數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)的設(shè)計班級電信1202姓名吳建亮學(xué)號2012030902241、設(shè)計題目設(shè)計一個數(shù)字語音存儲與回放系統(tǒng)，其系統(tǒng)框圖如圖圖11所示。設(shè)計要求如下語音錄放時間60S；語音輸出功率05W，回放語音質(zhì)量良好；設(shè)置“錄音”、“放音”鍵，能顯示錄放時間；采用語音壓縮算法，在不增加存儲器容量的基礎(chǔ)上增加錄放時間。麥克風(fēng)語音輸入通道ADC喇叭語音輸出通道DAC微控置器存儲器圖11數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)框圖2、方案設(shè)計數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)的基本原理語音的存儲與回放系統(tǒng)將語音信號轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)放大、濾波處理后通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，然后將數(shù)字化的語音信號存放在大容量的存儲器中；回放時，從存儲器中取出數(shù)字化的語音信號，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化為模擬信號，經(jīng)濾波放大后驅(qū)動揚聲器發(fā)出聲音。如圖21所示為以C8051F360為核心的語音存儲與回放系統(tǒng)原理框圖。麥克風(fēng)前置放大器帶通濾波器C8051F360ADC0IDA0帶通濾波器功率放大器喇叭鍵盤和顯示外部存儲器圖21語音存儲回放系統(tǒng)原理框圖3、模擬子系統(tǒng)設(shè)計1語音輸入通道電路的設(shè)計在語音存儲與回放系統(tǒng)中，通過麥克風(fēng)將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號。麥克風(fēng)內(nèi)部含有一個電容元件和場效應(yīng)管構(gòu)成的內(nèi)部前置放大器。電容隨機械振動發(fā)生變化，從而產(chǎn)生與聲波成比例的變化電壓。麥克風(fēng)在使用時需要通過一個電阻R1連接到電源對其進行偏置。R1的阻值決定了麥克風(fēng)的輸出電阻和增益，通常在110K之間。麥克風(fēng)輸出的電信號比較微弱，信號增值在120MV之間。前置放大器就是對麥克風(fēng)輸出的語音信號進行放大一邊對其進一步處理。前置放大電路有兩種設(shè)計方案。一種方案是針對雙麥克風(fēng)設(shè)計的前置放大器，由一級差分放大器和一級增益可調(diào)反向放大器組成的設(shè)計方案。本次系統(tǒng)設(shè)計中，為了是器材簡單，使用了后一種。語音存儲與回放系統(tǒng)中，模擬量輸入通道和輸出通道均需要帶通濾波器。帶通濾波器的通帶范圍為300HZ3。4KHZ，主要實現(xiàn)的功能如下（1）保證300HZ3。4KHZ的語音信號不失真的通過濾波器。（2）濾除帶通外的低頻信號，減少工頻等分量的干擾，減小噪聲影響。（3）濾除帶通外的告辭諧波信號，減少因8KHZ采樣率引起的混疊失真，根據(jù)實際情況，該上限頻率在27KHZ左右。根據(jù)上述條件設(shè)計的語音輸入通道如圖31所示。圖31語音輸入通道2語音輸出通道設(shè)計當語音回放是，語音信號從C8051F360單片機的IDA0輸出。IDA0輸出的語音心哈既包含了直流分量，也包含了由于最小分辨電壓產(chǎn)生的高頻噪聲。因此在語言輸出通道應(yīng)設(shè)置帶通濾波電路。為了能提供05W的功率輸出，語音信號還要經(jīng)過功放電路進行功率放大。為了簡化電路設(shè)計，語音輸出通道選用了濾波和功放二合一的設(shè)計方案，其原理圖如圖32所示。