畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）數(shù)字存儲(chǔ)與語音回放系統(tǒng)

1、 引言引言 語言在人類發(fā)展史中起到了至關(guān)重要的作用，它的作用并不亞于直立行走和工具 的使用，怎樣能把人類的語言絲毫不差地記錄下來也是人們一直思考的問題。傳統(tǒng)的 磁帶語音錄放系統(tǒng)因其體積大、使用不便,在電子與信息處理的使用中受到許多限制。 本文提出的體積小巧,功耗低的數(shù)字化語音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)將完全可以替代它。數(shù)字化 語音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)的基本原理是對語音的錄音與放音的數(shù)字控制。使用單片機(jī)以及 外部電路的配合完全可以達(dá)到語音存儲(chǔ)與回放的目的。本系統(tǒng)采用了美國 isd 公司的 專利產(chǎn)品 isd2590（錄音 90 秒）語音芯片，此芯片具有音質(zhì)自然、使用方便、單片存 儲(chǔ)、反復(fù)錄放、低功耗、抗斷電等特點(diǎn)。

2、該芯片采用模擬數(shù)據(jù)直接在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中 存儲(chǔ)的技術(shù)，不需經(jīng)過 a/d 或 d/a 轉(zhuǎn)換。因此能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語音、音樂、 音調(diào)和效果聲，避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和金屬聲。 片內(nèi)信息可保存 100 年（無需后備電源） ，存儲(chǔ)單元可反復(fù)錄音十萬次。語音芯片的使 用大大簡化了本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程。該芯片的一大特點(diǎn)就是可分段錄制聲音并分段播放 出來，通過 89c51 單片機(jī)對語音芯片進(jìn)行控制完成錄放。 隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，僅僅存儲(chǔ)和回放語音是不夠的。語音技術(shù)正朝著語音 合成和語音識(shí)別的方向發(fā)展。智能翻譯機(jī)、語音撥號(hào)、語音查詢、語音自動(dòng)定票系統(tǒng)、 語音工業(yè)控制等等，可以想

3、見，凡用計(jì)算機(jī)的地方都會(huì)有語音識(shí)別。在計(jì)算機(jī)輔助教 育方面，計(jì)算機(jī)就成為專業(yè)的家庭輔導(dǎo)教師；在幼兒進(jìn)行啟蒙教育的玩具中，語音識(shí) 別也將倍受歡迎。電腦語音合成技術(shù)即 cti（computer telephone integration） ，是 用計(jì)算機(jī)技術(shù)處理電話語音。通常是建一個(gè)信息呼叫中心，用戶打來電話時(shí)計(jì)算機(jī)會(huì) 自動(dòng)地一層層地轉(zhuǎn)給相關(guān)部門，一直到為用戶解決問題為止?？上攵?，隨著語音合 成技術(shù)研究的突破，其對計(jì)算機(jī)發(fā)展和社會(huì)生活的重要性日益凸現(xiàn)出來。其應(yīng)用和經(jīng) 濟(jì)社會(huì)效益前景非常良好。時(shí)至今日，語音技術(shù)產(chǎn)品的市場日益升溫，語音識(shí)別技術(shù) 已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)進(jìn)一步在億萬百姓中普及的關(guān)鍵技術(shù)，也必將

4、成為信息產(chǎn)業(yè)的標(biāo)志性 技術(shù)和未來計(jì)算機(jī)的重要特征。 1 1概述 1.1 系統(tǒng)要求 工程設(shè)計(jì)并制作一個(gè)數(shù)字化語音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)。 要求：（1） 、放大器增益可調(diào)。 （2） 、帶通濾波器：通帶為 300hz-3.4khz。 （3） 、adc 采樣頻率 8khz，字長 8 位。 （4） 、語音存儲(chǔ)時(shí)間不少于 90 秒。 （5） 、dac 變換頻率 8khz，字長 8 位。 （6） 、回放語音質(zhì)量好。 1.2 課題基本要求 （1）掌握單片機(jī)的基本原理并應(yīng)用于該畢業(yè)設(shè)計(jì)課題中； （2）熟悉對數(shù)字化語音系統(tǒng)的存儲(chǔ)與回放； （3）掌握語音芯片 isd2590 工作原理； （4）設(shè)計(jì)制作語音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)；

5、（5）掌握單片機(jī)軟件編程方法。 1.3 課題相關(guān)背景 目前語音技術(shù)的研究現(xiàn)狀來講，技術(shù)已經(jīng)有了很大發(fā)展。語音識(shí)別和語音合成技 術(shù)是實(shí)現(xiàn)人機(jī)語音通信及建立一個(gè)有聽和講能力的口語系統(tǒng)所必需的兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。 使電腦具有類似于人一樣的說話和聽懂人說話的能力。 語音識(shí)別技術(shù)主要包含幾個(gè)方面：語音控制、電子發(fā)聲、連續(xù)語音識(shí)別、非連續(xù) 語音識(shí)別和語音學(xué)習(xí)。目前主要是在支持中英文，實(shí)現(xiàn)中英文混合識(shí)別問題上，存在 一些障礙。同時(shí)在識(shí)別大量詞匯和個(gè)別發(fā)音方面還很難做到準(zhǔn)確。作為語音識(shí)別技術(shù) 新方向的語音學(xué)習(xí)，它則要求人模仿標(biāo)準(zhǔn)發(fā)音，其面臨的困難是如何衡量人模仿的好 壞。 和語音識(shí)別相比，語音合成技術(shù)相對說來要成熟

6、一些，是該領(lǐng)域中近期最有希望 產(chǎn)生突破并形成產(chǎn)業(yè)化的一項(xiàng)技術(shù)。語音合成技術(shù)是計(jì)算機(jī)開口說話的關(guān)鍵，現(xiàn)階 段語音合成的最大進(jìn)展是已經(jīng)能夠?qū)崟r(shí)地將任意文本轉(zhuǎn)換成連續(xù)可懂的自然語句輸出， 相應(yīng)技術(shù)通常稱為文語合成或文語轉(zhuǎn)換(tts)。tts 使得數(shù)據(jù)通信和語音通信在終端一 級(jí)實(shí)現(xiàn)交融，人們將有望在獲取 internet 信息時(shí)，使短消息服務(wù)、電子郵件等多數(shù)以文 本方式提供的信息也用語音的方式輸出。語音合成的主要功能是：根據(jù)韻律建模的結(jié) 果，從原始語音庫中取出相應(yīng)的語音基元，利用特定的語音合成技術(shù)對語音基元進(jìn)行 韻律特性的調(diào)整和修改，最終合成出符合要求的語音。 回到我們的語音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)，其在現(xiàn)實(shí)生

