【文章內(nèi)容簡介】 3 章 硬件系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 方案的選擇 當(dāng)今微型計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展形成兩大技術(shù)分支：一是以微處理器 MPU 為核心組成的通用微機(jī)系統(tǒng)；另一分支是發(fā)展面向?qū)ο蟮挠糜趯崟r測控的微控制器 MCU 即單片機(jī)。隨著超大規(guī)模高速集成電路的發(fā)展，現(xiàn)代電子技術(shù)進(jìn)入了片上系統(tǒng) SOC（ System On a Chip）階段，從而使單片機(jī)的設(shè)計與應(yīng)用發(fā)生了深刻的變化。凌陽科技推出的μ’ nSP?單片機(jī)就是基于 SOC 的新型數(shù) /模混合 的系統(tǒng)芯片。凌陽單片機(jī)順應(yīng)了單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢，其系統(tǒng)芯片具有集成度高，數(shù) /?；旌?，功能全，低功耗，低電壓和易于開發(fā)等特點。另外，凌陽單片機(jī)還增加了適合與 DSP 的某些特殊指令；有的還嵌入了 LCD 控制 /驅(qū)動和雙音多頻發(fā)生器功能。這些都進(jìn)一步擴(kuò)大了單片機(jī)的應(yīng)用范圍。凌陽公司為μ’ nSP?單片機(jī)的應(yīng)用開發(fā)提供了較為完善的開發(fā)支持工具。μ’ nSP? CPU 系統(tǒng)仿真板，高性能的 C 語言編譯器，并提供了 C 語言的編程函數(shù)庫。因此，我們本次畢業(yè)設(shè)計選擇μ’ nSP?單片機(jī)來做一個復(fù)讀機(jī)，在做的過程中熟悉一下凌陽單片機(jī)。凌陽單 片機(jī)自帶的存儲器是不夠的，所以我們必須擴(kuò)展外部存儲器。 80C51 方案 在我國單片機(jī)的市場中， 51 單片機(jī)曾經(jīng)占據(jù)著絕對的主導(dǎo)地位，但在科技不斷發(fā)展的當(dāng)今，嵌入式系統(tǒng)正在不斷流行開來，對單片機(jī)的處理速度的要求不斷提高，對單片機(jī)的處理功能也要求越來越強。我個人認(rèn)為，除了其速度不夠快外，集成度不高是 51 最大的缺點。在當(dāng)今比較高端應(yīng)用場合，可能再也難以見到 51 單片機(jī)的身影，取而代之的是 ARM和 DSP 等處理器。 DSP 方案 在數(shù)字信號處理方面，處處可以見到 DSP 的身影。對于本系統(tǒng)中的語音采集，數(shù)據(jù)處理存放，語音回放， DSP 可以輕而易舉的完成這些基本功能。 DSP 強大的數(shù)據(jù)處理能力是讓眾多的單片機(jī)都望塵莫及的。 凌陽方案 我認(rèn)為，凌陽是 51 和 DSP 之間的一種良好的結(jié)合。 SPCE061A 是臺灣凌陽公司生產(chǎn)的十六位單片機(jī)，該單片機(jī)內(nèi)置有 2 路 DA 轉(zhuǎn)換， 8路 AD 轉(zhuǎn)換及在線仿真等豐富的功能，這畢業(yè)論文（設(shè)計）用紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 5 些都為我們實現(xiàn)數(shù)碼錄音和播放提供良好的方便條件， W29C040 是臺灣華邦公司生產(chǎn)的4M位的 FLASH 存儲芯片，利用它存儲凌陽格式的語音資源。該系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用于需求的錄音較長的場合。如錄音筆、自錄語音提示等應(yīng)用方案。本系統(tǒng)提供 W29C040 相 關(guān)的讀寫模塊，此模塊也可應(yīng)用于 W29C040 同系列的相關(guān) FLASH 芯片中另外，凌陽十六位單片機(jī)具有易學(xué)易用的效率較高的一套指令系統(tǒng)和集成開發(fā)環(huán)境。在此環(huán)境中，支持標(biāo)準(zhǔn) C語言，可以實現(xiàn) C 語言與凌陽匯編語言的互相調(diào)用，并且，提供了語音錄放的庫函數(shù)，只要了解庫函數(shù)的使用，就會很容易完成語音錄放 綜上所述，我們選擇了凌陽方案。 凌陽單片機(jī)的簡介 綜述 隨著單片機(jī)功能集成化的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸地由傳統(tǒng)的控制，擴(kuò)展為控制處理、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)字信號處理（ DSP， Digital Signal Processing） 等領(lǐng)域。凌陽的 16 位單片機(jī)就是為適應(yīng)這種發(fā)展而設(shè)計的。它的 CPU 內(nèi)核采用凌陽最新推出的μ’ nSP?（ Microcontroller and Signal Processor） 16 位微處理器芯片（以下簡稱μ’ nSP?）。圍繞μ’ nSP?所形成的 16 位μ’ nSP?