圖32語音輸出通道電路原理圖四、大容量存儲接口設(shè)計M25P16與C8051F360單片機的接口如圖41所示。通過交叉開關(guān)將4線制SPI總線配置到P31、P32、P33、P34引腳上，分別與M25P16的時鐘輸入端C、數(shù)據(jù)輸出端Q、數(shù)據(jù)輸入端D和片選信號相連。圖41中的為寫保護SW引腳，用于防止芯片內(nèi)某些區(qū)域的數(shù)據(jù)被擦除或修改，當接高電平時，寫保護功能無效。M25P16的引腳為保持信號，低電平時用于暫停芯片的串HOL行通信。SCKP31MISOP32MOSIP33NSSP34CQDVCCSHOLDVSSWC8051F360M25P165V圖41C8051單片機和M25P16的接口五、系統(tǒng)軟件設(shè)計語音存儲回放系統(tǒng)軟件的基本功能是通過按鍵控制系統(tǒng)實現(xiàn)錄音和放音。錄音時，采集語音信號并將采集的數(shù)據(jù)存入M25P16中，放音時，從M25P16中讀取數(shù)據(jù)送入DAC，系統(tǒng)分為以下幾個框架（1）人機接口的功能設(shè)計；（2）鍵盤處理程序設(shè)計；（3）M25P16的讀寫方案設(shè)計；（4）A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的控制；（5）擦除、錄音和放音及時；（6）C8051F360單片機內(nèi)部資源的使用；在語音存儲與回放系統(tǒng)中，需要使用C8051F360單片機的ADC0、IDA0、SP10、定時器T0、定時器T1、定時器T2等資源，因此，在主程序的初始化程序中，需要對這些內(nèi)部資源初始化。根據(jù)上述分析。語音存儲回放系統(tǒng)的軟件由主程序、鍵盤中斷服務(wù)程序、ADC0中斷服務(wù)程序、定時器T1中斷服務(wù)程序、定時器T2中斷服務(wù)程序組成。主程序流程圖51所示。在主程序中完成初始化然后循環(huán)檢測有無按鍵輸入，并根據(jù)鍵值做相應(yīng)的處理。中斷程序如圖52、圖53和圖54所示。詳細的程序請見附件。C8051F360和M25P16初始化開始禁止ADC0,禁止T1、T2中斷顯示初始界面鍵有效標志1清鍵有效標志顯示“正在錄音”允許ADC0,禁止T1中斷M25P16地址初始化秒寄存器清零允許定時器T2中斷顯示“正在擦除”秒寄存器清零允許定時器T2中斷調(diào)用M25P16擦除子程序禁止ADC0,禁止中T1、T2斷顯示初始界面顯示“正在放音”禁止ADC0，允許T1中斷M25P16地址初始化秒寄存器清零允許定時器T2中斷根據(jù)鍵值散轉(zhuǎn)“擦除”鍵”放音“鍵“錄音”鍵NY圖51主程序流程圖中斷入口中斷返回清T2中斷標志軟件計數(shù)器加1秒寄存器加11S時間到顯示時間軟件計數(shù)器清零NY圖52T2中斷服務(wù)程序中斷入口中斷返回清中斷標志將A/D轉(zhuǎn)換值寫入M25P16M25P16地址加1顯示”錄音結(jié)束“地址200000HNY禁止ADC0,禁止T2中斷圖53ADC0中斷服務(wù)程序中斷入口中斷返回從M26P16讀1字節(jié)數(shù)據(jù)到IDA0HM25P16地址加1顯示”放音結(jié)束“地址200000HY禁止T1、T2中斷N圖54T1中斷服務(wù)程序4、系統(tǒng)調(diào)試1單片機部分的調(diào)試單片機部分的調(diào)試主要是對系統(tǒng)部分進行調(diào)試，將EC5仿真器將單片機最小系統(tǒng)與PC機相連，采用C8051F單片機的集成開發(fā)環(huán)境KEILC51進行調(diào)試，主要步驟如下（1）調(diào)試鍵盤顯示程序；（2）測試單片機對M25P16讀寫是否正常；（3）測試C8051F360單片機的A/D和D/A轉(zhuǎn)換器；2模擬部分的調(diào)試（1）麥克風(fēng)和前置放大器的調(diào)試；（2）帶通濾波器的調(diào)試；（3）音頻功放電路的調(diào)試；3聯(lián)機調(diào)試將語音輸入通道的輸出與單片機P20相連，單片機IDA0的輸出與語言輸出通道相連，將音頻功放電路與05W，8喇叭相連。