【正文】 用范圍小。而數(shù)字錄音卻是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并儲存在相關(guān)介質(zhì)中的一種數(shù)字語音處理技術(shù)。這種技術(shù)具有占用空間小、保存時間長、錄音時間久、效率高等優(yōu)點(diǎn)。單片機(jī)憑借其低電壓、低 2 功耗、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)廣受研究者與消費(fèi)者的喜愛，并被廣泛應(yīng)用在諸多領(lǐng)域，充分實(shí)現(xiàn)了其語音錄放的價值，具有很高的發(fā)展前景。 錄放音的發(fā)展前景 日常生活中指示燈、按鍵開關(guān)、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(shí)現(xiàn)互動。語音對話方式是我們發(fā)展的最終目標(biāo)，但距離真正意義上的對話方式還相距很遠(yuǎn)，還有待繼續(xù)努力突破。我相信隨著信息的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)通信的不斷完善等一系列相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與實(shí)現(xiàn)，這一夢想的實(shí)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(yīng)用范圍廣、發(fā)展前景廣等優(yōu)點(diǎn)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、多功能、智能化發(fā)展。伴隨著微電子技術(shù)的突飛猛進(jìn)，語音合成技術(shù)也受益匪淺，并產(chǎn)生很多新領(lǐng)域的新技術(shù) ，朝著大容量、優(yōu)音質(zhì)、高智能、高靈活性方向發(fā)展。而凌陽單片機(jī) SPCE061A 的語音系統(tǒng)符合以上發(fā)展前景。 錄放音的設(shè)計(jì)思想 基于單片機(jī)的數(shù)碼錄音與播放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是基于單片機(jī)為核心，選擇在語音系統(tǒng)方面優(yōu)秀的凌陽單片機(jī)，無需語音芯片。用凌陽單片機(jī)為核心，并連接外部儲存器W29C040 來擴(kuò)展其存儲空間，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼錄音和播放功能。 設(shè)計(jì) 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(zhuǎn)換成電信號，然后采集數(shù)據(jù)，將模擬數(shù)據(jù)信息變成數(shù)字信號，這是 AD 過程，然后將信號輸送到 SPCE0611A 單片機(jī)的前置放大器，通過前置放大器的數(shù)據(jù)信息到達(dá)其內(nèi)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(jù)跟蹤結(jié)果進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，達(dá)到平衡。由于凌陽單片機(jī)內(nèi)部儲存有限，所以需要一款外部存儲器來存儲此數(shù)據(jù)信息，達(dá)到更長的錄音時間，因而選用外部存儲器 W29C040。 設(shè)計(jì) DAC 放音部分時，因?yàn)檎Z音資源儲存到儲存器當(dāng)中時，需要把語音資源從儲存器 W29C040 取出解壓，進(jìn)行數(shù)據(jù)解碼，在定時中斷的情況下進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，錄放音過程中需要用定時器進(jìn)行均勻采集數(shù)據(jù)，模擬語音信息濾波、放大，并用揚(yáng)聲器進(jìn)行放音。 關(guān)于程序設(shè)計(jì)， 使用匯編語言對錄音部分進(jìn)行編程，使用 C 語言對放音部分進(jìn)行編寫，整體過程需要使用凌陽單片機(jī)的庫函數(shù)、相應(yīng)的 API 應(yīng)用程序接口來編程。 2 單片機(jī)的錄放音方案選擇 隨著集成電路不發(fā)展和半導(dǎo)體技術(shù)的不斷提高，單片機(jī)的功能也在逐漸加強(qiáng)，其在社會的需求量也在不斷的增加。單片機(jī)的種類繁多，所以需要選擇正確的單片機(jī)用來實(shí) 3 現(xiàn)錄放音的功能。 單片機(jī)的發(fā)展 在人們的日常生活和現(xiàn)代社會的生產(chǎn)活動中，單片機(jī)有著其廣泛應(yīng)用。單片機(jī)價格低、功能強(qiáng)、價格低、使用靈活等特點(diǎn)，具有非常明顯的優(yōu)勢和廣泛的應(yīng)用前景。顯然現(xiàn)代電子技 術(shù)領(lǐng)域包含單片機(jī)這一非常重要的技術(shù)。單片機(jī)（ One Chip Microputer或 Single Chip Microputer）將 CPU 和具有一定容量的隨機(jī)存儲器（ RAM）、只讀存儲器（ ROM）、定時器 /計(jì)數(shù)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(dǎo)體集成技術(shù)集成一個芯片上，形成具有完整計(jì)算機(jī)功能的大規(guī)模集成電路，并具備獨(dú)立的指令系統(tǒng)智能器件。就是將一臺微型計(jì)算機(jī)的基本功能在芯片上實(shí)現(xiàn)。利用單片機(jī)作為控制中心，簡單控制對象，無需增加外部設(shè)備；而復(fù)雜 的控制對象，也只需擴(kuò)上一些器件在單片機(jī)的基礎(chǔ)上就能完成。 隨著計(jì)算機(jī)和單板機(jī)的發(fā)展，單片機(jī)在智能測控系統(tǒng)中發(fā)展起來。單片機(jī)處理能力得到了提高是伴隨著數(shù)據(jù)傳輸能力的提高，運(yùn)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(jìn)了接口、增加并行口的驅(qū)動能力；采用外圍集成電路和串行總線結(jié)構(gòu)使結(jié)構(gòu)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(jī)的性能得到不斷地提高和完善。