基于單片機的數碼錄音與播放系統(tǒng)-畢業(yè)設計

1、基于單片機的數碼錄音與播放系統(tǒng) 學生： 指導教師：內容摘要：隨著語音處理技術在工業(yè)、交通、通信等不斷應用和消費類電子不斷繁榮，人們對具有數碼錄音與播放功能的產品的需求也在不斷的增加。為了更好的滿足人們日常生活、工作，選用凌陽單片機為核心，通過麥克風接收語音信號，使用存儲器來存儲語音信息從而實現(xiàn)錄音和播放功能。基于該功能的系統(tǒng)應用于錄音較長的場合。如自錄語音提示、溫度檢測儲存播放系統(tǒng)等方案。本次設計的硬件電路主要包括MIC錄音電路、DAC放音電路、按鍵電路、復位與時鐘電路、外部W29C040儲存器擴展電路組成。把語音信號經過搭建電容、電阻，送入前置放大器和內部集成的自動增益（AGC）處理，作為錄

2、音部分；而DAC放音部分，經過語音集成放大器SPY0030A放大，再接上揚聲器，實現(xiàn)了語音的錄放功能。芯片體積小、集成度高、易擴展、中斷處理能力強等特點。關鍵詞：凌陽單片機 W29C040儲存器 數碼錄音與播放The digital voice recording and playing system based on SCMAbstract: With speech processing technology in the industrial application such as traffic communication and consumer electronics rising

3、prosperity, people on the demand of the products with digital recording and playback functions have been increased in order to better meet Peoples Daily life work, choose sunplus singlechip as the core, through a microphone receives the voice signal, using the memory to store the voice information s

4、o as to realize the recording and playback functions based on the function of the system is applied in the tape longer occasions such as the recorded voice prompt temperature detection store broadcast system.The design of the hardware circuit mainly includes the MIC recording DAC playback circuit re

5、set button circuit and clock circuit external W29C040 storage extended circuit of the speech signal after structures, capacitance resistance, into the preamplifier and internal integration automatic gain (AGC) processing, as the recording part; And sound part is put DAC, SPY0030A voice integrated am

6、plifier amplification process, then connect the speaker, to realize the function of voice recorders chip small volume high integration easy extension interrupt handling ability.Keywords: Sunplus singlechip W29C040 packet digital recording and playback 目 錄前言11 單片機的數碼錄音與播放的概述11.1 錄放音的背景和意義11.2 錄放音的發(fā)展前

7、景21.3 錄放音的設計思想22 單片機的錄放音方案選擇22.1 單片機的發(fā)展22.2 方案選擇33 單片機的錄放音硬件設計現(xiàn)43.1 凌陽SPCE061A單片機概述43.1.1 凌陽SPCE061A單片機介紹43.1.2 凌陽SPCE061A單片機性能43.1.3 凌陽SPCE061A單片機的內部結構53.2 凌陽nSP內核結構63.3 系統(tǒng)時鐘和復位電路63.3.1 時鐘電路63.3.2 鎖相環(huán)電路73.3.3 復位電路73.4 按鍵電路83.5 MIC錄音電路83.6 DAC放音電路93.7 外部儲存器W29CO40電路103.8 單片機與外部儲存器連接電路134 單片機的錄放音軟件設計

8、144.1凌陽音頻的介紹144.1.1音頻概述144.1.2數字音頻的采樣和量化144.1.3音頻格式144.1.4 語音壓縮編碼基礎144.2 凌陽音頻編碼算法154.2.1 壓縮編碼的標準164.2.2 壓縮分類164.2.3 常用的音頻形式和壓縮算法164.2.4 程序接口介紹174.2.5 相關API介紹174.3 錄音MIC設計流程圖204.4 DAC放音設計流程圖214.5 單片機與外部儲存器系統(tǒng)軟件設計225 系統(tǒng)調試和功能實現(xiàn)235.1 硬件調試245.2 軟件調試245.2.1 SPCE061A 的開發(fā)方式245.2.2 開發(fā)環(huán)境256 結束語25附錄1：系統(tǒng)原理圖27附錄2

9、：源程序28參考文獻：3839基于單片機的數碼錄音的播放系統(tǒng)前言隨著科技發(fā)展，社會的進步，語言的處理在各領域變得越來越重要。生活中也變得廣泛，例如智能手機,電腦諸如此類變得很多。過去，我們用磁帶來對我們需要的信息進行記錄，儲存。具有這樣功能的電子產品很多，但它們的體積都比較大，給我們帶來諸多不便。而單片機錄音系統(tǒng)幫我們改變了這一點，它體積小，以數字電路為基礎與微處理器連接，用數字語音電路實現(xiàn)錄音播放的功能。目前的數字錄音系統(tǒng)，只能簡單的進行數據采集，播放和儲存，目前對設備儲存的需求越來越大，所以在未來語音編碼會變得越來越重要，方便減少儲存空間的需求。本次設計是設計一套包含數碼錄音與播放的單片機

