毕业设计(论文)-基于单片机的录音笔设计与实现.doc
《毕业设计(论文)-基于单片机的录音笔设计与实现.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《毕业设计(论文)-基于单片机的录音笔设计与实现.doc(64页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、 录音笔的设计与实现 I 摘摘 要要 随着电子技术的飞速发展,数码录音笔已得到了越来越多的人得青睐,论文通过 对多种录音笔的设计方案进行了比较和分析,选定凌阳单片机设计了一个数字录音笔。 论文首先介绍了设计方案的选择,介绍了凌阳单片机的集成开发环境。接着进行 了系统的硬件设计,包括音频输入输出电路的设计、存储电路的设计、按键控制电路 的设计、液晶显示电路的设计等,设计中采用了凌阳的功放芯片 SPY0030,利用了单 片机其串行接口 SIO 实现上位机与下位机的通讯,利用 UART 的 RS232 接口与 PC 机 232 接口进行连接,并设置了 8 位键盘和 LCD 显示的人机界面。然后分模块
2、进行了软 件设计,包括主程序模块、语音信号的采集模块、键盘扫描模块、语音信号存储模块 的设计等,进行了程序流程的设计,编写了程序代码。最后使用 IDE 进行了仿真调试, 验证了系统设计的正确性。系统实现了语音数据的录制、播放、暂停、循环播放、重 复播放、选择上一段、选择下一段以及与 PC 机进行数据传输等功能,设计具有一定 的应用价值。 关键词:单片机,录音,放音,电路设计,软件实现 II ABSTRACT As the swift development of the electronic technology, the digital voice editor has become mor
3、e and more favored nowadays. Through comparison and analysis to various design proposals of the digital voice editor, this thesis presents the designing process of a digital voice editor, using Lingyang single-chip microcomputer. First of all, we give an introduction for the selection of the designi
4、ng proposal, and the IDE (integrated development environment) of Lingyang single-chip microcomputer. Secondly, systematical hardware designing is carried out, including the design of the output circuit, memory circuit, button-control circuit, LCD circuit and so on. In the designing, we adopt the Lin
5、gyang amplifier chip SPY0030, apply the single-chip microcomputers SIO (serial interface) to realize the communication between the host computer and slave computer, connect the UARTs RS232 interface with the PCs 232 interface, and set the eight buttons as well as the human-computer interface. Then w
6、e have a modular software design, consisting of the module of the main program, the acquisition module, key scanning module and memory module for the voice signal. Meanwhile, we accomplish the design of the program flow and write the source code of the program. In the integrated development environm