并且單片機(jī)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(jī)得到廣泛使用 。伴隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)的功能也越來越強(qiáng)大，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)也進(jìn)入片上系統(tǒng)（ soc， system on chip）時代。凌陽公司研發(fā)的 39。? nSP?單片機(jī)就是基于 SOC 的新型數(shù) /?；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(shù) /模混合，易擴(kuò)展等特點(diǎn)，也順應(yīng)了單片機(jī)的發(fā)展趨勢。 方案選擇 在工業(yè)技術(shù)不斷革新和集成電路大規(guī)模的影響下，單片機(jī)片內(nèi)不斷擴(kuò)展外圍電路功能和片上系統(tǒng)（ SOC）發(fā)展，也包含數(shù)字邏輯電路部分，既有數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)常用模擬部件，也包含 數(shù)字邏輯電路部分，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用系統(tǒng)在片內(nèi)的集成。凌陽公司研發(fā)的39。? nSP?單片機(jī)就是基于 SOC 的新型數(shù) /模混合的系統(tǒng)芯片。以 39。? nSP?CPU 為內(nèi)核，根據(jù)功能模塊需求為選擇合適的結(jié)構(gòu)。對不同應(yīng)用需求和不同領(lǐng)域，形成不同體系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更低成本和更強(qiáng)的功能的優(yōu)化，體現(xiàn)凌陽 16 位單片機(jī)基于 SOC 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。凌陽 16位單片機(jī)能夠提供了特殊指令，并在應(yīng)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。 4 ? 80C51 方案： 51 單片機(jī)是目前我國應(yīng)用最廣的單片機(jī)，并且我們學(xué)習(xí)也是 51單片機(jī)。雖然它在功能上也在不斷提高，但 51 單片機(jī)的 DSP 處理能力方面比較弱，處理復(fù)雜數(shù)據(jù)的能力的有待提高，集成化程度不高，處理復(fù)雜數(shù)據(jù)的能力的有待提高。 ? 凌陽方案：凌陽單片機(jī)集成度高，內(nèi)部集成了 2 路 DA 轉(zhuǎn)換和 8 路的 AD 轉(zhuǎn)換，該芯片具有 DSP 處理能力 , 而且 AD 轉(zhuǎn)換中專門用于聲音的數(shù) /模轉(zhuǎn)換，并且凌陽單片機(jī)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(chǎn)的 W29C040 的儲存器是一款 FLASH 儲存芯片，利 于 它 儲存的語音數(shù)據(jù)資源，可以播放幾分鐘的聲音。凌陽 16 位單片機(jī)易學(xué)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(shù)，只要了解庫 函 數(shù)的使用，很容易完成語音錄放，并且支持 C 語言，可實(shí)現(xiàn) C 語言與凌陽匯編語言的互相調(diào)用。凌陽是 51 單片機(jī)和 DSP 之間的優(yōu)劣互補(bǔ)。 通過比較，選用凌陽單片機(jī) SPCE061A 和外部存儲器 W29C040 來實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)數(shù)碼錄音與播放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 3 單片機(jī)的錄放音硬件設(shè)計(jì)現(xiàn) 根據(jù)選擇的方案，設(shè)計(jì)一套具有錄放音功能的系統(tǒng)，選用凌陽單片機(jī)因?yàn)榫哂畜w積小、集成度高、易擴(kuò) 展等優(yōu)點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)錄放音的功能，需要對其進(jìn)行硬件的設(shè)計(jì)。 凌陽 SPCE061A 單片機(jī)概述 凌陽 SPCE061A 單片機(jī)介紹 隨著集成電路功能日漸成熟，單片機(jī)也由單純的控制擴(kuò)展到控制處理、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)字信號處理（ DSP）等領(lǐng)域。凌陽單片機(jī) SPCE061A 應(yīng)運(yùn)而生。 SPCE061A 是繼 39。? nSP?系列產(chǎn)品 SPCE500A 等之后凌陽科技推出的 16 位微處理器。凌陽科技設(shè)計(jì)的 39。? nSP?單片機(jī)具 有集成度高、可靠性好、易于擴(kuò)展、體積小、中斷處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)，并且集成在一個芯片里，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(jī)內(nèi)嵌 32K 字的 FLASH 存儲器，具有較高的處理能力，使μ’nSP?單片機(jī)可以簡單、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號。 凌陽 SPCE061A 單片機(jī)性能 SPCE061A 單片機(jī)的主要性能： ? 電源電壓范圍較寬： 5 ? 系統(tǒng)時鐘范圍較廣： ? 內(nèi)部設(shè)置 32K 字 FLASH 和 2K 字 SRAM ? 中斷處理能力 強(qiáng) ? 具有可編程音頻處理功能 ? 兩個 16 位可編程 T/C ? 兩路 10 位數(shù) /模轉(zhuǎn)換（ DAC）輸出通道 ? 