【文章內(nèi)容簡介】 第七節(jié) 外部儲存器W29CO40電路隨著數(shù)字語音的快速發(fā)展，具有語音功能的電子產(chǎn)品得到了廣泛的應用。但是語音數(shù)據(jù)比較復雜的情況，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。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)。W29C040可以儲存凌陽格式的語音資源，可以長達幾分鐘，應用于各種錄音比較長的場合。系統(tǒng)提供W29C040的讀寫模塊，該模塊可以應用于W29C040同系列的相關(guān)的芯片中。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。： W29C040管腳表管腳名稱功能描述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寫腳VDD5VVSS地 W29C040讀寫時序圖（1）、讀時序圖： 讀時序圖（2）、在數(shù)據(jù)保護模式下的頁寫時序圖 寫時序圖（3）、寫結(jié)果判斷時序圖 結(jié)果判斷圖二、W29C040寫、擦除流程圖在凌陽SPCE061A單片機當中，如果要使用閃存，必須先在閃存編程前，對其進行擦除。當給出的地址在某個模塊地址范圍內(nèi)并且向命令用戶接口寫入模塊擦除命令時，相應的模塊就被擦除。 去掉寫保護流程圖和片擦除流程圖 寫保護流程圖 擦除流程圖 頁寫流程圖和寫結(jié)束判斷流程圖 頁寫流程圖 寫結(jié)束判斷流程圖第八節(jié) 單片機與外部儲存器連接電路： 外擴連接圖第九節(jié) 本章小結(jié)本章通過對本次設(shè)計的硬件的介紹和電路原理圖的設(shè)計來實現(xiàn)了基于單片機的數(shù)碼錄音與播放系統(tǒng)的硬件的搭建。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)進行了介紹，對凌陽單片機有更進一步的認識；然后，開始對硬件電路設(shè)計，包括了時鐘電路和復位電路、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)計當中非常核心的部分，它們的設(shè)計的成功標志著數(shù)碼錄放音功能在硬件上的實現(xiàn)。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?？傊x擇最優(yōu)化的方案來實現(xiàn)硬件方面的設(shè)計。第四章 單片機的錄放音軟件設(shè)計錄音是對語音信號進行采集，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，編碼儲存在存儲器當中；放音是把數(shù)據(jù)從存儲器當中取出并解碼，然后D/A轉(zhuǎn)換，經(jīng)過放大器，傳送到揚聲器輸出。音頻的編碼和解碼是進行語音處理非常重要的理論。 第一節(jié) 凌陽音頻的介紹一、音頻概述日常我們說的人能夠正常聽到聲音的頻率范圍20Hz20kHz，也就是我們說的音頻范圍。低于20 Hz是次聲波，高于20kHz是高聲波。我們能聽到聲音的范圍，分為語音信號、聲音波形信號和音樂信號三種。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)。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。而至于音樂更是高級的聲音信息，它使聲音符號化，但是也不能符號化所有的聲音信息。二、數(shù)字音頻的采樣和量化因為音頻信號是模擬的信號，是連續(xù)的信號，而現(xiàn)在計算機是采用的數(shù)字算法，所以要將模擬的音頻信號進行數(shù)字化處理。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算法進行處理，采用的方式有幾種，如波形編碼、參量編碼等。將音頻模擬信號數(shù)字化分為兩個方面，一是采樣，二是量化。當然，也包括聲道的數(shù)目、音頻設(shè)備質(zhì)量等。三、音頻格式音頻文件通常分為兩類：聲音文件和MIDI文件。 聲音文件通過聲音錄入設(shè)備進行錄制原始的聲音信號，直接記錄了真實的二進制數(shù)據(jù)文件比較大。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。