7、ent (IDE), the validity of the systems designing has been verified through simulate debugging. The system can fulfill the functions presented on the buttons such as “record”, “play”, “pause”, “loop play”, “replay”, “last recorded file play”, “next recorded file play” and “data transmission with PC”,
8、 which represents the application significance of the design to a certain extent. Keyword:Keyword: single-chip microcomputer, record, play, circuit design, software realization i 目 录 第 1 章 录音笔设计方案与论证1 1.1 引言1 1.2 录音笔设计方案的提出.1 1.3 录音笔设计方案分析论证2 1.4 录音笔设计方案的确定3 第 2 章 凌阳单片机开发环境介绍.4 2.1 系统硬件资源4 2.1.1 SPC
9、E061A 功能及其特点.4 2.1.2 应用领域5 2.2 软件开发环境 IDE.5 2.2.1 nSP IDE 窗口5 2.2.2 工程的操作8 第 3 章 硬件设计10 3.1 系统总体方案介绍10 3.2 系统电源电路11 3.3 SPCE061A 最小系统设计.12 3.4 音频电路13 3.4.1 音频输入电路13 3.4.2 A/D 转换接口.15 3.4.3 D/A 转换模块.16 3.4.4 音频输出电路17 3.5 SPR4096 存储电路.18 3.5.1 串行设备输入输出口(SIO)19 3.6 按键控制电路20 3.7 液晶显示电路20 3.8 通用串行通信接口 UA
10、RT 模块22 第 4 章 软件设计23 4.1 软件设计流程图23 4.2 分模块软件设计25 ii 4.2.1 主程序模块25 4.2.2 语音信号的采集25 4.2.3 键盘扫描模块27 4.2.4 语音信号的存储30 4.2.5 LVD 低电压检测.31 4.2.6 UART 模块.31 4.2.7 看门狗计数器(WatchDog)33 4.2.8 系统调试与总结33 结论35 参考文献36 致谢37 附录38 1 第 1 章 录音笔设计方案与论证 1.1 引言 随着视听家电产品的不断丰富,已经有越来越多微小型化的产品走入了人们的日 常生活,他们最突出的优点是体积小巧、非常薄,而且重量
11、很轻,给人们带来方便, 并增添了无穷乐趣。作为一种简单方便地获取和记录数字化声音文件的工具,数码录 音笔从 2000 年开始风靡市场,成为学生、记者和商务人士购置录音设备的首选。不 仅在校园里取代了复读机,也成为时间紧张的在职进修人员的掌上新宠。带 FM 功 能的数码录音笔,还可以便利地收听调频广播外语教学节目。 数码录音笔,实际上是一种采用数码录音技术的录制设备,通过对声音进行采集、 压缩、存储到闪存(Flash Memory)进行记录,无需使用额外的录音磁带、话筒等设备, 音质清晰逼真,即使反复播放其音质也毫无损失。 在设计中将说明怎样利用凌阳 16 位单片机 SPCE061A 来实现一个
12、录音笔系统。 SPCE061A 该款单片机资源丰富,有强大的数字语音处理功能可应用与语音播放和语 音识别领域,内置有 2 路 DA 转换,8 路 AD 转换及在线仿真等丰富的功能,这些都为 实现数码录音和播放提供了良好的方便条件。 1.2 录音笔设计方案的提出 设计要求录音笔实现录音、播放、暂停、循环播放、重复播放、选择上一段、选 择下一段以及与 PC 机进行数据传输的功能。可以看出本次设计的系统的主要部分应 该是括录放音部分再附加上其他的功能部分。因此我们重点对录放音部分实现的方案 做了探讨,方案比较的多,各有其优缺点。现具体分析如下: 方案一:采用处理器集成型可重构系统 PICEX 实现数
