基于單片機的錄音筆設計與實現(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 IDE采用 MFC MDI機制，因此，用戶可以在主界面里同時打開多個窗口，如圖 。 主界面包括三個主要窗口：工作區窗口 (Workspace window)、編輯窗口 (Edit window) 6 和輸出窗口 (Output window)。只需在各窗口內單擊鼠標左鍵即可把該窗口激活。此外，在主界面上，還提 供工具欄等一些方便用戶操作的工具。 圖 IDE 主界面 Workspace 窗口 ： 在 Workspace 窗口內，用戶可查看到當前工程所包括的全部文件。 Workspace 窗口由 FileView 和 ResourceView 兩個視窗組成。單擊 FileView 標簽，用戶可以方便瀏覽到工程內的各文件。 FileView 視窗用層次圖排列出當前工程的所有文件的邏輯關系。Files 文件夾包含了源程序、程序接口和說明硬件配置情況的文件。 Resource 文件夾包括了各種資源文件 (rc)。 Source Files 文件夾用于保存源 文件。 Head Files 文件夾用于保存頭文件。 External Dependencies 文件夾用于保存對工程的一些標注信息。ResourceView 視窗列出當前工程用到的所有資源。可以單擊視窗內分支頂部旁邊的＋和－號展開和收縮層次圖。 （ 如圖 ） Workspace 窗口所體現的邏輯位置不是指文件在硬盤上的物理位置，而是指一種邏輯從屬關系。用戶可用拖曳的辦法改變文件的邏輯位置。在 Workspace 窗口內，不同類型的文件有不同的圖標表現 。 7 圖 Workspace 窗口 Output 窗口 ： Output 窗口用于顯示編譯、調試和查找的結果。在窗口底部有幾個視窗標簽：Build、 Debug 和 Find in Files 等。用鼠標單擊這些標簽，可以激活相應的視窗。 Build：顯示編譯和鏈接過程里產生的信息，包括文件編輯過程里的錯誤和警告信息等。 Debug：顯示程序調試過程里出現的信息。 Find in Files：顯示在文件中查找字符的結果。 Edit 窗口 ： 在 Edit 窗口里，文件的打開格式有兩種：用戶可用文本格式打開文件，也可以用二進制代碼格式打開文件。如圖 圖 Output 窗口 8 1） 文件編輯器 (圖 ) 文本編輯器可以用來打開匯編語言程序和 C 語言程序。 圖 文件編輯器 2） 二進制代碼編輯器 (圖 ) 二進制代碼編輯器讓用戶在 Edit窗口里以十六進制數 /ASCII字符的形式來編輯二進制代碼的資源文件。 圖 二進制代碼編輯器 工程的操作 創建工程 過程 1) 選擇 [File]→[New] ，打開 New 對話框如圖 ，選擇 Project 標簽； 2) 在 File 文本框內輸入工程名稱 ； 3) 在 Location 文本框內輸入工程文件的路徑； 4) 在 Select Body Here 區域內選擇 Probe； 5) 單擊 [OK]，創建工程。 9 圖 創建工程對話窗口 開發操作過程 1) 從 [開始 ]菜單內啟動工具； 2) 選擇 [File]→[Open Project] ，在 ‘ 打開 ’ 對話框內選擇所要打開的工程； 3) 窗口（工作區窗口）顯示在工具的左半邊，在這個窗口內，用戶可以看到當前工程所包含的所有文件； 4) 選擇 [Build]→[Rebuild All] ，進行源文件的編譯和鏈接。 編譯過程里的語法錯誤顯示在 Output 窗口內 ； 5) 選擇 [Build]→[Start Debug]→[Down load]，把程序加載到 RAM，然后，用戶可以用 Debug 菜單內所提供的調試命令來優化和運行程序。選擇 [Build]→[Start Debug]→[Go] ，在調試器內運行程序。 10 第 3 章 硬件設計 根據系統設計的要求和凌陽十六位單片機（ SPCE061A）所 包括 的功能，我可以利用其所具有的特性完成設計所需要達到的各項功能要求。 系統總體方案介紹 系統結構框圖如圖 ： 圖 系統結構框圖 因此在設計中需要使系統具有 如下模塊： 1) 一路 ，可方便地完成 AD的數據采集。 