【正文】 roup DA to transform _ group AD transformation and the online simulation and so on rich function W29C040 M FLASH memory chip, uses it to save insults the positive form the pronunciation resources, may long reach 4 minutes pronunciations recording and sending out. This system may widely apply to a demand recording longer situation. If the temperature examination memory broadcast system, from records application plan and so on voice prompt KEYWORDS SPCE061A ,W29C040,flash memory,voice record 第 3 章 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 方案的選擇 當(dāng)今微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展形成兩大技術(shù)分支：一是以微處理器 MPU 為核心組成的通用微機(jī)系統(tǒng)；另一分支是發(fā)展面向?qū)ο蟮挠糜趯?shí)時(shí)測控的微控制器 MCU即單片機(jī)。隨著超大規(guī)模高速集成電路的發(fā)展，現(xiàn)代電子技術(shù)進(jìn)入了片上系統(tǒng)SOC（ System On a Chip）階段，從而使單片機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用發(fā)生了深刻的變化。凌陽科技推出的μ ’nSP? 單片機(jī)就是基于 SOC 的新型數(shù) /?；旌系南到y(tǒng)芯片。凌陽單片機(jī)順應(yīng)了單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢，其系統(tǒng)芯片具有集成度高，數(shù) /?；旌希δ苋?，低功耗 ，低電壓和易于開發(fā)等特點(diǎn)。另外，凌陽單片機(jī)還增加了適合與DSP 的某些特殊指令；有的還嵌入了 LCD 控制 /驅(qū)動(dòng)和雙音多頻發(fā)生器功能。這些都進(jìn)一步擴(kuò)大了單片機(jī)的應(yīng)用范圍。凌陽公司為μ ’nSP? 單片機(jī)的應(yīng)用開發(fā)提供了較為完善的開發(fā)支持工具。μ ’nSP? CPU 系統(tǒng)仿真板，高性能的 C 語言編譯器，并提供了 C 語言的編程函數(shù)庫。因此，我們本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇μ ’nSP?單片機(jī)來做一個(gè)復(fù)讀機(jī)，在做的過程中熟悉一下凌陽單片機(jī)。凌陽單片機(jī)自帶的存儲(chǔ)器是不夠的，所以我們必須擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器 1 80C51:方案 在我國單片機(jī)的市場中， 51 單片機(jī)曾經(jīng)占據(jù)著絕對(duì)的主導(dǎo)地位，但在科技不斷發(fā)展的當(dāng)今，嵌入式系統(tǒng)正在不斷流行開來，對(duì)單片機(jī)的處理速度的要求不斷提高，對(duì)單片機(jī)的處理功能也要求越來越強(qiáng)。我個(gè)人認(rèn)為，除了其速度不夠快外，集成度不高是 51 最大的缺點(diǎn)。在當(dāng)今比較高端應(yīng)用場合，可能再也難以見到 51 單片機(jī)的身影，取而代之的是 ARM 和 DSP 等處理器。 2 DSP 方案 :在數(shù)字信號(hào)處理方面，處處可以見到 DSP 的身影。對(duì)于本系統(tǒng)中的語音采集，數(shù)據(jù)處理存放，語音回放， DSP 可以輕而易舉的完成這些基本功能。 DSP 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力是讓眾多的單片機(jī)都望塵莫及的。 