多功能复读机毕业论文.doc

多功能复读机的设计与实现摘要1摘要本次毕业设计的主要目的是设计并制作一个具有录音、放音、计时、语音播报和数码管显示的多功能复读机。设计阶段主要完成了以下功能模块：提示语音模块：接通电源后自动播放一段音乐和录制的提示语音；倒计时模块：按下录音键，LED键盘模组的第6个数码管进行倒计时，依次显示3、2、1，间隔为一秒钟；录音与计时模块：倒计时完成（即1消失后），操作者可利用麦克风进行语音录入，同时，计数器开始计时，此时间为录音的时长；语音播报与显示模块：按下停止键，录音停止，并语音播报录音的时长，并在数码管上显示录音的时长；放音模块：按下回放键可以回放刚才的录音。该复读机在功能上有所更新，除了具备基本的录音、放音功能外，还能播放音乐和提示语音，计时器可记录录音的时长，并利用外接的LED键盘模组进行显示，倒计时功能能够提醒用户适当的录音时刻，解决了一按录音键就开始录音而导致声音无法完全录入的问题。本次毕业设计选用凌阳SPCE061A单片机，SPCE061A的语音处理功能是由凌阳公司自行开发的具有音频编解码及各种语音压缩算法实现的。其CPU内核采用凌阳推出的nSP（MicrocontrollerandSignalProcessor）16位微处理器芯片。凌阳单片机可以做控制，也可以完成数据信息的处理，尤其是语音识别上，有自己的特色。各种算法相应的程序模块存放在语音算法库SCAM-LIB中,使用时只需调用相应的模块就可方便地实现语音合成、语音播放、录音、识别等功能。凌阳单片机还采用了SOC理念，一颗芯片就是一个系统，把传统单片机学要扩展的AD、DA、存储器等器件都做到了芯片内部，方便了单片机的学习和项目开发。关键字：凌阳16位单片机、复读机、计时、语音播报、数码显示。多功能复读机的设计与实现目录2目录摘要.1目录.2第一章引言.3第二章概要设计.42.1设计要求.42.2需求分析.42.3可行性报告.42.4凌阳单片机简介.52.5语音压缩.62.5.1压缩分类.62.5.2凌阳常用的音频形式和压缩算法.62.5.3压缩工具.7第三章详细设计.83.1硬件设计.83.1.1Protel99SE简介.83.1.2电路原理图设计.83.2PCB布局布线规则.133.3印制电路板设计主要事项.143.4电路板焊接.143.5LED模组介绍.163.6软件设计.183.6.1C语言简介.183.6.2凌阳nSP汇编语言.183.7凌阳unSPIDE184集成开发环境简介.193.8程序设计.213.8.1主程序模块.213.8.2语音提示.223.8.3倒计时.253.8.4录音计时和时长播报.263.8.5录音时长显示.273.8.6附加功能.283.8.7程序下载.28总结.30致谢.31参考文献.32附录.33第一章引言3第一章引言单片微型计算机又称单片微控制器，是微型计算机发展中的一个重要分支，其发展十分迅速。单片机由于具有高可靠性、集成度高、价格低廉和容易产品化等特点，因此在智能仪器仪表、医疗器械、工业实时控制、智能终端、通信设备汽车和家用电器等领域得到了广泛的应用。集成化性能的发展越来越明显的竞争优势也成为诸多商家眼中不可错失的商机。其中，凌阳科技有限公司推出的凌阳十六位单片机unSP以迅雷不及掩耳的速度占据了广阔的市场。其应用领域也逐渐由传统的控制，扩展为控制处理、数据处理及数字信号处理（DSP,DigitalSignalProcessing）等领域。该单片机采用现代电子技术片上系统SOC（systemonachip）技术设计而成，内部集成有ADC、DAC、PLL、AGC、DTMF、LCDDRIVER等电路。采用精简指令集（RISC），指令周期均以CPU时钟数为单位。此外内置有16位硬件乘法器和加法器，并配有DSP拥有的特殊指令，大大的加快了各种演算法的运行速度。根据本次毕业设计的要求，我们选择了凌阳公司的SPCE061A单片机，它在语音播放和语音识别方面很有特色。它主要包括输入/输出端口，定时器/计数器，数/模转换，模/数转换，串行设备输入输出，通用形串行接口，低电压监测和复位等部分，并且内置在线仿真电路ICE接口，较高的处理速度其能够快速的处理复杂的数字信号。而且它的体积小，采用电池供电，方便随身携带。本论文主要介绍了如何用C语言、凌阳汇编语言编程实现多功能复读机以及在调试过程中遇到的问题和解决方案。第二章概要设计4第二章概要设计2.1设计要求（1）接通电源后自动播放一段音乐和自己录制的提示语音。（2）按下录音键后，键盘模组的第6个数码管进行倒计时，依次显示3、2、1间隔为一秒钟。（3）倒计时完成后（即1消失后），可对准麦克风进行录音，按下停止键录音停止，并语音播报录音的时间。