8位工業(yè)級(jí)通用單片機(jī)應(yīng)用筆記綜合

1、Speech output withfunctionV1.0.02005-2-2單片機(jī)技術(shù)資料 HYPERLINK http:/w/ http:/wS eechutput with function技保留對(duì)此文件修改之權(quán)利且不另行通知。技所提供提之信息相信為正確且可靠之信息，但并不保證本文件中絕無(wú)錯(cuò)誤。請(qǐng)于向技出訂單前，自行確定所使用之相關(guān)技術(shù)文件及規(guī)格為最新之版本。若因貴公司使用本公司之文件或產(chǎn)品，而涉及第三人之專利或著作權(quán)等智能，本公司僅單純販?zhǔn)郛a(chǎn)品，上述關(guān)于同意及權(quán)之應(yīng)用及配合時(shí)，則應(yīng)由貴公司負(fù)責(zé)取得同意及，非屬本公司應(yīng)為保證之責(zé)任。又產(chǎn)品不得使用于醫(yī)療器材，維持生命系統(tǒng)及飛航等技相關(guān)設(shè)

2、備。之正式，本1S e ch ou p t with function0目錄頁(yè)碼0目錄21修訂. . . 32系統(tǒng)概要系統(tǒng)說(shuō)明4系統(tǒng)框圖4MCU 使用資源53脈沖編碼調(diào)制63.1PCM 的概念..4聲音信號(hào)數(shù)字化6采樣頻率7采樣精度7聲音質(zhì)量與數(shù)據(jù)率73.2WAVE 文件格式84設(shè)計(jì)原理104.14.2語(yǔ)音原理10硬件連接105說(shuō)明. . . 11子程序說(shuō)明11變量說(shuō)明126流程圖主流程圖15中斷服務(wù)程序15獲取數(shù)據(jù)流程圖172S e ch opu w th unction1修訂錄日版本編寫及修

3、訂說(shuō)明2005-2-21.0.0初始版本Se h ou put with function2系統(tǒng)概2.1系統(tǒng)說(shuō)本系統(tǒng)應(yīng)用于 SUNPLUS SPMC65x series 上， 使用 MCU 的功能V 規(guī)格的語(yǔ)音 IO 模擬輸出。WAV件部分是文件。WAV 格式的語(yǔ)音文件SPR4096 的時(shí)序，用串行方式規(guī)格的語(yǔ)音文件事先通過(guò)于外擴(kuò)的 FlashSPR4096 中，MCU 通過(guò)普通SPR4096 中的語(yǔ)音數(shù)據(jù)，并將語(yǔ)音數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為的燒錄程序?qū)懭?SPR4096 中。本范程序的SPMC65P2404A*28p 為開發(fā)對(duì)象。2.2系統(tǒng)框圖 2-1系統(tǒng)框圖16MHSPR96(speech resourc

4、e)Play s eechSPMC65P2404A*28p122S eec outputh fu ct on2 3MCU 使MC資源容備注M變量bytROM程序9 b teT mer Ba1.02 ms 計(jì)pee h o tputI/O PO TPORTo tputPPORTDAcs SPR4096PD0、PD1S eh outp t w th function3脈沖編調(diào)制3.1PCM 的概念脈沖編碼調(diào)制(Pulse Code ModulatioM)是概念上最簡(jiǎn)單、理論上最完善的編碼系統(tǒng)，是最研制成功、使用最為廣泛的編碼系統(tǒng)，但也是數(shù)據(jù)量最大的編碼系統(tǒng)。PCM 的編碼原理比較直觀和簡(jiǎn)單，它的原

