基于单片机的数字语音存储与回放专业系统设计.doc

基于51单片机数字语音存放和回放系统设计

摘 要

该文采取AT89C51单片机和ISD2560语音芯片设计一款实时语音录放系统，能实现录音时间达60s、录放音受按键控制、可复位且音量可调等很多功效。
整个系统共有三大模块：单片机控制模块、语音录放模块、功放模块。控制模块关键是51单片机口线功效，经过对按键识别来控制语音录放模块工作模式；语音录放模块能实现对声音处理、存放和复原功效；功放模块能对复原好音频信号加以放大，使声音愈加清楚明亮。整个设计围绕以下三方面进行研究：总体方案设计、硬件电路设计、软件设计。

关键词：AT89C51单片机,语音存放,语音回放

DESIGN OF VOICE RECORDING AND PLAYBACK SYSTEM BASED ON AT89C51

ABSTRACT

The propose of this paper is to design a real-time speech recording system with AT89C51 microcontroller and ISD2560 voice chip,it can realize the recording time of 60s, sound recording and playback controlled by button, can reset and voice can adjust.
The system includes three modules:single chip microcomputer control module, voice recording module, power amplifier module. Core of control module is 51SCM mouth line function, through the identification of key to control the voice recording module work model;voice recording module can realize voice processing,storage and playback;power amplifier module for audio signal amplified, to make the sound more clear and bright.The whole design around the following three aspects: the overall design, hardware circuit design, and the design of software.

Key Words:AT89C51，phonetic storage ，phonetic playback
目录

摘 要 I
ABSTRACT II
目录 III
第1章 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 中国外研究现实状况 2
1.3 语音存放技术发展前景 2
1.4 设计任务和要求 3
第2章 总体方案设计 4
2.1 总体方案论证 4
2.2 器件选择 5
2.2.1 单片机选择 5
2.2.2 语音芯片选择 6
2.2.3 功放选择 6
2.3 各芯片具体说明 6
2.3.1 AT89C51芯片 6
2.3.2 ISD2560语音芯片 8
2.3.3 LM386集成功率放大器芯片 12
第3章 硬件电路设计 15
3.1硬件电路总体设计 15
3.2 AT89C51外围电路设计 15
3.2.1电源 15
3.2.2晶振电路设计 15
3.2.3 复位电路设计 16
3.3 语音电路设计 17
3.4 功放电路设计 18
3.5 键盘输入电路和状态显示电路设计 19
第4章 软件设计 20
4.1 关键变量说明 20
4.2 主程序步骤图 21
4.3 子程序步骤图及代码 22
4.3.1 录音子程序 22
4.3.2 放音子程序 23
第5章 系统调试和试验结果 25
5.1系统调试 25
5.2试验结果 27
第6章 总结 28
参考文件 29
附录 30
致谢 35
作品使用说明书 36

