基于单片机数码录音与播放系统毕业设计

1、 摘 要随着语音处理技术在工业、交通、通信等不断应用和消费类电子不断繁荣，人们对具有数码录音与播放功能的产品的需求也在不断的增加。为了更好的满足人们日常生活、工作，选用凌阳单片机为核心，通过麦克风接收语音信号，使用存储器来存储语音信息从而实现录音和播放功能。基于该功能的系统应用于录音较长的场合。如自录语音提示、温度检测储存播放系统等方案。本次设计的硬件电路主要包括mic录音电路、dac放音电路、按键电路、复位与时钟电路、外部w29c040储存器扩展电路组成。把语音信号经过搭建电容、电阻，送入前置放大器和内部集成的自动增益（agc）处理，作为录音部分；而dac放音部分，经过语音集成放大器spy0

2、030a放大，再接上扬声器，实现了语音的录放功能。芯片体积小、集成度高、易扩展、中断处理能力强等特点。【关键词】凌阳单片机 w29c040储存器 数码录音与播放abstractwith the increasing prosperity of the consumers electronics and the voice processing technology in the continuous application of the industrial, transportation, communications ,the demand of products which are ha

3、ving the function of digital recording and playback is constantly increasing. in order to better satisfy peoples daily life and work, i choose sunplus mcu as the core, using a microphone to receive voice signals and use a memory to store the voice information recording and playback. the system based

4、 on the feature applies in the longer recording occasions. such as the self-recording voice prompts, the temperature sensing store playback systems or other programs.the design of the hardware circuit includes a mic recording circuit, dac playback circuit, key circuit, the reset and clock circuit, t

5、he external w29c040 storage expansion circuit. the voice signal passing through the build of capacitors, resistors, processing in the preamplifier and the internal integration of the automatic gain (agc) uses as the recording part; and dac playback part, goes through integrated amplifier spy0030a, t

6、hen connects with a speaker, realizes the voice recording of the function. the chip size is small, highly integrated, extensible, and strong interrupt handling.【key words】sunplus w29c040 storage digital recording and playback毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所

7、知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名

8、： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保

9、存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日目 录前 言1第一章 单片机的数码录音与播放的概述2第一节 录放音的背景和意义2第二节 录放音的国内外研究3第三节 录放音的发展前景3第四节 录放音的设计思想4第五节 本章小结5第二章 单片机的录放音方案选择6第一节 单片机的发展6第二节 方案选择7第三节 本章小结7第三章 单片机的录放音硬件设计现9第一节 spce061a单片机概述9一、spce061a单片机介绍9二、spce061a单片机性能9三、spce061a单片机模块结构10第二节 nsp内核结构11第三节 系统时钟和复位电路11一

10、、时钟电路11二、锁相环电路11三、复位电路12第四节 按键电路13第五节 mic录音电路13第六节 dac放音电路14第七节 外部储存器w29co40电路15一、w29c040的介绍15二、w29c040写、擦除流程图17第八节 单片机与外部储存器连接电路18第九节 本章小结19第四章 单片机的录放音软件设计20第一节凌阳音频的介绍20一、音频概述20二、数字音频的采样和量化20三、音频格式20四、语音压缩编码基础21第二节 凌阳音频编码算法22一、压缩编码的标准22二、压缩分类22三、常用的音频形式和压缩算法23四、程序接口介绍23五、相关api介绍24第三节 录音mic设计流程图27第四

11、节 dac放音设计流程图27第五节 单片机与外部储存器系统软件设计28第六节 本章小结29第五章 系统调试和功能实现30第一节 硬件调试30第二节 软件调试30一、 spce061a 的开发方式30二、开发环境31第三节 本章小结34结 论35致 谢36参考文献37附 录39一、英文原文：39二、英文翻译：43三、系统原理图：46系统原理图4646实物图4647四、源程序：4857前 言随着科技不断发展、集成电路在社会不断应用，语音处理在工业、通信、交通当中越来越受到应用。在生活当中，更是应用的比较广泛，比如，人们使用的手机、电脑等，其对语音录放音要求比较多。以前，人们使用磁带来记录、存储、还

12、原模拟语音信号，这种方法有一段历史，针对这样的具有语音录放音的电子产品很多，但是它们体积大成为了它们的弱点。而单片机语音录放音系统就是为改变以前录放音存在缺点儿设计的，它以数字电路为基础，利用数字语音电路来实现语音的录放音功能，并且它与微处理器联合使用，具有体积小、易扩展的特点。目前，数字录放音系统，只是简单地对数据采集、储存和播放，但是过多的语音数据会对设备储存设备的需求。而在未来，采取了对语音进行编码，使其减少了对储存空间的需求。本次设计目的是设计一套具有数码录音与播放的单片机系统。因此，选用凌阳16位单片机spce061a为核心，通过外部储存器w29c040连接来实现。系统的硬件电路图主

