基于 ATmega16及 ISD4004的电子留声机设计

TECHNOLOGY AND MARKET

Vol. 23,No.7,2016

基于

ATmega16及ISD4004的电子留声机设计

王赞，葛文爽

(广东省岭南工商第一技师学院，广东广州510800)

摘要：以ATmegal6单片机作为微控制器，以美国ISD公司生产的ISD4004语音芯片为核心的电子留声机，阐述了该系

统的硬件及软件设计。硬件部分包括控制模块、电源模块、语音录放模块、按键模块及显示模块。软件部分包括电子留 声机的主程序及重要模块的编程思路。

关键词：ATmegal6;电子留声机；ISD4004;语音录放

doi ： 10. 3969/j. issn. 1006 - 8554. 2016. 07. 029

〇引言

留声机诞生于1877年。世界上发明留声机的人就是誉满 全球的发明大王——

托马斯•阿尔瓦•爱迪生。自20世纪80

年代末期至今，语音技术又有了新的进展，特别是基音同步叠 加（PS0LA)方法的提出（1990)，使基于时域波形拼接方法合 成的语音的音色和自然度大大进步.

随着集成电路制造技术的发展，语音处理器已层出不穷， 并且性能越来越高，语音芯片的应用范围也越来越广，可用于 微型录音机、通信、电话、车船、飞机黑匣子、有声电子信函、语 音信箱、高级玩具，应用前景十分广泛。

1

硬件总体设计方案

系统划分为控制模块、电源模块、语音录放模块、按键模块

及显示模块。采用专用的ISD4004芯片和单片机的设计，以

AVR单片机的MEGA16为控制核心，采用专用芯片ISD4004

实现录音与放音的功能，采用液晶12864显示输出录音与放音 地址的设置，利用按键控制输入。系统框图如图1所示。

图1

系统框图

1.1控制器模块

Atmegal6与51单片机、PIC单片机相比具有一系列的优

点:在相同的系统时钟下运行速度最快;芯片内部的Flash、EE- K10M、SRAM容量较大;所有型号的Flash、EEKlOM都可以反

复烧写、全部支持在线编程烧写（ISP);多种频率的内部RC振 荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能，零外围电路也 可以工作;每个I/O 口都可以以推换驱动的方式输出高、低电 平，驱动能力强；内部资源丰富，一般都集成ad、d

a

模数器、

PWM、SPI、USART、TWI、I2C通信口、丰富的中断源等。具有C

语言风格的汇编语言，有与标准C兼容的C语言，C语言函数 可以与汇编函数互相调用，使其开发更加容易，实现整个系统

70更加简单。

1.2 电源模块

LM2576系列是美国国家半导体公司生产的3A电流输出

降压开关型集成稳压电路，它内含固定频率振荡器（52kHz)和 基准稳压器（1.23V)，并具有完善的保护电路，包括电流限制 及热关断电路等，利用该器件只需极少的外围器件便可构成高 效稳压电路。LM2576系列包括LM2576(最高输入电压40V) 及LM2576HV(最高输入电压60V)二个系列。各系列产品均 提供有 3.3V( -3.3)、5V( -5.0)、12V( -12)、15V( -15)及 可调（-ADJ)等多个电压档次产品。

采用稳压集成LM2576芯片得到5V的稳定电压，因为该 芯片的集成度高，应用方便简捷，工作稳定可靠，输入的电压值 可在(7〜40) V范围内可变，灵活性强，性价比高。实现对主控 单元、显示单元、语音录放单元、按键单元的供电。1.3语音录放模块

选用ISD4004语音芯片，该芯片在ISD2500语音芯片的基 础上开发的，其录放音的时间可以达到8 min，可进行多个地址 的设置，进行录音的内容可多种化，实现人性化，自由选择性的 功能。ISD4004开发板是由ISD4004芯片、LM386低压音频小 功率放大器和AMS1117电压转换芯片焊接而成。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，在时钟止升沿锁存M0SI引脚的数据，在

