一種基于單片機的語音錄放電路的設計和實現(xiàn)

1、 文章編號:1004-5422(200801-0062-04一種基于單片機的語音錄放電路的設計和實現(xiàn)楊洪軍,石 琳,劉永亮(成都大學電子信息工程學院,四川成都 610106摘 要:介紹了基于單片機設計和實現(xiàn)的一種語音錄放電路,并著重分析了使用dsPIC 系列單片機自帶的SPI 函數(shù)庫實現(xiàn)與ISD4002語音錄放芯片通信的軟件程序?qū)崿F(xiàn)方法.關鍵詞:ISD4002;語音錄放;SPI中圖分類號:TP912 文獻標識碼:A0 引 言隨著社會和科技的進步,諸如電話自動應答、公交自動報站等人性化的設備越來越多,而這些設備最核心的部分就是語音自動錄放裝置.本文介紹了一種基于單片機的語音錄放電路的設計和實現(xiàn).

2、該設計具有簡單易行、使用方便、成本低廉等特點,并且具有較好的可擴展性,有較高的實用價值.1 系統(tǒng)總體設計本設計采用dsPIC 單片機作為主控芯片,使用IS D4002作為語音錄放芯片,單片機和ISD 芯片之間通過SPI 接口進行通信,完成控制語音錄放功能,LC D 用于顯示語音錄放狀態(tài)和其他控制信息.系統(tǒng)總體框圖如圖1所示. 圖1 語音錄放系統(tǒng)框圖1.1 SPI 接口SPI 是由M otorola 公司推出的一種同步串行傳輸規(guī)范,常作為單片機外設芯片串行擴展接口.SPI 有4條引腳,分別是SS(從器件選擇線,SD O(串行數(shù)據(jù)輸出線,SDI(串行數(shù)據(jù)輸入線,SC K(同步串行時鐘線.SPI 可

3、以用全雙工通信方式同時發(fā)送和接受8位或16位數(shù)據(jù).本文所設計的系統(tǒng)以dsPIC30F6014為主控制器,ISD4002為從器件,通過S PI 口完成通信控制的過程.1.2 dsPIC 系列單片機1,2dsPIC 系列是M icroChip 公司推出的新型16位高性能數(shù)字信號控制器,它結(jié)合了單片機的控制優(yōu)點及數(shù)字信號處理器(D SP的高速運算特性,為嵌入式系統(tǒng)提供了單一芯片解決方案.它繼承了PIC 單片機系列的總線結(jié)構(gòu)和精簡指令集技術(shù),具有尋址方式簡單、運行速度快、功耗低、驅(qū)動能力強等優(yōu)點,同時集成了主板級的DSP 功能,能夠提供強大的數(shù)字信號處理能力.此外,它還提供了如UA RT 、C A N

4、 、SPI 等豐富的外圍接口,可以方便地與其他設備進行通信互聯(lián).本文所設計的系統(tǒng)就采用dsPIC 數(shù)字信號控制器的SPI 接口與ISD 語音芯片進行通信控制,使用的芯片型號為dsPIC30F6014.1.3 ISD4002語音錄放芯片3ISD 系列語音芯片采用多電平直接模擬存儲(Chip Corder專利技術(shù),聲音不需要A P D 轉(zhuǎn)換和壓縮,每個采樣直接存儲在片內(nèi)的閃爍存儲器中,避收稿日期:2007-09-15.作者簡介:楊洪軍(1980,男,碩士,助教,從事通信技術(shù)、D SP 應用研究1免了A P D 轉(zhuǎn)換的誤差,能夠真實、自然地還原語音、音樂及效果聲,避免了一般固體錄音電路量化和壓縮造成