7、活中一個(gè)具體使用的例子就是公車 報(bào)站系統(tǒng)。公共汽車為外出的人們提供了方便快捷的服務(wù)，而公共汽車的報(bào)站直接影 響服務(wù)的質(zhì)量。傳統(tǒng)由乘務(wù)人員人工報(bào)站，該方式因其效果太差和工作強(qiáng)度太大，在 很多大城市已經(jīng)被淘汰。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展和進(jìn)步，微型計(jì)算機(jī)技術(shù) 已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在聲學(xué)領(lǐng)域，微機(jī)技術(shù)與各種語音芯片相結(jié)合， 即可完成語音的合成技術(shù)，使得汽車報(bào)站器的實(shí)現(xiàn)成為可能，從而為市民提供了更加 人性化的服務(wù)。 2 基本設(shè)計(jì)原理 2.1 語音采集與生成原理 人耳能聽到的聲音是一種頻率范圍為 20hz20000hz ,而一般語音頻率最高為 3400 hz。語音的采集是指語音聲波信號(hào)經(jīng)

8、麥克風(fēng)和高頻放大器轉(zhuǎn)換成有一定幅度的模 擬量電信號(hào),然后再轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的全過程。根據(jù)“奈奎斯特采樣定理”, 采樣頻率必 須大于模擬信號(hào)最高頻率的兩倍,由于語音信號(hào)頻率為 3003400 hz ,所以把語音采集 的采樣頻率定為 8khz。單片機(jī)語音生成過程,可以看成是語音采集過程的逆過程,但又 不是原封不動(dòng)地恢復(fù)原來的語音,而是對原來語音的可控制、可重組的實(shí)時(shí)恢復(fù)。在放 音時(shí),只要依原先的采樣值經(jīng) d/ a 接口處理,便可使原音重現(xiàn)。 2.1.1 數(shù)摸轉(zhuǎn)換電路 所謂 a/d 轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口，就是 8 位 a/d 芯片，可直接采用連接方法（即 將 adc 芯片的數(shù)據(jù)輸出線直接掛單片機(jī)的數(shù)據(jù)線

9、上） ；而對于不具備數(shù)據(jù)輸出三態(tài)緩沖 功能或者數(shù)據(jù)位多于 8 位的 adc 芯片，則需要采用間接連接法（即通過并行 i/o 接口 芯片如 8255 后再與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線 db 相連） 。adc0809 與單是如何實(shí)現(xiàn) a/d 轉(zhuǎn)換芯 片的啟動(dòng)轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換結(jié)束和數(shù)據(jù)輸出三組引腳與單片機(jī)構(gòu)造總線的對接問題。對于具 備通道地址鎖存、讀/寫同步控制邏輯和數(shù)據(jù)輸出三態(tài)緩沖單片機(jī)的連接一般采用前一 種方法實(shí)現(xiàn)。由于 0809 具有鎖存和三態(tài)輸出緩沖功能而且數(shù)據(jù)字長為 8 位，故 adc0809 的數(shù)據(jù)輸出線能與單片機(jī)構(gòu)造總線的 db（p0.0p0.7）直接相連。 2.1.2 存儲(chǔ)器 mcs-51 單片機(jī)只

10、有 16 根地址線 a0a15，其中 p0 口提供地址線的低 8 位，p2 口 提供地址線的高 8 位，但偏激的這種物理結(jié)構(gòu)決定了它的應(yīng)用系統(tǒng)外擴(kuò)的 ram 可達(dá) 64kb。但是，如果需要大容量的 ram 存儲(chǔ)空間的應(yīng)用場合，即需要的 ram 空間超過 64kb 的應(yīng)用系統(tǒng)，這就需要考慮擴(kuò)大外部 ram 的方法。由于 mcs-51 單片機(jī)只有 16 條 地址線，而要擴(kuò)大 ram 空間就必須增加地址線，因此，可以采用增加虛擬地址線的方 法來擴(kuò)展超過 64kb 的外部 ram 空間，每增加一條地址線，空間增大一倍。增加虛擬地 址線的辦法有兩種：一種是用 p1 口線作為虛擬地址線；另一種是用擴(kuò)展 i

11、/o 口的辦法 增加地址線。兩種方法的特點(diǎn)分別為：對于 p1 口擴(kuò)展虛擬地址方法簡單，但需占用 i/o 口，hm628128 為 128kb 空間，需增加一根地址線及一根片選線，利用單片機(jī)的 p1 口可直接對 7 片 hm628128 尋址，容量為 896k 字節(jié)。由于單片機(jī)的和控制線不wrrd 可能同時(shí)為“0”電平、顯然正好作為 hm628128 的和線，及 cs2 兩個(gè)片選wee 0cs 信號(hào)中任一個(gè)可全部連接在一起接成“0”電平或“1”電平。但確定占用了單片機(jī)的 i/o 口。而用擴(kuò)展 i/o 口的方法是一種邏輯方法。擴(kuò)展 i/o 的方法是利用 p0 口操作先 送入地址后送數(shù)據(jù)的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)

12、擴(kuò)展的。其原理為利用單片機(jī) movx 指令寫外部 ram 的， p0 口先送入外部 ram 的低 8 位地址，在送入數(shù)據(jù)，如果將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來，并轉(zhuǎn)換為相 應(yīng)的外部地址數(shù)據(jù)，則可實(shí)現(xiàn)“時(shí)間”上增加地址線的目的。數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換的功 能可以由一個(gè)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器可以當(dāng)作一個(gè)外部 i/o 而分配一個(gè)地址，再向 轉(zhuǎn)換器寫入一個(gè)數(shù)據(jù)，這個(gè)數(shù)據(jù)通過轉(zhuǎn)換可以與外部地址一一對應(yīng)，這樣實(shí)現(xiàn)了和單 片機(jī)的原來的 16 位地址線和控制線共同確定外部唯一的地址空間。缺點(diǎn)如用 0ffffh 作為轉(zhuǎn)換器地址，則擴(kuò)展的所有的 ram 芯片的 0ffffh 地址都不能作為地址空間使用。 2.1.3 濾波器電路 帶通濾波

13、器的設(shè)計(jì)，其首要的問題是根據(jù)題目的基本要求及給定的條件，推算出 該濾波器的頻響參數(shù)，即濾波器高頻端的-3db 截至頻率，阻帶頻率和該頻率處的衰減， 以及過渡帶的變化斜率。根據(jù)這些參數(shù)就可以采用任何一中成熟的設(shè)計(jì)方法去設(shè)計(jì)該 濾波器。 為防止混疊失真及提高信噪比，300-3400hz 的帶通濾波器顯得十分重要。由于上 下截止頻率之比為 3400/300=11.32，因此這是一個(gè)帶通濾波器，無法采用一般的帶 通濾波器的設(shè)計(jì)方法來實(shí)現(xiàn)，但可以采用低通濾波器級(jí)聯(lián)高通濾波器的方法來實(shí)現(xiàn)。 可以采用專用的濾波器芯片，其主要問題是專用濾波器芯片的技術(shù)參數(shù)相對固定，調(diào) 節(jié)范圍比較小，可能無法完全吻合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

