全書教學(xué)課件：語(yǔ)音信號(hào)及單片機(jī)處理

語(yǔ)音信號(hào)及單片機(jī)處理目錄第一章緒論第二章語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域分析第三章語(yǔ)音的頻域分析第四章凌陽(yáng)單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第五章指令系統(tǒng)第六章61單片機(jī)的接口第七章單片機(jī)中斷系統(tǒng)第八章系統(tǒng)的擴(kuò)展技術(shù)第九章單片機(jī)匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)第十章單片機(jī)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)第十一章61單片機(jī)的應(yīng)用第十二章應(yīng)用開發(fā)及支持工具第十三章語(yǔ)音綜合應(yīng)用系統(tǒng)01三月2025第3頁(yè)1.1音頻和語(yǔ)音處理1.2國(guó)外語(yǔ)音處理技術(shù)概況1.3我國(guó)語(yǔ)音處理技術(shù)的發(fā)展1.4語(yǔ)音處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1.5嵌入式語(yǔ)音處理技術(shù)1.6單片機(jī)的歷史及發(fā)展1.7凌陽(yáng)單片機(jī)簡(jiǎn)介01三月2025第4頁(yè)1.1音頻和語(yǔ)音處理音頻是指頻率在20Hz～20kHz的聲音信號(hào)，分為：波形聲音、語(yǔ)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)字化的基礎(chǔ)。語(yǔ)音也可以表示為波形聲音，但波形聲音表示不出語(yǔ)言、語(yǔ)音學(xué)的內(nèi)涵。語(yǔ)音是對(duì)講話聲音的一次抽象，是語(yǔ)言的載體，是人類社會(huì)特有的一種信息系統(tǒng)，是社會(huì)交際工具的符號(hào)。音樂與語(yǔ)音相比更規(guī)范一些，是符號(hào)化了的聲音。但音樂不能對(duì)所有的聲音進(jìn)行符號(hào)化。樂譜是符號(hào)化聲音的符號(hào)組，表示比單個(gè)符號(hào)更復(fù)雜的聲音信息內(nèi)容。01三月2025第5頁(yè)語(yǔ)音是語(yǔ)言最本質(zhì)、最自然、最直接的表現(xiàn)形式或載體，其表現(xiàn)形式為聲波——一種由空氣分子振動(dòng)而形成的機(jī)械波。語(yǔ)音學(xué)是研究人類語(yǔ)音的產(chǎn)生、傳播及感知等過程機(jī)理的學(xué)科，包括發(fā)音語(yǔ)音學(xué)、聲學(xué)語(yǔ)音學(xué)和聽覺語(yǔ)音學(xué)3個(gè)分支。發(fā)音語(yǔ)音學(xué)研究發(fā)音器官在發(fā)音過程中的運(yùn)動(dòng)和語(yǔ)音的音位特性；聲學(xué)語(yǔ)音學(xué)研究語(yǔ)音的物理屬性(語(yǔ)音聲波的振幅、頻率和頻譜特性等)；聽覺語(yǔ)音學(xué)研究聽覺和語(yǔ)音感知。

01三月2025第6頁(yè)數(shù)字信號(hào)處理是一門通過計(jì)算機(jī)或其他專用設(shè)備，對(duì)離散信號(hào)用數(shù)字方式進(jìn)行增強(qiáng)、壓縮、濾波、變換及識(shí)別等處理的新興學(xué)科。語(yǔ)音學(xué)和數(shù)字信號(hào)處理的交叉結(jié)合便形成了語(yǔ)音信號(hào)處理。語(yǔ)音信號(hào)處理(簡(jiǎn)稱語(yǔ)音處理技術(shù)或語(yǔ)音技術(shù))是建立在語(yǔ)音學(xué)和數(shù)字信號(hào)處理基礎(chǔ)之上的，對(duì)語(yǔ)音信號(hào)模型進(jìn)行分析、存儲(chǔ)(編碼)、傳輸、識(shí)別和合成等方面研究的一門綜合性學(xué)科。它包括語(yǔ)音編碼、語(yǔ)音識(shí)別、說話人識(shí)別和語(yǔ)音合成四大學(xué)科分支，并由此形成了語(yǔ)音分析技術(shù)、語(yǔ)音存儲(chǔ)(編碼)技術(shù)、語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)和語(yǔ)音合成技術(shù)四大實(shí)用技術(shù)。01三月2025第7頁(yè)1.2國(guó)外語(yǔ)音處理技術(shù)概況自1876年Bell發(fā)明了采用聲電轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離語(yǔ)音通信的電話開始，語(yǔ)音處理技術(shù)的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段。

1、萌芽階段在這一階段(上世紀(jì)30年代至50年代)，人們對(duì)語(yǔ)音處理的研究主要是根據(jù)語(yǔ)音學(xué)知識(shí)，提取若干特征參數(shù)，并利用這些參數(shù)制作成模擬電路來模仿人的發(fā)音過程，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的語(yǔ)音處理功能。2、發(fā)展階段

1960年代至1980年代初，隨著集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，語(yǔ)音處理的理論和技術(shù)亦日趨完善和成熟。01三月2025第8頁(yè)3、實(shí)用階段

1980年代至今，隨著遵循摩爾定律的超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，PC機(jī)的觸角深入到千家萬戶，極大地促進(jìn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)的迅猛發(fā)展，使人類社會(huì)進(jìn)入到數(shù)字信息時(shí)代。鑒于語(yǔ)音識(shí)別產(chǎn)品的魯棒性較差，對(duì)語(yǔ)音處理技術(shù)的研究將更加深入。美國(guó)DARPA戰(zhàn)略計(jì)算計(jì)劃局提出研究口語(yǔ)系統(tǒng)(spokenlanguagesystem)。該系統(tǒng)要求把語(yǔ)音識(shí)別與自然語(yǔ)言理解結(jié)合起來，即讓計(jì)算機(jī)像人一樣具有語(yǔ)言理解能力，而不須過多地在孤立詞識(shí)別上下功夫，從而形成了新一代語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)。01三月2025第9頁(yè)1.3我國(guó)語(yǔ)音處理技術(shù)的發(fā)展我國(guó)對(duì)語(yǔ)音處理技術(shù)的研究起步要晚一些，1980年前只有中科院聲學(xué)所、清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系等單位從事語(yǔ)音識(shí)別的研究工作。經(jīng)過20多年的努力，我國(guó)在語(yǔ)音處理領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)步。

1、漢語(yǔ)聽寫機(jī)方面

2、漢語(yǔ)語(yǔ)音識(shí)別方面3、漢語(yǔ)語(yǔ)音合成方面01三月2025第10頁(yè)1.4語(yǔ)音處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)語(yǔ)音存儲(chǔ)技術(shù)的核心是語(yǔ)音編碼技術(shù)。語(yǔ)音編碼的研究始于1939年Dudley的創(chuàng)造性發(fā)明——聲碼器。直至1970年代中期，除PCM(脈沖編碼調(diào)制)和ADPCM(自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制)已取得較大進(jìn)展之外，中低比特率語(yǔ)音編碼一直沒有實(shí)質(zhì)性的突破。1980年美國(guó)政府公布了一種2.4Kb／s的線性預(yù)測(cè)編碼標(biāo)準(zhǔn)算法LPC一10以后，在普通電話帶寬信道中傳輸數(shù)字電話的愿望終于變成現(xiàn)實(shí)。

01三月2025第11頁(yè)除PCM，ADPCM，AM(增量調(diào)制)，LPC(線性預(yù)測(cè)編碼)，ME—LPC(多脈沖激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼)等聲碼器之外，美國(guó)于1988年又公布了一個(gè)4.8Kb／s的CELP(碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼)語(yǔ)音編碼標(biāo)準(zhǔn)算法，歐洲也推出了一個(gè)16Kb／s的規(guī)則脈沖激勵(lì)(RELP)線性預(yù)測(cè)編碼算法，其語(yǔ)音質(zhì)量都能達(dá)到高音質(zhì)，而不再像單脈沖LPC聲碼器的輸出語(yǔ)音那樣不為人們所接受。近幾年又出現(xiàn)了更好的編碼算法——多帶激勵(lì)聲碼器(MBU)，它可以在2.4Kb／s的速率下提供較高質(zhì)量的語(yǔ)音。語(yǔ)音合成技術(shù)的研究已有200多年的歷史，但是真正有實(shí)用意義的近代語(yǔ)音合成技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的，它主要是使計(jì)算機(jī)能夠產(chǎn)生高清晰度和高自然度的連續(xù)語(yǔ)音。

01三月2025第12頁(yè)1.5嵌入式語(yǔ)音處理技術(shù)嵌入式語(yǔ)音處理技術(shù)得到廣泛應(yīng)用的是語(yǔ)音編碼技術(shù)。語(yǔ)音編碼技術(shù)促進(jìn)了移動(dòng)通信的發(fā)展，同時(shí)也被廣泛用于語(yǔ)音復(fù)讀機(jī)中。而語(yǔ)音識(shí)別的嵌入式應(yīng)用一直是人們研究的熱點(diǎn)。根據(jù)語(yǔ)音識(shí)別性能及識(shí)別算法的不同，語(yǔ)音識(shí)別專用芯片大致有以下幾種類型：（1）由多帶通濾波器及線性匹配電路構(gòu)成的專用IC。（2）由單片機(jī)(MCU)組成的語(yǔ)音識(shí)別專用IC。（3）由數(shù)字信號(hào)處理器DSP組成的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)。（4）由人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的語(yǔ)音識(shí)別專用芯片。（5）語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)級(jí)芯片SOC(SystemonCircuit)。01三月2025第13頁(yè)語(yǔ)音識(shí)別芯片的算法特點(diǎn)如下：語(yǔ)音信號(hào)輸入后首先經(jīng)過濾波器，去除干擾及可能造成混淆的成分，然后由前端處理模塊提取語(yǔ)音識(shí)別所需的特征參數(shù)。目前語(yǔ)音識(shí)別所用的特征參數(shù)主要有兩種類型：線性預(yù)測(cè)倒譜系數(shù)(LPCC)和MEL頻標(biāo)倒譜系數(shù)(MFCC)。

