基于凌陽spce061a單片機的語音存儲與回放系統(tǒng)設計

1、<p>　　基于單片機的數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)的設計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文介紹了一種基于凌陽單片機的語音存儲與回放系統(tǒng)，利用SPCE061A的語音特色，結合外部擴展的Flash ROM存儲器SPR4096，實現(xiàn)了語音存儲與回放。在語音存儲與回放的過程中，通過擴展的按鍵，可以實現(xiàn)語音的錄入、播放、播放下一段、

2、停止及刪除等功能，并擴展了六位七段數(shù)碼管進行實時顯示。</p><p>　　當今，計算機技術帶來了科研和生產(chǎn)的許多重大飛躍，微型計算機的應用已經(jīng)滲透到生產(chǎn)、生活的各個方面。單片微型計算機簡稱單片微機或單片機，又稱為微控制器。它體積小、價廉、功能強，適用范圍越來越寬。單片機在工業(yè)控制、自動檢測、智能儀器、家用電器等領域的應用尤其突出。</p><p>　　本課題以凌陽SPCE061A單片機為

3、主體，實現(xiàn)了語音的數(shù)字化存儲與回放，整個系統(tǒng)分為錄音、停止、和放音三種狀態(tài)，狀態(tài)的改變用按鍵K1\K2\K3控制。存儲器采用SPR4096，放大器采用NE5532，使用SPCE061A單片機自帶的LineIN輸入，性能良好的數(shù)字濾波器濾去音頻信號（300~3400）頻段以外的信號，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換將音頻信號轉(zhuǎn)換為電信號，采用SACM-A2000的壓縮算法，將壓縮后的數(shù)據(jù)存儲在SPR4096存儲器中。放音時再從SPR4096讀取數(shù)據(jù)，利用凌陽S

4、ACM庫提供的DVR函數(shù)進行錄放，數(shù)模轉(zhuǎn)換后經(jīng)過放大驅(qū)動喇叭。在8kHz的采樣頻率時，語音存儲時間可以達到10s以上，回放時語音失真小，音質(zhì)良好。軟硬件的結合使該系統(tǒng)有合理的結構，性能指標基本達到要求。</p><p>　　關鍵詞：SPCE061A SPR4096 數(shù)字濾波　壓縮編碼　語音</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p>

5、<p>　　Nowadays, computer science has brought about a lot of achievements in scientific research and in industry. The application of microcomputer has penetrated to all aspects of life and industry. Microcomputer is

6、 called singlechip for shot, or controller. Because of its small bulk, low price, strong function, the microcomputer is used more and more, especially in the industrial control, automatic detect, intelligent instrument,

7、apparatus and so on.</p><p>　　This task is based on the microcomputer SPCE061A of Sunplus. Digital memorization of voice and playback of voice are all realized in this system. All the system is composed of t

8、hree states: record, playback and halt. The keys K1\K2\K3 are in charge of the change of the states. SPR4096 is used as the data memorizer. The microcomputer SPCE061A offers micin input. Digital filter which performance

9、 is all right is used to wipe off the noise. Audio frequency single is switched to the electric single </p><p>　　Key words: SPCE061A ; SPR4096; digital filter; </p><p><b>　　0 引言</b&

10、gt;</p><p>　　隨著我國經(jīng)濟建設的發(fā)展，公安、鐵路、民航、金融等部門對語音記錄的需求不斷增長。把語音生成技術用于工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)、自動應答系統(tǒng)、多媒體查詢系統(tǒng)、智能化儀表、辦公自動化系統(tǒng)或家用電氣產(chǎn)品中，使它們具有語音輸出功能，使之能在適當?shù)臅r候用語音實時報告系統(tǒng)的工作狀態(tài)、警告信息、提示信息或相關的解釋說明等，無疑在提高人機通信能力、減少對錯誤處理的遺漏、提高系統(tǒng)性能、降低人們的工作強度等方面都有極大的

11、好處。</p><p>　　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)字化語音存儲與回放系統(tǒng)將完全可以替代它。</p><p>　　數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)的基本原理是對語音的錄音與放音的數(shù)字控制。</p><p>　　數(shù)字錄音系統(tǒng)是將現(xiàn)場的語音模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散的數(shù)字信號，然后存儲在一定的存儲介

12、質(zhì)上的一種錄音方式，它也是數(shù)字語音處理技術中常用的一種方式。采用數(shù)字錄音技術，有較高的效率和自動化程度，錄音時間也長，并可將信息長期保存于存儲介質(zhì)中，同時對語音信息進行編輯整理非常方便，可快速查找。</p><p>　　實現(xiàn)數(shù)字錄音系統(tǒng)可以采用PC機實現(xiàn)和嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)兩種方式。當使用PC機的時候，由于它的體積龐大，耗電高，造價也高，并且在某些情況下系統(tǒng)的穩(wěn)定性得不到保證所以用PC機來實現(xiàn)前述的各項功能和操作，就

13、受到了一定的限制。而嵌入式系統(tǒng)的體積小，供電方便，造價低，穩(wěn)定性也高，所以得到了廣泛的應用。</p><p>　　本文中設計的數(shù)字錄音系統(tǒng)，主要是要滿足以下幾個指標:</p><p>　?。?）較長的錄音時間，能滿足較長時間數(shù)字語音記錄的需要；</p><p>　?。?）大容量非易失數(shù)據(jù)的存儲器作為存儲媒介，可以保存語音文件和記錄；</p><p

14、>　?。?）靈活方便的控制方式，可以進行錄音、放音。</p><p>　　第一章 方案設計與論證</p><p>　　隨著我國經(jīng)濟建設的發(fā)展，公安、鐵路、民航、金融等部門對語音記錄的需求不斷增長。把語音生成技術用于工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)、自動應答系統(tǒng)、多媒體查詢系統(tǒng)、智能化儀表、辦公自動化系統(tǒng)或家用電氣產(chǎn)品中，使它們具有語音輸出功能，使之能在適當?shù)臅r候用語音實時報告系統(tǒng)的工作狀態(tài)、警告信息、

