【文章內(nèi)容簡介】 采樣頻率和聲道數(shù)。在計算機中采樣位數(shù)一般有8位和16位兩種，而采樣頻率一般有11025Hz（11KHz），22050Hz（22KHz）、44100Hz（44KHz）三種。我們以單聲道為例，則一般WAVE文件的比特率可達到88K—704Kbps。具體介紹如下：首先，WAVE格式是Microsoft公司開發(fā)的一種聲音文件格式，它符合RIFF（Resource Interchange File Format）文件規(guī)范，用于保存Windows平臺的音頻信息資源，被Windows平臺及其應(yīng)用程序所廣泛支持。其次，WAVE格式支持MSADPCM、CCITT A Law、CCITTμLaw和其它壓縮算法，支持多種音頻位數(shù)、采樣頻率和聲道，是PC機上最為流行的聲音文件格式，但其文件尺寸較大，多用于存儲簡短的聲音片段。（3）語音壓縮編碼基礎(chǔ) 語音壓縮編碼中的數(shù)據(jù)量是指：數(shù)據(jù)量=(采樣頻率量化位數(shù))/8(字節(jié)數(shù)) 聲道數(shù)目。壓縮編碼的目的：通過對資料的壓縮，達到高效率存儲和轉(zhuǎn)換資料的結(jié)果，即在保證一定聲音質(zhì)量的條件下，以最小的資料率來表達和傳送聲音信息。實際應(yīng)用中，未經(jīng)壓縮編碼的音頻資料量很大，進行傳輸或存儲是不現(xiàn)實的。 所以要通過對信號趨勢的預(yù)測和冗余信息處理，進行資料的壓縮，這樣就可以使我們用較少的資源建立更多的信息。常見的幾種音頻壓縮編碼：波形編碼是將時間域信號直接變換為數(shù)字代碼，力圖使重建語音波形保持原語音信號的波形形狀。波形編碼的基本原理是在時間軸上對模擬語音按一定的速率抽樣，然后將幅度樣本分層量化，并用代碼表示。譯碼是其反過程，將收到的數(shù)字序列經(jīng)過譯碼和濾波恢復(fù)成模擬信號。波形編碼特點：高話音質(zhì)量、高碼率，適于高保真音樂及語音。參數(shù)編碼是指參數(shù)編碼又稱為聲源編碼，是將信源信號在頻率域或其它正交變換域提取特征參數(shù)，并將其變換成數(shù)字代碼進行傳輸。譯碼為其反過程，將收到的數(shù)字序列經(jīng)變換恢復(fù)特征參量，再根據(jù)特征參量重建語音信號。具體說，參數(shù)編碼是通過對語音信號特征參數(shù)的提取和編碼，力圖使重建語音信號具有盡可能高的準(zhǔn)確性，但重建信號的波形同原語音信號的波形可能會有相當(dāng)大的差別。混合編碼是指混合編碼使用參數(shù)編碼技術(shù)和波形編碼技術(shù)，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，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，為語音編碼的實現(xiàn)提供了基礎(chǔ)[10]。 SPY0030簡介SPY0030A為音頻功率放大集成電路，它的放大倍率由外接電阻進行調(diào)整，最大功放倍數(shù)為20倍。適用于凌陽SPCE、SPL、SPF系列芯片。SPY0030A應(yīng)用簡單，也適用于其它類產(chǎn)品芯片。其性能特點為：～6V；雙輸出模式；低失真；[11]。其中的8腳為這個器件的電源輸入口，其中3腳為接地端，8腳為電源端；2腳分別為音頻輸出負(fù)端和正端，5腳分別為音頻輸入的負(fù)端和正端，6腳為參考電壓，7腳為芯片使能端。其管腳圖功能見下表： SPY0030管腳功能管腳表示類型（O輸入,I輸出）描述1SPNO音頻輸出負(fù)端2SPPO音頻輸出正端3VSSI地4INNI音頻輸入負(fù)端5ACINI音頻輸入正端6VREFO參考電壓7CEI芯片使能端8VDDI電源 音頻放大電路凌陽的SPCE061A是16位單片機，具有DSP功能，有很強的信息處理能力，最高時鐘可達到49M，具備運算速度高的優(yōu)勢等等，這為語音的播放、錄放、合成及辨識提供了條件。另外SPCE061A單片機具有32k閃存，用凌陽Compress Tool事先把所需要的語音信號錄制好，本系統(tǒng)共包括十多個語音資源，對凌陽SPCE061A單片機的存儲系統(tǒng)來說綽綽有余。凌陽SPCE061A單片機自帶雙通道DAC音頻輸出，SPCE061A芯片已經(jīng)集中了音頻輸入專用ADC以及AGC放大電路，因此芯片的外部電路比較簡單。 