10、系統(tǒng)。以凌陽16位單片機SPCE061A為核心與W29C040外部儲存器相連達到實現(xiàn)的目的。系統(tǒng)包含DAC放音電路，MIC錄音電路，復位與時鐘電路，按鍵電路和W29C040儲存器擴展電路。通過以上設計，可以達到錄放音效果。1 單片機的數碼錄音與播放的概述伴隨著然門對語言處理的不斷研究，越來越多的數碼錄音產品受到人們的青睞。從使用磁帶到現(xiàn)在的微處理器外加語音芯片的技術成長，使語音更加趨向完美。國內外研究的不斷成熟，預示著語音功能的重要性。因此，基于單片機的數碼錄音與播放系統(tǒng)變得非常有意義。我們可以通過凌陽單片機SPCE061A和外部儲存器W29C040來實現(xiàn)。1.1 錄放音的背景和意義隨著科學技

11、術與經濟的發(fā)展，語音的錄音與播放越來越普遍。諸如，學校，公安，鐵路等單位對語音的需求量也變得更多。目前，應用在家用電器、生活娛樂、安保系統(tǒng)、辦公自動化、多媒體系統(tǒng)等等的語音錄放音技術如果能在適當的時候實施其功能對系統(tǒng)發(fā)出警告、工作狀態(tài)、提示等信息，不但提高了通信能力、人們的生活質量還給我們帶來了方便。在研究錄放音的過程中，過去人們用磁帶。用磁帶進行語音錄放儲存的方法已經有很長時間了，介于這種方式的產品隨處可見，但體積大，使用范圍小。而數字錄音卻是將模擬信號轉換成數字信號，并儲存在相關介質中的一種數字語音處理技術。這種技術具有占用空間小、保存時間長、錄音時間久、效率高等優(yōu)點。單片機憑借其低電壓、

12、低功耗、穩(wěn)定性高等特點廣受研究者與消費者的喜愛，并被廣泛應用在諸多領域，充分實現(xiàn)了其語音錄放的價值，具有很高的發(fā)展前景。1.2 錄放音的發(fā)展前景日常生活中指示燈、按鍵開關、廣告顯示屏，我們隨處可見。相較語音無疑沒有辦法更有效更人性化的跟我們實現(xiàn)互動。語音對話方式是我們發(fā)展的最終目標，但距離真正意義上的對話方式還相距很遠，還有待繼續(xù)努力突破。我相信隨著信息的發(fā)展，網絡通信的不斷完善等一系列相關技術的發(fā)展與實現(xiàn)，這一夢想的實現(xiàn)總有一天會成真。盡管語音系統(tǒng)集成電路發(fā)展歷史較短，但其憑借電體系龐大、應用范圍廣、發(fā)展前景廣等優(yōu)點發(fā)展迅速，成為新一代寵兒。目前，語音系統(tǒng)集成電路從過去單一的功能向微型化、多

13、功能、智能化發(fā)展。伴隨著微電子技術的突飛猛進，語音合成技術也受益匪淺，并產生很多新領域的新技術，朝著大容量、優(yōu)音質、高智能、高靈活性方向發(fā)展。而凌陽單片機SPCE061A的語音系統(tǒng)符合以上發(fā)展前景。1.3 錄放音的設計思想基于單片機的數碼錄音與播放系統(tǒng)的設計，是基于單片機為核心，選擇在語音系統(tǒng)方面優(yōu)秀的凌陽單片機，無需語音芯片。用凌陽單片機為核心，并連接外部儲存器W29C040來擴展其存儲空間，實現(xiàn)數碼錄音和播放功能。設計MIC錄音電路時，先分析其原理，通過MIC電路采集語音資源把語音信號轉換成電信號，然后采集數據，將模擬數據信息變成數字信號，這是AD過程，然后將信號輸送到SPCE0611A單

14、片機的前置放大器，通過前置放大器的數據信息到達其內部增益控制電路，并自動跟蹤前置放大器音頻信號的電平，根據跟蹤結果進行自動調節(jié)，達到平衡。由于凌陽單片機內部儲存有限，所以需要一款外部存儲器來存儲此數據信息，達到更長的錄音時間，因而選用外部存儲器W29C040。設計DAC放音部分時，因為語音資源儲存到儲存器當中時，需要把語音資源從儲存器W29C040取出解壓，進行數據解碼，在定時中斷的情況下進行數模轉換，錄放音過程中需要用定時器進行均勻采集數據，模擬語音信息濾波、放大，并用揚聲器進行放音。關于程序設計，使用匯編語言對錄音部分進行編程，使用C語言對放音部分進行編寫，整體過程需要使用凌陽單片機的庫函

15、數、相應的API應用程序接口來編程。2 單片機的錄放音方案選擇隨著集成電路不發(fā)展和半導體技術的不斷提高，單片機的功能也在逐漸加強，其在社會的需求量也在不斷的增加。單片機的種類繁多，所以需要選擇正確的單片機用來實現(xiàn)錄放音的功能。2.1 單片機的發(fā)展在人們的日常生活和現(xiàn)代社會的生產活動中，單片機有著其廣泛應用。單片機價格低、功能強、價格低、使用靈活等特點，具有非常明顯的優(yōu)勢和廣泛的應用前景。顯然現(xiàn)代電子技術領域包含單片機這一非常重要的技術。單片機（One Chip Microcomputer或 Single Chip Microcomputer）將CPU和具有一定容量的隨機存儲器（RAM）、只讀存