第1章 绪论

1.1 课题研究背景
伴随生活节奏日益加紧，城市智能化建设不停发展，在智能仪器仪表和工业控制系统中增加语音录放功效成为了极为普遍现象。添加语音功效不仅使得机器愈加“聪慧”和人性化，还能让使用者操作愈加得心应手。目前把语音作为服务手段行业越来越多，如电脑语音钟、语音型数字万用表、移动手机智能语音系统、叫号机、语音监控报警系统、公交车报站器和卫星导航系统等[1]。能够说，语音系统是社会生活和生产不可缺乏东西，它发展是社会进步肯定结果。
语音系统需要建立在硬件基础之上，而其系统控制关键通常是使用单片机。单片机含有体积小、功耗低、控制功效强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点。它几乎渗透到我们生活各个领域：军事领域各类导航系统，计算机网络通讯和数据传输系统，各类工控企业自动化实时控制和数据处理系统，各类智能IC卡，汽车报警、导航、安全、娱乐系统，录音、摄像机，全自动洗衣机系统和各类发生遥控玩具和电子宠物等等。能够说，单片机表现是它强大控制能力。
数字语音录放技术是指利用数字化技术对语音信号进行采集、处理、而且在一定存放设备中进行存放，并可在需要时进行输出过程。相对于模拟设备来说，数字设备易于集成、小型化、成本更低，同时更为稳定，且操作更为直接、方便，使得数字语音录放系统现在在多种领域中全部得到了广泛应用[2]。比如监控环境中使用语音采集系统；再如家庭或学校中使用语音复读机等，全部可看作是数字语音录放系统经典应用。
在对语音信号处理方面，常规方法是采取滤波器处理接收到模拟语音信号，经过模数转换成为数字信号，再由单片机控制存放到存放器中。在需要输出语音信号时，亦可由单片机控制从存放器中输出，再经数模转换成模拟信号，经过I\V变换成电压信号，滤波后经过功放将语音信号输出。不过这种方法缺点是，输出不稳定，语音信号有杂音或变音，这是模拟电路所不能避免缺点[3]。
为了处理这个问题，我们能够采取专用语音芯片，利用其模拟信号技术直接存放技术来处理上述问题。语音芯片能够很方便和单片机系统相结合，其体积和重量也能符合单片机系统要求。所以，基于单片机和语音芯片语音系统应运而生。
1.2 中国外研究现实状况
多年来，语音信号处理技术发展可谓日新月异，新技术出现为语音录放系统发展指导了新方向。对语音信号前期采集、中期处理从之前对波形进行编码和压缩转变为现在参数编码和压缩，从而大大降低了需要存放数据，节省了硬件存放空间。举例来说，原始语音通常全部是采取8KHz抽样，16bits线性PCM编码进行采集，在通常系统中就直接将采集后数据进行存放；而假如采取参数编码对采集后数据进行压缩，存放量则能够大大降低，当需要恢复语音时，可利用编码后参数进行合成，能够得到质量令人满意结果。
现在比较经典语音器件有早些ISD2560、ISD1420到现在ISD4004、ISD1700，ISD系列是由美国ISD企业研发专业语音处理芯片。芯片采取模拟信号直接存放技术，将声音信号直接写入存放单元而不经A/D或D/A转换，所以使用ISD芯片能很好再现语音，可避免因通常固体语音电路量化和压缩所引发量化噪声和失真情况。另外芯片功效强大：即录即放、语音可掉电保留、10万次擦写寿命、手动操作和CPU控制兼容、可多片级联、无需开发系统等等，确实给欲实现语音功效单片机应用设计人员提供了处理方案。现在市场上已经有企业将以AT89C2051单片机和ISD语音芯片组成语音组合板，用串口通信，芯片里固化有部分常见语音词汇，用户不需了解语音功效工作原理，只需经过串口按一定协议发送代码即可送出语音。
1.3 语音存放技术发展前景
未来语音存放技术革新关键是硬件技术（处理能力）和语音编码技术进步。单片机技术发展越来越快，未来将向低功耗、微型化发展。以51为基础模式不会动摇，但在容量和性能上将作出很大提升，而串行总线结构能够使得单片机系统结构愈加简单和规范。语音存放和回放技术关键是语音编码，它是现代语音技术三大关键之一（语音识别、文本语音转换、语音编码）。在未来，实现速度在2.4~4.8Kbps高质量加密方法。其次，将采取更优异技术对语音信号进行处理，降低存放空间。而在整体语音技术发面，智能语音将是未来发展关键方向。语音识别技术和语音合成技术，将是未来主导，她们将推进语音技术向语境真实化和多模态化发展，不过面临关键技术也将越来越难[4]。
而在其次，未来数字化和信息化联络日益紧密，继而影响科技进步和现代化进程。在现代社会，推进时代发展根本力量，仍然是信息化和科技进步推进全球经济一体化。像语音存放技术一样数字化技术进步，首先能推进人类社会发展；其次，人类综合能力、实践能力和创新能力提升，也会推进数字信息化在更高领域里德发明。
1.4 设计任务和要求
本文设计任务是用AT89C51单片机设计一款数字语音存放和回放系统，要求整个系统录音时间达成60s，放音效果真实清楚，采样频率达8KHZ，工作电压5V，系统录放音可受按键控制，可复位且音量可调有较强抗干扰能力。
设计要求：首先要确定总体设计方案，绘制出总体结构框图，分析系统工作原理和各个元器件功效作用；再完成各单元具体电路设计，包含单片机最小系统硬件电路、外围、语音录放、功放、键盘输入等电路；最终用编程软件完成程序编写和烧入并对系统进行调试。

