1、 . . . 目 錄1 引言11.1 課題背景 11.2 課程設計目的11.3課程設計意義21.4 系統(tǒng)功能說明22 系統(tǒng)模塊設計32.1系統(tǒng)工作原理32.2系統(tǒng)模塊設計33 系統(tǒng)模塊介紹43.1 ARM控制模塊43.2語音芯片ISD400464 系統(tǒng)調(diào)試94.1硬件調(diào)試94.2 軟件調(diào)試94.3 系統(tǒng)設計流程 115 試驗結(jié)果 13結(jié)束語14致 15參考文獻16附錄1721 / 221 引言1.1 課題背景開發(fā)在生活和生產(chǎn)的各個領域中，凡是有自動控制要求的地方都會有單片機的身影出現(xiàn)；然而隨著時代的進步與發(fā)展，如今普通的8位單片機已經(jīng)無法滿足需求，因為其資源有限，而且系統(tǒng)時鐘速度慢，導致許多問

2、題無法與時解決，加之部的儲存容量很小使得在編寫程序時不得不考“精簡”?，F(xiàn)在ARM的應用已經(jīng)越來越普與，因為它的高性能使之得到很多人的青睞，因此選用ARM來作為控制器。ARM的應用有利于產(chǎn)品的微型化、多功能化和智能化，有助于提高勞動效率，減輕勞動強度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動環(huán)境，減少能源和材料消耗，保證安全等。但是，對于ARM的應用的意義絕不僅限于它的廣闊圍以與所帶來的經(jīng)濟效益上，更重要的意義還在于ARM的應用正從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設計思想和設計方法。從前必須有模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能使用ARM通過軟件（編程序）方法實現(xiàn)了。這種以軟件取代硬件并提高系統(tǒng)性能的控制系統(tǒng)“

3、軟化”技術(shù)，稱之為微控制技術(shù)。微控制技術(shù)是一種全新的概念，是對傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。隨著ARM應用的推廣普與，微控制技術(shù)必將不斷發(fā)展、日益完善和更加充實。高檔的ARM芯片還能建立操作系統(tǒng)平臺，使之更加強大。具有很強的實時性和完美的人機界面，同時其軟硬件可以根據(jù)需要進行裁剪，具有很強的靈活性。1.2 課程設計目的傳統(tǒng)的語音錄放需要經(jīng)過如下過程：語音信號經(jīng)過設備接受后轉(zhuǎn)化為模擬電信號，通過前置放大器把語音信號放大，通過帶通濾波之后，去掉多余的干擾，再經(jīng)過自動增益控制和A 壓縮電路凈化輸入的模擬電信號，而后經(jīng)AI)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，由控制器對其進行處理和存儲，之后再由DA轉(zhuǎn)換為模擬信號，達到放

4、音的目的。本文采用了ISD公司的新產(chǎn)品ISD4004語音芯片，該芯片自帶A1)轉(zhuǎn)換和壓縮功能，直接把聲音信號存儲在芯片的閃存寄存器中，無需電源即可保存數(shù)據(jù)長達100年，重復記錄100000次以上，80kHz采樣錄音可達8分鐘。通過AT89C51對其控制，達到系統(tǒng)的設計目的。在語音芯片的前端加一個前置放大電路，用于聲音信號的輸入，在輸出端加一個LM386的功率放大器增強聲音輸出信號。1.3 課程設計意義本課題開發(fā)意義在于它能用于實時監(jiān)聽、信息提示，會議記錄，站名廣播等，能夠省去聽眾現(xiàn)場記錄，節(jié)約筆墨紙，可使聽眾專心聽講，可按設定時間功能自動播放提示預警信息。對于消費者，也有較大的吸引力。1.4