3 凌陽方案 :我認(rèn)為，凌陽是 51 和 DSP 之間的一種良好的結(jié)合。 SPCE061A是臺(tái)灣凌陽公司生產(chǎn)的十六位單片機(jī)，該單片機(jī)內(nèi)置有 2 路 DA 轉(zhuǎn)換， 8 路 AD 轉(zhuǎn)換及在線仿真等豐富的功能，這些都為我們實(shí)現(xiàn)數(shù)碼錄音和播放提供良好的方便條件， W29C040 是臺(tái)灣華邦公司生產(chǎn)的 4M 位的 FLASH 存儲(chǔ)芯片，利用它存儲(chǔ)凌陽格式的語音資源，可以長達(dá) 4 分鐘語音錄放。該系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用于需求的錄音較長的場合。如錄音筆、自錄語音提示等應(yīng)用方案。本系統(tǒng)提供 W29C040 相關(guān)的讀寫模塊，此模塊也可應(yīng)用于 W29C040 同系列的相關(guān) FLASH 芯片中另外，凌陽十六位單片機(jī)具有易學(xué)易用的效率較高的一套指令系統(tǒng)和集成開發(fā)環(huán)境。在此環(huán)境中，支持標(biāo)準(zhǔn) C 語言，可以實(shí)現(xiàn) C 語言與凌陽匯編語言的互相調(diào)用，并且，提供了語音錄放的庫函數(shù)，只要了解庫函數(shù)的使用，就會(huì)很容易完成語音錄放 綜上所述，我們選擇了凌陽方案。 凌陽單片機(jī) 的簡介 綜述 隨著單片機(jī)功能集成化的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸地由傳統(tǒng)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（ DSP， Digital Signal Processing）等領(lǐng)域。凌陽的 16 位單片機(jī)就是為適應(yīng)這種發(fā)展而設(shè) 計(jì)的。它的 CPU 內(nèi)核采用凌陽最新推出的μ ’nSP? （ Microcontroller and Signal Processor） 16位微處理器芯片（以下簡稱μ ’nSP? ）。圍繞μ ’nSP? 所形成的 16 位μ ’nSP?系列單片機(jī)（以下簡稱μ ’nSP? 家族）采用的是模塊式集成結(jié)構(gòu)，它以μ ’nSP?內(nèi)核為中心集成不同規(guī)模的 ROM、 RAM 和功能豐富的各種外設(shè)接口部件。如圖31 所示 μ ’nSP? 內(nèi)核是一個(gè)通用的核結(jié)構(gòu)。除此之外的其它功能模塊均為可選結(jié)構(gòu) ，亦即這種結(jié)構(gòu)可大可小或可有可無。借助這種通用結(jié)構(gòu)附加可選結(jié)構(gòu)的積木式的構(gòu)成，便可形成各種不同系列派生產(chǎn)品，以適合不同的應(yīng)用場合。這樣做無疑會(huì)使每一種派生產(chǎn)品具有更強(qiáng)的功能和更低的成本。 μ ’nSP? 家族有以下特點(diǎn) : 體積小、集成度高、可靠性好且易于擴(kuò)展 μ ’nSP? 家族把各功能部件模塊化地集成在一個(gè)芯片里，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，因而減少了各功能部件之間的連線，提高了其可靠性和抗干擾能力。另外，模塊化的結(jié)構(gòu)易于系統(tǒng)擴(kuò)展，以適應(yīng)不同用戶的需求。 具有較強(qiáng)的中斷處理能力 μ ’nSP? 家族的中斷系統(tǒng)支持 10 個(gè)中斷向量及 10 余個(gè)中斷源，適合實(shí)時(shí)應(yīng)用領(lǐng)域。 高性能價(jià)格比 μ ’nSP? 家族片內(nèi)帶有高尋址能力的 ROM、靜態(tài) RAM 和多功能的 I/O 口。另外，μ ’nSP? 的指令系統(tǒng)提供具有較高運(yùn)算速度的 16 位 16 位的乘法運(yùn)算指令和內(nèi)積運(yùn)算指令，為其應(yīng)用增添了 DSP 功能，使得μ ’nSP? 家族運(yùn)用在復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理方面既很便利，又比專用的 DSP 芯片廉價(jià)。 