何松柏 基于ARM的语音录放系统的设计 第21页 共21页 目 录1 引言11.1 课题背景 11.2 课程设计目的11.3课程设计意义21.4 系统功能说明22 系统模块设计32.1系统工作原理32.2系统模块设计33 系统模块介绍 43.1 ARM控制模块43.2语音芯片ISD400464 系统调试94.1硬件调试94.2 软件调试94.3 系统设计流程 115 试验结果 13结束语 14致谢 15参考文献 16附录 17211 引言1.1 课题背景开发在生活和生产的各个领域中，凡是有自动控制要求的地方都会有单片机的身影出现；然而随着时代的进步与发展，如今普通的8位单片机已经无法满足需求，因为其资源有限，而且系统时钟速度慢，导致许多问题无法及时解决，加之内部的储存容量很小使得在编写程序时不得不考“精简”。现在ARM的应用已经越来越普及，因为它的高性能使之得到很多人的青睐，因此选用ARM来作为控制器。ARM的应用有利于产品的微型化、多功能化和智能化，有助于提高劳动效率，减轻劳动强度，提高产品质量，改善劳动环境，减少能源和材料消耗，保证安全等。但是，对于ARM的应用的意义绝不仅限于它的广阔范围以及所带来的经济效益上，更重要的意义还在于ARM的应用正从根本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须有模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能使用ARM通过软件（编程序）方法实现了。这种以软件取代硬件并提高系统性能的控制系统“软化”技术，称之为微控制技术。微控制技术是一种全新的概念，是对传统控制技术的一次革命。随着ARM应用的推广普及，微控制技术必将不断发展、日益完善和更加充实。高档的ARM芯片还能建立操作系统平台，使之更加强大。具有很强的实时性和完美的人机界面，同时其软硬件可以根据需要进行裁剪，具有很强的灵活性。1.2 课程设计目的传统的语音录放需要经过如下过程：语音信号经过设备接受后转化为模拟电信号，通过前置放大器把语音信号放大，通过带通滤波之后，去掉多余的干扰，再经过自动增益控制和A 压缩电路净化输入的模拟电信号，而后经AI)转换器转换为数字信号，由控制器对其进行处理和存储，之后再由DA转换为模拟信号，达到放音的目的。本文采用了ISD公司的新产品ISD4004语音芯片，该芯片自带A1)转换和压缩功能，直接把声音信号存储在芯片内的闪存寄存器中，无需电源即可保存数据长达100年，重复记录100000次以上，80kHz采样录音可达8分钟。通过AT89C51对其控制，达到系统的设计目的。在语音芯片的前端加一个前置放大电路，用于声音信号的输入，在输出端加一个LM386的功率放大器增强声音输出信号。1.3 课程设计意义本课题开发意义在于它能用于实时监听、信息提示，会议记录，站名广播等，能够省去听众现场记录，节约笔墨纸张，可使听众专心听讲，可按设定时间功能自动播放提示预警信息。对于消费者，也有较大的吸引力。1.4 系统功能说明 （1）本电路采用S3C44B0X 这款ARM7芯片作为控制器。 （2）ISD4004语音芯片自带存储空间，能录放8 -16分钟。 （3）当按下按键1时进行录音操作，当按下按键2时进行放音操作，按下按键3时进行取消当前操作。（4）该语音电路产品，具有音色自然、使用方便、单片存储、反复录放、扩展容易、功耗低微、不怕断电等许多特点，通过扩展外部设备，基于ISD4004的语音产品在通信导航设计、智能仪器仪表、治安报警系统、自动售货机、电子地图、电子导游机、车载信息终端语音播报、公共汽车语音报站器、电磁报层背景音乐播放系统、语音讲解仪、电话自动应答系统、便携式语音记录装置、电子词典、语言复读机、语言音乐教学仪、智能玩具、高档电子礼品等许多领域，都有着极其广泛的应用。2系统模块设计本系统设计分为系统模块设计、方案选择及论证、系统组成原理。各个模块分别实现了系统的软硬件的搭配。下面分别介绍各个设计及原理论证。2.1系统工作原理系统上电后，按下相应的按键后能实现录音、播放、停止等功能，而且掉电后能保存语音信息不丢失，能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声，而且操作简易。2.2系统模块设计本系统的设计主要由以下几个模块构成：ARM控制电路，语音芯片，录音电路，语音输出与控制等五个模块。见图2.1所示ARM控制模块录音及控制电路语音芯片播放及控制电路键盘控制电路图2.1系统模块图3系统模块介绍3.1 ARM控制模块Samsung 公司推出的16/32 位RISC 处理器S3C44B0X 为手持设备和一般类型应用提供了高性价比和高性能的微控制器解决方案。为了降低成本，S3C44B0X 提供了丰富的内置部件，包括：8KB cache，内部SRAM，LCD 控制器，带自动握手的2 通道UART，4 通道DMA，系统管理器（片选逻辑，FP/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 倍频器。