5、系統(tǒng)功能說明（1）本電路采用S3C44B0X 這款ARM7芯片作為控制器。 （2）ISD4004語音芯片自帶存儲空間，能錄放8 -16分鐘。 （3）當按下按鍵1時進行錄音操作，當按下按鍵2時進行放音操作，按下按鍵3時進行取消當前操作。（4）該語音電路產(chǎn)品，具有音色自然、使用方便、單片存儲、反復錄放、擴展容易、功耗低微、不怕斷電等許多特點，通過擴展外部設備，基于ISD4004的語音產(chǎn)品在通信導航設計、智能儀器儀表、治安報警系統(tǒng)、自動售貨機、電子地圖、電子導游機、車載信息終端語音播報、公共汽車語音報站器、電磁報層背景音樂播放系統(tǒng)、語音講解儀、自動應答系統(tǒng)、便攜式語音記錄裝置、電子詞典、語言復讀機、

6、語言音樂教學儀、智能玩具、高檔電子禮品等許多領域，都有著極其廣泛的應用。2系統(tǒng)模塊設計本系統(tǒng)設計分為系統(tǒng)模塊設計、方案選擇與論證、系統(tǒng)組成原理。各個模塊分別實現(xiàn)了系統(tǒng)的軟硬件的搭配。下面分別介紹各個設計與原理論證。2.1系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)上電后，按下相應的按鍵后能實現(xiàn)錄音、播放、停止等功能，而且掉電后能保存語音信息不丟失，能夠非常真實、自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)和效果聲，而且操作簡易。2.2系統(tǒng)模塊設計本系統(tǒng)的設計主要由以下幾個模塊構(gòu)成：ARM控制電路，語音芯片，錄音電路，語音輸出與控制等五個模塊。見圖2.1所示ARM控制模塊錄音與控制電路語音芯片播放與控制電路鍵盤控制電路圖2.1系統(tǒng)模塊圖3系

7、統(tǒng)模塊介紹3.1 ARM控制模塊Samsung 公司推出的16/32 位RISC 處理器S3C44B0X 為手持設備和一般類型應用提供了高性價比和高性能的微控制器解決方案。為了降低成本，S3C44B0X 提供了豐富的置部件，包括：8KB cache，部SRAM，LCD 控制器，帶自動握手的2 通道UART，4 通道DMA，系統(tǒng)管理器（片選邏輯，F(xiàn)P/EDO/SDRAM 控制器），代用PWM 功能的5 通道定制器，I/O端口，RTC，8 通道10 位ADC，IIC-BUS 接口，IIS-BUS 接口，同步SIO 接口和PLL 倍頻器。S3C44B0X 采用了ARM7TDMI 核，0.25um 工

8、藝的CMOS 標準宏單元和存儲編譯器。它的低功耗精簡和出色的全靜態(tài)設計特別適用于對成本和功耗敏感的應用。同樣S3C44B0X還采用了一種新的總線結(jié)構(gòu)，即SAMBAII（三星ARM CPU 嵌入式微處理器總線結(jié)構(gòu)）。S3C44B0X的杰出特性是它的CPU核，是由ARM公司設計的16/32 位ARM7TDMI RISC處理器（66MHZ）。ARM7TDMI 體系結(jié)構(gòu)的特點是它集成了Thumb 代碼壓縮器，片上的ICE斷點調(diào)試支持，和一個32 位的硬件乘法器。S3C44B0X 通過提供全面的、通用的片上外設，大大減少了系統(tǒng)電路中除處理器以外的元器件配置，從而最小化系統(tǒng)的成本。2.5V ARM7TDM

9、I 核，帶有8K高速緩存器（SAMBA II總線體系結(jié)構(gòu)，主頻高至66MHz）。該控制器有如下特點：l 外部存儲器控制器（FP/EDO/SDRAM控制，片選邏輯）；l LCD控制器(最大支持256色STN，LCD具有專用DMA)；l 2通道通用DMA、2通道外設DMA并具有外部請求引腳；l 2通道UART 帶有握手協(xié)議(支持IrDA1.0, 具有16-byte FIFO)/1通道SIO；l 1通道多主IIC-BUS控制器；l 1通道IIS-BUS控制器；l 5個PWM定時器和1通道部定時器；l 看門狗定時器；l 71個通用I/O口/8通道外部中斷源；l 功耗控制：具有普通，慢速，空閑和停止模式

