【文章內容簡介】 8VSS9NC10NC11U1C34104VSS+54612837U2SPY0030R19 0+C2R14 0C10104R21 012345678910J7PB+C21100uC13224C3910412J10CON2R22 012345678910J9PA1 2 3J2CON3GND POWER+POWER5VSOT89R23 33W29C040 與 SPCE061A 連接圖RESETR24 33OSCPLLSPHSPLMICDACR2733+12345J11CON5+VREF凌陽單片機 SPCE061A 與 W29C040 原理圖PROBEEZPROBEGNDGND POWER12345J4CON5GND POWER12D5GND POWERR252Y432Y352Y272Y191Y4121Y3141Y2161Y1182A4172A3152A2132A1111A481A361A241A12VCC202OE191OE1GND10U474HC244R28123S5CON3C38500PR2633KEYLED1A112A93A84A135A146A177/WE8Vcc9A1810A1611A1512A1213A714A615A516A417A318A219A120A021DQ022DQ123DQ224GND25DQ326DQ427DQ528DQ629DQ730/CE31A1032/OEW29C040U2........................................................................................................................ 44 實物圖 ............................................................................................................. 44 ........................................................................................................................ 45 四、源程序： ................................................................................................... 46 1 前 言 隨著科技不斷發(fā)展、集成電路在社會不斷應用， 語音處理在工業(yè)、通信、交通當中越 來越受到應用。在生活當中，更是應用的比較廣泛，比如，人們使用的手機、電腦等，其對語音 錄放音 要求比較多。 以前，人們使用磁帶來記錄、存儲、還原模擬語音信號，這種方法有一段歷史，針對這樣的具有語音錄放音的電子產品很多，但是它們體積大成為了它們的弱點。而單片機語音錄放音系統(tǒng)就是為改變以前錄放音存在缺點兒設計的，它以數字電路為基礎，利用數字語音電路來實現語音的錄放音功能，并且它與微處理器聯合使用，具有體積小、易擴展的特點。 目前，數字錄放音系統(tǒng)，只是簡單地對數據采集、儲存和播放，但是過多的語音數據會對設備儲存設備的 需求。而在未來，采取了對語音進行編碼，使其減少了對儲存空間的需求。 本次設計目的是設計一套具有數碼錄音與播放的單片機系統(tǒng)。因此，選用凌陽 16 位單片機 SPCE061A 為核心，通過外部儲存器 W29C040 連接來實現。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、復位與時鐘電路、外部 W29C040 儲存器擴展電路。設計還包括其他硬件電路圖和完整的軟件設計方案和最終方法。 通過上述的軟硬件的設計，可以錄放音 23 分鐘。 2 第 一章 單片機的數碼錄音與播放的概述 隨著人們對語音處理的技術不斷 研究，有著錄放音功能的電子產品越來越受到人們的喜愛。從之前，使用磁帶來處理錄放音，到現在微處理器加上語音芯片的技術的變化，使得語音更加完美。國內外對其的研究也在不斷的變化著。它的技術的成熟，預示著未來語音的功能更強大。因而，基于單片機的數碼錄音與播放系統(tǒng)的研究非常的具有意義。選用凌陽單片機 SPCE061A 和外部儲存器W29C040 來實現其功能。 第一節(jié) 錄放音的背景 和意義 隨著科技技術和經濟的不斷發(fā)展， 在很多場合，都需要我們對語音進行錄制和播放，以便以后的使用。在鐵路、金融、公安、學校等部門對語音的需 求量也在逐漸地增加。把語音 錄放音 的技術應用在辦公自動化、安保系統(tǒng)、工業(yè)檢測系統(tǒng)、應答系統(tǒng)、多媒體查詢系統(tǒng)、生活娛樂或者家用電氣產品當中，這些產品都具備語音輸入輸出功能，并且能在合適的時候用語音實時播報功能對系統(tǒng)的警告信息、工作狀態(tài)、提示信息進行相關的說明，提高了通信能力、減少了對錯誤處理的遺漏、提高了人們生活的質量，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、還原模擬語音信號的方法已有很長時間的歷史，基于這一方法的電子產品也到處可見， 且這些產品的體積都很 大， 在使用的范圍上受到了一定的限制。 而數字錄音系統(tǒng)則是將現場的語音模擬信號轉變?yōu)殡x散的的數字信號，把數字信息儲存在存儲介質當中，是數字語音處理技術當中的一種。采用數字錄音技術，具有錄音時間長、保存時間久、占用空間小、效率高等特點。 單片機語音錄放系統(tǒng) 就 是 采用 數字電路為基礎，利用數字語音電路來實現語音信號的記錄、存儲、還原等任務。單片機以其高可靠性、高性價比、低電壓、低功耗等優(yōu)點得到迅速 發(fā)展和大范圍推廣，廣泛應用于 數據采集系統(tǒng)、 工業(yè)控制系統(tǒng)、智能化儀器儀表及通訊設備、日常 電子類 消費類產品、玩具等，利用單片機 實現語音錄放有很大的研究和開發(fā)價值。 語音集成電路與微處理器相結合，具有體積小、擴展方便等特點， 發(fā)展前景廣。 3 第 二 節(jié) 錄放音的 國內外研究 語音是人類進行交流、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，現在生活當中，我們遇到各種具有錄放功能的語音設備。