【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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。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。它可以與凌陽(yáng)單片機(jī)SPCE061A連接來(lái)實(shí)現(xiàn)具有錄放功能的系統(tǒng)。W29C040可以儲(chǔ)存凌陽(yáng)格式的語(yǔ)音資源，可以長(zhǎng)達(dá)幾分鐘，應(yīng)用于各種錄音比較長(zhǎng)的場(chǎng)合。系統(tǒng)提供W29C040的讀寫模塊，該模塊可以應(yīng)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(yè)，每頁(yè)的擦寫時(shí)間為5mS,整片擦除時(shí)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(shí)序圖（1）、讀時(shí)序圖： 讀時(shí)序圖（2）、在數(shù)據(jù)保護(hù)模式下的頁(yè)寫時(shí)序圖 寫時(shí)序圖（3）、寫結(jié)果判斷時(shí)序圖 結(jié)果判斷圖二、W29C040寫、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。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入模塊擦除命令時(shí)，相應(yīng)的模塊就被擦除。 去掉寫保護(hù)流程圖和片擦除流程圖 寫保護(hù)流程圖 擦除流程圖 頁(yè)寫流程圖和寫結(jié)束判斷流程圖 頁(yè)寫流程圖 寫結(jié)束判斷流程圖第八節(jié) 單片機(jī)與外部?jī)?chǔ)存器連接電路： 外擴(kuò)連接圖第九節(jié) 本章小結(jié)本章通過(guò)對(duì)本次設(shè)計(jì)的硬件的介紹和電路原理圖的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)的數(shù)碼錄音與播放系統(tǒng)的硬件的搭建。首先，先對(duì)凌陽(yáng)單片機(jī)的特點(diǎn)、性能和結(jié)構(gòu)模塊的介紹，體現(xiàn)了凌陽(yáng)單片機(jī)在做語(yǔ)音的錄放音方面的優(yōu)勢(shì)；其次，對(duì)凌陽(yáng)單片機(jī)的內(nèi)核結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹，對(duì)凌陽(yáng)單片機(jī)有更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)；然后，開始對(duì)硬件電路設(shè)計(jì)，包括了時(shí)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(duì)MIC錄音電路、DAC放音電路、外圍擴(kuò)展儲(chǔ)存器W29C040的介紹和連接電路的設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)當(dāng)中非常核心的部分，它們的設(shè)計(jì)的成功標(biāo)志著數(shù)碼錄放音功能在硬件上的實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)核心部分時(shí)，遇到了一些問(wèn)題，比如，再設(shè)計(jì)MIC電路圖時(shí)，對(duì)選擇什么樣的元件來(lái)搭建，參考了不同的書籍，各種書籍有幾種不同的設(shè)計(jì)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(jì)DAC電路時(shí)，在選擇放大器時(shí)，為了讓放音的效果更好，放棄了LM386放大器，而是選擇了凌陽(yáng)公司生產(chǎn)的可以使聲音更加清晰的SPY0030這一款語(yǔ)音放大器，選擇喇叭時(shí)，選取了大于8歐姆的揚(yáng)聲器。總之，選擇最優(yōu)化的方案來(lái)實(shí)現(xiàn)硬件方面的設(shè)計(jì)。第四章 單片機(jī)的錄放音軟件設(shè)計(jì)錄音是對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采集，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后，編碼儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器當(dāng)中；放音是把數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器當(dāng)中取出并解碼，然后D/A轉(zhuǎn)換，經(jīng)過(guò)放大器，傳送到揚(yáng)聲器輸出。音頻的編碼和解碼是進(jìn)行語(yǔ)音處理非常重要的理論。 第一節(jié) 凌陽(yáng)音頻的介紹一、音頻概述日常我們說(shuō)的人能夠正常聽到聲音的頻率范圍20Hz20kHz，也就是我們說(shuō)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(yǔ)音信號(hào)、聲音波形信號(hào)和音樂(lè)信號(hào)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(yǔ)音也可以表示波形聲音，至于波形聲音表示不出聲音信號(hào)的內(nèi)涵，因?yàn)檎Z(yǔ)音是一種抽象的信號(hào)，是語(yǔ)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(lè)更是高級(jí)的聲音信息，它使聲音符號(hào)化，但是也不能符號(hào)化所有的聲音信息。二、數(shù)字音頻的采樣和量化因?yàn)橐纛l信號(hào)是模擬的信號(hào)，是連續(xù)的信號(hào)，而現(xiàn)在計(jì)算機(jī)是采用的數(shù)字算法，所以要將模擬的音頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理。把模擬化的信號(hào)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(hào)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。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。當(dāng)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(guò)聲音錄入設(shè)備進(jìn)行錄制原始的聲音信號(hào)，直接記錄了真實(shí)的二進(jìn)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(lè)演奏指令序列，相當(dāng)于樂(lè)譜，可以利用聲音輸出設(shè)備或與計(jì)算機(jī)相連的電子樂(lè)器進(jìn)行演奏，由于不包含聲音數(shù)據(jù)，文件較小。相對(duì)于保存真實(shí)數(shù)據(jù)的聲音文件，MIDI顯得更加緊湊。四、語(yǔ)音壓縮編碼基礎(chǔ)語(yǔ)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。壓縮編碼的目的是通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的壓縮，達(dá)到高效率儲(chǔ)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(lái)表達(dá)和傳送聲音數(shù)據(jù)。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)。