第2章 总体方案设计

2.1 总体方案论证
方案一：利用单片机及其外围硬件电路，包含A/D、D/A、滤波及放大电路等，就能完成语音信号数字化采集、存放和回放功效。系统关键由ATMEL企业AT89C51、ADC、DAC及闪速存放器组成。它原理图图2-1所表示。录音时，模拟语音信号先经过MIC转换成微弱电信号，再经专用音频前置放大器放大和带通滤波器滤波后，由模数转换器A/D转换成数字信号，单片机控制数字信号存放在存放器中；在需要放音时，单片机控制数字信号从存放器中读出，再经D/A转换还原成模拟信号，再经过滤波、放大后由扬声器输出[5]。这种方法过程简单，不过语音信号轻易受到外界干扰而失真，而且信号压缩存放比较复杂，硬件电路不宜调试。

图2-1 方案一系统原理图
方案二：可采取单片机和专用语音处理芯片来设计语音存放和回放系统，实现对语音录放功效。采取语音芯片技术来处理语音信号，系统含有抗干扰能力强，存放方便，调试简单，可作为语音服务子系统等纵多优点。在一块芯片上集成有麦克风前置放大器、自动增益控制电路、抗混淆和平滑滤波器、模拟存放阵列、扬声器驱动器、控制接口和内部正确参考时钟。加上麦克风、扬声器，开关和少数多个电容、电阻和电源，就可组成一个完整语音录放系统。我们以ISD企业生产ISD2560系列语音芯片为例，系统原理框图图2-2所表示。模拟语音语音信号进过麦克风以后直接送入ISD2560芯片加以处理和存放，放音时，ISD2560芯片再把存放好数字信号还原成模拟信号，再经过放大器把信号放大，最终用扬声器放出来[6]。该系统含有反复录放、音质好、低功耗、抗强干扰等优点。

图2-2 方案二系统原理图
经过有效性和实用性对比，发觉方案二含有更强优势，所以选择方案二。下面，就针对此方案做具体介绍。
2.2 器件选择
2.2.1 单片机选择
单片机是一个集成电路芯片，即在一块集成电路芯片上集成微处理器、存放器、I/O接口电路，从而组成单芯片微型计算机。它含有中止、独立定时器/计时器等功效，有着出色控制能力。进过数十年研究发展，现在单片机家族复杂庞大，包含STC单片机、PIC单片机、MCS系列单片机、ATMEL单片机、TI单片机和AVR单片机等等。单片机有着强大线控能力，和我们日常生活、生产息息相关。
本文选择现在普遍使用ATMEL企业51系列单片机作为控制关键，以下是两款51单片机性能对比表。AT89C51是带4K字节FLASH存放器低电压、高性能8位单片机，有两个定时计数器和六个中止源。而AT89C2051作为AT89C51精简版本只带2K字节闪存且口线较少，不利后期口线拓展，所以我们选AT89C51单片机。
表2-1 AT89C51和AT89C2051关键性能对比
项目
AT89C51
AT89C2051
存放器
4KB可编程Flash存放器
2KB可编程Flash存放器
存放器保密
三级程序存放器保密
两级程序存放器保密
内部RAM
128字节
128字节
静态工作频率
0Hz~24MHz
0Hz~24MHz
定时/计数器
2个16位定时/计数器
2个16位定时/计数器
串行通讯口
1个串行通讯口
1个串行通讯口
中止源
6个中止源
6个中止源
I/O引线
32条I/O引线
15条I/O引线
2.2.2 语音芯片选择
语音芯片分语音IC和音乐IC，它内部集成有麦克风前置放大器、自动增益控制电路、抗混淆和平滑滤波器、模拟存放阵列、扬声器驱动器、控制接口和正确参考时钟。它能自动完成语音数据采集、分析、压缩、存放等步骤，一次录放音包含ADC和DAC两个过程：语音信号经过采样转化为数字，存放在ICROM中，再经过电路将ROM中数字还原成语音信号。
本设计要求系统录音时间达成40s以上，采样频率达8KHz，所以可选择普遍使用ISD2560语音芯片。
2.2.3 功放选择
为使系统外围元件最少，信号谐波失真率小和信号增益调整范围大，我们可使用美国国家半导体企业生产LM386音频集成功率放大器。