MIDI文件：MIDI是躍起數(shù)字接口的英文縮寫，它是一種音樂演奏指令序列，相當于樂譜，可以利用聲音輸出設(shè)備或與計算機相連的電子樂器進行演奏，由于不包含聲音數(shù)據(jù)，文件較小。相對于保存真實數(shù)據(jù)的聲音文件，MIDI顯得更加緊湊。四、語音壓縮編碼基礎(chǔ)語音壓縮編碼中的數(shù)據(jù)量的表達式是指：數(shù)據(jù)量=[（采樣頻率量化位數(shù)）/8] 聲道數(shù)目。壓縮編碼的目的是通過對數(shù)據(jù)的壓縮，達到高效率儲存和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的目的。即是在保證一定音質(zhì)的情況下，以最小的數(shù)據(jù)量來表達和傳送聲音數(shù)據(jù)。實際上音頻數(shù)據(jù)量比較大，直接進行傳輸和儲存是比較不現(xiàn)實的，我們要對信號趨勢的預測和冗余信息處理進行數(shù)據(jù)壓縮，這樣可以減少對資源傳輸?shù)臅r間的和對儲存更多的語音數(shù)據(jù)。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。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Mb，如果對原始數(shù)據(jù)進行壓縮編碼，先對其采樣后進行編碼，儲存容量減小了一半，采用不同的編碼技術(shù)可以壓縮到更小。常見的幾種音頻壓縮編碼波形編碼所謂波形編碼是把時間域信號直接變換為數(shù)字代碼，使現(xiàn)在生產(chǎn)的波形保持原來波形的圖像。波形編碼的原理是在時間軸上對模擬語音信號按一定的速率抽樣，然后按幅度樣本量化、編碼。譯碼則是將數(shù)字序列經(jīng)過譯碼和濾波恢復成模擬信號，是編碼的逆過程。特點就是語音質(zhì)量高、數(shù)碼率高，適合高保真音樂和語音場合。如脈沖編碼調(diào)制PCM、差值脈沖編碼調(diào)制DPCM、自適應傳輸編碼ATC等。參量編碼參量編碼是叫聲源編碼，是將信源信號在頻率域或者其他正交變換域提取特征參數(shù)，并將其變成數(shù)字代碼進行儲存和傳輸?shù)倪^程。它是在同原始語音數(shù)據(jù)有很大變化的情況下，對語音信號進行提取特征參數(shù)和編碼重建語音信號，譯碼是其逆過程。參量編碼的比特率可以壓縮到2～，甚至更低，但是語音質(zhì)量只能達到中等，特點就是壓縮比大，計算量大、傳輸時間短、儲存容量大，音質(zhì)一般。如線性預測編碼LPC等?；旌暇幋a混合編碼是將波形編碼技術(shù)和參量編碼技術(shù)結(jié)合使用的技術(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，超大規(guī)模的集成電路也為語音編碼技提供了技術(shù)支持?；旌暇幋a是將波形編碼和參量編碼結(jié)合起來，結(jié)合了參量編碼和波形編碼的優(yōu)點，即波形編碼的語音質(zhì)量高、數(shù)碼率高的特點和參量編碼的儲存空間和傳輸時間短的特點，當然也克服了它們的缺點。如多脈沖激勵線性預測編碼MPLPC、碼本激勵線性預測編碼CELP等?？傊?，音頻壓縮編碼技術(shù)發(fā)展趨勢：（1）、降低數(shù)據(jù)率，提高壓縮比，用于廉價的低保真場合。如電話、機器提示音等。（2）、實現(xiàn)高保真復雜的壓縮技術(shù)，用于對高保真需求較多的場合。如CD、音樂等。而凌陽單片機的錄放音的編碼/解碼是靠調(diào)用庫函數(shù)來完成的，我們只需完成數(shù)據(jù)的存入和讀出即可。第二節(jié) 凌陽音頻編碼算法一、壓縮編碼的標準不同的頻率影響著不同的編碼技術(shù)標準的音頻質(zhì)量。凌陽音頻壓縮算法處理的語音信號頻率范圍為200Hz～～。： 壓縮編碼標準信號類型頻率范圍/Hz采樣頻率/kHz量化精度/位電話話音200～340088寬帶音頻50～70001616調(diào)頻廣播20～14k16高質(zhì)量音頻20～20k16二、壓縮分類壓縮一般分為有損壓縮和無損壓縮兩類。無損壓縮一般是指磁盤文件，壓縮比比較低（2:1～4:1）；有損壓縮是指語音、視頻文件，因為要求信息量大，壓縮比比較高（100:1）。