5、的量化噪聲和金屬聲.本文所設計的系統(tǒng)使用的芯片型號為ISD4002,單片錄放時間為120s.I SD4002工作于SPI 串行接口.SPI 協(xié)議是一個同步串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,協(xié)議假定微控制器的SPI 移位寄存器在SCL K 的下降沿動作.因此,對IS D4002而言,在時鐘上升沿鎖存M O SI 引腳數(shù)據(jù),在下降沿將數(shù)據(jù)送至M ISO 引腳.協(xié)議具體內(nèi)容如下:¹所有串行數(shù)據(jù)傳輸開始于SS 下降沿;ºS S 在傳輸期間必須保持為低電平,在兩條指令之間保持為高電平;»數(shù)據(jù)在時鐘上升沿移入,在下降沿移出;¼SS 變低,輸入指令和地址之后,ISD 才開始錄放動作;

6、½指令格式是10位地址碼加6位控制碼;¾ISD 的任何操作(含快進如果遇到E O M 或O VF 則產(chǎn)生一個中斷,該中斷狀態(tài)在下一個SPI 周期開始時被清除;¿使用讀指令會使中斷狀態(tài)為移出ISD 的M ISO 引腳時,控制及地址數(shù)據(jù)也同步從M OSI 移入;À所有操作在運行位(R UN置/10時開始,置/00時結(jié)束;Á所有指令都在SS 上升沿開始執(zhí)行.具體時序圖如圖2所示 .圖2 SPI 接口時序圖2 系統(tǒng)功能的實現(xiàn)本設計系統(tǒng)采用dsPIC30F6014數(shù)字信號控制器,通過3個按鍵開關控制ISD4002錄放音芯片的動作.S1、S2、S3分別接到

7、控制器外部中斷I N T1、I N T2、I NT3上.當按下S1時,開始錄音,再次按下S1時停止錄音.如此反復即可實現(xiàn)多段錄音.同理,按下S2時開始放音,再次按下S2是停止放音.如此反復即可順序播放多段錄音.按下S3關機.2.1 硬件設計整個電路由語音錄放電路、話筒輸入電路、按鍵開關電路及LC D 顯示電路構(gòu)成.由于本設計系 統(tǒng)輸出直接驅(qū)動普通耳機,經(jīng)實驗驗證不需外部功放電路,直接利用ISD4002內(nèi)部功放輸出即可.ISD 4002作為從機,其S PI 接口的M OSI 接控制器的S DO,MIS O 接控制器的SD I,SCL K 接SCK,SS 接控制器的SS 即可LC D 用于人機交互

8、的界面顯示.該系統(tǒng)的電路圖如圖3所示.圖3 系統(tǒng)電路圖2.2 軟件設計dsPIC Language Tools Libraries 是M icrochip 公司提供給開發(fā)者的一套工具庫4,5,其中主要包含了3個子庫:D SP 庫,提供了常用的D SP 函數(shù);外圍接口庫,提供對dsPIC 系列所有外圍接口的驅(qū)動函數(shù),包括SPI 接口;標準C 及數(shù)學函數(shù)庫,在設計中,我們使用其中的外圍接口庫中的S PI 庫函數(shù)即可.SPI 庫中主要包括以下幾個函數(shù):¹Config 2IntSPIx SPI 中斷配置函數(shù).該函數(shù)可以對SPI 接口的中斷以及中斷優(yōu)先級進行配置,返回值為空.ºClo

9、seSPIx 函數(shù)關閉SPI 接口.»DataRdySPIx 函數(shù)使S PI 接口數(shù)據(jù)就緒.該函數(shù)用來判斷SPI 接收緩沖區(qū)中是否有數(shù)據(jù)等待讀出.若返回值為1,表示緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)已經(jīng)就緒,等待讀出;若返回值為0,則表示緩沖區(qū)為空.¼ReadSPIx 函數(shù)讀SPI 接口緩沖區(qū).½WriteSPIx 函數(shù)向SPI 接口發(fā)送緩沖區(qū)寫數(shù)據(jù).¾OpenS PIx 函數(shù)打開SPI 接口.該函數(shù)包含兩個參數(shù),config1和config2.config1中包含了對SPI 接口操作模式的配置信息,寫入控制寄存器;c on 2fig2中則包含了S PI 的狀態(tài)信息,將寫入狀