DACDAC2轉(zhuǎn)換輸出的模擬量電流信號分別通過AUD1和AUD2管腳輸出，DAC輸出為電流型輸出，經(jīng)SPY0030音頻放大，即可驅(qū)動喇叭放音，(只列出了DAC1,DAC2類似)。在DACDAC2后面接一個簡單的音頻放大電路和喇叭就能實現(xiàn)語音播報功能，這為單片機的音頻設(shè)計提供了極大方便，音頻的具體功能主要通過程序來實現(xiàn)[12]。 音頻放大電路 鍵盤電路IOA0接KEY1,IOA1接KEY2,IOA2接KEY3,IOA3接KEY3。KEY1: 設(shè)置溫度的十位數(shù)；0—9 KEY2: 設(shè)置溫度的個位數(shù)；09 KEY3: 溫度設(shè)置確認(rèn)并播報溫度設(shè)定值和檢測值；KEY3用于觸發(fā)AD。系統(tǒng)上電后，數(shù)碼管全部顯示為零，根據(jù)按KEY1次數(shù),十位的數(shù)碼管順序增加。 同樣KEY2,也如此。按KEY3后，系統(tǒng)開始測溫并語音播報變化的整數(shù)值溫度。按KEY3系統(tǒng)開始進行AD采樣。： 按鍵電路 LED顯示電路 數(shù)碼管簡介LED數(shù)碼顯示是一種由LED發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件。它使用了8個LED發(fā)光二極管,其中7個用于顯示字符,1個用于顯示小數(shù)點,故通常稱之為7段(也有稱作8段)發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。 LED數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖(1)LED數(shù)碼顯示器有兩種連接方法：共陽極接法：把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極，使用時公共陽極接+5V,每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。 共陰極接法：把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極，使用時公共陰極接地。每個發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。 為了顯示字符,要為LED顯示器提供顯示段碼(或稱字形代碼)，組成一個“8”字形字符的7段,再加上1個小數(shù)點位,共計8段,因此提供給LED顯示器的顯示段碼為1個字節(jié)[13]。各段碼位的對應(yīng)關(guān)系如下： 數(shù)字、字母與7段代碼關(guān)系表字型共陽極段碼共陰極段碼字型共陽極段碼共陰極段碼0C0H3FH990H6FH1F9H06HA88H77H2A4H5BHb83H7CH3B0H4FHCC6H39H499H66HdA1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF84H71H7F8H07H空白FFH00H880H7FHP8CH73H(2)單片機與LED數(shù)碼顯示器有以硬件為主和以軟件為主的兩種接口方法。硬件接口方法：LED數(shù)碼管與譯碼器相連，通過硬件譯碼。軟件接口方法:它是以軟件查表代替硬件譯碼,不但省去了譯碼器,而且還能顯示更多的字符。但是驅(qū)動器是必不可少的,因為僅靠接口提供不了較大的電流供LED顯示器使用,對于以軟件為主的接口電路來說,其顯示方法有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。 動態(tài)顯示：如果要在同一時刻顯示不同的字符,從電路上看,這是辦不到的。因此只能利用人眼對視覺的暫留效應(yīng),采用動態(tài)掃描顯示的方法,逐個地循環(huán)點亮各位數(shù)碼管,每位顯示1ms左右，使人看起來就好象在同時顯示不同的字符一樣。在進行動態(tài)掃描顯示時,往往事先并不知道應(yīng)顯示什么內(nèi)容,這樣也就無從選擇被顯示字符的顯示段碼。為此,一般采用查表的方法,由待顯示的字符通過查表得到其對應(yīng)的顯示段碼。這種方式耗電少、硬件成本低，但需占用較多的 CPU 時間，故在工業(yè)控制中應(yīng)用較少。