8位工业级通用单片机应用笔记综合

1、Speech output withfunctionV1.0.02005-2-2单片机技术资料 HYPERLINK http:/w/ http:/wS eechutput with function技保留对此文件修改之权利且不另行通知。技所提供提之信息相信为正确且可靠之信息，但并不保证本文件中绝无错误。请于向技出订单前，自行确定所使用之相关技术文件及规格为最新之版本。若因贵公司使用本公司之文件或产品，而涉及第三人之专利或著作权等智能，本公司仅单纯贩售产品，上述关于同意及权之应用及配合时，则应由贵公司负责取得同意及，非属本公司应为保证之责任。又产品不得使用于医疗器材，维持生命系统及飞航等技相关设

2、备。之正式，本1S e ch ou p t with function0目录页码0目录21修订. . . 32系统概要系统说明4系统框图4MCU 使用资源53脉冲编码调制63.1PCM 的概念..4声音信号数字化6采样频率7采样精度7声音质量与数据率73.2WAVE 文件格式84设计原理104.14.2语音原理10硬件连接105说明. . . 11子程序说明11变量说明126流程图主流程图15中断服务程序15获取数据流程图172S e ch opu w th unction1修订录日版本编写及修

3、订说明2005-2-21.0.0初始版本Se h ou put with function2系统概2.1系统说本系统应用于 SUNPLUS SPMC65x series 上， 使用 MCU 的功能V 规格的语音 IO 模拟输出。WAV件部分是文件。WAV 格式的语音文件SPR4096 的时序，用串行方式规格的语音文件事先通过于外扩的 FlashSPR4096 中，MCU 通过普通SPR4096 中的语音数据，并将语音数据转换为的烧录程序写入 SPR4096 中。本范程序的SPMC65P2404A*28p 为开发对象。2.2系统框图 2-1系统框图16MHSPR96(speech resourc

4、e)Play s eechSPMC65P2404A*28p122S eec outputh fu ct on2 3MCU 使MC资源容备注M变量bytROM程序9 b teT mer Ba1.02 ms 计pee h o tputI/O PO TPORTo tputPPORTDAcs SPR4096PD0、PD1S eh outp t w th function3脉冲编调制3.1PCM 的概念脉冲编码调制(Pulse Code ModulatioM)是概念上最简单、理论上最完善的编码系统，是最研制成功、使用最为广泛的编码系统，但也是数据量最大的编码系统。PCM 的编码原理比较直观和简单，它的原

5、理框图如图 1-1 所示。在这个编码框图中，它的输入是模拟声音信号，它的输出是 PCM 样本。图中的“防失真滤波器”是一个低通滤波器，用来滤除声音频带以外的信号；“波形编成器或者称为“量化间隔”可暂时理解为“采样器”，“量化器”可理解为“量化。小(st p-size) 生图 1-1 PCM 编码框图话音信号是典型的连续信号，不仅在时间上是连续的，而且在幅度上也是连续的。在时间上“连续”是指在一个指定的时间范围里声音信号的幅值有无穷多个，在幅度上“连续”是指幅度的无穷多个。把在时间和幅度上都是连续的信号称为模拟信号。在某些特定的时刻对这种模拟信号进量叫做采样(sampling)，由这些特定时刻采

6、样得到的信号称为离散时间信号。采样得到的幅值是无穷多个实数值中的一个，因此幅度还是连续的。如果把信号幅度取的数目加以定，这种由有限数值组成的信号就称为离散幅度信号。3.1.1声音信号数字化声音进入计算机的第一步就是数字化，数字化实际上就是采样和量化。如前所述，连续时间的离散化通过采样来实现，就是每 相等的一小段时间采样一次，这种采样称为均匀采样(uniformsampling)；连续幅度的离散化通过量化(zation)来实现，就是把信号的强度划分成一小段一小段，如果幅度的划分是等间隔的，就称为性量化，否则就称为非线性量化。图 1-2 表示了声音数字化的概念。6Sechtput wit func