功能強(qiáng)、效率高的指令系統(tǒng) μ ’nSP? 指令系統(tǒng)的指令格式緊湊，執(zhí)行迅速 ,并且其指令結(jié)構(gòu)提供了對(duì)高級(jí)語言的支持 ,這可以大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)時(shí)間。 低 功耗、低電壓 μ ’nSP? 家族采用 CMOS 制造工藝，同時(shí)增加了軟件激發(fā)的弱振方式、空閑方式和掉電方式，極大地降低了其功耗。另外，μ ’nSP? 家族的工作電壓范圍大，能在低電壓供電時(shí)正常工作，且能用電池供電。這對(duì)于其在野外作業(yè)等領(lǐng)域中的應(yīng)用具有特殊的意義。 SPCE061A 是繼μ ’nSP? 系列產(chǎn)品 SPCE500A等之后凌陽科技推出的又一款 16位結(jié)構(gòu)的微控制器。與 SPCE500A不同的是，在存儲(chǔ)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(diào)試等功能， SPCE061A里只內(nèi)嵌 32K字的閃存（ FLASH） 。較高的處理速度使μ ’nSP? 能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)。因此，與 SPCE500A相比，以μ ’nSP? 為核心的 SPCE061A微控制器是適用于數(shù)字語音識(shí)別應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品的一種最經(jīng)濟(jì)的選擇。 性能 16 位μ ’nSP? 微處理器； 工作電壓 (CPU) VDD 為 ~ (I/O) VDDH 為 ~ CPU 時(shí)鐘： ~ ； 內(nèi)置 2K 字 SRAM； 內(nèi)置 32KFLASH； 可編程音頻處理； 晶體振蕩器 。 系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下 (時(shí)鐘處于停止?fàn)顟B(tài) )， 耗電僅為 2μ ； 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 (可自動(dòng)預(yù)置初始計(jì)數(shù)值 )； 2 個(gè) 10 位 DAC(數(shù) 模轉(zhuǎn)換 )輸出通道； 32 位通用可編程輸入 /輸出端口； 14 個(gè)中斷源可來自定時(shí)器 A / B，時(shí)基， 2 個(gè)外部時(shí)鐘源輸入，鍵喚醒； 具備觸鍵喚醒的功能； 使用凌陽音頻編碼 SACM_S240 方式 ( 位 /秒 )，能容納 210 秒的語音數(shù)據(jù)； 鎖相環(huán) PLL 振蕩器提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)； 32768Hz 實(shí)時(shí)時(shí)鐘； 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； 聲音模 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)功能； 具備串行設(shè)備接口； 具有低電壓復(fù)位 (LVR)功能和低電壓監(jiān)測 (LVD)功能； 內(nèi)置在線仿真電路 ICE（ In Circuit Emulator）接口 ； 具有保密能力 ； 具有 WatchDog 功能 應(yīng)用領(lǐng)域 家用電器控制器：冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)等白色家電 儀器儀表：數(shù)字儀表（有語音提示功能） 電表、水表、煤氣表、暖氣表 工業(yè)控制 智能家居控制器 通訊產(chǎn)品：多 功能錄音電話、自動(dòng)總機(jī)、語音信箱、數(shù)字錄音系統(tǒng)產(chǎn)品 醫(yī)療設(shè)備、保健器械（電子血壓計(jì)、紅外體溫監(jiān)測儀等） 體育健身產(chǎn)品（跑步機(jī)等） 電子書籍（兒童電子故事書類）、電教設(shè)備等 語音識(shí)別類產(chǎn)品（語音識(shí)別遙控器、智能語音交互式玩具等） 結(jié)構(gòu)概覽 SPCE061A的結(jié)構(gòu)如圖 32所示 芯片的引腳排列和說明 SPCE061A有兩種封裝片，一種為 84個(gè)引腳， PLCC84封裝形式；它 的排列如圖 32所 圖 32 PLCC84封裝形式 可將 PFUSE接 5V, PVIN接 GND并維持 1s以上即可將內(nèi)部保險(xiǎn)絲熔化，此后就無法讀取和向閃存加載數(shù)據(jù)。 