多功能復讀機畢業(yè)論文.doc

多功能復讀機的設計與實現摘要1摘要本次畢業(yè)設計的主要目的是設計并制作一個具有錄音、放音、計時、語音播報和數碼管顯示的多功能復讀機。設計階段主要完成了以下功能模塊：提示語音模塊：接通電源后自動播放一段音樂和錄制的提示語音；倒計時模塊：按下錄音鍵，LED鍵盤模組的第6個數碼管進行倒計時，依次顯示3、2、1，間隔為一秒鐘；錄音與計時模塊：倒計時完成（即1消失后），操作者可利用麥克風進行語音錄入，同時，計數器開始計時，此時間為錄音的時長；語音播報與顯示模塊：按下停止鍵，錄音停止，并語音播報錄音的時長，并在數碼管上顯示錄音的時長；放音模塊：按下回放鍵可以回放剛才的錄音。該復讀機在功能上有所更新，除了具備基本的錄音、放音功能外，還能播放音樂和提示語音，計時器可記錄錄音的時長，并利用外接的LED鍵盤模組進行顯示，倒計時功能能夠提醒用戶適當的錄音時刻，解決了一按錄音鍵就開始錄音而導致聲音無法完全錄入的問題。本次畢業(yè)設計選用凌陽SPCE061A單片機，SPCE061A的語音處理功能是由凌陽公司自行開發(fā)的具有音頻編解碼及各種語音壓縮算法實現的。其CPU內核采用凌陽推出的nSP（MicrocontrollerandSignalProcessor）16位微處理器芯片。凌陽單片機可以做控制，也可以完成數據信息的處理，尤其是語音識別上，有自己的特色。各種算法相應的程序模塊存放在語音算法庫SCAM-LIB中,使用時只需調用相應的模塊就可方便地實現語音合成、語音播放、錄音、識別等功能。凌陽單片機還采用了SOC理念，一顆芯片就是一個系統(tǒng)，把傳統(tǒng)單片機學要擴展的AD、DA、存儲器等器件都做到了芯片內部，方便了單片機的學習和項目開發(fā)。關鍵字：凌陽16位單片機、復讀機、計時、語音播報、數碼顯示。多功能復讀機的設計與實現目錄2目錄摘要.1目錄.2第一章引言.3第二章概要設計.42.1設計要求.42.2需求分析.42.3可行性報告.42.4凌陽單片機簡介.52.5語音壓縮.62.5.1壓縮分類.62.5.2凌陽常用的音頻形式和壓縮算法.62.5.3壓縮工具.7第三章詳細設計.83.1硬件設計.83.1.1Protel99SE簡介.83.1.2電路原理圖設計.83.2PCB布局布線規(guī)則.133.3印制電路板設計主要事項.143.4電路板焊接.143.5LED模組介紹.163.6軟件設計.183.6.1C語言簡介.183.6.2凌陽nSP匯編語言.183.7凌陽unSPIDE184集成開發(fā)環(huán)境簡介.193.8程序設計.213.8.1主程序模塊.213.8.2語音提示.223.8.3倒計時.253.8.4錄音計時和時長播報.263.8.5錄音時長顯示.273.8.6附加功能.283.8.7程序下載.28總結.30致謝.31參考文獻.32附錄.33第一章引言3第一章引言單片微型計算機又稱單片微控制器，是微型計算機發(fā)展中的一個重要分支，其發(fā)展十分迅速。單片機由于具有高可靠性、集成度高、價格低廉和容易產品化等特點，因此在智能儀器儀表、醫(yī)療器械、工業(yè)實時控制、智能終端、通信設備汽車和家用電器等領域得到了廣泛的應用。集成化性能的發(fā)展越來越明顯的競爭優(yōu)勢也成為諸多商家眼中不可錯失的商機。其中，凌陽科技有限公司推出的凌陽十六位單片機unSP以迅雷不及掩耳的速度占據了廣闊的市場。其應用領域也逐漸由傳統(tǒng)的控制，擴展為控制處理、數據處理及數字信號處理（DSP,DigitalSignalProcessing）等領域。該單片機采用現代電子技術片上系統(tǒng)SOC（systemonachip）技術設計而成，內部集成有ADC、DAC、PLL、AGC、DTMF、LCDDRIVER等電路。采用精簡指令集（RISC），指令周期均以CPU時鐘數為單位。此外內置有16位硬件乘法器和加法器，并配有DSP擁有的特殊指令，大大的加快了各種演算法的運行速度。根據本次畢業(yè)設計的要求，我們選擇了凌陽公司的SPCE061A單片機，它在語音播放和語音識別方面很有特色。它主要包括輸入/輸出端口，定時器/計數器，數/模轉換，模/數轉換，串行設備輸入輸出，通用形串行接口，低電壓監(jiān)測和復位等部分，并且內置在線仿真電路ICE接口，較高的處理速度其能夠快速的處理復雜的數字信號。而且它的體積小，采用電池供電，方便隨身攜帶。本論文主要介紹了如何用C語言、凌陽匯編語言編程實現多功能復讀機以及在調試過程中遇到的問題和解決方案。