ISD4004的家庭语音报警系统设计 (22)4.3.1语音录放模块设计 (23)4.3.2系统软件设计 (24)4.4基于ISD4004的红外遥控医院语音播报系统的设计 (25)4.4.1系统的硬件设计.............................................................................. 错误!未定义书签。
