基于单片机的数字化语音存储与回放系统的设计摘 要本文介绍了一种基于凌阳单片机的语音存储与回放系统，利用SPCE061A的语音特色，结合外部扩展的Flash ROM存储器SPR4096，实现了语音存储与回放。在语音存储与回放的过程中，通过扩展的按键，可以实现语音的录入、播放、播放下一段、停止及删除等功能，并扩展了六位七段数码管进行实时显示。当今，计算机技术带来了科研和生产的许多重大飞跃，微型计算机的应用已经渗透到生产、生活的各个方面。单片微型计算机简称单片微机或单片机，又称为微控制器。它体积小、价廉、功能强，适用范围越来越宽。单片机在工业控制、自动检测、智能仪器、家用电器等领域的应用尤其突出。本课题以凌阳SPCE061A单片机为主体，实现了语音的数字化存储与回放，整个系统分为录音、停止、和放音三种状态，状态的改变用按键K1K2K3控制。存储器采用SPR4096，放大器采用NE5532，使用SPCE061A单片机自带的LineIN输入，性能良好的数字滤波器滤去音频信号（3003400）频段以外的信号，经AD转换将音频信号转换为电信号，采用SACM-A2000的压缩算法，将压缩后的数据存储在SPR4096存储器中。放音时再从SPR4096读取数据，利用凌阳SACM库提供的DVR函数进行录放，数模转换后经过放大驱动喇叭。在8kHz的采样频率时，语音存储时间可以达到10s以上，回放时语音失真小，音质良好。软硬件的结合使该系统有合理的结构，性能指标基本达到要求。关键词：SPCE061A SPR4096 数字滤波压缩编码语音ABSTRACTNowadays, computer science has brought about a lot of achievements in scientific research and in industry. The application of microcomputer has penetrated to all aspects of life and industry. Microcomputer is called singlechip for shot, or controller. Because of its small bulk, low price, strong function, the microcomputer is used more and more, especially in the industrial control, automatic detect, intelligent instrument, apparatus and so on.This task is based on the microcomputer SPCE061A of Sunplus. Digital memorization of voice and playback of voice are all realized in this system. All the system is composed of three states: record, playback and halt. The keys K1K2K3 are in charge of the change of the states. SPR4096 is used as the data memorizer. The microcomputer SPCE061A offers micin input. Digital filter which performance is all right is used to wipe off the noise. Audio frequency single is switched to the electric single via the conversion of AD. After amplified, it drives the trumpet. Voice memorization time can reach more than 10s at 8kHz sampling frequency. Quality of the playback voice is fine and distortion is low. Both software and hardware were combined together so that the system can work well. The tested data shows that the system is reliable and the performance of the system up to the design requirements.Key words: SPCE061A ; SPR4096; digital filter; 0 引言随着我国经济建设的发展，公安、铁路、民航、金融等部门对语音记录的需求不断增长。把语音生成技术用于工业监控系统、自动应答系统、多媒体查询系统、智能化仪表、办公自动化系统或家用电气产品中，使它们具有语音输出功能，使之能在适当的时候用语音实时报告系统的工作状态、警告信息、提示信息或相关的解释说明等，无疑在提高人机通信能力、减少对错误处理的遗漏、提高系统性能、降低人们的工作强度等方面都有极大的好处。传统的磁带语音录放系统因其体积大、使用不便，在电子与信息处理的使用中受到许多限制。