13、要包括mic录音电路、dac放音电路、按键电路、复位与时钟电路、外部w29c040储存器扩展电路。设计还包括其他硬件电路图和完整的软件设计方案和最终方法。通过上述的软硬件的设计，可以录放音2-3分钟。第一章 单片机的数码录音与播放的概述随着人们对语音处理的技术不断研究，有着录放音功能的电子产品越来越受到人们的喜爱。从之前，使用磁带来处理录放音，到现在微处理器加上语音芯片的技术的变化，使得语音更加完美。国内外对其的研究也在不断的变化着。它的技术的成熟，预示着未来语音的功能更强大。因而，基于单片机的数码录音与播放系统的研究非常的具有意义。选用凌阳单片机spce061a和外部储存器w29c040来实

14、现其功能。第一节 录放音的背景和意义随着科技技术和经济的不断发展，在很多场合，都需要我们对语音进行录制和播放，以便以后的使用。在铁路、金融、公安、学校等部门对语音的需求量也在逐渐地增加。把语音录放音的技术应用在办公自动化、安保系统、工业检测系统、应答系统、多媒体查询系统、生活娱乐或者家用电气产品当中，这些产品都具备语音输入输出功能，并且能在合适的时候用语音实时播报功能对系统的警告信息、工作状态、提示信息进行相关的说明，提高了通信能力、减少了对错误处理的遗漏、提高了人们生活的质量，给人们带来了方便。在研究录放音的道路上，以前的人们使用磁带来记录和播放声音。用磁带记录、存储、还原模拟语音信号的方法

15、已有很长时间的历史，基于这一方法的电子产品也到处可见， 且这些产品的体积都很大， 在使用的范围上受到了一定的限制。而数字录音系统则是将现场的语音模拟信号转变为离散的的数字信号，把数字信息储存在存储介质当中，是数字语音处理技术当中的一种。采用数字录音技术，具有录音时间长、保存时间久、占用空间小、效率高等特点。单片机语音录放系统就是采用数字电路为基础，利用数字语音电路来实现语音信号的记录、存储、还原等任务。单片机以其高可靠性、高性价比、低电压、低功耗等优点得到迅速 发展和大范围推广，广泛应用于数据采集系统、工业控制系统、智能化仪器仪表及通讯设备、日常电子类消费类产品、玩具等，利用单片机实现语音录放

16、有很大的研究和开发价值。 语音集成电路与微处理器相结合，具有体积小、扩展方便等特点，发展前景广。 第二节 录放音的国内外研究语音是人类进行交流、沟通的工具，它的重要性显而易见。随着it行业的不断发展，现在生活当中，我们遇到各种具有录放功能的语音设备。人们对于语音的研究从未间断。对于一般的数字语音录放系统，采取简单的采集、存储和播放；可以较大程度的保证其的保真度，但是对于比较复杂的语音资源，则需要大型语音设备，它们则采用大容量的硬盘，对于小型设备，由于容量有限，则不一样。1877 年，大发明家爱迪生发明出世界上第一部机械式留声机才初次得以实现。实现了人类首次具有录放功能的设备完成以来，语音信号处

17、理技术研究的突飞猛进，为数字语音录放系统提供了新的发展空间。对语音的采集、处理从以前简单的波形编码转变为进行参数编码、压缩，从而大大减少了存储数据。举例来说，原始语音一般都是采用8khz抽样，16bits的线性pcm编码进行采集，在一般的系统中就直接将采集后的数据进行存储；而如果采用参数编码对采集后的数据进行压缩，存储量则可以大大减少，当需要恢复语音时，可利用编码后的参数进行合成，可以得到质量令人满意的结果。 目前，我国也在研发各种语音芯片，有的语音芯片则是集成在其他芯片功能，具有简单的语音处理能力，比如凌阳单片机spce061a集成了语音的一些简单功能，所以它在处理语音数据方面存在它的优势。