LPCC系數(shù)主要是模擬人的發(fā)聲模型，未考慮人耳的聽覺特性。它對(duì)元音有較好的描述能力，而對(duì)輔音描述能力及抗噪性能比較差。其優(yōu)點(diǎn)為計(jì)算量小，易于實(shí)現(xiàn)。

MFCC系數(shù)則考慮到了人耳的聽覺特性，具有較好的識(shí)別性能。由于它需要進(jìn)行快速傅里葉變換，將語(yǔ)音信號(hào)由時(shí)域變換到頻域上處理，因此其計(jì)算量大且計(jì)算精度要求高，必須在DSP上完成。

01三月2025第14頁(yè)語(yǔ)音識(shí)別模塊的作用是將輸入信號(hào)的特征與模板庫(kù)中已訓(xùn)練好的語(yǔ)音模板進(jìn)行比較識(shí)別，找到最好的識(shí)別結(jié)果?，F(xiàn)在應(yīng)用較為廣泛的語(yǔ)音識(shí)別的算法主要有以下幾種：動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整、離散隱馬爾可夫模型、連續(xù)隱馬爾可夫模型、人工神經(jīng)網(wǎng)。語(yǔ)音識(shí)別專用芯片的運(yùn)算處理器是一顆低功耗、低價(jià)位的智能芯片。與PC機(jī)的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)相比，其運(yùn)算速度、存儲(chǔ)容量都非常有限，由專用芯片實(shí)現(xiàn)的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)有如下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）多為中、小詞匯量的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)，即只能夠識(shí)別10～100條詞條。（2）一般僅限于特定人語(yǔ)音識(shí)別的實(shí)現(xiàn)，即需要讓使用者對(duì)所識(shí)別的詞條先進(jìn)行學(xué)習(xí)或訓(xùn)練。這一類識(shí)別功能對(duì)語(yǔ)種、方言和詞條沒有限制。01三月2025第15頁(yè)（3）由此芯片組成一個(gè)完整的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)。除語(yǔ)音識(shí)別功能外，為了有一個(gè)友好的人機(jī)界面和對(duì)識(shí)別正確與否的驗(yàn)證，該系統(tǒng)還必須具備語(yǔ)音提示(語(yǔ)音合成)及語(yǔ)音回放(語(yǔ)音編解碼記錄)功能。（4）多為實(shí)時(shí)系統(tǒng)，即當(dāng)用戶說完待識(shí)別的詞條后，系統(tǒng)立即完成識(shí)別功能并有所回應(yīng)。這就對(duì)電路的運(yùn)算速度有較高的要求。（5）除了要求有盡可能好的識(shí)別性能外，還要求具有體積盡可能小、可靠性高、耗電省、價(jià)錢低等。下面是幾種典型的語(yǔ)音識(shí)別專用芯片：01三月2025第16頁(yè)（1）RSC一364是美國(guó)SensoryIntegratedCircuit公司2000年開發(fā)生產(chǎn)的消費(fèi)類電子產(chǎn)品的低價(jià)位語(yǔ)音識(shí)別專用芯片。（2）UniSpeeeh—SDA80D51是德國(guó)Infineon公司2000年開始生產(chǎn)的高性能的語(yǔ)音專用芯片，能夠滿足立體聲處理或者消除外界干擾等功能要求，例如在汽車上使用時(shí)，可以消除發(fā)動(dòng)機(jī)和輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的噪聲干擾等。（3）ISD—SR3000是一個(gè)嵌入式語(yǔ)音識(shí)別器件，是ISD公司開發(fā)的Simon系列芯片的第一個(gè)。（4）清華大學(xué)與華錄集團(tuán)合作，成功地研究開發(fā)了國(guó)內(nèi)的第一個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的語(yǔ)音識(shí)別專用芯片，以8位MCU為核心，采用嵌入式芯片設(shè)計(jì)方法。

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1.6單片機(jī)的歷史及發(fā)展單片機(jī)是微機(jī)發(fā)展的一個(gè)分支，是為了適應(yīng)控制系統(tǒng)微型化、集成化的需要而產(chǎn)生和發(fā)展起來的。在普遍的意義上，在一個(gè)集成電路中集成了中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（RAM、ROM、EPROM等）和輸入輸出接口（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、并行口、串行口、AD轉(zhuǎn)換器或脈沖寬度轉(zhuǎn)換器PWM等）的器件稱為單片機(jī)。由于這樣的一個(gè)集成芯片中具有了一個(gè)計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和功能，所以被稱為單片計(jì)算機(jī)。1.6.1單片機(jī)的歷史單片機(jī)是伴隨著集成電子技術(shù)和微處理器的發(fā)展而發(fā)展的，并且由于單片機(jī)主要是在工業(yè)和其他領(lǐng)域的自動(dòng)控制中應(yīng)用，其工藝、可靠性等要求都很高，也可以說是代表了最先進(jìn)的微機(jī)和集成電子技術(shù)的水平。01三月2025第18頁(yè)單片機(jī)的發(fā)展可以分為四個(gè)階段：第一階段（1974－1976年）：微處理器開始使用，單片機(jī)在微處理器的基礎(chǔ)上改進(jìn)形成。集成度較低，功能較弱，為初級(jí)形成階段，需要外加接口電路等。第二階段（1976－1778年）：?jiǎn)纹瑱C(jī)基本成型，基本上可以由單片機(jī)完成主要工作，性能較低，處理能力不強(qiáng)。如做鍵盤管理的8048等。第三階段（1978－1982年）：?jiǎn)纹瑱C(jī)性能已完善，基本上可以獨(dú)立完成一般的自動(dòng)測(cè)量和控制工作，其性價(jià)比高，工作穩(wěn)定。如MCS-51系列單片機(jī)。第四階段（1982－現(xiàn)在）：?jiǎn)纹瑱C(jī)在不同方面的改進(jìn)和提高，如16位、32位單片機(jī)，各類專用單片機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理專用單片機(jī)等。01三月2025第19頁(yè)1.6.2單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)從技術(shù)方面，單片機(jī)的發(fā)展主要有以下趨勢(shì)：1.處理能力的提高(1)能力的提高(2)效率的提高(3)速度的提高2．存儲(chǔ)器的改進(jìn)(1)加大存儲(chǔ)容量(2)采用新型存儲(chǔ)器(3)程序加密01三月2025第20頁(yè)3．接口的改進(jìn)（1）增加并行口的驅(qū)動(dòng)能力（2）設(shè)置特殊功能（3）增加接口的編程控制能力4．結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化（1）采用串行總線結(jié)構(gòu)（2）集成外圍電路5．小體積、低功耗01三月2025第21頁(yè)1.7凌陽(yáng)單片機(jī)簡(jiǎn)介凌陽(yáng)系列單片機(jī)主要有8位機(jī)和16位機(jī)兩個(gè)系列。其中，8位機(jī)根據(jù)不同用途分別帶有LCD驅(qū)動(dòng)或帶有單通道、雙通道或多通道發(fā)聲功能，可適合制作各種款式的計(jì)算器、數(shù)據(jù)庫(kù)、游戲機(jī)及各種檔次的電子琴以及高級(jí)電子玩具等，也可用于嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。凌陽(yáng)單片機(jī)以CPU為內(nèi)核的16位單片機(jī)則適用面更廣，集成不同規(guī)模的ROM、RAM、ADC和PWM(DAC)、并行／串行接口等片內(nèi)資源，如下圖所示。

01三月2025第22頁(yè)01三月2025第23頁(yè)圖中以CPU為內(nèi)核，其它功能模塊根據(jù)應(yīng)用需要為可選結(jié)構(gòu)。這就使得單片機(jī)系統(tǒng)的規(guī)模可大可小，某些功能模塊在系統(tǒng)組成時(shí)可有可無。以為內(nèi)核的16位單片機(jī)也有SPCExxx系列、SPT660x系列、SPMC903系列共8種IC型號(hào)的產(chǎn)品。這些產(chǎn)品既順應(yīng)了單片機(jī)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，又充分考慮到市場(chǎng)和用戶的需求，具有集成度高、功能全、低功耗、低電壓、可靠性高且易于開發(fā)等特點(diǎn)。特別是某些特殊指令，添加了DSP(DigitalSignalProcessing)功能，且其指令結(jié)構(gòu)提供了對(duì)高級(jí)語(yǔ)言的支持。這就使得單片機(jī)系統(tǒng)的規(guī)模可大可小，某些功能模塊在系統(tǒng)組成時(shí)可有可無。圖中以CPU為內(nèi)核，其它功能模塊根據(jù)應(yīng)用需要為可選結(jié)構(gòu)。01三月2025第24頁(yè)1.7.1凌陽(yáng)8位單片機(jī)目前凌陽(yáng)8位單片機(jī)已有SPL系列、SPC系列、SPF系列以及其它系列共50多種不同IC芯片型號(hào)的產(chǎn)品。凌陽(yáng)8位單片機(jī)按CPU內(nèi)核不同可分為兩大族：一族以6502CPU作為其內(nèi)核，主要有65N02系列、65R02系列以及65S02系列；另一族以凌陽(yáng)CPU為其內(nèi)核，主要有CPUl2系列和CPU8系列。表1.1列出了凌陽(yáng)8位單片機(jī)系列中CPU內(nèi)核、IC芯片型號(hào)及其主要用途。

