【正文】 , resistors, processing in the preamplifier and the internal integration of the automatic gain (AGC) uses as the recording part。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日目 錄前 言 1第一章 單片機(jī)的數(shù)碼錄音與播放的概述 2第一節(jié) 錄放音的背景和意義 2第二節(jié) 錄放音的國內(nèi)外研究 3第三節(jié) 錄放音的發(fā)展前景 3第四節(jié) 錄放音的設(shè)計思想 4第五節(jié) 本章小結(jié) 5第二章 單片機(jī)的錄放音方案選擇 6第一節(jié) 單片機(jī)的發(fā)展 6第二節(jié) 方案選擇 7第三節(jié) 本章小結(jié) 7第三章 單片機(jī)的錄放音硬件設(shè)計現(xiàn) 9第一節(jié) SPCE061A單片機(jī)概述 9一、SPCE061A單片機(jī)介紹 9二、SPCE061A單片機(jī)性能 9三、SPCE061A單片機(jī)模塊結(jié)構(gòu) 10第二節(jié) μ’nSP?內(nèi)核結(jié)構(gòu) 11第三節(jié) 系統(tǒng)時鐘和復(fù)位電路 11一、時鐘電路 11二、鎖相環(huán)電路 11三、復(fù)位電路 12第四節(jié) 按鍵電路 13第五節(jié) MIC錄音電路 13第六節(jié) DAC放音電路 14第七節(jié) 外部儲存器W29CO40電路 15一、W29C040的介紹 15二、W29C040寫、擦除流程圖 17第八節(jié) 單片機(jī)與外部儲存器連接電路 18第九節(jié) 本章小結(jié) 19第四章 單片機(jī)的錄放音軟件設(shè)計 20第一節(jié) 凌陽音頻的介紹 20一、音頻概述 20二、數(shù)字音頻的采樣和量化 20三、音頻格式 20四、語音壓縮編碼基礎(chǔ) 21第二節(jié) 凌陽音頻編碼算法 22一、壓縮編碼的標(biāo)準(zhǔn) 22二、壓縮分類 22三、常用的音頻形式和壓縮算法 23四、程序接口介紹 23五、相關(guān)API介紹 24第三節(jié) 錄音MIC設(shè)計流程圖 27第四節(jié) DAC放音設(shè)計流程圖 27第五節(jié) 單片機(jī)與外部儲存器系統(tǒng)軟件設(shè)計 28第六節(jié) 本章小結(jié) 29第五章 系統(tǒng)調(diào)試和功能實現(xiàn) 30第一節(jié) 硬件調(diào)試 30第二節(jié) 軟件調(diào)試 30一、 SPCE061A 的開發(fā)方式 30二、開發(fā)環(huán)境 31第三節(jié) 本章小結(jié) 34結(jié) 論 35致 謝 36參考文獻(xiàn) 37附 錄 39一、英文原文： 39二、英文翻譯： 43三、系統(tǒng)原理圖： 46系統(tǒng)原理圖 46 46實物圖 46 47四、源程序： 4859前 言隨著科技不斷發(fā)展、集成電路在社會不斷應(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。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(chǎn)品很多，但是它們體積大成為了它們的弱點。目前，數(shù)字錄放音系統(tǒng)，只是簡單地對數(shù)據(jù)采集、儲存和播放，但是過多的語音數(shù)據(jù)會對設(shè)備儲存設(shè)備的需求。本次設(shè)計目的是設(shè)計一套具有數(shù)碼錄音與播放的單片機(jī)系統(tǒng)。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)位與時鐘電路、外部W29C040儲存器擴(kuò)展電路。通過上述的軟硬件的設(shè)計，可以錄放音23分鐘。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。它的技術(shù)的成熟，預(yù)示著未來語音的功能更強(qiáng)大。選用凌陽單片機(jī)SPCE061A和外部儲存器W29C040來實現(xiàn)其功能。在鐵路、金融、公安、學(xué)校等部門對語音的需求量也在逐漸地增加。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。而數(shù)字錄音系統(tǒng)則是將現(xiàn)場的語音模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散的的數(shù)字信號，把數(shù)字信息儲存在存儲介質(zhì)當(dāng)中，是數(shù)字語音處理技術(shù)當(dāng)中的一種。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)字語音電路來實現(xiàn)語音信號的記錄、存儲、還原等任務(wù)。 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，發(fā)展前景廣。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。