【正文】 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)。但是語(yǔ)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?jī)?chǔ)存器來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)， W29C040 則是其中一款。 SPCE061A單片機(jī)內(nèi)部有自動(dòng)增益控制電路 AGC 能隨時(shí)跟蹤、監(jiān)視前置放大器輸出的音頻信號(hào)電平。 二、 SPCE061A 單片機(jī)性能 SPCE061A 單片機(jī)主要性能如下： （ 1）較寬的電源電壓范圍： ~ （ 2）系統(tǒng)時(shí)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(gè) 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(yǔ)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(dòng)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(qiáng) 10 三、 SPCE061A 單片機(jī) 模塊 結(jié)構(gòu) SPCE061A 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 和圖 所示 。 但是，與本次畢業(yè)設(shè)計(jì)要求不符。綜 上，單片機(jī)的性能在不斷地提高和擴(kuò)展。以凌陽(yáng)單片機(jī)為核心，通過(guò)外部?jī)?chǔ)存器 W29C040 來(lái)擴(kuò)展其存儲(chǔ)空間，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼錄音和播放功能。舉例來(lái)說(shuō)，原始語(yǔ)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(chǔ)；而如果采用參數(shù)編碼對(duì)采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，存儲(chǔ)量則可以大 大減少，當(dāng)需要恢復(fù)語(yǔ)音時(shí)，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。在鐵路、金融、公安、學(xué)校等部門(mén)對(duì)語(yǔ)音的需 求量也在逐漸地增加。 以前，人們使用磁帶來(lái)記錄、存儲(chǔ)、還原模擬語(yǔ)音信號(hào)，這種方法有一段歷史，針對(duì)這樣的具有語(yǔ)音錄放音的電子產(chǎn)品很多，但是它們體積大成為了它們的弱點(diǎn)。 把語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)搭建 電容、電阻 ，送入前置放大器 和內(nèi)部集成的自動(dòng)增益（ AGC）處理 ，作為錄音部分；而 DAC 放音 部分，經(jīng)過(guò)語(yǔ)音集成放大器 SPY0030A 放大， 再 接上 揚(yáng)聲器 ，實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音的錄放功能。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。因此，選用凌陽(yáng) 16 位單片機(jī) SPCE061A 為核心，通過(guò)外部?jī)?chǔ)存器 W29C040 連接來(lái)實(shí)現(xiàn)。采用數(shù)字錄音技術(shù)，具有錄音時(shí)間長(zhǎng)、保存時(shí)間久、占用空間小、效率高等特點(diǎn)。 第 三 節(jié) 錄放音的 發(fā)展前景 對(duì)于那些令人眼花繚亂的五花八門(mén)的指示燈、顯示屏和開(kāi)關(guān)、按鍵操作相比，語(yǔ)音無(wú)疑提供了更加直接有效和人性化得人機(jī)交互手段。 第五節(jié) 本章小結(jié) 本章先對(duì)錄放音的背景和意義進(jìn)行論述， 從錄放音的儲(chǔ)存介質(zhì)、體積、儲(chǔ)存容量大小等方面進(jìn)行了論述，說(shuō)明錄放音發(fā)展的背景，從錄放音的應(yīng)用領(lǐng)域論述了錄放音的意義；然后又對(duì)錄放音的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀進(jìn)行說(shuō)明，先從總體上的發(fā)展提出國(guó)內(nèi)外錄放音的研究情況，然后再分別從國(guó)內(nèi)和國(guó)外方面說(shuō)明；之后再?gòu)陌l(fā)展前景方向進(jìn)行論述，從錄 放音功能和技術(shù)的研究方向進(jìn)行論述；最后介紹了錄放音的設(shè)計(jì)思想，從硬件和軟件兩方面進(jìn)行敘述，硬件方面又從 MIC 錄音部分介紹和 DAC 放音部分介紹，軟件方面從編寫(xiě)程序采用的方法進(jìn)行了說(shuō)明。