【正文】 始語音一般都是采用 8KHz 抽樣， 16bits 的線性 PCM 編碼進(jìn)行采集，在一般的系統(tǒng)中就直接將采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲；而如果采用參數(shù)編碼對采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，存儲量則可以大 大減少，當(dāng)需要恢復(fù)語音時，可利用編碼后的參數(shù)進(jìn)行合成，可以得到質(zhì)量令人滿意的結(jié)果。誠然，距離真正意義上的完全語音模糊參數(shù)的人機對話模式的實現(xiàn)，這中間還有一些重大的技術(shù)領(lǐng)域需要突破，但是 ，我們可以斷言，隨著語音識別、語音 4 合成、信息綜合、模糊控制、網(wǎng)絡(luò)通信等一系列技術(shù)的攻克與發(fā)展， 人類這一孜孜以求的愿望的實現(xiàn)， 一定為期不會太遠(yuǎn)了， 其前途是一片光明燦爛和無限美妙的。以凌陽單片機為核心，通過外部儲存器 W29C040 來擴展其存儲空間，實現(xiàn)數(shù)碼錄音和播放功能。 第一節(jié) 單片機 的 發(fā)展 在現(xiàn)代社會的生產(chǎn)活動，以及人們的日常生活中，單片機有著廣泛的應(yīng)用。綜 上，單片機的性能在不斷地提高和擴展。以μ’ nSP?CPU 為內(nèi)核，其他功能模塊根據(jù)應(yīng)用需要為可選結(jié)構(gòu)。 但是，與本次畢業(yè)設(shè)計要求不符。最后，通過 5 DSP、凌陽單片機它們在功能優(yōu)缺點的對比，選擇了本次設(shè)計選用的芯片和方案。 二、 SPCE061A 單片機性能 SPCE061A 單片機主要性能如下： （ 1）較寬的電源電壓范圍： ~ （ 2）系統(tǒng)時鐘范圍廣： ~ （ 3）內(nèi)置 2K 字 SRAM 和 32K 字 FLASH （ 4）具有可編程音頻處理功能 （ 5）兩個 16 位可編程 T/C （ 6）兩路 10 位數(shù) /模轉(zhuǎn)換（ DAC）輸出通道 （ 7） 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 （ 8）語音模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道，內(nèi)置 MIC 麥克風(fēng)放大器和自動增益控制（ AGC）電路 （ 9）內(nèi)置在線仿真 ICE 接口 （ 10）中斷處理能力強 10 三、 SPCE061A 單片機 模塊 結(jié)構(gòu) SPCE061A 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 和圖 所示 。選用頻率 32768Hz 的晶振，兩端連 接分別連接 20p 的接地電容，并且接到單片機 OSCO、 OSCI 兩個 引腳上。 SPCE061A單片機內(nèi)部有自動增益控制電路 AGC 能隨時跟蹤、監(jiān)視前置放大器輸出的音頻信號電平。 MIC 錄音輸入電路如圖 所示： 第六節(jié) DAC 放音 電路 將外部儲存器 W29C040 中儲存的語音數(shù)據(jù)順序取出，解碼 后，以 8kHz 的速率進(jìn)行 D/A 轉(zhuǎn)化輸出，經(jīng)電容濾波后，恢復(fù)原始語音數(shù)據(jù)波形，經(jīng)過語音放大芯片 SPY0030 進(jìn)行放大處理。但是語音數(shù)據(jù)比較復(fù)雜的情況，單靠芯片自身的容量是不夠的，需要外部儲存器來存儲數(shù)據(jù)， W29C040 則是其中一款。 首先，先對凌陽單片機的特點、性能和結(jié)構(gòu)模塊的介紹，體現(xiàn)了凌陽單片機在做語音的錄放音方面的優(yōu)勢；其次，對凌陽單片機的內(nèi)核結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹，對凌陽單片機有更進(jìn)一步的認(rèn)識；然后，開始對硬件電路設(shè)計，包括了時鐘電路和復(fù)位電路、按鍵電路這些基本的最小系統(tǒng)硬件搭建電路圖，對 MIC 錄音電路、DAC 放音電路、外圍擴展儲存器 W29C040 的介紹和連接電路的設(shè)計是整個設(shè)計當(dāng)中非常核心的部分，它們的設(shè)計的成功標(biāo)志著數(shù)碼錄放音功能在硬件上的實現(xiàn)。