【文章內(nèi)容簡介】 27DQ528DQ629DQ730/CE31A1032/OEW29C040U2........................................................................................................................ 44 實(shí)物圖 ............................................................................................................. 44 ........................................................................................................................ 45 四、源程序： ................................................................................................... 46 1 前 言 隨著科技不斷發(fā)展、集成電路在社會(huì)不斷應(yīng)用， 語音處理在工業(yè)、通信、交通當(dāng)中越來越受到應(yīng)用。在生活當(dāng)中，更是應(yīng)用的比較廣泛，比如，人們使用的手機(jī)、電腦等，其對(duì)語音 錄放音 要求比較多。 以前，人們使用磁帶來記錄、存儲(chǔ)、還原模擬語音信號(hào)，這種方法有一段歷史，針對(duì)這樣的具有語音錄放音的電子產(chǎn)品很多，但是它們體積大成為了它們的弱點(diǎn)。而單片機(jī)語音錄放音 系統(tǒng)就是為改變以前錄放音存在缺點(diǎn)兒設(shè)計(jì)的，它以數(shù)字電路為基礎(chǔ)，利用數(shù)字語音電路來實(shí)現(xiàn)語音的錄放音功能，并且它與微處理器聯(lián)合使用，具有體積小、易擴(kuò)展的特點(diǎn)。 目前，數(shù)字錄放音系統(tǒng)，只是簡單地對(duì)數(shù)據(jù)采集、儲(chǔ)存和播放，但是過多的語音數(shù)據(jù)會(huì)對(duì)設(shè)備儲(chǔ)存設(shè)備的需求。而在未來，采取了對(duì)語音進(jìn)行編碼，使其減少了對(duì)儲(chǔ)存空間的需求。 本次設(shè)計(jì)目的是設(shè)計(jì)一套具有數(shù)碼錄音與播放的單片機(jī)系統(tǒng)。因此，選用凌陽 16 位單片機(jī) SPCE061A 為核心，通過外部儲(chǔ)存器 W29C040 連接來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)的硬件電路圖主要包括 MIC 錄音電路、 DAC 放音電 路、按鍵電路、復(fù)位與時(shí)鐘電路、外部 W29C040 儲(chǔ)存器擴(kuò)展電路。設(shè)計(jì)還包括其他硬件電路圖和完整的軟件設(shè)計(jì)方案和最終方法。 通過上述的軟硬件的設(shè)計(jì)，可以錄放音 23 分鐘。 2 第 一章 單片機(jī)的數(shù)碼錄音與播放的概述 隨著人們對(duì)語音處理的技術(shù)不斷研究，有著錄放音功能的電子產(chǎn)品越來越受到人們的喜愛。從之前，使用磁帶來處理錄放音，到現(xiàn)在微處理器加上語音芯片的技術(shù)的變化，使得語音更加完美。國內(nèi)外對(duì)其的研究也在不斷的變化著。它的技術(shù)的成熟，預(yù)示著未來語音的功能更強(qiáng)大。因而，基于單片機(jī)的數(shù)碼錄音與播放系統(tǒng)的研究非常 的具有意義。選用凌陽單片機(jī) SPCE061A 和外部儲(chǔ)存器W29C040 來實(shí)現(xiàn)其功能。 第一節(jié) 錄放音的背景 和意義 隨著科技技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展， 在很多場合，都需要我們對(duì)語音進(jìn)行錄制和播放，以便以后的使用。