5、理框圖如圖 1-1 所示。在這個(gè)編碼框圖中，它的輸入是模擬聲音信號(hào)，它的輸出是 PCM 樣本。圖中的“防失真濾波器”是一個(gè)低通濾波器，用來(lái)濾除聲音頻帶以外的信號(hào)；“波形編成器或者稱為“量化間隔”可暫時(shí)理解為“采樣器”，“量化器”可理解為“量化。小(st p-size) 生圖 1-1 PCM 編碼框圖話音信號(hào)是典型的連續(xù)信號(hào)，不僅在時(shí)間上是連續(xù)的，而且在幅度上也是連續(xù)的。在時(shí)間上“連續(xù)”是指在一個(gè)指定的時(shí)間范圍里聲音信號(hào)的幅值有無(wú)窮多個(gè)，在幅度上“連續(xù)”是指幅度的無(wú)窮多個(gè)。把在時(shí)間和幅度上都是連續(xù)的信號(hào)稱為模擬信號(hào)。在某些特定的時(shí)刻對(duì)這種模擬信號(hào)進(jìn)量叫做采樣(sampling)，由這些特定時(shí)刻采

6、樣得到的信號(hào)稱為離散時(shí)間信號(hào)。采樣得到的幅值是無(wú)窮多個(gè)實(shí)數(shù)值中的一個(gè)，因此幅度還是連續(xù)的。如果把信號(hào)幅度取的數(shù)目加以定，這種由有限數(shù)值組成的信號(hào)就稱為離散幅度信號(hào)。3.1.1聲音信號(hào)數(shù)字化聲音進(jìn)入計(jì)算機(jī)的第一步就是數(shù)字化，數(shù)字化實(shí)際上就是采樣和量化。如前所述，連續(xù)時(shí)間的離散化通過(guò)采樣來(lái)實(shí)現(xiàn)，就是每 相等的一小段時(shí)間采樣一次，這種采樣稱為均勻采樣(uniformsampling)；連續(xù)幅度的離散化通過(guò)量化(zation)來(lái)實(shí)現(xiàn)，就是把信號(hào)的強(qiáng)度劃分成一小段一小段，如果幅度的劃分是等間隔的，就稱為性量化，否則就稱為非線性量化。圖 1-2 表示了聲音數(shù)字化的概念。6Sechtput wit func

7、tion圖 1-2聲音的采樣和量化聲音數(shù)字化需要回答兩個(gè)問(wèn)題：（1）每秒鐘需要多少個(gè)聲音樣本 也就是樣頻率(fs)是多少；（2）每個(gè)聲音樣本的位數(shù)(b t per samp e，bps)應(yīng)該是多少，也就是量化精度。3.1 2采樣頻率采樣頻率的高低是根據(jù)理論(Nyquist theory)和聲音信號(hào)本身的最高頻率決定的。理論，采樣頻率不應(yīng)低于聲音信號(hào)最高頻率的兩倍，這樣就能把以數(shù) 表達(dá)，這叫做無(wú)損數(shù)字化(lo sl s d gi iz t on)采樣定律用公式表示為：還原成原來(lái)fs2f 或者 Ts T/2其中 f 為被采樣信號(hào)的最高頻率。可以這樣來(lái)理解理論：聲音信號(hào)可以看成由許許多多正弦波組成的

8、，一個(gè)振幅為 A、頻率為 f 的正弦波至少需要兩個(gè)采樣樣本表示，因此，如果一個(gè)信號(hào)中的最高頻率為 fmax,采樣頻率最低要選擇 2fmax。例，話音信號(hào)頻率為 3.4kHz，采樣頻率就選為 8kHz。3.1.3采樣精度樣本大小是用每個(gè)聲音樣本的位數(shù) bit/s(即 bps)表示的，它反映度量聲音波形幅度的精度。例如，每個(gè)聲音樣本用 16 位(2 字節(jié))表示，測(cè)得樣本值是在 065536 的范圍里，它的精度就是輸入信號(hào)的 1/65536。樣本位數(shù)的大小影響到聲音的質(zhì)量，位數(shù)越多，聲音的質(zhì)量越高，而需要空間也越多；位數(shù)越少，聲音的質(zhì)量越低，需要的空間越少。采樣精度的另一種表方法是信號(hào)噪聲比，簡(jiǎn)稱為

