1、 本科毕业设计 （ 20 届） 基于 SPCE061A的语音播放系统设计 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 随着信息技术的快速发展，人们在寻求一种更为直接的人机信息互换方式，其中语音播放就是最直接最有效的方式之一。语 音播放就是让仪器能够用语音的方式告知目前的动作。在传统的语音播放系统应用当中，大部分被应用于音乐的播放。但随着信息的快速发展 ， 人们对于信息获取及时性、方便性的要求也越来越高 ，因此在很多的公共交通服务系统以及防盗报警系统中就被广泛得应用，也因此语音播放系统越来越受到设计者的广泛采用。开发带有语音功能的产品通常是单片机加专用语
2、音芯片来完成，这样既增加成本，又延长了开发时间。而具有强大语音功能和编程方便的凌阳系统单片机就克服这些问题。 此次课题设计的语音播放系统就是基于凌阳 SPCE061A 单片机而开发的。利用 SPCE061A 开发板以及 unSP 开发工具，通过单片机 C语言编程，实现对预先存储的语音信号，通过开发板上的微型喇叭进行播放。语音播放的模式有两种，一个是自动模式，还有一个是手动模式，我分别在这两种模式下，将语音播放出来，同时在加上按键，通过按键来调出语音资源。同时还清楚语音播放系统的发展动向，对其在各个领域的应用有极其重要的意义，而且具有十分重要的应用价值和良好的市场前景。 关键词 : 语音播放 ；
3、应用； SPCE061A - ii - Abstract With the rapid development of information technology, people are looking for a more direct way of human-computer exchange of information, including audio playback is the most direct one of the most effective way. Voice playback is to let the instrument can tell the way w
4、ith voice-current action. In the application of traditional voice playback system, the majority being used in music playback. But with the rapid development of information, people access to information in a timely manner, convenience requirements are getting higher and higher, so a lot of public tra
5、nsport services in the system and burglar alarm systems have been widely applied, and therefore more voice playback system and more widely used by designers. With a voice-enabled product development is usually dedicated voice chip microcontroller added to complete, then it will increase costs, and e
6、xtend the development time. The program has powerful functions and convenient voice Sunplus system microcontroller to overcome these problems. The subject of the voice broadcast system design is based on Sunplus SPCE061A SCM developed. SPCE061A development board and unSP using development tools, thr
7、ough the microcontroller C programming language, to achieve the pre-stored voice signals, through the development of on-board micro-speakers for playback. Voice broadcast system is also clear that the development trend of its application in various fields are of great importance, but also has import
