【文章內容簡介】 陽音頻解碼簡介 SPCE061A內置了專用的 MIC輸入通道和音頻輸出 DAC[9]，并具有較高的處理速度，非常適合對音頻信號的處理。 未經處理的音頻資源數據較大，對于單片機來說，數據的存儲和傳輸都比較困難，這使得音頻壓縮編碼變成音頻處理的重要環(huán)節(jié)。為方便用戶將SPCE061A應用于語音產品，凌陽公司提供了多種音頻編 解 碼 算法及其 API函數庫，即SACM_LIB（文件名 為 ， 26e為版本號）。 如下為 SACM_LIB庫中包含的常用音頻解碼算法如圖表 22所示 [12]。 表 22 SACMLIB 庫中模塊及其算法類型 模塊名稱 語音壓縮編碼率類型 特點 SACMA2021 16kb/s,20kb/s,24kb/s 高質量、高碼率、適于高保真語音 /音樂 SACMS240 ，計算量大，音質不高，廉價 SACMS480 , 9 表 23 SACM_AS480 庫函數 函數名 稱 功能 參數 返回值 SACM_S480_Initial 語音播放初始化 Init_ Index： 0手動方式， 1自動方式 1：初始化失敗 0：初始化成功 SACM_S480_ServiceLoop 從資源中獲取語音資料，填入解碼隊列中，并進行解碼等操作。 無 無 SACM_S480_Play 開始播放 Speech _Index：語音索引號 Channel： 1通過 DAC1播放， 2通過 DAC2播放， 3通過 DAC1和 DAC2同時播放 Ramp_Set： 0禁止淡入淡出效果， 1聲音淡入， 2聲音淡出，3聲音淡入淡出 無 SACM_S480_Stop 停止播放語音 無 無 SACM_S480_Pause 暫停播放語音 Volume_Index：音量大小，范圍為 015 無 SACM_S480_Resume 恢復暫停播放的語音 無 bit0=0： 語音播放完成 bit0=1： 語音在播放中 SACM_S480_Volume 設置播放音量 Channel： 1通過DAC1播放， 2通過DAC2播放， 3通過DAC1和 DAC2同時播 無 SACM_S480_Status 獲取語音播放的狀態(tài) 無 bit0=0： 語音播放完成 bit0=1： 語音在播放中 SACM_S480_InitDecode 初始化譯碼隊列 Channel： 1通過DAC1播放， 2通過DAC2播放， 3通過DAC1和 DAC2同時播放 無 SACM_S480_Decode 對語音資源進行譯碼 無 無 SACM_S480_FillQueue 將語音編碼資源填入語音隊列中等候譯碼處理 Encoded_Data：語音編碼資源 無 SACM_S480_TestQueue 獲取語音隊列的狀態(tài) 無 0： 語音隊列不空不滿 1： 語音隊列滿 2： 語音隊列空 F_FIQ_Service_SACM_S480 中斷服務子程序，將解碼后的語音資料送入 DAC通道播放 無 無 10 本設計中采用 SACM_S480，故只介紹此模塊： SACM_S480 壓縮算法的壓縮比較大， 雖然 音質沒有 SACM_A2021 好 ， 但是 適用于對音質要求不是很高的語音播放場合。常用的 SACM_AS480 庫函數如表 23： SACM_S480語音播放也分為“自動”和“手動”兩種模式。“自動” 與“手動”指的是程序獲取語音資源的方法。自動播放模式調用庫函數自動從 FLASH中獲取語音資源并填入隊列，程序簡潔易用；而在手動播放模式中，語音資源要通過用戶程序手動獲取，增強了程序的靈活性。 而本系統采用 自動播放流程， 圖 25是自動播放程序流程 。 圖 25 語音播放流程 無論自動播放還是手動播放，將解碼后的語音數據通過 DAC播放出來的過程都是在中斷服務程序中完成的。 SACM_S480在播放初始化時會打開 FIQ_ Timer A 中斷，并將Timer A溢出頻率設置為 16KHz。 SACM_S480自動放音 流程如圖 26所示， 用戶需要在FIQ_TMA中斷服務程序中調用 F_FIQ_Service_SACM_S480函數完成語音播放。 