對于一般的數(shù)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(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，對于小型設(shè)備，由于容量有限，則不一樣。實現(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。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；而如果采用參數(shù)編碼對采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，存儲量則可以大大減少，當(dāng)需要恢復(fù)語音時，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。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)體存儲器直接儲存的技術(shù)，即將模擬數(shù)據(jù)語音直接寫入單個存儲單元，不需要經(jīng)過A/D、D/A轉(zhuǎn)化，很真實的重現(xiàn)語音真實聲音，避免了將聲音采集因量化和壓縮失真的現(xiàn)象。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。語音作為人機(jī)對話的最高手段，使人機(jī)對話向人——“人”對話的終極目標(biāo)發(fā)展，它在形式上最終填補(bǔ)人機(jī)對話的這一科技空白。誠然，距離真正意義上的完全語音模糊參數(shù)的人機(jī)對話模式的實現(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，隨著語音識別、語音合成、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現(xiàn)， 一定為期不會太遠(yuǎn)了， 其前途是一片光明燦爛和無限美妙的。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。 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。以凌陽單片機(jī)為核心，通過外部儲存器W29C040來擴(kuò)展其存儲空間，實現(xiàn)數(shù)碼錄音和播放功能?？紤]到凌陽單片機(jī)內(nèi)部儲存空間有限，不可能把這些數(shù)據(jù)信息儲存在芯片內(nèi)部，這時需要選用一款外部存儲器來存儲這些數(shù)據(jù)信息，使其具有更長的錄音時間，最后選用外部存儲器W29C040。在程序的設(shè)計當(dāng)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(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)，社會對它的需求量也在不斷的增加。第一節(jié) 單片機(jī)的發(fā)展在現(xiàn)代社會的生產(chǎn)活動，以及人們的日常生活中，單片機(jī)有著廣泛的應(yīng)用。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。即在芯片上實現(xiàn)了一臺微型計算機(jī)的基本功能。單片機(jī)是隨著計算機(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。綜上，單片機(jī)的性能在不斷地提高和擴(kuò)展。以此同時，進(jìn)入后PC時代以來，基于嵌入式系統(tǒng)主要部件的單片機(jī)得到廣泛的使用。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。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，實現(xiàn)了應(yīng)用系統(tǒng)在片內(nèi)集成。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)。凌陽16位單片機(jī)提供了某些特殊指令，為其應(yīng)用添加了DSP功能，并且在語音處理能力方面有著它的優(yōu)勢。但是，51單片機(jī)在DSP處理能力方面比較弱，處理復(fù)雜數(shù)據(jù)的能力的有待提高，再加上51單片機(jī)集成化程度不高。對研究對象的數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)存儲，DSP可以輕松地完成這些基本功能。但是，與本次畢業(yè)設(shè)計要求不符。W29C040的儲存器是臺灣華邦公司生產(chǎn)的一款FLASH儲存芯片，利用它儲存語音數(shù)據(jù)資源，可以播放幾分鐘的聲音。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。通過上面的比較，選用凌陽單片機(jī)SPCE061A和外部存儲器W29C040來實現(xiàn)基于單片機(jī)數(shù)碼錄音與播放系統(tǒng)的設(shè)計。最后，通過5DSP、凌陽單片機(jī)它們在功能優(yōu)缺點的對比，選擇了本次設(shè)計選用的芯片和方案。為了實現(xiàn)錄放音的功能，需要對其進(jìn)行硬件的設(shè)計。凌陽單片機(jī)SPCE061A就是基于這樣生產(chǎn)出來的。