【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 需要有特殊的控制時(shí)序和邏輯。因此需要為 Flash 內(nèi)存控制專門增加一個(gè)可重構(gòu)部件。對(duì)濾波、壓縮、解壓、信道編碼這些需要大量運(yùn)算或長(zhǎng)時(shí)間操作的過程也必須對(duì)這四項(xiàng)任務(wù)各設(shè)計(jì)一個(gè)可重構(gòu)部件。這種方案對(duì)幾個(gè)重要過程都需要單獨(dú)設(shè)計(jì)一個(gè)可重構(gòu)部件，設(shè)計(jì)煩瑣工作量大，可重構(gòu)部件多。同時(shí)，雖然元件級(jí)可重構(gòu)系統(tǒng)在現(xiàn)有的 FPGA 上是可以實(shí)現(xiàn)的，但是由于現(xiàn)有 FPGA體系結(jié)構(gòu)上的種種限制，諸如最小配置單位過大配置結(jié)構(gòu)復(fù)雜等，使這種系統(tǒng)在很多情況下執(zhí)行效率反而不及傳統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，大大減少了這類系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。綜上，故我們不采取這種方案。方案二：人們?cè)谡Z音處理的研究中，已經(jīng)研制出了很多語音編碼算法，而有些編碼算法已經(jīng)被直接固化到 DSP 上，形成專用的基于 DSP 的語音處理芯片。但是在我們未選擇 DSP 芯片主要是基于以下幾個(gè)因素：（1）運(yùn)算速度。本系統(tǒng)中，對(duì)運(yùn)算速度的要求，主要是要滿足每一個(gè) A/D 變換后的數(shù)據(jù)都能及時(shí)地存入存儲(chǔ)器，而通用單片機(jī)的處理能力已經(jīng)可以滿足需要。 （2）運(yùn)算精度。本數(shù)字錄音系統(tǒng)沒有復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算，所以沒有對(duì)運(yùn)算精度的要求。(3)片內(nèi)硬件資源。由于系統(tǒng)要求能進(jìn)行錄放音，所以 A/D 和 D/A 的功能是必需的，對(duì) DSP 芯片，若外接 A/D 或 D/A 元件，增加了復(fù)雜度，也提高了成本。(4)功耗。DSP 芯片實(shí)現(xiàn)的功能較多，所以它的功耗相對(duì)較高。因此我不采取這種方案。方案三：SPCE061A 是凌陽科技研發(fā)生產(chǎn)的一款高性價(jià)比十六位單片機(jī)，把各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。片內(nèi)帶有高尋址能力的 ROM、靜態(tài) RAM 和多功能的 I/O 口。芯片工作電壓范圍大，能在低電壓供電時(shí)正常工作，且能用電池供電。其指令系統(tǒng)為其應(yīng)用增添了 DSP 功能但是又比專用的 DSP 芯片廉價(jià)。另外凌陽十六位單片機(jī)具有易學(xué)易用、高效率的指令系統(tǒng)和集成開發(fā)環(huán)境。但是需要軟件接口程序，使用起來不是很方便，因此在設(shè)計(jì)方案的選取中不選用這種方案?！′浺艄P設(shè)計(jì)方案的確定四個(gè)方案相比較，第四個(gè)方案比前面三個(gè)方案更符合本次設(shè)計(jì)的需要，我最后決定采用 STC89C52 單片機(jī)和錄音模塊 ISD4004 芯片來實(shí)現(xiàn)我的設(shè)計(jì)。第四個(gè)方案用單片機(jī) STC89C52 和 ISD4004 組成的電路更加發(fā)揮了芯片的優(yōu)勢(shì)，靈活的運(yùn)用了芯片的功能，使語音錄放的功能更加完善，可以實(shí)現(xiàn)多錄多放的功能，符合語音錄放的要求，也更加符合現(xiàn)實(shí)中各種語音器件的要求。芯片 ISD4004 是整個(gè)錄音筆芯片的核心部分。ISD4004L16M 系列單片錄放時(shí)間8 至 16 分，音質(zhì)好。芯片采用 CMOS 技術(shù)，內(nèi)含震蕩器、話筒前置放大、自動(dòng)增益控制、防混淆濾波器、平滑濾波器、揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)及 EEPROM 僅需麥克風(fēng)、喇叭、兩個(gè)按鈕、電源及少數(shù)電阻電容。ISP 技術(shù)為實(shí)現(xiàn)語音錄入提供了方便的硬件條件 ISP 技術(shù)是在一個(gè)系統(tǒng)可編程器件上實(shí)現(xiàn)對(duì)語音芯片的控制。這種控制直接通過 ISP 器件的硬件電路實(shí)現(xiàn)，省去了軟件接口程序，使用起來方便快捷。ISD 芯片的控制錄放音的兩種方式（引腳的邊沿或電平觸發(fā)控制和微控制器串行通信接口控制） ，它的存儲(chǔ)器采用的是非易丟失數(shù)據(jù)的 EEPROM，并且操作方便。該開發(fā)環(huán)境支持標(biāo)準(zhǔn) C 語言，并且，提供了語音錄放的 C 語言程序函數(shù)，只要了解函數(shù)的使用，就會(huì)很容易完成語音錄放，這些都為軟件開發(fā)提供了方便的條件。同時(shí)還可根據(jù)設(shè)計(jì)要求在實(shí)現(xiàn)基本錄放功能的基礎(chǔ)上運(yùn)用 AT89C52 單片機(jī)的多功能集成功能擴(kuò)展錄放系統(tǒng)的功能。比如，使用 AT89C52 單片機(jī)的外引腳增添鍵盤控制功能或者外引數(shù)碼管的數(shù)字顯示功能；還可通過 LCD 液晶顯示器顯示字符、數(shù)字等圖象，在錄音筆設(shè)計(jì)系統(tǒng)中可用來顯示按鍵功能等。這樣可以制作更復(fù)雜的錄、放音系統(tǒng)。