基于51单片机的语音采集系统设计

第1章前言

1.1 研究意义

数码录音笔对于我们现如今的人们己经是再熟悉不过的产品了，它己经应用在了很多地方，其中主体部分应该是记者了。正是基于录音笔能够录音的特点，在你无法凭借记忆记住重要谈话，或者重要会议的重要内容的时候，它便体现除了它的优势，清晰完整无误的记录下你要记录的东西，而你能够拿出更多的时间来处理其他事情。除此之外录音笔小巧易于携带，存储内容量大，基于这些优点，越来越得到人们的青睐。

现在所说的录音笔指的数码录音笔，也称为数码录音棒或数码录音机，数字录音器的一种，为了便于操作和提升录音质量造型并非以单纯的笔型为主，携带方便，同时拥有多种功能。

1.2 国内外研究现状的对比

就声音录制而言，虽然专业的数码录音笔不论在录音长度上还是品质上，都拥有绝对的优势，但随着多功能MP3, MP4, PDA甚至是智能手机的普及，录音逐渐成为了随身数码设备中的一项附属功能。尽管不少缺乏技术的国内小厂都相继退出了数码录音笔市场，但以三星为代表的世界级数码巨头并没有宣言放弃，反而借助新的技术和设计，给这个看似一潭死水的市场注入了新的活力。

首先录音作为任何一款录音笔都是必不可少的基本功能，所以好的音质便成为了录音笔未来发展方向之一。随着闪存技术的长足进步，存储容量已经不再是数码录音笔的发展瓶颈，相反，过大的容量还会显得有些鸡肋。于是，精明的商家开始重新恢复音质的魅力，并令其成为数码录音笔发展的一大方向。三星则在此基础上将其在家庭影院中的王牌3D音效技术DNSe运用到数码录音笔产品当中，这种音效增强技术与单纯地扩大频率范围完全不同，也就是说，即使用较小的频率范围实现长时间录音，也能获得优化后的录制效果。DNSe是三星耗时六年开发的虚拟音效技术，并主要用于家庭影院和高端MP3产品上，它能够通过声音数字信号的处理，创造出更为逼真的临场感，听者能够明显感觉到声音从四面八方传来，并且范围更远，声音更纯净。搭载了DNSe音效的三星YV-150，不仅在录音上拥有了得天独厚的优势，还因此获得了媲美专业MP3的音乐播放能力。值得注意的是，作为数码音乐领域的翘楚，三星的新一代DNSe 2.0音效技术已经开始在13等新品上登场。并且，种种迹象表明三星正在试图通过音效升级，来创造独特的市场竞争力，数码录音笔的音质全面提升或许仅是时间问题。

其次，仅仅拥有好的音质是不够的。未来的录音笔应该具有更强大的功能。

专业数码录音笔之所以专业，还在于它在功能上更加贴近商务人士的需求。录音笔录制出来的文件要使用于其他数码设备，那么保存为MP3格式是最方便的，电脑、手机、MP3都能轻松播放三星YV-150可以直接把录音存为MP3文件，很大程度上方便了用户使用。另外，对于经常出差的商旅人士，三星YV-150非常值得推荐，其专业级的音效增强芯片会给音乐播放带来震撼的感受，让你在工作之余也能娱乐休闲。

随着视听家电产品的不断丰富，已经有越来越多微小型产品走入人们的日常生活，他们最突出的优点是体积小，而且重量轻，给人们带来了方便。作为一种简单的获取和记录数字化文件的工具，录音笔风靡市场，成为学生记者、商务人士购置录音设备的首选。不仅在校园里取代了复读机，也成为时间紧张在职人员的掌上新宠。

1.3 主要研究内容

语言在人类发展史中起到了至关重要的作用，它的作用并不亚于直立行走和工具的使用，怎样能把人类的语言丝毫不差地记录下来也是人们一直思考的问题。随着人类社会的不断进步，随着数字化信号处理技术的不断提高，语音处理大规模集成电路的进步，语音合成，语音识别，语音存储和回放技术的应用越来越广泛，其自动化程度越来越高，使用范围越来越广，前景十分喜人。并且，录放系统还具有电路简明、应用方便、单片录放、不怕掉电、音色纯正、性价比高等特性。