其中波形聲音是自然界中的聲音，是聲音數(shù)字化的基礎(chǔ)。 聲音文件 通過聲音錄入設(shè)備進(jìn)行錄制原始的聲音信號，直接記錄了真實的二進(jìn)制數(shù)據(jù)文件比較大。 采用壓縮編碼的技術(shù)可以既保證對音頻的原始聲音的保持同時 也保證了對數(shù)據(jù)傳輸和儲存容量的要求。它是在同原始語音數(shù)據(jù)有很大變化的情況下，對語音信號進(jìn)行提取特征參數(shù)和編碼重建語音信號，譯碼是其逆過程。如電話、 機器提示音等。凌陽音頻壓縮 算法根據(jù)不同的壓縮比可以分為以下幾種（以壓縮 8KB 16 位的 WAVE 文件為例）： SACM_A20xx 壓縮比為 8:1,8:， 8:；SACM_S480 的壓縮比為 80:3， 80:； SACM_S240 的壓縮比為 80:。除此之外，還具有 FM 音樂合成式即SACM_MS01。下面介紹 SACMDVR 的 API 函數(shù)。單片機對語音的控制如 錄放音的技術(shù)廣泛的應(yīng)用到我們的生活當(dāng)中，語音處理分為A/D 編碼處理、存儲解碼處理和 D/A 轉(zhuǎn)換等，如圖 A/D轉(zhuǎn)換 編碼 解碼 D/A 轉(zhuǎn)換 存儲 24 圖 語音處理 由于 MIC 麥克風(fēng)生成的 WAVE 文件占用的儲存空間量比較大，對于單片機來說存儲這樣大容量的文件是不現(xiàn)實的，為了避免單片機的不足之處，凌陽公司提出了一個解決方案，那就是建立了 SACMLIB 庫及相應(yīng)的應(yīng)用程序接口 API函數(shù) 。 參量編碼 參量編碼采用壓縮算法 SACM_S240。 第二節(jié) 凌陽音頻編碼算法 一、壓縮編碼的標(biāo)準(zhǔn) 不同的頻率影響著不同的編碼技術(shù) 標(biāo)準(zhǔn) 的音頻質(zhì)量。計算機的發(fā)展為語音編碼技術(shù)的研究提供了強有力的工具，超大規(guī)模的集成電路也為語音編碼 22 技提供了技術(shù)支持。譯碼則是將數(shù)字序列經(jīng)過譯碼和濾波恢復(fù)成模擬信號，是編碼的逆過程。 四 、 語音 壓縮編碼基礎(chǔ) 語音壓縮編碼中的數(shù)據(jù)量的表達(dá)式是指： 數(shù)據(jù)量 =[（采樣頻率量化位數(shù)） /8] 聲道數(shù)目。把模擬化的信號數(shù)字化，采用的方式有很多種，如今，使用的最多的一種方法是將信號的波形采用 A/D 算法進(jìn)行處理，采用的方式有幾種，如波形編碼、參量編碼等。 音頻的編碼和解碼是進(jìn)行語音處理非常重要的理論 。 一、 W29C040 的介紹 W29C040 為 32 腳 DIP 封裝芯片，芯片電壓為 5V，內(nèi)部 512KI*8 位的快速閃存，它的結(jié)構(gòu)為 256 字節(jié)為一頁，每頁的擦寫時間為 5mS,整片擦除時間為50mS。但是當(dāng)電阻大于 1K 時，恒流源只能工作在 范圍，影響恒流源的輸出精度。它來儲存經(jīng)過處理的語音數(shù)據(jù)。 SPCE061 A 單片機的復(fù)位電路是有 RES_B 加一個低電平就可以 使其復(fù)位。 u’ nSPTM 算術(shù)邏輯運算單元 ALU 在運算能力方面具有特色，能夠完成 16 位基本的算術(shù)邏輯運算和帶移位操作的算術(shù)邏輯運算以及應(yīng)用于數(shù)字信號處理的 16 位乘法運算和內(nèi)積運算等；而寄存器組是由 8 個 16 位寄存器組成，有專業(yè)寄存器和通用寄存器之分。凌陽單片機 SPCE061A 就是基于這樣生產(chǎn)出來的。在此環(huán)境中，支持標(biāo)準(zhǔn) C 語言，可以實現(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，就會很容易完成語音錄放 。