該芯片順應(yīng)了單片機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)，它的系統(tǒng)芯片具有集成度高，功能全，數(shù) /模混合，易擴(kuò)展等特點(diǎn)。因此， 我認(rèn)為，凌陽(yáng)是 51 和 DSP 之間的良好結(jié)合。專(zhuān)用包括 SP、 BP、 SR、 PC，而通用的則包括 R1~R4。 VMIC 是麥克風(fēng)電源（ +），它經(jīng)過(guò)電阻、電容濾波加在 R MIC、 R8三者串聯(lián)的通路中。管腳表分布如 表 所示 ： 表 W29C040 管腳表 管腳名稱(chēng) 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(xiě)腳 VDD 5V VSS 地 W29C040 讀寫(xiě)時(shí)序圖 16 （ 1）、讀時(shí)序圖 W29C040 讀的時(shí)序如圖 所示： 圖 讀時(shí)序圖 （ 2）、 在數(shù)據(jù)保護(hù)模式下的 頁(yè)寫(xiě)時(shí)序圖 數(shù)據(jù)模式下的頁(yè)寫(xiě)時(shí)序如圖 圖 寫(xiě)時(shí)序圖 （ 3）、寫(xiě)結(jié)果判斷時(shí)序圖 17 結(jié)果判斷如圖 圖 結(jié)果判斷圖 二、 W29C040 寫(xiě)、擦除流程圖 在凌陽(yáng) SPCE061A 單片機(jī)當(dāng)中，如果要使用閃存，必須先在閃存編程前，對(duì)其進(jìn)行擦除。 將音頻模擬信號(hào)數(shù)字化分為兩個(gè)方面，一是采樣，二是量化。特點(diǎn)就是語(yǔ)音質(zhì) 量高、數(shù)碼率高，適合高保真音樂(lè)和語(yǔ)音場(chǎng)合。凌陽(yáng)音頻壓縮算法處理的語(yǔ)音信號(hào)頻率范圍為 200Hz～ ～ 。將 A/D 編碼、解碼、儲(chǔ)存和 D/A 轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模塊，每個(gè)模塊都有 API，我們只需知道每個(gè) API 應(yīng)用程序接 口的功能和其參數(shù)內(nèi)容，然后調(diào)用該 API 函數(shù)即可實(shí)現(xiàn)其功能。特點(diǎn)是彌補(bǔ)了波形編碼和參量編碼的缺點(diǎn)，當(dāng)然也保留了它們的優(yōu)點(diǎn)。 總之，音頻壓縮編碼技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)： （ 1）、降低數(shù)據(jù)率，提高壓縮比，用于廉價(jià)的低保真場(chǎng)合。 實(shí)際上音頻數(shù)據(jù)量比較大，直接進(jìn)行傳輸和儲(chǔ)存是比較不現(xiàn)實(shí)的，我們要對(duì)信號(hào)趨勢(shì)的預(yù)測(cè)和冗余信息處理進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，這樣可以減少對(duì)資源傳輸?shù)臅r(shí)間的和對(duì)儲(chǔ)存更多的語(yǔ)音數(shù)據(jù)。我們能聽(tīng)到聲音的范圍，分為語(yǔ)音信號(hào)、聲音波形信號(hào)和音樂(lè)信號(hào)三種。 DAC 輸出電路如圖 所示： 15 圖 DAC 放音電路 第七節(jié) 外部?jī)?chǔ)存器 W29CO40 電路 隨著數(shù)字語(yǔ)音的快速發(fā)展，具有語(yǔ)音功能的電子產(chǎn)品得到了廣泛的應(yīng)用。語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò) MIC 轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)隔直電容隔掉 直流成分，然后再輸入 SPCE061A內(nèi)部前置放大器。其內(nèi)嵌 32K 字的 FLASH 存儲(chǔ)器，較高的處理能力使得μ’ nSP?單片機(jī)能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)，而且以μ’ nSP?為核心的 SPCE061A 單片機(jī)適合數(shù)字語(yǔ)音處理應(yīng)用領(lǐng)域。強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力的 使得 DSP 是 在在現(xiàn)在工業(yè)或者生活當(dāng)中應(yīng)用的比較多 。