15、提示信息或相關的解釋說明等，無疑在提高人機通信能力、減少對錯誤處理的遺漏、提高系統(tǒng)性能、降低人們的工作強度等方面都有極大的好處。</p><p>　　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)字化語音存儲與回放系統(tǒng)將完全可以替代它。</p><p>　　數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)的基本原理是對語音的錄音與放音的數(shù)字控制。&

16、lt;/p><p>　　數(shù)字錄音系統(tǒng)是將現(xiàn)場的語音模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散的數(shù)字信號，然后存儲在一定的存儲介質(zhì)上的一種錄音方式，它也是數(shù)字語音處理技術中常用的一種方式。采用數(shù)字錄音技術，有較高的效率和自動化程度，錄音時間也長，并可將信息長期保存于存儲介質(zhì)中，同時對語音信息進行編輯整理非常方便，可快速查找。</p><p>　　實現(xiàn)數(shù)字錄音系統(tǒng)可以采用PC機實現(xiàn)和嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)兩種方式。當使用PC機的

17、時候，由于它的體積龐大，耗電高，造價也高，并且在某些情況下系統(tǒng)的穩(wěn)定性得不到保證所以用PC機來實現(xiàn)前述的各項功能和操作，就受到了一定的限制。而嵌入式系統(tǒng)的體積小，供電方便，造價低，穩(wěn)定性也高，所以得到了廣泛的應用。</p><p>　　本文中設計的數(shù)字錄音系統(tǒng)，主要是要滿足以下幾個指標:</p><p>　　（1）較長的錄音時間，能滿足較長時間數(shù)字語音記錄的需要；</p>&

18、lt;p>　　（2）大容量非易失數(shù)據(jù)的存儲器作為存儲媒介，可以保存語音文件和記錄；</p><p>　?。?）靈活方便的控制方式，可以進行錄音</p><p>　　隨著單片機功能集成化的發(fā)展，其應用領域也逐漸地由傳統(tǒng)的控制，擴展為控制處理、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)字信號處理（DSP，Digital Signal Processing）等領域。凌陽的16位單片機就是為適應這種發(fā)展而設計的。它的C

19、PU內(nèi)核采用凌陽最新推出的µ’nSP?（Microcontroller and Signal Processor）16位微處理器芯片（以下簡稱µ’nSP?）。圍繞µ’nSP?所形成的16位µ’nSP?系列單片機（以下簡稱µ’nSP?家族）采用的是模塊式集成結構，它以µ’nSP?內(nèi)核為中心集成不同規(guī)模的ROM、RAM和功能豐富的各種外設接口部件。</p><p

20、>　　µ’nSP?內(nèi)核是一個通用的核結構。除此之外的其它功能模塊均為可選結構，亦即這種結構可大可小或可有可無。借助這種通用結構附加可選結構的積木式的構成，便可形成各種不同系列派生產(chǎn)品，以適合不同的應用場合。這樣做無疑會使每一種派生產(chǎn)品具有更強的功能和更低的成本。 </p><p>　　µ’nSP?家族有以下特點: </p><p>　　體積小、集成度高、可靠性好且

21、易于擴展</p><p>　　µ’nSP?家族把各功能部件模塊化地集成在一個芯片里，內(nèi)部采用總線結構，因而減少了各功能部件之間的連線，提高了其可靠性和抗干擾能力。另外，模塊化的結構易于系統(tǒng)擴展，以適應不同用戶的需求。 </p><p>　　具有較強的中斷處理能力 </p><p>　　µ’nSP?家族的中斷系統(tǒng)支持10個中斷向量及10余個中斷源，

22、適合實時應用領域。 </p><p><b>　　高性能價格比 </b></p><p>　　µ’nSP?家族片內(nèi)帶有高尋址能力的ROM、靜態(tài)RAM和多功能的I/O口。另外，nSP?的指令系統(tǒng)提供具有較高運算速度的16位×16位的乘法運算指令和內(nèi)積運算指令，為其應用增添了DSP功能，使得µ’nSP?家族運用在復雜的數(shù)字信號處理方面既很便利

23、，又比專用的DSP芯片廉價。 </p><p>　　功能強、效率高的指令系統(tǒng) </p><p>　　µ’nSP?指令系統(tǒng)的指令格式緊湊，執(zhí)行迅速,并且其指令結構提供了對高級語言的支持,這可以大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)時間。 </p><p><b>　　低功耗、低電壓 </b></p><p>　　µ’nSP

24、?家族采用CMOS制造工藝，同時增加了軟件激發(fā)的弱振方式、空閑方式和掉電方式，極大地降低了其功耗。另外，µ’nSP?家族的工作電壓范圍大，能在低電壓供電時正常工作，且能用電池供電。這對于其在野外作業(yè)等領域中的應用具有特殊的意義。</p><p>　　第二章 硬件電路設計</p><p>　　本系統(tǒng)以SPCE061A作為整個系統(tǒng)的主控制板，使用SPCE061A單片機自帶的Line

25、IN輸入，濾除噪聲后模數(shù)轉(zhuǎn)換，將ADC的結果進行數(shù)字濾波，然后存放在存儲器SPR4096中，播放時從SPR4096中讀取數(shù)據(jù)，直接送到SPCE061A自帶的DAC進行播放。這種設計方案硬件電路非常簡單，很多都是61板自帶的集成模塊，可以很好的減少或避免來自系統(tǒng)內(nèi)部的干擾。整個錄放過程的原理框圖如圖2-1</p><p><b>　　圖2-1 原理框圖</b></p><p

26、>　　本章將具體介紹各部分電路原理及其功能。</p><p>　　2.1 61板電路原理圖</p><p>　　本設計的硬件核心是61板，是整個系統(tǒng)的主控制器，首先來介紹61板的原理。</p><p>　　61板的原理圖如圖2-2</p><p>　　圖2-2 61板原理圖</p><p><b>　　