下降沿将数据送至MIS0引脚。其连接如图2所示。1.4按键模块

按键部分作为系统的输入，由于ATmegal6的每个10 口都 有内部上拉电阻，因此只要在单片机编程时使能相应的上拉电 阻，那么这个部分便不需要任何其他元件，设计较为简单。通 过按键来控制录音和放音的地址的设置。1.5 显示模块

采用字符型LCD显示。LCD具有低功耗、长寿命、高可靠 性等特点，可显示英文、汉字及数字。利用单片机来驱动液晶

显示模块，设计简单，且界面美观舒适，耗电少。采用12864M -1液晶显示数据，可以显示录音地址和放音地址。

技术与市场

2016年第23卷第7期

技术研发

2系统软件设计

ISD4004语音芯片具有能够准确控制语音录放地址的功

能，这种功能使我们能够方便灵活地对语音信息进行处理以达 到我们对语音信息的要求。例如可以利用软件编程的方法实 现对语音信息的剪辑、合成等操作来达到我们对语音信息特殊 的要求。还有可以通过程序控制做到语音的定时放音和循环 放音。若干条信息按顺序分别录入到芯片内，比如称其为a，b， c，d信息。我们需要知道每一时刻的录音信息在芯片存储器

中所处的位置，这样有利于我们实时地监控ISD4004语音芯片 工作的位置，从而能够知道所录的每段信息的开头和结尾的准 确地址，便于对已录入的信息进行管理。

以ISD4004 -8 MP为例，内置了特殊的信息寻址机制，即 行地址时钟（以下简称RAC)。RAC在行末前25 ms变低，在 恰好到达行末时变高，这就类似一个时钟，帮助你确定录放操 作已到何处。这个时钟相对于微控制器的速度来说较慢，上例 为200 ms。因此，微控制器很容易通过软件查询RAC的方法 来确定何时已到达行末。但由于微处理器的查询速度相对于 RAC时钟频率要快得多，所以，如果通过查询的方法检测RAC 每个周期的低电平时，在上一次检测到RAC低电平时必须要 经过一段延时才能再检测RAC，这样检测到的低电平才是有效 的，这段延时可以说是“假延时”。延时的时间必须大于RAC 低电平的时间，而小于RAC的周期。

可以利用一个计数器对RAC引脚进行计数，并且通过 LED显示器实时地把计数器的值显示出来，这样不但可以知道

图3主程序流程图

2)语音录放模块程序的设计。电路上电后，程序首先完成 程序的初始化，随后查询按键状态，进入系统待机状态。如果 有按键按下，则转去执行该按键指向的工作程序。按键包括录音键、放音键。

3

)显示模块程序的设计。根据所要求显示的内容与按键

控制的改变量的设定进行程序的编写，可实现显示。

3结语

在本文中，电子留声机设计可以通过按键的控制设置录音 的地址和放音地址的选择，并通过12864液晶显示地址位的选 择状态，能够将录制的声音内容准确的存储在ISD4004语音芯 片中，不同地址的声音内容能够准确地通过喇叭放出。参考文献：

[1]

孙春亮.单片机C语言入门[M]北京：人民邮电出版社，

录入的每段信息的开头和结尾的地址，而且还可以知道每段信 息之中特定内容的地址，从而可以建立地址表对信息进行剪 辑、合成等处理达到对语音信息特定的要求。

同样，在放音时也可以实现对语音信息的准确放音。只需

把事先编辑好的语音信息的准确地址传送到ISD4004的控制 口就可以实现指定地址的放音。如果需要的话，还可以对 ISD4004的放音地址进行实时的监控，其方法与录音时类似。

1 )主程序设计。单片机的输入ISD4004语音芯片发送的 数据信号和按键控制输入的信号指令，输出给ISD4004控制录 音和放音，并在12864液晶显示屏上显示，程序流程图如图3 所示。

2010.

[2] 赵广林.新型语音芯片应用手册[M].北京：电子工业出

版社，2008.[3 ]

北京三恒星科技公司.Altium Designer 6设计教程[M ]北 京：电子工业出版社，2007.

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