10、態(tài)寄存器.該函數(shù)在打開S PI 接口的同時完成對其的配置.¿pusSPI x 函數(shù)將一個字符串數(shù)據(jù)寫入到發(fā)送緩沖區(qū)中.ÀgetsSPIx 函數(shù)從接收緩沖區(qū)讀入指定長度的字符串數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)存到指定的空間.除了這8個函數(shù)以外,該庫還提供了相應的宏指令完成同樣功能,可以在程序中方便的使用.#63#第1期 楊洪軍,等:一種基于單片機的語音錄放電路的設計和實現(xiàn)2.2.1ISD4002芯片操作要求.對于ISD4002芯片,器件延時TPUD(8kHz采樣時,約為25ms后才能開始操作.因此,用戶發(fā)完上電指令后,必須等待TPUD,才能發(fā)出一條操作指令.典型的操作如下:(1從00處發(fā)音,應按如下

11、時序:¹發(fā)PO W2 ERUP命令;º等待TPUD(上電延時;»發(fā)地址值為00的SE TPL AY命令;¼發(fā)PL AY命令.器件會從此00地址開始放音,當出現(xiàn)EO M 時,立即中斷,停止放音.(2從00處錄音,則按以下時序:¹發(fā)PO WER UP命令;º等待T PUD(上電延時;»發(fā)PO WER UP命令;¼等待2倍TPUD;½發(fā)地址值為00的SE TREC命令;¾發(fā)REC命令.器件便從00地址開始錄音,一直到出現(xiàn)O VF (存貯器末尾時,錄音停止.2.2.2軟件程序設計.軟件程序包括主程序以及

12、幾個子程序.主程序中,在完成了初始化的工作之后,進入一個while 循環(huán),等待響應按鍵觸發(fā)的中斷,若有按鍵按下,則進入相應的中斷服務程序.在按鍵S1的中斷服務程序中,設置一個標志變量,S1每按下一次,標志變量取反,用來控制錄音及停止錄音.同理,S2的中斷服務程序中也設置一個標志變量,控制開始放音及停止放音.S3的中斷服務程序中則發(fā)送Po werDo wn指令關機.另外,軟件還包括了L CD顯示驅(qū)動及控制等子程序.參照ISD4002芯片手冊的要求,本設計系統(tǒng)通過以下幾個子程序來實現(xiàn)SPI 通信控制的功能.(1初始化S PI接口.在進行SPI接口通信之前,首先要初始化S PI接口,設定主從關系、字

13、節(jié)長度、S PI模塊內(nèi)部預分頻系數(shù)等參數(shù),這些參數(shù)基本上按照默認值設置,也可以根據(jù)需要進行修改.在設置這些參數(shù)前,首先要關閉SPI接口,設置完成后,再打開S PI接口,設置的參數(shù)開始生效,程序如下5:void Init S PI(unsigned int S PIC ONValue;P P保存SPI配置參數(shù)信息unsigned int S PIS TATVal ue;P P保存SPI接口開關狀態(tài)信息CloseS PI1(;P P關閉SPI接口P P對SPI接口進行配置,相關的配置信息請參考芯片手冊SPIC ONValue=FRA ME ENAB LE OF F&FRA ME S YNC

14、OU TPU T&ENAB LE SD O PIN&SPI MODE16ON&SPI S MP ON&SPI C KE ON&SLAVE ENAB LE OFF&CLK POL AC TIVE HIG H&MAS TER ENAB LE ON&SEC PR ES CA L71&PRI PRES C AL641;P P對SPI接口開關狀態(tài)進行配置SPIS TA TValue=S PI ENAB LE&SPI IDLE CO N&S PI RX O VFLOW C LR;OpenS PI1(SPICO NVal

15、ue,SPISTATValue;P P以設定的配置信息為參數(shù),打開S PI接口(2PO WERUP子程序.每次對ISD4002進行錄音或放音操作時,都需要啟動ISD4002芯片,即向ISD4002芯片發(fā)送PO WERUP指令,程序如下: #defi ne POW ER UP0x0004P P定義POWERUP指令數(shù)void PowerUp(SS=0;P P使SS為低電平,啟動一次SPI讀寫操作WriteSPI1(POW ER UP;P P發(fā)送PO WER UP指令while(S PI1S TATbits.S PITB F;P P等待發(fā)送標志位為0Delay Trans(;P P適當延時SS=1

