完整版基于单片机的音乐录放器的设计毕业设计.docx

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完整版基于单片机的音乐录放器的设计毕业设计

南阳师范学院2007届毕业生

毕业论文（设计）

题目：

基于单片机的音乐录放器的设计

完成人：

杨雷

学制：

4年

专业：

自动化

指导教师：

李健

完成日期：

2015—04—24

第1章摘要…………………………………………………………………（）

第2章绪论…………………………………………………………………（）

第3章

硬件系统的设计与实现…………………………………………（）

3.1方案的选择…………………………………………………………（）

3.2

凌阳单片机的简介…………………………………………………（）

3.2.1综述………………………………………………………………（）

3.2.2结构概览…………………………………………………………（）

3.2.3芯片的引脚排列和说明…………………………………………（）

3.2.4SPCE061A的最小系统……………………………………………（）

3.2.5SPCE061A开发方法………………………………………………（）

3.3SPCE061A的外部存储器的扩展……………………………………（）

3.3.1综述………………………………………………………………（）

3.3.2W29C040的介绍……………………………………………………（）

3.3.3W29C040写、擦除流程图…………………………………………（）

3.3.4系统结构图…………………………………………………………（）

3.3.5SPCE061A与W29C040的硬件连接…………………………………（）

第4章软件系统的设计与实现………………………………………………（）

4.1凌阳音频的介绍…………………………………………………………（）

4.1.1音频的概述…………………………………………………………（）

4.1.2数字音频的采样和量化……………………………………………（）

4.1.3音频格式的介绍……………………………………………………（）

4.1.4语音压缩编码基础…………………………………………………（）

4.2凌阳音频编码算法………………………………………………………（）

4.2.1压缩分类……………………………………………………………（）

4.2.2凌阳常用的音频形式和压缩算法…………………………………（）

4.2.3凌阳语音的播放、录制、合成和辨识……………………………（）

4.2.4语音录入使用介绍…………………………………………………（）

4.3W29C040与SPCE061A的系统软件设计………………………………（）

4.3.1程序流程图…………………………………………………………（）

4.3.2程序源代码…………………………………………………………（）

第5章扩展设计………………………………………………………………（）

5.1数码录音和播放系统的增强设计………………………………………（）

5.2温度测量显示存储系统…………………………………………………（）

5.2.1系统总体方案介绍…………………………………………………（）

5.2.2系统的硬件设计……………………………………………………（）

5.3SPCE061A的周边模块……………………………………………………（）

5.3.1电源模块……………………………………………………………（）

5.4

系统的软件设计………………………………………………………（）

5.4.1主流程图……………………………………………………………（）

5.5凌阳的其他应用…………………………………………………………（）

第6章结束语……………………………………………………………………（）

参考文献……………………………………………………………………………（）

附录中英文翻译…………………………………………………………………（）

附录1SPCE061A的语音录放英文原稿…………………………………………（）

附录2SPCE061A的语音录放中文译稿…………………………………………（）

基于单片机的音乐录放器的设计

作者：

杨雷

指导教师：

李健

摘要:

本次课程设计的主要目的是制作一个基于单片机的数码录音和

播放系统。

选用凌阳16位单片机SPCE061A和外部扩展存储器W29C040

来实现。

其具有体积小、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。

SPCE061A是台湾凌阳公司生产的十六位单片机，

该单片机内置有2路DA转换，8路AD转换及在线仿真等丰富的功能，

W29C040是台湾华邦公司生产的4M位的FLASH存储芯片，利用它存

储凌阳格式的语音资源，可以长达4分钟语音录放。

该系统可以广泛

应用于需求的录音较长的场合。

如检测温度的存储播放系统，自录语

音提示等应用方案。

本系统提供W29C040相关的读写模块，此模块也

可应用于W29C040同系列的相关FLASH芯片中。

如果是简单的控制对

象，只需要利用单片机作为控制核心，不需要另加外部设备就能实现。

对于较复杂的系统，只需对单片机进行适当的扩展即可，十分方便。

对一个复杂或功能强大的语音，图象处理系统需要很大的,不同的存

储器（ROM,FLASH,SRAM）的存储空间，为了解决I/O不够的问题，我

们使用W29C040芯片来扩展SPCE061A的存储器来实现更大空间的存

储。

关键词:

