基于单片机数码录音与播放系统的设计

基于单片机数码录音与播放系统的设计内容摘要：

展的当今， 嵌入式系统正在不断流行开来，对单片机的处理速度的要求不断提高，对单片机的处理功能也要求越来越强。 在此背景下， 51 所能完成的功能越来越显得捉襟见轴。 我个人认为，除了其速度不够快外，集成度不高是 51 最大的缺点。 在当今比较高端应用场合，可能再也难以见到 51 单片机的身影，取而代之的是 ARM 和DSP 等处理器 [1]。 方案 ： 在数字信号处理方面，处处可以见到 DSP 的身影。 对于本系统中的语音采集，数据处理存放，语音回放， DSP 可以轻而易举的完成这些基本功能。 DSP 强大的数据处理能力是让众多的单片机都望尘莫及的 [5]。 但我们从开发的成本考虑， DSP 开发的成本过高。 从开发的难易度考虑，在短短的几个月的毕业设计，要完成从原理的学习到实物的调试成功，难度太大。 ： 我认为，凌阳是 51 和 DSP 之间的一种良好的结合。 SPCE061A 是台湾凌阳公司生产的十六位单片机，该单片机内置有 2 路 DA 转换， 8 路 AD 转换及在线仿真等丰富的功能，这些都为我们实现数码录音和播放提供良好的方便条件。 W29C040 是台湾华邦公司生产的 4M位的 FLASH 存储芯片，利用它存储凌阳格式的语音资源，可以长达 4 分钟语音录放。 该系统可以广泛应用于需 求的录音较长的场合。 如录音笔、自录语音提示等应用方案。 本系统提供 W29C040 相关的读写模块，此模块也可应用于 W29C040 同系列的相关 FLASH 芯片中。 另外，凌阳十六位单片机具有易学易用的效率较高的一套指令系统和集成开发环境。 在此环境中，支持标准 C 语言，可以实现 C 语言与凌阳汇编语言的互相调用，并且，提供了语音录放的库函数，只要了解库函数的使用，就会很容易完成语音录放，这些都为软件开发提供了方便的条件。 综上所述，我们选择了凌阳方案。 基于单片机数码录音与播放系统的设计 5 第 2 章 硬件电路设计 硬件 最小系统设计 SPCE061A 芯片结构简介 一． μ‘nSP™内核 结构 随着单片机功能集成化的发展，其应用领域也逐渐地由传统的控制，扩展为控制处理、数据处理以及数字信号处理（ DSP， Digital Signal Processing）等领域。 凌阳的 16位单片机就是为适应这种发展而设计的。 它的 CPU 内核采用凌阳最新推出的 μ‘nSP™（ Microcontroller and Signal Processor） 16 位微处理器芯片（以下简称 μ‘nSP™）。 围绕μ‘nSP™所形成的 16 位 μ‘nSP™系列单片机（以下简称 μ‘nSP™家族）采用 的是模块式集成结构，它以 μ‘nSP™内核为中心集成不同规模的 ROM、 RAM 和功能丰富的各种外设接口部件 [8]。 如图 21 所示。 μ‘nSP™内核是一个通用的核结构。 除此之外的其它功能模块均为可选结构，亦即这种结构可大可小或可有可无。 A D C并 行 I / OD A C amp。 P W MR A M amp。 R O M T / C39。 n S P 内 核W a t c h D o g U A R TI RS I O L V D / L V RDTMFLCD控制/驱动T M 图 21 μ39。 nSPTM家族模式结构 μ‘nSP™家族有以下特点 : 基于单片机数码录音与播放系统的设计 6 （ 1）体积小、集成度高、可靠性好且易于扩展； （ 2）具有较强的中断处理能力； （ 3）高性能价格比； （ 4）功能强、效率高的指令系统； （ 5）低功耗、低 电压。 SPCE061A 是继 μ‘nSP™系列产品 SPCE500A 等之后凌阳科技推出的又一款 16 位结构的微控制器。 与 SPCE500A 不同的是，在存储器资源方面考虑到用户的较少资源的需求以及便于程序调试等功能， SPCE061A 里只内嵌 32K 字的闪存 （ FLASH）。 较高的处理速度使 μ‘nSP™能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号。 因此，与 SPCE500A相比，以 μ‘nSP™为核心的 SPCE061A 微控制器是适用于数字语音识别应用领域产品的一种最经济的选择。 [5] 性能特点如下： 1. 16 位 μ‘nSP™微处 理器； 2. 工作电压 (CPU) VDD 为 ~ (I/O) VDDH 为 ~ 3. CPU时钟： ~ ； 4. 内置 2K 字 SRAM； 5. 内置 32KFLASH； 6. 可编程音频处理； 7. 晶体振荡器； 8. 系统处于备用状态下 (时钟处于停止状态 )， 耗电仅为 2μAamp。 ； 9. 2 个 16 位可编程定时器 /计数器 (可自动预置初始计数值 )； 10. 2个 10 位 DAC(数 模转换 )输 出通道； 11. 32位通用可编程输入 /输出端口； 12. 14个中断源可来自定时器 A / B，时基， 2 个外部时钟源输入，键唤醒； 13. 具备触键唤醒的功能； 14. 使用凌阳音频编码 SACM_S240 方式 ( 位 /秒 )，能容纳 210 秒的语音数据； 15. 锁相环 PLL 振荡器提供系统时钟信号； 16. 32768Hz 实时时钟； 17. 7通道 10 位电压模 数转换器 (ADC)和单通道声音模 数转换器； 18. 声音模 数转换器输入通道内置麦克风放大器和自动增益控制 (AGC)功能； 19. 具备串行设备接 口； 20. 具有低电压复位 (LVR)功能和低电压监测 (LVD)功能； 21. 