1、本科毕业论文（20 届）简易数码录放系统的设计与实现所在学院 专业班级 通信工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘 要数码录放系统是主要以数字电路为基础，通过集成数字电路来实现模拟信号的采集、储存、恢复等功能。数码录放系统是将模拟信号变换为离散信号，进行编码和储存,当其播放录音时将离散信号变换为模拟信号。在近十几年，数码录放系统运用大规模集成电路和语音合成，并且迅猛发展。大规模集成电路结合单片机，体积小、便于扩展，具有良好的发展前景，例如自动查询系统，监控系统报警，以及数字万用表等。数码录放系统是将音频信号转换为数字信号，然后将其储存在特定的存储媒介上的一种记录音频的方式，
2、它也是数码录放处理技术中非常常用的一种手段。采用数码录放技术，效率高、自动化程度高，可以在存储介质中长期保存信息，同时可以方便的编辑整理语音信息，可以快速查找。本文介绍基于语音数码录放发展前景和语音数码录放的原理的数码录放技术，设计了一种基于 SPCE061A 单片机，实现音频信号压缩编码的数字录放系统设计方案。通过与现有语音数码录放设计方案的分析和比较，详细介绍了 SPCE061A单片机的优点。设计基于 SPCE061A 单片机的外部滤波、功率放大等电路。并设计基于 SPCE061A 单片机的语音录放程序，采用检测外部中断模式实现外部电路的按键控制。运行结果表明，解码后语音品质还原度高，波形
3、失真度较小，基本符合要求。根据实际应用和可视化操作的需要，设计并制作出以 ATmega16 单片机为核心，采用 LCD1602 显示录音、播放和暂停状态的电路。关键词：数码录放；语音信号；数字信号；储存；单片机AbstractDigital playback system is based on digital circuit, which uses digital voice circuit to realize the voice signal acquisition, storage, recovery and other tasks.Digital recording conversi
4、on analog voice signal to digital signal for processing and storage, digital signals inverse transform into analog voice signal when playback. Digital recording system gather large scale integrated circuit technology and voice synthesis technology; the technology rapid developed in recent years. Voi
5、ce integrated circuit microprocessor has advantage of small volume, convenient extension and has wide developmental prospect. Its application includes mobile phone query system, monitoring system voice alarm, and voice type digital multimeter, etc.Digital playback system transfer the analog voice si
6、gnal into a discrete digital signal, then stores in storage medium, It is also a commonly used in digital speech processing technology. Using digital playback technology with high efficiency and highly automation, information can be preserved in storage medium perpetually, voice messages can be easi
7、ly edited and quickly searched.This thesis designed a digital playback system which can achieve voice signal compression coding and is based on the development of embedded digital voice recorders and voice recording.This thesis introduced the advantage of the SPCE061A through analyzing and comparing