18、在国外，比较典型的语音芯片是美国生产的isd语音芯片，采用模拟数据在半导体存储器直接储存的技术，即将模拟数据语音直接写入单个存储单元，不需要经过a/d、d/a转化，很真实的重现语音真实声音，避免了将声音采集因量化和压缩失真的现象。并且，芯片功能也在加强。在国内外，语音技术的应用已相当成熟地进入日用产品和工业化产品的许多领域。第三节 录放音的发展前景对于那些令人眼花缭乱的五花八门的指示灯、显示屏和开关、按键操作相比，语音无疑提供了更加直接有效和人性化得人机交互手段。语音作为人机对话的最高手段，使人机对话向人“人”对话的终极目标发展，它在形式上最终填补人机对话的这一科技空白。语音的对话方式可使人机

19、界面从数字领域进入到模糊领域。诚然，距离真正意义上的完全语音模糊参数的人机对话模式的实现，这中间还有一些重大的技术领域需要突破，但是，我们可以断言，随着语音识别、语音合成、信息综合、模糊控制、网络通信等一系列技术的攻克与发展， 人类这一孜孜以求的愿望的实现， 一定为期不会太远了， 其前途是一片光明灿烂和无限美妙的。 尽管语音合成集成电路发展历史比较短，但其成长速度之迅猛，电路体系之庞大， 应用范围之广泛，发展前景之远大，却是任何一个集成电路系列产品无法与其相提并论的。目前，语音集成电路已从过去单一的只读型语音电路，完成了向多功能、低成本、微型化、集约式、智能型语音集成电路的重大战略性变革。语音

20、技术及众多产品，将成为自然、方便、理想的人机交互方式提供强有力的技术支撑。 随着微电子技术突飞猛进的高速发展， 语音合成技术及语音集成电路领域出现了重大变革，产生了许多新技术、新器件和新产品，开拓了更广泛的应用领域，并朝着更大容量、更优音质、更高智能、更具灵活性的方向发展。在众多的语音集成电路器件产品中，凌阳单片机spce061a的语音功能则满足上述特点。在这套基于单片机的数码录音与播放系统当中，集成度比较高，扩展性比较强，应用的领域比较广。第四节 录放音的设计思想基于单片机的录放音的设计，是以单片机为核心，如果单片机在语音处理方面没有优势，则需要选择单独的语音芯片，如美国研发ids系列的语音

21、芯片，当然也可以选择在语音处理方面有优势的凌阳单片机，就不需要语音芯片。以凌阳单片机为核心，通过外部储存器w29c040来扩展其存储空间，实现数码录音和播放功能。在设计mic录音电路部分时，先对其原理进行分析，录音部分先采集语音资源通过mic电路的把语音信号转换成电信号，然后就以一定的速率采集数据，把模拟数据信息变成数字信号，即是ad过程，然后把输入的信号送至spce0611a单片机的前置放大器，经过前置放大器的数据信息到了内部增益控制电路，能自动跟踪前置放大器的音频信号电平，并能根据跟踪的结果自动的进行调节，达到平衡的状态。考虑到凌阳单片机内部储存空间有限，不可能把这些数据信息储存在芯片内部

22、，这时需要选用一款外部存储器来存储这些数据信息，使其具有更长的录音时间，最后选用外部存储器w29c040。而在设计dac放音部分时，考虑到语音资源储存到储存器当中，需要把语音资源从储存器w29c040取出来送进解压缩队列，对数据进行解码，在定时中断的情况下进行数模转换，为了均匀的采集数据，录放音过程中都需要用到定时器进行均匀采集数据，模拟的语音信息，在经过滤波、放大，通过扬声器进行放音。在程序的设计当中，对录音部分要使用汇编语言编写程序，在放音部分则使用c语言编写，整体的过程当中需要用到凌阳单片机的库函数、相应的应用程序接口api来编写程序。第五节 本章小结本章先对录放音的背景和意义进行论述，

23、从录放音的储存介质、体积、储存容量大小等方面进行了论述，说明录放音发展的背景，从录放音的应用领域论述了录放音的意义；然后又对录放音的国内外现状进行说明，先从总体上的发展提出国内外录放音的研究情况，然后再分别从国内和国外方面说明；之后再从发展前景方向进行论述，从录放音功能和技术的研究方向进行论述；最后介绍了录放音的设计思想，从硬件和软件两方面进行叙述，硬件方面又从mic录音部分介绍和dac放音部分介绍，软件方面从编写程序采用的方法进行了说明。第二章 单片机的录放音方案选择随着集成电路不断的发展和半导体技术工艺的提高，单片机的功能也在不断的加强，社会对它的需求量也在不断的增加。单片机的种类也有着不