16、儲器（ROM）、定時器/計數器（TIMER/COUNTER）、并行輸入輸出接口和串行通信接口等多個功能部件利用半導體集成技術集成一個芯片上，形成具有完整計算機功能的大規(guī)模集成電路，并具備獨立的指令系統(tǒng)智能器件。就是將一臺微型計算機的基本功能在芯片上實現(xiàn)。利用單片機作為控制中心，簡單控制對象，無需增加外部設備；而復雜的控制對象，也只需擴上一些器件在單片機的基礎上就能完成。隨著計算機和單板機的發(fā)展，單片機在智能測控系統(tǒng)中發(fā)展起來。單片機處理能力得到了提高是伴隨著數據傳輸能力的提高，運算能力的提高和處理系統(tǒng)指令速度的提高；程序加密和儲存容量加大使存儲器更加優(yōu)化；接口編程能力增加改進了接口、增加并行口

17、的驅動能力；采用外圍集成電路和串行總線結構使結構得到簡化；再加上體積不斷減小和降低功耗。綜上所述，單片機的性能得到不斷地提高和完善。并且單片機的市場需求量也在日益增長。時至今日，在后PC時代，基于嵌入式系統(tǒng)單片機得到廣泛使用。伴隨著微電子技術的不斷發(fā)展，單片機的功能也越來越強大，電子系統(tǒng)設計也進入片上系統(tǒng)（soc， system on chip）時代。凌陽公司研發(fā)的nSP單片機就是基于SOC的新型數/?；旌系南到y(tǒng)芯片。該系統(tǒng)芯片具有集成度高，功能全面，數/?；旌?，易擴展等特點，也順應了單片機的發(fā)展趨勢。2.2 方案選擇在工業(yè)技術不斷革新和集成電路大規(guī)模的影響下，單片機片內不斷擴展外圍電路功能和

18、片上系統(tǒng)（SOC）發(fā)展，也包含數字邏輯電路部分，既有數據采集和控制系統(tǒng)常用模擬部件，也包含數字邏輯電路部分，實現(xiàn)了應用系統(tǒng)在片內的集成。凌陽公司研發(fā)的nSP單片機就是基于SOC的新型數/?；旌系南到y(tǒng)芯片。以nSPCPU為內核，根據功能模塊需求為選擇合適的結構。對不同應用需求和不同領域，形成不同體系，進而實現(xiàn)更低成本和更強的功能的優(yōu)化，體現(xiàn)凌陽16位單片機基于SOC的結構特點。凌陽16位單片機能夠提供了特殊指令，并在應用添加上DSP功能，充分在語音處理能力方面有發(fā)揮著它的優(yōu)勢。 80C51方案：51單片機是目前我國應用最廣的單片機，并且我們學習也是51單片機。雖然它在功能上也在不斷提高，但51單

19、片機的DSP處理能力方面比較弱，處理復雜數據的能力的有待提高，集成化程度不高，處理復雜數據的能力的有待提高。 凌陽方案：凌陽單片機集成度高，內部集成了2路DA轉換和8路的AD轉換，該芯片具有DSP處理能力, 而且AD轉換中專門用于聲音的數/模轉換，并且凌陽單片機在語音的處理能力方面有優(yōu)勢。W29C040的儲存器是臺灣華邦公司生產的W29C040的儲存器是一款FLASH儲存芯片，利于它儲存的語音數據資源，可以播放幾分鐘的聲音。凌陽16位單片機易學易用的，包含一套指令系統(tǒng)和集成開發(fā)環(huán)境效率較高。此環(huán)境提供了語音錄放的庫函數，只要了解庫函數的使用，很容易完成語音錄放，并且支持C語言，可實現(xiàn)C語言與凌

20、陽匯編語言的互相調用。凌陽是51單片機和DSP之間的優(yōu)劣互補。通過比較，選用凌陽單片機SPCE061A和外部存儲器W29C040來實現(xiàn)基于單片機數碼錄音與播放系統(tǒng)的設計。3 單片機的錄放音硬件設計現(xiàn)根據選擇的方案，設計一套具有錄放音功能的系統(tǒng)，選用凌陽單片機因為具有體積小、集成度高、易擴展等優(yōu)點。為了實現(xiàn)錄放音的功能，需要對其進行硬件的設計。3.1 凌陽SPCE061A單片機概述3.1.1 凌陽SPCE061A單片機介紹隨著集成電路功能日漸成熟，單片機也由單純的控制擴展到控制處理、數據處理以及數字信號處理（DSP）等領域。凌陽單片機SPCE061A應運而生。SPCE061A是繼nSP系列產品S

21、PCE500A等之后凌陽科技推出的16位微處理器。凌陽科技設計的nSP單片機具有集成度高、可靠性好、易于擴展、體積小、中斷處理能力強等特點，并且集成在一個芯片里，內部采用總線結構設計，提高了可靠性和抗干擾能力，還減少了各功能部件之間的連線。凌陽單片機內嵌32K字的FLASH存儲器，具有較高的處理能力，使nSP單片機可以簡單、快速地處理復雜的數字信號。3.1.2 凌陽SPCE061A單片機性能SPCE061A單片機的主要性能： 電源電壓范圍較寬：2.6V-5.5V 系統(tǒng)時鐘范圍較廣：0.32MHZ-49.15MHZ 內部設置32K字FLASH和 2K字SRAM 中斷處理能力強 具有可編程音頻處理