（4）按下回放键可回放刚才的录音。2.2需求分析用凌阳SPCE061A单片机实现具备录音、计时、放音功能的多功能复读机。可通过硬件控制录，放，也就是通过SPCE061A的四个按键来实现。在接通电源开机时自动播放一段语音和提示音，待系统进入后通过按键控制，该单片机将在按键的作用下实现其录音，放音的功能，外接硬件LED模块可显示其录音时长。2.3可行性报告本次设计我们需要完成复读机功能，经过需求分析，我们选择使用SPCE061A。它具有以下特点：（1）体积小、集成度高、可靠性好且易于扩展；（2）具有较强的中断处理能力；（3）高性能价格比；（4）功能强、效率高的指令系统；（5）低功耗、低电压；经验证，SPCE061A具备8通道10位ADC输入功能,内置的具有自动增益控制的麦克风输入功能,双通道10位DAC音频输出功能及A、B两个I/O口输入输出功能。凌阳SPCE061A单片机功能对本次毕业设计所需是完全满足的，所以在技术上是完全可行的。第二章概要设计52.4凌阳单片机简介SPCE061A是凌阳科技公司nSPTM(MicrocontrollerAndSignalProcessor)系列产品中的16位微控制器芯片,本次毕业设计选用SPCE061A单片机作为控制器，其具有较强的处理能力。在存储器资源方面考虑到用户的较少资源的需求以及便于程序调试等功能，同时内嵌32K字的闪存（FLSAH），拥有较高的处理速度.SPCE061A单片机还具有体积小、集成度高、易扩展、可靠性高、功耗低、结构简单、中断处理能力强等特点，特别适应于数字语音录放和语音识别等数字应用领域。因此SPCE061A非常适用于本次设计的模拟语音电话当中，是一种高效经济的选择。SPCE061A的性能及特点特性参数SPCE061A工作电压2.6V3.6V最大工作速率49.152MHzCPU16位nSPSRAM容量2K字ROM容量(字)32K闪存ROM并行I/O端口AIOA150并行I/O端口BIOB150音频输出方式DAC×2中断源1)TimerA/B、2)时基信号发生器3)外部中断4)触键唤醒唤醒源IOA70其它中断源定时器/计数器双16位加计数定时器/计数器，双通道PWM输出UART具备ADC通道10位电压模-数转换器(ADC)和单通道声音模-数转换器(ADC)串行SRAM接口具备(凌阳格式)晶振具备低电压复位具备低电压监测具备内置ICE接口具备上电复位具备麦克风放大器和自动增益控制单通道中断控制功能具备触键唤醒功能具备表2-1第二章概要设计62.5语音压缩凌阳的音频格式有许多种，比较常用的有如下几种模块名称语音压缩编码率类型资料采样率SACM_A200016Kbit/s，20Kbit/s，24Kbit/s16KHzSACM_S480/S7204.8Kbit/s，7.2Kbit/s16KHzSACM_MS01音乐合成（16Kbits/s，20Kbits/s，24Kbits/s）16KHzSACM_DVR（A2000）16Kbit/s的资料率，8K的采样率，用于ADC信道录音功能16KHzSACM_S2402.4Kbit/s24KHz表2-2凌阳音频压缩及算法信号类型频率范围（Hz）采样率（kHz）量化精度（位）电话话音200340088宽带音频（AM质量）5070001616调频广播（FM质量）2015k37.816高质量音频（CD质量）2020k44.116表2-3编码标准2.5.1压缩分类压缩分无损压缩和有损压缩。无损压缩一般指：磁盘文件，压缩比低：2:14:1.而有损压缩则是指：音视频文件，压缩比可高达100:1。凌阳音频压缩算法根据不同的压缩比分为以下几种：SACM-A2000：压缩比为8:，8:1.25，8:1.5SACM-S480：压缩比为80:3，80:4.5SACM-S240：压缩比为80:1.5按音质排序：A2000>S480>S2402.5.2凌阳常用的音频形式和压缩算法（1）波形编码：sub-band即SACM-A2000特点：高质量、高码率适于高保真语音音乐。（2）参数编码：声码器（vocoder）模型表达，抽取参数与激励信号进行编码。如：SACM-S240。特点：压缩比大，计算量大，音质不高，廉价。（3）混合编码：CELP即SACM-S480特点：综合参数和波形编码之优点。第二章概要设计7除此之外,还具有FM音乐合成方式即SACM-MS01,所以为了得到高保真的音质,这里选用A2000的压缩算法。2.5.3压缩工具因为要使用凌阳的专用音频才能在SPCE061A板上被播放出来，所以需要用凌阳专用的音频压缩软件才能完成此项。图2-1凌阳音频压缩软件添加wav音频