第 3章　硬件設(shè)計(jì)　主控制模塊　STC89C52 單片機(jī)總控制電路本次設(shè)計(jì)中所選用的 STC89C52 單片機(jī)是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFlash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能 COMOS8 的微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 搞密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。圖 31　單片機(jī)總控制電路功能特性概述：?jiǎn)纹瑱C(jī)總控制電路如下圖 31：主要功能特性兼容 MCS52 指令系統(tǒng) 8K 可反復(fù)擦寫 Flash ROM32 個(gè)雙向 I/O 口 256x8bit 內(nèi)部 RAM3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷 時(shí)鐘頻率 024MHz2 個(gè)串行中斷 可編程 UART 串行通道2 個(gè)外部中斷源 共 6 個(gè)中斷源2 個(gè)讀寫中斷口線 3 級(jí)加密位低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能　時(shí)鐘電路STC89C52 內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 RXD 和 TXD 分別是此放大器的輸入端和輸出端。時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內(nèi)部方式的時(shí)鐘電路如圖 3—2(a) 所示，在 RXD 和 TXD 引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時(shí)元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體振蕩頻率可以在 ～12MHz 之間選擇，電容值在 5～30pF 之間選擇，電容值的大小可對(duì)頻率起微調(diào)的作用。外部方式的時(shí)鐘電路如圖 3—2（b）所示，RXD 接地，TXD 接外部振蕩器。對(duì)外部振蕩信號(hào)無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于 12MHz 的方波信號(hào)。片內(nèi)時(shí)鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘 P1 和 P2，供單片機(jī)使用。（a）內(nèi)部方式時(shí)鐘電路 （b）外部方式時(shí)鐘電路圖 32　時(shí)鐘電路　復(fù)位及復(fù)位電路（1）復(fù)位操作復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把 PC 初始化為 0000H，使單片機(jī)從0000H 單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。除 PC 之外，復(fù)位操作還對(duì)其他一些寄存器有影響，它們的復(fù)位狀態(tài)如表 31 所示表 3１　些寄存器的復(fù)位狀態(tài)寄存器 復(fù)位狀態(tài) 寄存器 復(fù)位狀態(tài)PC 0000H TCON 00HACC 00H TL0 00HPSW 00H TH0 00HSP 07H TL1 00HDPTR 0000H TH1 00HP0P3 FFH SCON 00HIP XX000000B SBUF 不定IE 0X000000B PCON 0XXX0000BTMOD 00H（2）復(fù)位信號(hào)及其產(chǎn)生RST 引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù) 24個(gè)振蕩周期(即二個(gè)機(jī)器周期)以上。若使用頗率為 6MHz 的晶振，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過 4us 才能完成復(fù)位操作。產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)的電路邏輯如圖 33 所示：圖 33　復(fù)位信號(hào)的電路邏輯圖整個(gè)復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)(RST)送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 時(shí)刻對(duì)施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位相按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖 3—4（a）所示。這佯，只要電源 Vcc 的上升時(shí)間不超過 1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與 Vcc 電源接通而實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖 34（b）所示；而按鍵脈沖復(fù)位則是利用 RC 微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖 34（c）所示：（a）上電復(fù)位 （b）按鍵電平復(fù)位 （c）按鍵脈沖復(fù)位圖 34　復(fù)位電路上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適用于 6MHz 晶振，能保證復(fù)位信號(hào)高電平持續(xù)時(shí)間大于 2 個(gè)機(jī)器周期。本系統(tǒng)的復(fù)位電路采用圖 34（b）上電復(fù)位方式。　