27、2.2 音頻電路</b></p><p>　　音頻電路由麥克風電路以及音頻輸出電路組成。</p><p>　　2.2.1 音頻電路---麥克風輸入電路</p><p>　　麥克風電路主要作用是將聲音信號便成電信號。圖2-3 是麥克風輸入電路，這部分電路需要外接。</p><p>　　SPCE061A的VMIC輸出為3.3V，正好為

28、麥克風的電源。VMIC經(jīng)R1和R3為麥克風提供3.3V的工作電壓，麥克風輸出信號經(jīng)C4和C5隔直后送到放大電路。放大電路的運放曾考慮過LM324和NE5532,最終選擇了NE5532，原因是考慮到輸入失調(diào)電壓，LM324典型值是1.5mV,NE5532的典型值為0.5Mv,采用LM324的話，可能會導致輸入失調(diào)電壓把輸入的信號“吃掉”。因為SPCE061A的AD測量范圍是0~VDD，所以要把交流信號進行一個電壓偏移，使之不出現(xiàn)負電平，電

29、壓偏移是在信號線加直流偏置電壓實現(xiàn)的，具體說，是把VCM(這是SPCE061A的ADC參考電壓輸出腳，系統(tǒng)正常工作是輸出1.6V)經(jīng)R2和R5\R6后接到信號線上.放大電路的增益為R10與R8的比值，調(diào)整R10可以改變電路的增益。實驗證明，當R10調(diào)為100K時，效果比較好。R4是為了保證NE5532的RP=RN,所以，R4=R10.</p><p>　　圖2-3 麥克風輸入電路</p><p

30、>　　2.2.2 音頻電路---DAC放大電路</p><p>　　圖3-4 是DAC輸出放大電路，它是61板提供的現(xiàn)成的功能模塊，可以直接使用，不需要外接。這使得電路設計簡單。</p><p>　　圖2-4 DAC 放大電路</p><p>　　電路中SPY0030的放大倍數(shù)被固定為20倍。音量的大小可以通過電位器R9調(diào)整。 SPY0030也是凌陽公司的產(chǎn)品

31、。它的詳細說明可以參見凌陽公司的SPY0030 data sheet。和LM386相比，SPY0030還是比較有優(yōu)勢的，比如LM386工作電壓需在4V以上, SPY0030僅需2.4V即可工作(兩顆電池即可工作)；LM386輸出功率100mW以下, SPY0030約700mW。</p><p><b>　　2.3 鍵盤電路</b></p><p>　　鍵盤電路如圖2-

32、5所示：該電路在61A板上也是現(xiàn)成的。</p><p>　　K1 --------------錄音</p><p>　　K2 --------------停止</p><p>　　K3 --------------放音</p><p><b>　　圖2-5 鍵盤電路</b></p><p><

33、;b>　　2.4 復位電路</b></p><p>　　復位是對“61板”內(nèi)部的硬件初始化，“61板”本身具有上電復位功能，即只要一通電就自動復位；另外，還具有外部復位電路，即在引腳6上外加一個低電平就可令其復位。如下圖2-6中的REST按鍵。</p><p><b>　　圖2-6 復位電路</b></p><p>　　2.5

34、 PROBEG和EZ-PROBE接口</p><p>　　61板結構方框圖中的J4為PROBE的接口，PROBE一端接PC機25針并口，一端連接它來調(diào)試、仿真和下載程序的。這樣，就不需要再用仿真器和編程器了，只需按照要求將其連接好，就可以通過它在PC機上調(diào)試程序，并且在線仿真，最后將程序下載到芯片中，即完成了程序的燒寫。􀂾方框圖中的J11是EZ-PROBE的接口，下載線一端連接PC機的25pin

35、并口，另外一端接61板的5pin EZ-PROBE接口。</p><p>　　2.6 SPCE061A單片機概述 </p><p>　　SPCE061A是繼µ’nSP系列產(chǎn)品SPCE500A等之后凌陽科技推出的又一個16位結構的微控制器。目前有兩種封裝形式：84引腳的PLCC84封裝和80引腳的LQFP80貼片封裝。 主要性能是： </p><p>　　&

36、#183;16位µ’nSP微處理器;CPU時鐘：32768Hz~49.152MHz ；</p><p>　　·工作電壓：VDD為2.4~3.6V(cpu), VDDH為2.4~5.5V(I/O)； </p><p>　　·可編程音頻處理； </p><p>　　·內(nèi)置2K字SRAM、內(nèi)置32K FLASH；</p>

37、<p>　　·32位通用可編程輸入/輸出端口； </p><p>　　·2個16位可編程定時器/計數(shù)器(可自動預置初始計數(shù)值)； </p><p>　　·32768Hz實時時鐘，鎖相環(huán)PLL振蕩器提供系統(tǒng)時鐘信號；</p><p>　　·2個10位DAC(數(shù)-模轉(zhuǎn)換)輸出通道； </p><p

38、>　　·7通道10位電壓模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道語音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器； </p><p>　　·16系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時鐘處于停止狀態(tài))耗電小于2µA@3.6V； </p><p>　　·14個中斷源：定時器A / B，2個外部時鐘源輸入， </p><p>　　·聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風放大器自

39、動增益控制(AGC)功能；</p><p>　　·具備觸鍵喚醒的功能； </p><p>　　·使用凌陽音頻編碼SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容納210秒的語音數(shù)據(jù)； </p><p>　　·具備異步、同步串行設備接口； </p><p>　　·具有低電壓復位(LVR)功能和低電壓監(jiān)測(L

40、VD)功能； </p><p><b>　　·具有保密能力； </b></p><p>　　·具有WatchDog功能（由具體型號決定）</p><p>　　·內(nèi)置在線仿真電路接口ICE（In- Circuit Emulator）；</p><p>　　2.6.1 結構概覽 </p&g

41、t;<p>　　SPCE061A的結構如圖2-7所示：</p><p>　　圖2-7 SPCE061A結構圖 </p><p>　　2.6.2 芯片的引腳排列和說明 </p><p>　　SPCE061A有兩種封裝形式，一種為84個引腳的PLCC84封裝形式；61A PLCC84實物圖如1-2,引腳排列如圖1-3；另一種為80個引腳，如圖1-4所示。&