13、码录音笔的核心处理部分, 对每一个管理模块、功能实现模块都构建一个可重构模块。在系统完成各种任务时, 可重构模块的运行是完全独立于内核的,在编程中使各模块处于并行运行状态。在录 音状态时各部件采用流水线的方法,即每个部件的输入数据都取自其来源部件给出的 上一个值,各部件几乎同时开始工作,使系统处于在线程级并运行的状态。 方案二:基于单片机、数字信号处理器 DSP 和 FLASH 存储器的数码录放音系统。 在录音时,语音信号经过处理后送到 A/D 转换器,转换成数字信号,在把这些语音数 据送到高速数字信号处理器(DSP)进行压缩,压缩后的语音数据与日期、时间一起 2 存储到 FLASH 存储器中
14、;回放时,从 FLASH 存储器中读取语音数据送到 DSP 解压,解 压后的数据经过 D/A 转换,还原成语音信号,最后经功放放大后从喇叭输出。 方案三:用 ISP 实现对 ISD25120 语音芯片的录放音控制。以 ISP 技术为手段, 使用系统编程器件 M4-32/32 实现了对单片 ISD25120 语音芯片的录、放音控制。利用 VantisPro 设计软件系统,经过编译后再输入仿真文件,仿真通过后,对系统进行引 脚锁定、熔丝生成、下载编程(IDCD 软件下载编程) 。2 方案四:基于凌阳 16 位单片机的简单开发系统 SPCE061A 精简开发板,利用 SPCE061A 的可编程音频处
15、理功能,通过串行输入输出端口 SIO 与同样具有串行接口 的 FLASH(SPR4096)进行数据通讯来开发数码录音及播放系统。通过按键控制系统的 录音、停止、放音等操作。 1.3 录音笔设计方案分析论证 方案一:虽然数据串行化输出、A/D 和 D/A 器件的操作可在内核上实现,当其 他可重构模块在工作时内核处于等待状态,则提高了系统的并行性,接省了系统资源。 但是方案中使用 Samsung 公司的 K9K1208U0A 型 Flash 内存作为存储媒质,这型号 内存为减少连线和封装大小需要有特殊的控制时序和逻辑。因此需要为 Flash 内存控 制专门增加一个可重构部件。对滤波、压缩、解压、信
16、道编码这些需要大量运算或长 时间操作的过程也必须对这四项任务各设计一个可重构部件。这种方案对几个重要过 程都需要单独设计一个可重构部件,设计烦琐工作量大,可重构部件多。同时,虽然 元件级可重构系统在现有的 FPGA 上是可以实现的,但是由于现有 FPGA 体系结构 上的种种限制,诸如最小配置单位过大配置结构复杂等,使这种系统在很多情况下执 行效率反而不及传统的系统结构,大大减少了这类系统的应用范围。综上,故我们不 采取这种方案。 方案二:人们在语音处理的研究中,已经研制出了很多语音编码算法,而有些编 码算法已经被直接固化到 DSP 上,形成专用的基于 DSP 的语音处理芯片。但是在我 们未选择
17、 DSP 芯片主要是基于以下几个因素:(1)运算速度。本系统中,对运算速 度的要求,主要是要满足每一个 A/D 变换后的数据都能及时地存入存储器,而通用 单片机的处理能力已经可以满足需要。 (2)运算精度。本数字录音系统没有复杂的数 学计算,所以没有对运算精度的要求。(3)片内硬件资源。由于系统要求能进行录放 音,所以 A/D 和 D/A 的功能是必需的,对 DSP 芯片,若外接 A/D 或 D/A 元件,增 加了复杂度,也提高了成本。(4)功耗。DSP 芯片实现的功能较多,所以它的功耗相 对较高。因此我不采取这种方案。 3 方案三:ISP 技术是在一个系统可编程器件上实现对语音芯片的控制。这
18、种控制 直接通过 ISP 器件的硬件电路实现,省去了软件接口程序,使用起来方便快捷。但是 ISD 芯片的控制录放音的两种方式(引脚的边沿或电平触发控制和微控制器串行通信 接口控制)这两种方式都不能用类似文件的方式进行控制,操作不方便,虽然它的存 储器采用的是非易失数据的 EEPROM 但容量较小。因此在设计方案的选取中不选用 这种方案。 1.4 录音笔设计方案的确定 我最后决定采用 SPCE061A 单片机来实现我的设计。SPCE061A 是凌阳科技研发 生产的一款高性价比十六位单片机,把各功能部件模块化地集成在一个芯片里,内部 采用总线结构,减少了各功能部件之间的连线,提高了可靠性和抗干扰能