2.3 各芯片具体说明
2.3.1 AT89C51芯片
AT89C51单片机是一款自带4KB字节FLASH存放器高性能微处理器，分辨率为8位。该器件采取ATMEL独有存放技术制造，兼容工业标准MCS-51指令集。以下是它关键特点：
（1）和MCS—51兼容
（2）4k字节可编程Flash 闪速存放器
（3）寿命：1000写/擦循环，数据保留时间：
（4）全静态操作：0Hz—24MHz
（5）三级加密程序存放器
（6）128×8字节内部RAM
（7）32个可编程I/O口线
（8）2个16位定时/计数器
（9）5个中止源
（10）可编程串行UART 通道
（11）低功耗空闲和掉电模式
（12）片内振荡器和时钟电路
AT89C51芯片引脚排列详见附录1，下面就本设计相关引脚作功效介绍。
P0口是一个8位漏极开路双向输入输出端口，当访问外部数据时，它是地址总线（低8位）和数据总线复用。外部不扩展而单片应用时，则作通常双向I/O口用。P0口每一个引脚能够推进8个LSTTL负载。
P1口是含有内部提升电路双向I/O端口（准双向并行I/O口），其输出能够推进4个LSTTL负载且仅能够作为用户输入输出端口。
P2口也是含有内部提升电路双向I/O端口（准双向并行I/O口），假如程序访问是外部ROM时，它是作高8位地址。当仅使用内部ROM时，则作通常双向I/O口。每一个引脚输出能够推进4个LSTTL负载[7]。
P3口是一组带有内部上拉电阻8位双向I/O口。P3口除了作为通常I/O口线外，更关键用途是它复用功效，如表2-2所表示。
RST：复位输入。
VCC：AT89C51正极，输入+5V电压。
GND：电源接地端。
XTAL1：接外部晶振一个引脚。在单片机内部，它是一反相放大器输入端，
这个放大器组成了片内振荡器。当它采取外部振荡器时，部分引脚应接地。
表2-2 P3口复用功效表
端口引脚
复用功效
P3.0
RXD（串行通信输入）
P3.1
TXD（串行通信输出）
P3.2
INT0（外部中止0输入，低电平有效）
P3.3
INT1（外部中止1输入，低电平有效）
P3.4
T0（计数器0,外部事件计数输入端）
P3.5
T1（计数器1,外部事件计数输入端）
P3.6
WR（外部随机存放器写选通，低电平有效）
P3.7
RD（外部随机存放器读选通，低电平有效）
XTAL2：接外部晶振一个引脚。在片内接至振荡器反相放大器输出端和内部时钟发生器输入端。当采取外部振荡器时，则此引脚接外部振荡信号输入。
EA/VPP：当该引脚为低电平时，单片机读取是外部程序存放器中程序来实施。所以对于8031来说，EA脚必需接低电平，因为它无片内程序存放器。而对于AT89C51或其它内部有程序存放器单片机来说，当初引脚接高电平时，单片机首先会在片内程序存放器中取指令，当PC内容超出FFFH时系统会自动转向片外程序存放器中取指令。
2.3.2 ISD2560语音芯片
用ISD系列语音芯片进行录音可含有音质自然、单片存放、反复录放、低功耗等优点。一块 ISD 芯片上集成有麦克风前置放大器（AMP）、自动增益控制电路（AGC）、抗混淆和平滑滤波器、模拟存放阵列、扬声器驱动器、控制接口和内部正确参考时钟，加上外部元件（液晶、麦克风、扬声器、开关和少数电阻、电容），再加上电源即可组成最简单语音系统。
ISD2560语音芯片是美国ISD企业较为成熟语音录放产品。它是一个永久记忆型语音录放电路，录音时间达60s，可反复录放10余万次。芯片采取多电平模拟量直接存放专利技术，无需外围A/D、D/A转换电路。每个采样数据值直接由芯片自动存放在片内ROM单元中，播放时直接将存放数据导出，所以它能十分真实地再现人声、音乐、语气和声效，可避免通常固体录音电路因量化和压缩造成量化噪声和“金属声”。ISD2560集成度较高，内部有前置放大器、自动增益控制、内部时钟、定时器、采样时钟、滤波器、逻辑控制、模拟收发器、解码器和480KEEPROM等[8]。
2.3.2.1 ISD2560引脚说明
ISD2560引脚排列详见附录1，各引脚关键功效说明以下：
A0/M0~A6/M6、A7~A9：地址线，ISD器件能够实现1～600段录放语音功效，每段录放音全部有一个起始端，该起始地址选择由A0~A9确定。当A8、A9同时为高电平时能够选择工作模式。