凌陽公司推出的μ’nSP?單片機(jī)具有體積小、集成度高、可靠性好、易于擴(kuò)展、中斷處理能力強(qiáng)等特點，并且把各個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)，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。二、SPCE061A單片機(jī)性能SPCE061A單片機(jī)主要性能如下：（1）較寬的電源電壓范圍：~（2）系統(tǒng)時鐘范圍廣：~（3）內(nèi)置2K字SRAM和32K字FLASH（4）具有可編程音頻處理功能（5）兩個16位可編程T/C（6）兩路10位數(shù)/模轉(zhuǎn)換（DAC）輸出通道（7）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（8）語音模/數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道，內(nèi)置MIC麥克風(fēng)放大器和自動增益控制（AGC）電路（9）內(nèi)置在線仿真ICE接口（10）中斷處理能力強(qiáng)三、SPCE061A單片機(jī)模塊結(jié)構(gòu)。ADC 并行I/ODACμ’nSP?內(nèi)核WATCHDOGAOPWM輸出串行口低電壓檢測和復(fù)位RAMamp。u’nSPTM算術(shù)邏輯運算單元ALU在運算能力方面具有特色，能夠完成16位基本的算術(shù)邏輯運算和帶移位操作的算術(shù)邏輯運算以及應(yīng)用于數(shù)字信號處理的16位乘法運算和內(nèi)積運算等；而寄存器組是由8個16位寄存器組成，有專業(yè)寄存器和通用寄存器之分。第三節(jié) 系統(tǒng)時鐘和復(fù)位電路一、時鐘電路所謂振蕩：單片機(jī)內(nèi)部具有選頻放大器和振蕩電路，如果外接晶體從輸入端輸入振蕩信號，單片機(jī)就開始振蕩。選用頻率32768Hz的晶振，兩端連接分別連接20p的接地電容，并且接到單片機(jī)OSCO、OSCI兩個引腳上。 MHz。SPCE061 A單片機(jī)的復(fù)位電路是有RES_B加一個低電平就可以使其復(fù)位。： 按鍵電路第五節(jié) MIC錄音電路SPCE061A單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換器有8個通道，其中有一個通道是MICIN錄音輸入通道，它專門用于對語音進(jìn)行采樣。SPCE061A單片機(jī)內(nèi)部有自動增益控制電路AGC能隨時跟蹤、監(jiān)視前置放大器輸出的音頻信號電平。 MIC錄音電路A/D轉(zhuǎn)換器對輸入語音信號進(jìn)行采樣，根據(jù)抽樣定理選用8kHz的抽樣頻率，并按照凌陽音頻格式進(jìn)行編碼，每秒將占用16K的儲存空間。它來儲存經(jīng)過處理的語音數(shù)據(jù)。MIC可以理解為隨聲壓變化的電阻，MIC的2引腳之間的電壓差隨聲音的大小和頻率變化。：第六節(jié) DAC放音電路將外部儲存器W29C040中儲存的語音數(shù)據(jù)順序取出，解碼后，以8kHz的速率進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)化輸出，經(jīng)電容濾波后，恢復(fù)原始語音數(shù)據(jù)波形，經(jīng)過語音放大芯片SPY0030進(jìn)行放大處理。DAC接到J2的引腳1上，它通過一個R10的電阻接地，因此可以產(chǎn)生一個因為程序而改變的恒壓源，最大電壓可以達(dá)到3V。但是當(dāng)電阻大于1K時，影響恒流源的輸出精度。當(dāng)DAC輸出音頻信號時，經(jīng)過C25濾去高頻階梯信號，保留音頻信號，在經(jīng)過C23隔直，音頻信號當(dāng)中的直流分量被隔離，交流信號經(jīng)過音頻放大器SPY0030阻抗變換輸出，即可驅(qū)動喇叭發(fā)聲。但是語音數(shù)據(jù)比較復(fù)雜的情況，單靠芯片自身的容量是不夠的，需要外部儲存器來存儲數(shù)據(jù)，W29C040則是其中一款。W29C040可以儲存凌陽格式的語音資源，可以長達(dá)幾分鐘，應(yīng)用于各種錄音比較長的場合。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，每頁的擦寫時間為5mS,整片擦除時間為50mS。當(dāng)給出的地址在某個模塊地址范圍內(nèi)并且向命令用戶接口寫入模塊擦除命令時，相應(yīng)的模塊就被擦除。首先，先對凌陽單片機(jī)的特點、性能和結(jié)構(gòu)模塊的介紹，體現(xiàn)了凌陽單片機(jī)在做語音的錄放音方面的優(yōu)勢；其次，對凌陽單片機(jī)的內(nèi)核結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹，對凌陽單片機(jī)有更進(jìn)一步的認(rèn)識；然后，開始對硬件電路設(shè)計，包括了時鐘電路和復(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MIC錄音電路、DAC放音電路、外圍擴(kuò)展儲存器W29C040的介紹和連接電路的設(shè)計是整個設(shè)計當(dāng)中非常核心的部分，它們的設(shè)計的成功標(biāo)志著數(shù)碼錄放音功