01三月2025第25頁(yè)表1.1凌陽(yáng)的8位單片機(jī)系列CPU內(nèi)核類型IC芯片型號(hào)用途65N02(6502)全套指令SPL61A,SPL130A,SPL191A,SPLB10A,SPDC256A,SPDC512A,SPDC512B,SPDC1000A,SPDC1000B計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)、游戲機(jī)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等65R02(6502減指令系統(tǒng)+部分?jǐn)U展指令)SPF02A,SPL02C,SPL02D,SPL03B,SPL03C,SPL05A,SPL05B,SPL06A,SPL06B,SPL128A,SPLB20A,SPLB20A1,SPLB21A,SPLB22A,SPLB23A,SPLB24A,SPLB25A,SPLB26A,SPLG01A電子琴計(jì)算器、數(shù)據(jù)庫(kù)、游戲機(jī)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等65S02(6502減指令系統(tǒng))SPF06A1,SPF18A1,SPF20A,SPF30A1,SPF30B,SPL02A各種檔次的電子琴、玩具、計(jì)算器、數(shù)據(jù)庫(kù)和游戲機(jī)等凌陽(yáng)CPU12,CPU8(6502減指令系統(tǒng)+部分?jǐn)U展指令)SPCxxx,SPCRxx,SPMCxx,SPFA64A,SPFA120A,SPL08A,SPL08A1,SPL081A,SPL10A,SPL15A,SPL15B,SPL25B,SPL25C,SPL30A,SPL31A,SPL60A,SPL190A各種檔次的電子琴、高級(jí)電子玩具、計(jì)算器、數(shù)據(jù)庫(kù)、游戲機(jī)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等01三月2025第26頁(yè)SPL系列基本上都帶有LCD驅(qū)動(dòng)，而某些SPL系列還帶有發(fā)聲功能，可用來制作各種款式的計(jì)算器、數(shù)據(jù)庫(kù)及游戲機(jī)等；SPC系列則是帶有雙聲道發(fā)聲功能的單片機(jī)，可用來制作各種高級(jí)電子玩具或電子寵物等；SPF系列是帶有多通道(4通道、8通道等)發(fā)聲功能的單片機(jī)，可用來研制各種檔次的電子琴類產(chǎn)品。1.7.2凌陽(yáng)16位單片機(jī)1.概述隨著單片機(jī)功能集成的發(fā)展，其應(yīng)用也逐漸地由單純的控制擴(kuò)展為控制處理、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)字信號(hào)處理等領(lǐng)域。凌陽(yáng)16位單片機(jī)就是為順應(yīng)這種發(fā)展需求而推出的。凌陽(yáng)16位單片機(jī)的內(nèi)核圍繞所形成的16位系列單片機(jī)(或稱為家族)，它具有如下技術(shù)性能：

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較寬的電源電壓范圍：26～5.5V；較寬的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率范圍：0.375～24.576MHz；16位數(shù)據(jù)總線提高了工作速度；大容量的ROM及靜態(tài)RAM；紅外通信接口；RS-232通用異步全雙工串行接口；10位A／D及D／A；內(nèi)置式帶自動(dòng)增益控制的擴(kuò)音機(jī)輸入通道32768Hz的實(shí)時(shí)時(shí)鐘；低電壓復(fù)位／低電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

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另外，凌陽(yáng)16位單片機(jī)的某些系列還嵌入了LCD控制／驅(qū)動(dòng)和雙音多頻發(fā)生器功能。表1.2列出了16位單片機(jī)的各主要系列、IC芯片型號(hào)及其各自的主要用途。表1.2凌陽(yáng)16位單片機(jī)一覽表系列類型IC型號(hào)主要用途SPCExxxSPCE500A,SPCE060,SPCE061發(fā)聲和語(yǔ)聲識(shí)別SPT660xSPT6601,SPT6602通信領(lǐng)域中帶LCD驅(qū)動(dòng)的來電識(shí)別SPMC903處于研發(fā)階段一般控制領(lǐng)域及教學(xué)實(shí)驗(yàn)01三月2025第29頁(yè)

（1）SPCExxx系列具有全雙工異步通信的串行接口，可實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信，方便地組成分布式控制系統(tǒng)；紅外收發(fā)通信接口可用于近距離的雙機(jī)通信或制作紅外遙控裝置：A／D、D／A轉(zhuǎn)換接口可方便地用于各種數(shù)據(jù)的采集、處理和控制輸出；若把A／D、D／A轉(zhuǎn)換接口與中的DSP運(yùn)算功能配合使用，就可方便地實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別功能，從而使其可應(yīng)用于語(yǔ)音識(shí)別領(lǐng)域。（2）SPT660x系列所嵌入的雙音頻(DTMF)發(fā)生器可實(shí)現(xiàn)電話撥號(hào)功能；內(nèi)置的LCD控制器／驅(qū)動(dòng)器能實(shí)現(xiàn)最多224點(diǎn)(8COM*28SEG)的顯示；同時(shí)SPT660x系列還內(nèi)置了具有4～8級(jí)自動(dòng)增益的ADC通道及可用于播放樂曲／語(yǔ)音的DAC通道，若將其與的DSP運(yùn)算功能配合使用，就可方便地實(shí)現(xiàn)來電辨識(shí)和語(yǔ)音撥號(hào)。

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（3）SPMC903系列是凌陽(yáng)公司最新推出的，它是一種帶多路A／D轉(zhuǎn)換且其ROM為閃存的微控制器，它與EPROM寫入器配合使用，非常適合于產(chǎn)品的研制、開發(fā)或教學(xué)實(shí)驗(yàn)等。2.單片機(jī)的組成原理及功能從SPCE系列可看到單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)核、存儲(chǔ)器、系統(tǒng)時(shí)鐘以及系統(tǒng)維護(hù)功能等，而SPCE061則是典型的具備單片機(jī)的引腳功能及最小系統(tǒng)組成。

SPCE系列單片機(jī)是以為內(nèi)核的第一個(gè)系列產(chǎn)品，也是應(yīng)用最為典型的產(chǎn)品，包括SPCE仿真器芯片、SPCE060、SPCE061和SPCE500A。SPCE系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1.3所示。01三月2025第31頁(yè)01三月2025第32頁(yè)包含以下主要部件：內(nèi)置2K字的靜態(tài)RAM；內(nèi)置ROM或閃存ROM：零頁(yè)中32KB的快速ROM和非零頁(yè)中256KB的常速ROM(對(duì)于單片機(jī)而言，最大ROM空間為4MB，這是由其16位地址線和6位代碼／數(shù)據(jù)段的總線結(jié)構(gòu)所決定的)；32位可編程并行I／O接口；通用異步全雙工串行接口UART，具有RS-232標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)送／接收波形；串行設(shè)備接口：可與串行設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；單或8通道10位模／數(shù)轉(zhuǎn)換ADC，并在一個(gè)通道內(nèi)置有自動(dòng)增益控制的擴(kuò)音器；

01三月2025第33頁(yè)雙通道10位數(shù)／模轉(zhuǎn)換DAC方式的音頻輸出，每個(gè)通道的輸出能力為3mA；兩個(gè)16位可編程定時(shí)器／計(jì)數(shù)器，自動(dòng)預(yù)置計(jì)數(shù)初值；兩個(gè)數(shù)字式采樣／比較端口；內(nèi)置32768Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘；鎖相環(huán)晶體振蕩器或RC振蕩器，為系統(tǒng)提供20.480MHz／24.576MHz的時(shí)鐘信號(hào)；SPCE系列單片機(jī)的主要技術(shù)特性如下：工作電壓范圍：2.6～5.5V；系統(tǒng)工作頻率范圍：0.375～49.152MHz；

01三月2025第34頁(yè)具有紅外通信功能：可對(duì)紅外信號(hào)進(jìn)行接收或發(fā)送；14個(gè)中斷源來自系統(tǒng)時(shí)鐘、定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、時(shí)間基準(zhǔn)發(fā)生器、外部時(shí)鐘源輸入、觸鍵喚醒以及通用異步串行接口等；掉電方式下的系統(tǒng)運(yùn)行可將功耗降至5V電源電壓下的2μA；具有運(yùn)行／睡眠方式下的看門狗維護(hù)功能；具有低電壓復(fù)位／低電壓監(jiān)測(cè)功能。單片機(jī)的其它系列包括：用于帶LCD顯示的來電辨識(shí)或語(yǔ)音撥號(hào)的SPT660系列，用于一般用途并可進(jìn)行教學(xué)實(shí)驗(yàn)的SPMC903系列，結(jié)構(gòu)和技術(shù)特性略有不同。01三月2025第35頁(yè)3.凌陽(yáng)16位單片機(jī)的主要特點(diǎn)集成度高，易于擴(kuò)展較強(qiáng)的中斷處理能力高效的指令系統(tǒng)同時(shí)，凌陽(yáng)16位單片機(jī)片內(nèi)還集成了大容量的ROM、靜態(tài)RAM；全雙工異步通信的串行接口、紅外收發(fā)通信接口；A／D、D／A轉(zhuǎn)換接口和多功能的I／O口。其指令系統(tǒng)提供的具有較高運(yùn)算速度的16位×16位的乘法運(yùn)算和內(nèi)積運(yùn)算指令。這就使凌陽(yáng)16位單片機(jī)可方便地用于復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理，卻又比常用的DSP芯片便宜，因而具有較高的性能價(jià)格比。另外，在SPCE061及SPCE060單片機(jī)中還采用了FlashROM，有32K單元。FlashROM的出現(xiàn)使得基于SOC的單片機(jī)技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展，極大地改變了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式、開發(fā)與測(cè)試手段以及運(yùn)行條件。2025/3/1第36頁(yè)2.1語(yǔ)音分析處理概述2.2語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化和預(yù)處理2.3語(yǔ)音信號(hào)的加窗處理2.4短時(shí)平均能量與短時(shí)平均幅度2.5短時(shí)平均過零率2.6短時(shí)相關(guān)分析2.7計(jì)算機(jī)中音頻的存儲(chǔ)2025/3/1第37頁(yè)2.1語(yǔ)音分析處理概述1876年貝爾發(fā)明的電話，首次用聲電轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離的語(yǔ)音傳輸。1939年Dudley研制成功第一個(gè)聲碼器，奠定了語(yǔ)音產(chǎn)生模型的基礎(chǔ)，在語(yǔ)音信號(hào)處理領(lǐng)域具有劃時(shí)代的意義。1947年貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了語(yǔ)譜圖儀，將語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)變頻譜用圖形表示出來，為語(yǔ)音信號(hào)分析提供一個(gè)有力工具。1948年美國(guó)Haskins實(shí)驗(yàn)室研制成功“語(yǔ)圖回放機(jī)”，把手工繪制在薄膜片上的語(yǔ)譜圖自動(dòng)轉(zhuǎn)換為語(yǔ)音，并進(jìn)行語(yǔ)音合成，共振峰合成方法就是源于這一思想。