24、同，因而需要选择用何种单片机来实现录放音的功能。第一节 单片机的发展在现代社会的生产活动，以及人们的日常生活中，单片机有着广泛的应用。其体积小、功能强、价格低、使用灵活等特点，显示出非常明显的优势和广泛的应用前景。单片机技术已成为现代电子技术领域非常重要的技术之一。所谓单片机（single chip microcomputer或者 one chip microcomputer）是利用半导体集成技术，将cpu和具有一定容量的随机存储器（ram）、只读存储器（rom）、定时器/计数器（timer/counter）、并行输入输出接口和串行通信接口等多个功能部件集成在一个芯片上，具备独立指令系统的智能

25、器件，形成具有完整计算机功能的大规模集成电路。即在芯片上实现了一台微型计算机的基本功能。对于简单控制对象，只需利用单片机作为控制中心，不需要增加外部设备就能实现；而对于复杂的控制对象，也只需在单片机的基础上，扩上一些器件也能完成。单片机是随着计算机、单板机的发展及其在智能测控系统中而发展起来的。运算处理能力的提高、数据传输能力的提高、处理指令速度的提高使得单片机处理能力得到了提高；储存容量的加大、程序的加密使得存储器更加优化；并行口的驱动能力的增加、接口编程能力的增加改进了接口；采用串行总线结构和集成外围电路使得结构得到简化；再加上体积也在不断减小和功耗的不断降低。综上，单片机的性能在不断地提

26、高和扩展。与此同时，单片机的市场需求量也在日新月异的增加。以此同时，进入后pc时代以来，基于嵌入式系统主要部件的单片机得到广泛的使用。随着微电子技术的不断发展，电子系统设计已进入片上系统（soc， system on chip）时代，单片机的功能越来越强大。凌阳公司推出的nsp单片机就是基于soc的新型数/模混合的系统芯片。该芯片顺应了单片机发展的趋势，它的系统芯片具有集成度高，功能全，数/模混合，易扩展等特点。第二节 方案选择随着大规模的集成电路和工业技术不断革新，单片机向片上系统（soc）方向发展，片内不断扩展外围电路功能，既有数字逻辑电路部分，也有数据采集和控制系统常用模拟部件，实现了应

27、用系统在片内集成。凌阳科技推出的nsp单片机就是基于soc的新型数/模混合的系统芯片。以nspcpu为内核，其他功能模块根据应用需要为可选结构。采用积木式结构，对不同对象和不同领域，形成不同系统，适应不同场合，会派生更低成本和更强的功能的产品，这也是凌阳16位单片机基于soc的结构特点。凌阳16位单片机提供了某些特殊指令，为其应用添加了dsp功能，并且在语音处理能力方面有着它的优势。80c51方案：51单片机现在是我国目前应用比较多的单片机，我们学习的课程也是选用51单片机，它在功能上也在不断的提高。但是，51单片机在dsp处理能力方面比较弱，处理复杂数据的能力的有待提高，再加上51单片机集成

28、化程度不高。 dsp方案：在数字信号处理方面，dsp的身影随处可见。对研究对象的数据采集，数据处理，数据存储，dsp可以轻松地完成这些基本功能。强大的数据处理能力的使得dsp是在在现在工业或者生活当中应用的比较多。但是，与本次毕业设计要求不符。 凌阳方案：凌阳单片机正是soc发展的产物，它具备了集成度高，凌阳单片机内部集成了2路da转换和8路的ad转换，而且ad转换当中有一路是专门用于声音的数/模转换,该芯片具有dsp处理能力,并且凌阳单片机在语音处理能力方面存在优势。w29c040的储存器是台湾华邦公司生产的一款flash储存芯片，利用它储存语音数据资源，可以播放几分钟的声音。凌阳十六位单片

29、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。因此，我认为，凌阳是51和dsp之间的良好结合。通过上面的比较，选用凌阳单片机spce061a和外部存储器w29c040来实现基于单片机数码录音与播放系统的设计。第三节 本章小结本章先对单片机的定义、发展、特点三方面对单片机进行了概述，阐明了与设计相符的单片机的情况，并且在对单片机特点进行叙述的时候，也把本次设计选用的凌阳单片机给提出来了。最后，通过51、dsp、凌阳单片机它们在功能优缺点的对比，选