10、；l 通道10位ADC；l 具有日歷功能的RTC；l 具有PLL的片上時鐘發(fā)生器。S3C44B0X最小系統(tǒng)電路框圖如下圖3.1所示。ARM控制器復位電路輸入輸出設備振蕩電路路路電源圖3.1 S3C44B0X最小系統(tǒng)電路框圖電源部分如下圖3.2所示。圖3.2 電源電路圖振蕩電路部分如下圖3.3所示。圖3.3振蕩電路復位電路如下圖3.4所示。圖3.4 復位電路圖3.2語音芯片ISD4004ISD4004系列語音芯片工作電壓為3V,單片錄放時間8至16分鐘,音質(zhì)好,適用于移動與其他便攜式電子產(chǎn)品中。芯片采用CMOS 技術(shù),含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動靜噪與高密度多電平閃爍存貯

11、列。芯片設計是基于所有操作必須由微控制器控制,操作命令可通過串行通信接口（SPI Microwire)送入。芯片采用多電平直接模擬量存儲技術(shù), 每個采樣值直接存貯在片閃爍存貯器中,因此能夠非常真實、自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)和效果聲,避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和金屬聲。采樣頻率可為4.0,5.3,6.4,8.0kHz,頻率越低,而音質(zhì)則有所下降,片信息存于閃爍存貯器中,可在斷電情況下保存100 年(典型值),反復錄音10 萬次。ISD4004語音芯片采用CMOS技術(shù)，含晶體振蕩器、防混疊濾波器、平滑濾波器、自動靜噪、音頻功率放大器與高密度多電平閃爍存儲陣列等如圖1所示。因

12、此只需很少的外圍器件就可構(gòu)成一個完整的聲音錄放系統(tǒng)。芯片設計是基于所有操作由微控制器控制，操作命令通過串行通信接口(sP1或Micmwire)送入。采樣頻率可為4.0Hz、5.3Hz、6.4Hz、8.0kHz，頻率越低,錄放時間越長,而音質(zhì)則有所下降。器件工作電壓3V，工作電流25-30mA，維持電流1 ，單片錄放語音時間816min，音質(zhì)好，適用于移動機與其它便攜式電子產(chǎn)品中。l 置微控制器串行通信接口l 3V 單電源工作l 多段信息處理l 工作電流25-30mA,維持電流1Al 不耗電信息保存100 年(典型值)l 高質(zhì)量、自然的語音還原技術(shù)l 10 萬次錄音周期(典型值)l 片免調(diào)整時鐘

13、,可選用外部時鐘l 語音芯片ISD4004語音芯片圖ISD4004如下圖3.5所示。圖3.5 ISD4004芯片圖鍵盤控制模塊如下圖3.6所示。圖3.6 鍵盤控制電路錄音&播放電路如下圖3.7所示。圖3.7 錄音與播放電路4系統(tǒng)調(diào)試4.1硬件調(diào)試 焊接好所有電路后，先進行硬件電路的調(diào)試。下載程序到RAM功能，要使用外接的RAM，需要參照ARM的寄存器說明，設置RAM的基地址，總線寬度，訪問速度等等。有的SOC則還需要Remap，才能正常工作。運行Firmware時，這些設置由Firmware的初始化程序完成。但如果使用JTAG接口，相關(guān)的寄存器可能還處在上電值，甚至時錯誤值，RAM不能正常工作

14、，所以下載必然要失敗。要正常使用，先要想辦法設置RAM。在ADW中，可以在Console窗口通過Let 命令設置，在AXD中可以在Console窗口通過Set命令設置。下面是一個設置S3C44B0X的命令序列，關(guān)閉中斷，設置CS0-CS3, 并進行Remap，適用于AXD(ADS帶的Debug)setmem 0xfffff124,0xFFFFFFFF,32 關(guān)閉所有中斷setmem 0xffe00000,0x0100253d,32 設置CS0setmem 0xffe00004,0x02002021,32 設置CS1setmem 0xffe00008,0x0300253d,32 設置CS2set

