基于单片机的SD卡录音笔设计与实现毕业设计1

《基于单片机的SD卡录音笔设计与实现毕业设计1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的SD卡录音笔设计与实现毕业设计1（73页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、基于单片机的 SD 卡录音笔设计与实现基于单片机的 SD 卡录音笔设计与实现摘 要 本文介绍的是基于单片机的 SD 卡录音笔的设计与实现。首先介绍了 SD卡和 SPCE061A 的技术应用，发展趋势和研究意义；然后深入分析了单片机录音笔的基本原理，同时全面介绍了实现基于单片机的 SD 卡录音笔所需要的硬件和软件；接下来是详细介绍了实现基于单片机的 SD 卡录音笔的硬件电路设计以及软件结构设计；最后对整个系统的性能进行测试和分析。 整个系统分为硬件设计和软件设计两大模块。硬件部分由凌阳公司的SPCE061A 单片机，扬声器，电池组等构成；软件环境选择的是与硬件配套的 unsp IDE 2.0.0

2、。本系统能够实现对声音的多段录音、放音、删除等功能。关键词：nSP IDE，SPCE061A，SD 卡，录音笔Microcontroller-based SD Card Recorder Design Abstract基于单片机的 SD 卡录音笔设计与实现This article is based on the SD Card Recorder MCU Design and Implementation. First introduced the SD card and SPCE061A of technology, trends and research significance; then

3、 analyzed in depth the basic principles of single chip voice recorder, while achieving a comprehensive introduction to microcontroller-based SD Card Recorder necessary hardware and software; followed by implementation details of the microcontroller-based SD Card Recorder hardware circuit design and

4、software architecture design; Finally, overall system performance testing and analysis.The whole system is divided into two major hardware and software design module. Hardware used by the microcontroller control chip Sunpluss SPCE061A development board, speaker, battery pack; software environment an

5、d hardware choices are supporting unsp IDE 2.0.0. The system can realize the multi sound recording, playback, delete and so on.Keyword: nSP IDE,SPCE061A,SD Card,RecorderI目 录1 绪论.11.1 SD 卡录音笔概论.11.2 录音器的发展历史 .31.2.1 留声机.31.2.2 钢丝录音和磁带.31.2.3 数码录音笔.41.3 SD 卡录音笔的发展趋势.51.3.1 提高录音质量.51.3.2 多功能于一身.51.3.3

6、降低成本减小体积.51.4 基于单片机的 SD 卡录音笔研究意义.62 录音笔功能分析及开发环境.72.1 功能概述 .72.1.1 SPCE061A 对 SD 卡的读写功能 .72.1.2 录/放音及删除功能 .72.2 设计环境介绍 .82.2.1 系统硬件环境介绍.82.2.2 软件工作环境 NSP IDE 介绍.92.2.3 工程的操作.132.2.3.1 创建工程过程.132.2.3.2 开发操作过程.13II3 录音笔总体设计方案及硬件设计.153.1 总体设计方案 .153.1.1 硬件设计总体框图.153.1.2 系统软件设计架构.163.2 系统硬件设计 .173.2.1 系

7、统硬件连接实物图.173.2.2 SPCE061A 最小系统 .173.2.3 按键电路.193.2.4 音频输出电路.193.2.5 SD 卡模组电路.204 系统软件设计.214.1 主程序设计 .214.2 按键处理程序流程 .234.3 按键扫描程序 .294.4 语音录/放在 SD 卡上的实现.314.5 语音文件操作管理程序.364.6 录/放音程序.375 系统测试及性能分析.395.1 喇叭测试 .395.2 程序下载及运行 .405.3 系统功能测试 .41结论.42III致谢.43参考文献.44附录.45附录 1 主程序代码(MAIN.C).45外文资料翻译(附原文).56

8、11 绪论1.1 SD 卡录音笔概论SD 卡录音笔，数字录音器的一种，特点是机身小巧精致，携带方便，录音笔是通过 SD 卡的方式来存储音频的。比较于以前的录音机和磁带录音方式来讲，录音笔通过对模拟信号的采样、编码将模拟信号通过数模转换器转换为数字信号，并进行一定的压缩后进行存储，音质效果也要比传统的录音机好一些，而数字信号即使经过多次复制，声音信息也不会受到损失，保持原样不变，由于是数字的录制方式，因此数码录音笔的播放、定位、查找都非常的方便，并且可以实现循环播放。SD 卡是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，它被广泛地于便携式装置上使用，例如数码相机和多媒体播放器等。大小犹如一张邮票的

9、 SD记忆卡，重量只有 2 克，但却拥有高记忆容量、快速数据传输率、极大的移动灵活性以及很好的安全性。除了体积极小之外，SD 卡的存储特点是可以经受上百万次的反复擦写，因此反复使用的成本是零。而且 SD 卡容量越大，录音时间也就越长。从现在的情况来看，1GB 闪存可以存储大约 272 小时录音信息。对于传统的磁带式录音方式来说，简直是天方夜谭。本课题是在 SD 卡和凌阳 SPCE061A 单片机的基础上设计一款录音笔。凌阳 SPCE061A 单片机具有的数字信号处理功能及其所提供的音频压缩函数2库来实现语音信号的实时采样与压缩；通过 RS232 接口，将采集到的语音信号实时上传到 SD 卡中存