2025/3/1第38頁(yè)語(yǔ)音處理系統(tǒng)包括：語(yǔ)音通信語(yǔ)音識(shí)別語(yǔ)音合成前提和基礎(chǔ)：是語(yǔ)音信號(hào)的分析：語(yǔ)音分析就是從語(yǔ)音信號(hào)中抽取表現(xiàn)其本質(zhì)的特征參數(shù)的語(yǔ)音處理技術(shù)，只有分析出表現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)本質(zhì)的特征參數(shù)，才有可能利用這些參數(shù)進(jìn)行高效的語(yǔ)音通信，才可能建立用于識(shí)別的模板或知識(shí)庫(kù)以及語(yǔ)音合成的語(yǔ)音庫(kù)。語(yǔ)音識(shí)別率的高低、語(yǔ)音合成音質(zhì)的好壞，都取決于對(duì)語(yǔ)音信號(hào)分析的準(zhǔn)確性和精度。2025/3/1第39頁(yè)2.2語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化和預(yù)處理語(yǔ)音分析全過程的是短時(shí)分析技術(shù)。由于語(yǔ)音在一個(gè)短時(shí)間范圍內(nèi)的物理特征與頻譜特征近似不變，具有短時(shí)平穩(wěn)特性，即語(yǔ)音信號(hào)是一種準(zhǔn)平穩(wěn)過程，因此可以把語(yǔ)音的分析和處理建立在短時(shí)分析技術(shù)的基礎(chǔ)上，即將語(yǔ)音信號(hào)分段來分析。其中每一段稱為一幀。幀的長(zhǎng)度叫幀長(zhǎng)，前后幀長(zhǎng)之間的交疊部分稱為幀移。通常，由于語(yǔ)音在10～30ms之內(nèi)是保持相對(duì)平穩(wěn)的，因此幀長(zhǎng)取為10～30ms，幀移與幀長(zhǎng)之比為0～1/2。語(yǔ)音信號(hào)本身就是一種時(shí)域信號(hào)，因而時(shí)域分析是最早使用，也是應(yīng)用范圍最廣的一種方法，這種方法直接利用語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)變特點(diǎn)即時(shí)域波形來進(jìn)行分析。2025/3/1第40頁(yè)2.2.1數(shù)字化語(yǔ)音信號(hào)的表示方法通常有兩種：模擬信號(hào)：自然界的所有信號(hào)都是模擬信號(hào)，如人的說話聲、鳥叫聲。數(shù)字信號(hào)：采用數(shù)字信號(hào)是為了更好的保存、回放、加密、通信。原始的模擬語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過采樣和量化兩個(gè)步驟，變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，從而得到時(shí)間和幅度上均為離散的數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)。根據(jù)采樣定理，當(dāng)采樣頻率大于信號(hào)帶寬的2倍時(shí)，才不會(huì)丟失信息，且從采樣信號(hào)中可以精確地重構(gòu)原始信號(hào)波形。2025/3/1第41頁(yè)通常電話語(yǔ)音的頻率范圍是300～3400Hz，因而采樣頻率一般為8kHz，但在實(shí)際語(yǔ)音信號(hào)處理中，采樣頻率通常為7～l0kHz。為了實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的語(yǔ)音合成或使語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的識(shí)別率更高，語(yǔ)音信號(hào)的最高頻率擴(kuò)展到9kHz，相應(yīng)的采樣頻率也提高到20kHz。在信號(hào)的帶寬不明確時(shí)，采樣前應(yīng)接入防混疊的低通濾波器，使其帶寬限制在某個(gè)范圍內(nèi)，否則，如果采樣頻率不滿足采樣定理，則會(huì)產(chǎn)生頻譜混疊。此時(shí)，信號(hào)中的高頻成分將產(chǎn)生失真。采樣之后要對(duì)信號(hào)進(jìn)行量化，在量化過程中不可避免地會(huì)產(chǎn)誤差。量化后的信號(hào)值與原信號(hào)之間的差值稱為量化誤差，又稱為量化噪聲。若信號(hào)波形的變化足夠大或量化間隔足夠小，可以證明量化噪聲具有下列特性：2025/3/1第42頁(yè)是一個(gè)平穩(wěn)的白噪聲過程；量化噪聲與輸入信號(hào)不相關(guān)；量化噪聲在量化間隔內(nèi)均勻分布，即具有等概率密度。若用σx2表示輸入語(yǔ)音信號(hào)序列的方差，2Xmax表示信號(hào)的峰值，B表示量化分辨率(量化位長(zhǎng))，σe2表示噪聲序列的方差，則可證明量化信噪比(信號(hào)與量化噪聲的功率之比)為假設(shè)語(yǔ)音信號(hào)的幅度服從Laplacian分布，此時(shí)信號(hào)幅度超過4σx的概率很小，只有0.35％。因而可以取Xmax=4σx此時(shí)上式變?yōu)镾NR=6.02B-7.2

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上式表明，量化器中每位字長(zhǎng)對(duì)SNR貢獻(xiàn)為6dB；當(dāng)B＝7位時(shí)，SNR＝35dB。此時(shí)，量化后的語(yǔ)音質(zhì)量能滿足一般通信系統(tǒng)的要求。研究表明：要使語(yǔ)音波形的動(dòng)態(tài)變化信噪比達(dá)到55dB，B應(yīng)取10位以上。為了在語(yǔ)音信號(hào)變化的范圍內(nèi)保持35dB的信噪比，常用12位來量化，其中附加的5位用于補(bǔ)償30dB左右的輸入動(dòng)態(tài)范圍變化。2.2.2預(yù)加重處理由于語(yǔ)音信號(hào)的平均功率譜受聲門激勵(lì)和口鼻輻射的影響，在800Hz以上的高頻時(shí)約按6dB/oct衰減，為此要在預(yù)處理中進(jìn)行預(yù)加重。預(yù)加重的目的是提升高頻部分，使信號(hào)的頻譜變得平坦，以便于進(jìn)行聲道參數(shù)分析或頻譜分析。預(yù)加重可在防混疊濾波與A/D轉(zhuǎn)換之前進(jìn)行。2025/3/1第44頁(yè)這樣，不僅能夠進(jìn)行預(yù)加重，而且可以壓縮信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，有效地提高信噪比。所以，為盡量提高SNR，應(yīng)在A/D轉(zhuǎn)換之前進(jìn)行預(yù)加重。同時(shí)，預(yù)加重也可在A/D轉(zhuǎn)換之后進(jìn)行，用具有6dB/oct的提升高頻特性的預(yù)加重?cái)?shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)。它一般是一階的，即式中μ值接近于1。加重后的信號(hào)在分析處理后，需要進(jìn)行去加重處理，即加上6dB/oct的下降的頻率特性來還原成原來的特性。

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2.2.3防混疊濾波A/D轉(zhuǎn)換前還需要加一個(gè)防混疊濾波器。如果頻率干擾(50或60Hz)不嚴(yán)重或另有抗干擾措施，則不必用帶通濾波器而只用低通濾波器即可。低通濾波器的截止頻率由語(yǔ)音信號(hào)帶寬決定，用以濾除高于1/2采樣頻率的信號(hào)成分或噪聲，并且希望其帶內(nèi)波動(dòng)和帶外衰減特性盡可能好。A/D轉(zhuǎn)換后采用低通濾波器作為平滑濾波器，對(duì)重構(gòu)的語(yǔ)音波形的高次諧波起平滑作用，以去除高次諧波失真。對(duì)于這種低通濾波器的特性和A/D轉(zhuǎn)換頻率，也要求與采樣時(shí)具有相同的關(guān)系。2025/3/1第46頁(yè)2.3語(yǔ)音信號(hào)的加窗處理

已經(jīng)數(shù)字化的語(yǔ)音信號(hào)序列將被依次存入一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)。在語(yǔ)音信號(hào)處理中，一般用循環(huán)隊(duì)列的方式來存儲(chǔ)，以便用一個(gè)有限容量的數(shù)據(jù)區(qū)來應(yīng)付數(shù)量極大的語(yǔ)音數(shù)據(jù)(已處理過的語(yǔ)音數(shù)據(jù)可以按照先進(jìn)先出的原則，讓出存儲(chǔ)空間來存入新數(shù)據(jù))。在進(jìn)行處理時(shí)，按幀從此數(shù)據(jù)區(qū)中取出數(shù)據(jù)，處理完成后再取下一幀，如此進(jìn)行下去。一般來說，語(yǔ)音信號(hào)處理的幀長(zhǎng)都是取20ms(當(dāng)fs=8kHz時(shí)，相應(yīng)每幀有160個(gè)信號(hào)樣值)。在取數(shù)據(jù)時(shí)，前一幀與后一幀的交疊部分稱為幀移。幀移與幀長(zhǎng)之比一般取為0～l/2。

2025/3/1第47頁(yè)在對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行短時(shí)分析的過程中，信號(hào)流的處理用分段或分幀來實(shí)現(xiàn)。一般每秒的幀數(shù)為33～l00，視實(shí)際情況而定。分幀既可連續(xù)，可采用交疊分段的方法，用可移動(dòng)的有限長(zhǎng)度窗口進(jìn)行加權(quán)的方法來實(shí)現(xiàn)。在10～20ms這樣的時(shí)間段內(nèi)，數(shù)字化后的語(yǔ)音信號(hào)的頻譜特性和某些物理特征參量可近似地看作是不變的。這樣就可以采用平穩(wěn)過程的分析處理方法來處理了。這種時(shí)間依賴處理的基本手段。一般是用一個(gè)長(zhǎng)度有限的窗序列ω(n)截取一段語(yǔ)音信號(hào)來進(jìn)行分析，并讓這個(gè)窗滑動(dòng)，以便分析任意時(shí)刻附近的信號(hào)。其一般式為其中：T[·]表示某種運(yùn)算；{x(m)}為輸入信號(hào)序列。2025/3/1第48頁(yè)上式是卷積形式，可以理解為離散信號(hào)T[x(m)]經(jīng)過一個(gè)單位沖激響應(yīng)為ω(n)的FIR低通濾波器產(chǎn)生的輸出，如圖2.2所示。由于窗函數(shù)一般取為x(n)中間大、兩頭小的光滑函數(shù)，因此這樣的沖激響應(yīng)所對(duì)應(yīng)的濾波器具有低通特性，并且其帶寬和頻率響應(yīng)取決于窗函數(shù)的選擇。通常采用最多的3種窗函數(shù)是矩形窗、漢寧窗(Hanning)和漢明窗(Hamming)，其定義分別為矩形窗：