14、要求。如果采用分立元件來實(shí)現(xiàn)，分為 有源濾波器和無源濾波器。無源濾波器要求有電感元件，體積龐大。有源濾波器采用 集成運(yùn)放和阻容元件構(gòu)成，具有體積小，工作頻率范圍寬、對信號(hào)沒有衰減甚至還可 以放大，輸入阻抗高，輸出阻抗低等優(yōu)點(diǎn)，最后一個(gè)優(yōu)點(diǎn)使得多個(gè)有源濾波器之間便 于級(jí)聯(lián)。缺點(diǎn)是干擾稍大，阻容元件的查表計(jì)算值一般都不是標(biāo)稱值因而元器件的選 購有一定的困難。所以使用有源濾波器實(shí)現(xiàn)。購買阻容元件時(shí)精心挑選與測試，以保 證可以實(shí)現(xiàn)性能。另外，有源濾波器可能引起輸出失調(diào)，且隨溫度變化而漂移。由于 有源濾波器有正負(fù)電源，它的輸入端與電源和地都有聯(lián)系，因此不能像無源濾波器那 樣完全浮地使用，但是這些缺點(diǎn)在本

15、系統(tǒng)中的應(yīng)用不大。 2.2 電路控制原理 （1）控制器可采用單片機(jī)或可編程邏輯控制器實(shí)現(xiàn)。可編程邏輯控制器具有速度 快的特點(diǎn)，但其實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜，且做到有好的人機(jī)界面也不太容易。單片機(jī)實(shí)現(xiàn)較容易， 并且具有一定的可編程能力。對于 89c51，如果選擇 12mhz 的時(shí)鐘，則指令周期為 1- 4s。對于 8 khz 采樣頻率（采樣周期為 125s） ，在每個(gè)采樣周期當(dāng)中，可執(zhí)行多達(dá)幾 十到上百條指令，足以完成對采集點(diǎn)上的語音信號(hào)的存儲(chǔ)和處理。 本設(shè)計(jì)主控系統(tǒng)采用 at89c51 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對 a/d，外部 ram 及 d/a 的同步和控制 操作，同時(shí)利用相應(yīng)的按鍵模塊和顯示模塊，以達(dá)到和方便對系統(tǒng)的

16、操作，顯示系統(tǒng) 的參數(shù)。 （2）本設(shè)計(jì)中單片機(jī)主要通過中斷方式來實(shí)現(xiàn)對 a/d，d/a 和數(shù)碼管的控制。其 中用到了外中斷 0，外中斷 1 和定時(shí)器 0。系統(tǒng)采用中斷方式，具有很多優(yōu)點(diǎn)： 中斷系統(tǒng)提高了 cpu 對外界異步事件的處理能力，解決了快速 cpu 與慢速 cpu 的定時(shí)器、串行口以及外部設(shè)備之間的矛盾，大大提高了 cpu 的工作效率。 中斷系統(tǒng)使用 cpu 能夠及時(shí)處理實(shí)時(shí)測、控中許多隨機(jī)的參數(shù)和信息。在實(shí)時(shí) 測、控中，現(xiàn)場的各個(gè)參數(shù)、信息在任何時(shí)刻均可以發(fā)出中斷請求，要求 cpu 及時(shí)處 理。有了中斷系統(tǒng)，cpu 就可以及時(shí)處理瞬息變化的現(xiàn)場信息。 中斷系統(tǒng) cpu 具有了處理故障

17、的能力，提高了機(jī)器本身的可靠性，在計(jì)算、運(yùn) 行過程中，出現(xiàn)一些事先無法預(yù)知的故障是難免的，如電源突跳、存儲(chǔ)出錯(cuò)、運(yùn)算溢 出等。有了中斷能力，這些故障均可由計(jì)算機(jī)自行解決，不必停機(jī)。 可見，引進(jìn)中斷技術(shù)以后，大大提高了機(jī)器的效率和處理問題的實(shí)時(shí)性、靈活性。 因此，計(jì)算機(jī)中斷系統(tǒng)的功能強(qiáng)弱、先進(jìn)與否是衡量它的實(shí)時(shí)處理能力和應(yīng)用范圍的 重要標(biāo)志。 3 設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備知識(shí) 3.1 主要芯片介紹 3.1.1 at89c51 芯片介紹 at89c51 是一種帶 4k 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器 fperom 的低電壓，高性能 cmos8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 atmel 高密度非易失存儲(chǔ)器

18、制造技術(shù)制造， 與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 mcs-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 cpu 和閃爍存儲(chǔ)器 組合在單個(gè)芯片中，atmel 的 at89c51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提 供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 （1）主要特性： 與 mcs-51 兼容；4k 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器；壽命：1000 寫/擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保留時(shí) 間：10 年；全靜態(tài)工作：0hz-24hz；三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定；128*8 位內(nèi)部 ram；32 可 編程 i/o 線；兩個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；5 個(gè)中斷源；可編程串行通道；低功耗的閑置 和掉電模式；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 。 （2）管腳說明： a

19、t89c51 芯片管腳如圖 3.1 所示。 圖 3.1 at89c51 芯片管腳 vcc：供電電壓。 gnd：接地。 p0 口：p0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 i/o 口，每個(gè)腳可吸收 8ttl 門電流。當(dāng) p1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。p0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可 以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在編程時(shí)，p0 口作為原碼輸入口，當(dāng)進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， p0 輸出原碼，此時(shí) p0 外部必須被拉高。 p1 口：p1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p1 口緩沖器能接收輸出 4ttl 門電流。p1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1

20、口被外部下拉為 低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)，p1 口作 為第八位地址接收。 p2 口：p2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) ttl 門電流，當(dāng) p2 口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并 因此作為輸入時(shí)，p2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 當(dāng) p2 口用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，p2 口輸出地址 的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 進(jìn)行讀寫時(shí)，p2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)

21、容。p2 口在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高 八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 p3 口：p3 口管腳是 8 個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的雙向 i/o 口，可接收輸出 4 個(gè) ttl 門 電流。當(dāng) p3 口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由 于外部下拉為低電平，p3 口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。 p3 口也可作為 at89c51 的一些特殊功能口。 p3 口管腳的備選功能： p3.0 rxd（串行輸入口） p3.1 txd（串行輸出口） p3.2 /int0（外部中斷 0） p3.3 /int1（外部中斷 1） p3.4 t0（記時(shí)器 0 外部輸入） p3.5 t1

22、（記時(shí)器 1 外部輸入） p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） p3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 rst 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ale/prog：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位 字節(jié)。在 flash 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ale 端以不變的頻率周 期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用 于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ale 脈沖。 如想禁止 ale 的

23、輸出可在 sfr8eh 地址上置 0。此時(shí)， ale 只有在執(zhí)行 movx，movc 指 令是 ale 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ale 禁 止，置位無效。 /psen：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周 期兩次/psen 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/psen 信號(hào)將不出現(xiàn)。 /ea/vpp：當(dāng)/ea 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000h-ffffh） ，不 管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)，/ea 將內(nèi)部鎖定為 reset；當(dāng)/ea 端保 持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 flas

24、h 編程期間，此引腳也用于施加 12v 編程 電源（vpp） 。 xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 xtal2：來自反向振蕩器的輸出。 （3）振蕩器特性： xtal1 和 xtal2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振 蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，xtal2 應(yīng)不接。有 余輸入到內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何 要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 （4）芯片擦除： 整個(gè) perom 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持 ale 管腳處于低電平 10ms