2) 采用 18鍵盤使各功能通過按鍵控制。 3) SIO接口擴展存儲芯片 SPR4096，擴展 4M Bits Flash的擴展存儲空間存儲所錄語音數據。 4) MIC輸入電路，配合 SPCE061A內置的 AGC和 OPI電路，獲得語音數據。 5) 兩路音頻輸出電路，采用凌陽功放芯片 SPY0030A，通過它完成語音的播放。 6) 利用帶背光的 12864點陣液晶 LCD顯示出個按鍵功能。 7) 使用 SPCE061A的通用異步串行接口 UART來實現與 PC機的通訊。 [5] 下面對各功能模塊進行具體描述。 凌陽十六位單片機 SPCE061A SPEAKER MIC 按鍵 SPR4096 UART LCD 11 系統電源電路 系統采用的是 開關電源，該電源提供 5V電壓，用于 SPCE061A端口電壓和用戶實驗電路供電。實驗箱的供電電源系統采用多種輸入，用戶有多種選擇方式： （ 1） 220V交流電壓供電：用戶可以選擇 220V交流電壓供電，系統已將其經過變壓、穩壓處理成 5V，再經過一個三端穩壓器提供 ，供系統工作。 （ 2） DC5V供電：用戶可以直接提供直流 5V電壓和 。如圖 ，包括電源開關，低電壓檢測供電端子和指示燈， 5V供電端子和電源指示燈。 我所設計的錄音筆系統中硬件設備采用由 220V交流電壓供 電。由于在系統中要運用到 LCD和 SPR4096，他們的接口邏輯電壓為 ，并且我選用 了 SPR4096內部存儲空間較大的 4M Bit FLASH存儲語音數據，而電源輸入端 VDDI是給內部 FLASH和控制邏輯供電的， VDDI： 。因此系統電壓選擇了采用 220V交流電壓供電。 圖 電源電路 12 SPCE061A最小系統設計 前面已經提到我所設計的錄音筆系統的 核心 采用 SPCE061A。 SPCE061A內置的 7路 10bitAD轉換器和 2路音頻輸出電路使得設計電路簡單了很多。 SPCE061A最小系統如圖 。 圖 SPCE061A最小系統 芯片 提供兩個 16位通用的并行 I/O口： IOA0IOA15， IOB0IOB15。這兩個口的每一位都可以通過編程單獨定義為輸入或輸出口。其中 A口的 IOA0IOA7用作輸入口時具有觸鍵喚醒功能，可以應用于低功耗的場合。 鑒于所要求功能，我將 IOA0IOA7與 18鍵盤連接， A0A7做輸入口。 SPCE061A的并行 I/O口可以通過編程設置為上拉輸入、下拉輸入、懸浮輸入或同相輸出、 反相輸出的狀態。要求按鍵執行程序所定義功能因此設置為下拉輸入。 13 音頻電路 音頻電路由音頻輸入電路以及音頻輸出電路兩部分組成。 音頻輸入電路 音頻輸入電路包括 MIC錄音輸入和 AGC電路。 人的聲音頻率在 300Hz3400Hz范圍之內，因此 所設計的 錄音筆只需要記錄這樣一個范圍的聲音 信號 即可。 在這里 把 要記錄 的語音信號 最高頻率定為 4KHz，根據公式： f采樣 =2f低通 規定系統的采樣頻率為 8KHz。當錄入的語音 信號 有高于 4KHz的部分時，則把高于 4KHz頻率 的信號 認為是噪聲。噪聲是不需要記錄的， 所以應該把高于 4KHz的聲音頻率排除在記錄范圍外， 因此需 在 ADC電路前加一個截止頻率為 4KHz的前置低通濾波器用來濾除噪聲。前置低通濾波器電路 如圖 ，濾波器的 頻譜圖如 圖 。 [9] M I C 圖 MIC輸入驅動電路與前置低通濾波器圖 14 ffH ( e )j wφ 圖 前置低通濾波器頻譜圖 SPCE061A內置的 AGC電路，它的作用是當輸入信號較強時使放大器增益自動降低 ； 當信號較弱時，又使其增益。因此，從 MIC輸入的音頻信號經過 SPCE061A內置的AGC電路將語音信號的放大值控制在一定范圍內，便可進行 AD轉換。 輸入信號有兩個通道：一個由 LINE_In通道輸入；另一個由 MIC_In通道輸入。MIC_In一般用于麥克風通道插入， 專門用于對語音信號進行采樣。語音信號經 MIC轉換成電信號，由隔直電容隔掉直流成分，然后輸入至 SPCE061A內部前置放大器。 