22、功能 兩個16位可編程T/C 兩路10位數/模轉換（DAC）輸出通道 七通道10位電壓模/數轉換器（ADC） 內部設置自動增益控制（AGC）電路和MIC麥克風放大器 內部設置在線仿真ICE接口3.1.3 凌陽SPCE061A單片機的內部結構圖3.1.3-1和圖3.1.3-1是SPCE061A單片機內部模塊結構。主要包含有模/數轉換器（ADC）、數/模轉換（DAC）、WATCHDOG、定時器/計數器、定時器/計數器T/C（脈寬調制輸出PWM）、并行輸入輸出I/O、設備串行口SIO、低電壓檢測LVD、異步串行通信口等。ADC 并行I/ODACnSP內核WATCHDOGAOPWM輸出串行口低電壓檢測

23、和復位RAM&FLASHIRSIOT/C圖3.1.3-1 SPCE061A內部模塊結構圖圖3.1.3-1 SPCE061A的內部結構圖3.2 凌陽nSP內核結構凌陽SPCE061A單片機采用凌陽nSPTM內核，nSPTM內核主要由算術邏輯運算單元、總線、中斷系統(tǒng)及堆棧、寄存器組等組成。nSPTM算術邏輯運算ALU具有出色的運算能力，在內積運算、帶移位操作的算術邏輯運算、16位基本的算術邏輯運算、以及應用于數字信號處理的16位乘法運算等運算出色；而寄存器組有專業(yè)寄存器和通用寄存器之分，由8個16位寄存器組成，。專用包括SP、BP、SR、PC，通用包括R1R4。3.3 系統(tǒng)時鐘和復位電路3.3.1

24、 時鐘電路振蕩是指單片機內部具有振蕩電路和選頻放大器，若振蕩信號從外接晶體輸入端輸入，單片機就會振蕩。時鐘電路從輸入端輸入和輸出端引到芯片外部構成。晶振選用頻率32768Hz，兩端分別連接20p的接地電容，并連接單片機OSCI、OSCO兩個引腳上。如圖3.3.1-1所示：圖3.3.1-1 時鐘電路圖3.3.2 鎖相環(huán)電路鎖相環(huán)：倍頻系統(tǒng)提供的實時時鐘基頻（32768Hz），調整到20.480 MHz、24.576 MHz 、32.768 MHz、40.96 MHz、49.152MHz，作為系統(tǒng)時鐘FOSC。24.576 MHz是系統(tǒng)默認的自激振蕩頻率位。鎖相環(huán)電路是由電路和電容組成。如圖3.3

25、.2-1所示：圖3.3.2-1 鎖相環(huán)電路圖3.3.3 復位電路復位即使單片機的內存值和寄存器變成初始值的操作。RES_B加一個低電平就可以使凌陽SPCE061 A單片機的復位電路復位。如圖3.3.3-1所示：圖3.3.3-1 復位電路圖3.4 按鍵電路按鍵電路的語音錄放通過產生中斷來控制，其電路包括播放、錄音、暫停、三種功能。如圖3.4-1所示：圖3.4-1 按鍵電路圖3.5 MIC錄音電路凌陽SPCE061A單片機的A/D轉換器包含8個通道， MIC-IN錄音輸入通道用于對語音進行采樣。MIC將語音信號轉換成電信號，直流部分被隔直電容隔掉，再輸入SPCE061A的內部前置放大器。AGC是S

26、PCE061A單片機內部自動增益控制電路能監(jiān)視前置放大器輸出的音頻信號電平隨時跟蹤。AGC會根據輸入電平信號的變換而自動進行增大或減小放大器的增益，確保輸入A/D的信號保持在最佳電平。VMIC是麥克風電源（+3.7V），它經過電阻、電容濾波加在R4、MIC、R8三者串聯(lián)的通路中。MIC可以理解為隨聲壓變化的電阻，MIC的1、2引腳之間的電壓差隨聲音的大小和頻率變化。然后這個具有直流分量的兩個信經過兩個電容就加到061A的MICP和MICN兩個引腳，經過061A的自動增益放大后送入AD轉換器，生成數字量的音頻電壓值。MIC錄音輸入電路如圖3.5-1所示圖3.5-1 MIC錄音電路圖3.6 DAC

27、放音電路取出外部儲存器W29C040中儲存的語音數據，通過解碼以8kHz的速率進行D/A轉化輸出，電容濾波后，恢復原始語音數據波形，并經過SPY0030進行語音放大處理。DAC恒流源的變化范圍為0-3mA是可有程序控制的恒流源輸出。把DAC的J2與引腳1相連，并連接一個R10的電阻接地，從而為程序產生可變的恒壓源，最大電壓3V。外接電阻小于1K,恒流源可以短路。為不影響恒流源的輸出精度，電阻應小于1K時，恒流源只能工作在0-1.5mA范圍。連接2、3引腳，R9產生恒壓。DAC輸出音頻信號，高頻階梯信號被C25過濾，保留音頻信號，再經過C23隔直，隔離音頻信號當中的直流分量，交流信號經過音頻放大