25、 來完成。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非 空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外，at89c51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟 件可選的掉電模式。在閑置模式下，cpu 停止工作。但 ram，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和 中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 ram 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他 芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 3.1.2 isd2590 語音芯片簡介 美國isd公司的2500芯片，按錄放時(shí)間60秒、75秒、90秒和120秒分成 isd2560、2575、2590和25120四個(gè)品種。isd256090120內(nèi)部框圖

26、如圖3.2所示。 isd2500系列和1400系列語音電路一樣，具有抗斷電、音質(zhì)好，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。 它的最大特點(diǎn)在于片內(nèi)eeprom容量為480k(1400系列為128k)，所以錄放時(shí)間長；有10 個(gè)地址輸入端(1400系列僅為8個(gè))，尋址能力可達(dá)1024位；最多能分600段；設(shè)有 ovf（溢出）端，便于多個(gè)器件級(jí)聯(lián)。芯片采用cmos技術(shù)，內(nèi)含振蕩器、話筒前置放大、 自動(dòng)增益控制、防混淆濾波器、平滑濾波器、揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)及eeprim陣列。 圖 3.2 isd256090120 內(nèi)部框圖 isd2500 系列具備微控制器所需控制接口。通過操縱地址和控制線可完成不同的任 務(wù)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的信息處理，如

27、信息的組合，連接，設(shè)定固定的信息段，信息管理等。 isd2500 可不分段，也可按最小段長為單位任意組合分段。 芯片采用多電平直接模擬量存儲(chǔ)專利技術(shù)，每個(gè)采樣值接存儲(chǔ)在片內(nèi)單個(gè) eeprom 單元中，因此能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)和效果聲，避免了一般固 體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和“金屬聲” 。采樣頻率從 4.0，5.3，6.4 到 8.0khz,同一系列的產(chǎn)品采樣頻率越低,錄放時(shí)間越長, 但通頻帶和音質(zhì)有所降低。片內(nèi) 信息可保存 100 年(無需后備電源)，eeprom 單元可反復(fù)錄音十萬次。 3.1.3 引腳描述 isd256090120 硬封裝引腳圖如圖 3.3

28、所示。 圖 3.3 isd256090120 硬封裝引腳圖 電源（vcca，vccd）芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線，并且分別 引到外封裝上，這樣可使口若懸河最小。模擬和數(shù)字電源端最好分別走線，盡可能在 靠近供電端處相連，而去耦電容應(yīng)盡量靠近芯片。 地線（vssa，vssd）芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字也可使用不同的地線，這兩腳最好在 引腳焊盤上相連。 節(jié)電控制（pd）本端拉高使芯片停止工作， 進(jìn)入不耗電的節(jié)電狀態(tài)，芯片發(fā)生溢 出，即/ovf 端輸出低電平后，要將本端短暫變高復(fù)位芯片，才能使之再次工作。 片選（/ce）本端變低后（而且 pd 為低） ，允許進(jìn)行錄放操作。芯片在本端的下降 沿

29、鎖存地直線和 p/-r 端的狀態(tài)。 錄放模式（p/-r）本端狀態(tài)在/ce 的下降沿鎖存。高電平選擇放音，低電平選擇錄 音。錄音時(shí)，由地址端提供起始地址，錄音持續(xù)到/ce 或 pd 變高，或內(nèi)存溢出；如果 是前一種情況，芯片自動(dòng)在錄音結(jié)束處寫入 eom 標(biāo)志。放音時(shí)由地址端提供起始地址， 放音持續(xù)到 eom 標(biāo)志。如果/ce 一直為低，或芯片工作在某些操作模式，放音會(huì)忽略 eom，繼續(xù)進(jìn)行下去。 信息結(jié)尾標(biāo)志（/eom） eom 標(biāo)志在錄音時(shí)由芯片自動(dòng)插入到該信息的結(jié)尾。放音 遇到 eom 時(shí)，本端輸出低電平脈沖。芯片內(nèi)部會(huì)檢測電源電壓以維護(hù)信息的完整性， 當(dāng)電壓低于 3.5v 時(shí)，本端變低，芯

30、片只能放音。 溢出標(biāo)志（/ovf）芯片處于存儲(chǔ)空間末尾時(shí)本端輸出低電平脈沖表示溢出，之后 本端狀態(tài)跟隨/ce 端的狀態(tài)，直到 pd 端變高。本端可用于級(jí)聯(lián)。 話筒輸入（mic）本端連至片內(nèi)前置放大器。片內(nèi)自動(dòng)增溢控制電路（agc）將置 增益控制在-15 至 24db。外接話筒應(yīng)通過串聯(lián)電容耦合到本端。耦合電容值和本端的 10k 輸入阻抗決定了芯片頻帶的低頻截止點(diǎn)。 話筒參考（mic ref）本端是前置放大器的反向輸入。當(dāng)以差分形式連接話筒時(shí)， 可減小噪聲，提高共模抑制比。 自動(dòng)增益控制（agc） agc 動(dòng)態(tài)調(diào)整前置增益以補(bǔ)償話筒輸入電平的寬幅變化，使 得錄制變化很大的音量（從耳語到喧囂聲）時(shí)

31、失真都能保持最小。響應(yīng)時(shí)間取決于本 端的 5k 輸入阻抗外接的對地電容（即線路圖中 c2）的時(shí)間常數(shù)。釋放是取決于本端 外接的并聯(lián)對地電容和電阻（即線路圖中 r2 和 c2）的時(shí)間常數(shù)。470k 和 4.7uf 的 標(biāo)稱值在絕大多數(shù)場合下可獲得滿意的效果。 模擬輸出(ana out)前置放大器的輸出.前置電壓增益取決于 agc 端電平。 模擬輸入(ana in )本端為芯片錄音信號(hào)輸出.對話筒輸入來說 ana out 端應(yīng)通過 外接電容連至本端.該電容和本端的 3k 輸入阻抗給出了芯片頻帶的附加低端截止頻 率。其它音源可通過交流耦合直接連至本端(繞過了 ter 的前置)。 喇叭輸出（sp+、s

32、p-）過對輸出端級(jí)驅(qū)動(dòng) 16 以上的喇叭（內(nèi)存放音時(shí)功率為 12.2mw,aux in 放音時(shí)功率為 50mw）.單端使用時(shí)必須在輸出端和喇叭間接耦合電容, 而雙端輸出既不用電容又不能將功率提高至 4 倍.錄音和節(jié)電模式下,它們保持為低電 平。注意多個(gè)芯片的喇叭輸出端絕對不能并聯(lián),否則可能損壞芯片；還有，不用的喇叭 輸出端絕對不能接地。 輔助輸入(aux in)當(dāng)/ce 和 p/-r 為高,放音不進(jìn)行,或處入放音溢出狀態(tài)時(shí),本端的 輸入信號(hào)過內(nèi)部功放驅(qū)動(dòng)喇叭輸出端.當(dāng)多個(gè) 2500 芯片級(jí)聯(lián)時(shí),后級(jí)的喇叭輸出通過本 端連接到本級(jí)的輸出放大器,為防止噪聲,建議在放內(nèi)存信息時(shí),本端不要有驅(qū)動(dòng)信號(hào)