系列單片機(jī)（以下簡稱μ’ nSP?家族）采用的是模塊式集成結(jié)構(gòu)，它以μ’ nSP?內(nèi)核為中心集成不同規(guī)模的 ROM、 RAM 和功能豐富的各種外設(shè)接口部件。 μ’ nSP?內(nèi)核是一個通用的核結(jié)構(gòu)。除此之外的其它功能模塊均為可選結(jié)構(gòu)，亦即這種結(jié)構(gòu)可大可小或可有可無。 借助這種通用結(jié)構(gòu)附加可選結(jié)構(gòu)的積木式的構(gòu)成，便可形成各種不同系列派生產(chǎn)品，以適合不同的應(yīng)用場合。這樣做無疑會使每一種派生產(chǎn)品具有更強的功能和更低的成本。 μ’ nSP?家族有以下特點 : 體積小、集成度高、可靠性好且易于擴(kuò)展 μ’ nSP?家族把各功能部件模塊化地集成在一個芯片里，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，因而減少了各功能部件之間的連線，提高了其可靠性和抗干擾能力。另外，模塊化的結(jié)構(gòu)易于系統(tǒng)擴(kuò)展，以適應(yīng)不同用戶的需求。 具有較強的中斷處理能力 μ’ nSP?家族的中斷系統(tǒng)支持 10個中斷向量及 10 余個中斷源，適合實 時應(yīng)用領(lǐng)域。 高性能價格比 畢業(yè)論文（設(shè)計）用紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 6 μ’ nSP?家族片內(nèi)帶有高尋址能力的 ROM、靜態(tài) RAM 和多功能的 I/O 口。另外，μ’ nSP?的指令系統(tǒng)提供具有較高運算速度的 16位 16位的乘法運算指令和內(nèi)積運算指令，為其應(yīng)用增添了 DSP 功能，使得μ’ nSP?家族運用在復(fù)雜的數(shù)字信號處理方面既很便利，又比專用的 DSP 芯片廉價。 功能強、效率高的指令系統(tǒng) μ’ nSP?指令系統(tǒng)的指令格式緊湊，執(zhí)行迅速 ,并且其指令結(jié)構(gòu)提供了對高級語言的支持 ,這可以大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)時間。 低功耗、低電壓 μ’ nSP?家族采用 CMOS 制造工 藝，同時增加了軟件激發(fā)的弱振方式、空閑方式和掉電方式，極大地降低了其功耗。另外，μ’ nSP?家族的工作電壓范圍大，能在低電壓供電時正常工作，且能用電池供電。這對于其在野外作業(yè)等領(lǐng)域中的應(yīng)用具有特殊的意義。 SPCE061A 是繼μ’ nSP?系列產(chǎn)品 SPCE500A 等之后凌陽科技推出的又一款 16 位結(jié)構(gòu)的微控制器。與 SPCE500A 不同的是，在存儲器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以及便于程序調(diào)試等功能， SPCE061A 里只內(nèi)嵌 32K 字的閃存（ FLASH）。較高的處理速度使μ’nSP?能夠非常容易地、快速 地處理復(fù)雜的數(shù)字信號。因此，與 SPCE500A 相比，以μ’ nSP?為核心的 SPCE061A 微控制器是適用于數(shù)字語音識別應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品的一種最經(jīng)濟(jì)的選擇。 性能 16位μ’ nSP?微處理器； 工作電壓 (CPU)VDD 為 ~(I/O)VDDH 為 ~ CPU 時鐘： ~； 內(nèi)置 2K 字 SRAM； 內(nèi)置 32KFLASH； 可編程音頻處理； 晶體振蕩器 。 系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下 (時鐘處于停止?fàn)顟B(tài) )，耗電僅為 2μ ； 2個 16 位可編程定時器 /計數(shù)器 (可自動預(yù)置初始計 數(shù)值 )； 2個 10 位 DAC(數(shù) 模轉(zhuǎn)換 )輸出通道； 32位通用可編程輸入 /輸出端口； 14個中斷源可來自定時器 A/B，時基， 2個外部時鐘源輸入，鍵喚醒； 具備觸鍵喚醒的功能； 畢業(yè)論文（設(shè)計）用紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 7 使用凌陽音頻編碼 SACM_S240 方式 ( 位 /秒 )，能容納 210 秒的語音數(shù)據(jù)； 鎖相環(huán) PLL 振蕩器提供系統(tǒng)時鐘信號； 32768Hz 實時時鐘； 7通道 10 位電壓模 數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)和單通道聲音模 數(shù)轉(zhuǎn)換器； 聲音模 數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動增益控制 (AGC)功能； 具備串行設(shè)備接口； 具有低電壓復(fù)位 (LVR)功能 和低電壓監(jiān)測 (LVD)功能； 內(nèi)置在線仿真電路 ICE（ InCircuitEmulator）接口； 具有保密能力； 具有 WatchDog 功能 應(yīng)用領(lǐng)域 家用電器控制器：冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)等白色家電 儀器儀表：數(shù)字儀表（有語音提示功能） 電表、水表、煤氣表、暖氣表 工業(yè)控制 智能家居控制器 通訊產(chǎn)品： 多功能錄音電話 自動總機(jī) 語音信箱 數(shù)字錄音系統(tǒng)產(chǎn)品 醫(yī)療設(shè)備 保健器械（電子血壓計、紅外體溫監(jiān)測儀等） 體育健身產(chǎn)品（跑步機(jī)等） 電子書籍（兒童電子故事書類） 電教設(shè)備等語 音識別類產(chǎn)品（語音識別遙控器、智能語音交互式玩具等） 結(jié)構(gòu)概覽 SPCE061A 的結(jié)構(gòu)如圖 32所示 畢業(yè)論文（設(shè)計）用紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 8 F L A S HR A M1 6 位 微 控 制 器雙 1 6 位 定 時 器/ 計 數(shù) 器時 基中 斷 控 制7 通 道 1 0 位D A CC P U 時 鐘實 時 時 鐘鎖 相 環(huán) 振 蕩 器低 電 壓 監(jiān) 測 / 復(fù) 位雙 通 道 1 0 位D A C串 行 輸 入 輸 出端 口3 2 管 腳 通 用 輸 入 輸 出 端 口I C E _ E NI C E _ S C KI C E _ S D AV C PX I / RX OI O A 1 5 0I O B 1 5 0M I C _ I NA U D _ 1A U D _ 2 圖 32 SPCE061A結(jié)構(gòu)圖 芯片的引腳排列和說明 SPCE061A 封裝片為 84個引腳，它的排列如圖 33 所示 ： IOB05XRESB6VDD7VCP8VSS9NC10NC11IOB1076IOB977IOB14IOB23IOB32IOB41NC84NC83NC82IOB581IOB680IOB779IOB878OSC32O12OSC32I13XTEST14VDD15XICE16XICECLK17XICESDA18VSS19DAC121PVIN20DAC222VREF223VSS24AGC25OPI26MICOUT27MICN28PFUSE29NC30NC31NC32MICP33VCM34VRTPAD35VDD36VMIC37VSS38NC39NC40IOA041IOA142IOA243IOA344IOA445IOA546IOA647IOA748VSS49VSS50VDDH51VDDH52IOA853IOA954IOA1055IOA1156IOA1257IOA1358IOA1459IOA1560XROMT61VSS62XSLEEP63IOB1564IOB1465IOB1366IOB1267IOB1168PVPP69NC70NC71NC72NC73NC74VDDH74*2spce061a 圖 33 SPCE061A 封裝排列圖 管腳描述見表 31 表 31 管腳描述表 畢業(yè)論文（設(shè)計）用紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 9 管腳名稱 管腳編號 類型 描述 IOA[15,8] 4639 輸入輸出 IOA[15,8]雙向 IO 端口 IOA[7,0] 3427 輸入輸出 IOA[7,0]:通過編程，可設(shè)置成喚醒管腳 IO[6,0]:與 ADC Line In 輸入共用 IOB[15,11] 5054 輸入輸出 IOB[15， 11]，雙向 IO 端口， IOB10， 0 除用作普通的 IO 端口，還可作為： IOB10 7 輸入輸出 IOB10:通過異步串行數(shù)據(jù)發(fā)送管腳 Tx IOB9 58 輸入輸出 IOB9:TimerB 脈寬調(diào)制輸出管腳 BPWMO IOB8 59 輸入輸出 IOB8:TimerA 脈寬調(diào)制輸出管腳 APWMO IOB7 60 輸入輸出 IOB7:通用異步串行數(shù)據(jù)接收管腳 Rx IOB6 61 輸入輸出 IOB6:雙向 IO 端口 IOB5 62 輸入輸出 IOB5:外部中斷元 EXT2 的反饋管腳 IOB4 63 輸入輸出 IOB4:外部中斷元 EXT2 的反饋管腳 IOB3 64 輸入輸出 IOB3:外部中斷元 EXT2 IOB2 65 輸入輸出 IOB2:外部中斷元 EXT1 IOB1 66 輸入輸出 IOB1:串行借口的數(shù)據(jù)傳送管腳 IOB0 67 IOB0:串行借口的時鐘信號 DAC1 12 輸出 DAC1 數(shù)據(jù)輸出管腳 DAC2 13 輸出 DAC2 數(shù)據(jù)輸出管腳 可將 PFUSE 接 5V, PVIN 接 GND 并維持 1s 以上即可將內(nèi)部保險絲熔化，此后就無法讀取和向閃存加載數(shù)據(jù)。 SPCE061A 系統(tǒng)的特性參數(shù)如表 32 表 32 PCE061A 系統(tǒng)的特性參數(shù) 特性參數(shù) Spce061a 工作電壓 ~ 最大工作速率 CPU 16 位μ 39。nSPTM SRAM 容量 2K 字 畢