28、器SPY0030阻抗變換輸出，即可驅動喇叭發(fā)聲。如圖3.6-1所示：圖3.6-1 DAC放音電路圖3.7 外部儲存器W29CO40電路科技的發(fā)展帶動所有電子產品，同樣語音功能的電子產品也得到了廣泛的應用。但語音數據單靠芯片自身的容量顯然不夠，需要外部儲存器，W29C040就是其中一款。W29C040可以儲存凌陽格式的語音資源，長達幾分鐘，適用于各種需要錄音較長的需求。系統(tǒng)提供W29C040的讀寫模塊，該模塊可以應用于W29C040同系列的相關的芯片中。n W29C040的介紹W29C040DIP封裝芯片有32腳，電壓為5V，內部512KI*8位的快速閃存，它的結構為256kb為一頁，單頁擦寫時

29、間為5ms,整片擦除時間為50ms。如表3.7-1所示：表3.7-1 W29C040管腳表管腳名稱功能描述A0-A18地址的輸入口DQ0-DQ7數據的輸入輸出口#CE片選腳#OE讀腳#WE寫腳VDD5VVSS地n W29C040讀寫時序圖u 讀時序圖W29C040讀的時序如圖3.7-1所示：圖3.7-1 讀時序圖u 在數據保護模式下的頁寫時序圖數據模式下的頁寫時序如圖3.7-2圖3.7-2 寫時序圖u 寫結果判斷時序圖結果判斷如圖3.7-3圖3.7-3 結果判斷圖n W29C040寫、擦除流程圖凌陽SPCE061A單片機若要使用閃存，必須先在閃存編程前，對其進行擦除。當給出的地址在某個模塊地址

30、范圍內，當給出的地址向命令用戶接口寫入模塊擦除命令時，相應的模塊就被擦除。u 片擦除流程圖和去掉寫保護流程圖去掉寫保護流程如圖3.7-4和擦除流程如圖3.7-5 圖3.7-4 寫保護流程圖 圖3.7-5 擦除流程圖u 頁寫流程圖和寫結束判斷流程圖 頁寫流程如圖3.7-6和寫結束判斷流程如圖3.7-7 圖3.7-6 頁寫流程圖 圖3.7-7 寫結束判斷流程圖3.8 單片機與外部儲存器連接電路SPCE061A單片機與W29C040外部儲存器的連接圖如圖3.8-1所示：圖3.8-1 外擴連接圖4 單片機的錄放音軟件設計4.1凌陽音頻的介紹4.1.1音頻概述我們日常所說的人類正常聽到聲音的頻率范圍在2

31、0Hz-20kHz，即是我們說的音頻范圍。在這個聲音的范圍內，可以分為音樂信號、聲音波形信號和語音信號三種。其中自然界中的聲音是波形信號，是聲音數字化的基礎。通常語音也可以用波形聲音表示，而波形聲音表示不出得聲音信號，因為語音是一種抽象的信號，是語音的載體，是社交的一種工具。而至于音樂更是高級的聲音信息，它雖然不能符號化說有聲音信息但是使聲音符號化。4.1.2數字音頻的采樣和量化因為音頻信號是連續(xù)的信號，是模擬的信號，而計算機所采用的示數字算法，所以需將模擬的音頻信號進行數字化處理。數字化模擬信號有很多種方式，如今，最常用的一種方法是采用A/D算法進處理信號的波形，可以通過波形編碼、參量編碼等

32、方式實現(xiàn)。數字化音頻模擬信號分為兩個方面，分別是采樣和量化，也包括音頻設備質量、聲道的數目等。4.1.3音頻格式音頻文件通常分為聲音文件和MIDI文件兩類。l 聲音文件：通過聲音錄入設備進行錄制原始的聲音信號，直接記錄了真實的二進制數據文件比較大。聲音文件的格式包含的形式很多，有WAVE文件、AIFF文件、AUDIO文件、MPEG文件、REALAUDIO文件等，現(xiàn)在使用最多是WAVE文件和MPEG文件，其他文件也經常使用。l MIDI文件：MIDI是躍起數字接口的英文縮寫，它是一種音樂演奏指令序列，相當于樂譜，可以利用聲音輸出設備或與計算機相連的電子樂器進行演奏，由于不包含聲音數據，文件較小。

33、相對于保存真實數據的聲音文件，MIDI顯得更加緊湊。4.1.4 語音壓縮編碼基礎語音壓縮編碼中的數據量的表達式是指：數據量=（采樣頻率量化位數）/8 聲道數目。壓縮編碼的目的是通過對數據的壓縮，達到高效率儲存和數據轉換的目的。即是在保證一定音質的情況下，以最小的數據量來表達和傳送聲音數據。實際上音頻數據量比較大，直接進行傳輸和儲存是比較不現(xiàn)實的，我們要對信號趨勢的預測和冗余信息處理進行數據壓縮，這樣可以減少對資源傳輸的時間的和對儲存更多的語音數據。采用壓縮編碼的技術可以既保證對音頻的原始聲音的保持同時也保證了對數據傳輸和儲存容量的要求。比如沒有經過壓縮編碼的一張CD錄制一分鐘的歌曲需要占用Mb