15、mem 0xffe0000C,0x0400253d,32 設置CS3setmem 0xffe00020,1,32 Remap如果要在ADW（SDT帶的DEBUG）中使用，則要改為：let 0xfffff124=0xFFFFFFFF 關(guān)閉所有中斷l(xiāng)et 0xffe00000=0x0100253d 設置CS0let 0xffe00004=0x02002021 設置CS1let 0xffe00008=0x0300253d 設置CS2let 0xffe0000C=0x0400253d 設置CS3let 0xffe00020=1 Remap為了方便使用，可以將上述命令保存為一個文件config.ini,

16、 在Console窗口輸入 ob config.ini 即可執(zhí)行。4.2軟件調(diào)試（1）系統(tǒng)調(diào)試工具ADS1.2ARM ADS全稱為ARM Developer Suite。是ARM公司推出的新一代ARM集成開發(fā)工具?，F(xiàn)在ADS的最新版本是1.2，它取代了早期的ADS1.1和ADS1.0。它除了可以安裝在Windows NT4，Windows 2000，Windows 98和Windows 95操作系統(tǒng)下，還支持Windows XP和Windows Me操作系統(tǒng)。ADS由命令行開發(fā)工具，ARM時實庫，GUI開發(fā)環(huán)境(Code Warrior和AXD)，實用程序和支持軟件組成。有了這些部件，用戶就可

17、以為ARM系列的RISC處理器編寫和調(diào)試自己的開發(fā)應用程序.在 ADS 集成開發(fā)環(huán)境中，點File-New，在顯示窗口中選擇ARM Excuteable Image，填寫所建工程的名字，然后再添加所選擇的文件進行編譯，在編譯前點擊，點Edit 菜單，選擇“DebugRelSetting”，將RO地址設置為0x0c008000,輸出文件設為二進制文件。（2）下載程序下載程序可以使用串口、網(wǎng)線、JTAG線等幾種方式，但是其中由于串口傳送速度比較慢而且操作起來比較復雜，推薦使用網(wǎng)線來下載程序?，F(xiàn)在簡單介紹這幾種下載程序的具體方法。下面先介紹使用串口下載程序：在超級終端下，輸入：loadb 0x0c0

18、08000,按下回車，0x0c0000000x0c6fffff：用戶裝載和使用區(qū)；0x0c7000000X0c7fffff： ARMBOOT 的只讀區(qū)，引導完后可以用。點發(fā)送文件，選擇 kermit 方式發(fā)送要調(diào)試的BIN 文件，界面如下圖4.1所示。圖 4.1 串口下載程序圖發(fā)送完后會顯示起始地址，再運行 go 0x0c008000 （起始地址）就可以了。下面再介紹用網(wǎng)線來下載程序。先運行TFTPD32 文件出現(xiàn)如下圖4.2所示。圖 4.2 網(wǎng)線下載程序圖選擇好要下載的文件所在的目錄。注意IP 地址要和 ARM 板上的一樣，可以改PC 的，可以改板子的，也可以改ARMBOOT 的，怎樣改，在

19、參數(shù)設置里會說的。文件名稱也在參數(shù)設置里設置。配置好后把它縮進任務欄（不可關(guān)閉！）。運行 TFTP 0x0c008000 （不輸入地址就取默認地址 0X0C008000）裝載成功后輸入 GO 0X0C008000 就可以運行。4.3系統(tǒng)設計流程 當硬件調(diào)試和軟件調(diào)試都通過后就可以進行統(tǒng)調(diào)了，將程序下載到ARM片子后，按下相應的按鍵，檢查是否能實現(xiàn)相應的功能，并對程序進行進一步的修改和完善使其更有效。程序包括主程序和中斷子程序兩部分。S3C44B0X提供了按鍵操作和ISD4004所需接的IO口。它接收擊鍵功作，并將相應指令傳給ISD4004，同時監(jiān)控ISD4004的中斷輸出。 基于上述硬件原理圖