在鐵路、金融、公安、學(xué)校等部門對(duì)語音的需求量也在逐漸地增加。把語音 錄放音 的技術(shù)應(yīng)用在辦公自動(dòng)化、安保系統(tǒng)、工業(yè)檢測系統(tǒng)、應(yīng)答系統(tǒng)、多媒體查詢系統(tǒng)、生活?yuàn)蕵坊蛘呒矣秒姎猱a(chǎn)品當(dāng)中，這些產(chǎn)品都具備語音輸入輸出功能，并且能在合適的時(shí)候用語音實(shí)時(shí)播報(bào)功能對(duì)系統(tǒng)的警告信息、工作狀態(tài)、提示信息進(jìn)行相關(guān)的說明，提高了通 信能力、減少了對(duì)錯(cuò)誤處理的遺漏、提高了人們生活的質(zhì)量，給人們帶來了方便。 在研究錄放音的道路上，以前的人們使用磁帶來記錄和播放聲音。 用磁帶記錄、存儲(chǔ)、還原模擬語音信號(hào)的方法已有很長時(shí)間的歷史，基于這一方法的電子產(chǎn)品也到處可見， 且這些產(chǎn)品的體積都很大， 在使用的范圍上受到了一定的限制。 而數(shù)字錄音系統(tǒng)則是將現(xiàn)場的語音模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散的的數(shù)字信號(hào)，把數(shù)字信息儲(chǔ)存在存儲(chǔ)介質(zhì)當(dāng)中，是數(shù)字語音處理技術(shù)當(dāng)中的一種。采用數(shù)字錄音技術(shù)，具有錄音時(shí)間長、保存時(shí)間久、占用空間小、效率高等特點(diǎn)。 單片機(jī)語音錄放系統(tǒng) 就 是 采用 數(shù)字電 路為基礎(chǔ)，利用數(shù)字語音電路來實(shí)現(xiàn)語音信號(hào)的記錄、存儲(chǔ)、還原等任務(wù)。單片機(jī)以其高可靠性、高性價(jià)比、低電壓、低功耗等優(yōu)點(diǎn)得到迅速 發(fā)展和大范圍推廣，廣泛應(yīng)用于 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、 工業(yè)控制系統(tǒng)、智能化儀器儀表及通訊設(shè)備、日常 電子類 消費(fèi)類產(chǎn)品、玩具等，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)語音錄放有很大的研究和開發(fā)價(jià)值。 語音集成電路與微處理器相結(jié)合，具有體積小、擴(kuò)展方便等特點(diǎn)， 發(fā)展前景廣。 3 第 二 節(jié) 錄放音的 國內(nèi)外研究 語音是人類進(jìn)行交流、溝通的工具，它的重要性顯而易 見。隨著 IT 行業(yè)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在生活當(dāng)中，我們遇到各種具有錄放功能的語音設(shè)備。人們對(duì)于語音的研究從未間斷。對(duì)于一般的數(shù)字語音錄放系統(tǒng)，采取簡單的采集、存儲(chǔ)和播放；可以較大程度的保證其的保真度，但是對(duì)于比較復(fù)雜的語音資源，則需要大型語音設(shè)備，它們則采用大容量的硬盤，對(duì)于小型設(shè)備，由于容量有限，則不一樣。 1877 年，大發(fā)明家愛迪生發(fā)明出世界上第一部機(jī)械式留聲機(jī)才初次得以實(shí)現(xiàn) 。 實(shí)現(xiàn)了人類首次具有錄放功能的設(shè)備完成以來 ，語音信號(hào)處理技術(shù)研究的突飛猛進(jìn)，為數(shù)字語音錄放系統(tǒng)提供了新的發(fā)展空間。對(duì)語音的采集、處理從以 前簡單的波形編碼轉(zhuǎn)變?yōu)檫M(jìn)行參數(shù)編碼、壓縮，從而大大減少了存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。