在MIC_In前端有兩級 OP放大器，因此對信號的放大有兩種選擇，一是在關閉 SPCE061A內部自動增益控制電路 AGC時， MIC_In前端的 OP放大器使信號放大。二是啟 用 AGC自動調整增益的值，以防止信號飽和。 AGC能隨時跟蹤、監視前置放大器輸出的音頻信號電平，當輸入信號增大時， AGC電路自動減小放大器的增益；當輸入信號減小時，AGC電路自動增大放大器的增益，以便使進入 A/D的信號保持在最佳電平，又可使削波減至最小。 當 OPAMP2的輸出＞ ， AGC自動降低 OPAMP1的增益，以防止被放大的信號飽和。因此為了能更好的控制系統所獲取的信號選擇啟用 AGC。其輸入接口電路如圖 。 15 圖 ADC輸入接口的結構 A/D轉換接口 模 /數轉換器 ADC是外界與計算機進行信息傳遞的通道。它是一種信號轉換接口，可以把模擬量信號轉換成數字量信號以便輸入給計算機對其進行各種處理。芯片采用逐次逼近式原理實現 A/D轉換。 ADC的結構及工作原理是：由 10位數 /模轉換器 DAC0、10位緩存器 DAR0、逐次逼近寄存器 SAR以及比較器 COMP組成逐次逼近式的 ADC，如圖 。圖中的 ADC有兩種工作方式：手動方式和自動方式。 在 ADC 自動方式被啟用后 ,會產生出一個啟動信號 ,此時 ,DAC0 的電壓模擬量輸出值與外部的電壓模擬量輸入值進行比較 ,.逐次逼近式控制首先將 SAR 中數據的最高有效位試設為 39。139。,而其它位則全設為 39。039。,即 10 0000 ,DAC0 輸出電壓 VDAC0(1/2滿量程 )就會與輸入電壓 VIN進行比較 .如果 VINVDAC0,則保持原先設置為 39。139。的位 (最高有效位 )仍為 39。139。否則 ,該位會被清 39。039。.接著 ,逐次逼近式控制又將下一位試設為 39。139。,其余低位依舊設為 39。039。,即 110000 0000B,VDAC0 與 Vin 進行比較的結果若 VinVDAC0,則仍保持原先設置位的值 ,否則便清 39。039。該位 .這個逐次逼近的過程一直會延續到 10 位中的所有位都 被測試之后 , A/D 轉換的結果保存在 SAR 內 . 16 圖 逐次逼近式的 ADC結構 ADC在手動方式下取消了自動方式的逐次逼近寄存器 SAR的功能，取而代之的是內部比較器 COMP和緩存器 DAR0，以模擬 SAR的作用。換言之，手動方式是指須用軟件程序來控制模擬信號的輸入采樣或保持，通過寫入 A/D數據單元來控制比較器基準電壓值 VDAC0，以及通過讀比較器的比較結果來推測模擬輸入電壓值 VIN。當外部 2V的電壓模擬信號輸入到 ADC的輸入端上，可試著寫入 A/D數據單元一個數字量值1000000000B，它實際對應于 。由于 2V V，故 COMP第一次比較輸出的結果為 ?1 ?，則 ADC的轉換結果暫為 1000000000B。接著寫入 A/D數據單元下一個數字量值。 [7] 在對系統硬件設計中，我根據設計要求將 ADC設計為手動方式。 D/A 轉換模塊 單片機內部 D/A轉換電路的使用與其它內部接口的使用相同，都是可編程控制的接口，通過程序設置其工作方式、工作狀態等。 SPCE061A單片機內部有 DAC1和 DAC2兩路 10位的 DAC轉換器，可以形成雙通道的音頻輸出，也可以作為其它的模擬輸出信號。轉換輸 出是以模擬電流信號的方式分別通過 AUD1和 AUD2管腳輸出。 DAC與SPCE061A連接圖如圖 。 D A C 1 _ P I N 2 1 D A C 2 _ P I N 2 2 S P C E 0 6 1 A D A C S P Y 0 0 3 0 圖 DAC與 SPCE061A連接圖 17 音頻輸出電路 音頻輸出電路采用凌陽功放芯片 SPY0030， SPY0030 音頻輸出大于 700mw， 而供電電壓僅需 。電路中 SPY0030 的放大倍數被固定為 20 倍 ， 音量的大小可以通過電位器調整。喇叭直流阻抗 8 歐，左右兩個通道音量分立調節并備有兩個外部音頻信號放大輸入端。錄入后的語音信號經 MIC 轉換成電信號，由隔直電容隔掉直流成分，然后輸入至 SPCE061A 內部前置放大器 ，經過 2 路 10 位精度