20、和相關(guān)分析，軟件部分的主要任務是完成對按鍵進行相應的功能設置，語音服務的軟件實現(xiàn)以與適時的語音錄放。軟件流程如下圖4.3 所示。 圖 4.3 軟件流程圖5試驗結(jié)果由于按鍵是采用中斷方式來進行判斷的，因此程序處理過程會復雜些，但是效果卻比查詢方式要好。在調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)由于去抖動處理不太好，會出現(xiàn)按一次建卻出現(xiàn)多次觸發(fā)，后來經(jīng)過處理后，基本上不會出現(xiàn)類似情況。 經(jīng)過多次修改程序后，現(xiàn)在基本上能實現(xiàn)語音功能，按下按鍵后能實現(xiàn)相應的功能。但是需要改成的地方是語音播放處理，使其變得更加清晰，使其功能更加完善能提示錄放的時間與日期，能定點播放。 該語音電路產(chǎn)品，具有音色自然、使用方便、單片存儲、反復錄放

21、、擴展容易、功耗低微、不怕斷電等許多特點，通過擴展外部設備，基于ISD4004的語音產(chǎn)品在通信導航設計、智能儀器儀表、治安報警系統(tǒng)、自動售貨機、電子地圖、電子導游機、車載信息終端語音播報、公共汽車語音報站器、電磁報層背景音樂播放系統(tǒng)、語音講解儀、自動應答系統(tǒng)、便攜式語音記錄裝置、電子詞典、語言復讀機、語言音樂教學儀、智能玩具、高檔電子禮品等許多領域，都有著極其廣泛的應用。結(jié)束語 本文通過對ISD4004語音芯片在語音報站器中的一個實際應用的簡單介紹，使讀者熟悉了1SD4004的基本應用。同時本文介紹的報站器電路已經(jīng)經(jīng)過上機實驗調(diào)試，能夠可靠穩(wěn)定工作。通過實驗驗證該語音錄放系統(tǒng)錄音和放音效果良好

22、，單片機控制相當準確。結(jié)合了微處理器控制技術(shù)，實現(xiàn)對語音信息的錄入和播放的準確控制，克服了原手工錄音的種種弊端，極提高錄音的質(zhì)量和效率。在應用方面，將該系統(tǒng)作為一個模塊可與其他功能電路集成，實現(xiàn)各種功能復雜的語音系統(tǒng)，如電腦語音鐘、手機話費查詢系統(tǒng)、排隊機、監(jiān)控系統(tǒng)語音報警與公共汽車報站器等，具有一定的實用價值。致我要感所有曾經(jīng)在學習上和生活中給予過我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W們。尤其要感我的指導老師鄧斌老師，在本次課程設計中，我從鄧斌老師身上學到了很多東西。他認真負責的工作態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神和深厚的理論水平都使我收益匪淺。無論在理論上還是在實踐中，他都給與我很大的幫助，使我學到以前在書本上所學不到的

23、知識，這對于我以后的工作和學習都有一種巨大的幫助。學校在這方面也給我們提供了很大的支持和幫助，學校以與學院領導也比較重視，定期關(guān)心設計進展，為設計提供較大的方便，同時為每個設計小組配有專門的指導老師，幫助我們能順利完成整個設計。對于學校和老師為我的課程設計所提供的極大幫助和關(guān)心，在此我表示衷心的感！參考文獻1杜春雷，ARM體系結(jié)構(gòu)與編程M，清華大學，2003年，6月2R.Rajsuman，SOC設計與測試M，航空航天大學，2003年，7月3詹榮開，GCC中文手冊M，電力，2001年，3月4何立民，嵌入式系統(tǒng)的定義與發(fā)展歷史M，機械，2005年，6月5高洪亮、國忠、杰，基于ISD4004的電梯語