靜態(tài)顯示：所謂靜態(tài)顯示,就是在同一時刻只顯示1種字符,或者說被顯示的字符在同一時刻是穩(wěn)定不變的。其顯示方法比較簡單,就是利用鎖存器將各顯示單元鎖定，直到更新顯示內(nèi)容為止。它的優(yōu)點是軟件不必動態(tài)掃描，送出段碼后可鎖存，直到需更改顯示字符，軟件簡單，占用 CPU 時間較少，工作可靠，同時由于始終保持顯示而亮度較好。由于本系統(tǒng)需要對控制信號進行實時操作，故采用靜態(tài)顯示方式以減少 CPU的負(fù)擔(dān)。 顯示電路 LED顯示電路。本系統(tǒng)采用三位數(shù)碼管顯示，該顯示通過三極管控制LED片選。LED顯示器中每個發(fā)光二極管要通過5mA—20mA電流才能達到正常亮度，SPCE061A的輸入電流可達到12mA，輸出可達5mA，實際上不用驅(qū)動電路即可達到正常亮度，這里為了可靠性設(shè)計采用晶體管構(gòu)成驅(qū)動電路。整個顯示過程中采用動態(tài)顯示，即三位顯示器逐一輪流顯示，每位持續(xù)1ms，10ms或20ms之內(nèi)循環(huán)一遍，當(dāng)然可以適當(dāng)進行更改，但刷新速度不要小于每秒三十楨。這樣，由于視覺暫留現(xiàn)象，我們看到的便是3只顯示器同時在顯示。 電源電路，而I/。所以，在板上具有兩種工作電壓：。 電源電路原理圖如圖所示其中的前后兩組電容用來去耦濾波，使其供給芯片的電源更加干凈平滑。，在板子上加入SPY0029三端穩(wěn)壓器。后面的零電阻及其電源、地分成不同的幾路是為減少電磁干擾設(shè)置的。采用零電阻，目的在于實現(xiàn)單點接地的抗干擾技術(shù)。由于加入了零電阻，電源分為了模擬電源、PPL電路電源、喇叭驅(qū)動電源、數(shù)字電源，共計四種電源；而地線則被分為了模擬地、數(shù)字地、喇叭驅(qū)動地這三種地線。不同的電源線由于有著不同的線號，功率消耗最大的是喇叭，并且在放音的時候，會引起電壓的波動，所以需要單獨為其提供一條電源線與地線，目的在于減小對其它器件的干擾。另外。SPY0029具有靜態(tài)電流低，驅(qū)動能力強，線性調(diào)整出色等特點[17]。圖中的VDDH3為SPCE061A的I/O電平參考點，如果該引腳接SPCE061A的51腳，可使I/；VDDP為鎖相環(huán)電源，接SPCE061A的7腳；VDD與VDDH分別為數(shù)字電源和模擬電源，分別接SPCE061A的15腳和36腳；VSSA是模擬地接SPCE061A的24腳，VSSDAC是數(shù)字地接SPCE061A的38腳，VSSP接音頻輸出電路的AVSS2。 第四章 軟件設(shè)計 軟件結(jié)構(gòu) 軟件結(jié)構(gòu)框圖，圖中可以看出各文件之間的調(diào)用關(guān)系。 下面簡要介紹一下各個程序文件的功能： （1） 主程序文件，實現(xiàn)系統(tǒng)的初始化，整個系統(tǒng)的運行控制，鍵值的處理和語音處理。 （2） 數(shù)碼管顯示文件，包含顯示的端口初始化，顯存的刷新。 （3） 按鍵函數(shù)文件，按鍵的初始化、掃描及獲取鍵值。 （4） 語音的API函數(shù)文件，內(nèi)含語音播放必須的用戶接口函數(shù) （5） 中斷服務(wù)函數(shù)文件：系統(tǒng)的顯示刷新、AD采樣定時、語音的解碼均通過中斷完成。 主程序流程圖程序的控制思想：系統(tǒng)運行后首先初始化I/O，Timer等部件,初始化完成之后，將進行溫度的采樣，并執(zhí)行溫度比較，如果溫度大于設(shè)定溫度，將進行超溫語音提示。主程序循環(huán)過程中不斷的掃描按鍵，如果有按鍵觸發(fā)將會調(diào)用鍵值處理函數(shù)。： A/D轉(zhuǎn)換實現(xiàn) A/D輸入接口的結(jié)構(gòu) SPCE061A內(nèi)置8通道10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中7個通道用于將模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號，可以直接通過引線(IOA[0~6])輸入。另外一個通道IOA7只用于語音輸入，即通過內(nèi)置自動增益控制的麥克風(fēng)通道(MIC_IN)輸入。