所以本次设计就利用单片机和语音芯片来实现一个录音笔系统。对于录音笔的最基本的要求便是可以录音、播放，重复录音以及播放要求。STC89C52该款单片机资源丰富，再加上与isd4004语音芯片的结合来实现语音的存储与回放，通过单片机的控制可以实现语音的多录多放的功能。

第2章设计方案及元器件的介绍

2.1系统的总体设计方案

多功能录音笔的主要功能是实现语音存储与定时播放。要实现语音存储与定时播放的方法很多，可供选择的器件也很多。由于单片机等微控制器的出现和数字电路技术的发展，使得现在的语音存储与自动播放变得易于实现。本设计采用单片机作为微控制器。选用字长为8位的STC89C52单片机作为控制器。

目前可以与单片机配合使用的语音芯片有很多，其中不乏性能十分优越的语音芯片，美国ISD公司生产的ISD40O4语音芯片就是它们中的一员。ISD4004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阵列。引脚包括电源、时钟、语音信号模拟输入／输出端、与MCU接口(SPI接口)几部分。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。

ISD4004系列单片录放时间为8～16 min，采样频率可为4．0／5．3／6．4／8．0 kHz，频率越低，录放时间越长，而音质则有所下降。芯片设计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Mi—crowire)送入。由于ISD4004的众多优点，本设计就采用它作为录放音器件。系统外接时钟芯片DS1302、中断键盘LCD1602显示和E2PROM AT24CO2。录音时为了改善语音质量，要提高输入端的信噪比，因此在系统的输入端采用三极管(9011)放大电路单端输入，系统的输出端经音频功率放大器LM386放大输出后驱动扬声器。

如果录音笔只作为录音放音显得功能单一，为此加入了时间功能。如采用单片机内部定时器来作为时间的话，时间不够准确，却比较浪费单片机资源。为此选择了DS1302做为时钟芯片。该芯片是美国DALLAS公司推出的一卷低功耗、高性价的实时时钟芯片，价格低廉、电路接口简单、使用方便，含有主电源/后备电源双电源引脚，并提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。采用SPI三线接口与CPU进行同步通信，可提供秒、分、时、日、星期、月和年、一个月小31天时自动调整，且具有闰年补偿功能。

时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅。但是，一旦重要事情，一时的耽误可能酿成大祸。闹钟在一定程度上能解决这些问题。既然能录音了，该设计就在此基础上增加了自录语音信息,提示该做的事，人难免有些时候闹钟响了却忘记自己该做什么事了。

语音芯片是该设计中的核心，对于设计十分重要。目前可以与单片机配合使用的语音芯片有很多，其中不乏性能十分优越的语音芯片，美国ISD公司生产的ISD4004语音芯片就是它们中的一员。ISD4004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阵列。引脚包括电源、时钟、语音信号模拟输入/输出端、与MCU接口(SPI接口)几部分。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。

该设计中为了使用户使用更加方便，每段录音的长短以及录音时间都会显示给用户。但是难免不会有电池掉电的可能性，尤其是掉电之后，语音闹钟时间也会丢失。为此在该设计中加入了EEPROM，在掉电之后，存储的这些闹钟数据、录音时间等数据也不会丢失。在考虑存储数据量的大小以及性价比之后，选择了AT24C02这款芯片。该芯片有2k位存储空间，足以应付该设计中的数据量。芯片接口方便，体积小，在仪器仪表及工业自动化控制中得到大量的应用。AT24C02是个不错的选择。

该系统是通过控制核心单片机来控制各个模块的工作。系统的总体设计框图如：图2-1：

2.2主要器件的介绍

2.2.1ISD4004

ISD4004语音芯片与普通的录音/重放芯片相比, ISD4004具有如下优点: 首先是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, 快速闪存作为存储介质, 无需电源可保存数据长达100年,重复记录100000次以上。此外ISD4004具有记录时间长(可达16 分钟, 本论文采用的为8 分钟的ISD4004语音芯片)的优点。最后ISD4004开发应用具有所需外围电路简单的优点。基于ISD4004以上的优点，这也是我这次论文选择该语音芯片的原因。

第3章硬件设计

3.1 系统整体工作原理

系统主要有七个部分，语音模块部分、蜂鸣器部分、控制处理部分、数据存储部分部分、中断按键部分、显示部分和实时时钟部分，如：图3-1：

图3-1 系统工作原理图

3.2 语音信号输入电路

该部分的主要元件是驻极体话筒，在电路的选择上主要有两种方案，如图。

 

 

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文章借鉴于此纷传