24、音系統(tǒng)設計J，電子技術(shù)2005，9月6常年:ISD4004語音芯片的工作原理與智能控制系統(tǒng)中的應用J.電子元件與材料，2001，6月附錄：基于ARM的語音錄放系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)源程序代碼系統(tǒng)的軟件和硬件是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的兩大組成部分。這兩部分缺一不可。軟件程序使單片機能夠很好地控制各個模塊中的器件。下面介紹系統(tǒng)中各個模塊的程序設計。 該程序?qū)崿F(xiàn)了語音錄放的功能，按下按鍵一時執(zhí)行停止操作，按下按鍵二時執(zhí)行錄音操作，按下按鍵三時執(zhí)行播放操作，并且通過串口顯示當前操作信息并提供調(diào)試信息 。主程序：#include .incuTypes.h#include .inc44b0x.h#include .inc

25、console.h#include .incsysUtils.hvoid IoConfig (void);void KeyLedTest (void);void play (void);void rec (void);void stop (void);void Delay (unsigned int a);U32 addr;U32 pIrqStart = 0;U32 pIrqFinish = 0; U32 pIrqHandler = 0;U32 g_pTopOfROM = 0;U32 g_pBaseOfROM = 0;U32 g_pBaseOfBSS = 0;U32 g_pBaseOfZero

26、 = 0;U32 g_pEndOfBSS = 0;extern U32 GetBaseOfROM (void);extern U32 GetEndOfROM (void);extern U32 GetBaseOfBSS (void);extern U32 GetBaseOfZero (void);extern U32 GetEndOfBSS (void);int main(void)addr =0x05; sysUtilsSetPllValue (24, 6, 1); IoConfig ();console_init (115200);printf (nnITSN - 44B0 board T

27、est programe version 1.0.nn);sysUtilsLightLed (LED_ALL, FALSE); g_pTopOfROM = GetEndOfROM (); g_pBaseOfROM = GetBaseOfROM (); g_pBaseOfBSS = GetBaseOfBSS (); g_pBaseOfZero = GetBaseOfZero (); g_pEndOfBSS = GetEndOfBSS ();KeyLedTest ();return 0;void IoConfig (void)rPCONA = 0x1ff;rPDATB = 0x04f;rPCONB

28、 = 0x3cf; rPDATC = 0x0000;/All IO is lowrPCONC = 0x5f555555;rPUPC = 0x3000;/PULL UP RESISTOR should be enabled to I/OrPDATD= 0x55;rPCOND= 0xaaaa;rPUPD = 0x00;rPDATE= 0x1cf;/Beep = 10rPCONE= 0x596b;rPUPE= 0x26;rPDATF = 0x0;rPCONF = 0x24900a; rPUPF = 0x1d3;rPDATG = 0xff;rPCONG = 0x0000;rPUPG = 0x00;/s

29、hould be enabled rSPUCR= 0x4;/0x7; /D15-D0 pull-up disable/rSPUCR= 0x6; /D15-D0 pull-up enablerSYSCFG = 0x0e; /使用8K字節(jié)的指令緩存,write buffer disable rNCACHBE0 = 0xc0002000;/定義非Cache區(qū),從0x2000000到0xbffffff,中斷時進入ROM,若不允許CACHE不正常rEXTINT = 0x0; /所有的外部硬件中斷為低電平觸發(fā)void play(void) U32 y; sysUtilsLightLed (LED_ALL,

30、TRUE);rPDATE=(rPDATE&0x2f);/ss=0;mosi=0;sclk=0; Delay(5); for(y=0;y8;y+) rPDATE &=(1y)&0x01) rPDATE |=(16); else rPDATE &=(16); ; ; ; rPDATE |=(14); ; rPDATE |=(17); Delay(50); rPDATE=(rPDATE&0x2f); for(y=0;y16;y+) rPDATE &=(1y)&0x01) rPDATE |=(16); else rPDATE &=(14); ; rPDATE |=(17); ; rPDATE &=0xaf;/MOSI=0;SCLK=0; for(y=0;y8;y+) rPDATE&=(1y)&0x01) rPDATE |=(16); else rPDATE &=(16); rPDATE |=(14); ; rPDATE |=(17); ; rPDATE=(rPDATE&0x2f); for(y=0;y8;y+) rPDATE&=(1y)&0x01) rPDATE |=(16); else rPDATE &=(1