30、择了本次设计选用的芯片和方案。第三章 单片机的录放音硬件设计现针对选择的方案，设计一套具有录放音功能的系统，选用的是凌阳单片机，它具有体积小、集成度高、易扩展等特点。为了实现录放音的功能，需要对其进行硬件的设计。第一节 spce061a单片机概述一、spce061a单片机介绍随着集成功能逐渐成熟，单片机逐渐地由单纯的控制扩展为控制处理、数据处理以及数字信号处理（dsp）等领域。凌阳单片机spce061a就是基于这样生产出来的。spce061a是继nsp系列产品spce500a等之后凌阳公司推出的16位微处理器。凌阳公司推出的nsp单片机具有体积小、集成度高、可靠性好、易于扩展、中断处理能力强等

31、特点，并且把各个功能部件模块化地集成在一个芯片里，内部采用总线结构，减少了各功能部件之间的连线，提高了可靠性和抗干扰能力。其内嵌32k字的flash存储器，较高的处理能力使得nsp单片机能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号，而且以nsp为核心的spce061a单片机适合数字语音处理应用领域。二、spce061a单片机性能spce061a单片机主要性能如下：（1）较宽的电源电压范围：2.65.5v（2）系统时钟范围广：0.3249.152mhz（3）内置2k字sram和32k字flash（4）具有可编程音频处理功能（5）两个16位可编程t/c（6）两路10位数/模转换（dac）输出通道（7）

32、7通道10位电压模/数转换器（adc）和单通道声音模/数转换器（8）语音模/数转换器输入通道，内置mic麦克风放大器和自动增益控制（agc）电路（9）内置在线仿真ice接口（10）中断处理能力强三、spce061a单片机模块结构spce061a单片机内部结构如图2.1和图2.2所示。主要的模块功能有数/模转换（dac）、模/数转换器（adc）、定时器/计数器、watchdog、并行输入输出i/o、设备串行口sio、定时器/计数器t/c（脉宽调制输出pwm）、低电压检测lvd、异步串行通信口等。adc 并行i/odacnsp内核watchdogaopwm输出串行口低电压检测和复位ram&flas

33、hirsiot/c图2.1 spce061a模块结构图图2.2 spce061a的结构图第二节 nsp内核结构spce061a单片机采用凌阳unsptm内核，unsptm内核主要由总线、算术逻辑运算单元、寄存器组、中断系统及堆栈等部分组成。unsptm算术逻辑运算单元alu在运算能力方面具有特色，能够完成16位基本的算术逻辑运算和带移位操作的算术逻辑运算以及应用于数字信号处理的16位乘法运算和内积运算等；而寄存器组是由8个16位寄存器组成，有专业寄存器和通用寄存器之分。专用包括sp、bp、sr、pc，而通用的则包括r1r4。第三节 系统时钟和复位电路一、时钟电路所谓振荡：单片机内部具有选频放大

34、器和振荡电路，如果外接晶体从输入端输入振荡信号，单片机就开始振荡。从输入端输入和输出端引到芯片外部构成时钟电路。选用频率32768hz的晶振，两端连接分别连接20p的接地电容，并且接到单片机osco、osci两个引脚上。时钟电路如图2.3所示：图2.3 时钟电路二、锁相环电路锁相环作用是将系统提供的实时时钟基频（32768hz）进行倍频，调整到49.152mhz、40.96 mhz、32.768 mhz、24.576 mhz或者20.480 mhz，作为系统时钟fosc。系统默认的自激振荡频率位24.576 mhz。锁相环电路是由电容和电路组成，锁相环电路如图2.4所示：图2.4 锁相环电路三

35、、复位电路复位是指使单片机的寄存器和内存值变成初始值的操作。spce061 a单片机的复位电路是有res_b加一个低电平就可以使其复位。复位电路如图2.5所示：图2.5 复位电路第四节 按键电路按键电路是通过产生中断来控制语音录放，其电路包括录音、暂停、播放三个功能。按键电路如图2.6所示：图2.6 按键电路第五节 mic录音电路spce061a单片机的a/d转换器有8个通道，其中有一个通道是mic-in录音输入通道，它专门用于对语音进行采样。语音信号经过mic转换成电信号，经过隔直电容隔掉直流成分，然后再输入spce061a内部前置放大器。spce061a单片机内部有自动增益控制电路agc能

36、随时跟踪、监视前置放大器输出的音频信号电平。当输入电平信号减小时，agc电路自动增大放大器的增益，当输入信号增大时，前置放大器agc自动减少放大器的增益，以便输入a/d的信号保持在最佳电平。图2.7 mic录音电路a/d转换器对输入语音信号进行采样，根据抽样定理选用8khz的抽样频率，并按照凌阳音频格式进行编码，每秒将占用16k的储存空间。为了增加储存时间，系统扩展一块外部储存器w29c040来进行扩展容量和空间。它来储存经过处理的语音数据。vmic是麦克风电源（+3.7v），它经过电阻、电容滤波加在r4、mic、r8三者串联的通路中。mic可以理解为随声压变化的电阻，mic的1、2引脚之间的