2025/3/1第49頁(yè)漢寧窗：漢明窗：線性濾波器T[·]低通濾波器X(n)Qn圖2.2短時(shí)分析原理圖2025/3/1第50頁(yè)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域分析來說，選擇不同的窗口特性（形狀與長(zhǎng)度）至關(guān)重要。選擇的窗口合適，則其短時(shí)參量能更好地反映語(yǔ)音信號(hào)的幅度變化。2025/3/1第51頁(yè)表2．1主瓣與旁瓣關(guān)系矩形窗漢明窗汗寧窗主瓣/Hz0.811.191.87旁瓣/dB-13-43-321)窗口形狀的作用：主瓣與旁瓣關(guān)系（表2.1所列）：矩形窗的主瓣寬度最小，但其旁瓣高度最高；漢明窗的主瓣較寬，而旁瓣高度最低。矩形窗的旁瓣太高，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的泄漏現(xiàn)象，因此只在某些特殊場(chǎng)合中采用。漢明窗旁瓣最低，可以有效地克服泄漏現(xiàn)象，具有更好的低通特性，因而應(yīng)用最為廣泛。矩形窗的譜平滑性較好，但波形細(xì)節(jié)丟失嚴(yán)重；漢明窗則相反。通過其幅度-頻率特性關(guān)系可知：對(duì)于同一種窗函數(shù)來說，主瓣寬度與窗長(zhǎng)成反比。2025/3/1第52頁(yè)

2)窗口長(zhǎng)度的作用從圖2.1中可以看出，要想反映出快速時(shí)變的信息，窗長(zhǎng)L應(yīng)該取得短一些；但是如果L太小,則濾波器的通帶變寬，各種短時(shí)參量隨時(shí)間有急劇的變化，不能得到平滑的波形函數(shù)。因此，窗口長(zhǎng)度選擇應(yīng)合適。窗口的長(zhǎng)短相對(duì)于語(yǔ)音信號(hào)的基音周期而言的。通常認(rèn)為在一個(gè)語(yǔ)音幀內(nèi)，應(yīng)含有1～7個(gè)基音周期。然而，不同人的基音周期變化范圍很大，從女性兒童的2ms到老年男子的14ms(即基音頻率為50～70Hz)，所以，L的選擇比較困難。通常在10kHz采樣頻率下，L折衷選擇為100～200個(gè)采樣點(diǎn)(即持續(xù)時(shí)間為10～20ms)。2025/3/1第53頁(yè)2.4短時(shí)平均能量與短時(shí)平均幅度短時(shí)平均能量與短時(shí)平均幅度都是反映信號(hào)幅值的時(shí)域參數(shù)。定義2.1短時(shí)平均能量：短時(shí)平均能量En的主要用途是：①可用于區(qū)分濁音與清音。因?yàn)闈嵋魰r(shí)的En值比清音時(shí)大得多，所以En值大的對(duì)應(yīng)于濁音段，而En值小的對(duì)應(yīng)于清音段。由波形上的En值的變化，可大致判定濁音變?yōu)榍逡艋蚯逡糇優(yōu)闈嵋舻臅r(shí)刻。2025/3/1第54頁(yè)②對(duì)于漢語(yǔ)來說，可以用來區(qū)分聲母與韻母的分界，無聲與有聲的分界，連字(指字之間無間隙)的分界等。對(duì)于高信噪比的語(yǔ)音信號(hào)，En用來區(qū)分有無語(yǔ)音。此時(shí)，無語(yǔ)音信號(hào)的噪聲能量En很小，而有語(yǔ)音信號(hào)的En顯著地增大到某一個(gè)數(shù)值，由此可區(qū)分語(yǔ)音信號(hào)的開始點(diǎn)或終止點(diǎn)。③作為一種超音段信息，用于語(yǔ)音識(shí)別。由于在計(jì)算En時(shí)用的是信號(hào)的平方，所以En值對(duì)于高電平信號(hào)非常敏感。為此，可以采用另一種度量語(yǔ)音信號(hào)幅度變化的函數(shù)——短時(shí)平均幅度Mn。定義2.2短時(shí)平均幅度：

2025/3/1第55頁(yè)這里用計(jì)算加權(quán)了的信號(hào)絕對(duì)值之和代替平方和。因而這種短時(shí)處理的方法比較簡(jiǎn)單，因?yàn)樗槐刈銎椒竭\(yùn)算，其框圖如圖2.3所示。顯然，濁音和清音的Mn值不如En值那樣有明顯的差異。W(n)||圖2.3短時(shí)平均幅度的框圖X(n)|X(n)|2025/3/1第56頁(yè)2.5短時(shí)平均過零率過零分析是語(yǔ)音時(shí)域分析中最簡(jiǎn)單的一種。顧名思義，過零就是信號(hào)通過零值。對(duì)于連續(xù)語(yǔ)音信號(hào)，可以考察其時(shí)域波形通過時(shí)間軸的情況。而對(duì)于離散時(shí)間信號(hào)，如果相鄰的采樣值改變符號(hào)則稱為過零。由此可以計(jì)算過零數(shù)。過零數(shù)就是樣本改變符號(hào)的次數(shù)。單位時(shí)間內(nèi)的過零數(shù)稱為平均過零率。對(duì)于窄帶信號(hào)，平均過零率作為信號(hào)頻率的一種簡(jiǎn)單度量是很精確的。比如，一個(gè)頻率為f0的正弦信號(hào)，以采樣頻率fs，進(jìn)行采樣，則每個(gè)正弦周期內(nèi)有個(gè)采樣；另一方面，每個(gè)正弦周期內(nèi)2次過零平均過零率為Z＝2f0/fs，所以由平均過零率Z及fs可精確地計(jì)算出頻率f0。然而，語(yǔ)音信號(hào)序列是寬帶信號(hào)，不能簡(jiǎn)單地用上面的公式計(jì)算頻率，但仍然可以用短時(shí)平均過零率來得到其頻譜的粗略估計(jì)。

2025/3/1第57頁(yè)定義2.3短時(shí)平均過零率式中sgn[]是符號(hào)函數(shù)。而ω(n)為窗函數(shù)，其作用與短時(shí)平均能量和短時(shí)平均幅度時(shí)一樣。一般取

窗口幅度為1/(2N)，是對(duì)窗口范圍內(nèi)的過零率取平均的意思。因?yàn)樵诖翱趦?nèi)共有N個(gè)樣本，而每個(gè)樣本使用了2次。當(dāng)然，也可以不用矩形窗，而采用其他形式的窗。2025/3/1第58頁(yè)根據(jù)短時(shí)平均過零率的定義，可得實(shí)現(xiàn)過零率的框圖。首先對(duì)語(yǔ)音信號(hào)序列進(jìn)行成對(duì)地查對(duì)采樣以確定是否發(fā)生過零，若發(fā)生符號(hào)變化，則表示有一次過零，而后進(jìn)行一階差分計(jì)算，再求取絕對(duì)值，最后進(jìn)行低通濾波。短時(shí)平均過零率的應(yīng)用是：①短時(shí)平均過零率可用于語(yǔ)音信號(hào)分析中。發(fā)濁音時(shí)，盡管聲道有若干個(gè)共振峰，但由于聲門波引起譜的高頻跌落，所以其語(yǔ)音能量大約集中在3kHz。發(fā)清音時(shí)，多數(shù)能量出現(xiàn)在較高頻率上。既然高頻率意味著高的平均過零率，低頻率意味著低的平均過零率，那么可以認(rèn)為濁音時(shí)具有較低的平均過零率，而清音時(shí)具有較高的平均過零率、然而，這種高低僅是相對(duì)而言，沒有精確的數(shù)值關(guān)系。2025/3/1第59頁(yè)濁音和清音的過零分布與高斯分布均很吻合。濁音短時(shí)平均過零率的均值為每10ms有14次過零，而清音短時(shí)平均過零率的均值為每10ms有49次過零。很清楚，這兩種分布有一個(gè)交疊區(qū)域，此區(qū)域很難區(qū)分是清音還足濁音。然而，這種方法在區(qū)分特征時(shí)仍然是十分有用的。一般來說，高平均過零率對(duì)應(yīng)于清音，低平均過零率對(duì)應(yīng)于濁音，清音和濁音的變化非常明顯，因而，短時(shí)平均過零率可用于清音和濁音的大分類上。②利用短時(shí)平均過零率還可以從背景噪聲中找出語(yǔ)音信號(hào)，可用于判斷寂靜無語(yǔ)音和有語(yǔ)音的起點(diǎn)和終點(diǎn)位置。在孤立詞的語(yǔ)音識(shí)別中，必須要在一連串連續(xù)的語(yǔ)音信號(hào)中進(jìn)行適當(dāng)分割，用以確定一個(gè)一個(gè)單詞的語(yǔ)音信號(hào)，即找出每一個(gè)單詞的起始和終止位置。這在語(yǔ)音處理中是一個(gè)基本問題。2025/3/1第60頁(yè)此時(shí)，在背景噪聲較小時(shí)用平均能量識(shí)別較為有效，而在背景噪聲較大時(shí)用平均過零率識(shí)別較為有效。但是研究表明，在以某些音為開頭或結(jié)尾時(shí)，只用其中一個(gè)參量來識(shí)別語(yǔ)音的起點(diǎn)和終點(diǎn)是有困難的，必須同時(shí)使用這兩個(gè)參數(shù)。用平均過零率來確定單詞起始點(diǎn)時(shí)，起始點(diǎn)之前的平均過零極低，而起始點(diǎn)之后的平均過零率有一明顯的數(shù)值。③用于粗略描述信號(hào)的頻譜特性，就是用多帶濾波器將信號(hào)分為若干個(gè)通道，對(duì)各通道進(jìn)行短時(shí)平均過零率和短時(shí)能量的計(jì)算，即可粗略估計(jì)頻譜特性。計(jì)算過零率容易受低頻干擾，特別是50Hz交流干擾的影響。解決這個(gè)問題的辦法，一個(gè)是做高通濾波或帶通濾波，減小隨機(jī)噪聲的影響。另一個(gè)有效的辦法是上述定義做一點(diǎn)修改，設(shè)一個(gè)門限T，將過零的含義修改為跨過正負(fù)門限，并可定義為：2025/3/1第61頁(yè)這樣計(jì)算的過零率就有一定的抗干擾能力，只要它小使信號(hào)越過正負(fù)門限所構(gòu)成的帶，就不會(huì)產(chǎn)生虛假的過零率。在語(yǔ)音識(shí)別前端檢測(cè)時(shí)還可采用多門限過零率，進(jìn)一步改善檢測(cè)效果。2025/3/1第62頁(yè)2.6短時(shí)相關(guān)分析相關(guān)分析是一種常用的時(shí)域波形分析方法，它與自相關(guān)和互相關(guān)不同之處，分別由自相關(guān)函數(shù)和互相關(guān)函數(shù)來定義。相關(guān)函數(shù)用于測(cè)定兩個(gè)信號(hào)在時(shí)域內(nèi)的相似性，如利用互相關(guān)函數(shù)，可測(cè)定兩個(gè)信號(hào)間的時(shí)間滯后或從雜音中檢測(cè)信號(hào)。如果兩個(gè)信號(hào)完全不同，則互相關(guān)函數(shù)接近于零；如果兩個(gè)信號(hào)波形相同，則在超前、滯后處出現(xiàn)峰值。由此可求出兩個(gè)信號(hào)間的相似程度。而自相關(guān)函數(shù)用于研究信號(hào)本身，如信號(hào)波形的同步性、周期性等。對(duì)于能量有限信號(hào)序列{x(n)}自相關(guān)函數(shù)為