實際上可以把模數(shù)轉(zhuǎn)換器看作是一個實現(xiàn)模/數(shù)信號轉(zhuǎn)換的編碼器。在ADC內(nèi)，由數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0和逐次逼近寄存器SAR組成逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器。向P_ADC_Ctrl(寫)($7015H)單元第0位(ADE)寫入“1”用以激活A(yù)DC。系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置為ADE=0，即屏蔽ADC。ADC采用自動方式工作。硬件ADC的最高速率限定為(Fosc/32/12)Hz，如果速率超過此值，當(dāng)從P_ADC(讀)($7014H)單元讀出數(shù)據(jù)時會發(fā)生錯誤。在ADC自動方式被啟用后，會產(chǎn)生出一個啟動信號，即RDY=0。此時，DAC0的電壓模擬量輸出值與外部的電壓模擬量輸入值進行比較，以盡快找出外部電壓模擬量的數(shù)字量輸出值。逐次逼近式控制首先將SAR中數(shù)據(jù)的最高有效位試設(shè)為“1”，而其它位則全設(shè)為“0”即100000 0000B。這時DAC0輸出電壓VDAC0就會與輸入電壓Vin進行比較。如果VinVDAC0，則保持原先設(shè)置為“1”的位(最高有效位)仍為“1”；否則，該位會被清“0”。接著，逐次逼近式控制又將下一位試設(shè)為“1”，其余低位依舊設(shè)為“0”，即1100000000B，VDAC0與Vin進行比較的結(jié)果若VinVDAC0，則仍保持原先設(shè)置位的值，否則便清“0”該位。這個逐次逼近的過程一直會延續(xù)到10位中的所有位都被測試之后，A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果保存在SAR內(nèi)。 當(dāng)10位A/D轉(zhuǎn)換完成時，RDY會被置“1”。此時，用戶通過讀取P_ADC (7014H)或P_ADC_MUX_Data(702CH)單元可以獲得10位A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。而從該單元讀取數(shù)據(jù)后，又會使RDY自動清“0”來重新開始進行A/D轉(zhuǎn)換。若未讀取P_ADC (7014H) 或P_ADC_MUX_Data(702CH)單元中的數(shù)據(jù)，RDY仍保持為‘1’，則不會啟動下一次的A/D轉(zhuǎn)換。外部信號由LIN_IN[1~7]即IOA[0~6]或通道MIC_IN輸入。從LIN_IN[1~7]輸入的模擬信號直接被送入緩沖器P_ADC_MUX_Data；從MIC_IN輸入的模擬信號則要經(jīng)過緩沖器和放大器。AGC功能將通過MIC_IN通道輸入的模擬信號的放大值控制在一定范圍內(nèi)，然后放大信號經(jīng)采樣保持模塊被送至比較器參與A/D轉(zhuǎn)換值的確定，最后送入P_ADC 。 A/D采樣處理 AD轉(zhuǎn)換：每間隔1s執(zhí)行一次AD采樣操作，每次采樣執(zhí)行18次AD轉(zhuǎn)換；在IRQ5_2Hz中斷服務(wù)程序中完成 。如果想改變采樣間隔可以修改2Hz中斷的延時系數(shù)G_Sum，1s對應(yīng)G_Sum = 2，注意采樣間隔和采樣次數(shù)要和控制時間相匹配。 AD處理：AD處理包括兩方面內(nèi)容，一是AD值的濾波處理，二是AD值向?qū)嶋H溫度轉(zhuǎn)換。由于干擾或者電路噪聲的存在，在采樣過程當(dāng)中會出現(xiàn)采樣信號與實際信號存在偏差的現(xiàn)象，甚至?xí)霈F(xiàn)信號的高低波動，為了減小這方面原因造成的測量誤差，在實際采樣時采樣18個點，然后再除去其中偏差較大的兩個點，即一個最大值和一個最小值，再對剩余的16個點取均值，這樣得到的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果已經(jīng)比較接近實際信號值。在對數(shù)值進行濾波操作之后，還要將AD值轉(zhuǎn)換為溫度，常用的兩種方案為查表法和公式法：查表法比較麻煩，首先要去制定一個表，而且精度也不高，適合于線性化