8、ant application value and good market prospects. Key wards: Voice Play; Applications;SPCE061A - iii - 目 录 1 引言 . 1 2 SPCE061A 单片机简介 . 2 2.1 SPCE061A 单片机 . 2 2.2 SPCE061A 结构 . 3 2.3 SPCE061A 的 DAC 音频输出 . 4 2.3.1 DAC 音频输出通道结构 . 4 2.3.2 DAC 音频输出特性 . 4 2.4 中断系统 . 4 2.4.1 中断类型和中断方式 . 5 2.4.2 中断向量和中断源 . 5
9、 2.5 定时器 . 6 2.5.1 定时器 A/B . 6 2.5.2 看门清狗定时器 . 6 3硬件应用 . 7 3.1 初识 61 板 . 7 3.1.1 61 板硬件框图及功能 . 7 3.1.2 61 板各功能区接口和跳线 . 8 3.2 键盘 . 9 3.2.1 键盘功能 . 9 3.2.2 键盘结构 . 9 4 程序设计 . 10 4.1 音频概述 . 10 4.2 音频压缩算法 . 10 4.3 播放系统设计 .11 4.4 SACM_A2000 自动语音播放 . 12 4.4.1 自动播放语音方式和流程图 . 12 4.4.2 SACM_A2000 算法自动播放 API 函数
10、 . 13 4.5 SACM_A2000 手动播放语音 . 14 4.5.1 手动播放语音方式和流程图 . 14 4.5.2 SACM_A2000 算法手动播放 API 函数 . 17 4.6 中断服务程序 . 18 4.6.1 中断程序设计流程 . 18 4.7 键盘程序 . 19 4.7.1 键盘程序设计流程 . 19 5 制作和调试 . 22 6 总结 . 23 致 谢 . 24 参考文献 . 25 - iv - 附录 1 总程序代码 . 27 附录 2 硬件实物图片 . 35 - 1 - -1- 1 引言 随着信息技术快速的发展，语音播放系统不仅仅应用于音乐的播放，而且在其他领域也都有
11、着广泛的应用，尤其是在智能化电子设备上。传统的电子设备只是简单将所测量到的数据，用数码管显示出来，而在仪器设计中加入了语音系统，则可以将数据更加直接，形象地表现出来。例如将语音播放系统应用于电阻测量仪中，在传统的电阻测量仪的基础上，加入了语音播放系统，这样一来，电阻测量仪测量的数据，不仅仅可以用肉眼看到，而且可以直接听到电阻的大小，将电阻测量仪推向了智能化 的水平。这种设计理念将会成为一种潮流，会被更多的设计者所采纳，融入到设计中，将各种设备变的更加智能化。因此语音系统所涉及的领域将更加得广泛。 基于单片机的语音处理系统也是目前应用的比较广泛的。由于单片机的操作简单，设计方便，容量大的特点，因
12、此适合语音系统的设计。相比较各种单片机的特点来说，用凌阳单片机来设计语音系统是最适合的。 SPCE061A是台湾凌阳公司生产的性价比很高的一款十六位单片机，使用它可以非常方便的实现语音系统的设计 1。 凌阳 SPCE061A单片机自带双通道 DAC音频输出 DAC1和 DAC2， DACl、 DAC2转换输出的模拟量电流信号分别通过 AUDl和 AUD2管脚输出， DAC输出为电流型输出，经 LM386音频放大，即可驱动喇叭放音，在 DACl、 DAC2后面接一个简单的音频放大电路和喇叭，就实现语音播放功能 2。 此次课题旨在利用 SPCE061A 开发板以及 unSP 开发工具，通过单片机
13、C 语言编程，实现对预先存储的语音信号，通过开发板上的微型喇叭进行播放。同时还要清楚语音播放系统的发展动向，对其在各个领域的应用有极其重要的意义， 而且具有十分重要的应用价值和良好的市场前景。 - 2 - -2- 2 SPCE061A 单片机简介 2.1 SPCE061A 单片机 SPCE061A 是台湾凌阳科技公司推出的一款 16 位 SOC 的单片机，广泛应用于嵌入式系统和控制系统当中，特别是在语音处理上，优势尤其明显。它采用高性能的 unSP 内核，具有丰富的硬件资源，并集成了 ICE 电路接口，可以直接利用该接口对芯片进行下载、仿真、调试等操作。在 unSP 集成开发环境下，可采用汇编
14、语言和标准 C 语言开发各种应用程序，同时也可以实现 C 语言和汇编语言的互相调用。 SPCE061A 是继 nSP 系列产品 SPCE500A 等之后，凌阳科技推出一款 16位结构 的微控制器。与 SPCE500A 不同的是，在存储器资源方面考虑到，用户对较少资源的需求以及便于程序调试等功能， SPCE061A 里只内嵌 32K 字的闪存（ FLASH）。较高的处理速度使 nSP 能够很容易地、快速地处理复杂的数字信号。因此，与 SPCE500A 相比，以 nSP 为核心的 SPCE061A 微控制器是适用于数字语音识别应用领域产品的一种最经济的选择。 SPCE061A 的语音处理功能是由凌
15、阳科技自行开发的，具有音频编码和解码以及语音压缩算法。各种算法对应的程序模块都存放在语音算法 SCAM-LIB 中，使用 时只需调用相应的模块就可以方便地实现语音合成、语音播放、录音、识别等功能。因此 SPCE061A 是一款适合语音系统设计的开发工具 3。 nSP内核是一个通用的核结构。除这以外的其它模块。均为可选结构，也就说这种结构可大可小或可有可无。通过这种通用结构再加可选结构的积木式的构成，便可形成各种不同系列的生产品，以适应不同的应用场合。这样做无疑会使每一种生产品具有更强的功能和更低的成本。 - 3 - -3- 2.2 SPCE061A 结构 图 2-1 SPCE061A 的结构