16、;P P使SS為高電平,結(jié)束一次SPI讀寫操作(3錄音子程序.進行錄音操作,首先初始化S PI端口,然后發(fā)送PO WERUP指令,等待TPUD,再次發(fā)送PO WERUP指令,等待2倍TPUD,發(fā)送SE2 T REC指令指示開始錄音的起始地址,然后再發(fā)送REC指令即可開始錄音,程序如下:void Record(unsigned i nt MsgAddressIni t SPI(;P P初始化SPI接口PowerUp(;P P發(fā)送POWER UP指令Delay25m S(;P P延時TPUD,25m sPowerUp(;P P再次發(fā)送POW ER UP指令Delay25m S(;P P延時2倍TP

17、 UD,50msDelay25m S(;SETREC=MsgAddres s|0x0005;P P取得錄音的起始地址SS=0;P P s s為低電平,啟動S PI操作WriteSPI1(SETREC;P P發(fā)送地址為錄音起始地址的SETREC命令while(S PI1S TATbits.S PITB F;P P等待指令發(fā)送成功Delay Trans(;P P適當延時SS=1;P P SS為高電平,結(jié)束一次SPI操作SS=0;P P s s為低電平,再次啟動一次SPI操作WriteSPI1(REC;P P發(fā)送REC指令while(S PI1S TATbits.S PITB F;P P等待指令發(fā)送

18、成功Delay Trans(;P P適當延時#64#成都大學學報(自然科學版第27卷SS=1;P P ss為高電平,結(jié)束一次SPI操作hom e clr(;P P清LC D顯示屏puts lcd(d Recording,d,16;P P向LC D顯示屏打印d Recordi ng,d字符CloseS PI1(;P P關閉SPI接口(4放音子程序.放音與錄音操作基本相同,首先初始化SPI端口,再發(fā)送PO WER UP指令,等待TP UD,然后發(fā)送SE TPL AY指令指示開始放音的起始地址,再發(fā)送PL A Y指令即可開始放音,程序如下:void Play(unsi gned int MsgAdd

19、res sInit S PI(;P P初始化SPI端口PowerUp(;P P發(fā)送POW ER UP指令Delay25m S(;P P等待TPUD,25m sSETPLAY=Ms gAddress|0x0007;P P取得開始放音的起始地址SS=0;P P ss為低電平,啟動一次SPI操作WriteSPI1(SETPLAY;P P發(fā)送以放音起始地址為參數(shù)的SETPLAY指令whi le(S PI1STA Tbi ts.SPITB F;P P等待指令發(fā)送成功DelayTrans(;P P適當延時SS=1;P P ss為高電平,結(jié)束一次SPI操作SS=0;P P ss為低電平,再次啟動一次SPI操

20、作WriteSPI1(PLAY;P P發(fā)送PLAY指令whi le(S PI1STA Tbi ts.SPITB F;P P等待指令發(fā)送成功DelayTrans(;P P適當延時SS=1;P P ss為高電平,結(jié)束一次SPI操作home cl r(;P P清LCD顯示屏puts lcd(d Playing,d,10;P P向LC D打印d Playi ng,d字符CloseSPI1(;P P關閉S PI端口3結(jié)語本文介紹了一種基于單片機的語音錄放實現(xiàn)方案,并著重分析了使用dsPIC系列單片機自帶的S PI函數(shù)庫實現(xiàn)與IS D4002語音芯片通信的程序.該設計方案電路易于實現(xiàn),功能簡單實用,可擴展性較好,輸出聲音清晰、自然,具有較高的實用性.參考文獻:1劉永亮1用SPI實現(xiàn)dsPIC與ISD語音芯片的通信J.單片機與嵌入式系統(tǒng)應用,2005(11:15-1812李朝青1單片機原理及