采用壓縮編碼的技術(shù)可以既保證對(duì)音頻的原始聲音的保持同時(shí)也保證了對(duì)數(shù)據(jù)傳輸和儲(chǔ)存容量的要求。比如沒(méi)有經(jīng)過(guò)壓縮編碼的一張CD錄制一分鐘的歌曲需要占用Mb，如果對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼，先對(duì)其采樣后進(jìn)行編碼，儲(chǔ)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(shí)間域信號(hào)直接變換為數(shù)字代碼，使現(xiàn)在生產(chǎn)的波形保持原來(lái)波形的圖像。波形編碼的原理是在時(shí)間軸上對(duì)模擬語(yǔ)音信號(hào)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(guò)譯碼和濾波恢復(fù)成模擬信號(hào)，是編碼的逆過(guò)程。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。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。參量編碼參量編碼是叫聲源編碼，是將信源信號(hào)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(jìn)行儲(chǔ)存和傳輸?shù)倪^(guò)程。它是在同原始語(yǔ)音數(shù)據(jù)有很大變化的情況下，對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行提取特征參數(shù)和編碼重建語(yǔ)音信號(hào)，譯碼是其逆過(guò)程。參量編碼的比特率可以壓縮到2～，甚至更低，但是語(yǔ)音質(zhì)量只能達(dá)到中等，特點(diǎn)就是壓縮比大，計(jì)算量大、傳輸時(shí)間短、儲(chǔ)存容量大，音質(zhì)一般。如線性預(yù)測(cè)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(jì)算機(jī)的發(fā)展為語(yǔ)音編碼技術(shù)的研究提供了強(qiáng)有力的工具，超大規(guī)模的集成電路也為語(yǔ)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(lái)，結(jié)合了參量編碼和波形編碼的優(yōu)點(diǎn)，即波形編碼的語(yǔ)音質(zhì)量高、數(shù)碼率高的特點(diǎn)和參量編碼的儲(chǔ)存空間和傳輸時(shí)間短的特點(diǎn)，當(dāng)然也克服了它們的缺點(diǎn)。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?？傊纛l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。如電話、機(jī)器提示音等。（2）、實(shí)現(xiàn)高保真復(fù)雜的壓縮技術(shù)，用于對(duì)高保真需求較多的場(chǎng)合。如CD、音樂(lè)等。而凌陽(yáng)單片機(jī)的錄放音的編碼/解碼是靠調(diào)用庫(kù)函數(shù)來(lái)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(yáng)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。凌陽(yáng)音頻壓縮算法處理的語(yǔ)音信號(hào)頻率范圍為200Hz～～。： 壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)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(wú)損壓縮兩類。無(wú)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(yǔ)音、視頻文件，因?yàn)橐笮畔⒘看?，壓縮比比較高（100:1）。凌陽(yáng)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?yàn)椋篈2000S480S240。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(diǎn)為語(yǔ)音質(zhì)量高，編碼率高，適用于高保真語(yǔ)音和音樂(lè)。參量編碼參量編碼采用壓縮算法SACM_S240。特點(diǎn)為壓縮比高，計(jì)算量大，音質(zhì)一般，價(jià)格便宜?；旌暇幋a混合編碼采用壓縮算法SACM_S480。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)。除此之外，還具有FM音樂(lè)合成式即SACM_MS01。凌陽(yáng)單片機(jī)SPCE061A是16位的單片機(jī)，具有DSP功能，有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理和最高時(shí)鐘頻率可以達(dá)到49MHz，具有運(yùn)算速度高等一些列又是，這無(wú)疑為語(yǔ)音的錄制、播放、合成和識(shí)別帶來(lái)了不可逾越的優(yōu)勢(shì)。在凌陽(yáng)單片機(jī)當(dāng)壓縮算法中，SACM_A2000、SACM_S480、SACM_S240適合用于錄音，可以應(yīng)用于語(yǔ)音提示；而DVR算法則可以用來(lái)錄音、放音，本次設(shè)計(jì)就是選擇DVR算法來(lái)編程設(shè)計(jì)的。四、程序接口介紹語(yǔ)音在社會(huì)生活當(dāng)中占據(jù)非常重要的地位，它可以為我們生活帶來(lái)樂(lè)趣。單片機(jī)對(duì)語(yǔ)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(yǔ)音處理分為A/D編碼處理、存儲(chǔ)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(chǔ) 語(yǔ)音處理由于MIC麥克風(fēng)生成的WAVE文件占用的儲(chǔ)存空間量比較大，對(duì)于單片機(jī)來(lái)說(shuō)存儲(chǔ)這樣大容量的文件是不現(xiàn)實(shí)的，為了避免單片機(jī)的不足之處，凌陽(yáng)公司提出了一個(gè)解決方案，那就是建立了SACMLIB庫(kù)及相應(yīng)的應(yīng)用程序接口API函數(shù)。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。五、相關(guān)API介紹SACMDVR具有語(yǔ)音的錄音和播放的功能，采用的算法是SACM_A2000，錄音時(shí)采用8K采樣率和16K數(shù)據(jù)率來(lái)獲取語(yǔ)音資源，經(jīng)過(guò)A2000壓縮后儲(chǔ)存在擴(kuò)展的外部?jī)?chǔ)存器W29C040的空間當(dāng)中，錄完后在從其中取出來(lái)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(duì)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(yǔ)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(yǔ)音隊(duì)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(yǔ)音隊(duì)列，等待播放int GetResource(long Address)//從資源里獲取一個(gè)字型語(yǔ)音資料中斷服務(wù)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(shuō)明】SACM_DVR語(yǔ)音播放前的初始化：設(shè)置中斷源、播放方式和定時(shí)器【參數(shù)】Init_Index=0表示手動(dòng)方式；Init_Index