19、力。片内带 有高寻址能力的 ROM、静态 RAM 和多功能的 I/O 口。芯片工作电压范围大,能在 低电压供电时正常工作,且能用电池供电。其指令系统为其应用增添了 DSP 功能但 是又比专用的 DSP 芯片廉价。对于我的设计来说 SPCE061A 可以非常方便灵活的实 现语音的录放功能,该芯片拥有 8 路 10 位精度的 ADC,其中一路为音频转换通道, 并且内置有自动增益 AGC 电路。这为实现语音录入提供了方便的硬件条件。两路 10 精度的 DAC,只需要外接功放(SPY0030A)即可完成语音的播放。另外凌阳十六位 单片机具有易学易用、高效率的指令系统和集成开发环境。该开发环境支持标准
20、C 语言,可以实现 C 语言与凌阳汇编语言的互相调用,并且,提供了语音录放的库函 数,只要了解库函数的使用,就会很容易完成语音录放,这些都为软件开发提供了方 便的条件。同时还可根据设计要求在实现基本录放功能的基础上运用 SPCE061A 的 多功能集成功能扩展录放系统的功能。比如,使用 SPCE061A 的通用异步串行接口 UART 来实现与 PC 机的通讯,或者使用其他的 IO 口来外挂 USB 器件实现与 PC 机 的 USB 通讯;进行低电压检测;还可通过 LCD 显示字符、数字等图象,在录音笔设 计系统中可用来显示按键功能等。这样可以制作更复杂的录、放音系统。 4 第 2 章 凌阳单片
21、机开发环境介绍 2.1 系统硬件资源 2.1.1 SPCE061A 功能及其特点 1)集成度高,易于扩展 凌阳 16 位单片机内部采用总线结构,把各功能部件模块化地集成在一个芯片里, 有效地减少各功能部件之间的连线,提高了集成度,增强了芯片的可靠性和抗干扰能 力。此单片机属于非总线型单片机,省去厂片外的地址、数据及控制并行总线,而外 部封装引脚可明显减少,使芯片成本下降。它既可通过 I/O 端口与外设器件通信,也 可采用串行扩展方式。目前,由于串行传输速度的不断提高,用串行口扩展外围器件, 特别在 SOC 中,已得到了较多的应用。 凌阳 16 位单片机采用 CMOS 制造工艺,有较好的低功耗和
22、功耗管理功能,它提 供了软件激发的弱振方式、空闲方式和掉电方式三种低功耗工作方式,大大降低了芯 片功耗。由于它工作电压范围大,可在低电压供电时正常工作,并可用电池供电,从 而可大幅度地减少器件的功耗。低功耗是一切电子应用系统所追求的目标,特别是在 野外作业、便携式仪器仪表的开发等方面具有特殊的意义。 2)较强的中断处理能力 凌阳 16 位单片机中断系统可支持三种类型的中断:异常中断、事件中断和软件 中断。中断系统共有 10 个中断向量,可响应 14 个中断源的中断请求,由于对外界突 发事件具有快速反应能力,使其适合用于实时控制领域。 3)高效的指令系统 凌阳 16 价单片机的指令系统以字为单位
23、,从而格式紧凑、灵活,执行时间迅速, 并提供了对高级语言和数字信号处理运算能力的良好支持,从而可有效缩短基于凌阳 单片机的各种产品的研发周期。 同时,凌阳 16 位单片机片内还集成了大容量的 ROM、静态 RAM、全双工异步 通信的串行接口、红外收发通信接口、A/D,D/A 转换接口和多功能的 I/O 口。其指 令系统提供的具有较高运算速度的 16 位16 位的乘法运算和内积运算指令。这就使 凌阳 16 位单片机可方便地用于复杂的数字信号处理,却又比常用的 DSP 芯片便宜, 因而具有较高的性能价格比。另外,在 SPCE061 及 SPCE060 单片机中还采用了 5 F1ash ROM 技术
24、,有 32K Flash ROM 单元。F1ash ROM 的使用使得基于 SOC 的单片 机技术得到进一步发展,极大地改变了单片机应用系统的结构模式、开发与测试手段 以及运行条件。 2.1.2 应用领域 1)学习 Sunplus 的 16 位 SPCE061A 单片机和各类外围器件,比如:串行 Flash 和 SRAM 器件 SPR4096、RS232 器件 MAX3232、USB 器件 PDIUSBD12、LCD GPG12063YS 以及语音录放、键盘显示等等。 2)进行各类接口实验,设计接口转接器,如:USB-232 转换器、232- USB 转换 器。 3)完成基础实验以及毕业设计,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 毕业设计 论文 基于 单片机 录音笔 设计 实现
链接地址:https://www.31doc.com/p-3283840.html