SACM_S480 初始化 將語音資料壓縮播放 獲取語音數據并解碼等待中斷播放 11 圖 26 SACMS480 自動播放流程 開始 用語音播放初始化函數 SACM_S480_Initial（） 調用語音播準備播放函數SACM_S480_Play（） 判斷語音播放是否結束 SACM_S480_Status（） 調用語音播放系統服務函數SACM_S480_ServiceLoop（） 清看門狗 停止語音播放SACM_S480_Stop（） 返回 Y N 12 第 三 章 硬件 設計 系統的總體設計方案 圖 31 基于 SPCE061A 電壓在線監(jiān)測設計方案 電壓監(jiān)測儀是基于 SPCE061A 單片機實現的，其主要的系統工作原理是 ：通過改變電壓，使不同的電壓值 經變送器或傳感器轉換為標準的電壓模擬量信號 ，凌陽SPCE061A 單片機采集該模擬量信號并進行 A/ D 轉換 ， 處理、存儲 A/ D 轉換后的數據 ， 并與原來設定的電壓范圍 相比較，當現場電壓值 不在 原來設定 的范圍 值 內 時，單片機 SPCE061A 便會驅動 聲光 報警，通過 LED 顯示出當時的電壓值 。同時通過軟件時鐘模塊記錄電壓出現跳變的時間， 通過 RS232 串口與本端的數傳電臺連接 ， 發(fā)送數據 。 軟件時鐘 模塊 算法運算及數據處理 串口通信 A/D 轉換 I/O 接口 傳 感 器 LED顯 示 操作按鈕 聲光報警 數傳電臺 數傳電 臺 串口通信 個人計算機（ PC） 無線通信 現場電壓 凌陽 SPCE061A 13 數傳電臺是連接現場電壓監(jiān)測儀與遠端上位機的橋梁。 在 本系統中 ， 通過無線通信的方式完成數據的遠程通信。 PC 機負責接收、 處理無線通信發(fā)送過來的數據。應用VB6. 0 編寫的監(jiān)控軟件 ， 可實現對現場數據進行數據庫管理和曲線顯示等功能 [10]。 電壓監(jiān)測儀的實現 電壓監(jiān)測儀硬件電路的核心元件是 SPCE061A ， 它是凌陽科技推出的一款 16 位微控制器。其主要特點就是高度的功能集成 ， 并且易于擴展。幾個關鍵的性能參數如下 ：工作電壓為 2. 6～ 3. 6 V ； 工作頻率為 0. 32～ 48. 152 MHz ； 2 K的 SRAM和 32 K的 FAL SH ROM ； 32 位可編程的多功能 I/ O 端口 ； 2 個 16 位定時器 / 計數器 ； 32 768 Hz實時時鐘 ； 8 通道 10 位模 / 數轉換輸入并具有內置自動增益控制功能的麥克風輸入方式 ；雙通道 10 位 DAC 方式的音頻輸出功能 。通用異步全雙工串行通信接口 UART ； 具有RS232 標準的發(fā)送 / 接收時序 ； 串行設備接口 SIO ； 可與串行外圍設備進行串行數據傳輸等。 系統硬件的實現 系統的硬件實現參考圖 31，核心控制部分采用 61板 ， 傳感器采用 霍爾電壓傳感器來采集不同的電壓值 。 電壓傳感器 [11]有五只接線端子。其中兩只為原邊端子：被測電壓輸入端十；被測電壓輸入端一。 另外三 只為副邊端子： +端：電源 +15V； — 端：電源 15V； M 端：信號輸出端。 電壓傳感器 [12]的接線方法： 圖 32 電壓傳感器接線圖 +HT + CHV100 M HT － ＋ 15V － 15V OUT 公共地 VP R Rm 14 系統硬件設計 系統組成如圖 31，主要由單片機、傳感器組、顯示電路、語音輸出電路、 PC機控制電路等部分組成。 （ 1） LED顯示電路設計 LED顯示可分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示，該系統采用動態(tài)顯示。 在空閑狀態(tài)下 ， LED 顯示當前時間 ； 查詢狀態(tài)下 ， 顯示電壓出現跳變的時間和出現跳變的次數 ； 可通過操作按鈕前后翻查。 