42、lt;/p><p>　　圖 2-8 SPCE061A PLCC84 </p><p>　　圖2-9 SPCE061A PLCC84引腳排列 圖2-10 SPEC061A LQFP80 引腳排列</p><p>　　2.6.3 芯片特性</p><p>　　SPCE061A系統(tǒng)參數(shù)特性如下所示：</p&

43、gt;<p>　　各引腳特性介紹如下：</p><p>　　IOA0-IOA15(41-48,53,54-60腳)：I/O口A，共16個。</p><p>　　IOB0-IOB15(5-1,81-76,68-64腳)：I/O口B，共16個。</p><p>　　OSC31I(13腳)：振蕩器輸入。在石英晶振模式下，是石英元件的一個輸入腳。</p&

44、gt;<p>　　OSC32O(12腳)：振蕩器輸出。在石英晶振模式下，是石英元件的一個輸出腳。</p><p>　　XRESB(6腳)：復位輸入。若這個腳輸入低電平，會使控制器被重置復位。</p><p>　　XICE(16腳)：ICE使能端，接在線調(diào)試器PROBE的使能腳ICE_EN。</p><p>　　XICECLK(17腳)：ICE時鐘腳，接

45、在線調(diào)試器PROBE的時鐘腳ICE_SCK。</p><p>　　XICESDA(18腳)：ICE數(shù)據(jù)腳，接在線調(diào)試器PROBE的數(shù)據(jù)腳ICE_SDA。</p><p>　　PVIN(20腳)：程序保密設定腳。接GRD。</p><p>　　PRUSE(29腳)：程序保密設定腳。接+5V。</p><p>　　DAC1(21腳)：音頻輸出通道

46、1。</p><p>　　DAC2(22腳)：音頻輸出通道2。</p><p>　　VRES2(23腳)：2V參考電壓輸出腳。</p><p>　　AGC(25腳)：語音輸入自動控制引腳。</p><p>　　OPI(26腳)：Microphone的第二運放輸入腳。</p><p>　　MICOUT(27腳)：Micr

47、ophone的第一運放輸出腳。</p><p>　　MICN(28腳)：Microphone的負向輸入腳。</p><p>　　MICP(33腳)：Microphone的正向輸入腳。</p><p>　　VRTPAD(35腳)：A/D轉(zhuǎn)換外部參考電壓輸入腳。它決定A/D轉(zhuǎn)換輸入電壓上限值。若該點輸入一個2.5V的參考電壓，則A/D轉(zhuǎn)換電壓輸入范圍為0-2.5V。（外

48、部A/D最高參考電壓<3.3V）。</p><p>　　VCM(34腳)：ADC參考電壓輸出腳。</p><p>　　VMIC（37腳）：Microphone電源。</p><p>　　XSLEEP(63腳)：睡眠狀態(tài)指示腳。當CPU進入睡眠狀態(tài)時，該腳輸出一個高電平。</p><p>　　VCP(8腳)：鎖相環(huán)壓控振蕩器的阻容輸入。&

49、lt;/p><p>　　XROMT、PVPP、XTEST（61、69、14腳）：出廠測試用引腳，懸空即可。</p><p>　　VDDH(51、52、75腳)：I/O點評參考。若該點輸入一個5V的參考電壓，則I/O輸入輸出高電平為5V。</p><p>　　VDD（7腳）：PLL鎖相環(huán)電源。</p><p>　　VSS（9腳）：鎖相環(huán)地。<

50、/p><p>　　Vss（19、24腳）：模擬地。</p><p>　　VSS(38、49、50、62腳)：數(shù)字地。</p><p>　　VDD（15腳、36腳）：數(shù)字電源。</p><p>　　第三章 61板組成及自檢</p><p><b>　　3.1 61板組成</b></p>

51、<p><b>　　3.1.1 概述</b></p><p>　　目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上的各種儀表控制，計算機的網(wǎng)絡通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不

52、用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此單片機的學習、開發(fā)與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師?！　±?1單片機進行開發(fā)時，硬體開發(fā)系統(tǒng)要求很多，如仿真器、燒錄器、開發(fā)板等。軟體開發(fā)工具有富蘭克林、Keil51等。61板是SPCE061A的硬體開發(fā)系統(tǒng)，用戶只采用61板就可以進行開發(fā)，與61板配套的軟體開發(fā)工具名稱為凌陽十六位單片機集成開發(fā)環(huán)境（unSP IDE）,凌陽大學計劃網(wǎng)站提供開發(fā)環(huán)境的免費下載

53、和升級?！　?quot;61板"是以16位單片機SPCE061A為核心的精簡開發(fā)－仿真－實驗板，大小相當于一頁撲克牌，是"凌陽大學計劃"專為大學生、電子愛好者等進行電子實習、課程設計、畢業(yè)設計、電子制作及電子競賽所設計的,也可作為單片機項目初期研發(fā)使</p><p>　　3.1.2 61板的結構 </p><p>　　61板的實物結構圖如圖3-1 所示&l

54、t;/p><p>　　圖3-1 61板實物圖</p><p><b>　　表3-1 框圖說明</b></p><p>　　3.1.3 61板組成及作用</p><p>　　61板結構如圖3-2所示 </p><p>　　圖3-2 61板組成結構</p><p>　?。ㄒ唬?/p>

55、輸入/輸出（I/O）接口　　"61板"將SPCE061A的32個I/O口全部引出：IOA0~IOA15，IOB0~IOB15，對應的引腳為：A口，41～48、53、54～60；B口，5～1、81～76、68～64。而且該I/O口是可編程的，即可以設置為輸入或輸出：　　設置為輸入時，分為懸浮輸入或非懸浮輸入，非懸浮輸入又可以設置為上拉輸入或是下拉輸入；在5V情況下，上拉電阻為150K，下拉電阻為110K；設置為輸