SPCE061A；闪存；W29C040；语音输入/录放

ABSTRACT：

Thiscurriculumdesignsmainlyis16monolithicintegratedcircuits

whichnewlydevelopsusingLingYangzuimanufacturesbasedonSPCE061A

andtheW29C040digitalsoundrecordingandthebroadcastsystem.This

systemprovidestheW29C040correlationtheread-writemodule,this

modulealsomayapplytoW29C040withtheseriseincorrelationFLASHchip.

SPCE061AisTaiwaninsults16monolithicintegratedcircuitswhichthe

positivecompanyproduces,insetshas2groupDAtotransform_group

ADtransformationandtheon-linesimulationandsoonrichfunction

W29C040MFLASHmemorychip,usesittosaveinsultsthepositiveform

thepronunciationresources,maylongreach4minutespronunciations

recordingandsendingout.Thissystemmaywidelyapplytoademand

recordinglongersituation.Ifthetemperatureexaminationmemory

broadcastsystem,fromrecordsapplicationplanandsoonvoiceprompt

KEYWORDS：

SPCE061A；W29C040；flashmemory；voicerecord

第1章绪论

随着计算机技术的发展和在控制系统中的广泛应用，以及设备向小型化、智

能化的发展，作为高新技术之一的单片机以其体积小，功能强，价格低，使用灵

活等特点，显示出出很强的生命力。

可以认为，单片机技术已经成为现代电子技

术的十分重要的技术之一，可以使设计的电子产品更具智能化和先进性。

进入

21世纪以来，开发推出单片机的公司很多，各种高性能单片机芯片市场也异常

活跃，新技术的不断采用，更加使单片机的种类、性能以及应用领域不断扩大和

提高。

台湾凌阳科技公司公司最近推出一种新型16位单片机SPCE061A。

该单片

机的问世，使得16位单片机的科技含量及应用跃上一个新的台阶。

在航空航天，

机械加工，智能仪器仪表，家用电器，通信系统，智能玩具等领域，单片机都发

挥了巨大的作用。

所谓单片机（SingleChipMicrocomputer）,是指一块芯片中集成有中央处

理器（CPU），存储器（RAM和ROM），基本I/O接口以及定时器/计数器等部件，

并具有独立指令系统的智能器件，即在一块芯片上实现一台微型计算机的基本功

能。

如果是简单的控制对象，只需要利用单片机作为控制核心，不需要另加外部

设备就能实现。

对于较复杂的系统，只需对单片机进行适当的扩展即可，十分方

便。

归纳起来，单片机系统有以下的特点：

（1）单片机独立的指令系统，可以将我们的设计思想充分体现出来

（2）系统配置以满足控制对象的需求为出发点，使得系统具有较高的性能

价格比

（3）应用系统通常将程序驻留在片内（外）ROM中，抗干扰能力强，可靠

性高，使用方便.系统规模小，本身不具有开发能力，一般需要借助专用的开发

工具进行系统的开发和调试，而实际的应用系统简单实用，成本低，效益好。

（4）应用系统所用存储器芯片可选用EPROM，EEPROM，OTP芯片或利用掩膜

形生产，便于批量开发和应用。

许多单片机（如80C51系列）的开发芯片和扩展

芯片险乎配套，降低了系统成本。

（5）系统小巧玲珑，控制功能强，体积小，便于嵌入被控设备之内，大大

推动了产品的智能化。

如数控机床，机器人，智能仪器仪表，家用电器等都是典