33、外部時(shí)鐘(xclk)本端內(nèi)部有下拉元件,不用時(shí)應(yīng)接地。芯片內(nèi)部的采樣時(shí)鐘在出廠 前已調(diào)節(jié)器校,誤差地+1%內(nèi).商業(yè)級(jí)芯片在整個(gè)溫度和電壓范圍內(nèi),頻率變化在+2.25% 內(nèi).工業(yè)級(jí)芯片在整個(gè)溫度和電壓范圍內(nèi)，頻率變化在+5%內(nèi)，建議使用穩(wěn)壓電源。若 要求更高精度或系統(tǒng)同步，可從本端輸入外部時(shí)鐘，由于內(nèi)部的防混淆及增滑濾波器 已設(shè)定，故上述推薦的時(shí)鐘頻率不應(yīng)改動(dòng)。輸入時(shí)鐘的占空比無關(guān)緊要，因內(nèi)部首先 了進(jìn)行分頻。 地址/模式輸入（ax/mx）地址端有個(gè)作用，取決于最高兩位（msb，即 2532/2548 的 a7 和 a8，或 2560/2590/25120 的 a8 和 a9）的狀態(tài)。當(dāng)最高兩位

34、中有一個(gè)為 0 時(shí)， 所有輸入均解釋為地址位，作為當(dāng)前錄入操作的起始地址。地址端只作輸入，不輸出 操作過程中的內(nèi)部地址信息。地址在/ce 的下降沿鎖存。 3.1.4 芯片操作模式 isd2560/90/120 系列內(nèi)置了若干操作模式，可用最少的外圍器件實(shí)現(xiàn)最多的功能。 操作模式也由地址端控制；當(dāng)最高兩位都為 1 時(shí)，其它地址端置高就選擇某個(gè)（或某 幾個(gè)）模式。因此操作模式和直接尋址相互排斥。操作模式可由微控制器也可由硬件 實(shí)現(xiàn)。使用操作模式有兩點(diǎn)要注意：一是所有操作最初都是從 0 地址，即存儲(chǔ)空間的 起始端開始。后續(xù)操作根據(jù)選用的模式可從其它地址開始。但是，電路由錄轉(zhuǎn)為放， 或由放轉(zhuǎn)為錄時(shí)（m

35、6 模式除外） ，或執(zhí)行了掉電周期后，地址計(jì)數(shù)器復(fù)位為 0。二是當(dāng) /ce 變低，最高兩地址位同高時(shí)，執(zhí)行操作模式。這種操作模式一直有效，除非/ce 再 次由高變低，芯片重新鎖存當(dāng)前的地址/模式端電平，然后執(zhí)行相應(yīng)操作。如表 3.1 所 示。 表 3.1 操作模式簡表 模式功能典型應(yīng)用可組合使用的模式 m1信息檢索快進(jìn)入信息m4、m5、m6 m2刪除 wom在最后一條信息結(jié)束處放 eomm3、m4、m5、m6 m3循環(huán)從 0 地址連續(xù)放音m1、m5、m6 m4連續(xù)尋址錄放連續(xù)的多段信息m0、m1、m5 m5/ce 電平有效允許暫停m0、m1、m3、m4 m6按鍵模式簡化外圍電路m0、m1、m3

36、 m0（信息檢索）快速跳過信息而不必知道其確切地址。/ce 每輸入一個(gè)低脈沖， 內(nèi)部地址計(jì) 器就跳到下一條信息，此模式僅用于放音，通常與 m4 同時(shí)使用。 m1（刪除 eom 標(biāo)志）使分段信息變?yōu)橐粭l信息，僅在信息后保留一個(gè) eom 標(biāo) 志.這個(gè)模式完成后， 錄入的所有信息就變成一條連續(xù)的信息。 m3（信息循環(huán)）循環(huán)重入位于存儲(chǔ)空間起始處的那條信息。一條信息可以完 全占滿存儲(chǔ)空間，那么循環(huán)就從頭至尾進(jìn)行，這時(shí)/ovf 不變低。 m4（連續(xù)尋址）正常操作中，重放遇到 eom 標(biāo)志時(shí)， 地址計(jì)數(shù)器會(huì)復(fù)位。m4 禁止地址計(jì)數(shù)器復(fù)位，使得信息可連續(xù)錄放或重放。 m5（/ce 電平有效）通常，錄音時(shí)/c

37、e 為電平觸發(fā)，放音時(shí)/ce 為邊沿觸發(fā)。 本模式將放音時(shí)/ce 設(shè)置為電平觸發(fā)，特別適用于需用/ce 終止放音的場合。操作為： /ce 變低扣，芯片從內(nèi)存起始放音，/ce 變高放音即刻停止。/ce 再變低后，仍從內(nèi)存 起處開始放音，除非 m4 也是高。 m6（按鍵模式）本模式的外圍電路最簡，成本大為降低；在錄放結(jié)束，/ce 變 高后，芯片自動(dòng)進(jìn)入節(jié)電模式。而且，/ce、pd、/eom 的作用重新定義如下： /ce（開始/暫停，低脈沖有效）/ce 端的下降沿控制操作的開始和暫停。當(dāng)芯 片不錄不放時(shí)，/ce 端的下降沿就啟動(dòng)錄/放操作。之后，如果在芯片沒遇到 eom 標(biāo)志 （放音時(shí)）或沒發(fā)生溢出

38、疥，再來一個(gè)/ce 下降沿將暫停當(dāng)操作。暫停后，地址并不復(fù) 位，再來一個(gè)/ce 下降沿后從暫停處繼續(xù)操作。 pd（停止/復(fù)位，高脈沖有效）pd 端的上升沿停止目前的錄/放操作，并復(fù)位 地址。 /eom（運(yùn)行指示）/eom 變高表示錄/放操作正在進(jìn)行，可驅(qū)動(dòng) led 等。 當(dāng)最高位地址(msb)a8、a9都為高電平時(shí)，地址端 就作為操作模式選擇端 （高電 平有效） 。地址操作模式如表3.2所示。 表3.2 地址操作模式簡表 模式控制 功能 典型應(yīng)用 a0/m0 信息檢索 快速檢索信息 a1/m1 刪除eom標(biāo)志 在全部語音錄放結(jié)束時(shí)，給出eom標(biāo)志 a2/m2 未用 當(dāng)工作模式 操作時(shí)，此端應(yīng)接

39、低電平 a3/m3 循環(huán)放音 從0地址開始連續(xù)重復(fù)放音 a4/m4 連續(xù)尋址 可錄放連續(xù)的多段信息 a5/m5 ce電平觸發(fā) 允許信號(hào)中止 a6/m6 按鈕控制 簡化器件接口 3.1.5 使用操作模式時(shí)需要注意 （1） 、所有操作模式下的操作都是從0地址開始，以后的操作根據(jù)模式的不同，而 從相應(yīng)的地址開始工作。當(dāng)電路中錄音轉(zhuǎn)放音或進(jìn)入省電狀態(tài)時(shí)，地址計(jì)數(shù)器復(fù)位為 0。 （2） 、操作模式位不加鎖定，可以在msb（a8、a9）地址位為高電平時(shí)，ce電平變 低的任何時(shí)間執(zhí)行操作模式操作。如果下一片選周期msb（a8、a9）地址位中有一個(gè) (或兩個(gè))變?yōu)榈碗娖剑瑒t執(zhí)行信息地址，即從該地址錄音或放音，