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_A2000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:。音質(zhì)排序為：A2000S480S240。三、常用的音頻形式和壓縮算法波形編碼波形編碼采用帶編碼技術(shù)的壓縮算法SACM_A2000。特點為語音質(zhì)量高，編碼率高，適用于高保真語音和音樂。參量編碼參量編碼采用壓縮算法SACM_S240。特點為壓縮比高，計算量大，音質(zhì)一般，價格便宜?；旌暇幋a混合編碼采用壓縮算法SACM_S480。特點是彌補了波形編碼和參量編碼的缺點，當然也保留了它們的優(yōu)點。除此之外，還具有FM音樂合成式即SACM_MS01。凌陽單片機SPCE061A是16位的單片機，具有DSP功能，有很強的數(shù)據(jù)處理和最高時鐘頻率可以達到49MHz，具有運算速度高等一些列又是，這無疑為語音的錄制、播放、合成和識別帶來了不可逾越的優(yōu)勢。在凌陽單片機當壓縮算法中，SACM_A2000、SACM_S480、SACM_S240適合用于錄音，可以應用于語音提示；而DVR算法則可以用來錄音、放音，本次設(shè)計就是選擇DVR算法來編程設(shè)計的。四、程序接口介紹語音在社會生活當中占據(jù)非常重要的地位，它可以為我們生活帶來樂趣。單片機對語音的控制如錄放音的技術(shù)廣泛的應用到我們的生活當中，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，A/D轉(zhuǎn)換編碼解碼D/A轉(zhuǎn)換存儲 語音處理由于MIC麥克風生成的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庫及相應的應用程序接口API函數(shù)。將A/D編碼、解碼、儲存和D/A轉(zhuǎn)換成相應的模塊，每個模塊都有API，我們只需知道每個API應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)即可實現(xiàn)其功能。五、相關(guān)API介紹SACMDVR具有語音的錄音和播放的功能，采用的算法是SACM_A2000，錄音時采用8K采樣率和16K數(shù)據(jù)率來獲取語音資源，經(jīng)過A2000壓縮后儲存在擴展的外部儲存器W29C040的空間當中，錄完后在從其中取出來用于放音。下面介紹SACMDVR的API函數(shù)。int SACM_DVR_Initial(int Init_Index)//初始化void SACM_DVR_ServiceLoop(void)//獲取資料，填入譯碼隊列void SACM_DVR_Encode(void)//錄音SACM_DVR_StopEncode(void)//停止編碼SACM_DVR_InitEncode(RceMonitorOn) //初始化編碼器void SACM_DVR_Stop(void) //停止錄音void SACM_DVR_Play(void) //開始播放unsigned int SACM_DVR_Status(void) //獲取SACM_DVR模塊的狀況void SACM_DVR_InitDecoder(void) //開始譯碼void SACM_DVR_Decode(void)//獲取語音資料并譯碼，中斷播放SACM_DVR_StopDecode(void)//停止解碼unsigned int SACM_DVR_TestQueue(void) //獲取語音隊列狀態(tài)int SACM_DVR_FetchQueue()//獲取錄音編碼程序void SACM_DVR_FillQueue(unsigned int encodeddata) //填充資料到語音隊列，等待播放int GetResource(long Address)//從資源里獲取一個字型語音資料中斷服務函數(shù)：Call F_FIQ_Service_ SACM_DVR//playingCall F_IRQ1_Service_ SACM_DVR//recode 具體的函數(shù)解釋如下： 【API格式】C：int SACM_DVR_Initial(int Init_Index)ASM：R1=[ Init_Index]Call F_SACM_DVR_Initial【功能說明】SACM_DVR語音播放前的初始化：設(shè)置中斷源、播放方式和定時器【參數(shù)】Init_Index=0表示手動方式；Init_Index