2025/3/1第63頁(yè)對(duì)于隨機(jī)性信號(hào)序列或周期性信號(hào)序列，自相關(guān)函數(shù)的定義為自相關(guān)函數(shù)具有以下性質(zhì)：●如果序列是周期的(設(shè)周期對(duì)應(yīng)的樣點(diǎn)數(shù)為Np)，則其自相關(guān)函數(shù)也是同周期的周期函數(shù)，即如果x(n)＝x(n+Np)，則有R(k)＝R(k+Np)。●是偶函數(shù)，即R(k)==R(-k)?！癞?dāng)k=O時(shí)，自相關(guān)函數(shù)具有極大值，即R(0)>|R(k)|,k≠0?！馬(O)等于確定性信號(hào)序列的能量或隨機(jī)性信號(hào)序列的平均功率。

2025/3/1第64頁(yè)自相關(guān)函數(shù)的這些性質(zhì)，完全可應(yīng)用于語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域分析中，例如，發(fā)濁音時(shí)語(yǔ)音波形序列具有周期性，因此可用自相關(guān)函數(shù)求出這個(gè)周期，即基音周期，此外，在進(jìn)行語(yǔ)音信號(hào)的線性預(yù)測(cè)分析時(shí)，也要用到自相關(guān)函數(shù)。短時(shí)自相關(guān)函數(shù)的定義為：上式可解釋為：首先乘以窗來選擇語(yǔ)音段，然后把確定自相關(guān)函數(shù)定義應(yīng)用于窗選語(yǔ)音段，很容易證明Rn(k)＝Rn(-k)。所以=2025/3/1第65頁(yè)直觀地理解，Rn(k)就是在信號(hào)的第n個(gè)樣本附近用短時(shí)窗截取一段信號(hào)做自相關(guān)計(jì)算所得的結(jié)果。短時(shí)自相關(guān)函數(shù)可看作序列{x(n)x(n-k)}通過單位函數(shù)響應(yīng)為h（n）的數(shù)字濾波器的輸出。其運(yùn)算框圖如圖2.4所示。

Rn(k)hk(n)X(n-k)X(n)延時(shí)k圖2.4自相關(guān)函數(shù)框圖當(dāng)兩個(gè)窗函數(shù){ω1(n)}和{ω2(n)}的起點(diǎn)和長(zhǎng)度不相同時(shí)，短時(shí)自相關(guān)函數(shù)的計(jì)算為特別是當(dāng)二者都取為N點(diǎn)長(zhǎng)的矩形窗，而起點(diǎn)分別為0和k時(shí)，則有2025/3/1第66頁(yè)這種變形自相關(guān)函數(shù)又稱為協(xié)方差函數(shù)，它不具有偶對(duì)稱性。自相關(guān)函的計(jì)算，除直接計(jì)算外，還有多種快速算法，例如快速傅立葉變換法（FFT）、遞歸計(jì)算法等。但目前高速數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）可以在一個(gè)很短的指令周期內(nèi)做一次乘加運(yùn)算，而且為卷積運(yùn)算、遞歸運(yùn)算設(shè)計(jì)了一些效率很高的運(yùn)算指令，所以如果采用DSP實(shí)現(xiàn)自相關(guān)運(yùn)算，常常是直接進(jìn)行計(jì)算反而更加簡(jiǎn)單有效，不必采用結(jié)構(gòu)復(fù)雜的快速算法。自相關(guān)計(jì)算在功率譜估計(jì)、線性預(yù)測(cè)分析和基音檢測(cè)等方面經(jīng)常被用到。短時(shí)自相關(guān)函數(shù)是語(yǔ)音信號(hào)時(shí)域分析的重要參量。但是，計(jì)算自相關(guān)函數(shù)的運(yùn)算量是很大的，原因是乘法運(yùn)算所需時(shí)間較長(zhǎng)。簡(jiǎn)化計(jì)算自相關(guān)函數(shù)的方法有多種，如FFT等，但都無法避免乘法運(yùn)算。為了避免乘法，一個(gè)簡(jiǎn)單的方法就是利用差值。為此，常常采用另一種與自相關(guān)函數(shù)有類似作用的參量，即短時(shí)平均幅度差函數(shù)(AMDF)。2025/3/1第67頁(yè)平均幅度差函數(shù)能夠代替自相關(guān)函數(shù)進(jìn)行語(yǔ)音分析，是基于這樣一個(gè)事實(shí)，即語(yǔ)音的濁音具有準(zhǔn)周期性（設(shè)周期對(duì)應(yīng)的樣點(diǎn)數(shù)為N）。如果信號(hào)是完全的周期信號(hào)，則相距為周期倍數(shù)的樣點(diǎn)上的幅值是相等的，差值為零，即而實(shí)際的語(yǔ)音信號(hào)，d(n)雖然不為零，但值仍很小。這些極小值將出現(xiàn)在整數(shù)倍周期的位置上。定義2.5短時(shí)平均幅度差函數(shù)

2025/3/1第68頁(yè)當(dāng)窗函數(shù){}和{}為矩形窗，且窗長(zhǎng)分別為N和N+k時(shí)，有這樣計(jì)算Fn(k)只需加、減法和取絕對(duì)值的運(yùn)算，與自相關(guān)函數(shù)的相加和相乘運(yùn)算相比，其運(yùn)算量大大減小，尤其是在硬件實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)分析時(shí)有很大好處。為此，AMDF已被用在許多實(shí)時(shí)語(yǔ)音處理系統(tǒng)中。

2025/3/1第69頁(yè)2.7計(jì)算機(jī)中音頻的存儲(chǔ)音頻文件通常分為兩類：聲音文件和MIDI文件。聲音文件：指的是通過聲音錄入設(shè)備錄制的原始聲音，直接記錄了真實(shí)聲音的二進(jìn)制采樣數(shù)據(jù)，通常文件較大。MIDI文件：它是一種音樂演奏指令序列，相當(dāng)于樂譜，可以利用聲音輸出設(shè)備或與計(jì)算機(jī)相連的電子樂器進(jìn)行演奏，由于不包含聲音數(shù)據(jù)，其文件尺寸較小。（1）WAVE文件——*.WAVWave文件使用三個(gè)參數(shù)來表示聲音：采樣位數(shù)、采樣頻率和聲道數(shù)。在計(jì)算機(jī)中采樣位數(shù)一般有8位和16位兩種，而采樣頻率一般有11025HZ（11KHz），22050HZ（22KHz）、44100Hz（44KHz）三種。以單聲道為例，則一般WAVE文件的比特率可達(dá)到88K～704Kbps。2025/3/1第70頁(yè)具體介紹如下：WAVE格式是Microsoft公司開發(fā)的一種聲音文件格式，符合RIFF（ResourceInterchangeFileFormat）文件規(guī)范，用于保存Windows平臺(tái)的音頻信息資源，被Windows平臺(tái)及其應(yīng)用程序所廣泛支持。Wave格式支持MSADPCM、CCITTALaw、CCITTμLaw和其它壓縮算法，支持多種音頻位數(shù)、采樣頻率和聲道，是PC機(jī)上最為流行的聲音文件格式。但其文件尺寸較大，多用于存儲(chǔ)簡(jiǎn)短的聲音片段。（2）AIFF文件——AIF/AIFFAIFF是音頻交換文件格式（AudioInterchangeFileFormat）的英文縮寫，是蘋果計(jì)算機(jī)公司開發(fā)的一種聲音文件格式，2025/3/1第71頁(yè)被Macintosh平臺(tái)及其應(yīng)用程序所支持，NetscapeNavigator瀏覽器中的LiveAudio也支持AIFF格式，SGI及其它專業(yè)音頻軟件包同樣支持這種格式。

AIFF支持ACE2、ACE8、MAC3和MAC6壓縮，支持16位44.1Kz立體聲。（3）Audio文件——*.AUDIOAudio文件是SunMicosystems公司推出的一種經(jīng)過壓縮的數(shù)字聲音格式，是Internet中常用的聲音文件格式。

NetscapeNavigator瀏覽器中的LiveAudio也支持Audio格式的聲音文件。（4）MPEG文件——*.MP1/*.MP2/*.MP3MPEG是運(yùn)動(dòng)圖像專家組（MovingPictureExpertsGroup）的英文縮寫，代表MPEG標(biāo)準(zhǔn)中的音頻部分，即MPEG音頻2025/3/1第72頁(yè)層（MPEGAudioLayer），MPEG音頻文件的壓縮是一種有損壓縮，根據(jù)壓縮質(zhì)量和編碼復(fù)雜程度的不同可分為三層（MPEGAudioLayer1/2/3）,分別對(duì)應(yīng)MP1、MP2和MP3這三種聲音文件。