40、原來設(shè)定的操作模 式狀態(tài)丟失。 3.1.6 分段錄放音 2500系列最多可分為600段，只要在分段錄/放音操作前(不少于300納秒)，給地址 a0a9賦值，錄音及放音功能均從設(shè)定的起始地址開始，錄音結(jié)束由停止鍵操作決定， 芯片內(nèi)部自動(dòng)在該段的結(jié)束位置插入結(jié)束標(biāo)志（eom） ；而放音時(shí)芯片遇到eom標(biāo)志即自 動(dòng)停止放音。如圖3.4、3.5所示。 2500系列地址空間是這樣分配的：地址0599作為分段用，見表3.3，地址600767 未使用，地址7681023為工作模式選擇。 表3.3 2500系列地址空間分配表 十進(jìn)制十進(jìn)制 二進(jìn)制二進(jìn)制 信息時(shí)間信息時(shí)間(秒秒) a9a8 a7 a6 a5 a

41、4 a3a2 a1 a0 256025752590 0 00 0 00 0 00 0 0 0 0 0 50 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 5.0 6.25 7.50 100 0 00 1 1 0 0 10 0 10.0 12.50 15.00 250 0 01 1 1 1 1 0 1 0 25.0 31.25 37.50 300010 0 1 0 1 1 0 0 30.0 37.50 45.00 400 0 1 10 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 10 0 1 0 1

42、 0 1 1 1 59.9 74.8789.85 圖 3.4 isd256090120 錄音時(shí)序 圖 3.5 isd256090120 放音時(shí)序 4 相關(guān)元件介紹 4.1 led 的基礎(chǔ)知識(shí)介紹 半導(dǎo)體發(fā)光器件包括半導(dǎo)體發(fā)光二極管（簡稱 led） 、數(shù)碼管、符號(hào)管、米字管及 點(diǎn)陣式顯示屏（簡稱矩陣管）等。事實(shí)上，數(shù)碼管、符號(hào)管、米字管及矩陣管中的每 個(gè)發(fā)光單元都是一個(gè)發(fā)光二極管。 4.1.1 半導(dǎo)體發(fā)光二極管工作原理、特性、分類及應(yīng)用 （1）led 發(fā)光原理： 發(fā)光二極管是由-族化合物，如 gaas（砷化鎵） 、gap（磷化鎵） 、gaasp（磷砷 化鎵）等半導(dǎo)體制成的，其核心是 pn 結(jié)。因

43、此它具有一般 p-n 結(jié)的 i-n 特性，即正向 導(dǎo)通，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。在正向電壓 下，電子由 n 區(qū)注入 p 區(qū)，空穴由 p 區(qū)注入 n 區(qū)。進(jìn)入對方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子） 一部分與多數(shù)載流子（多子）復(fù)合而發(fā)光。 假設(shè)發(fā)光是在 p 區(qū)中發(fā)生的，那么注入的 電子與價(jià)帶空穴直接復(fù)合而發(fā)光，或者先被發(fā)光中心捕獲后，再與空穴復(fù)合發(fā)光。除 了這種發(fā)光復(fù)合外，還有些電子被非發(fā)光中心（這個(gè)中心介于導(dǎo)帶、介帶中間附近） 捕獲，而后再與空穴復(fù)合，每次釋放的能量不大，不能形成可見光。發(fā)光的復(fù)合量相 對于非發(fā)光復(fù)合量的比例越大，光量子效率越高。由于復(fù)合是在少子擴(kuò)散區(qū)內(nèi)發(fā)

44、光的， 所以光僅在近 pn 結(jié)面數(shù) m 以內(nèi)產(chǎn)生。 理論和實(shí)踐證明，光的峰值波長 與發(fā)光區(qū)域所采用的半導(dǎo)體材料有關(guān)，即 1240/eg（mm） 式中 eg 的單位為電子伏特（ev） 。若能產(chǎn)生可見光（波長在 380nm 紫光780nm 紅光） ， 半導(dǎo)體材料的 eg 應(yīng)在 3.261.63ev 之間。比紅光波長長的光為紅外光?，F(xiàn)在已有紅 外、紅、黃、綠及藍(lán)光發(fā)光二極管，但其中藍(lán)光二極管成本、價(jià)格很高，使用不普遍。 （2）led 的特性 極限參數(shù)的意義： 允許功耗 pm:允許加于 led 兩端正向直流電壓與流過它的電流之積的最大值。超過 此值，led 發(fā)熱、損壞。 最大正向直流電流 ifm：允許

45、加的最大的正向直流電流。超過此值可損壞二極管。 最大反向電壓 vrm：所允許加的最大反向電壓。超過此值，發(fā)光二極管可能被擊穿 損壞。 工作環(huán)境 topm:發(fā)光二極管可正常工作的環(huán)境溫度范圍。低于或高于此溫度范圍， 發(fā)光二極管將不能正常工作，效率大大降低。 電參數(shù)的意義 正向工作電流 if：它是指發(fā)光二極管正常發(fā)光時(shí)的正向電流值。在實(shí)際使用中應(yīng) 根據(jù)需要選擇 if 在 0.6ifm 以下。 正向工作電壓 vf：參數(shù)表中給出的工作電壓是在給定的正向電流下得到的。一般 是在 if=20ma 時(shí)測得的。發(fā)光二極管正向工作電壓 vf 在 1.43v。在外界溫度升高時(shí)， vf 將下降。 （3）led 的分

46、類 按發(fā)光管發(fā)光顏色分，可分成紅色、橙色、綠色（又細(xì)分黃綠、標(biāo)準(zhǔn)綠和純綠） 、 藍(lán)光等。另外，有的發(fā)光二極管中包含二種或三種顏色的芯片。 根據(jù)發(fā)光二極管出光處摻或不摻散射劑、有色還是無色，上述各種顏色的發(fā)光二 極管還可分成有色透明、無色透明、有色散射和無色散射四種類型。散射型發(fā)光二極 管和達(dá)于做指示燈用。 按發(fā)光管出光面特征分圓燈、方燈、矩形、面發(fā)光管、側(cè)向管、表面安裝用微型 管等。圓形燈按直徑分為 2mm、4.4mm、5mm、8mm、10mm 及 20mm 等。國 外通常把 3mm 的發(fā)光二極管記作 t-1；把 5mm 的記作 t-1（3/4） ；把 4.4mm 的記 作 t-1（1/4）