舉例來說，原始語音一般都是采用 8KHz 抽樣， 16bits 的線性 PCM 編碼進(jìn)行采集，在一般的系統(tǒng)中就直接將采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)；而如果采用參數(shù)編碼對(duì)采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，存儲(chǔ)量則可以大大減少，當(dāng)需要恢復(fù)語音時(shí)，可利用編碼后的參數(shù)進(jìn)行合成，可以得到質(zhì)量令人滿意的結(jié)果。 目前， 我國也在研發(fā)各種語音芯片，有的語音芯片則是集成在其他芯片功能，具有簡單的語音處理能力，比如凌陽單片機(jī) SPCE061A 集成了語音的一些簡單功能，所以它在處理語音數(shù)據(jù)方面存 在它的優(yōu)勢。在國外，比較典型的語音芯片是美國生產(chǎn)的 ISD 語音芯片，采用模擬數(shù)據(jù)在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器直接儲(chǔ)存的技術(shù)，即將模擬數(shù)據(jù)語音直接寫入單個(gè)存儲(chǔ)單元，不需要經(jīng)過 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)化，很真實(shí)的重現(xiàn)語音真實(shí)聲音，避免了將聲音采集因量化和壓縮失真的現(xiàn)象。并且，芯片功能也在加強(qiáng)。 在國內(nèi)外，語音技術(shù)的應(yīng)用已相當(dāng)成熟地進(jìn)入日用產(chǎn)品和工業(yè)化產(chǎn)品的許多領(lǐng)域 。 第 三 節(jié) 錄放音的 發(fā)展前景 對(duì)于那些令人眼花繚亂的五花八門的指示燈、顯示屏和開關(guān)、按鍵操作相比，語音無疑提供了更加直接有效和人性化得人機(jī)交互手段。語音作為人機(jī)對(duì)話的最高手段，使人機(jī)對(duì)話向人 ——“人 ”對(duì)話的終極目標(biāo)發(fā)展，它在形式上最終填補(bǔ)人機(jī)對(duì)話的這一科技空白。語音的對(duì)話方式可使人機(jī)界面從數(shù)字領(lǐng)域進(jìn)入到模糊領(lǐng)域。誠然，距離真正意義上的完全語音模糊參數(shù)的人機(jī)對(duì)話模式的實(shí)現(xiàn)，這中間還有一些重大的技術(shù)領(lǐng)域需要突破，但是，我們可以斷言，隨著語音識(shí)別、語音4 合成、信息綜合、模糊控制、網(wǎng)絡(luò)通信等一系列技術(shù)的攻克與發(fā)展， 人類這一孜孜以求的愿望的實(shí)現(xiàn)， 一定為期不會(huì)太遠(yuǎn)了， 其前途是一片光明燦爛和無限美妙的。 盡管語音合成集成電路發(fā)展歷史比較短，但其成長速度之迅猛，電路體系之龐大， 應(yīng)用 范圍之廣泛，發(fā)展前景之遠(yuǎn)大，卻是任何一個(gè)集成電路系列產(chǎn)品無法與其相提并論的。目前，語音集成電路已從過去單一的只讀型語音電路，完成了向多功能、低成本、微型化、集約式、智能型語音集成電路的重大戰(zhàn)略性變革。語音技術(shù)及眾多產(chǎn)品，將成為自然、方便、理想的人機(jī)交互方式提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。 隨著微電子技術(shù)突飛猛進(jìn)的高速發(fā)展， 語音合成技術(shù)及語音集成電路領(lǐng)域出現(xiàn)了重大變革，產(chǎn)生了許多新技術(shù)、新器件和新產(chǎn)品，開拓了更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，并朝著更大容量、更優(yōu)音質(zhì)、更高智能、更具靈活性的方向發(fā)展。在眾多的語音集成電路器件產(chǎn)品中， 凌 陽單片機(jī) SPCE061A 的語音功能則滿足上述特點(diǎn) 。 在這套基于單片機(jī)的數(shù)碼錄音與播放系統(tǒng)當(dāng)中，集成度比較高，擴(kuò)展性比較強(qiáng)，應(yīng)用的領(lǐng)域比較廣。 第四節(jié) 錄放音的 設(shè)計(jì)思想 基于單片機(jī)的錄放音的設(shè)計(jì)，是以單片機(jī)為核心，如果單片機(jī)在語音處理方面沒有優(yōu)勢，則需要選擇單獨(dú)的語音芯片，如美國研發(fā) IDS 系列的語音芯片，當(dāng)然也可以選擇在語音處理方面有優(yōu)勢的凌陽單片機(jī)，就不需要語音芯片。