S3C44B0X 采用了ARM7TDMI 内核，0.25um 工艺的CMOS 标准宏单元和存储编译器。它的低功耗精简和出色的全静态设计特别适用于对成本和功耗敏感的应用。同样S3C44B0X还采用了一种新的总线结构，即SAMBAII（三星ARM CPU 嵌入式微处理器总线结构）。S3C44B0X的杰出特性是它的CPU核，是由ARM公司设计的16/32 位ARM7TDMI RISC处理器（66MHZ）。ARM7TDMI 体系结构的特点是它集成了Thumb 代码压缩器，片上的ICE断点调试支持，和一个32 位的硬件乘法器。S3C44B0X 通过提供全面的、通用的片上外设，大大减少了系统电路中除处理器以外的元器件配置，从而最小化系统的成本。2.5V ARM7TDMI 内核，带有8K高速缓存器（SAMBA II总线体系结构，主频高至66MHz）。该控制器有如下特点：l 外部存储器控制器（FP/EDO/SDRAM控制，片选逻辑）；l LCD控制器(最大支持256色STN，LCD具有专用DMA)；l 2通道通用DMA、2通道外设DMA并具有外部请求引脚；l 2通道UART 带有握手协议(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个PWM定时器和1通道内部定时器；l 看门狗定时器；l 71个通用I/O口/8通道外部中断源；l 功耗控制：具有普通，慢速，空闲和停止模式；l 通道10位ADC；l 具有日历功能的RTC；l 具有PLL的片上时钟发生器。S3C44B0X最小系统电路框图如下图3.1所示。ARM控制器复位电路输入输出设备振荡电路路路电源图3.1 S3C44B0X最小系统电路框图电源部分如下图3.2所示。图3.2 电源电路图振荡电路部分如下图3.3所示。图3.3振荡电路复位电路如下图3.4所示。图3.4 复位电路图3.2语音芯片ISD4004ISD4004系列语音芯片工作电压为3V,单片录放时间8至16分钟,音质好,适用于移动电话及其他便携式电子产品中。芯片采用CMOS 技术,内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列。芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制,操作命令可通过串行通信接口（SPI Microwire)送入。芯片采用多电平直接模拟量存储技术, 每个采样值直接存贮在片内闪烁存贮器中,因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声,避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和金属声。采样频率可为4.0,5.3,6.4,8.0kHz,频率越低,而音质则有所下降,片内信息存于闪烁存贮器中,可在断电情况下保存100 年(典型值),反复录音10 万次。ISD4004语音芯片采用CMOS技术，内含晶体振荡器、防混叠滤波器、平滑滤波器、自动静噪、音频功率放大器及高密度多电平闪烁存储阵列等如图1所示。因此只需很少的外围器件就可构成一个完整的声音录放系统。芯片设计是基于所有操作由微控制器控制，操作命令通过串行通信接口(sP1或Micmwire)送入。采样频率可为4.0Hz、5.3Hz、6.4Hz、8.0kHz，频率越低,录放时间越长,而音质则有所下降。器件工作电压3V，工作电流25-30mA，维持电流1 ，单片录放语音时间816min，音质好，适用于移动电话机及其它便携式电子产品中。l 内置微控制器串行通信接口l 3V 单电源工作l 多段信息处理l 工作电流25-30mA,维持电流1Al 不耗电信息保存100 年(典型值)l 高质量、自然的语音还原技术l 10 万次录音周期(典型值)l 片内免调整时钟,可选用外部时钟l 语音芯片ISD4004语音芯片图ISD4004如下图3.5所示。图3.5 ISD4004芯片图键盘控制模块如下图3.6所示。图3.6 键盘控制电路录音&播放电路如下图3.7所示。 图3.7 录音与播放电路4系统调试4.1硬件调试 焊接好所有电路后，先进行硬件电路的调试。下载程序到RAM功能，要使用外接的RAM，需要参照ARM的寄存器说明，设置RAM的基地址，总线宽度，访问速度等等。有的SOC则还需要Remap，才能正常工作。运行Firmware时，这些设置由Firmware的初始化程序完成。但如果使用JTAG接口，相关的寄存器可能还处在上电值，甚至时错误值，RAM不能正常工作，所以下载必然要失败。要正常使用，先要想办法设置RAM。在ADW中，可以在Console窗口通过Let 命令设置，在AXD中可以在Console窗口通过Set命令设置。下面是一个设置S3C44B0X的命令序列，关闭中断，设置CS0-CS3, 并进行Remap，适用于AXD(ADS带的Debug)setmem 0xff