47、。 由半值角大小可以估計(jì)圓形發(fā)光強(qiáng)度角分布情況。從發(fā)光強(qiáng)度角分布圖來分有三 類： 高指向性。一般為尖頭環(huán)氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑。半值 角為 520或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或與光檢出器聯(lián)用 以組成自動(dòng)檢測系統(tǒng)。 標(biāo)準(zhǔn)型。通常作指示燈用，其半值角為 2045。 散射型。這是視角較大的指示燈，半值角為 4590或更大，散射劑的量較大。 按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分 按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分有全環(huán)氧包封、金屬底座環(huán)氧封裝、陶瓷底座環(huán)氧封裝及 玻璃封裝等結(jié)構(gòu)。 按發(fā)光強(qiáng)度和工作電流分有普通亮度的 led（發(fā)光強(qiáng)度 100mcd） ；把發(fā)光強(qiáng)度在 10100mcd 間的叫高亮

48、度發(fā)光二極管。 一般 led 的工作電流在十幾 ma 至幾十 ma，而低電流 led 的工作電流在 2ma 以下 （亮度與普通發(fā)光管相同） 。 除上述分類方法外，還有按芯片材料分類及按功能分類的方法。 （4）led 的應(yīng)用 由于發(fā)光二極管的顏色、尺寸、形狀、發(fā)光強(qiáng)度及透明情況等不同，所以使用發(fā) 光二極管時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行恰當(dāng)選擇。 由于發(fā)光二極管具有最大正向電流 ifm、最大反向電壓 vrm 的限制，使用時(shí)，應(yīng)保 證不超過此值。為安全起見，實(shí)際電流 if 應(yīng)在 0.6ifm 以下；應(yīng)讓可能出現(xiàn)的反向電 壓 vr。 led 被廣泛用于種電子儀器和電子設(shè)備中，可作為電源指示燈、電平指示或微光源

49、之用。紅外發(fā)光管常被用于電視機(jī)、錄像機(jī)等的遙控器中。 4.1.2 發(fā)光二極管的檢測 （1）用萬用表檢測 利用具有10k 擋的指針式萬用表可以大致判斷發(fā)光二極管的好壞。正常時(shí)，二 極管正向電阻阻值為幾十至 200k,反向電阻的值為。如果正向電阻值為 0 或?yàn)椋?反向電阻值很小或?yàn)?0，則易損壞。這種檢測方法，不能實(shí)地看到發(fā)光管的發(fā)光情況， 因?yàn)?0k 擋不能向 led 提供較大正向電流。如果有兩塊指針萬用表（最好同型號(hào)） 可以較好地檢查發(fā)光二極管的發(fā)光情況。用一根導(dǎo)線將其中一塊萬用表的“+”接線柱 與另一塊表的“-”接線柱連接。余下的“-”筆接被測發(fā)光管的正極（p 區(qū)） ，余下的 “+”筆接被測

50、發(fā)光管的負(fù)極（n 區(qū)） 。兩塊萬用表均置10 擋。正常情況下，接通 后就能正常發(fā)光。若亮度很低，甚至不發(fā)光，可將兩塊萬用表均撥至1 若，若仍很 暗，甚至不發(fā)光，則說明該發(fā)光二極管性能不良或損壞。應(yīng)注意，不能一開始測量就 將兩塊萬用表置于1，以免電流過大，損壞發(fā)光二極管。 （2）外接電源測量 用 3v 穩(wěn)壓源或兩節(jié)串聯(lián)的干電池及萬用表（指針式或數(shù)字式皆可）可以較準(zhǔn)確測 量發(fā)光二極管的光、電特性。如果測得 vf 在 1.43v 之間，且發(fā)光亮度正常，可以說 明發(fā)光正常。如果測得 vf=0 或 vf3v，且不發(fā)光，說明發(fā)光管已壞。 4.1.3 led 顯示器結(jié)構(gòu) 通過發(fā)光二極管芯片的適當(dāng)連接（包括串

51、聯(lián)和并聯(lián)）和適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)結(jié)構(gòu)。可構(gòu)成 發(fā)光顯示器的發(fā)光段或發(fā)光點(diǎn)。由這些發(fā)光段或發(fā)光點(diǎn)可以組成數(shù)碼管、符號(hào)管、米 字管、矩陣管、電平顯示器管等等。通常把數(shù)碼管、符號(hào)管、米字管共稱筆畫顯示器， 而把筆畫顯示器和矩陣管統(tǒng)稱為字符顯示器。 4.2 駐極體電容話筒介紹 駐極是電容話筒（簡稱 ecm）是一種價(jià)廉、提體積小、頻帶寬、噪聲小和靈敏度高 的語音傳感器。目前成品 ecm 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由利用駐極體高分子材料制作的振動(dòng)膜 及低噪音場效應(yīng)管兩部分組成。由于駐極體與后極板間阻抗高達(dá)數(shù)百兆歐以上，不能 與前置放大器直接相連，故須在 ecm 內(nèi)加入場效應(yīng)管齊阻抗變換作用，二極管的作用 是當(dāng) ecm 受到強(qiáng)音

52、沖擊時(shí)保護(hù)場效應(yīng)管。駐極體電容話筒的主要技術(shù)參數(shù)有靈敏度： 典型值為-60-56db 或 515mv/pa，頻率響應(yīng)：典型值為 50hz12khz 輸出阻抗：典 型值2k，工作電壓：dc1.512v。 抵消語音輸入背景噪聲的原理：采用兩個(gè)特性相同的駐極體電容話筒，將它們在 空間上背對背安放，并在電氣上通過適當(dāng)?shù)倪B接，使它們的輸出信號(hào)幅度相等、相位 相反地疊加起來，就能將兩個(gè)話筒在所處環(huán)境下收入的背景噪聲抵消掉，由于說話人 只對其中一個(gè)話筒講話，因而有用的語音信號(hào)并不會(huì)被抵消掉。 雙話筒語音輸入極：ecm1 和 ecm2 分別為兩個(gè)特性相同的駐極體電容話筒。ecm1 和 ecm2 分別采用了兩種

53、不同的接法，ecm1 為源極（s）輸出方式接法，其輸出為同相 信號(hào)；ecm2 為漏極（d）輸出方法，其輸出為反向信號(hào)。當(dāng) ecm1 和 ecm2 同時(shí)拾到同源 聲波時(shí)，它們就會(huì)輸出波形一樣而相位相反的兩個(gè)信號(hào)，起到了互相抵消的作用。調(diào) 節(jié)電位器 w 就可以使輸出端的背景噪聲電壓為最小。 5 方案設(shè)計(jì) 5.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架 對于一個(gè)相對較為復(fù)雜的系統(tǒng)，應(yīng)采用自頂向下、逐步細(xì)化與求精的方法，在著 手進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)之前，應(yīng)從總體上，暫時(shí)不考慮細(xì)節(jié)問題，對所要完成的任務(wù)有一 個(gè)全面的了解。對于本系統(tǒng)，其核心是要設(shè)計(jì)一個(gè)語音的存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)。首先把本 系統(tǒng)的整體框圖畫出來再對每一個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)和處理。由