内置在线仿真电路 ICE（ In Circuit Emulator）接口； 22. 具有保密能力； 23. 具有 WatchDog 功能。 应用领域如下： 1. 家用电器控制器：冰箱、空调、洗衣机等白色家电 ； 2. 仪器仪表：数字仪表（有语音提示功能） 电表、水表、煤气表、暖气表 ； 3. 通讯产品：多功能录音电话、自动总机、语音信箱、数字录音系统产品 ； 4. 语音识别类产品（语音识别遥控器、智能语音交互式玩具等） ； 5. 医疗设 备； 6. 保健器械（电子血压计、红外体温监测仪等） ； 7. 体育健身产品（跑步机等） ； 基于单片机数码录音与播放系统的设计 7 二． SPCE061A 芯片的引脚排列和说明 SPCE061A 有两种封装片，一种为 84个引脚， PLCC84 封装形式；它的排列如图 22所示： X 3 2 0X 3 2 1T E S TN CV D DN CI C EI C E C L KI C E S D AV S SP V I ND A C 1D A C 2V 2 V R E FA V S SA G CO P IM I C O U TM I C NP F U S EMICPVADREFVEXTREFAVDDVMICVSSNCIOA0IOA6IOA5IOA4IOA3IOA2IOA1IOA7VSSIOALVSSIOAHVDDIOAVDDIOAIOA8N CN CN CN CN CI O B 1 1I O B 1 2I O B 1 3I O B 1 4I O B 1 5S L E E PV S S I O BR O M TI O A 1 5I O A 9I O A 1 0I O A 1 1I O A 1 2I O A 1 3I O A 1 4NCVSSVCOINVDDRESETIOB1IOB2IOB3IOB4NCNCIOB8IOB7IOB6IOB5IOB10IOB9IOB0VDDIOBS P C E 6 1 Q F P 8 0VPP O S C 3 2 0O S C 3 2 1X T E S TV D DX I C EX I C E C L KX I C E S D AV S SP V I ND A C 1D A C 2V R E F 2V S SA G CO P IM I C O U TM I C NP F U S EN CN CN CMICPVCMVRTPADVDDVMICVSSNCNCIOA0IOA6IOA5IOA4IOA3IOA2IOA1IOA7VSSVSSVDDHVDDHIOA8N CN CN CN CN CP V P PI O B 1 1I O B 1 2I O B 1 3I O B 1 4I O B 1 5X S L E E PV S SX R O M TI O A 1 5I O A 9I O A 1 0I O A 1 1I O A 1 2I O A 1 3I O A 1 4NCNCVSSVCPVDDXRESBIOB1IOB2IOB3IOB4NCNCNCIOB8IOB7IOB6IOB5IOB10IOB9IOB0VDDH 图 22 PLCC84 封装形式的排列图 基于单片机数码录音与播放系统的设计 8 在 PLCC84 封装中有 15 个空余引脚，用户使用时这 15 个空余脚悬浮。 在 LQFP80封装中有 9 个空余脚，用户使用时这 9 个空余脚接地。 此 处以 LQF80 封装管脚功能介绍 如表 21 所示。 [5] 表 21 LQFP80封装管脚功能介绍表 管脚名称 管脚编号 类型 描述 IOA[15:8] 4639 输入输出 IOA[15:8]:双向 IO 编口 IOA[7:0] 3427 输入输出 IOA[7:0]:通过编程 ,可设置成唤醒管脚 IOA[6:0]:与 ADC Line In 输入共用 IOB[15:11] IOB10 IOB9 IOB8 IOB7 IOB6 IOB5 IOB4 IOB3 IOB2 IOB1 IOB0 5054 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 输入输出 输入输出 输入输出 输入输出 输入输出 输入输出 输入输出 输入输出 输入输出 输入输出 输入输出 输入输出 IOB[15:11]:双向 IO 端口。 IOB100 除用作普通的 IO 端口，还可作为： IOB10: 通用异步串行数据发送管脚 Tx IOB9: TimerB 脉宽调制输出管脚 BPWMO IOB8: TimerA脉宽调制输出管脚 APWMO IOB7: 通用异步串行数据接收管脚 Rx IOB6: 双向 IO 端口 IOB5: 外部中断源 EXT2 的反馈 管脚 IOB4: 外部中断源 EXT1 的反馈管脚 IOB3: 外部中断源 EXT2 IOB2: 外部中断源 EXT1 IOB1: 串行接口的数据传送管脚 IOB0: 串行接口的时钟信号 DAC1 12 输出 DAC1 数据输出管脚 DAC2 13 输出 DAC2 数据输出管脚 可将 PFUSE 接 5V, PVIN 接 GND 并维持 1s 以上即可将内部保险丝熔化，此后就无法读取和向闪存加载数据。 SPCE061A 系统的特性参数如表 22 所示： 基于单片机数码录音与播放系统的设计 9 表 22 系统特性参数 特性参数 SPCE061A 工作电压 ~ 最大工作速率 CPU 16 位 μ’ nSPTM SRAM 容量（字） 32K 闪存 ROM ROM 容量 (字 ) 32K 闪存 ROM 并行 I/O 端口 A IOA15~0 并行 I/O 端口 B IOB15~0。