多功能復(fù)讀機(jī)畢業(yè)論文.doc

多功能復(fù)讀機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要1摘要本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要目的是設(shè)計(jì)并制作一個具有錄音、放音、計(jì)時、語音播報(bào)和數(shù)碼管顯示的多功能復(fù)讀機(jī)。設(shè)計(jì)階段主要完成了以下功能模塊：提示語音模塊：接通電源后自動播放一段音樂和錄制的提示語音；倒計(jì)時模塊：按下錄音鍵，LED鍵盤模組的第6個數(shù)碼管進(jìn)行倒計(jì)時，依次顯示3、2、1，間隔為一秒鐘；錄音與計(jì)時模塊：倒計(jì)時完成（即1消失后），操作者可利用麥克風(fēng)進(jìn)行語音錄入，同時，計(jì)數(shù)器開始計(jì)時，此時間為錄音的時長；語音播報(bào)與顯示模塊：按下停止鍵，錄音停止，并語音播報(bào)錄音的時長，并在數(shù)碼管上顯示錄音的時長；放音模塊：按下回放鍵可以回放剛才的錄音。該復(fù)讀機(jī)在功能上有所更新，除了具備基本的錄音、放音功能外，還能播放音樂和提示語音，計(jì)時器可記錄錄音的時長，并利用外接的LED鍵盤模組進(jìn)行顯示，倒計(jì)時功能能夠提醒用戶適當(dāng)?shù)匿浺魰r刻，解決了一按錄音鍵就開始錄音而導(dǎo)致聲音無法完全錄入的問題。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選用凌陽SPCE061A單片機(jī)，SPCE061A的語音處理功能是由凌陽公司自行開發(fā)的具有音頻編解碼及各種語音壓縮算法實(shí)現(xiàn)的。其CPU內(nèi)核采用凌陽推出的nSP（MicrocontrollerandSignalProcessor）16位微處理器芯片。凌陽單片機(jī)可以做控制，也可以完成數(shù)據(jù)信息的處理，尤其是語音識別上，有自己的特色。各種算法相應(yīng)的程序模塊存放在語音算法庫SCAM-LIB中,使用時只需調(diào)用相應(yīng)的模塊就可方便地實(shí)現(xiàn)語音合成、語音播放、錄音、識別等功能。凌陽單片機(jī)還采用了SOC理念，一顆芯片就是一個系統(tǒng)，把傳統(tǒng)單片機(jī)學(xué)要擴(kuò)展的AD、DA、存儲器等器件都做到了芯片內(nèi)部，方便了單片機(jī)的學(xué)習(xí)和項(xiàng)目開發(fā)。關(guān)鍵字：凌陽16位單片機(jī)、復(fù)讀機(jī)、計(jì)時、語音播報(bào)、數(shù)碼顯示。多功能復(fù)讀機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)目錄2目錄摘要.1目錄.2第一章引言.3第二章概要設(shè)計(jì).42.1設(shè)計(jì)要求.42.2需求分析.42.3可行性報(bào)告.42.4凌陽單片機(jī)簡介.52.5語音壓縮.62.5.1壓縮分類.62.5.2凌陽常用的音頻形式和壓縮算法.62.5.3壓縮工具.7第三章詳細(xì)設(shè)計(jì).83.1硬件設(shè)計(jì).83.1.1Protel99SE簡介.83.1.2電路原理圖設(shè)計(jì).83.2PCB布局布線規(guī)則.133.3印制電路板設(shè)計(jì)主要事項(xiàng).143.4電路板焊接.143.5LED模組介紹.163.6軟件設(shè)計(jì).183.6.1C語言簡介.183.6.2凌陽nSP匯編語言.183.7凌陽unSPIDE184集成開發(fā)環(huán)境簡介.193.8程序設(shè)計(jì).213.8.1主程序模塊.213.8.2語音提示.223.8.3倒計(jì)時.253.8.4錄音計(jì)時和時長播報(bào).263.8.5錄音時長顯示.273.8.6附加功能.283.8.7程序下載.28總結(jié).30致謝.31參考文獻(xiàn).32附錄.33第一章引言3第一章引言單片微型計(jì)算機(jī)又稱單片微控制器，是微型計(jì)算機(jī)發(fā)展中的一個重要分支，其發(fā)展十分迅速。