54、整體框圖再把整個(gè)系統(tǒng)設(shè) 計(jì)分為軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)框圖如圖 5.1 所示。 控制 圖 5.1 系統(tǒng)框圖 由于此系統(tǒng)采用了 isd2590 這款語音芯片，聲音可直接由話筒采集到語音芯片中 話筒 isd2590 語音芯片 89c51 單片機(jī) 揚(yáng)聲器 鍵盤控 制 存儲(chǔ)起來，并不用再經(jīng)過放大以及濾波等過程。 5.2 硬件電路設(shè)計(jì) 5.2.1 89c51 單片機(jī)的復(fù)位 單片機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)需要復(fù)位，使 cpu 以及其他功能部件處于一個(gè)確定的初始狀 態(tài)（如 pc 值為 0000h） ，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作，單片機(jī)應(yīng)用程序必須作為設(shè)計(jì)前提。 另外，在單片機(jī)工作過程中，如果出現(xiàn)死機(jī)時(shí)，也必須對單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位

55、，使其重新 考試工作。mcs51 的復(fù)位電路包括上電復(fù)位和按鍵（外部）復(fù)位電路。不管是哪種復(fù) 位電路，都是通過復(fù)位電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)（高電平有效）由 rst/vpd 引腳送入到內(nèi) 部的復(fù)位電路，對 mcs51 進(jìn)行復(fù)位。與我的設(shè)計(jì)相結(jié)合，我采用了上電復(fù)位電路， 如圖 5.2 所示。 圖 5.2 at89c51 的復(fù)位設(shè)計(jì) 上電復(fù)位電路是利用電容器充電來實(shí)現(xiàn)的。上電瞬間 rst/vpd 端的電位與 vcc 等 電位，rst/vpd 為高電平，隨著電容器充電電流減少，rst/vpd 的電位不斷下降，其充 電時(shí)間常數(shù)為 82ms，此時(shí)間常數(shù)足以使 rst/vpd 保持為高電平的時(shí)間完成復(fù)位操作。 5

56、.2.2 89c51 單片機(jī)的時(shí)鐘 計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的過程可分為取指令、分析指令和執(zhí)行指令三個(gè)步驟，每個(gè)步驟 又由許多微操作所組成，這些微操作必須在一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖的控制下才能按照正 確的順序執(zhí)行。時(shí)鐘脈沖由時(shí)鐘振蕩器產(chǎn)生 mcs-51 的時(shí)鐘振蕩器是由內(nèi)部反相放大器 和外接晶振及微調(diào)電容組成的一個(gè)三點(diǎn)式振蕩器，將晶振和微調(diào)電容接到 8051 的 xtal1 和 xtal2 端即可產(chǎn)生自激振蕩。通常振蕩器輸出的時(shí)鐘頻率為 6 到 16mhz。調(diào)節(jié) 微調(diào)電容可以微調(diào)振蕩頻率。mcs-51 也可以使用外部時(shí)鐘。本設(shè)計(jì)我采用的是如圖 5.3 所示的振蕩電路。 圖 5.3 at89c51 的時(shí)鐘設(shè)計(jì)

57、5.2.3 鍵盤及顯示接口電路 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，人們要對計(jì)算機(jī)進(jìn)行簡單的設(shè)置或輸入初始化數(shù)據(jù)，這些 任務(wù)主要由鍵盤來完成。鍵盤是計(jì)算機(jī)最常見的輸入設(shè)備之一。鍵盤由若干鍵按一定 規(guī)則組成，每一個(gè)按鍵實(shí)際上是一個(gè)開關(guān)元件，按其構(gòu)造可分為有觸點(diǎn)開關(guān)和磁感應(yīng) 按鍵等。目前微型計(jì)算機(jī)中使用最多的鍵盤按使用要求分為通用鍵盤和功能性鍵盤， 從接口原理上可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤。很多實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)均采用較少幾個(gè)按 鍵組成的非編碼鍵盤，也稱其為開關(guān)式鍵盤，或線性鍵盤。在本設(shè)計(jì)中的錄放按鍵就 是采用的此鍵盤。由于本次設(shè)計(jì)是把 90 秒的錄音時(shí)間分成四段進(jìn)行錄音，因此采用了 八個(gè)按鍵來實(shí)現(xiàn)分段錄放的功能，四個(gè)

58、鍵控制錄音，四個(gè)鍵控制放音。按鈕的一端和 地直接相連，另一端單片機(jī)直接相連并經(jīng)發(fā)光二極管、電阻和電壓+5v 相連。它與單片 機(jī)的連接如圖 5.4。 圖 5.4 鍵盤及顯示接口電路 5.3 軟件設(shè)計(jì) 此系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要由按鍵接口和 led 燈接口及語音芯片的接口定義；語音芯片 的地址線定義；初始化定時(shí)器；中斷；以及延時(shí)程序錄音程序放音程序及部分組成。 下面將對幾各主要部分進(jìn)行大致介紹。 5.3.1 定時(shí)器程序 mcs51 單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，簡稱定時(shí)器 0（t0）和定時(shí)器 1(t1)它實(shí)際上是加 1 計(jì)數(shù)器，當(dāng)它對外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)時(shí)，由于頻率不固定，此時(shí)稱 之為計(jì)數(shù)器；當(dāng)它

59、對內(nèi)部固定頻率的機(jī)器周期進(jìn)行計(jì)數(shù)時(shí)，稱之為定時(shí)器。th1、tl1 是 t1 的計(jì)數(shù)器，th0、tl0 是 t0 的計(jì)數(shù)器。th1 和 tl1、th0 和 tl0 分別構(gòu)成兩個(gè) 16 位加法計(jì)數(shù)器，它們的工作狀態(tài)及工作方式由兩個(gè)特殊功能寄存器 tmod 和 tcon 的各 位來決定。工作模式共有 03 四種。其中工作模式 1 是 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。因此在此 設(shè)計(jì)中我采用了工作模式 1，程序中 （tmod0 x1；）為選擇定時(shí)方式 1。給 th0、tl0 賦值確定定時(shí)時(shí)間。unsigned int g_uicnt 為全局變量，用來計(jì)定時(shí)器中斷的次數(shù)。 當(dāng)全局變量 g_btimeoverflag

60、 為 1 時(shí)表明定時(shí)以夠。 5.3.2 中斷程序 中斷是計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的基礎(chǔ)，也是計(jì)算機(jī)之所以能夠普及的根本原因之一， 錄音模塊 地址線設(shè)置 控制線設(shè)置開始錄音 按鍵是否放開？ 控制線設(shè)置結(jié)束錄音 定時(shí)是否到了？ y y n n 啟動(dòng)定時(shí)器 停止定時(shí)器 是計(jì)算機(jī)中一個(gè)很重要的概念，中斷技術(shù)的引入使計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用都大大地推進(jìn) 了一?？梢哉f沒有中斷技術(shù)，就沒有目前計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用。中斷實(shí)際是指在 cpu 正 在處理某項(xiàng)事務(wù)的時(shí)候，如果外界或內(nèi)部發(fā)生了緊急事件，要求 cpu 暫時(shí)停止在運(yùn)行 的工作轉(zhuǎn)而去處理這個(gè)緊急事件，待處理完后再回到原來被中斷的地方，繼續(xù)原來被 打斷了的工作的過程。實(shí)現(xiàn)這