AUX IN：当和为高，放音不进行，或处于放音溢出状态时，本端输入信号经过内部功放驱动喇叭输出端。
VSSD、 VSSA：数字地和模拟地，这两脚最好在引脚焊盘上相连。
SP+、SP-：扬声器输出。
VCCA、VCCD：模拟电源、数字电源，尽可能在靠近供电端处相连。
MIC：本端连至片内前置放大器，外接话筒应经过串联电容耦合到本端，耦合电容值和本端10KΩ输入电阻。
MIC REF：本端是前置放大器反向输入。当以差分形式连接话筒时，可减小噪声，提升共模抑制比。
AGC：AGC动态调整前置增益以赔偿话筒输入电平宽幅改变，使得录制改变很大音量时失真全部能保持最小。响应时间取决于本端5KΩ输入阻抗外接对地电容时间常数。释放时间取决于本端外接并联对地电容和电阻时间常数。470KΩ和4.7uF标称值在绝大多数场所下可取得满意效果。
ANA IN：芯片录音信号输出端，它经过外接电容和话筒ANA OUT端相连接。
ANA OUT：前置放大器输出，前置电压增益取决于AGC端电平。
：芯片处于存放空间末尾时本端输出低电平脉冲表示溢出，以后状态随端改变，直至PD端变为高电平。
：当低电平有效时（而且PD为低），许可语音芯片进行录放操作。芯片在本端下降沿锁存地址线和端状态。
PD：当该端为高电平时，芯片停止工作，且不耗电，芯片发生溢出，即端输出低电平后，本端口短暂变高电平。只有复位芯片，才能使之再次工作。
：EOM是在录音时由芯片自动插入到语音信息结尾作为结束标志。当放音时，一碰到EOM，本端口立即输出低电平脉冲。芯片内部会检测电源电压以维护信息完整性，当电压低于3.5V时，本端变低，芯片只能放音。
XCLK：外部时钟输入端。本端内部有下拉元件，不用时应接地。
：本端口状态在下降沿锁存。为高电平时选择放音，为低电平时选择录音。录音时，由地址端提供起始地址，录音连续到或PD变高，或内存空间溢出；假如是前一个情况，芯片自动在录音结束处写入EOM标志，说明录音结束。放音时由地址端提供起始地址，放音直至碰到EOM停止标志。假如一直为低，或芯片工作在一些操作模式，放音会忽略EOM，继续进行下去。
因为ISD2560内置了若干种操作模式，所以可用最少外围器件实现最多功效。操作模式也由地址端控制，当最高两位（A8、A9）全部为1时，其它地址端置高可选择某个（或某多个）特定模式。所以操作模式和直接寻址相互排斥。具体操作模式如表2-3所表示。操作模式可由微控制器也可由硬件实现。
表2-3 模式控制说明表
模式控制
功效
经典应用
A0/M0
信息检索
快速检索信息
A1/M1
删除EOM标志
在全部语音录放结束时，给出EOM标志
A2/M2
未用
当工作模式 操作时，此端应接低电平
A3/M3
循环放音
从0地址开始连续反复放音
A4/M4
连续寻址
可录放连续多段信息
A5/M5
CE电平触发
许可信号中止
A6/M6
按钮控制
简化器件接口
使用操作模式时需要注意两点：
(1) 任何操作模式全部是从0地址开始，伴随不一样操作模式，继而对应对应地址。当系统录音转为放音或进入省电状态时，地址计数器复位为0。当CE变低且最高两地址位同为高时，实施操作模式。这种操作模式将一直有效，直到CE再次由高变低，芯片重新锁存目前地址/模式端电平并实施对应操作为止。
(2) 操作模式位不加锁定，能够在MSB（A8、A9）地址位为高电平时，CE电平变低任何时间实施操作模式操作。假如下一片选周期MSB（A8、A9）地址位中有一个(或两个)变为低电平，则实施信息地址，即从该地址录音或放音，原来设定操作模式状态将丢失。
2.3.2.2 ISD2560分段录放音功效
2500系列最多可分为600段，只要在分段录/放音操作前(不少于300纳秒)，给地址A0~A9赋值，录音及放音功效均从设定起始地址开始，录音结束由停止键操作决定，芯片内部自动在该段结束位置插入结束标志（EOM）；而放音时芯片碰到EOM标志即自动停止放音。
2500系列地址空间是这么分配：地址0~599作为分段用(见表2-4)，地址600~767未使用，地址768~1023为工作模式选择。
表2-4 2500系列地址空间表
十进制
二进制
信息时间(秒)