56、出時，可以選擇同相輸出或者反相輸出。 （二）音頻輸入/輸出接口　　正如我們在前面介紹的"61板"具有強大的語音處理功能，如圖2所示,X1是語音的MIC輸入端，帶自動增益（AGC）控制，J12和J3都是語音輸出接口，一個是耳機插孔另一個是兩pin的插針外接喇叭，由DAC輸出引腳21或22經(jīng)語音集成放大器SPYOO30放大，然后輸出，SPY0030是凌陽的芯片，相當于LM386，但是比386音質(zhì)好，它可以工作在2.4

57、~6.0V范圍內(nèi)，最大輸出功率可達700mW（386必須工作在4V以上，而且功率只有100mW）。（三）在線調(diào)試器（PROBE）和EZ-PROBE接口</p><p>　　2、 DC5V穩(wěn)壓源供電用戶可以直接外接5V的直流穩(wěn)壓源供電，5V電壓再通過SPY0029穩(wěn)壓到3.3V?！　?、 DC3V供電用戶可以提供直流3.3V電壓為實驗板進行供電，此時整個板子只有3.3V電壓，I/O端口電壓此時只有一種選擇

58、。 　　 ※需要注意的是由于SPY0029最大輸出電流為50mA，所以如果需要外接一些模組時要先考慮一下是否合適。 （五）外部復位　　復位是對"61板"內(nèi)部的硬件初始化，"61板"本身具有上電復位功能，即只要一通電就自動復位，另外，還具有外部復位電路，即在引腳6上外加一個低電平就可令其復位。如圖3-2中的REST按鍵。</p><p><b>　　3.2 6

59、1板測試</b></p><p>　　主要測試部分 1、I/O口（A口作為輸入，B口作為輸出）； 2、睡眠功能（進入睡眠狀態(tài)，指示燈點亮）； 3、A/D轉(zhuǎn)換輸入（B口的低7位作為模擬電壓源輸出，對應A口的7個通道采樣轉(zhuǎn)換）； 4、MIC輸入及語音輸出（同時實現(xiàn)A/D和D/A轉(zhuǎn)換功能）。</p><p>　　3.2.1 測試

60、步驟</p><p>　　第一步、連接電源，可以用3V電池。 現(xiàn)象：當電源接通時，紅色的發(fā)光二極管會點亮。有語音提示：“歡迎進入自檢模式”，否則會聽到："I/O測試失敗"的警告，所以就要 進行第二步的操作； 第二步、用排線分別連接I/OA口的低8位和IOB口的低8位，IOA口的高8位和IOB口的高8位，然后按下REST復位鍵　　現(xiàn)象：當按下復位鍵后，語音提示"歡迎進入

61、自檢模式"，當聽到語音："I/O測試成功"后，進行第三步操作；第三步、按K1鍵進行睡眠功能測試　　現(xiàn)象：如果測試成功，綠色的發(fā)光二極管亮滅一下，有語音提示"睡眠測試成功"，否則提示"睡眠測試失敗"，然后進行第四步操作；第四步、按下K2鍵進行A/D轉(zhuǎn)換的測試　　現(xiàn)象：語音提示："A/D測試成功"，否則提示"A//D測試失敗"

62、;，進入最后一步操作；第五步、拔掉第一步測試時的連接線，并按下K3鍵測試MIC輸入及D/A轉(zhuǎn)換輸出是否正?！　‖F(xiàn)象：可以在MIC上輕輕的拍幾下，同時聽是否有聲音輸出，如果有聲音輸出，則說明MIC輸入和D/A轉(zhuǎn)換輸出部分正常。 ※ 以上操作，只有當I/O測試成功時，按鍵才會有效。</p><p>　　3.2.2 測試流程</p><p>　　系統(tǒng)的測試流程圖如圖3-3所示</p

63、><p>　　圖3-3 測試流程圖</p><p>　　第四章 軟件系統(tǒng)設計</p><p>　　4.1 音頻壓縮及算法</p><p>　　4.1.1 音頻的概述</p><p>　　我們所說的音頻是指頻率在20 Hz～20 kHz的聲音信號，分為：波形聲音、語音和音樂三種，其中波形聲音就是自然界中所有的聲音，是聲音數(shù)

64、字化的基礎。語音也可以表示為波形聲音，但波形聲音表示不出語言、語音學的內(nèi)涵。語音是對講話聲音的一次抽象。是語言的載體，是人類社會特有的一種信息系統(tǒng)，是社會交際工具的符號。音樂與語音相比更規(guī)范一些，是符號化了的聲音。但音樂不能對所有的聲音進行符號化。樂譜是符號化聲音的符號組，表示比單個符號更復雜的聲音信息內(nèi)容。</p><p>　　4.1.2 數(shù)字音頻的采樣和量化 </p><p>　　將模

65、擬的（連續(xù)的）聲音波形數(shù)字元化（離散化），以便利數(shù)字計算機進行處理的過程，主要包括采樣和量化兩個方面。 </p><p>　　數(shù)字音頻的質(zhì)量取決于：采樣頻率和量化位數(shù)這兩個重要參數(shù)。此外，聲道的數(shù)目、相應的音頻設備也是影響音頻質(zhì)量的原因。 </p><p>　　4.1.3 語音壓縮編碼基礎 </p><p>　　語音壓縮編碼中的數(shù)據(jù)量是指：數(shù)據(jù)量=(采樣頻率

66、5;量化位數(shù))/8(字節(jié)數(shù)) ×聲道數(shù)目。 </p><p>　　壓縮編碼的目的：通過對資料的壓縮，達到高效率存儲和轉(zhuǎn)換資料的結果，即在保證一定聲音質(zhì)量的條件下，以最小的資料率來表達和傳送聲音信息。 </p><p>　　壓縮編碼的必要性：實際應用中，未經(jīng)壓縮編碼的音頻資料量很大，進行傳輸或存儲是不現(xiàn)實的。 所以要通過對信號趨勢的預測和冗余信息處理，進行資料的壓縮，這樣就可以使我