七通道 10 位電壓模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器（ ADC） ? 內(nèi)部設(shè)置自動增益控制（ AGC）電路和 MIC 麥克風(fēng)放大器 ? 內(nèi)部設(shè)置在線仿真 ICE 接口 凌陽 SPCE061A 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 和圖 是 SPCE061A 單片機(jī)內(nèi)部模塊結(jié)構(gòu)。主要包含有模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器（ ADC）、數(shù) /模轉(zhuǎn)換（ DAC）、 WATCHDOG、定時器 /計(jì)數(shù)器、定時器 /計(jì)數(shù)器 T/C（脈寬調(diào)制輸出 PWM）、并行輸入輸出 I/O、設(shè)備串行口 SIO、 低電壓檢測 LVD、異步串行通信口等。 圖 SPCE061A內(nèi)部模塊結(jié)構(gòu)圖 ADC 并行I/O DAC μ’ nSP?內(nèi)核 WATCHDOGAO PWM 輸出 串行口 低電壓檢測和復(fù)位 RAMamp。FLASH IR SIO T/C 6 圖 SPCE061A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 凌陽 39。? nSP?內(nèi)核結(jié)構(gòu) 凌陽 SPCE061A單片機(jī)采用凌陽 39。? nSPTM內(nèi)核， 39。? nSPTM內(nèi)核主要由算術(shù)邏輯運(yùn)算單元、總線、 中斷系統(tǒng)及堆棧、寄存器組等組成。 39。? nSPTM算術(shù)邏輯運(yùn)算 ALU 具有出色的運(yùn)算能力，在內(nèi)積運(yùn)算、帶移位操作的算術(shù)邏輯運(yùn)算、 16 位基本的算術(shù)邏輯運(yùn)算、以及應(yīng)用于數(shù)字信號處理的 16 位乘法運(yùn)算等運(yùn)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 R1~R4。 系統(tǒng)時鐘和復(fù)位電路 時鐘電路 振蕩是指單片機(jī)內(nèi)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(jī)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(gòu)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(jī) OSCI、 OSCO 兩個 引腳上。如圖 所示： 7 圖 時鐘電路 圖 鎖相環(huán)電路 鎖相環(huán)：倍頻系統(tǒng)提供的實(shí)時時鐘基頻（ 32768Hz），調(diào)整到 MHz、 MHz 、 MHz、 MHz、 ，作為系統(tǒng)時鐘 FOSC。 MHz 是系統(tǒng)默認(rèn)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 所示： 圖 鎖相環(huán)電路圖 8 復(fù)位電路 復(fù)位即使單片機(jī)的內(nèi)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(jī)的復(fù)位電路 復(fù)位。如圖 所 示： 圖 復(fù)位電路圖 按鍵電路 按鍵電路的語音錄放通過產(chǎn)生中斷來控制，其電路包括播放、錄音、暫停、三種功能。如圖 所示： 圖 按鍵電路圖 MIC 錄音電路 凌陽 SPCE061A 單片機(jī)的 A/D 轉(zhuǎn)換 器包含 8 個通道， MICIN 錄音輸入通道用于對語 9 音進(jìn)行采樣。 MIC 將語音信號轉(zhuǎn)換成電信號，直流部分被隔直電容隔掉，再輸入 SPCE061A的內(nèi)部前置放大器。 AGC 是 SPCE061A 單片機(jī)內(nèi)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(jù)輸入電平信號的變換而自動進(jìn)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(fēng)電源（ +），它經(jīng)過電阻、電容濾波加在 R 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 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(jīng)過兩個電容就加到 061A 的 MICP 和MICN 兩個引腳，經(jīng)過 061A 的自動增益放大后送入 AD 轉(zhuǎn)換器，生成數(shù)字量的音頻電壓值。MIC 錄音輸入電路如圖 所示 圖 MIC錄音電路圖 DAC 放音電路 取出外部儲存器 W29C040 中儲存的語音數(shù)據(jù)，通過解碼以 8kHz 的速率進(jìn)行 D/A 轉(zhuǎn)化輸出，電容濾波后，恢復(fù)原始語音數(shù)據(jù)波形，并經(jīng)過 SPY0030 進(jìn)行語音放大處理。 DAC 恒流源的變化范圍為 03mA 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(chǎn)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(yīng)小于 1K 時，恒流源只能工作在 范圍。連接 3 引腳， R9 產(chǎn)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(jīng)過 C23 隔直，隔離音頻信號當(dāng)中的直流分量，交流信號經(jīng)過音頻放大器 SPY0030 阻抗變換輸出，即可驅(qū)動喇叭發(fā)聲。如圖 所示： 10 圖 DAC放音電路圖 外部儲存 器 W29CO40 電路 科技的發(fā)展帶動所有電子產(chǎn)品，同樣語音功能的電子產(chǎn)品也得到了廣泛的應(yīng)用。但語音數(shù)據(jù)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(dá)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