16、如上图 2-1 所示的 SPCE061A 的结构。 凌阳 SPCE061A 内部以 unSP16 位微控制器为核心，集成了 ICE（在线仿真）、Flash 存储器（闪存）、 SART（静态内存）、通用 I/O 端口、定时器 /计数器、中断控制、 CPU 时钟、锁相环（ PLL)振荡器、双通道 10 位 DAC（数 字 /模拟转换器）等模块。 SPCE061A 单片机的技术特性如下： 1、工作电压范围：（ CPU)VDD 为 3.0 一 3.6V， (I/O)VDDH 为 VDD-5.5V 2、系统工作频率范围： 0.32 一49.152MHZ 3、数据存储器： 2K 字 SRAM 4、程序存储
17、器： 32K 字 FlashROM 5、模 /数转换器： 7通道 10位 ADC 和单通道 10 位声音 ADC 6、数 /模转换器： 2个 10 位 DAC 输出通道 7、具有红外通信功能：可对红外信号进行接收或发送 14 个中断源来自系统时钟，定时器计数器，时间基准发生器，外部时钟源输入， 触键唤醒以及通用- 4 - -4- 异步串行接口等 8、掉电方式下的系统运行可将功耗降至 5V电源电压下的 2uA 9、具有运行在睡眠方式下的看门狗维护功能 4 2.3 SPCE061A 的 DAC音频输出 2.3.1 DAC 音频输出通道结构 SPCE061A 为音频输出提供 DAC1 和 DAC2
18、两个通道，分别由 AUD1 和 AUD2 这两个引脚输出。 DAC 的输出范围为 0x0000-0xFFFF。 DAC1 和 DAC2 的输出数据应分别写入 P_DAC1(写 )（ 0x7017） 和 P_DAC2(写 )（ 0x7016） 单元 5。 DAC1 和 DAC2 均为 10位 D/A 转换单元。在 DAC 方式下，该单元均为 10 位的缓冲寄存器 DAR2/DAR1。 P_DAC1(写 )/ P_DAC2(写 )：通过此两单元直接写入 10 位数据到 10位寄存器DAR1/DAR2，锁存相应 DAC 的输入数据。 P_DAC1(读 )/ P_DAC2(读 )：从 DAR1/DAR
19、2 内读出 10 位数据。 2.3.2 DAC 音频输出特性 DAC 数模转换器，用作 SPCE061A 的音频输出设备。通常 DAC 的最大输出电流与 Vdd 成正比， DAC 的最大输出电流范围是“正常电流值 *(1+10%)” 。在得知DAC 的最大输出电流后 ，模拟电压输出范围将由 DAC 负载决定。由于 DAC 本身的物理特性，最大输出电压将比 Vdd 低 0.3 0.4V6。 2.4 中断系统 中断是为处理外界异步事件而设置的。中断技术将计算机的发展和应用推到了一个新的领域。因此中断功能的强弱已经成为衡量计算机性能的重要指标之一。 SPCE061A 的中断系统功能较强，提供 14
20、个中断源，具有 2 个中断优先级，可实现两级中断嵌套。用户可通过关中断指令来屏蔽所用的中断请求；通过开中- 5 - -5- 断指令来允许 CPU 接受中断申请。 2.4.1 中断类型和中断方式 SPCE061A 的中断分为软 件中断、异常中断和事件中断三种类型。 1 异常中断 异常中断用于监测非常重要的事件，这类事件一旦发生， CPU 必须立即处理。目前 SPCE061A 定义的异常中断只有 RESET 一种。 2 软件中断 软件中断是由软件指令产生的中断，软件中断的中断向量地址为 FFF5H。 3 事件中断 事件中断一般发生在芯片内部或输入引脚引入的某个事件中。这种中断允许/禁止由独立使能控
21、制和相应 IRQ 或 FIQ 总能控制。 SPCE061A 的事件中断采用快速中断请求（ FIQ 中断）和中断请求（ IRQ 中断）两种方式。 2.4.2 中断向量和中断源 SPCE061A 中断系统共有 9 个中断向量，即 FIQ、 IRQ0 IRQ6 和 UART IRQ,这 9 个中断向量可安置 14 个中断源。其中 3个中断源安置在 IRQ0-IRQ2 或 FIQ，另外 10 个中断源安置在 IRQ3-IRQ6 中。还有 1 个专门用于 UART 串行端口的中断源，必须安置在 UART IRQ 向量中。 中断源可分为 5种： 1、定时器溢出中断：由 SPCE061A 内部定时器中断源产生，属于内部中断。SPCE061A 内部有 2 个 16 位定时器 /计数器（ TimerA和 TimerB） 。 TimerA 和 TimerB在定时脉冲的作用下从预 置数开始加计数，当计数累计到“ 0XFFFF” 时，可以自动向 CPU 提出溢出中断请求，表示 TimerA 或 TimerB 定时时间已到。 2、外部中断： SPCE061A 有 EXT1 和 EXT2 两个外部中断。其信号输入分别与B端口 IOB2 和 IOB3 共享引脚。 3、串行口中断：由 SPCE061A 内部串行口中断源产生，属于内部中断。串行