67、們用較少的資源建立更多的信息。 </p><p>　　舉個例子，沒有壓縮過的CD品質(zhì)的資料，一分鐘的內(nèi)容需要11MB的內(nèi)存容量來存儲。如果將原始資料進行壓縮處理，在確保聲音品質(zhì)不失真的前提下，將數(shù)據(jù)壓縮一半，5.5MB就可以完全還原效果。而在實際操作中，可以依需要來選擇合適的算法。常用的是SACM_A2000和SACM_S480兩種放音算法 </p><p>　　4.2 A2000鍵控語音

68、模塊</p><p>　　本部分模塊設計的總體思路是把整個系統(tǒng)分為錄音、停止和放音三種狀態(tài)，狀態(tài)的改變用按鍵K1\K2\K3控制。錄放音都放在中斷服務程序里處理，主程序只處理鍵盤事件。主程序先對系統(tǒng)進行初始化，然后只處理鍵盤事件，判斷按鍵值，并據(jù)此設置相應的系統(tǒng)狀態(tài)。中斷服務程序是通過定時器中斷進入的。在中斷服務程序中，先判斷系統(tǒng)當前狀態(tài)，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)進行相應操作。如果是錄音狀態(tài)，就去取ADC結果進行數(shù)字濾波，把

69、濾波結果保存到SPR4096中，最后清中斷標志退出中斷服務；如果是放音狀態(tài)，就從SPR4096中讀出數(shù)據(jù)，進行DAC，最后清中斷標志退出中斷服務；如果是停止狀態(tài)，就不進行其它操作，直接清中斷標志就退出中斷服務程序。 </p><p>　　4.2.1鍵控語音函數(shù)及說明</p><p>　　通過鍵盤掃描，鍵值確定，根據(jù)不同的鍵值，做出語音播放的不同處理。 </p><p&g

70、t;　　使用相關語音函數(shù)說明： 語音函數(shù)，來自于sacmv25.lib </p><p><b>　　1）</b></p><p>　　【API格式】void SACM_A2000_ServiceLoop(void) </p><p>　　【功能說明】從資源中獲取SACM_A2000語音資料，并將其填入譯碼隊列中。 </p>&l

71、t;p><b>　　【參 數(shù)】無。</b></p><p><b>　　【返 回 值】無。</b></p><p><b>　　2） </b></p><p>　　【API格式】void SACM_A2000_Initial(int Init_Index) </p><p&g

72、t;　　【功能說明】SACM_A2000語音播放之前的初始化。 </p><p>　　【參 數(shù)】Init_Index=0 表示手動方式；Init_Index=1 則表示自動式。 </p><p><b>　　【返 回 值】無 </b></p><p>　　【備 注】該函數(shù)用于對定時器、中斷和DAC等的初始化</p><p&g

73、t;<b>　　3) </b></p><p>　　【API格式】void SACM_A2000_Play(int Speech_Index, int Channel, int Ramp_Set)；</p><p>　　【功能說明】播放資源中SACM_A2000語音或樂曲。 </p><p>　　【參 數(shù)】Speech _Index:表示語音

74、索引號。 </p><p>　　Channel： 1.通過DAC1通道播放； </p><p>　　2.通過DAC2通道播放； </p><p>　　3.通過DAC1和DAC2雙通道播放。</p><p>　　Ramp_Set： 0.禁止音量增/減調(diào)節(jié)； </p><p>　　僅允許音量增調(diào)節(jié)； </p>

75、<p><b>　　僅允許音量減調(diào)節(jié)；</b></p><p>　　允許音量增/減調(diào)節(jié)。</p><p><b>　　4） </b></p><p>　　【API格式】unsigned int SP_GetCh(void)； </p><p>　　【功能說明】獲取按鍵值。 </p&

76、gt;<p><b>　　【參 數(shù)】無。 </b></p><p>　　【返 回 值】按鍵值 </p><p><b>　　5） </b></p><p>　　【API格式】unsigned int SACM_A2000_Status(void)； </p><p>　　【功能說明】獲

77、取SACM_A2000語音播放的狀態(tài)。 </p><p><b>　　【參 數(shù)】無。 </b></p><p>　　【返 回 值】當R1的bit0=0，表示語音播放結束；bit0=1，表示語音在播放中。 </p><p>　　相關按鍵函數(shù)：來自key.asm文件</p><p><b>　　6） </b&

78、gt;</p><p>　　【API格式】void System_ServiceLoop (void)； </p><p>　　【功能說明】鍵盤掃描與按鍵去抖。 </p><p><b>　　【參 數(shù)】無。 </b></p><p><b>　　【返 回 值】無 </b></p>&l

79、t;p><b>　　7） </b></p><p>　　【API格式】void System_Initial (void)； </p><p>　　【功能說明】鍵盤初始化 </p><p><b>　　【參 數(shù)】無。 </b></p><p><b>　　【返 回 值】無 </

80、b></p><p>　　4.2.2 主程序流程圖及說明 </p><p>　　說明：本程序流程主要通過對按鍵掃描、鍵值確定后，決定語音是播放、停止、暫停。 主程序流程圖如圖4-1： ? </p><p>　　圖4-1 主程序流程圖</p><p>　　4.3 SACM-DVR 錄放</p><p>　　SACM

81、-DVR具有錄音和放音功能，并采用SACM_A2000的算法，錄音時采用16K資料率及8K采樣率獲取語音資源，經(jīng)過SACM_A2000壓縮后存儲在擴展的SRAM 628128A里，錄滿音后自動開始放音。其相關API函數(shù)如下所示：int SACM_DVR_Initial(int Init_Index) //初始化void SACM_DVR_ServiceLoop(void) //獲取資料，填入譯碼隊列void SACM_DVR_E

82、ncode(void) //錄音SACM_DVR_StopEncoder(); //停止編碼SACM_DVR_InitEncoder(RceMonitorOn) //初始化解碼器void SACM_DVR_Stop(void) //停止錄音void SACM_DVR_Play(void) //開始播放unsigned int SACM_DVR _Status(void) //獲取SACM_DVR模塊的狀態(tài)void SACM_