34、，如果對原始數據進行壓縮編碼，先對其采樣后進行編碼，就可以把它壓縮到5.5Mb，儲存容量減小了一半，采用不同的編碼技術可以壓縮到更小。常見的幾種音頻壓縮編碼如下：l 波形編碼所謂波形編碼是把時間域信號直接變換為數字代碼，使現(xiàn)在生產的波形保持原來波形的圖像。波形編碼的原理是在時間軸上對模擬語音信號按一定的速率抽樣，然后按幅度樣本量化、編碼。譯碼則是將數字序列經過譯碼和濾波恢復成模擬信號，是編碼的逆過程。特點就是語音質量高、數碼率高，適合高保真音樂和語音場合。如脈沖編碼調制PCM、差值脈沖編碼調制DPCM、自適應傳輸編碼ATC等。l 參量編碼參量編碼是叫聲源編碼，是將信源信號在頻率域或者其他正交變

35、換域提取特征參數，并將其變成數字代碼進行儲存和傳輸的過程。它是在同原始語音數據有很大變化的情況下，對語音信號進行提取特征參數和編碼重建語音信號，譯碼是其逆過程。參量編碼的比特率可以壓縮到24.8kb/s，甚至更低，但是語音質量只能達到中等，特點就是壓縮比大，計算量大、傳輸時間短、儲存容量大，音質一般。如線性預測編碼LPC等。l 混合編碼混合編碼是將波形編碼技術和參量編碼技術結合使用的技術。計算機的發(fā)展為語音編碼技術的研究提供了強有力的工具，超大規(guī)模的集成電路也為語音編碼技提供了技術支持。混合編碼是將波形編碼和參量編碼結合起來，結合了參量編碼和波形編碼的優(yōu)點，即波形編碼的語音質量高、數碼率高的特

36、點和參量編碼的儲存空間和傳輸時間短的特點，當然也克服了它們的缺點。如多脈沖激勵線性預測編碼MPLPC、碼本激勵線性預測編碼CELP等。總之，音頻壓縮編碼技術發(fā)展趨勢：l 降低數據率，提高壓縮比，用于廉價的低保真場合。如電話、機器提示音等。l 實現(xiàn)高保真復雜的壓縮技術，用于對高保真需求較多的場合。如CD、音樂等。而凌陽單片機的錄放音的編碼/解碼是靠調用庫函數來完成的，我們只需完成數據的存入和讀出即可。4.2 凌陽音頻編碼算法4.2.1 壓縮編碼的標準不同的頻率影響著不同的編碼技術標準的音頻質量。凌陽音頻壓縮算法處理的語音信號頻率范圍為200Hz3.43.4kHz。壓縮編碼標準如表格3.1所示：

37、表4.2.1-1 壓縮編碼標準信號類型頻率范圍/Hz采樣頻率/kHz量化精度/位電話話音200340088寬帶音頻5070001616調頻廣播2014k37.816高質量音頻2020k44.1164.2.2 壓縮分類壓縮一般分為有損壓縮和無損壓縮兩類。無損壓縮一般是指磁盤文件，壓縮比比較低（2:14:1）；有損壓縮是指語音、視頻文件，因為要求信息量大，壓縮比比較高（100:1）。凌陽音頻壓縮算法根據不同的壓縮比可以分為以下幾種（以壓縮8KB 16位的WAVE文件為例）：SACM_A2000壓縮比為8:1,8:1.25，8:1.5；SACM_S480的壓縮比為80:3，80:4.5；SACM_S

38、240的壓縮比為80:1.5。音質排序為：A2000S480S240。4.2.3 常用的音頻形式和壓縮算法l 波形編碼波形編碼采用帶編碼技術的壓縮算法SACM_A2000。特點為語音質量高，編碼率高，適用于高保真語音和音樂。l 參量編碼參量編碼采用壓縮算法SACM_S240。特點為壓縮比高，計算量大，音質一般，價格便宜。l 混合編碼混合編碼采用壓縮算法SACM_S480。特點是彌補了波形編碼和參量編碼的缺點，當然也保留了它們的優(yōu)點。除此之外，還具有FM音樂合成式即SACM_MS01。凌陽單片機SPCE061A是16位的單片機，具有DSP功能，有很強的數據處理和最高時鐘頻率可以達到49MHz，具

39、有運算速度高等一些列又是，這無疑為語音的錄制、播放、合成和識別帶來了不可逾越的優(yōu)勢。在凌陽單片機當壓縮算法中，SACM_A2000、SACM_S480、SACM_S240適合用于錄音，可以應用于語音提示；而DVR算法則可以用來錄音、放音，本次設計就是選擇DVR算法來編程設計的。4.2.4 程序接口介紹語音在社會生活當中占據非常重要的地位，它可以為我們生活帶來樂趣。單片機對語音的控制如錄放音的技術廣泛的應用到我們的生活當中，語音處理分為A/D編碼處理、存儲解碼處理和D/A轉換等，如圖4.2.4-1A/D轉換編碼解碼D/A轉換存儲圖4.2.4-1 語音處理由于MIC麥克風生成的WAVE文件占用的儲