運(yùn)算處理能力的提高、數(shù)據(jù)傳輸能力的提高、處理指令速度的提高使得單片機(jī)處理能力得到了提高；儲(chǔ)存容量的加大、程序的加密使得存儲(chǔ)器更加優(yōu)化；并行口的驅(qū)動(dòng)能力的增加、接口編程能力的增加改進(jìn)了接口；采用串行總線結(jié)構(gòu)和集成外圍電路使得結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化；再加上體積也在不斷減小和功耗的不斷降低。 第四節(jié) 錄放音的 設(shè)計(jì)思想 基于單片機(jī)的錄放音的設(shè)計(jì)，是以單片機(jī)為核心，如果單片機(jī)在語(yǔ)音處理方面沒(méi)有 優(yōu)勢(shì)，則需要選擇單獨(dú)的語(yǔ)音芯片，如美國(guó)研發(fā) IDS 系列的語(yǔ)音芯片，當(dāng)然也可以選擇在語(yǔ)音處理方面有優(yōu)勢(shì)的凌陽(yáng)單片機(jī)，就不需要語(yǔ)音芯片。對(duì)語(yǔ)音的采集、處理從以前簡(jiǎn)單的波形編碼轉(zhuǎn)變?yōu)檫M(jìn)行參數(shù)編碼、壓縮，從而大大減少了存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。 第一節(jié) 錄放音的背景 和意義 隨著科技技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展， 在很多場(chǎng)合，都需要我們對(duì)語(yǔ)音進(jìn)行錄制和播放，以便以后的使用。在生活當(dāng)中，更是應(yīng)用的比較廣泛，比如，人們使用的手機(jī)、電腦等，其對(duì)語(yǔ)音 錄放音 要求比較多。 本次設(shè)計(jì) 的硬件電路主要包括 MIC 錄音電路、 DAC 放音電路、按鍵電路、復(fù)位與時(shí)鐘電路、外部 W29C040 儲(chǔ)存器擴(kuò)展電路 組成 。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授 權(quán)說(shuō)明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部?jī)?nèi)容。系統(tǒng)的硬件電路圖主要包括 MIC 錄音電路、 DAC 放音電路、按鍵電路、復(fù)位與時(shí)鐘電路、外部 W29C040 儲(chǔ)存器擴(kuò)展電路。 單片機(jī)語(yǔ)音錄放系統(tǒng) 就 是 采用 數(shù)字電路為基礎(chǔ)，利用數(shù)字語(yǔ)音電路來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)的記錄、存儲(chǔ)、還原等任務(wù)。語(yǔ)音作為人機(jī)對(duì)話的最高手段，使人機(jī)對(duì)話向人 ——“人 ”對(duì)話的終極目標(biāo)發(fā)展，它在形式上最終填補(bǔ)人機(jī)對(duì)話的這一科技空白。 6 第二章 單片機(jī)的錄放音方案選擇 隨著集成電路不斷的發(fā)展和 半導(dǎo)體技術(shù) 工藝的 提高，單片機(jī)的功能也在不斷的加強(qiáng)，社會(huì)對(duì)它的需求量也在不斷的增加。 7 第二節(jié) 方案選擇 隨著大規(guī)模的集成電路和工業(yè)技術(shù)不 斷革新，單片機(jī)向片上系統(tǒng)（ SOC）方向發(fā)展，片內(nèi)不斷擴(kuò)展外圍電路功能，既有數(shù)字邏輯電路部分，也有數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)常用模擬部件，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用系統(tǒng)在片內(nèi)集成。 通過(guò)上面的比較， 選用 凌陽(yáng)單片機(jī) SPCE061A 和外部存儲(chǔ)器 W29C040 來(lái)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)。 第三節(jié) 系統(tǒng)時(shí)鐘和復(fù)位電路 一、 時(shí)鐘電路 所謂振蕩：?jiǎn)纹瑱C(jī)內(nèi)部具有選頻放大器和振蕩電路，如果外接晶體從輸入端輸入振蕩信號(hào)，單片機(jī)就開(kāi)始振蕩 。 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。當(dāng)給 出的地址在某個(gè)模塊地址范圍內(nèi)并且向命令用戶接口寫(xiě)入模塊擦除命令時(shí)，相應(yīng)的模塊就被擦除。當(dāng)然，也包括聲道的數(shù)目、音頻設(shè)備質(zhì)量等 。 如脈沖編碼調(diào)制 PCM、差值脈沖編碼調(diào)制 DPCM、自適應(yīng)傳輸編碼ATC 等。 壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn) 如 表格 所示： 表 壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn) 信號(hào)類(lèi)型 頻率范圍 /Hz 采樣頻率 /kHz 量化精度 /位 電話話音 200～ 3400 8 8 寬帶音頻 50～ 7000 16 16 調(diào)頻廣播 20～ 14k 16 高質(zhì)量音頻 20～ 20k 16 二、壓縮分類(lèi) 壓縮一般分為有損壓縮和無(wú)損壓縮兩類(lèi)。 SACMLIB目前主要有兩個(gè)庫(kù)函數(shù) 和 。 混合編碼 混合編碼采用壓縮算法 SACM_S480。如多脈沖激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼 MPLPC、碼本激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼 CELP 等。即是在保證一定音質(zhì)的情況下，以最小的數(shù)據(jù)量來(lái)表達(dá)和傳送聲音數(shù)據(jù)。低于 20 Hz 是次聲波，高于 20kHz 是高聲波。當(dāng) DAC 輸出音頻信號(hào)時(shí)，經(jīng)過(guò) C25 濾去 高頻階梯信號(hào)，保留音頻信號(hào)，在經(jīng)過(guò) C23 隔直，音頻信號(hào)當(dāng)中的直流分量被隔離，交流信號(hào)經(jīng)過(guò)音頻放大器 SPY0030 阻抗變換輸出，即可驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)聲。 按鍵電路 如圖 所示： 圖 按鍵電路 第五節(jié) MIC 錄音電路 SPCE061A 單片機(jī)的 A/D 轉(zhuǎn)換器有 8 個(gè)通道，其中有一個(gè)通道是 MICIN 錄音輸入通道，它專(zhuān)門(mén)用于對(duì)語(yǔ)音進(jìn)行采樣。 凌陽(yáng)公司推出的μ’ nSP?單片機(jī)具 有體積小、集成度高、可靠性好、易于擴(kuò)展、中斷處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)，并且把各個(gè)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)，減少了各功能部件之間的連線，提高了可靠性和抗干擾能力。 對(duì)研究對(duì)象的數(shù)據(jù) 采集，數(shù)據(jù)處理， 數(shù)據(jù)存儲(chǔ) ， DSP 可以輕松地完成這些基本功能。 單片機(jī)是隨著計(jì)算機(jī)、單板機(jī)的發(fā)展及其在智能測(cè)控系統(tǒng)中而發(fā)展起來(lái)的。 在這套基于單片機(jī)的數(shù)碼錄音與播放系統(tǒng)當(dāng)中，集成度比較高，擴(kuò)展性比較強(qiáng)，應(yīng)用的領(lǐng)域比較廣。 實(shí)現(xiàn)了人類(lèi)首次具有錄放功能的設(shè)備完成以來(lái) ，語(yǔ)音信號(hào)處理技術(shù)研究的突飛猛進(jìn)，為數(shù)字語(yǔ)音錄放系統(tǒng)提供了新的發(fā)展空間。選用凌陽(yáng)單片機(jī) SPCE061A 和外部?jī)?chǔ)存器W29C040 來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 V 目 錄 前 言 ............................................................................................................................. 1 第一章 單片機(jī)的數(shù)碼錄音與播 放的概述 ........................................................................ 2 第一節(jié) 錄放音的背景和意義 ................................................................................... 2 第二節(jié) 錄放音的國(guó)內(nèi)外研究 ................................................................................... 3 第三節(jié) 錄放音的發(fā)展前景 ...................................................................................... 3 第四節(jié)