但是， 51 單片機在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，再加上 51 單片機集成化程度不高。 凌 陽公司推出的μ’ nSP?單片機就是基于 SOC 的新型數(shù) /模混合的系統(tǒng)芯片。即在芯片上實現(xiàn)了一 臺微型計算機的基本功能。 在程序的設(shè)計當(dāng)中，對錄音部分要使用匯編語言編寫程序，在放音部分則使用 C 語言編寫，整體的過程當(dāng)中需要用到凌陽單片機的庫函數(shù)、相應(yīng)的應(yīng)用程序接口 API 來編寫程序。 隨著微電子技術(shù)突飛猛進(jìn)的高速發(fā)展， 語音合成技術(shù)及語音集成電路領(lǐng)域出現(xiàn)了重大變革，產(chǎn)生了許多新技術(shù)、新器件和新產(chǎn)品，開拓了更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，并朝著更大容量、更優(yōu)音質(zhì)、更高智能、更具靈活性的方向發(fā)展。 在國內(nèi)外，語音技術(shù)的應(yīng)用已相當(dāng)成熟地進(jìn)入日用產(chǎn)品和工業(yè)化產(chǎn)品的許多領(lǐng)域 。對于一般的數(shù)字語音錄放系統(tǒng)，采取簡單的采集、存儲和播放；可以較大程度的保證其的保真度，但是對于比較復(fù)雜的語音資源，則需要大型語音設(shè)備，它們則采 用大容量的硬盤，對于小型設(shè)備，由于容量有限，則不一樣。 而數(shù)字錄音系統(tǒng)則是將現(xiàn)場的語音模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散的的數(shù)字信號，把數(shù)字信息儲存在存儲介質(zhì)當(dāng)中，是數(shù)字語音處理技術(shù)當(dāng)中的一種。它的技術(shù)的成熟，預(yù)示著未來語音的功能更強大。 本次設(shè)計目的是設(shè)計一套具有數(shù)碼錄音與播放的單片機系統(tǒng)。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可 以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。為了更好的滿足人們?nèi)粘Ｉ睢⒐ぷ?， 選用凌陽單片機為核心，通過 麥克風(fēng)接收語音信號，使用存儲器來存儲語音信息從而 實現(xiàn)錄音和播放功能。芯片體積小、集成度高、易擴展、中斷處理能力強等特點。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。而單片機語音錄放音系統(tǒng)就是為改變以前錄放音存在缺點兒設(shè)計的，它以數(shù)字電路為基礎(chǔ)，利用數(shù)字語音電路來實現(xiàn)語音的錄放音功能，并且它與微處理器聯(lián)合使用，具有體積小、易擴展的特點。 2 第 一章 單片機的數(shù)碼錄音與播放的概述 隨著人們對語音處理的技術(shù)不斷 研究，有著錄放音功能的電子產(chǎn)品越來越受到人們的喜愛。把語音 錄放音 的技術(shù)應(yīng)用在辦公自動化、安保系統(tǒng)、工業(yè)檢測系統(tǒng)、應(yīng)答系統(tǒng)、多媒體查詢系統(tǒng)、生活娛樂或者家用電氣產(chǎn)品當(dāng)中，這些產(chǎn)品都具備語音輸入輸出功能，并且能在合適的時候用語音實時播報功能對系統(tǒng)的警告信息、工作狀態(tài)、提示信息進(jìn)行相關(guān)的說明，提高了通信能力、減少了對錯誤處理的遺漏、提高了人們生活的質(zhì)量，給人們帶來了方便。 3 第 二 節(jié) 錄放音的 國內(nèi)外研究 語音是人類進(jìn)行交流、溝通的工具，它的重要性顯而易見。 目前， 我國也在研發(fā)各種語音芯片，有的語音芯片則是集成在其他芯片功能，具有簡單的語音處理能力，比如凌陽單片機 SPCE061A 集成了語音的一些簡單功能，所以它在處理語音數(shù)據(jù)方面存在它的優(yōu)勢。 