人們對于語音的研究從未間斷。對于一般的數字語音錄放系統(tǒng)，采取簡單的采集、存儲和播放；可以較大程度的保證其的保真度，但是對于比較復雜的語音資源，則需要大型語音設備，它們則采 用大容量的硬盤，對于小型設備，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械式留聲機才初次得以實現 。 實現了人類首次具有錄放功能的設備完成以來 ，語音信號處理技術研究的突飛猛進，為數字語音錄放系統(tǒng)提供了新的發(fā)展空間。對語音的采集、處理從以前簡單的波形編碼轉變?yōu)檫M行參數編碼、壓縮，從而大大減少了存儲數據。舉例來說，原始語音一般都是采用 8KHz 抽樣， 16bits 的線性 PCM 編碼進行采集，在一般的系統(tǒng)中就直接將采集后的數據進行存儲；而如果采用參數編碼對采集后的數據進行壓縮，存儲量則可以大 大減少，當需要恢復語音時，可利用編碼后的參數進行合成，可以得到質量令人滿意的結果。 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 SPCE061A 集成了語音的一些簡單功能，所以它在處理語音數據方面存在它的優(yōu)勢。在國外，比較典型的語音芯片是美國生產的 ISD 語音芯片，采用模擬數據在半導體存儲器直接儲存的技術，即將模擬數據語音直接寫入單個存儲單元，不需要經過 A/D、 D/A 轉化，很真實的重現語音真實聲音，避免了將聲音采集因量化和壓縮失真的現象。并且， 芯片功能也在加強。 在國內外，語音技術的應用已相當成熟地進入日用產品和工業(yè)化產品的許多領域 。 第 三 節(jié) 錄放音的 發(fā)展前景 對于那些令人眼花繚亂的五花八門的指示燈、顯示屏和開關、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交互手段。語音作為人機對話的最高手段，使人機對話向人 ——“人 ”對話的終極目標發(fā)展，它在形式上最終填補人機對話的這一科技空白。語音的對話方式可使人機界面從數字領域進入到模糊領域。誠然，距離真正意義上的完全語音模糊參數的人機對話模式的實現，這中間還有一些重大的技術領域需要突破，但是 ，我們可以斷言，隨著語音識別、語音 4 合成、信息綜合、模糊控制、網絡通信等一系列技術的攻克與發(fā)展， 人類這一孜孜以求的愿望的實現， 一定為期不會太遠了， 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， 應用范圍之廣泛，發(fā)展前景之遠大，卻是任何一個集成電路系列產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。語音技術及眾多產品，將成為自然、方便、理想的人機 交互方式提供強有力的技術支撐。 隨著微電子技術突飛猛進的高速發(fā)展， 語音合成技術及語音集成電路領域出現了重大變革，產生了許多新技術、新器件和新產品，開拓了更廣泛的應用領域，并朝著更大容量、更優(yōu)音質、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品中， 凌陽單片機 SPCE061A 的語音功能則滿足上述特點 。 在這套基于單片機的數碼錄音與播放系統(tǒng)當中，集成度比較高，擴展性比較強，應用的領域比較廣。 第四節(jié) 錄放音的 設計思想 基于單片機的錄放音的設計，是以單片機為核心，如果單片機在語音處理方面沒有 優(yōu)勢，則需要選擇單獨的語音芯片，如美國研發(fā) IDS 系列的語音芯片，當然也可以選擇在語音處理方面有優(yōu)勢的凌陽單片機，就不需要語音芯片。以凌陽單片機為核心，通過外部儲存器 W29C040 來擴展其存儲空間，實現數碼錄音和播放功能。 在設計 MIC 錄音電路部分 時 ， 先對其原理進行分析，錄音部分 先采集語音資源通過 MIC 電路的 把語音信號轉換成電信號， 然后就以一定的速率采集數據，把模擬數據信息變成數字信號，即是 AD 過程，然后把輸入的信號送至SPCE0611A 單片機的前置放大器，經過前置放大器的數據信息到了內部增益控制電路，能自動 跟蹤前置放大器的音頻信號電平，并能根據跟蹤的結果自動的進行調節(jié)，達到平衡的狀態(tài)?？紤]到凌陽單片機內部儲存空間有限，不可能把這些數據信息儲存在芯片內部，這時需要選用一款 外部存儲 器來存儲這些數據信息，使其具有更長的錄音時間，最后選用外部存儲器 W29C040。 而在設計 DAC 放音部分時， 考慮到語音資源儲存到儲存器當中，需要把語音資源從儲存器 W29C040 取出來送進解壓縮隊列，對數據進行解碼，在定時中斷的情況下進行數模轉換，為了 均勻的采集數據，錄放音過程中都需要用到定時 5 器進行均勻采集數據，模擬的語音信息，在經過濾波 、放大，通過揚聲器進行放音。 在程序的設計當中，對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，整體的過程當中需要用到凌陽單片機的庫函數、相應的應用程序接口 API 來編寫程序。 第五節(jié) 本章小結 本章先對錄放音的背景和意義進行論述， 從錄放音的儲存介質、體積、儲存容量大小等方面進行了論述，說明錄放音發(fā)展的背景，從錄放音的應用領域論述了錄放音的意義；然后又對錄放音的國內外現狀進行說明，先從總體上的發(fā)展提出國內外錄放音的研究情況，然后再分別從國內和國外方面說明；之后再從發(fā)展前景方向進行論述，從錄 放音功能和技術的研究方向進行論述；最后介紹了錄放音的設計思想，從硬件和軟件兩方面進行敘述，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行了說明。 6 第二章 單片機的錄放音方案選擇 隨著集成電路不斷的發(fā)展和 半導體技術 工藝的 提高，單片機的功能也在不斷的加強，社會對它的需求量也在不斷的增加。單片機的種類也有著不同，因而需要選擇用何種單片機來實現錄放音的功能。 第一節(jié) 單片機 的 發(fā)展 在現代社會的生產活動，以及人們的日常生活中，單片機有著廣泛的應用。其體積小、功能強、 價格低、使用靈活等特點，顯示出非常明顯的優(yōu)勢