5、實驗總結(jié)本次實驗較為系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試了基于80C51F360的數(shù)字語音存儲回放系統(tǒng)，了解和掌握了外部RAM和單片機的SPI通信方法，更深一步了解了定時器和ADC0中斷。通過整個系統(tǒng)的設(shè)計，發(fā)現(xiàn)，容易出錯的地方往往不是程序代碼語法或者輸入錯誤，而是系統(tǒng)邏輯問題，因此在以后的系統(tǒng)設(shè)計中，要重視邏輯的建立，在做系統(tǒng)之前，首先要畫出沒有挑剔的程序流程圖，因為這是系統(tǒng)的思想路徑，只有有了明確正確的路徑，才能踏踏實實的編寫程序，同時也會發(fā)現(xiàn)，以前恐懼的幾百行代碼已經(jīng)變得多么易于理解了。附件/INCLUDEDEFINEUCHARUNSIGNEDCHARDEFINEUINTUNSIGNEDINTDEFINEULONGUNSIGNEDLONGTYPEDEFUNIONADDRESSULONGADDRLONGUCHARADDRBYTE4ADDRESSDEFINECS10X4000/外部擴展片選地址1DEFINECS20X8000/外部擴展片選地址2DEFINELEDENCS0XC004/LCD模塊背光控制片選信號DEFINEWCOMADDR0XC008/寫命令寄存器的地址DEFINEWDATADDR0XC009/寫數(shù)據(jù)寄存器的地址DEFINERCOMADDR0XC00A/讀命令寄存器的地址DEFINERDATADDR0XC00B/讀數(shù)據(jù)寄存器的地址DEFINEKEYCS0XC00C/讀鍵盤的地址UINTCOUNT/軟件計數(shù)器UINTTEMPUCHARBBB/存放鍵值UCHARKEYCODE/LCD模塊背光控制字，最低位為0時關(guān)LED背光，最低位為1時開啟LED背光，UCHARLEDCON0X00BITKEYSIGN0ULONGADDR0X00VOIDOSCINITVOID/振蕩器初始化VOIDPORTIOINITVOID/端口初始化VOIDXRAMINITVOID/VOIDSMBINITVOID/I2C總線初始化VOIDUARTINITVOID/異步串口通信接口初始化VOIDDACINITVOID/D/A轉(zhuǎn)化器初始化VOIDADCINITVOID/A/D初始化VOIDINT0INITVOID/外部中斷初始化VOIDTIMERINITVOID/定時器初始化VOIDPCAINITVOID/PCA初始化VOIDINTERRUPTSINITVOID/中斷系統(tǒng)初始化VOIDINITDEVICEVOIDVOIDSPIINITVOID/SPI初始化VOIDLEDEN/開背光VOIDCHECKLCD/檢查LCD是否空閑子程序VOIDWRITECOMUCHARN/LCD寫指令子程序VOIDWRITEDATAUCHARM/LCD寫數(shù)據(jù)子程序VOIDINSITILCD/LCDVOIDDISPHANUCHARA,UCHARM,UCHARK/LCD初始化子程序VOIDFLASH_INIT/存儲器初始化VOIDERASE_ALL/存儲器擦輸VOIDWR_FLASHULONGADDR,UCHARDATA_BYTE/寫一字節(jié)UCHARREAD_FLASHULONGADDR/讀一字節(jié)/主函數(shù)/VOIDMAININITDEVICEFLASH_INITINSITILCDLEDENDISPHAN“擦去“,0X80,0X04DISPHAN“K1“,0X90,0X02DISPHAN“錄音“,0X83,0X04DISPHAN“K2“,0X93,0X02DISPHAN“放音“,0X86,0X04DISPHAN“K3“,0X96,0X02WHILE1IFKEYSIGN1KEYSIGN0SWITCHKEYCODECASE0X01COUNT0TEMP0INSITILCDLEDENDISPHAN“擦寫中“,0X92,0X06TR21ERASE_ALLTR20INSITILCDLEDENDISPHAN“擦除“,0X80,0X04DISPHAN“K1“,0X90,0X02DISPHAN“錄音“,0X83,0X04DISPHAN“K2“,0X93,0X02DISPHAN“放音“,0X86,0X04DISPHAN“K3“,0X96,0X02BREAKCASE0X02COUNT0TEMP0ADDR0X000000TR01TR21INSITILCDLEDENDISPHAN“錄音中“,0X92,0X06BREAKCASE0X03COUNT0TEMP0ADDR0X000000TR21TR11IDA0CN0XF2INSITILCDLEDENDISPHAN“放音中“,0X92,0X06BREAK/鍵盤中斷讀取程序/VOIDREADKEYINTERRUPT0UCHARXDATAADDRADDRKEYCSKEYCODEADDRKEYCODEKEYSIGN1/定時器1中斷函數(shù)/VOIDTIMER1INTERRUPT3UCHARAIFADDR0X0FFFFFAREAD_FLASHADDRIDA0L0X00IDA0HAADDRELSETR10TR20IDA0CN0X72INSITILCDLEDENDISPHAN“擦除“,0X80,0X04DISPHAN“K1“,0X90,0X02DISPHAN“錄音“,0X83,0X04DISPHAN“K2“,0X93,0X02DISPHAN“放音“,0X86,0X04DISPHAN“K3“,0X96,0X02RETURN/定時器2中斷函數(shù)/VOIDTIMER2INTERRUPT5/TF2H0TEMPIFTEMP100UCHARB“000S“INTATEMP0COUNTACOUNTB2A100AA/10B1A100AA/10B0A100DISPHANB,0X98,0X04RETURNVOIDADCINTERRUPT10/ADC0中斷函數(shù)UCHARAIFADDR0X0FFFFFAD0INT0AADC0HWR_FLASHADDR,AADDRELSETR00TR20AD0INT0INSITILCDLEDENDISPHAN“擦除“,0X80,0X04DISPHAN“K1“,0X90,0X02DISPHAN“錄音“,0X83,0X04DISPHAN“K2“,0X93,0X02DISPHAN“放音“,0X86,0X04DISPHAN“K3“,0X98,0X02RETURNVOIDOSCINITVOID/內(nèi)部振蕩器初始化SFRPAGE0X0F/選擇特殊功能寄存器頁地址OSCICLOSCICL4OSCICN0XC2/允許內(nèi)部振蕩器,頻率除2作為SYSCLK12MHZCLKSEL0X00/選擇內(nèi)部振蕩器SFRPAGE0X00VOIDPORTIOINITVOID/I/O初始化SFRPAGE0X0FP0MDIN0XE7/P03、P04模擬量輸入P0MDOUT0X83/P00、P01、P07推拉式輸出P0SKIP0XF9/P01、P02不被交叉開關(guān)跳過P1MDIN0XFF/P1設(shè)置為數(shù)字量輸入P1MDOUT0XFF/P1設(shè)置為推拉式輸出P1SKIP0XFF/P1被交叉開關(guān)跳過P2MDIN0XFE/P20模擬P2MDOUT0XFF/P2P2SKIP0XFFP3MDIN0XFF/P3設(shè)置為數(shù)字量輸入P3MDOUT0XFF/P3設(shè)置為推拉式輸出P3SKIP0X00P4MDOUT0XFF/P4設(shè)為推拉式輸出XBR00X03/SPI接到端口XBR10XC0/禁止弱上拉，交叉開關(guān)允許SFRPAGE0X00RETURNVOIDSPIINITVOIDSPI0CFG0X40SPI0CN0X09SPI0CKR0X00VOIDXRAMINITVOID/外部數(shù)據(jù)儲存器初始化SFRPAGE0X0FEMI0CF0X07/引腳復(fù)用方式SFRPAGE0X00