盡管語音合成集成電路發(fā)展歷史比較短，但其成長速度之迅猛，電路體系之龐大， 應(yīng)用范圍之廣泛，發(fā)展前景之遠(yuǎn)大，卻是任何一個集成電路系列產(chǎn)品無法與其相提并論的。 在設(shè)計 MIC 錄音電路部分 時 ， 先對其原理進(jìn)行分析，錄音部分 先采集語音資源通過 MIC 電路的 把語音信號轉(zhuǎn)換成電信號， 然后就以一定的速率采集數(shù)據(jù)，把模擬數(shù)據(jù)信息變成數(shù)字信號，即是 AD 過程，然后把輸入的信號送至SPCE0611A 單片機的前置放大器，經(jīng)過前置放大器的數(shù)據(jù)信息到了內(nèi)部增益控制電路，能自動 跟蹤前置放大器的音頻信號電平，并能根據(jù)跟蹤的結(jié)果自動的進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到平衡的狀態(tài)。其體積小、功能強、 價格低、使用靈活等特點，顯示出非常明顯的優(yōu)勢和廣泛的應(yīng)用前景。與此同時，單片機的市場需求量也在日新月異的增加。采用積木式結(jié)構(gòu)，對不同對象和不同領(lǐng)域，形成不同系統(tǒng)，適應(yīng)不同場合，會派生更低成本和更強的功能的產(chǎn)品，這也是凌陽 16 位單片機基于 SOC 的結(jié)構(gòu)特點。 ③ 凌陽 方案： 凌 陽單片機正是 SOC 發(fā)展的產(chǎn)物， 它具備了集成度高，凌陽單片機內(nèi)部集成了 2 路 DA 轉(zhuǎn)換和 8 路的 AD 轉(zhuǎn)換，而且 AD 轉(zhuǎn)換當(dāng)中有一路是專門用于聲音的數(shù) /模轉(zhuǎn)換 ,該芯片具有 DSP 處理能力 ,并且 凌陽單片機在語音處理能力方面存在優(yōu)勢 。 9 第 三 章 單片機的錄放音 硬件設(shè)計 現(xiàn) 針對選擇的方案，設(shè)計一套具有錄放音功能的系統(tǒng)，選用的是凌陽單片機，它具有體積小、集成度高、易擴展等特點。主要的模塊功能有數(shù) /模轉(zhuǎn)換（ DAC） 、模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器（ ADC）、定時器 /計數(shù)器、 WATCHDOG、并行輸入輸出 I/O、設(shè)備串行口 SIO、 定時器 /計數(shù)器 T/C（脈寬調(diào)制輸出 PWM）、 低電壓檢測 LVD、異步串行通信口 等。 時鐘電路 如圖 所示： 圖 時鐘電路 二、 鎖相環(huán)電路 12 鎖相環(huán)作用是將系統(tǒng)提供的實時時鐘基頻（ 32768Hz）進(jìn)行倍頻，調(diào)整到、 MHz、 MHz、 MHz 或者 MHz，作為系統(tǒng)時鐘 Fosc。當(dāng)輸入電平信號減小時， AGC 電路自動增大放大器的增益，當(dāng)輸入信號增大時，前置放大器 AGC 自動減少放大器的增益，以便輸入 A/D 的信號保持在最佳電平。 061A 的 DAC 是可有程序控制的恒流源輸出，恒流源的變化范圍為 03mA。它可以與凌陽單片機 SPCE061A 連接來實現(xiàn)具有錄放功能的系統(tǒng)。在設(shè) 計核心部分時，遇到了一些問題，比如，再設(shè)計 MIC 電路圖時，對選擇什么樣的元件來搭建，參考了不同的書籍，各種書籍有幾種不同的設(shè)計方法，考慮到使用性和常見性選擇了上述的方案，而在設(shè)計 DAC 電路時，在選擇放大器時，為了讓放音的效果更好，放棄了 LM386 放大器，而是選擇了凌陽公司生產(chǎn)的可以使聲音更加清晰的 SPY0030 這一款語音放大器，選擇喇叭時，選取了大于 8 歐姆的 揚聲器 。通常語音也可以表示波形聲音，至于波形聲音表示不出聲音信號的內(nèi)涵，因為語音是一種抽象的信號， 是語音的載體，是人類信息交流的系統(tǒng)，是社交的一種工具。聲音文件的格式包含的形式很多，有 WAVE 文件、 AIFF 文件、AUDIO 文件、 MPEG 文件、 REALAUDIO 文件等，現(xiàn)在使用最多是 WAVE 文件和 MPEG 文件，其他文件也經(jīng)常使用。比如沒有經(jīng)過壓縮編碼的一張 CD 錄制一分鐘的歌曲需要占用