7、tion图 1-2声音的采样和量化声音数字化需要回答两个问题：（1）每秒钟需要多少个声音样本 也就是样频率(fs)是多少；（2）每个声音样本的位数(b t per samp e，bps)应该是多少，也就是量化精度。3.1 2采样频率采样频率的高低是根据理论(Nyquist theory)和声音信号本身的最高频率决定的。理论，采样频率不应低于声音信号最高频率的两倍，这样就能把以数 表达，这叫做无损数字化(lo sl s d gi iz t on)采样定律用公式表示为：还原成原来fs2f 或者 Ts T/2其中 f 为被采样信号的最高频率。可以这样来理解理论：声音信号可以看成由许许多多正弦波组成的

8、，一个振幅为 A、频率为 f 的正弦波至少需要两个采样样本表示，因此，如果一个信号中的最高频率为 fmax,采样频率最低要选择 2fmax。例，话音信号频率为 3.4kHz，采样频率就选为 8kHz。3.1.3采样精度样本大小是用每个声音样本的位数 bit/s(即 bps)表示的，它反映度量声音波形幅度的精度。例如，每个声音样本用 16 位(2 字节)表示，测得样本值是在 065536 的范围里，它的精度就是输入信号的 1/65536。样本位数的大小影响到声音的质量，位数越多，声音的质量越高，而需要空间也越多；位数越少，声音的质量越低，需要的空间越少。采样精度的另一种表方法是信号噪声比，简称为

9、信噪比(si nal t -noise ratio，SNR ，并用下式计算：10log(Vsign l)2 /(Vn ise)2 SN20log(Vsignal /Vnoise)为分贝(db)其中 Vsignal 表信号电压、Vnoise 表示噪声电压；SNR 的度为 1 位表示 Vsignal21，它的信噪比 SNR6 分贝。例 1：假设 Vnoise1，例 2：假设 Vnoise1，采样精度16 位表示 signal2 6，它的信噪比 SNR96 分贝。3.1.4声音质量与数据率根据声音的频带，通常把声音的质量分成 5 个等级，由到高分别是(ephone)、调幅(Amplitu e Mod

10、ulation，AM)广播、调频(Frequency Modulation，FM)广播、激光唱盘(CD-Audio)7S eech output wi h function和数字带(Digital Audio T道数和据率列于表 1。，DAT)。在这 5等级中， 用的采样频率、样精度 通表 11 声音量和数据率3.2WAVE 文件格式WAV，这是一种古老的音频文件格式， 微软开发。WAV 是一种 件格式， 合 RIFF（Resource erchange File Format）规范。所有的 WAV 都有一个文件头，这个文件头音频流的编码参数。WAV 对音频流的编码没有硬性规定，除了 PCM

11、之外，还有几乎所有支持 ACM 规范的编码都可以为 WAV的音频流进行编码。同样，WAV 也可以使用多种音频编码来压缩其音频流，不过常见的都是音频流被 PCM 编码处理的 WAV，但这不表示 WAV 只能使用 PCM 编码，MP3 编码同样也可以运用在 WAV 中，基于 PCM 编码的 WAV 是被支持得最好的音频格式，所有音频都能完美支持，由于本身可以达到较高的音质的要求，因此，WAV 也是音乐编辑创作的首选格式，适合保音乐素材。因此，基于 PCM 编码的V 被作为一种中介的格式。WAV 文件的格式如图 13 所示。图 13 WAV 文件的格式时所需要了解的信息。Format 数据块以“fm

12、t”为 ID 标识出来，不同的数据块列出 wav紧跟着列出块大小ckSize、压缩方式标识 FormatTag、通道数 Channel、采样率 SamplesPerSec、数据率 Av BytesPerSec、样本精度 BitsPerSample 等。8质量采样频率(k z)样本度(bi /s道/数(kB/s) (未压)率范围88单声82003400HzAM11.0258道声1.0015000HzFM22.0 06立声88.507000HzCD4.1176.2020000HDAT4816192.02020000HzS eech output with functionData 数据块以“dat