以凌陽單片機(jī)為核心，通過外部儲(chǔ)存器 W29C040 來擴(kuò)展其存儲(chǔ)空間，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼錄音和播放功能。 在設(shè)計(jì) MIC 錄音電路部分 時(shí) ， 先對(duì)其原理進(jìn)行 分析，錄音部分 先采集語音資源通過 MIC 電路的 把語音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)， 然后就以一定的速率采集數(shù)據(jù)，把模擬數(shù)據(jù)信息變成數(shù)字信號(hào)，即是 AD 過程，然后把輸入的信號(hào)送至SPCE0611A 單片機(jī)的前置放大器，經(jīng)過前置放大器的數(shù)據(jù)信息到了內(nèi)部增益控制電路，能自動(dòng)跟蹤前置放大器的音頻信號(hào)電平，并能根據(jù)跟蹤的結(jié)果自動(dòng)的進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到平衡的狀態(tài)?？紤]到凌陽單片機(jī)內(nèi)部儲(chǔ)存空間有限，不可能把這些數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)存在芯片內(nèi)部，這時(shí)需要選用一款 外部存儲(chǔ) 器來存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)信息，使其具有更長的錄音時(shí)間，最后選用外部存儲(chǔ)器 W29C040。 而在設(shè)計(jì) DAC 放音部分時(shí)， 考慮到語音資源儲(chǔ)存到儲(chǔ)存器當(dāng)中，需要把語音資源從儲(chǔ)存器 W29C040 取出來送進(jìn)解壓縮隊(duì)列，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，在定時(shí)中斷的情況下進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，為了 均勻的采集數(shù)據(jù)，錄放音過程中都需要用到定時(shí)5 器進(jìn)行均勻采集數(shù)據(jù)，模擬的語音信息，在經(jīng)過濾波、放大，通過揚(yáng)聲器進(jìn)行放音。 在程序的設(shè)計(jì)當(dāng)中，對(duì)錄音部分要使用匯編語言編寫程序，在放音部分則使用 C 語言編寫，整體的過程當(dāng)中需要用到凌陽單片機(jī)的庫函數(shù)、相應(yīng)的應(yīng)用程序接口 API 來編寫程序。 第五節(jié) 本章小結(jié) 本章先對(duì)錄放音的背景和意義進(jìn)行論述， 從錄放音的儲(chǔ)存 介質(zhì)、體積、儲(chǔ)存容量大小等方面進(jìn)行了論述，說明錄放音發(fā)展的背景，從錄放音的應(yīng)用領(lǐng)域論述了錄放音的意義；然后又對(duì)錄放音的國內(nèi)外現(xiàn)狀進(jìn)行說明，先從總體上的發(fā)展提出國內(nèi)外錄放音的研究情況，然后再分別從國內(nèi)和國外方面說明；之后再從發(fā)展前景方向進(jìn)行論述，從錄放音功能和技術(shù)的研究方向進(jìn)行論述；最后介紹了錄放音的設(shè)計(jì)思想，從硬件和軟件兩方面進(jìn)行敘述，硬件方面又從 MIC 錄音部分介紹和 DAC 放音部分介紹，軟件方面從編寫程序采用的方法進(jìn)行了說明。 6 第二章 單片機(jī)的錄放音方案選擇 隨著集成電路不斷的發(fā)展和 半導(dǎo)體技術(shù) 工藝的 提高，單片機(jī)的功能也在不斷的加強(qiáng)，社會(huì)對(duì)它的需求量也在不斷的增加。單片機(jī)的種類也有著不同，因而需要選擇用何種單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)錄放音的功能。 