9、信噪比(si nal t -noise ratio，SNR ，并用下式計(jì)算：10log(Vsign l)2 /(Vn ise)2 SN20log(Vsignal /Vnoise)為分貝(db)其中 Vsignal 表信號(hào)電壓、Vnoise 表示噪聲電壓；SNR 的度為 1 位表示 Vsignal21，它的信噪比 SNR6 分貝。例 1：假設(shè) Vnoise1，例 2：假設(shè) Vnoise1，采樣精度16 位表示 signal2 6，它的信噪比 SNR96 分貝。3.1.4聲音質(zhì)量與數(shù)據(jù)率根據(jù)聲音的頻帶，通常把聲音的質(zhì)量分成 5 個(gè)等級(jí)，由到高分別是(ephone)、調(diào)幅(Amplitu e Mod

10、ulation，AM)廣播、調(diào)頻(Frequency Modulation，F(xiàn)M)廣播、激光唱盤(CD-Audio)7S eech output wi h function和數(shù)字帶(Digital Audio T道數(shù)和據(jù)率列于表 1。，DAT)。在這 5等級(jí)中， 用的采樣頻率、樣精度 通表 11 聲音量和數(shù)據(jù)率3.2WAVE 文件格式WAV，這是一種古老的音頻文件格式， 微軟開發(fā)。WAV 是一種 件格式， 合 RIFF（Resource erchange File Format）規(guī)范。所有的 WAV 都有一個(gè)文件頭，這個(gè)文件頭音頻流的編碼參數(shù)。WAV 對(duì)音頻流的編碼沒(méi)有硬性規(guī)定，除了 PCM

11、之外，還有幾乎所有支持 ACM 規(guī)范的編碼都可以為 WAV的音頻流進(jìn)行編碼。同樣，WAV 也可以使用多種音頻編碼來(lái)壓縮其音頻流，不過(guò)常見(jiàn)的都是音頻流被 PCM 編碼處理的 WAV，但這不表示 WAV 只能使用 PCM 編碼，MP3 編碼同樣也可以運(yùn)用在 WAV 中，基于 PCM 編碼的 WAV 是被支持得最好的音頻格式，所有音頻都能完美支持，由于本身可以達(dá)到較高的音質(zhì)的要求，因此，WAV 也是音樂(lè)編輯創(chuàng)作的首選格式，適合保音樂(lè)素材。因此，基于 PCM 編碼的V 被作為一種中介的格式。WAV 文件的格式如圖 13 所示。圖 13 WAV 文件的格式時(shí)所需要了解的信息。Format 數(shù)據(jù)塊以“fm

12、t”為 ID 標(biāo)識(shí)出來(lái)，不同的數(shù)據(jù)塊列出 wav緊跟著列出塊大小ckSize、壓縮方式標(biāo)識(shí) FormatTag、通道數(shù) Channel、采樣率 SamplesPerSec、數(shù)據(jù)率 Av BytesPerSec、樣本精度 BitsPerSample 等。8質(zhì)量采樣頻率(k z)樣本度(bi /s道/數(shù)(kB/s) (未壓)率范圍88單聲82003400HzAM11.0258道聲1.0015000HzFM22.0 06立聲88.507000HzCD4.1176.2020000HDAT4816192.02020000HzS eech output with functionData 數(shù)據(jù)塊以“dat

13、a”為 ID 標(biāo)識(shí)出來(lái)，將給出數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)的大小 ckSize 和接下來(lái)的數(shù)據(jù)信息，波形文件的數(shù)本范例適合就是這些了。文件中還有一些其他的信息，8 位單聲道的 WAV 文件。里將不做為重點(diǎn)來(lái)。9Sp e h ou put with PM function4設(shè)計(jì)原理4.1語(yǔ)音原理的原理就是對(duì)波形文件中的數(shù)據(jù)通過(guò) DAC 或來(lái)恢復(fù)離散后的各點(diǎn)的電壓值，SPMC65P2404 通過(guò)來(lái)模擬 DAC 的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓的恢復(fù)。由于 I/O 的驅(qū)動(dòng)能力有限，如果直接用 IO 驅(qū)動(dòng)叭，音量會(huì)比較的小，所以本應(yīng)用例使音頻放大器來(lái)對(duì)其進(jìn)行放大。本應(yīng)用例首先通過(guò)外部 Flash SPR4096 獲取語(yǔ)音文件的字節(jié)數(shù)，