STC89C52 引腳圖 35　STC89C52 單片機(jī)引腳圖VCC：電源電壓GND：地線P0 口：P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址／數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門電路，對(duì)端口寫“l(fā)”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在 F1ash 編程時(shí)，P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接 上拉電阻。P1 口：Pl 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，Pl 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)端口寫“l(fā)” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL） 。Flash 編程和程序校驗(yàn)期間，Pl接收低 8 位地址。P2 口：P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL） 。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中 P2 寄存器的內(nèi)容） ，在整個(gè)訪問期間不改變。Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)，P2 亦接收高位地址和其它控制信號(hào)。P3 口：P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL門電流。當(dāng) P3 口寫入“1 ”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3 口也可作為 STC89C52 的一些特殊功能口，如下表所示：管腳備選功能:表 32　P3 口的第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。WDT 溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置 SFR AUXR 的 DISRT0 位（地址 8EH）可打開或關(guān)閉該功能。DISRT0 位缺省為 RESET 輸出高電平打開狀態(tài)。ALE／PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。即使不 訪問外部存儲(chǔ)器，ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1／6 輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè) ALE 脈沖。對(duì) F1ash 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG） 。如有必要，可通過對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條M0VX 和 M0VC 才指令 ALE 才會(huì)被激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 無效。PSEN：程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89S51 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，沒有兩次有效的 PSEN 信號(hào)。EA／VPP：外部訪問允許。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H~FFFFH） ，EA 端必須保持低電平（接地） 。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。如 EA 端為高電平（接 V cc 端） ，CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。F1ash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V 的編程電壓 V pp。XTAL l：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。中斷寄存器：各中斷允許控制位于 IE 寄存器，5 個(gè)中斷源的中斷優(yōu)先級(jí)控制位于 IP 寄存器?！SP 技術(shù)（在線可編程）Lattice 是 ISP（在線可編程）技術(shù)的發(fā)明者(據(jù)說 Lattice 公司最早是由華人創(chuàng)辦的） ，ISP 技術(shù)極大的促進(jìn)了 PLD 產(chǎn)品的發(fā)展。ISP（InSystem Programming）在系統(tǒng)可編程，指電路板上的空白器件可以編程寫入最終用戶代碼， 而不需要從電路板上取下器件，已經(jīng)編程的器件也可以用 ISP 方式擦除或再編程。ISP 技術(shù)是未來發(fā)展方向?！SP 的工作原理ISP 的實(shí)現(xiàn)相對(duì)要簡(jiǎn)單一些，一般通用做法是內(nèi)部的存儲(chǔ)器可以由上位機(jī)的軟件通過串口來進(jìn)行改寫。對(duì)于單片機(jī)來講可以通過 SPI 或其它的串行接口接收上位機(jī)傳來的數(shù)據(jù)并寫入存儲(chǔ)器中。所以即使我們將芯片焊接在電路板上，只要留出和上位機(jī)接口的這個(gè)串口，就可以實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)部存儲(chǔ)器的改寫，而無須再取下芯片。　ISP 的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用ISP 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是不需要編程器就可以進(jìn)行單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)和開發(fā)，單片機(jī)芯片可以直