SPCE061A系統(tǒng)的特性參數(shù)如表 32 SPCE061A 最小系統(tǒng) 最小系統(tǒng)接線如圖 33 在 OSC0、 OSC1 端接上晶振及諧振電容，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地端接上 F 的去藕電容提高抗干擾能力。 SPCE061A開發(fā)方法 SPCE061A的開發(fā)是通過在線調(diào)試器 PROBE實(shí)現(xiàn)的。它既是一個(gè)編程器（即程序燒寫器），又是一個(gè)實(shí)時(shí)在線調(diào)試器。用它可以替代在單片機(jī)應(yīng)用項(xiàng)目的開發(fā)過程中常用的軟件工具 —— 硬件在線實(shí)時(shí)。 SPCE061A的開發(fā)是通過在線調(diào)試器 PROBE實(shí)現(xiàn)的。 它既是一個(gè)編程器（即程序燒寫器），又是一個(gè)實(shí)時(shí)在線調(diào)試器。用它可以替代在單片機(jī)應(yīng)用項(xiàng)目的開發(fā)過程中常用的軟件工具 —— 硬件在線實(shí)時(shí)。 真器和程序燒寫器。它利用了 SPCE061A片內(nèi)置的在線仿真電路ICE（ In Circuit Emulator）接口和凌陽公司的在線串行編程技術(shù)。 PROBE工作于凌陽 IDE集成開發(fā)環(huán)境軟件包下，其 5芯的仿真 圖 34機(jī)、 PROBE、用戶目標(biāo)板三者之間的連接示意圖，圖 35連接圖。 SPCE061A 的外部存儲(chǔ)器（ Memory）的擴(kuò)展 綜述 隨著數(shù)字語音，圖象處理技術(shù)的飛速發(fā)展，其在電子產(chǎn)品中也得到廣泛應(yīng)用，如語音智能玩具、 PDA 以及有語音、圖象識(shí)別技術(shù)的機(jī)器人。一個(gè)復(fù)雜或功能強(qiáng)大的語音，圖象處理系統(tǒng)需要很大的 ,不同的存儲(chǔ)器（ ROM,FLASH,SRAM）的存儲(chǔ)空間。那么系統(tǒng)如何擴(kuò)展 Memory，解決 IO 口不夠的問題呢？這里介紹一款芯片 W29C040,它能夠解決所有 IO 不夠用的問題 .SPCE061A 是臺(tái)灣凌陽公司生產(chǎn)的十六位單片機(jī)，該單片機(jī)內(nèi)置有 2 路 DA轉(zhuǎn)換， 8 路 AD 轉(zhuǎn)換及在線仿真等豐富的功能，這些都為我們實(shí)現(xiàn)數(shù)碼錄音和播放提供良好的方便條件， W29C040 是臺(tái)灣華邦公司生產(chǎn)的 4M 位的 FLASH 存儲(chǔ)芯片，利用它存儲(chǔ)凌陽格式的語音資源，可以長達(dá) 4 分鐘語音錄放。該系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用于需求的錄音較長的場合。如錄音筆、自錄語音提示等應(yīng)用方案。本系統(tǒng)提供 W29C040 相關(guān)的讀寫模塊，此模塊也可應(yīng)用于 W29C040 同系列的相關(guān) FLASH芯片中。 W29C040 的介紹 W29C040 為 32 腳 DIP 封裝芯片，工作電壓為 5V，內(nèi)部 512K * 8 位的快速閃存，它的結(jié) 構(gòu)為 256字節(jié)為一頁，每頁的擦寫時(shí)間為 5mS，整片擦除時(shí)間為 50mS。管腳表如下： 管腳名稱 功能描述 A0A18 地址的輸入口 DQ0DQ7 數(shù)據(jù)的輸入 /輸出口 CE 片選腳 OE 讀腳 WE 寫腳 Vdd 5V 腳 Vss 地 讀寫時(shí)序圖（ 1） 讀時(shí)序圖 （ 2）在數(shù)據(jù)保護(hù)模式 下的頁寫時(shí)序圖 （ 3） 寫結(jié)果判斷時(shí)序圖 W29C040 寫、擦除流程圖 （ 1）去掉寫保護(hù)流程圖 （ 2） 片擦除流程圖