單片機(jī)由于具有高可靠性、集成度高、價(jià)格低廉和容易產(chǎn)品化等特點(diǎn)，因此在智能儀器儀表、醫(yī)療器械、工業(yè)實(shí)時控制、智能終端、通信設(shè)備汽車和家用電器等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。集成化性能的發(fā)展越來越明顯的競爭優(yōu)勢也成為諸多商家眼中不可錯失的商機(jī)。其中，凌陽科技有限公司推出的凌陽十六位單片機(jī)unSP以迅雷不及掩耳的速度占據(jù)了廣闊的市場。其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸由傳統(tǒng)的控制，擴(kuò)展為控制處理、數(shù)據(jù)處理及數(shù)字信號處理（DSP,DigitalSignalProcessing）等領(lǐng)域。該單片機(jī)采用現(xiàn)代電子技術(shù)片上系統(tǒng)SOC（systemonachip）技術(shù)設(shè)計(jì)而成，內(nèi)部集成有ADC、DAC、PLL、AGC、DTMF、LCDDRIVER等電路。采用精簡指令集（RISC），指令周期均以CPU時鐘數(shù)為單位。此外內(nèi)置有16位硬件乘法器和加法器，并配有DSP擁有的特殊指令，大大的加快了各種演算法的運(yùn)行速度。根據(jù)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求，我們選擇了凌陽公司的SPCE061A單片機(jī)，它在語音播放和語音識別方面很有特色。它主要包括輸入/輸出端口，定時器/計(jì)數(shù)器，數(shù)/模轉(zhuǎn)換，模/數(shù)轉(zhuǎn)換，串行設(shè)備輸入輸出，通用形串行接口，低電壓監(jiān)測和復(fù)位等部分，并且內(nèi)置在線仿真電路ICE接口，較高的處理速度其能夠快速的處理復(fù)雜的數(shù)字信號。而且它的體積小，采用電池供電，方便隨身攜帶。本論文主要介紹了如何用C語言、凌陽匯編語言編程實(shí)現(xiàn)多功能復(fù)讀機(jī)以及在調(diào)試過程中遇到的問題和解決方案。第二章概要設(shè)計(jì)4第二章概要設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)要求（1）接通電源后自動播放一段音樂和自己錄制的提示語音。（2）按下錄音鍵后，鍵盤模組的第6個數(shù)碼管進(jìn)行倒計(jì)時，依次顯示3、2、1間隔為一秒鐘。（3）倒計(jì)時完成后（即1消失后），可對準(zhǔn)麥克風(fēng)進(jìn)行錄音，按下停止鍵錄音停止，并語音播報(bào)錄音的時間。（4）按下回放鍵可回放剛才的錄音。2.2需求分析用凌陽SPCE061A單片機(jī)實(shí)現(xiàn)具備錄音、計(jì)時、放音功能的多功能復(fù)讀機(jī)?？赏ㄟ^硬件控制錄，放，也就是通過SPCE061A的四個按鍵來實(shí)現(xiàn)。在接通電源開機(jī)時自動播放一段語音和提示音，待系統(tǒng)進(jìn)入后通過按鍵控制，該單片機(jī)將在按鍵的作用下實(shí)現(xiàn)其錄音，放音的功能，外接硬件LED模塊可顯示其錄音時長。2.3可行性報(bào)告本次設(shè)計(jì)我們需要完成復(fù)讀機(jī)功能，經(jīng)過需求分析，我們選擇使用SPCE061A。它具有以下特點(diǎn)：（1）體積小、集成度高、可靠性好且易于擴(kuò)展；（2）具有較強(qiáng)的中斷處理能力；（3）高性能價(jià)格比；（4）功能強(qiáng)、效率高的指令系統(tǒng)；（5）低功耗、低電壓；經(jīng)驗(yàn)證，SPCE061A具備8通道10位ADC輸入功能,內(nèi)置的具有自動增益控制的麥克風(fēng)輸入功能,雙通道10位DAC音頻輸出功能及A、B兩個I/O口輸入輸出功能。