MPEG音頻編碼具有很高的壓縮率，MP1和MP2的壓縮率分別為4：1和6：1～8：1，而MP3的壓縮率則高達(dá)10：1～12：1，也就是說一分鐘CD音質(zhì)的音樂，未經(jīng)壓縮需要10MB存儲(chǔ)空間，而經(jīng)過MP3壓縮編碼后只有1MB左右，同時(shí)其音質(zhì)基本保持不失真，因此，目前使用最多的是MP3文件格式。（5）RealAudio文件——*.RA/*.RM/*.RAMRealAudio文件是RealNerworks公司開發(fā)的一種新型流式音頻（StreamingAudio）文件格式，包含在RealMedia中，主要用于在低速的廣域網(wǎng)上實(shí)時(shí)傳輸音頻信息。

2025/3/1第73頁(yè)網(wǎng)絡(luò)連接速率不同，客戶端所獲得的聲音質(zhì)量也不盡相同：對(duì)于28.8Kbps的連接，可以達(dá)到廣播級(jí)的聲音質(zhì)量；如果擁有ISDN或更快的線路連接，則可獲得CD音質(zhì)的聲音。（6）MIDI文件——*.MID/*.RMIMIDI是樂器數(shù)字接口（MusicalInstrumentDigitalInterface）的英文縮寫，是數(shù)字音樂/電子合成樂器的統(tǒng)一國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)；定義了計(jì)算機(jī)音樂程序、合成器及其它電子設(shè)備交換音樂信號(hào)的方式，還規(guī)定了不同廠家的電子樂器與計(jì)算機(jī)連接的電纜和硬件及設(shè)備間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議，可用于為不同樂器創(chuàng)建數(shù)字聲音，可以模擬大提琴、小提琴、鋼琴等常見樂器。

2025/3/1第74頁(yè)

在MIDI文件中，只包含產(chǎn)生某種聲音的指令，這些指令包括使用什么MIDI設(shè)備的音色、聲音的強(qiáng)弱、聲音持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間等，計(jì)算機(jī)將這些指令發(fā)送給聲卡，聲卡按照指令將聲音合成出來，MIDI在重放時(shí)可以有不同的效果，這取決于音樂合成器的質(zhì)量。相對(duì)于保存真實(shí)采樣資料的聲音文件，MIDI文件顯得更加緊湊，其文件尺寸通常比聲音文件小得多。第75頁(yè)4.1SPCE061A單片機(jī)引腳4.2μ’nSP?的內(nèi)核結(jié)構(gòu)4.3寄存器4.4總線4.5時(shí)鐘電路和工作模式4.6SPCE061A最小系統(tǒng)與復(fù)位4.7SPCE061A存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)第76頁(yè)4.1SPCE061A單片機(jī)引腳4.1.1主要性能

SPCE061A單片機(jī)的主要性能有：●內(nèi)核采用16位μ’nSP?微處理器。●工作電壓VDD為2.6～3.6V(CPU)，I/O端口高電平VDDH為VDD～5.5V?！馛PU時(shí)鐘頻率為0.320～49.152MHz?！駜?nèi)置2K字SRAM?！駜?nèi)置32K字閃存FLASH。第77頁(yè)●具有可編程音頻處理功能?！竦凸?，系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時(shí)鐘處于停止?fàn)顟B(tài))耗電小于2μA@3.6V?！駜蓚€(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(可自動(dòng)預(yù)置初值)。●兩路10位數(shù)/模轉(zhuǎn)換(DAC)輸出通道?！?2位通用可編程輸入/輸出端A口和B口。●14個(gè)中斷源(定時(shí)器A、B，時(shí)基信號(hào)，兩個(gè)外部時(shí)鐘源，觸鍵喚醒等)?！窬哂杏|鍵喚醒功能?！袷褂昧桕?yáng)音頻編碼SACM_S240方式(2.4kb/s)，能容納210s語(yǔ)音數(shù)據(jù)。第78頁(yè)●實(shí)時(shí)時(shí)鐘頻率為32768Hz，由鎖相環(huán)PLL振蕩器提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)。●7通道10位電壓模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道聲音模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。●語(yǔ)音模/數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道，內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動(dòng)增益控制(AGC)電路。●具有串行設(shè)備通信接口SIO。●具有低電壓復(fù)位(LVR)和低電壓監(jiān)測(cè)(LVD)功能。●內(nèi)置看門狗監(jiān)視器?！駜?nèi)置在線仿真(ICE，In-CircuitEmulator)接口。第79頁(yè)4.1.2SPCE061A模塊結(jié)構(gòu)

SPCE061A單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和組成如圖4.1和圖4.2所示。其主要功能模塊有并行I/O端口、模/數(shù)轉(zhuǎn)換ADC、數(shù)/模轉(zhuǎn)換DAC、存儲(chǔ)器RAM&FLASH、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T/C(脈寬調(diào)制輸出PWM)、WatchDog、異步串行通信口UART、指令寄存器IR、設(shè)備串行口SIO、低電壓檢測(cè)LVD(低電壓復(fù)位)等。第80頁(yè)圖4.1SPCE061A模塊結(jié)構(gòu)圖第81頁(yè)圖4.2SPCE061A內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖第82頁(yè)4.1.3芯片管腳排列及功能圖2.3SPCE061A引腳排列圖第83頁(yè)表4.1SPCE061A管腳功能表

第84頁(yè)第85頁(yè)第86頁(yè)4.2μ’nSP?內(nèi)核結(jié)構(gòu)SPCE061A單片機(jī)采用凌陽(yáng)μ’nSP?內(nèi)核，為了使讀者對(duì)SPCE061A單片機(jī)有一個(gè)總體了解，首先我們對(duì)μ’nSP?內(nèi)核結(jié)構(gòu)作一簡(jiǎn)單介紹。

μ’nSP?內(nèi)核主要由總線、算術(shù)邏輯運(yùn)算單元、寄存器組、中斷系統(tǒng)及堆棧等部分組成，如圖所示。第87頁(yè)第88頁(yè)4.2.1算術(shù)邏輯運(yùn)算單元

μ’nSP?的算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU能夠完成16位基本的算術(shù)邏輯運(yùn)算和帶移位操作的16位算術(shù)邏輯運(yùn)算以及用于數(shù)字信號(hào)處理的16位乘法運(yùn)算、內(nèi)積運(yùn)算等。

1.16位算術(shù)邏輯運(yùn)算與大多數(shù)CPU類似，μ’nSP?提供了基本的16位算術(shù)邏輯運(yùn)算及數(shù)據(jù)傳送指令，如加、減、乘、比較、取補(bǔ)、異或、或、與、測(cè)試等。第89頁(yè)

2.帶移位操作的16位算術(shù)邏輯運(yùn)算由圖2.6可以看出，μ’nSP?內(nèi)核的ALU前面串接有一個(gè)移位寄存器SHIFTER，也就是說，操作數(shù)在經(jīng)過ALU運(yùn)算操作前可先進(jìn)行移位處理，然后再由ALU完成相應(yīng)的運(yùn)算操作。移位包括算術(shù)右移、邏輯左移、邏輯右移、循環(huán)左移及循環(huán)右移等，所以μ’nSP?的指令系統(tǒng)里有一組復(fù)合的移位算術(shù)邏輯操作指令，即一條指令能夠完成移位和算術(shù)邏輯操作兩項(xiàng)功能，指令功能很強(qiáng)。程序設(shè)計(jì)者可利用這些復(fù)合指令編寫出更精簡(jiǎn)的程序，進(jìn)而增加程序代碼密集度(CodeDensity)，減少程序代碼對(duì)ROM或FLASH的需求，降低系統(tǒng)成本，提高執(zhí)行效率。第90頁(yè)3.16位×16位的乘法運(yùn)算和內(nèi)積運(yùn)算除了普通的16位算術(shù)邏輯運(yùn)算指令外，μ’nSP?指令系統(tǒng)還提供了處理速度較高的16位×16位乘法運(yùn)算指令(Mul)和內(nèi)積運(yùn)算指令(Muls)，這兩種指令都可以用于兩個(gè)有符號(hào)數(shù)或一個(gè)有符號(hào)數(shù)與一個(gè)無符號(hào)數(shù)的運(yùn)算，Mul指令只需花費(fèi)12個(gè)時(shí)鐘周期，Muls指令需花費(fèi)10n+8個(gè)時(shí)鐘周期，其中n為乘積求和的項(xiàng)數(shù)。例如：MR=[R2]*[R1],4；表示求4項(xiàng)乘積的和，Muls指令只需花費(fèi)48(10×4＋8=48)個(gè)時(shí)鐘周期，為μ’nSP?應(yīng)用于復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理提供了極大的方便。第91頁(yè)4.3寄存器

μ’nSP?寄存器組由8個(gè)16位寄存器組成，分為通用寄存器和專用寄存器兩大類。通用寄存器包括R1～R4(作為算術(shù)邏輯運(yùn)算的源寄存器及目標(biāo)寄存器)；專用寄存器包括SP、BP、SR、PC等，下面分別作一介紹。

1.通用寄存器R1～R4

通用寄存器R1～R4通常用于數(shù)據(jù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送的源寄存器及目標(biāo)寄存器。寄存器R4和R3配對(duì)使用，可組成一個(gè)32位的乘法結(jié)果寄存器MR(其中R4存結(jié)果的高字組，R3存結(jié)果的低字組)，用于存放乘法運(yùn)算或內(nèi)積運(yùn)算的結(jié)果。第92頁(yè)

2.堆棧指針寄存器

SPCPU在執(zhí)行壓棧/出棧指令(PUSH/POP)、子程序調(diào)用/返回指令(CALL/RETF)以及進(jìn)入中斷服務(wù)程序ISR(InterruptServiceRoutine)，或從中斷服務(wù)程序返回(RETI)時(shí)，隨著堆棧的變化，堆棧指針隨之移動(dòng)，SP就是用來存放堆棧指針的專用寄存器。堆棧的最大容量范圍限制在2K字的(RAM)范圍內(nèi)，即在0x0000H～0x07FFH的存儲(chǔ)器范圍內(nèi)。第93頁(yè)3.基址指針寄存器BPμ’nSP?提供了一種變址尋址方式[BP+IM6]，可直接存取FLASH與RAM中的各種數(shù)據(jù)，包括局部變量(LocalVariable)、函數(shù)參數(shù)(FunctionParameter)、返回地址(ReturnAddress)等等，這在C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)時(shí)特別有用。BP除了上述用途外，也可作為通用寄存器R5使用，用于數(shù)據(jù)運(yùn)算或傳送寄存器，因此本教材(或程序)中BP與R5是共享的，均代表基址指針寄存器。第94頁(yè)4.段寄存器