8、 with the existing design of digital voice recorders.This recorder designed is based on the SCM outside of the filter and power amplification circuit.The recorder designed SPCE061A playback program using the key control circuit which detects the mode of interruption.After the running results show th
9、at the decoding speech quality is better, waveform distortion in line with expectations.According to the needs of practical application and visualization operation, I design and make the ATmega16 microcontroller as the core, adopt LCD1602 display circuit recording, play and pause status.Key words: d
10、igital playback, speech signal, digital signal, storage, SCM目 录第 1 章 绪论 .11.1 课题研究的背景及意义 .11.2 国内外研究现状 .11.3 本文研究内容 .2第 2 章 数码录放系统的原理框架和硬件简述 .42.1 数码录放系统的原理框架 .42.2 系统总体硬件结构 .42.3 SPCE061A 单片机 .62.4 ATMEGA16 单片机（控制显示） .92.4.1 产品特性 .92.4.2 引脚配置及电路设计 .92.5 子系统硬件结构 .112.5.1 电源电路 .112.5.2 音频电路 .112.5.3
11、按键电路 .122.5.4 复位电路 .122.5.5 ICE 接口电路 .132.5.6 液晶显示电路 .132.6 本章小结 .14第 3 章 软件设计流程 .153.1SPCE061A 编解码算法 .153.2 单片机开发环境简介 .183.2 系统总体设计流程 .203.3 子系统设计流程 .203.3.1 录音子程 .203.3.2 放音子程序 .223.3.3 显示子程序 .233.4 本章小结 .24第 4 章 设计成果及分析 .254.1 设计成果分析 .254.2 设计成果展示 .254.3 本章小结 .27结 论 .28参 考 文 献 .29致 谢 .30简易数码录放系统的
12、设计与实现1简易数码录放系统的设计与实现第 1 章 绪论1.1 课题研究的背景及意义随着全球经济建设的快速推进，飞行、经济、安全、交通等方面对语音存储的需求不断变大。在应答系统、自动查询系统、工业监控系统、自动化办公系统、家用电器以及智能化仪表等产品中都会应用数码录放技术，可以使它们自动播放语音，使之在特定的场景下通过语音及时的报告系统的工作情况、重点提醒、错误报告以及其他相关内容等 1。通过这一手段，人们可以降低工作强度、减少失误监测的丢失、加强人机通信能力、提高系统实用程度等。用磁带记录、存储、还原模拟语音信号的电子产品，由于这些电子产品体积较大，它的适用范围会受到很大的限制。简易数码录放
13、系统的基础是集成数字电路，达到语音信号的采集、储存、恢复等功能的方法是采用大规模数字电路。微处理器具有使用电压较低、功率消耗小、高性价比、高可靠性等优势，因此得到了迅速发展和大规模应用 2。利用单片机实现语音录放功能的数据收集集系统、通信产品、工业监测系统、智能化产品、以及日常消费类用品等具有很大的研究意义和探索价值。数字集成电路与单片机结合，因其体积较小、可扩展功能强，其发展前景十分可观。综上所述,数码录放系统在未来科技领域具有非常重要和潜在的应用价值。技术研究人员一直致力于寻求高效的数码录放系统设计方法，并已经取得了显著地研究成果，但其研究远未成熟和完善。不断探索实现数码录放的方法，有着重
14、要的理论意义和实际意义 3。数码录放技术是当今科技的重要研究内容之一。1.2 国内外研究现状语音，在人类发展和事业中起着至关重要的作用，它是人们最基本的交流工具之一。在前人的研究基础上，我们了解到，空气是产生和传播声音的基础。语音是以特定的形态产生并且存在着的信息载体，它传播速度快，瞬息万变。长久以来，人们力求获得和储存语音并且为此所付出不断的努力，这个梦想得以初次实现是在 1877 年，大科学家爱迪生制造了全球第一部机械式留声机 4。从那以后的 100 多年之间，科学家们先后研究出了各种储存原始声音的载体，其中包括钢丝、胶片、磁带、磁芯、激光唱片等。显然上述提到的载体有种种我们不可或缺的优点
15、，但是都要求有良好的交互介质及稳定的操宗机制，对机械控制的精准度依赖较高，而且他的缺点也是显而易见的，其中包括了体积大、耗电量多、成本较高和机械磨损多、介质损耗大等许多明显的不足，特别是无法直接接口的机械简易数码录放系统的设计与实现2控制与集成电路，这一系列的缺点，从根本上决定了这些原生载体最终不可能成为未来发展主体 5。然而，人类探索语音处理的研究一直都没有暂停过。在上世纪中期，人类发明了语音集成系统，语音合成技术得到了长足发展，属于划时代的技术突破。21 世纪至今，快速发展的语音电路已经成当前家用电器产品、 “可播放”电子产品、网络化产品和通信产品中不可缺少的重要集成电路部分，并形成了一个
