基于单片机的语音存储及回放系统课程设计设计（毕业设计）完整版(6)

12 / 8 :数据输出格式选择脚。当12 / 8 为1( +5V) 时, 12 条数据线将同时行

输出; 当12 / 8 为0(0V) 时,为8 位双字节输出。

A0 : 字节选择线。在转换期间, 当A0 为0 时,AD574 进行全12 位转换,转换

间为25μs ;当A0 为1 时,进行8 位转换,转换时间为16μs。在读出期间,当A0 为0 时, 输出高8 位; 当A0 为1 时, 输出低4位,并以4 个0 作为尾随的4 位以补足8 位,即当两次读出12 位数据时,应遵循左对齐原则。

STS:输出状态指示引脚。转换开始时,STS 为高电平,并在转换过程中保持高电

平。转换完成后,STS返回到低电平。STS 可以作为状态信息被CPU查询;也可以在它的下降沿向CPU发出中断请求, 以通知A /D 转换已完成,同时CPU可以读出转换结果。

2.6.3 单片机AT89C51和AD574 的接口原理

AD574 和单片机系统的基本组成主要有单片机、A / D 转换器和计算机接口。其中单片机是系统的核心部分, 主机通过接口启动单片机工作, 以使CPU资源向其它请求开放。单片机发出控制信号以启动A /D 转换器进行采样, 然后将转换结果存入双端口SRAM[22]。当RAM中的数据达到一定数量时, 单片机向计算机发出中断请求。主机接到请求后进入中断服务程序,并向单片机发出命令,以决定是否继续采样,同时将SRAM内的数据读入内存。系统的硬件设计在连接上应主要考虑三总线(控制总线、地址总线、数据总线) 的连接。图2 所示是一个A/ D 转换器与单片机的AT89C51接口电路。其中,AD574 是1 个完全的单片式12位逐次比较型A /D 转换器, 它带有可以直接与8 位或16 位总线接口的三态缓冲器,因而不需要再加锁存器。由于AD574 片内自带高精度参考电压和时钟, 因此不需要外部电路和时钟就可全速工作, 是一种比较常用的中速A / D 转换芯片。AD574 完成1 次全12 位转换最多需要35μs ,适合于转换速率低于30kb /s 的应用领域。 AT89C51 单片机是MCS - 51的典型代表。由于该接口系统要求各路信号测量同步, 即同时启动各A / D 转换器进行转换[23]。因此, 8031必须完成同时启动、分别读出转换结果的任务。

现将AT89C51 的主要任务分述如下:

(1) 接收主机的采样命令。即利用P1. 7 口并采用查询方式等待主机发出采样命令, 当其为低电平时,启动采样过程。

(2) 启动采样。AT89C51 利用P2. 7 经过反相后控制AD574 的读出和启动转换控制线R / C , 并再经过与非门和反相器来控制片选线CS(低电平有效) 。当P2.7 为高电平时,所有AD574 都处于待启动状态, 即设定各AD 的启动地址均#FFFFH。 AT89C51 的WR、RD 经过与非门接到AD574 的使能端,任意有效信号都会使能AD。 (3) 读取并存储转换结果。所有AD 转换结束与否的判断均由P1 口的低4 位来进

行,当低4 位均为低电平时, 表示所有转换都已结束。需要对转换器分配地址,以逐一读出转换结果。进行读取操作时,地址应为对应存储器单元的操作地址, 因为存储器单元地址的末尾2 位数依次为00、01、10、11 , 因此,对单元操作也就是表示对相应编号的A / D 转换器进行了读操作。这种方式可以使系统所能操作的A /D 数达10 片之多。

(4) 向主机发出中断申请。在当前存储区满后,要向主机发出中断请求, 以向主机传送数据。因为每一存储区为1kB , 所以, 利用存储数据时, P2.2 的状态可以判断是否已被完全占用。在图2 中,由于AD574 片内有时钟,故无需外加时钟信号。该电路采用单极性输入方式, 可对0～10V或0～20V模拟信号进行转换。转换结果的高8位从D11～D4 输出,低4 位从D3～D0 输出,并且直接和单片机的数总线相连。转换遵循左对齐原则,D3～D0 应接单片机数据总线的高半字节。为了 实现启动A /D 转换和转换结果的读出, AD574 的片选信号CS 由地址总线的次低位A1( P0. 1) 提供, 在读写时,A1 应设置为低电平。AD574 的CE 信号由单片机的WR 和A7( P0. 7) 经一级或非门产生。R /C 则由RD 和A7 经一级或非门提供。可见在读写时,A7亦应为低电平。输出状态信号STS 接到P3. 2 端可供单片机查询判断A / D 转换是否结束。AD574 的A0由地址总线的最低位A0( P0. 0) 控制,可用于实现全12 位转换,并将12 位数据分两次送入数据总线。

图4.9 单片机AT89C51与AD574的接口图

2.6.4 存储器的选取

在数字化语音存储与回放的设计中可用AT29C040 Flash存储器来存储时间， AT29C040具有在线可擦写、非挥发性、信息保存可靠、存储容量大等优点，每片的容量为512K字节，它是国外最新产品，该产品的读写一般与RAM相同，由于89C51一般能寻址64K字节[24]。所以需要利用P1口进行地址扩宽，本系统中另加三根线（P1.1、P1.2、P1.3），作地址线用，使寻址空间扩展到512K字节，并分别采用分而管理方式分配内存，即在总线输出地址之前，先对外加的3根高位地址选页，然后在所选页中进行输入输出操作。AT29C040读取时间仅为70ns，单一+5V电源，双8k字节的引导区，内部程控定时器，硬件和软件数据保护功能，快速扇出程序周期10ms，低功耗：待机为100uA，启动工作为50mA，10000次擦写次数。输入输出全兼容CMOS和TTL电路[25]。

图4.10 AT29C040引脚如下

2.7 对数字化语音存储与回放系统的??f/f?/sin??f/fs?校正

首先对频域中的??f/fs?/sin??f/fs?函数进行分析, ??f/fs?/sin??f/fs?在频域30~4030H范围内的曲线如图所示。由图可见，它近似于阻带内增益变化极为缓慢近于恒定的高通滤波器。进一步分析可知，该曲线在频率很高处有大幅度的下降，故可用带通滤波器来拟合该曲线，由于受单片机数据运算处理能力

?0.5MPS?的限制，数字滤波不易实现，故这里采用硬件滤波，滤波电路如图所

示。

图4.11 函数分析图

图4.12 滤波电路

该滤波网络采用简单的无源滤波网络即可实现，图中C1、R1构成初始放大倍数近乎恒定的网络.观察到??f/fs?/??f/fs?在频率较高处有大幅度的衰减,故该网络还应满足在频率较高处的衰减特性，考虑到对于声音信号，过多的高频分量只能增加噪声，所以后接R2、截止频率设在3.4KHz?100Hz。 C2构成低通滤波器，该网络在频域由30Hz起，增益缓慢增大，到3.4kHz处幅频。

3程序设计：

单片机AT89C51通过片选方式读A/D转换数据、写数据存储器以及将数据送入D/A转换器。录音时AT89C51通过定时器T0控制采样频率。定时将A/D转换数据存入数据存储器中。放音时，单片机AT89C51通过定时器T0控制，定时的将数据从数据存储器中取出送往D/A转换器进行数摸转换。

图5.2 定时器1中断服务程序流程图

以 方 式 0 录 音 以 方 式 1 录 音 以 方 式 2 录 音 以 方 式 3 录 音 00H00H 00H 00H 读取定时器服务标志位 定时器1中断入口 HH 等待返回

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