在多 位 LED顯示時 ， 為了簡化電路、降低成本，將所有位的段選碼并聯在一起，由一個 8位 I/O控制，而共陰極點或共陽極點分別由相應的 I/O口線控制，圖 33所示為一個 8位 LED動態(tài)顯示器電路 。 LED數碼管原理 ： 圖 33 LED動態(tài)顯示器電路 從 LED顯示器的原理可知，為了顯示字母與數字，必須最終轉換成相應的段選碼，這種轉換可以通過硬件譯碼器或軟件進行譯碼 。 （ 2）鍵盤模塊 dp e f a b g c d dp e f a b g c d dp e f a b g c d dp e f a b g c d dp e f a b g c d a b c d e f g dp 輸出端 輸入端 SEG DIG1 DIG2 DIG3 DIG4 DIG5 DIG6 dp e f a b g c d LED6 LED5 LED4 LED3 LED2 LED1 15 鍵盤電路如圖 34所示。 圖 34 鍵盤電路 兩個按鍵所代表的含義如下：正常運行狀態(tài)下： KEY1： 空閑狀態(tài)， 顯示當前時間。 KEY2：返回正常運行狀態(tài)。 查詢狀態(tài)： KEY1： 顯示電壓出現跳變的時間和出現跳變的次數。 （ 3） 聲光報警 聲光報警是指當電網中電壓出現跳變時 ， 同時用燈光和聲音對現場操作人員進行提示， 聲光報警的指示燈接 IOA11 。語音報警是指語音輸出模塊將 SPCE061A 單片機由DAC1 輸出的語音信號由外接喇叭輸出 ，其揚聲器報警電路如圖 35所示 。 圖 35 揚聲器報警電路 K1 K2 IOA0 IOA1 +5V S1 S2 16 第四章 軟件設計 系統的總體程序流程 系統的總體程序流程： 開機后執(zhí)行主程序，先通過軟件初始化，輸入 /輸出（ I/O）口和 ADC 轉換，然后設置、啟動中斷，其次掃描按鍵，若有按鈕按下， LED 顯示查詢狀態(tài)，若沒有按鈕按下， LED 顯示空閑狀態(tài)，最后返回中斷處，進行下一次的掃描。圖 41 所示為主程序的流程圖。 圖 41 主程序 流程圖 主程序 初始化 I/O 設置和ADC 轉換 設置、啟動中斷 有無按鈕按下 ？ LED 顯示空閑狀態(tài) LED 顯示查詢狀態(tài) Y N 17 系統的 中斷 程序 設計 （ 1） 中斷程序設計： 當程序檢測到有中斷源時，將執(zhí)行中 斷程序，圖 42 為 中斷流程圖。 圖 42 中斷程序 SPCE061A 的結構 有 三種類型的中斷：軟件中斷、異常中斷和事件中斷 。而本設計中采用的是事件中斷。事件中斷可分為 兩種方式：快速中斷請求即 FIQ 中斷和中斷請求即 IRQ 中斷。該系統 通過 Timer A 溢出信號產生 FIQ 中斷 ， 每 0. 25 s 中斷一次。并在中斷服務子程序做相應的操作 ： 如軟件時鐘、 A/ D 轉換、串口通信等 （ 2） A/D 轉換 SPCE061A內置 8通道 10位模 數轉換器，其中 7個通道用于將模 擬量信號（如電壓信號）轉換為數字量信號，可以直接通過引線（ IOA[06]）輸入；另一個通過 IOA7只 應 用于語音輸入，即通過內置自動增益控制的麥克風通道輸入。實際上，可以把模數轉換器中斷程序 軟件時鐘 啟動 A/D 轉換 連續(xù)采樣 8 次，平均值濾波 串口通信 返回 18 (ADC)看作是一個實現模 /數信號轉換的編輯器，在 ADC內，由數模轉換器 DAC0和逐次逼近寄存器 SAR組成逐次逼近式模 /數轉換器。向 P_ADC_Ctrl(寫 )單元第 0位（ ADE）寫入‘ 1’可激活 ADC。系統默認 ADC采用自動方式工作，用那個鍵 ADC的最高速率限定為（ Fosc/32/12） Hz， 如果速率超過此值，當從 P_ADC(讀 )單元讀出數據時會發(fā)生錯誤。 當 10位 A/D轉換完成時， RDY會被置為‘ 1’。此時，用戶通過讀取 P_ADC(7014H)或 P_ADC_MUX_Data(702CH)單元就可以獲得 10位 A/D轉換的數據。從該單元讀取數據后，又會使 RDY自動清‘ 0’來重新開始進行