A9
A8
A7
A6
A5
A4
A3
A2
A1
A0
2560
2575
2590
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
50
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
5.0
6.25
7.50
100
0
0
0
1
1
0
0
1
0
0
10.0
12.50
15.00
250
0
0
1
1
1
1
1
0
1
0
25.0
31.25
37.50
300
0
1
0
0
1
0
1
1
0
0
30.0
37.50
45.00
400
0
1
1
0
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
1
0
0
1
0
1
0
1
1
1
59.9
74.87
89.85
2.3.2.3 ISD2560应用电路
ISD2560芯片内部EEPROM存放单元被均匀分为600行，共600个地址单元。每个地址单元指向其中一行，每一个地址单元地址分辨率为100ms，累计60s。ISD2560控制电平和TTL电平兼容，接口简单，使用方便。图2-3是ISD2560语音录放基础电路原理图[9]。

图2-3 ISD2560基础电路原理图
录音时按下录音键S2、S3接地，使节电控制键PD端、录放模式键端为低电平。此时开启录音；结束时松开按键，单片机又让录放模式键端回到高电平，即完成一段语音录制。一样，按下录放模式键接高电平，使节电控制键PD端为低电平开启放音功效；结束时，松开按键，即完成一段语音播放。
2.3.3 LM386集成功率放大器芯片
LM386是美国国家半导体企业生产音频功率放大器，关键应用于低电压消费类电子产品放大。它起始内部电压增益为20，所以能够节省大量外部电路元件。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至200。
LM386芯片电子特征如表2-5所表示。输入端以地位参考，同时输出端被自动偏置到电源电压二分之一，在6V电源电压下，它静态功耗仅为24mW，使得LM386尤其适适用于电池供电场所。输入电压范围可由4V~12V，无动作时仅消耗4mA电流，且失真低。

表2-5 LM386电子特征表
项目
测试环境
规格
工作电压Vs（V）

4~5
输入电压Vin（V）

-0.4~+0.4
输入阻抗Ri（kΩ）

50
静电流Iq（mA）
Vs=6V,Vin=0V
4~8
输出功率Pout（mW）
Vs=6V，Rl=8Ω，THD=10%
250~325
电压增益(dB)
Pin1、8开路
26
Pin1、8以10μF连接
46
频宽（kHz）
Pin1、8开路
300
Pin1、8以10μF连接
60
LM386引脚排列详见附录1。引脚2为反相输入端，3为同相输入端，引脚5为输出端，引脚6和4分别为电源和地，引脚1和8为电压增益设定端。使用时在引脚7和地之间接旁路电容，通常取10μF。
LM386电源电压为4~12V；静态消耗电流为4mA；电压增益为20-200dB；在1、8脚开路时，带宽为300KHZ；输入阻抗为50K；音频功率为0.5W。
尽管LM386应用很轻易，不过在器件上电、断电瞬间，甚至平稳工作后插拔音频插头、旋音量调整钮等操作全部会带来瞬态冲击，使喇叭产生很讨厌噪声，所以使用时需要做好对应除噪方法。
各引脚外围电路接法介绍以下：
(1) 经过在1脚、8脚间接入电容和电阻（1脚接电容“+”极）来改变增益，断开时增益为20dB。
(2) 选好调整音量电位器。阻值不要太大，10K最适宜，太大也会影响音质。
(3) 尽可能采取双音频输入/输出。好处是：“＋”、“－”输出端能够很好地抵消共模信号，故能有效抑制共模噪声。
(4) 第7脚（BYPASS）旁路电容不可少。实际应用时，BYPASS端必需外接一个电解电容到地，起滤除噪声作用。工作稳定后，该管脚电压值约等于电源电压二分之一。增大这个电容容值，减缓直流基准电压上升、下降速度，有效抑制噪声。在器件上电、掉电时噪声就是由该偏置电压瞬间跳变所致。
(5) 降低输出耦合电容。此电容作用有二[10]：隔直和耦合。隔断直流电压，直流电压过大有可能会损坏喇叭线圈；耦合音频交流信号。它和扬声器负载组成了一阶高通滤波器。减小该电容值，可使噪声能量冲击幅度变小、宽度变窄；太低还会使截止频率（）提升。经测试，发觉10uF/4.7uF最为适宜。