37、电压差随声音的大小和频率变化。然后这个具有直流分量的两个信经过两个电容就加到061a的micp和micn两个引脚，经过061a的自动增益放大后送入ad转换器，生成数字量的音频电压值。mic录音输入电路如图2.7所示：第六节 dac放音电路将外部储存器w29c040中储存的语音数据顺序取出，解码后，以8khz的速率进行d/a转化输出，经电容滤波后，恢复原始语音数据波形，经过语音放大芯片spy0030进行放大处理。061a的dac是可有程序控制的恒流源输出，恒流源的变化范围为0-3ma。dac接到j2的引脚1上，它通过一个r10的电阻接地，因此可以产生一个因为程序而改变的恒压源，最大电压可以达到3

38、v。外接电阻小于1k,恒流源是可以短路的。但是当电阻大于1k时，恒流源只能工作在0-1.5ma范围，影响恒流源的输出精度。当把2、3引脚连接在一起时，在r9产生恒压。当dac输出音频信号时，经过c25滤去高频阶梯信号，保留音频信号，在经过c23隔直，音频信号当中的直流分量被隔离，交流信号经过音频放大器spy0030阻抗变换输出，即可驱动喇叭发声。dac输出电路如图2.8所示：图2.8 dac放音电路第七节 外部储存器w29co40电路随着数字语音的快速发展，具有语音功能的电子产品得到了广泛的应用。但是语音数据比较复杂的情况，单靠芯片自身的容量是不够的，需要外部储存器来存储数据，w29c040则

39、是其中一款。它可以与凌阳单片机spce061a连接来实现具有录放功能的系统。w29c040可以储存凌阳格式的语音资源，可以长达几分钟，应用于各种录音比较长的场合。系统提供w29c040的读写模块，该模块可以应用于w29c040同系列的相关的芯片中。一、w29c040的介绍w29c040为32脚dip封装芯片，芯片电压为5v，内部512ki*8位的快速闪存，它的结构为256字节为一页，每页的擦写时间为5ms,整片擦除时间为50ms。管脚表分布如表2.1所示：表2.1 w29c040管脚表管脚名称功能描述a0-a18地址的输入口dq0-dq7数据的输入输出口#ce片选脚#oe读脚#we写脚vdd5

40、vvss地1、 w29c040读写时序图（1）、读时序图w29c040读的时序如图2.9所示：图2.9 读时序图（2）、在数据保护模式下的页写时序图数据模式下的页写时序如图2.10图2.10 写时序图（3）、写结果判断时序图结果判断如图2.11图2.11 结果判断图二、w29c040写、擦除流程图在凌阳spce061a单片机当中，如果要使用闪存，必须先在闪存编程前，对其进行擦除。当给出的地址在某个模块地址范围内并且向命令用户接口写入模块擦除命令时，相应的模块就被擦除。1、 去掉写保护流程图和片擦除流程图去掉写保护流程如图2.12和擦除流程如图2.13 2.12 写保护流程图 2.13 擦除流程

41、图2、 页写流程图和写结束判断流程图 页写流程如图2.14和写结束判断流程如图2.15 2.14 页写流程图 2.15 写结束判断流程图第八节 单片机与外部储存器连接电路spce061a单片机与w29c040外部储存器的连接图如图2.16所示：图2.16 外扩连接图第九节 本章小结本章通过对本次设计的硬件的介绍和电路原理图的设计来实现了基于单片机的数码录音与播放系统的硬件的搭建。首先，先对凌阳单片机的特点、性能和结构模块的介绍，体现了凌阳单片机在做语音的录放音方面的优势；其次，对凌阳单片机的内核结构进行了介绍，对凌阳单片机有更进一步的认识；然后，开始对硬件电路设计，包括了时钟电路和复位电路、按

42、键电路这些基本的最小系统硬件搭建电路图，对mic录音电路、dac放音电路、外围扩展储存器w29c040的介绍和连接电路的设计是整个设计当中非常核心的部分，它们的设计的成功标志着数码录放音功能在硬件上的实现。在设计核心部分时，遇到了一些问题，比如，再设计mic电路图时，对选择什么样的元件来搭建，参考了不同的书籍，各种书籍有几种不同的设计方法，考虑到使用性和常见性选择了上述的方案，而在设计dac电路时，在选择放大器时，为了让放音的效果更好，放弃了lm386放大器，而是选择了凌阳公司生产的可以使声音更加清晰的spy0030这一款语音放大器，选择喇叭时，选取了大于8欧姆的扬声器。总之，选择最优化的方案

