基于SPCE061A单片机的录播系统的设计

2015-03-19冯谷军

湖北理工学院学报 2015年3期

田嵩，冯谷军，罗文，刘涛

(湖北理工学院计算机学院，湖北黄石435003)

SPCE061A 是继μ＇nSPTM(Microcontroller and Signal Processor)系列产品SPCE500A 等之后凌阳科技公司推出的新一款16 位结构的微控制器，与之前推出的产品不同，SPCE061A在存储器资源方面考虑到用户便于程序调试和较少资源的需求等功能，在SPCE061A 单片机中嵌入了32 k 字的FLASH 存储器，FLASH较高的存取速度使μ＇nSPTM能够快速地、非常容易地处理复杂的数字信号。此外，SPCE061A的开发是通过在线调试器PROBE 实现的，以μ＇nSPTM为核心的微控制器SPCE061A 在语音识别领域具有经济性的作用。

1 综合设计

1.1 总体要求

录播系统的总体设计包含以下几个方面:

1)音频采集系统。音频采集系统可分为语音采集、音乐采集、对话采集等，在采集系统中要求将采集到的声音文件进行转化和存储，在转化过程中将声音文件转化成.wav 文件格式，转化后要设置文件格式，必须将wav 文件属性设置为“8 k 16 位单声道”。在文件设置成必要格式以后，需要将文件进行压缩，凌阳公司在Windows 环境下开发的语音压缩工具Compress Tool 可以将按要求设置好的wav 文件压缩成A2000 或S480 的形式［1－2］。

2)硬件的开发。可以采购相应的裸板进行开发板的组装。购买凌阳公司相应元器件进行拼装和焊接，其结构复杂，性价比高。

3)软件的开发和调试。本系统要求在unSPIDE 开发环境下进行程序的设计和开发。

4)调试成功后的程序通过下载器烧写在开发板上以实现录播系统的功能。

1.2 硬件的设计

1.2.1 硬件需求

凌阳公司的SPCE061“61 板”即是凌阳16 位微控制器SPCE061A 的精简开发系统。它也是世界上最便宜的一款16 位单片机开发系统。SPCE061A 主要由以下几个部分组成:16 位的高性能unsp 内核单片机，CPU 时钟范围:0.32 ～49 MHz，片内32 k 字的Flash 程序存储器、2 k 字的SRAM 数据存储器，2 个16位I/O 端口，14 个中断源，1 通道专用音频AD 转换通道，7 通道 AD 转换通道。SPCE061A 硬件结构图如图1所示。

图1 SPCE061A 硬件结构图

按照图1 中整体硬件结构图进行电路板和元器件的连接和焊接。连接好相应的元器件后，检查系统的通路和完整性，音频输出电路如图2所示。

图2 音频输出电路

1.2.2 语音录播开发板硬件设计和连接

语音录播系统要求开发板结构小巧、功能强大、功耗低。设计时可以将相应的硬件需求进行整合。设计的语音录播系统开发板硬件系统性能指标如下:

1)CPU:SPCE061A(SUNPLUS unSP)，外部时钟为32 768 Hz，内部倍频最高可至49 MHz;

2)Flash ROM:64 kbyte 的16 bit Flash;

3)RAM:4kByte 的16 bit SRAM;

4)I/O:32 位IO 口;

5)ADC:8 路10 位ADC，最高转换速率为96 kHz，留有外接AD 参考电压接口;

6)DAC:2 路10 位DAC，最高转换速率为100 kHz;

7)麦克风:1 路MIC 音频输入;

8)喇叭接口:开发板配备喇叭;

9)音量调节电位器:用于调整音量的大小;

10)端口电平可选:可选择5 V 和3.3 V这2 个外部中断输入口;

11)2 个外部时钟源输入口;

12)串行通讯接口(SIO);

13)电池盒供电接口:开发板配有电池盒，也可外接5 V 稳压源;

14)PROBE 接口。

按照语音录播系统的设计要求，采用PROTEL 软件绘制开发板的PCB 电路图。

按照SPCE061A 开发板的PCB 图进行原材料的购买和焊接，可以将裸件组装成需要的成品，装成的电路板成品如图3所示。PROBE既是一个实时在线调试器，又是一个编程器(即程序烧写器)，用它可以替代在单片机应用开发过程中常用的工具软件—程序烧写器和硬件在线实时仿真器［3－4］。它利用了SPCE061A 片内置的在线仿真电路ICE(In－Circuit Emulator)接口和凌阳公司的在线串行编程技术。PROBE 工作于凌阳IDE 集成开发环境软件包下，其5 芯的仿真头直接连接到目标电路板上SPCE061A 相应管脚，然后对目标电路板上的CPU－SPCE061A 进行调试、运行用户编制的程序。PROBE 的另一头是标准25针打印机接口，直接连接到计算机打印口与上位机通讯，在计算机IDE 集成开发环境软件包下，完成在线调试功能。在SPCE061A 的基础上进行语音录播系统的设计，其设计方法实用可行，充分利用了SPCE061A 的实际功能［5］。

图3 SPCE061 开发板焊接成品

1.3 软件系统的设计

1.3.1 音频格式转换与压缩软件

在录播系统的设计中可以使用相应的软件进行音频的转换。现在市场上相应的软件有很多，比如format factory 可以将任意的音频格式进行相互转换。本设计的转换是需要将其他的音频格式转换为.wav 格式。语音压缩是必要的过程，因为通过对语音的压缩可以达到高效率存储的结果，即在保证一定声音质量的条件下，以最小的数据率来表达和传送声音信息。凌阳公司提供了Windows 环境下的语音压缩工具Compress Tool［6－7］。利用此语音压缩工具可以将刚刚录制好的wav 文件压缩成A2000 或S480 的形式。本系统的设计中还用到了音频格式转换软件，可以将采集到的音频转换成.wav 格式。目前市面上有很多转换工具，用户可以根据自己的需求进行选择［8－9］。

1.3.2 基于SPCE061A 的软件开发

本设计采用凌阳公司的unSPIDE 开发环境，软件开发流程如图4所示。