凌陽SPCE061A單片機(jī)功能對本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所需是完全滿足的，所以在技術(shù)上是完全可行的。第二章概要設(shè)計(jì)52.4凌陽單片機(jī)簡介SPCE061A是凌陽科技公司nSPTM(MicrocontrollerAndSignalProcessor)系列產(chǎn)品中的16位微控制器芯片,本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選用SPCE061A單片機(jī)作為控制器，其具有較強(qiáng)的處理能力。在存儲器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以及便于程序調(diào)試等功能，同時內(nèi)嵌32K字的閃存（FLSAH），擁有較高的處理速度.SPCE061A單片機(jī)還具有體積小、集成度高、易擴(kuò)展、可靠性高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡單、中斷處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)，特別適應(yīng)于數(shù)字語音錄放和語音識別等數(shù)字應(yīng)用領(lǐng)域。因此SPCE061A非常適用于本次設(shè)計(jì)的模擬語音電話當(dāng)中，是一種高效經(jīng)濟(jì)的選擇。SPCE061A的性能及特點(diǎn)特性參數(shù)SPCE061A工作電壓2.6V3.6V最大工作速率49.152MHzCPU16位nSPSRAM容量2K字ROM容量(字)32K閃存ROM并行I/O端口AIOA150并行I/O端口BIOB150音頻輸出方式DAC2中斷源1)TimerA/B、2)時基信號發(fā)生器3)外部中斷4)觸鍵喚醒喚醒源IOA70其它中斷源定時器/計(jì)數(shù)器雙16位加計(jì)數(shù)定時器/計(jì)數(shù)器，雙通道PWM輸出UART具備ADC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(ADC)串行SRAM接口具備(凌陽格式)晶振具備低電壓復(fù)位具備低電壓監(jiān)測具備內(nèi)置ICE接口具備上電復(fù)位具備麥克風(fēng)放大器和自動增益控制單通道中斷控制功能具備觸鍵喚醒功能具備表2-1第二章概要設(shè)計(jì)62.5語音壓縮凌陽的音頻格式有許多種，比較常用的有如下幾種模塊名稱語音壓縮編碼率類型資料采樣率SACM_A200016Kbit/s，20Kbit/s，24Kbit/s16KHzSACM_S480/S7204.8Kbit/s，7.2Kbit/s16KHzSACM_MS01音樂合成（16Kbits/s，20Kbits/s，24Kbits/s）16KHzSACM_DVR（A2000）16Kbit/s的資料率，8K的采樣率，用于ADC信道錄音功能16KHzSACM_S2402.4Kbit/s24KHz表2-2凌陽音頻壓縮及算法信號類型頻率范圍（Hz）采樣率（kHz）量化精度（位）電話話音200340088寬帶音頻（AM質(zhì)量）5070001616調(diào)頻廣播（FM質(zhì)量）2015k37.816高質(zhì)量音頻（CD質(zhì)量）2020k44.116表2-3編碼標(biāo)準(zhǔn)2.5.1壓縮分類壓縮分無損壓縮和有損壓縮。無損壓縮一般指：磁盤文件，壓縮比低：2:14:1.而有損壓縮則是指：音視頻文件，壓縮比可高達(dá)100:1。凌陽音頻壓縮算法根據(jù)不同的壓縮比分為以下幾種：SACM-A2000：壓縮比為8:，8:1.25，8:1.5SACM-S480：壓縮比為80:3，80:4.5SACM-S240：壓縮比為80:1.5按音質(zhì)排序：A2000S480S2402.5.2凌陽常用的音頻形式和壓縮算法（1）波形編碼：sub-band即SACM-A2000特點(diǎn)：高質(zhì)量、高碼率適于高保真語音音樂。（2）參數(shù)編碼：聲碼器（vocoder）模型表達(dá)，抽取參數(shù)與激勵信號進(jìn)行編碼。如：SACM-S240。特點(diǎn)：壓縮比大，