43、来实现硬件方面的设计。第四章 单片机的录放音软件设计录音是对语音信号进行采集，经过a/d转换后，编码储存在存储器当中；放音是把数据从存储器当中取出并解码，然后d/a转换，经过放大器，传送到扬声器输出。音频的编码和解码是进行语音处理非常重要的理论。 第一节 凌阳音频的介绍一、音频概述日常我们说的人能够正常听到声音的频率范围20hz-20khz，也就是我们说的音频范围。低于20 hz是次声波，高于20khz是高声波。我们能听到声音的范围，分为语音信号、声音波形信号和音乐信号三种。其中波形声音是自然界中的声音，是声音数字化的基础。通常语音也可以表示波形声音，至于波形声音表示不出声音信号的内涵，因为语

44、音是一种抽象的信号，是语音的载体，是人类信息交流的系统，是社交的一种工具。而至于音乐更是高级的声音信息，它使声音符号化，但是也不能符号化所有的声音信息。二、数字音频的采样和量化因为音频信号是模拟的信号，是连续的信号，而现在计算机是采用的数字算法，所以要将模拟的音频信号进行数字化处理。把模拟化的信号数字化，采用的方式有很多种，如今，使用的最多的一种方法是将信号的波形采用a/d算法进行处理，采用的方式有几种，如波形编码、参量编码等。将音频模拟信号数字化分为两个方面，一是采样，二是量化。当然，也包括声道的数目、音频设备质量等。三、音频格式音频文件通常分为两类：声音文件和midi文件。1、 声音文件通

45、过声音录入设备进行录制原始的声音信号，直接记录了真实的二进制数据文件比较大。声音文件的格式包含的形式很多，有wave文件、aiff文件、audio文件、mpeg文件、realaudio文件等，现在使用最多是wave文件和mpeg文件，其他文件也经常使用。2、midi文件：midi是跃起数字接口的英文缩写，它是一种音乐演奏指令序列，相当于乐谱，可以利用声音输出设备或与计算机相连的电子乐器进行演奏，由于不包含声音数据，文件较小。相对于保存真实数据的声音文件，midi显得更加紧凑。四、语音压缩编码基础语音压缩编码中的数据量的表达式是指：数据量=（采样频率量化位数）/8 声道数目。压缩编码的目的是通过

46、对数据的压缩，达到高效率储存和数据转换的目的。即是在保证一定音质的情况下，以最小的数据量来表达和传送声音数据。实际上音频数据量比较大，直接进行传输和储存是比较不现实的，我们要对信号趋势的预测和冗余信息处理进行数据压缩，这样可以减少对资源传输的时间的和对储存更多的语音数据。采用压缩编码的技术可以既保证对音频的原始声音的保持同时也保证了对数据传输和储存容量的要求。比如没有经过压缩编码的一张cd录制一分钟的歌曲需要占用mb，如果对原始数据进行压缩编码，先对其采样后进行编码，就可以把它压缩到5.5mb，储存容量减小了一半，采用不同的编码技术可以压缩到更小。常见的几种音频压缩编码1、波形编码所谓波形编码

47、是把时间域信号直接变换为数字代码，使现在生产的波形保持原来波形的图像。波形编码的原理是在时间轴上对模拟语音信号按一定的速率抽样，然后按幅度样本量化、编码。译码则是将数字序列经过译码和滤波恢复成模拟信号，是编码的逆过程。特点就是语音质量高、数码率高，适合高保真音乐和语音场合。如脉冲编码调制pcm、差值脉冲编码调制dpcm、自适应传输编码atc等。2、参量编码参量编码是叫声源编码，是将信源信号在频率域或者其他正交变换域提取特征参数，并将其变成数字代码进行储存和传输的过程。它是在同原始语音数据有很大变化的情况下，对语音信号进行提取特征参数和编码重建语音信号，译码是其逆过程。参量编码的比特率可以压缩到

48、24.8kb/s，甚至更低，但是语音质量只能达到中等，特点就是压缩比大，计算量大、传输时间短、储存容量大，音质一般。如线性预测编码lpc等。3、混合编码混合编码是将波形编码技术和参量编码技术结合使用的技术。计算机的发展为语音编码技术的研究提供了强有力的工具，超大规模的集成电路也为语音编码技提供了技术支持。混合编码是将波形编码和参量编码结合起来，结合了参量编码和波形编码的优点，即波形编码的语音质量高、数码率高的特点和参量编码的储存空间和传输时间短的特点，当然也克服了它们的缺点。如多脉冲激励线性预测编码mplpc、码本激励线性预测编码celp等。总之，音频压缩编码技术发展趋势：（1）、降低数据率，

