1、 目 录 1 引言 1 1.1 课题背景 1 1.2 课程设计目的 1 1.3 课程设计 意义 2 1.4 系统功能说明 2 2 系统 模块设计 3 2.1 系统工作原理 3 2.2 系统模块设计 3 3 系统 模块介绍 4 3.1 ARM 控制模块 4 3.2 语音芯片 ISD4004 6 4 系统 调试 9 4.1 硬件调试 9 4.2 软件调试 9 4.3 系统设计流程 11 5 试验结果 13 结束语 14 致谢 15 参考文献 16 附录 17 何松柏 基于 ARM 的语音录放系统的设计 第 1 页 共 21 页 1 1 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
2、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
3、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
4、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 A I)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 D A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 A 1)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，无何松柏 基于 ARM 的语音录放系统的设计 第 2 页 共 21 页 2 需电源即可保存数据长达 100年， 重复记录 100000次以上， 8 0kHz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
5、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。 （
6、 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。 何松柏 基于 ARM 的语音录放系统的设计 第 3 页 共 21 页 3 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。
7、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 图 2.1 系统模块图 A R M 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 何松柏 基于 ARM 的语音录放系统的设计 第 4 页 共 21 页
8、4 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
9、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
10、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： 外部存储器控制器（ FP/EDO/SDRAM控制，片选 逻辑）； LCD控制器 (最大支持 256色 STN， LCD具有专用 DMA)； 2通道通用 DMA、 2通道外设 DMA并具有外部请求引脚； 2通道 UART 带有握手协议 (支持 IrDA1.0, 具有 16-byte FIFO)/1通道 SIO； 1通道多主 IIC-BUS控制器； 1通道 IIS-BUS控制器； 5个
11、 PWM定时器和 1通道内部定时器； 看门狗定时器； 71个通用 I/O口 /8通道外部中断源； 何松柏 基于 ARM 的语音录放系统的设计 第 5 页 共 21 页 5 功耗控制：具有普通，慢速，空闲和停止模式； 通道 10位 ADC； 具有日历功能的 RTC； 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。 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 A R M 控 制 器 复位电路 振荡电 路路 路 输入输出设备 电源 何松柏 基于 ARM 的语音录放系统的设计 第 6 页
12、共 21 页 6 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 ISD4004 ISD4004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
13、,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 ,片内信息存于闪何松柏 基于 ARM 的语音录放系统的设计 第 7 页 共 21 页 7 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
14、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 8 16min，音质好，适用于移动电话机及其它便携式电子产品中。 内置微控制器串行通信接口 3V 单电源工作 多段信息处理 工作电流 25-30mA,维持电流 1 A 不耗电信息保存 100 年 (典型值 ) 高质量、自然的语音还原技术 10 万次录音周期 (典型值 ) 片内免调整时钟 ,可选用外部时钟 语音芯片 I
15、SD4004 语音芯片图 ISD4004 如 下 图 3.5 所示。 图 3.5 ISD4004 芯片图 何松柏 基于 ARM 的语音录放系统的设计 第 8 页 共 21 页 8 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 何松柏 基于 ARM 的语音录放系统的设计 第 9 页 共 21 页 9 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 S
16、OC 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 0xfffff124,0xFFFFFF
17、FF,32 关闭所有中断 setmem 0xffe00000,0x0100253d,32 设置 CS0 setmem 0xffe00004,0x02002021,32 设置 CS1 setmem 0xffe00008,0x0300253d,32 设置 CS2 setmem 0xffe0000C,0x0400253d,32 设置 CS3 setmem 0xffe00020,1,32 Remap 如果要在 ADW（ SDT 带的 DEBUG）中使用，则要改为： let 0xfffff124=0xFFFFFFFF 关闭所有中断 let 0xffe00000=0x0100253d 设置 CS0 let 0xffe00004=0x02002021 设置 CS1 let 0xffe00008=0x0300253d 设置 CS2 let 0xffe0000C=0x0400253d 设置 CS3 let 0xffe00020=1 Remap 为了方便使用，可以将上述命令保存为一个文件 config.ini, 在 Console 窗口输入 ob config.ini 即可执行。 4.2 软件调试 （ 1） 系统调试工具 ADS1.2