83、DVR _InitDecode(void) //開始譯碼void SACM_DVR _Decode(void)</p><p>　　2) 【API格式】C：void SACM_ DVR _Initial(int Init_Index) ASM：R1=[ Init_Index] Call F_ SACM_ DVR _Initial 【功能說明】SACM

84、_ DVR語音播放之前的初始化：設置中斷源、定時器以及播放方式（自動、 手動） 【參數(shù)】Init_Index=0 表示手動方式；Init_Index=1 則表示自動方式。 【返回值】無 【備注】 ① 對于SACM_DVR模塊，需要一些I/O口來連接外部的SRAM，用以存放錄音資料。 ② 錄放音的格式采用SACM_A2000。3）【API格式】C：void SACM_DVR _Stop(void

85、)； ASM：Call F_ SACM_DVR _Stop 【功能說明】以自動方式停止錄音。 【參數(shù)】無。 【返回值】無。</p><p>　　4）【API格式】C：void SACM_DVR_Encode(void)； ASM：Call F_ SACM_DVR_ Encode 【功能說明】開始以自動方式錄制聲音資料到外接SRAM中。

86、 【參數(shù)】無。 【返回值】無。 【備注】該函數(shù)僅適用于SACM_DVR模塊，且只有自動方式。5）【API格式】C：int SACM_DVR _Play(int Speech_Index, int Channel, int Ramp_Set)； ASM：Call SACM_DVR _Play 【功能說明】以自動方式播放外接SRAM中的錄音資料。 【參數(shù)】無 【返回值】無。

87、 【備注】該函數(shù)僅使用于自動方式下。6）【API格式】C：unsigned int SACM_DVR _Status(void)； ASM：Call F_ SACM_DVR _ Status [返回值]=R1 【功能說明】獲取SACM_DVR模塊的狀態(tài)。 【參數(shù)】無。 【返回</p><p>　　【備注】該函數(shù)僅使用于DVR的手動方式下。7） 【API格式

88、】C：void SACM_DVR_InitDecode(int Channel)； ASM：Call F_SACM_DVR_Decode 【功能說明】開始對SACM_DVR語音資料以非自動方式（編程控制）進行譯碼。 【參數(shù)】Channel=1，2，3；分別表示使用DAC1、DAC2信道以及DAC1和DAC2雙通 道 【返回值】無。 【備注】用戶只

89、能通過非自動方式對語音資料解壓縮。8） 【API格式】C：void SACM_DVR_Decode(void)； ASM ：Call F_ SACM_DVR_Decode 【功能說明】從語音隊列里獲取的SACM_DVR語音資料，并進行譯碼，然后通過 中斷服務子程序?qū)⑵渌腿隓AC通道播放。 【參數(shù)】無。 【返回值】無。 【備注】用戶

90、僅能通過非自動方式對語音資料進行譯碼。9) 【API格</p><p><b>　　4.4 數(shù)字濾波 </b></p><p>　　我們希望錄音得到的只是音頻信號，減少其它信號的干擾。因此，我們要進行濾波，濾去音頻信號（300～3400Hz）頻段以外的信號。 濾波可以用模擬的方法實現(xiàn)，也可以用數(shù)字的方法實現(xiàn)。模擬濾波一般采用RC電路組成無源濾波，或加上運放構成有源

91、濾波，不管用哪種方法，都需要增加硬件成本，而且，隨著階數(shù)的增加，模擬濾波器的調(diào)試將越來越困難。數(shù)字濾波的好處在于沒有硬件成本，當然，不包括因MCU的速度不夠而必須更換MCU引起的成本增加。另外，高階（比如100階）濾波器對模擬濾波器來說是很難想象的，而用數(shù)字濾波器就可以實現(xiàn)。 數(shù)字濾波器是對數(shù)字信號實現(xiàn)濾波的線性時不變系統(tǒng)。數(shù)字濾波的實質(zhì)是一種運算過程，實現(xiàn)對信號的運算處理。我們從信號和系統(tǒng)課程中知道，時域離散系統(tǒng)的頻域特性如下： Y(

92、ejw)=X(ejw)H(ejw),其中X(ejw), H(ejw)分別是數(shù)字濾波器的輸出序列和輸入序列的頻域特性，H(ejw)是數(shù)字濾波器的單位取樣響應的頻譜。。按照輸入信號頻譜的特點和處理信號的目的，適當選擇H(ejw)，使得濾波后的X(ejw)H(ejw)滿足設計的要求，這就是數(shù)字濾波器的濾波原理。</p><p>　　的選擇很關鍵，它決定了濾波器的性能。單片機一般適合做定點運算，而一般都是小數(shù)，所以要對進

93、行定點處理，這是一個很麻煩的過程。 </p><p>　　濾波運算要進行乘累加的運算，一般MCU速度不夠的話是無法進行的。SPCE061A可以工作在49MHz，更重要的是，它提供了一個16×16的硬件乘法器，它的乘累加指令正好可以用來實現(xiàn)濾波運算。 </p><p>　　µ’nSP乘法累加求和指令（Muls）之格式如下：</p><p>　　MR

94、 = [Rd] * [Rs] ，ss，n；</p><p>　　MR = [Rd] * [Rs] ，us，n； </p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　MR為用于累加的寄存器對，由R3、R4充當；</p><p>　　Rd為目標寄存器，在此用于采樣數(shù)據(jù)指針； </p><p&

95、gt;　　Rs為源寄存器，在此用于系數(shù)寄存器指針；</p><p>　　n為參加濾波運算的采樣樣本數(shù)目； </p><p>　　ss為有符號數(shù)相乘的設定，缺省設定即為此；</p><p>　　us為無符號數(shù)相乘的設定。 </p><p>　　假設參加濾波的采樣樣本數(shù)為4，且由采樣數(shù)據(jù)指針R1和系數(shù)寄存器指針R2分別指向的存儲器內(nèi)容在執(zhí)行Mul