SRSR有多種功能，有代碼段選擇字段(CS)和數(shù)據(jù)段選擇字段(DS)，它們可分別與其它16位的寄存器組合在一起形成22位地址信息，尋址空間為4M字容量的存儲(chǔ)器，如下所示：第95頁(yè)D15～D10：數(shù)據(jù)段選擇字段(DS)6位；D9～D6：算術(shù)邏輯運(yùn)算結(jié)果標(biāo)志位(NZSC)4位；D5～D0：代碼段選擇字段(CS)6位。算術(shù)邏輯運(yùn)算結(jié)果標(biāo)志位為N、Z、S、C(SR中的D9～D6)，CPU在執(zhí)行條件跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，需測(cè)試這些標(biāo)志位，以控制程序的流向。第96頁(yè)4.4總線

μ’nSP?具有16位數(shù)據(jù)總線和22位地址總線，由此決定其基本數(shù)據(jù)類型是16位的Word型，而不是8位單片機(jī)的Byte型，因而每次存儲(chǔ)器都是按Word操作的。22位地址線最多可尋訪4M字的存儲(chǔ)容量，地址線中的高6位A21～A16來自段寄存器SR中的6位代碼段CS和6位數(shù)據(jù)段DS選擇字段，低16位A15～A0來自內(nèi)部寄存器。通常，地址線的高6位稱為存儲(chǔ)器地址的段碼選擇簡(jiǎn)稱段碼(Segment)，而低16位則稱為存儲(chǔ)器地址的偏移量Offset。μ’nSP?通過對(duì)段(Segment)的編碼來實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器頁(yè)的檢索，通過Segment與Offset的配合即可產(chǎn)生22位地址信號(hào)。第97頁(yè)4.5時(shí)鐘電路和工作模式

4.5.1時(shí)鐘電路

SPCE061A單片機(jī)的時(shí)鐘電路采用外接時(shí)鐘源方式，推薦使用晶體振蕩器，頻率采用32768Hz。電路如圖4.3所示。圖4.3SPCE061A時(shí)鐘電路第98頁(yè)4.5.2鎖相環(huán)PLL(PhaseLockLoop)振蕩器

PLL電路的作用是將系統(tǒng)提供的實(shí)時(shí)時(shí)鐘基頻(32768Hz)進(jìn)行倍頻調(diào)整至49.152?MHz、40.960MHz、32.768MHz、24.576MHz或20.480MHz。系統(tǒng)默認(rèn)的PLL自激振蕩頻率為24.576MHz，如圖4.4所示。圖4.4系統(tǒng)時(shí)鐘框圖系統(tǒng)時(shí)鐘選頻P_SystemClock(寫)(7013H)的第7、6、5位和第2、1、0位第99頁(yè)4.5.3系統(tǒng)時(shí)鐘

PLL電路的作用是將系統(tǒng)提供的實(shí)時(shí)時(shí)鐘基頻(32768Hz)進(jìn)行倍頻調(diào)整至49.152?MHz、40.960MHz、32.768MHz、24.576MHz或20.480MHz。系統(tǒng)默認(rèn)的PLL自激振蕩頻率為24.576MHz，如圖4.4所示。

32768的實(shí)時(shí)時(shí)鐘經(jīng)過PLL倍頻電路產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘頻率(Fosc)，F(xiàn)osc再經(jīng)過分頻得到CPU時(shí)鐘頻率(CPUCLK)可通過對(duì)P_SystemClock(寫)(7013H)單元編程來控制。默認(rèn)的Fosc、CPUCLK分別為24.576MHz和Fosc/8。用戶可以通過對(duì)PSystemClock單元編程完成對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘和CPU時(shí)鐘頻率的定義。第100頁(yè)

此外，32768HzRTC振蕩器有兩種工作方式：強(qiáng)振模式和自動(dòng)弱振模式。處于強(qiáng)振模式時(shí)，RTC振蕩器始終運(yùn)行在高耗能的狀態(tài)下。處于自動(dòng)弱振模式時(shí)，系統(tǒng)在上電復(fù)位后的前7.5s內(nèi)處于強(qiáng)振模式，然后自動(dòng)切換到弱振模式以降低功耗。CPU被喚醒后默認(rèn)的時(shí)鐘頻率為Fosc/8，用戶可以根據(jù)需要調(diào)整。CPU被喚醒后經(jīng)過32個(gè)時(shí)鐘周期的緩沖時(shí)間后再進(jìn)行其它的操作，這樣可以避免在系統(tǒng)被喚醒后造成ROM讀取錯(cuò)誤。在SPCE061A內(nèi)，P_SystemClock(寫)(7013H)單元控制著系統(tǒng)時(shí)鐘和CPU時(shí)鐘，如表4.3。第0~2位用來改變CPUCLK，若將其置為“111”可以使CPU時(shí)鐘停止工作，系統(tǒng)切換至低功耗的睡眠狀態(tài)；通過設(shè)置該單元的第5~7位可以改變系統(tǒng)時(shí)鐘的頻率(如表4.5所示)。此外，在睡眠狀態(tài)下，通過設(shè)置該單元的第4位可以接通或關(guān)閉32768Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘。第101頁(yè)表4.3設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘單元b15-b8b7-b5b4b3b2b1b0。。。PLL頻率選擇32768Hz睡眠狀態(tài)32768Hz方式選擇CPU時(shí)鐘選擇1：在睡眠狀態(tài)下，32768Hz仍處于工作狀態(tài)0：在睡眠狀態(tài)下，32768Hz時(shí)鐘關(guān)閉1：32768Hz處于強(qiáng)振模式0：32768Hz處于弱振模式表4.4CPU時(shí)鐘頻率的選擇b2b1b0CPUCLK000Fosc001Fosc/2010Fosc/4011Fosc/8100Fosc/16101Fosc/32110Fosc/64111停止（睡眠狀態(tài)）第102頁(yè)表4.5PLL頻率（Fosc）選擇B7B6B5Fosc00024.576MHz00120.48MHz01032.768MHz01140.96MHz1--49.152MHz注：[1]只有當(dāng)b0~b2同時(shí)被置為“1”時(shí)(即睡眠狀態(tài))b4設(shè)置才有效。[2]上電復(fù)位或系統(tǒng)從備用狀態(tài)(睡眠狀態(tài))被喚醒后，默認(rèn)的CPU時(shí)鐘頻率為Fosc/8。第103頁(yè)[例4.4]編寫延時(shí)1ms的子程序。分析：從上面的內(nèi)容可看出32768Hz的實(shí)時(shí)時(shí)鐘經(jīng)過PLL倍頻電路之后會(huì)產(chǎn)生多個(gè)Fosc供選擇，在一個(gè)Fosc下又可選擇不同的CPUCLK。這就使編寫延時(shí)程序提供了更大的選擇空間，同時(shí)也要求在編寫延時(shí)子程序之前必須選定相應(yīng)的Fosc與CPUCLK?！璕1=0x0023 //Fosc選擇20MHz，CPUCLK選擇Fosc/8[P_System_Clock]=R1R3=0x0000 //R3的初值為0第104頁(yè)DELAY: //延時(shí)子程序R2=0x0000LOOP1:R2+=1 //內(nèi)循環(huán)延時(shí)100usCMPR2,21JBLOOP1R3+=1 //外循環(huán)計(jì)數(shù)加一CMPR3,10 //當(dāng)計(jì)數(shù)到10時(shí)，延時(shí)1秒結(jié)束JBDELAYRETF第105頁(yè)4.6SPCE061A最小應(yīng)用系統(tǒng)與復(fù)位

SPCE061A單片機(jī)的最小應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成非常方便，只需在OSCO、OSCI端接石英晶體振蕩器及諧振電容，在復(fù)位端接復(fù)位電路，在鎖相環(huán)壓控振蕩器的阻容輸入VCP端接上相應(yīng)的電容、電阻后即可工作，其它不用的電源端和接地端可接上104小電容或100μF的去耦電容，以提高抗干擾能力，如圖所示。第106頁(yè)圖4.6SPCE061A最小系統(tǒng)原理圖第107頁(yè)4.6.2系統(tǒng)復(fù)位

SPCE061A可通過編程設(shè)置低電壓監(jiān)測(cè)和低電壓復(fù)位(LVD/LVR)功能，目的是為了通過對(duì)系統(tǒng)的電源電壓進(jìn)行監(jiān)控，而使系統(tǒng)運(yùn)行在一個(gè)正常、可靠的工作環(huán)境，并在一旦出現(xiàn)電源異常的情況下能立即采取相應(yīng)的措施，使系統(tǒng)及時(shí)恢復(fù)正常。低電壓監(jiān)測(cè)功能可以提供系統(tǒng)內(nèi)電源電壓的使用情況。如果系統(tǒng)電壓Vcc低于用戶設(shè)定的電壓監(jiān)測(cè)低限電壓VLVD，P_LVD_Ctrl單元的第15位(LVD監(jiān)測(cè)標(biāo)志位)將被置為“1”；反之，當(dāng)Vcc>VLVD時(shí)，該位被置為“0”。

SPCE061A具有4級(jí)電壓監(jiān)測(cè)低限：2.4V、2.8V、3.2和3.6V，可通過對(duì)P_LVD_Ctrl單元編程進(jìn)行控制。第108頁(yè)表4.6P_LVD_Ctrl(讀/寫)(7019H)b15b14-b2b1b0Result_of_LVD…….LVD_level_define(寫)0：VDD>VLVD1：VDD<VLVDb1b0電壓監(jiān)測(cè)低限(VLVD)002.4V*(默認(rèn))012.8V103.2V113.6V假定VLVD=3.2V，當(dāng)系統(tǒng)電壓V