第3章 硬件电路设计

3.1硬件电路总体设计
本系统关键可分为三个部分：单片机控制部分、语音录放部分、功放部分。采取51单片机作为控制关键，利用ISD2560实现语音录放，采取LM386集成功放使声音放大，简单易行且控制方便。
ISD2560和单片机AT89C51接口电路和外围电路[11]见附录1。单片机P1口、和P2口中部分口线分别和ISD2560地址线相连，用来设置语音段起始地址和控制操作模式；另外，P2口还控制录放音状态；P0连接按键，供录放音使用和接发光二极管，用以提醒目前录放音状态。
3.2 AT89C51外围电路设计
3.2.1电源
为设计使用方便，可采取外部适配器供电。5.0V，300mA，经过USB线和整个电路相连。
3.2.2晶振电路设计
单片机是一个时序电路，必需要提供时钟脉冲信号它才能正常工作。时钟信号是整个单片机系统时间基准，能为多种指令实施提供时钟节拍。通常单片机有两种方法得到系统时钟信号：内部振荡、外部振荡。

图3-1 晶振电路设计图
本系统采取是12MHz晶振，电容采取22pF陶瓷电容，其具体设计图3-1所表示。
3.2.3 复位电路设计
当任何一个复位信号产生时，C51全部I/O端口全部会立即复位成它们初始值，并不需要时钟源处于运行状态。在复位信号撤消后，硬件系统将调用一个计数延时过程，经过一定延时后，才能进行系统内部真正复位开启。采取这种形式复位开启过程，能够确保电源达成稳定后才使单片机进入正常操作。复位开启延时时间能够由用户经过对程序编译来定义。
51单片机有3种复位方法[12]：
(1) 上电复位。当系统接通电源时，RST引脚取得高电平且保持2个机器周期以上，单片机产生复位。
(2) 按键复位。和上电复位类似，当一个高电平加到RST引脚且超出2机器周期时，单片机产生复位。
(3) 看门狗(WDT)复位。其工作原理是：看门狗芯片和单片机一个I/O引脚相连，该I/O引脚经过程序控制它定时地往看门狗这个引脚上送入高电平(或低电平)，这一程序语句是分散地放在单片机其它控制语句中间，一旦单片机因为干扰造成程序“跑飞”后而陷入死循环状态时，写看门狗引脚程序便不能被实施。这个时候，看门狗电路就会因为得不到单片机送来信号，便在它和单片机复位引脚相连引脚上送出一个复位信号，使单片机发生复位，即程序从程序存放器起始位置开始实施，这么便实现了单片机自动复位。所以，看门狗复位方法能够有效监控系统运行情况，提升了系统本身抗干扰能力，使系统能够在含有一定干扰环境中正常工作。

图3-2 复位电路图
本系统使用是外部按键复位方法，高电平经过复位端电阻和Vcc电源接通而实现，电路如上图3-2所表示。为了提升系统可靠性，再加上一个10uF电解电容来消除高频干扰和杂波。
3.3 语音电路设计
本系统采取ISD2560语音芯片，其语音电路图图3-3所表示[13]。

图3-3 语音录放电路图
各引脚外围电路接法可参考前文所述引脚说明。扬声器输出信号和功放相连，将声音信号放大。
3.4 功放电路设计
为使从语音芯片出来信号稳定不衰减，特加入功放电路，图3-4所表示[14,15]，
图3-4 功放电路图
信号从ISD256014脚出来进入LM386运放脚，经放大后和扬声器相接。第1脚和第8脚之间接入一个电容和电阻，可是LM386增益达200dB。

3.5 键盘输入电路和状态显示电路设计
单片机作为控制关键，它只要任务是控制语音芯片录放音功效。

图3-5 单片机控制键盘输入和状态显示电路图
我们能够经过按键识别来分别控制录音和放音过程[16]，所以该系统含有2个按键：录音按键、放音按键。状态显示经过发光二极管来完成，3盏灯分别对应芯片开始工作、录音开始和放音开始3种状态。这部分电路图图3-5所表示。