第二章概要設計4第二章概要設計2.1設計要求（1）接通電源后自動播放一段音樂和自己錄制的提示語音。（2）按下錄音鍵后，鍵盤模組的第6個數碼管進行倒計時，依次顯示3、2、1間隔為一秒鐘。（3）倒計時完成后（即1消失后），可對準麥克風進行錄音，按下停止鍵錄音停止，并語音播報錄音的時間。（4）按下回放鍵可回放剛才的錄音。2.2需求分析用凌陽SPCE061A單片機實現具備錄音、計時、放音功能的多功能復讀機?？赏ㄟ^硬件控制錄，放，也就是通過SPCE061A的四個按鍵來實現。在接通電源開機時自動播放一段語音和提示音，待系統(tǒng)進入后通過按鍵控制，該單片機將在按鍵的作用下實現其錄音，放音的功能，外接硬件LED模塊可顯示其錄音時長。2.3可行性報告本次設計我們需要完成復讀機功能，經過需求分析，我們選擇使用SPCE061A。它具有以下特點：（1）體積小、集成度高、可靠性好且易于擴展；（2）具有較強的中斷處理能力；（3）高性能價格比；（4）功能強、效率高的指令系統(tǒng)；（5）低功耗、低電壓；經驗證，SPCE061A具備8通道10位ADC輸入功能,內置的具有自動增益控制的麥克風輸入功能,雙通道10位DAC音頻輸出功能及A、B兩個I/O口輸入輸出功能。凌陽SPCE061A單片機功能對本次畢業(yè)設計所需是完全滿足的，所以在技術上是完全可行的。第二章概要設計52.4凌陽單片機簡介SPCE061A是凌陽科技公司nSPTM(MicrocontrollerAndSignalProcessor)系列產品中的16位微控制器芯片,本次畢業(yè)設計選用SPCE061A單片機作為控制器，其具有較強的處理能力。在存儲器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以及便于程序調試等功能，同時內嵌32K字的閃存（FLSAH），擁有較高的處理速度.SPCE061A單片機還具有體積小、集成度高、易擴展、可靠性高、功耗低、結構簡單、中斷處理能力強等特點，特別適應于數字語音錄放和語音識別等數字應用領域。因此SPCE061A非常適用于本次設計的模擬語音電話當中，是一種高效經濟的選擇。SPCE061A的性能及特點特性參數SPCE061A工作電壓2.6V3.6V最大工作速率49.152MHzCPU16位nSPSRAM容量2K字ROM容量(字)32K閃存ROM并行I/O端口AIOA150并行I/O端口BIOB150音頻輸出方式DAC2中斷源1)TimerA/B、2)時基信號發(fā)生器3)外部中斷4)觸鍵喚醒喚醒源IOA70其它中斷源定時器/計數器雙16位加計數定時器/計數器，雙通道PWM輸出UART具備ADC通道10位電壓模-數轉換器(ADC)和單通道聲音模-數轉換器(ADC)串行SRAM接口具備(凌陽格式)晶振具備低電壓復位具備低電壓監(jiān)測具備內置ICE接口具備上電復位具備麥克風放大器和自動增益控制單通道中斷控制功能具備觸鍵喚醒功能具備表2-1第二章概要設計62.5語音壓縮凌陽的音頻格式有許多種，比較常用的有如下幾種模塊名稱語音壓縮編碼率類型資料采樣率SACM_A200016Kbit/s，20Kbit/s，24Kbit/s16KHzSACM_S480/S7204.8Kbit/s，7.2Kbit/s16KHzSACM_MS01音樂合成（16Kbits/s，20Kbits/s，24Kbits/s）16KHzSACM_DVR（A2000）16Kbit/s的資料率，8K的采樣率，用于ADC信道錄音功能16KHzSACM_S2402.4Kbit/s24KHz表2-2凌陽音頻壓縮及算法信號類型頻率范圍（Hz）采樣率（kHz）量化精度（位）電話話音200340088寬帶音頻（AM質量）5070001616調頻廣播（FM質量）2015k37.816高質量音頻（CD質量）2020k44.116表2-3編碼標準2.5.1壓縮分類壓縮分無損壓縮和有損壓縮。無損壓縮一般指：磁盤文件，壓縮比低：2:14:1.而有損壓縮則是指：音視頻文件，壓縮比可高達100:1。凌陽音頻壓縮算法根據不同的壓縮比分為以下幾種：SACM-A2000：壓縮比為8:，8:1.25，8:1.5SACM-S480：壓縮比為80:3，80:4.5SACM-S240：壓縮比為80:1.5按音質排序：A2000S480S2402.5.2凌陽常用的音頻形式和壓縮算法（1）波形編碼：sub-band即SACM-A2000特點：高質量、高碼率適于高保真語音音樂。（2）參數編碼：聲碼器（vocoder）模型表達，抽取參數與激勵信號進行編碼。如：SACM-S240。特點：壓縮比大，