40、存空間量比較大，對于單片機來說存儲這樣大容量的文件是不現(xiàn)實的，為了避免單片機的不足之處，凌陽公司提出了一個解決方案，那就是建立了SACM-LIB庫及相應的應用程序接口API函數。將A/D編碼、解碼、儲存和D/A轉換成相應的模塊，每個模塊都有API，我們只需知道每個API應用程序接口的功能和其參數內容，然后調用該API函數即可實現(xiàn)其功能。SACM-LIB目前主要有兩個庫函數sacmv25.lib和sacm32.lib。4.2.5 相關API介紹SACM-DVR具有語音的錄音和播放的功能，采用的算法是SACM_A2000，錄音時采用8K采樣率和16K數據率來獲取語音資源，經過A2000壓縮后儲存在

41、擴展的外部儲存器W29C040的空間當中，錄完后在從其中取出來用于放音。下面介紹SACM-DVR的API函數。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_Encode(void)/錄音SACM_DVR_StopEncode(void)/停止編碼SACM_DVR_InitEncode(RceMonitorOn) /初始化編碼器void SACM_DVR_Stop(void) /停止錄音void SACM_DVR_Play(void) /開始播放un

42、signed int SACM_DVR_Status(void) /獲取SACM_DVR模塊的狀況void SACM_DVR_InitDecoder(void) /開始譯碼void SACM_DVR_Decode(void)/獲取語音資料并譯碼，中斷播放SACM_DVR_StopDecode(void)/停止解碼unsigned int SACM_DVR_TestQueue(void) /獲取語音隊列狀態(tài)int SACM_DVR_FetchQueue()/獲取錄音編碼程序void SACM_DVR_FillQueue(unsigned int encoded-data) /填充資料到語音隊列，

43、等待播放int GetResource(long Address)/從資源里獲取一個字型語音資料中斷服務函數：Call F_FIQ_Service_ SACM_DVR/playingCall F_IRQ1_Service_ SACM_DVR/recode具體的函數解釋如下： 【API格式】C：int SACM_DVR_Initial(int Init_Index) ASM：R1= Init_Index Call F_SACM_DVR_Initial【功能說明】SACM_DVR語音播放前的初始化：設置中斷源、播放方式和定時器【參數】Init_Index=0表示手動方式；Init_Index=1表

44、示自動方式。【返回值】無【備注】對于SACM_DVR這個模塊，需要利用I/O口來連接外部的儲存器，用來存放錄音資料。錄放音的格式采用SACM_A2000。 【API格式】C：void SACM_DVR_ServiceLoop(void)ASM： Call F_SACM_DVR_ ServiceLoop【功能說明】在錄音期間從ADC通道獲取語音數據信息，并以SACM_A2000的算法對其進行編碼后存入外接儲存器SRAM中；在播放期間從SRAM中獲取語音資料，并對其解碼，然后在等待中斷程序將其送出給DAC通道。【參數】無【返回值】無 【API格式】C：void SACM_DVR_Encode(vo

45、id)ASM： Call F_SACM_DVR_ Encode【功能說明】開始以自動方式錄制語音資料到外部儲存器SRAM當中?！緟怠繜o【返回值】無 【API格式】C：void SACM_DVR_Stop(voidASM： Call F_SACM_DVR_ Stop【功能說明】開始以自動方式停止?！緟怠繜o【返回值】無 【API格式】C：int SACM_DVR_Play (int Speech_Index,int Channel,int Ramp_Set)；ASM： Call F_SACM_DVR_ Play【功能說明】開始以自動方式獲取外部儲存器SRAM的語音數據資料?！緟怠繜o【返回值】

46、無 【API格式】C：unsigned int SACM_DVR_Status(void)ASM： Call F_SACM_DVR_ Status【功能說明】開始以自動方式停止?！緟怠繜o【返回值】無 【API格式】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進行譯碼?！緟怠縞hannel=1,2,3:分別表示使用DAC1、DAC2信道以及DAC1和DAC2雙通道?！痉祷刂怠繜o【備注】用戶只能通過非自動方式對語音資料解壓縮。 【API格式】C：v

47、oid SACM_DVR_Decode(void) ASM： Call F_SACM_DVR_ Decode【功能說明】從語音隊列當中獲取的SACM_DVR語音資料，并進行譯碼，然后通過中斷服務子程序將其送入DAC通道播放?！緟怠繜o【返回值】無【備注】用戶只能通過非自動方式對語音資料譯碼。 【API格式】C：void SACM_DVR_ FillQueue(unsigned int encoded-data) ASM： Call F_SACM_DVR_ FillQueue【功能說明】填充SACM_A2000語音資料到DVR譯碼器等待播放?！緟怠縠ncoded-data【返回值】無【備注】語

48、音資料格式為SACM_A2000的編碼格式，從語音隊列里至少每48ms個字資料，僅用于非自動方式下。 【API格式】ASM：Call F_FIQ_Service_ SACM_DVR ASM： Call F_IRQ1_Service_ SACM_DVR【功能說明】用作SACM_DVR語音背景程序的中斷服務子程序。通過對前臺子程序（自動方式的SACM_DVR_ServiceLoop及手動方式的SACM_DVR_Decode）對語音資料進行譯碼，然后把語音資料送入DAC通道播放。即FIQ中斷服務子程序應用于聲音播放的背景程序；而IRQ1中斷服務子程序則應用于聲音錄制的背景程序。【參數】無【返回值】無