16、包含种类多样、规格齐全、系列多等优势的大规模语音集成电路系统。使用语音交互界面的优势在越来越多的领域体现出来，语音技术已经渐渐的被人类所接受与普及，并在很多领域里占据有利的地位。语音技术已经可以为用户提供切实的方便与快捷，并且逐渐成为衡量电子器件产品智能化的重要部分。构造良好的人机交换互界面，让人们更好的体会到人机无碍的信息传递，真实感和人性化是语音技术发展的最终目标 6。目前在全球的工业化产品和智能化产品的诸多领域，语音技术的应用已经得到广泛应用，并在各行业内发挥了巨大的作用。语音是最有效最直接最接近人类思维的人机交流方式，相对于以前那些纷杂繁复的开关按键、指示灯、显示屏等交互方式，语音无疑
17、是最理想的。语音的对话方式可使人机界面从数字领域进入到模拟领域。然而，如果想可以从真正意义上的完全实现人机对话功能，这里面还有很多重大的技术要点需要研究，但是，根据这一技术的前景来看，伴随着语音鉴别、信息合成、语音综合、信息通信等一系列技术的研究，一定可以很快实现人类这一梦寐以求的未来 7。由于语音合成技术发展较快，一些缺点也是避免不了的。但是其电路体系精密，成长速度速度快，发展前景远大，应用范围大的优势，是所有的集成电路相关产品都无法企及的。现在，语音录放系统已经告别了只读型单一电路，转向了成本低、功能多、集约式、微型化、智能化语音集成电路的方向。录音技术以及周边产品，将为方便、自然、理想的
18、人机交互方式提供最基础的技术支持 8。微电子技术近几年发展迅猛，语音集成电路领域及语音合成技术进行了多次的技术革新，大批的新创意、新技术、新产品不断出现，开发了更广泛的应用领域，并朝着容量大、音质好、智能化、灵活性强的方向发展。1.3 本文研究内容本文从数码录放系统的技术类型出发，采用 SPCE061A 型单片机，利用其速度快、性能可靠、开发环境完善等条件，开发出一种集录音、放音、停止等功能为一体的数码录放系统。本文主要研究内容如下：第 1 章，首先介绍研究的背景和意义，明确研究方向和内容的基础上，再通过介绍 SPCE06IA 单片机主要特点，论证采用 SPCE06IA 单片机设计实现本系统的
19、可行性和优越性；第 2 章，主要设计系统的硬件部分，简单介绍数码录放系统的原理框架。为了简化硬件，保证性能，硬件电路要包括核心部件 SPCEO61A 单片机、简易数码录放系统的设计与实现3ATMEGA16 单片机和外围电路的设计。凌阳 SPCEO61A 单片机内集成了 A/D 转换电路、D/A 转换电路、存储器等部分，系统的语音采集、发送、控制和显示电路进行独立设计。本系统的硬件电路具有占用空间小，性价比高等优点。第 3 章，主要设计系统单片机片内程序，展示系统内部各部分的程序设计流程。首先凌阳单片机通过内置集成的录音函数，将采集到的语音信息储存到单片机 RAM 中，并通过凌阳 SPCEO61
20、A 单片机内部集成的播放功能函数，提取语音信息进行播放。同时，通过 Atmega16 单片机进行状态监控，并在 1602 液晶上实时显示系统状态，包括录音、放音、停止等几个状态。并进行不同应用场景下的测试，优化设计方案。第 4 章，给出了硬件成果展示与波形分析，评价了录放系统的性能，并给出了以后研究中的改进方向和可行性措施。简易数码录放系统的设计与实现4第 2 章 数码录放系统的原理框架和硬件简述本章首先介绍了简易数码录放系统的总体原理框架。然后描述了所用的SPCE061A 和 ATMEGA16 单片机的基本特性。最后逐一描述了硬件电路中外围电路的功能及结构。2.1 数码录放系统的原理框架数码
21、录放系统的硬件原理框图，如图 2.1 所示。图 2.1 数码录放系统硬件原理框图数码录放系统主要采用 A/D 转换、D/A 转换实现语音录放功能。在SPCE061A 单片机中，录音时通过 A/D 转换将模拟语音信号转换为离散数字信号，再将数字信号存入存储器，最后放音时通过 D/A 转换将数字信号变为语音信号。在此过程中，ATMEGA16 单片机监测外部按键变化，实现显示功能。2.2 系统总体硬件结构数码录放系统核心组成为小系统功能电路，并且包括有音频电路（含 MIC 输入部分和 DAC 音频输出部分） 、供电电路、RESET 电路、监测及显示电路等，可通过 3 节 1.5V 干电池或者 USB
22、 接口作为电源，方便随身携带。并且包含有调试器接口（Probe 接口）以及下载线（EZ_Probe ）接口，可方便地在板上实现程序的下载、在线仿真调试。数码录放系统硬件结构框图如图 2.2 所示。系统板各部分硬件说明如表 2.1 所示。简易数码录放系统的设计与实现5图 2.2 数码录放系统硬件结构框图上图中的各部分硬件说明如表 2.1 所示。表 2.1 系统板各部分硬件说明名称 说明POWER 5V 和 3.3V 供电电路S4 复位按键S5 EZ-PROBE 和 PROBE 切换的 3pin 排针EZ-PROBE 下载线的 5pin 接口MIC 麦克风输入电路 VRT 用于 A/D 转换中的外部参考电压输入接口K1K3 扩展的按键，接 IOA0IOA2PLL 锁相环外部电路RESET 复位电路 PROBE 在线调试器 5pin 接口 J3 2pin 喇叭插针 OSC 32768Hz 晶振电路 PORTA/B 32 个 I/O 口