13、a”为 ID 标识出来，将给出数据块数据的大小 ckSize 和接下来的数据信息，波形文件的数本范例适合就是这些了。文件中还有一些其他的信息，8 位单声道的 WAV 文件。里将不做为重点来。9Sp e h ou put with PM function4设计原理4.1语音原理的原理就是对波形文件中的数据通过 DAC 或来恢复离散后的各点的电压值，SPMC65P2404 通过来模拟 DAC 的功能来实现电压的恢复。由于 I/O 的驱动能力有限，如果直接用 IO 驱动叭，音量会比较的小，所以本应用例使音频放大器来对其进行放大。本应用例首先通过外部 Flash SPR4096 获取语音文件的字节数，

14、此字节数将作为语音结束的判断依据；然后系统用 8Kz 的频率取语音数据，并将获得的数据转换为输出。4.2硬件连接SCKU9VCC-5V512345678910111213142827PA7 PA6 PA5 PA4 PA3 PA2 PA1 PA0 PB7 PB6 PB5 PB4 PB3 PB2VDD VSS XI XO RESET PD0 PD1 PD2 PC0 PC1 PC2 PC3 PB0 PB1XIVss XI XO 10K262512112423NC NC NCVSS VDDQ SCK2 VDDQ242322R11092221SDASCK RESET_N_409616MHzNC/RSTC

15、VDDQ872019CF2-CF0 VSS CF3NCCF4NCCF7NCVDDQNCVSSQNCSDANCVDDINCXO2120191817161565181720pR3VDDQ431615 3 21141310KVDDIR2SPMC65P2404A/2408ASPR409610KSDAVssVCC_3.3VDDQVCC-5VD11 2VDDQVDDIC7R5R4 10kU2 SPY0030IN4148PB3LS1+C1 220uC2 104+ C347uu10kR952+R620kC11R7C841-SPEAKERR8 10k1u10k+C9 100u2k VDDQRESET_N_409

16、6C10 104R10C4 104图 4-1硬件连接图1036871000p20k60Q1Spe ch o tpu wit funct on5说明5.1档成5.子程序说F_SlF_ dCtrF_G tDatF_WrAddr11内容备注InputGB_OpCode,_Addr_ L,GBdd _ H,GB_AddrLOutpute说SP 40 6地属于Acc ss40 6.asm内注InputeOutpuNo e说明从 SPR409获取一个字节的语据属于Ac4096.asm内备注InputneOutpute获得语音文件的字于cs 096.m内容注InOutpuN neia ize IO and

17、Tim属于Acss 09 .asm文件名功能类型m n.asmMain pro essSou ce filAc096.asPla ng speech pro essurce fileMacro4096.incmacroHe d fileSPMC65P2404A. ncSP C65X symbol definitionHead fileSpeech outpu wi h WM fu ctioF_Re d8 itF_RdE d8 itF_Wri e8 itF_RdDa5.3变量说CodeGBGB_r_HL12内容备说明P6 高三位地址Sizete初Symbol 定义e内容值07内容备说明S96 操

18、作码Sizete初始0Sl 定义e内容0 20 o 0 x00内备注InputneOutpute判断据是否读完毕属于Acss 09 .asm内容注n utNoutputGB_Wr_Bu说明写 1 字节数据于cc ss409 .asm内容注nputeOu putGB_Rd_Buf明最后 1 字节数据属于As40 6.as内容注nputNoutputGB_Rd_Bu说明1 字节数据属于As40 6.asSpeech outpu wi h WM f nctionGB_Ar_LHGB_r_LLGB_Rd_GB_Wr_GB_ReadF13内容注内容说SPR 0的控制标志Sizete初Symbol 定义e内容值06内容注内容说即将写S96 的数据Sizete初始值0mbol 定义e容值0 x00 0 xFF内容备注内容存从 S R中读出的数据Sizete初始值0mbol 定义No内值0 x 00 xFF内容备说明P6 低八位地址Sizee初始值0bol 定义内值0 x 00 xFF内容备说明P6 次高八位地址Sizee初始值0bol 定义e内容0 x0 0 xFFS