49、提高压缩比，用于廉价的低保真场合。如电话、机器提示音等。（2）、实现高保真复杂的压缩技术，用于对高保真需求较多的场合。如cd、音乐等。而凌阳单片机的录放音的编码/解码是靠调用库函数来完成的，我们只需完成数据的存入和读出即可。第二节 凌阳音频编码算法一、压缩编码的标准不同的频率影响着不同的编码技术标准的音频质量。凌阳音频压缩算法处理的语音信号频率范围为200hz3.43.4khz。压缩编码标准如表格3.1所示： 表3.1 压缩编码标准信号类型频率范围/hz采样频率/khz量化精度/位电话话音200340088宽带音频5070001616调频广播2014k37.816高质量音频2020k44.11

50、6二、压缩分类压缩一般分为有损压缩和无损压缩两类。无损压缩一般是指磁盘文件，压缩比比较低（2:14:1）；有损压缩是指语音、视频文件，因为要求信息量大，压缩比比较高（100:1）。凌阳音频压缩算法根据不同的压缩比可以分为以下几种（以压缩8kb 16位的wave文件为例）：sacm_a2000压缩比为8:1,8:1.25，8:1.5；sacm_s480的压缩比为80:3，80:4.5；sacm_s240的压缩比为80:1.5。音质排序为：a2000s480s240。三、常用的音频形式和压缩算法1、波形编码波形编码采用带编码技术的压缩算法sacm_a2000。特点为语音质量高，编码率高，适用于高保

51、真语音和音乐。2、参量编码参量编码采用压缩算法sacm_s240。特点为压缩比高，计算量大，音质一般，价格便宜。3、混合编码混合编码采用压缩算法sacm_s480。特点是弥补了波形编码和参量编码的缺点，当然也保留了它们的优点。除此之外，还具有fm音乐合成式即sacm_ms01。凌阳单片机spce061a是16位的单片机，具有dsp功能，有很强的数据处理和最高时钟频率可以达到49mhz，具有运算速度高等一些列又是，这无疑为语音的录制、播放、合成和识别带来了不可逾越的优势。在凌阳单片机当压缩算法中，sacm_a2000、sacm_s480、sacm_s240适合用于录音，可以应用于语音提示；而dv

52、r算法则可以用来录音、放音，本次设计就是选择dvr算法来编程设计的。四、程序接口介绍语音在社会生活当中占据非常重要的地位，它可以为我们生活带来乐趣。单片机对语音的控制如录放音的技术广泛的应用到我们的生活当中，语音处理分为a/d编码处理、存储解码处理和d/a转换等，如图3.1a/d转换编码解码d/a转换存储图3.1 语音处理由于mic麦克风生成的wave文件占用的储存空间量比较大，对于单片机来说存储这样大容量的文件是不现实的，为了避免单片机的不足之处，凌阳公司提出了一个解决方案，那就是建立了sacm-lib库及相应的应用程序接口api函数。将a/d编码、解码、储存和d/a转换成相应的模块，每个模

53、块都有api，我们只需知道每个api应用程序接口的功能和其参数内容，然后调用该api函数即可实现其功能。sacm-lib目前主要有两个库函数sacmv25.lib和sacm32.lib。五、相关api介绍sacm-dvr具有语音的录音和播放的功能，采用的算法是sacm_a2000，录音时采用8k采样率和16k数据率来获取语音资源，经过a2000压缩后储存在扩展的外部储存器w29c040的空间当中，录完后在从其中取出来用于放音。下面介绍sacm-dvr的api函数。int sacm_dvr_initial(int init_index)/初始化void sacm_dvr_serviceloop(

54、void)/获取资料，填入译码队列void sacm_dvr_encode(void)/录音sacm_dvr_stopencode(void)/停止编码sacm_dvr_initencode(rcemonitoron) /初始化编码器void sacm_dvr_stop(void) /停止录音void sacm_dvr_play(void) /开始播放unsigned int sacm_dvr_status(void) /获取sacm_dvr模块的状况void sacm_dvr_initdecoder(void) /开始译码void sacm_dvr_decode(void)/获取语音资料并译码，中断播放sacm_dvr_stopdecode(void)/停止解码un