96、指令前后的情況如下圖所示。</p><p>　　當執(zhí)行了指令MR = [R1] * [R2]，4以后，會產(chǎn)生如下一些動作：</p><p>　　累加器MR清零后進行MAC計算：</p><p>　　MR = C1* Xn-1 + C2* Xn-2 + C3* Xn-3 + C4* Xn-4； 且指針向右移動了n（n=4）個字的位置。 </p><

97、p>　　２）值得注意的是，指針R1指向的存儲器的內(nèi)容（采樣數(shù)據(jù)樣本）向前移動了一個字的位置。其意義在于當采樣新的數(shù)據(jù)樣本（Xn）時，可將Xn依序存放在Xn-1之后，而最舊的數(shù)據(jù)樣本（Xn-4）會被次舊的數(shù)據(jù)樣本（Xn-3）取代。 Muls指令只占一個字（即16位）的存儲空間且指令執(zhí)行的時間為（10n+6）個時鐘周期，具體到本例是10*4+6=46個時鐘周期。</p><p><b>　　第五章

98、總結</b></p><p>　　本課題通過61板及其相關實驗設備較好的實現(xiàn)了語音存儲與回放。與傳統(tǒng)方法相比，是一種簡便有效的方法。本文介紹了用凌陽16位單片機SPCE061A實現(xiàn)數(shù)字化語音存儲與回放的全過程。采用了基于SPCE061A的LineIN錄音，并采用SACM-A2000的壓縮算法，利用凌陽SACM庫提供的DVR函數(shù)進行錄放，系統(tǒng)采用了性能良好的數(shù)字濾波，有效的濾出了背景噪聲，減少了失真。采

99、樣頻率為8KHZ時，語音存儲時間≥10秒，回放語音質(zhì)量良好，基本無失真。 </p><p>　　因時間關系，系統(tǒng)電路的整體設計方案還有待改進，部分電路性能不理想。例如，放大部分電路都是作為理想放大器來處理。其次，語音存儲時間比較短，存儲器利用率不高，沒有實現(xiàn)自動音量的控制，系統(tǒng)的抗噪聲性能還有待于進一步增強。</p><p><b>　　參考文獻</b></p&

100、gt;<p>　　[1]李曉白.凌陽16位單片機C語言開發(fā)[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.</p><p>　　[2]羅亞非.凌陽16位單片機應用基礎[M]. 北京：北京航空航天大學出版社，2003.</p><p>　　[3]薛鈞義.凌陽十六位單片機原理及應用[M].北京：北京航天航空大學出版社，2003. </p><p>　　[

101、4]謝自美.電子線路設計實驗測試[M].湖北：華中科技大學出版社，2006.</p><p>　　[5]馬忠梅.單片機的C語言應用程序設計[M].北京：北京航空航天大學出版社，2003.</p><p>　　[6]邱關源.電路[M].北京：高等教育出版社，2003.</p><p>　　[7]康華光.電子線路基礎(模擬部分)[M].北京：高等教育出版社，1999.&

102、lt;/p><p>　　[8]曹漢房.數(shù)字電路與邏輯設計[M].湖北：華中科技大學出版社，2004</p><p>　　[9]何立民.單片機應用技術選編[M].北京：北京航空航天大學出版社，1997.</p><p>　　[10]李光飛.李良兒.單片機C程序設計[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004.</p><p>　　[11]胡乾斌.

103、李光斌.單片微型計算機原理和應用[M].湖北：華中科技大學出版社，2001.</p><p><b>　　附 錄</b></p><p>　　附錄1.數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)主程序 </p><p>　　// 功能描述: 通過按鍵K1\K2\K3來實現(xiàn)語音的存儲與回放.</p><p>　　當K1鍵按下時，開始錄

104、音：當K2鍵按下時，停止錄音；當K3鍵按下時，開始播放存儲的錄音</p><p>　　主程序先對系統(tǒng)進行初始化，然后只處理鍵盤事件，判斷按鍵值，并據(jù)此設置相應的系統(tǒng)狀態(tài)。中斷服務程序是通過定時器中斷進入的。在中斷服務程序中，先判斷系統(tǒng)當前狀態(tài)，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)進行相應操作。如果是錄音狀態(tài)，就去取ADC結果進行數(shù)字濾波，把濾波結果保存到SPR4096中，最后清中斷標志退出中斷服務；如果是放音狀態(tài)，就從SPR4096中讀

105、出數(shù)據(jù)，進行DAC，最后清中斷標志退出中斷服務；如果是停止狀態(tài)，就不進行其它操作，直接清中斷標志就退出中斷服務程序。 </p><p>　　// main.c</p><p>　　//isr.asm/key.asm/sram.asm/Flash.asm/system.asm</p><p>　　// hardware.asm/Resource.

106、asm</p><p>　　//Resource.h/Resource.inc</p><p>　　#include "dvr.h"</p><p>　　#include "hardware.h"</p><p>　　#define sector 0xa000</p><

107、p>　　#define C_flashSize 0xf000</p><p>　　#defineStop0</p><p>　　#defineRecord1</p><p>　　#define DAC22</p><p>　　#defineEmpty2</p><p>

108、　　#define Play2</p><p>　　#defineFull1</p><p>　　#defineDAC11</p><p>　　#defineRceMonitorOff0</p><p>　　#defineRceMonitorOn1</p><p>　　#def

109、ine Manual0</p><p>　　#defineAuto1</p><p>　　unsigned int Addr, Save_Addr;</p><p>　　unsigned int Ret;</p><p>　　unsigned int Status;</p><p>　　unsigned

110、int Key;</p><p><b>　　main()</b></p><p>　　int main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　System_Initial();</p><p>　　SACM_DVR_Initial(Manual)

111、;</p><p>　　Status = Stop;</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　Key = SP_GetCh();</p><p>　　switch(Key)</p

112、><p><b>　　{</b></p><p>　　case 0x0001://KEY1</p><p>　　//**********************錄音(record)***********************//</p><p>　　//******************************

113、***************************//</p><p>　　for(Addr=sector;Addr<0xf000;Addr+=256)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　Clear_WatchDog();</p><p>　　F_FlashE