14、此字節(jié)數(shù)將作為語(yǔ)音結(jié)束的判斷依據(jù)；然后系統(tǒng)用 8Kz 的頻率取語(yǔ)音數(shù)據(jù)，并將獲得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為輸出。4.2硬件連接SCKU9VCC-5V512345678910111213142827PA7 PA6 PA5 PA4 PA3 PA2 PA1 PA0 PB7 PB6 PB5 PB4 PB3 PB2VDD VSS XI XO RESET PD0 PD1 PD2 PC0 PC1 PC2 PC3 PB0 PB1XIVss XI XO 10K262512112423NC NC NCVSS VDDQ SCK2 VDDQ242322R11092221SDASCK RESET_N_409616MHzNC/RSTC

15、VDDQ872019CF2-CF0 VSS CF3NCCF4NCCF7NCVDDQNCVSSQNCSDANCVDDINCXO2120191817161565181720pR3VDDQ431615 3 21141310KVDDIR2SPMC65P2404A/2408ASPR409610KSDAVssVCC_3.3VDDQVCC-5VD11 2VDDQVDDIC7R5R4 10kU2 SPY0030IN4148PB3LS1+C1 220uC2 104+ C347uu10kR952+R620kC11R7C841-SPEAKERR8 10k1u10k+C9 100u2k VDDQRESET_N_409

16、6C10 104R10C4 104圖 4-1硬件連接圖1036871000p20k60Q1Spe ch o tpu wit funct on5說(shuō)明5.1檔成5.子程序說(shuō)F_SlF_ dCtrF_G tDatF_WrAddr11內(nèi)容備注InputGB_OpCode,_Addr_ L,GBdd _ H,GB_AddrLOutpute說(shuō)SP 40 6地屬于Acc ss40 6.asm內(nèi)注InputeOutpuNo e說(shuō)明從 SPR409獲取一個(gè)字節(jié)的語(yǔ)據(jù)屬于Ac4096.asm內(nèi)備注InputneOutpute獲得語(yǔ)音文件的字于cs 096.m內(nèi)容注InOutpuN neia ize IO and

17、Tim屬于Acss 09 .asm文件名功能類型m n.asmMain pro essSou ce filAc096.asPla ng speech pro essurce fileMacro4096.incmacroHe d fileSPMC65P2404A. ncSP C65X symbol definitionHead fileSpeech outpu wi h WM fu ctioF_Re d8 itF_RdE d8 itF_Wri e8 itF_RdDa5.3變量說(shuō)CodeGBGB_r_HL12內(nèi)容備說(shuō)明P6 高三位地址Sizete初Symbol 定義e內(nèi)容值07內(nèi)容備說(shuō)明S96 操

18、作碼Sizete初始0Sl 定義e內(nèi)容0 20 o 0 x00內(nèi)備注InputneOutpute判斷據(jù)是否讀完畢屬于Acss 09 .asm內(nèi)容注n utNoutputGB_Wr_Bu說(shuō)明寫 1 字節(jié)數(shù)據(jù)于cc ss409 .asm內(nèi)容注nputeOu putGB_Rd_Buf明最后 1 字節(jié)數(shù)據(jù)屬于As40 6.as內(nèi)容注nputNoutputGB_Rd_Bu說(shuō)明1 字節(jié)數(shù)據(jù)屬于As40 6.asSpeech outpu wi h WM f nctionGB_Ar_LHGB_r_LLGB_Rd_GB_Wr_GB_ReadF13內(nèi)容注內(nèi)容說(shuō)SPR 0的控制標(biāo)志Sizete初Symbol 定義e內(nèi)容值06內(nèi)容注內(nèi)容說(shuō)即將寫S96 的數(shù)據(jù)Sizete初始值0mbol 定義e容值0 x00 0 xFF內(nèi)容備注內(nèi)容存從 S R中讀出的數(shù)據(jù)Sizete初始值0mbol 定義No內(nèi)值0 x 00 xFF內(nèi)容備說(shuō)明P6 低八位地址Sizee初始值0bol 定義內(nèi)值0 x 00 xFF內(nèi)容備說(shuō)明P6 次高八位地址Sizee初始值0bol 定義e內(nèi)容0 x0 0 xFFS