第4章 软件设计

假如说一个系统硬件好比人身体，那么软件就是人灵魂。软件设计基础是硬件，若硬件无法正常工作，再优异软件也无法实现任何功效。一样，假如没有软件，再强大硬件也只是一个空壳。我们在确定了一项设计所要实现功效后，依据要实现功效设计出对应硬件系统。硬件系统搭建起来以后，若调试无误，才进行对应软件模块设计。
本系统采取51系列单片机作为硬件关键，单片机软件部分采取汇编语言开发，软件采取符合汇编语言Keil编译器编译。本设计软件功效关键完成以下过程：初始化，当单片机扫描录音键按下时，置端为低电平，芯片开始录音，然后一直扫描RECORD所表示录音按键是否松开，若按键松开，则置端为高电平，录音结束；当放音键按下后，置PR端为1，进入放音状态，将端置为低电平，开启播放，播放过程中等候语音段结束信号EOM，当EOM=0时，提醒语音信号结束，返回主程序并进行下一步操作。
4.1 关键变量说明
程序中关键变量及相关功效以下：
LED1~LED3：描述发光二极管关断。当这3个变量分别为1时，二极管熄灭，当变量为1时，二极管点亮。
RECORD：描述录音键按下状态。该变量为1表示录音键按下，为0表示录音键松开。
PLAY：描述放音键按下状态。该变量为1表示放音键按下，为0表示放音键松开。
PD：控制芯片工作状态。PD=0时，芯片开始工作；PD=1时，芯片停止工作，进入节电状态。
PR：控制语音芯片所处工作模式。该变量置为0时，芯片处于录音模式；置为1时，芯片处于放音模式。
CE：对芯片进行片选。当CE=0且PD=0时，许可芯片进行录放操作；CE=1时，无法进行录放操作。
EOM：信息结束标志。一段语音信号录制完成后，EOM标志由芯片自动插入到信息结尾，放音过程中，若EOM=0，说明信号结束，停止播放。
4.2 主程序步骤图
本系统中单片机控制语音芯片录放程序关键是单片机对ISD2560芯片控制字写入，程序步骤图图4-1所表示[17]。
ISD2560 即使提供了地址输入线，但它内部信息段地址却无法读出，需要采取直接寻址模式进行寻址。其实现方法有两种：一是因为ISD2560 地址分辨率为100 ms，所以可用单片机内部定时器定时为100 ms，然后再利用计数器对单片机定时次数进行计数，则计数器计数值为语音段所占用地址单元，该方法能充足利用ISD2560 内部EEPROM，在字段较多时可利用该方法；二是语音字段假如较少，则可依据每一字段内容多少，直接分配地址单元。通常按每秒说3个字计算，60s可说180个字，再依据ISD2560地址分辨率为100ms，即可计算出语音段所需地址单元数。本系统完成是语音单段录放功效，可无须采取直接寻址模式，而是设置A8、A9和A6电平为高，利用按钮控制操作模式完成对单段语音信号录放即可。在这种模式下，语音存放起始地址默认从0开始。程序首先是系统初始化，设置P1状态使得语音芯片处于按键控制操作模式下。后将PD端置为0，芯片开启。再置PR端为0，设置芯片在录音状态。以后循环扫描RECORD和PLAY键按下状态。RECORD键按下后，进入录音模式，调用录音子程序开始录音。PLAY键按下后，进入放音状态，调用放音子程序开始放音。放音结束后，PD端置1，芯片停止工作，其程序代码见附录2。

图4-1 主程序步骤图
4.3 子程序步骤图及代码
4.3.1 录音子程序
录音子程序步骤图图4-2所表示。

图4-2 录音子程序步骤图
录音键按下后，置端为低电平，芯片开始录音。然后一直扫描RECORD所表示录音按键是否松开，若按键松开，则置端为高电平，录音结束。程序段以下：
CLR CE；开始录音
CLR LED2
SETB LED1；灯2亮，灯1灭
JNB RECORD，$
SETB CE；录音键松开后，录音结束
SETB LED2
CLR LED1；灯2灭，灯1亮
4.3.2 放音子程序
放音程序步骤图图3-3所表示。

图4-3 放音子程序步骤