本文提出的体积小巧,功耗低的数字化语音存储与回放系统将完全可以替代它。数字化语音存储与回放系统的基本原理是对语音的录音与放音的数字控制。数字录音系统是将现场的语音模拟信号转变为离散的数字信号，然后存储在一定的存储介质上的一种录音方式，它也是数字语音处理技术中常用的一种方式。采用数字录音技术，有较高的效率和自动化程度，录音时间也长，并可将信息长期保存于存储介质中，同时对语音信息进行编辑整理非常方便，可快速查找。实现数字录音系统可以采用PC机实现和嵌入式系统实现两种方式。当使用PC机的时候，由于它的体积庞大，耗电高，造价也高，并且在某些情况下系统的稳定性得不到保证所以用PC机来实现前述的各项功能和操作，就受到了一定的限制。而嵌入式系统的体积小，供电方便，造价低，稳定性也高，所以得到了广泛的应用。本文中设计的数字录音系统，主要是要满足以下几个指标:（1）较长的录音时间，能满足较长时间数字语音记录的需要；（2）大容量非易失数据的存储器作为存储媒介，可以保存语音文件和记录；（3）灵活方便的控制方式，可以进行录音、放音。第一章 方案设计与论证随着我国经济建设的发展，公安、铁路、民航、金融等部门对语音记录的需求不断增长。把语音生成技术用于工业监控系统、自动应答系统、多媒体查询系统、智能化仪表、办公自动化系统或家用电气产品中，使它们具有语音输出功能，使之能在适当的时候用语音实时报告系统的工作状态、警告信息、提示信息或相关的解释说明等，无疑在提高人机通信能力、减少对错误处理的遗漏、提高系统性能、降低人们的工作强度等方面都有极大的好处。传统的磁带语音录放系统因其体积大、使用不便，在电子与信息处理的使用中受到许多限制。本文提出的体积小巧,功耗低的数字化语音存储与回放系统将完全可以替代它。数字化语音存储与回放系统的基本原理是对语音的录音与放音的数字控制。 数字录音系统是将现场的语音模拟信号转变为离散的数字信号，然后存储在一定的存储介质上的一种录音方式，它也是数字语音处理技术中常用的一种方式。采用数字录音技术，有较高的效率和自动化程度，录音时间也长，并可将信息长期保存于存储介质中，同时对语音信息进行编辑整理非常方便，可快速查找。实现数字录音系统可以采用PC机实现和嵌入式系统实现两种方式。当使用PC机的时候，由于它的体积庞大，耗电高，造价也高，并且在某些情况下系统的稳定性得不到保证所以用PC机来实现前述的各项功能和操作，就受到了一定的限制。而嵌入式系统的体积小，供电方便，造价低，稳定性也高，所以得到了广泛的应用。本文中设计的数字录音系统，主要是要满足以下几个指标:（1）较长的录音时间，能满足较长时间数字语音记录的需要；（2）大容量非易失数据的存储器作为存储媒介，可以保存语音文件和记录；（3）灵活方便的控制方式，可以进行录音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，Digital Signal Processing）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nSP（Microcontroller and Signal Processor）16位微处理器芯片（以下简称nSP）。围绕nSP所形成的16位nSP系列单片机（以下简称nSP家族）采用的是模块式集成结构，它以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。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。 nSP家族有以下特点: l 体积小、集成度高、可靠性好且易于扩展 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。 l 具有较强的中断处理能力 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。 l 高性能价格比 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，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。 l 功能强、效率高的指令系统 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。 l 低功耗、低电压 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，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。第二章 硬件电路设计本系统以SPCE061A作为整个系统的主控制板，使用SPCE061A单片机自带的LineIN输入，滤除噪声后模数转换，将ADC的结果进行数字滤波，然后存放在存储器SPR4096中，播放时从SPR4096中读取数据，直接送到SPCE061A自带的DAC进行播放。这种设计方案硬件电路非常简单，很多都是61板自带的集成模块，可以很好的减少或避免来自系统内部的干扰。整个录放过程的原理框图如图2-1图2-1 原理框图本章将具体介绍各部分电路原理及其功能。2.1 61板电路原理图 本设计的硬件核心是61板，是整个系统的主控制器，首先来介绍61板的原理。61板的原理图如图2-2图2-2 61板原理图2.2 音频电路音频电路由麦克风电路以及音频输出电路组成。2.2.1 音频电路-麦克风输入电路麦克风电