RETURNVOIDSMBINITVOID/I2C總線初始化SMB0CF0XC1/定時器T1溢出作為時鐘RETURNVOIDUARTINITVOID/異步串口通信接口初始化SCON00X00/10位UARTRETURNVOIDDACINITVOID/D/A轉(zhuǎn)化器初始化IDA0CN0XF2/IDA0使能,寫IDA0H觸發(fā)DAC輸出更新,2MA滿度輸出RETURNVOIDADCINITVOID/A/D初始化REF0CN0X08/選擇VDD作為電壓基準AMX0P0X08/正端接P0AMX0N0X1F/負端接地ADC0CF0X2C/左對齊,轉(zhuǎn)換時鐘2MHZADC0CN0X81RETURNVOIDINT0INITVOID/外部中斷初始化IT01CF0X05/選擇P05為INT0IT01/INT0下降沿觸發(fā)RETURNVOIDTIMERINITVOID/定時器初始化TMOD0X22/T0T1方式28位自動重裝CKCON0X00/系統(tǒng)時鐘12分頻TL00X83/0125MSTH00X83TL10X83/0125MSTH10X83TMR2CN0X00/16位自動重裝,系統(tǒng)時鐘12分頻TMR2RLL0XF0/10MSTMR2RLH0XD8TR00/定時器0,1,2禁止TR10TR20RETURNVOIDPCAINITVOID/PCA初始化PCA0CN0X40/允許PCA計數(shù)器/定時器PCA0MD0X00/禁止看門狗定時器RETURNVOIDINTERRUPTSINITVOID/中斷系統(tǒng)初始化IE00/清INT0中斷標志EX01PX00ET00ET11ET21EIE10X08/允許ADC中斷/ES01EA1RETURNVOIDINITDEVICEVOIDOSCINITPORTIOINITXRAMINIT/SMBINIT/UARTINITDACINITINT0INITTIMERINITPCAINITSPIINITADCINIT/FLASH_INITINTERRUPTSINITRETURN/FUNCTION檢查LCD是否空閑子程序/VOIDCHECKLCDUCHARTEMP0X00UCHARXDATAADDRWHILE1ADDRRCOMADDRTEMPADDRTEMPIFTEMP0X00BREAK/FUNCTIONLCD寫指令子程序/VOIDWRITECOMUCHARNUCHARXDATAADDRCHECKLCDADDRWCOMADDRADDRN/FUNCTIONLCD寫數(shù)據(jù)子程序/VOIDWRITEDATAUCHARMUCHARXDATAADDRCHECKLCDADDRWDATADDRADDRM/FUNCTIONLCD初始化子程序/VOIDINSITILCDWRITECOM0X30/設(shè)為基本指令集WRITECOM0X01/清屏WRITECOM0X0C/開整體顯示/漢字顯示子程序函數(shù)功能在指定位置顯示指定長度的字符串入口參數(shù)A是字符串M表示顯示的起始地址，K表示字符串長度/VOIDDISPHANUCHARA,UCHARM,UCHARKUCHARDAT,I,J,LENGTHLENGTHK/2WRITECOMMFORI0ILENGTHIJ2IDATAJ/WRITEDATADATDATAJ1/WRITEDATADAT/LCD背光使能/VOIDLEDENUCHARXDATAADDRADDRLEDENCSADDR0X01RETURN/M25P16初始化/VOIDFLASH_INITUCHARMEN_STATUS0X01NSSMD00SPI0DAT0X06WHILESPIF1SPIF0NSSMD01NSSMD00SPI0DAT0X01WHILESPIF1SPIF0SPI0DAT0X00WHILESPIF1SPIF0NSSMD01NSSMD00SPI0DAT0X05WHILESPIF1SPIF0WHILEMEN_STATUS0X01SPI0DAT0XFFWHILESPIF1SPIF0MEN_STATUSSPI0DATNSSMD01/M25P16整片擦除/VOIDERASE_A