型的机电一体化设备和产品

同时，随着社会和科技的不断发展，“PC”的到来以开始改善了人们的生活

水平。

所谓后PC时代，是英文PervasiveComputing，翻译为渗透到各个方面

的计算。

因而，后PC时代的计算机都以非计算机的形式存在，将渗透到欧文们

生活的方方面面。

例如，电视机，机器人，数控设备等，其中心控制部件是计算

机，但他们都是以嵌入式系统的形式存在。

单片机作为计算机技术的一个重要分

之，嵌入式系统的先头兵，广泛的应用于空业控制，智能仪器，机电一体化产品，

智能电器，个人数字处理器等领域。

随着微电子技术的快速发展，电子系统设计

已进入了片上系统（SOC，SystemOnChip）时代，单片机的更能也越来越强大，

使其成为真正的系统单片机。

单片机是随着微型计算机，单板机的发展及其在智能测控系统中的应用而发

展起来的。

随着微电子技术的迅速发展，目前世界上各个公司都研制出了各种应

用领域的单片机，单片机芯片市场也异常活跃，从8位低端，到高性能的16位，

到集成度，速率，可靠性等全方位向更高水平发展的32位系列。

随着微电子，

半导体工艺的不断进步，单片机芯片在向高度集成化，低功耗的方向发的发展。

目前世界上各个公司都研制出了各种应用领域的单片机，如ATMEL公司的80C9X

系列，INTEL公司的MCS-5X系列，MOTOROLA的68系列和ZILOG的Z8系列。

目

前，中国台湾的凌阳公司最新推出了16位的SPCE系列由于其在语音功能的独特

应用，得到了广大客户的认可，因此，也是我这次毕业论文所选择的单片机。

本次毕业论文就是选用凌阳16位单片机SPCE061A和外部扩展存储器

W29C040来实现数码语音的录取和播放系统。

第2章摘要

本次课程设计主要是利用凌阳最新开发的16位单片机来制作一个基于

SPCE061A和W29C040的数码录音与播放系统。

本系统提供W29C040相关的读写

模块，此模块也可应用于W29C040同系列的相关FLASH芯片中。

SPCE061A是台

湾凌阳公司生产的十六位单片机，内置有2路DA转换，8路AD转换及在线仿真

等丰富的功能。

W29C040有4M位的FLASH存储芯片，利用它存储凌阳格式的语

音资源，可以长达4分钟语音录放。

该系统可以广泛应用于需求的录音较长的场

合。

如温度检测存储播放系统、自录语音提示等应用方案。

关键词SPCE061A，W29C040，闪存，语音输入/录放

第3章硬件系统的设计与实现

3.1方案的选择

当今微型计算机技术的发展形成两大技术分支：

一是以微处理器MPU为核心

组成的通用微机系统；另一分支是发展面向对象的用于实时测控的微控制器MCU

即单片机。

随着超大规模高速集成电路的发展，现代电子技术进入了片上系统

SOC（SystemOnaChip）阶段，从而使单片机的设计与应用发生了深刻的变化。

凌阳科技推出的μ’nSP™单片机就是基于SOC的新型数/模混合的系统芯片。

凌

阳单片机顺应了单片机技术的发展趋势，其系统芯片具有集成度高，数/模混合，

功能全，低功耗，低电压和易于开发等特点。

另外，凌阳单片机还增加了适合与

DSP的某些特殊指令；有的还嵌入了LCD控制/驱动和双音多频发生器功能。

这

些都进一步扩大了单片机的应用范围。

凌阳公司为μ’nSP™单片机的应用开发提

供了较为完善的开发支持工具。

μ’nSP™CPU系统仿真板，高性能的C语言编

译器，并提供了C语言的编程函数库。

因此，我们本次毕业设计选择μ’nSP™

单片机来做一个复读机，在做的过程中熟悉一下凌阳单片机。

凌阳单片机自带的

存储器是不够的，所以我们必须扩展外部存储器

180C51:

方案在我国单片机的市场中，51单片机曾经占据着绝对的主导地

位，但在科技不断发展的当今，嵌入式系统正在不断流行开来，对单片机的处理

速度的要求不断提高，对单片机的处理功能也要求越来越强。

我个人认为，除了

其速度不够快外，集成度不高是51最大的缺点。

在当今比较高端应用场合，可

能再也难以见到51单片机的身影，取而代之的是ARM和DSP等处理器。

2DSP方案:

在数字信号处理方面，处处可以见到DSP的身影。

对于本系统

中的语音采集，数据处理存放，语音回放，DSP可以轻而易举的完成这些基本功

能。

DSP强大的数据处理能力是让众多的单片机都望尘莫及的。

3凌阳方案:

我认为，凌阳是51和DSP之间的一种良好的结合。

SPCE061A

是台湾凌阳公司生产的十六位单片机，该单片机内置有2路DA转换，8路AD转

换及在线仿真等丰富的功能，这些都为我们实现数码录音和播放提供良好的方便

条件，W29C040是台湾华邦公司生产的4M位的FLASH存储芯片，利用它存储凌

阳格式的语音资源，可以长达4分钟语音录放。

该系统可以广泛应用于需求的录

音较长的场合。

如录音笔、自录语音提示等应用方案。

本系统提供W29C040相关

的读写模块，此模块也可应用于W29C040同系列的相关FLASH芯片中另外，凌阳

十六位单片机具有易学易用的效率较高的一套指令系统和集成开发环境。

在此环

境中，支持标准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

综上所述，我们选择了凌阳方案。

3.2凌阳单片机的简介

3.2.1综述

随着单片机功能集成化的发展，其应用领域也逐渐地由传统的控制，扩

展为控制处理、数据处理以及数字信号处理（DSP，DigitalSignalProcessing）

等领域。

凌阳的16位单片机就是为适应这种发展而设计的。

它的CPU内核采

用凌阳最新推出的μ’nSP™（MicrocontrollerandSignalProcessor）16

位微处理器芯片（以下简称μ’nSP™）。

围绕μ’nSP™所形成的16位μ’nSP™

系列单片机（以下简称μ’nSP™家族）采用的是模块式集成结构，它以μ’nSP™

内核为中心集成不同规模的ROM、RAM和功能丰富的各种外设接口部件。

如图

3-1所示

μ’nSP™内核是一个通用的核结构。

除此之外的其它功能模块均为可选结

构，亦即这种结构可大可小或可有可无。

借助这种通用结构附加可选结构的积木

式的构成，便可形成各种不同系列派生产品，以适合不同的应用场合。

这样做无

疑会使每一种派生产品具有更强的功能和更低的成本。

μ’nSP™家族有以下特点:

体积小、集成度高、可靠性好且易于扩展

μ’nSP™家族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，因而减少了各功能部件之间的连线，提高了其可靠性和抗干扰能力。

另

外，模块化的结构易于系统扩展，以适应不同用户的需求。

具有较强的中断处理能力

μ’nSP™家族的中断系统支持10个中断向量及10余个中断源，适合实

时应用领域。

高性能价格比

μ’nSP™家族片内带有高寻址能力的ROM、静态RAM和多功能的I/O口。

另外，μ’nSP™的指令系统提供具有较高运算速度的16位×16位的乘法运算

指令和内积运算指令，为其应用增添了DSP功能，使得μ’nSP™家族运用在复

杂的数字信号处理方面既很便利，又比专用的DSP芯片廉价。

功能强、效率高的指令系统

μ’nSP™指令系统的指令格式紧凑，执行迅速,并且其指令结构提供了

对高级语言的支持,这可以大大缩短产品的开发时间。

低功耗、低电压

μ’nSP™家族采用CMOS制造工艺，同时增加了软件激发的弱振方式、空闲方式

和掉电方式，极大地降低了其功耗。

另外，μ’nSP™家族的工作电压范围大，能

在低电压供电时正常工作，且能用电池供电。

这对于其在野外作业等领域中的应

用具有特殊的意义。

SPCE061A是继μ’nSP™系列产品SPCE500A等之后凌阳科技推出的又

一款16位结构的微控制器。

与SPCE500A不同的是，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，SPCE061A里只内嵌32K字的闪存