49、【備注】SACM_DVR語音背景子程序只有匯編形式指令，并且應該吧子程序安置在TMA_FIQ中斷源上。其他的中斷服務子程序安置在IRQ1_TMA中斷源上。 4.3 錄音MIC設計流程圖錄音原理：語音首先通過Mic等輸入設備轉換成電信號，然后以一定的速率將模擬電信號轉換成數字量，也就是AD采樣的過程。AD采樣的頻率越高，聲音的品質也越好，但是占用的存儲空間也越大。對于語音，使用8KHz的采樣率就可以獲得比較好效果。采集到的數據通常要經過壓縮編碼來達到減小數據量的目的，例如可以使用凌陽的A2000壓縮算法進行編碼。最后把編碼后的數據保存到存儲介質中，例如Flash存儲器等。在對儲存空間初始化、錄音

50、初始化、編碼算法初始化的基礎上，定時對語音資源進行AD采樣并填充到隊列當中，對語音資源進行編碼，從編碼中獲取數據，把數據儲存到存儲器當中，即為錄音過程。錄音流程圖如圖4.3-1所示：圖4.3-1 錄音流程圖4.4 DAC放音設計流程圖DAC放音流程過程同MIC錄音部分差不多，先進行播放模式的手動模式的設置，對解碼隊列和解碼算法進行初始化，獲取語音資源，填充到解碼隊列當中，對數據進行解碼，對上述過程進行重復，即為播放循環(huán)，然后定時從播放隊列中取出數據到DAC通道中進行播放。DAC放音的流程圖如圖4.4-1所示：圖4.4-1 放音流程圖4.5 單片機與外部儲存器系統(tǒng)軟件設計外擴設計時，先進行對系統(tǒng)

51、初始化，在進行鍵盤掃描，判斷是由有按鍵按下。進行判定，若是又開始鍵按下，就初始化寫FLASH、初始化編碼、把當前狀態(tài)設置為錄音狀態(tài)，若是沒有鍵按下，再一次進行判定，如果是錄音狀態(tài)的話，初始化讀FLASH，把它設為播放狀態(tài)，如果是播放狀態(tài)的話，就停止播放。對上述情況再次進行判定，播放狀態(tài)的繼續(xù)播放知道隊列為空，錄音狀態(tài)的進行對語音資源錄音。通過對凌陽音頻的介紹，講述基本的關于語音音頻的常識，有利于加深對語音的認識。然后再對語音壓縮編碼算法的介紹，對壓縮編碼的標準進行了列表說明，對壓縮編碼的分類也進行了說明，對常用的音頻形式和壓縮編碼波形編碼、參量編碼、混合編碼三種編碼技術進行比較，對各自存在的優(yōu)

52、缺點也進行對比，對選擇SACM_DVR編碼算法的API應用程序接口函數介紹了幾個非常使用的函數。之后，再對MIC程序流程圖進行的介紹，DAC放音程序圖也進行了說明，對外部儲存器W29C040的連接總體流程進行了說明。最后，對凌陽單片機的編程軟件的開發(fā)方式和使用的下載工具進行對比和說明，對開發(fā)環(huán)境介紹。在認識語音資料的過程當中，學習和了解了語音相關的資料，而在設計流程圖時，培養(yǎng)了邏輯思想。外擴流程圖如圖4.4所示：圖4.6-1 外擴流程圖5 系統(tǒng)調試和功能實現(xiàn)在做硬件時，使用萬用表對硬件進行簡單的測試；而軟件時，使用IDE集成開發(fā)環(huán)境，編寫程序時，使用C語言和匯編語言。5.1 硬件調試按照第三章

53、所示的電路，焊接相應的元器件在做好的PCB上，相應的器材包括電容、電阻、二極管、電位器、芯片、插座、晶振、麥克風、揚聲器等。照著原理圖上的器件，焊在PCB板子上。在焊接貼片芯片是要注意焊槍溫度。萬用表分別對元器件進行簡單的測試，判斷其好壞。而在連接W29C040外擴儲存器時，由于使用的杜邦線比較多，使用萬用表依次對連接口和杜邦線進行測試。通過跟板子上電測試相應端口是否通電。經過測試系統(tǒng)硬件電路正常。5.2 軟件調試5.2.1 SPCE061A 的開發(fā)方式SPCE061A的開發(fā)方式有使用在線調試器PROBE、EZ-PROBE和USB轉TTL下載器三種方式對程序進行下載。在線調試器PROBE實現(xiàn)目

54、標板與PC之間的信息轉換和傳輸，它既是一個編程器（完成程序的燒寫），又是一個實時在線調試器，用它可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)單片機應用項目開發(fā)過程中的兩種工具實時仿真器和程序燒寫器。PROBE是利用凌陽單片機內置的在線仿真電路ICE和凌陽單片機在線串行編程技術實現(xiàn)仿真和編程的。在開發(fā)軟件IDE下，完成在線調試器、下載功能。PROBE連接圖如圖5.2.1-1所示：圖5.2.1-1 PROBE連接圖 凌陽單片機的開發(fā)是通過ER-PBOBE跟PROBE來實現(xiàn)的。ER-PBOBE和PROBE不同的是在IDE集成開發(fā)環(huán)境下需要選擇當前是選擇哪一種方式進行調試在PROBE共有三種選擇方式：采用自動方式調試可選AUTO；采用PROBE調試可選PRI