第一節(jié) 單片機(jī) 的 發(fā)展 在現(xiàn)代社會(huì)的生產(chǎn)活動(dòng)，以及人們的日常生活中，單片機(jī)有著廣泛的應(yīng)用。其體積小、功能強(qiáng)、價(jià)格低、使用靈活等特點(diǎn)，顯示出非常明顯的優(yōu)勢和廣泛的應(yīng)用前景。單片機(jī)技術(shù)已成為現(xiàn)代電子技術(shù)領(lǐng)域非常重要的技術(shù)之一。所謂單片機(jī)（ Single Chip Microputer 或者 One Chip Microputer）是利用半導(dǎo)體集成技術(shù)，將 CPU 和具有 一定容量的隨機(jī)存儲(chǔ)器（ RAM）、只讀存儲(chǔ)器（ ROM）、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器（ TIMER/COUNTER）、并行輸入輸出接口和串行通信接口等多個(gè)功能部件集成在一個(gè)芯片上，具備獨(dú)立指令系統(tǒng)的智能器件，形成具有完整計(jì)算機(jī)功能的大規(guī)模集成電路。即在芯片上實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的基本功能。對(duì)于簡單控制對(duì)象，只需利用單片機(jī)作為控制中心，不需要增加外部設(shè)備就能實(shí)現(xiàn)；而對(duì)于復(fù)雜的控制對(duì)象，也只需在單片機(jī)的基礎(chǔ)上，擴(kuò)上一些器件也能完成。 單片機(jī)是隨著計(jì)算機(jī)、單板機(jī)的發(fā)展及其在智能測控系統(tǒng)中而發(fā)展起來的。運(yùn)算處理能力的提高、數(shù)據(jù)傳輸能 力的提高、處理指令速度的提高使得單片機(jī)處理能力得到了提高；儲(chǔ)存容量的加大、程序的加密使得存儲(chǔ)器更加優(yōu)化；并行口的驅(qū)動(dòng)能力的增加、接口編程能力的增加改進(jìn)了接口；采用串行總線結(jié)構(gòu)和集成外圍電路使得結(jié)構(gòu)得到簡化；再加上體積也在不斷減小和功耗的不斷降低。綜上，單片機(jī)的性能在不斷地提高和擴(kuò)展。與此同時(shí)，單片機(jī)的市場需求量也在日新月異的增加。 以此同時(shí)，進(jìn)入后 PC 時(shí)代以來，基于嵌入式系統(tǒng)主要部件的單片機(jī)得到廣泛的使用。隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)已進(jìn)入片上系統(tǒng)（ soc， system on chip）時(shí)代，單 片機(jī)的功能越來越強(qiáng)大。 凌 陽公司推出的μ’ nSP?單片機(jī)就是基于 SOC 的新型數(shù) /?；旌系南到y(tǒng)芯片。該芯片順應(yīng)了單片機(jī)發(fā)展的趨勢，它的系統(tǒng)芯片具有集成度高，功能全，數(shù) /?；旌?，易擴(kuò)展等特點(diǎn)。 7 第二節(jié) 方案選擇 隨著大規(guī)模的集成電路和工業(yè)技術(shù)不斷革新，單片機(jī)向片上系統(tǒng)（ SOC）方向發(fā)展，片內(nèi)不斷擴(kuò)展外圍電路功能，既有數(shù)字邏輯電路部分，也有數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)常用模擬部件，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用系統(tǒng)在片內(nèi)集成。凌陽科技推出的μ’ nSP?單片機(jī)就是基于 SOC 的新型數(shù) /?；旌系南到y(tǒng)芯片。以μ’ nSP?CPU 為內(nèi)核，其他功能 模塊根據(jù)應(yīng)用需要為可選結(jié)構(gòu)。采用積木式結(jié)構(gòu)，對(duì)不同對(duì)象和不同領(lǐng)域，形成不同系統(tǒng)，適應(yīng)不同場合，會(huì)派生更低成本和更強(qiáng)的功能的產(chǎn)品，這也是凌陽 1