（FLASH）。

较高的处理速度使μ’nSP™能够非常容易地、快速地处理复杂的数

字信号。

因此，与SPCE500A相比，以μ’nSP™为核心的SPCE061A微控制器是适用

于数字语音识别应用领域产品的一种最经济的选择。

性能

16位μ’nSP™微处理器；

工作电压（CPU）VDD为2.4~3.6V（I/O）VDDH为2.4~5.5V

CPU时钟：

0.32MHz~49.152MHz；

内置2K字SRAM；

内置32KFLASH；

可编程音频处理；

晶体振荡器;

2个16位可编程定时器/计数器（可自动预置初始计数值）；

2个10位DAC（数-模转换）输出通道；

32位通用可编程输入/输出端口；

14个中断源可来自定时器A/B，时基，2个外部时钟源输入，键唤

醒；

具备触键唤醒的功能；

使用凌阳音频编码SACM_S240方式（2.4K位/秒），能容纳210秒的语

音数据；

锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号；

32768Hz实时时钟；

7通道10位电压模-数转换器（ADC）和单通道声音模-数转换器；

声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器和自动增益控制（AGC）

功能；

具备串行设备接口；

具有低电压复位（LVR）功能和低电压监测（LVD）功能；

内置在线仿真电路ICE（In-CircuitEmulator）接口；

具有保密能力；

具有WatchDog功能

应用领域

家用电器控制器：

冰箱、空调、洗衣机等白色家电

仪器仪表：

数字仪表（有语音提示功能）

电表、水表、煤气表、暖气表

工业控制

智能家居控制器

通讯产品：

多功能录音电话、自动总机、语音信箱、数字录音系统产品

医疗设备、保健器械（电子血压计、红外体温监测仪等）

体育健身产品（跑步机等）

电子书籍（儿童电子故事书类）、电教设备等

识别遥控器、智能语音交互式玩具等）

3.2.2结构概览

SPCE061A的结构如图3-2所示

语音识别类产品（语音

3.2.3芯片的引脚排列和说明

SPCE061A有两种封装片，一种为84个引脚，PLCC84封装形式；它的排列如图3-2

所

可将PFUSE接5V,PVIN接GND并维持1s以上即可将内部保险丝熔化，此后就无

法读取和向闪存加载数据。

SPCE061A系统的特性参数如表3-2

3.2.4SPCE061A最小系统

最小系统接线如图3-3在OSC0、OSC1端接上晶振及谐振电容，在锁相环压控

振荡器的阻容输入VCP端接上相应的电容电阻后即可工作。

其它不用的电源端和

地端接上0.1μF的去藕电容提高抗干扰能力。

3.2.5SPCE061A开发方法

SPCE061A的开发是通过在线调试器PROBE实现的。

它既是一个

编程器（即程序烧写器），又是一个实时在线调试器。

用它可以替

代在单片机应用项目的开发过程中常用的软件工具——硬件在线

实时。

SPCE061A的开发是通过在线调试器PROBE实现的。

它既是一

个编程器（即程序烧写器），又是一个实时在线调试器。

用它可以

替代在单片机应用项目的开发过程中常用的软件工具——硬件在

线实时。

真器和程序烧写器。

它利用了SPCE061A片内置的在线仿真电路

ICE（In-CircuitEmulator）接口和凌阳公司的在线串行编程技

术。

PROBE工作于凌阳IDE集成开发环境软件包下，其5芯的仿真

图3-4机、PROBE、用户目标板三者之间的连接示意图，图3-5

连接图。

3.3SPCE061A的外部存储器（Memory）的扩展

3.3.1

综述

随着数字语音，图象处理技术的飞速发展，其在电子产品中也得到广泛应

用，如语音智能玩具、PDA以及有语音、图象识别技术的机器人。

一个复杂或功

能强大的语音，图象处理系统需要很大的,不同的存储器（ROM,FLASH,SRAM）的

存储空间。

那么系统如何扩展Memory，解决IO口不够的问题呢？

这里介绍一款

芯片---W29C040,它能够解决所有IO不够用的问题

.SPCE061A是台湾凌阳公司生产的十六位单片机，该单片机内置有2路DA

转换，8路AD转换及在线仿真等丰富的功能，这些都为我们实现数码录音和播

放提供良好的方便条件，W29C040是台湾华邦公司生