10、储。SD 卡数码录音笔主要由下列二部分组成： SPCE061A 开发板，SD 卡模组。SD 卡数码录音笔的技术要求主要是：录制语音，播放语音，删除语音。 SPCE061A 开发板：SPCE061A 是一款 16 位微控制器，内嵌 32K 的闪存（FLASH）。SPCE061A 为语音产品而集成了 ADC、DAC、AGC 等，还具有 n 项内积运算指令，较高的处理速度使 unSP 能够非常容易快速地处理复杂的数字信号，是数字语音识别应用领域的一种最经济选择。 SPCE061A 精简开发板配有调试功能；结合集成开发环境不需外界任何仿真、调试器即可以完成编程、仿真、调试功能。本课题利用 SPCE06

11、1A 的语音处理功能，以及其强大的处理能力，再配合 SD 卡模组，很容易实现了大容量超长录音功能。SD 卡模组：SD 卡座模组为单片机提供了 SD 卡的插接装置，以 SPI 总线方式与单片机通讯，同时，提供卡检测、写保护检测等检测端口，以便用户可以方便灵活的为单片机外扩 SD 卡存储设备。 还包括：外置扬声器，外置电源。SD 卡数码录音笔广泛应用于社会各个部分，是当今最为常见的录音设施之一。录音笔也由笔形逐渐发展成为各种形状，趋于小巧实用。31.2 录音器的发展历史1.2.1 留声机1877 年 8 月 15 日，爱迪生发明了留声机。这台留声机由金属大圆桶、曲轴、受话机和膜板构成，如上图。金属

12、圆桶上面刻有螺旋的槽纹，并安装在一个长的曲轴上，曲轴一端是手柄，摇动手柄圆通就随之转动。受话器其实是一根金属小管，管的一头有一张振膜，振膜上贴着一个有金属钝头的细针，另一头是受话端。录音的时候，先在圆桶上贴一张锡箔，然后将受话器细针端对准圆桶，匀速转动圆桶，对受话器的另一端说话，声音则被振动的细针记录在锡箔上。回放的时候，将细针端再拿回到圆桶的最开始处，转筒圆桶，声音就被原样播放出来。1.2.2 钢丝录音和磁带爱迪生的留声机是纯机械录音技术，在这之后，录音技术发展为光学录音、磁性录音和电子录音。其中，光学录音顾名思义就是将声音信号转变为光学信号，记录在感光底片上的一种技术，最初应用在有声电影的

13、研究上，并在最早的电影领域取得了广泛的应用。在电影胶片的一侧有一条窄条，叫做声带，播放时由播放机转变为同步的声音信号予以伴音。需要说明的是，光学录音由于对制作技术环节要求较高，且不可擦写，所以当时除了电影伴音这部分应用广泛发展外，其他应用面较为狭窄。磁性录音是应非常广泛的录音技术，最具代表性的革新就是 1900 年钢丝录音机的发明。钢丝录音机利用磁性录音原理，将受话器与电磁铁连接，将4声音信号首先转换为不断变化的磁信号，然后将钢丝与电磁铁紧密贴在一起并匀速转动，这样钢丝上就形成了强度随声音信号变化而变化的磁场，回放的时候只需要把钢丝重新在电磁铁上经过一次，声音就被还原出来，磁带录音机就是钢丝录

14、音机的改进版本，只是现代人把钢丝改为了软质的塑料磁带而已。1.2.3 数码录音笔21 世纪初，数码录音技术（也称电子录音）诞生，这是通过对模拟信号的采样、编码将模拟信号通过数模转换器转换为数字信号，并进行一定的压缩后进行存储的技术。而数字信号即使经过多次复制，声音信息也不会受到损失，保持原样不变。通常数码录音笔的音质效果要比传统的录音机要好一些。录音笔通常标明有 SP，LP 等录音模式，SP 表示 ShotPlay 即短时间模式，这种方式压缩率不高，音质比较好，但录音时间短。而数码录音笔品牌分布图 LP 表示LongPlay，即长时间模式，压缩率高，音质会有一定的降低。因此，数码录音笔迅速取代

15、之前所有录音产品，成为当今录音领域的“专家”。1.3 SD 卡录音笔的发展趋势从首款 SD 卡录音笔上市到现在，短短 4 年内成为销量最大的随身录音设备，证明其有着极高的性能和质量，价格而比较合理。随着电子录音技术的发展和消费者使用需求的提高，数码录音笔的革新也是势在必行。51.3.1 提高录音质量一方面，随着科技的发展，录音笔的录音质量将会提升，高清录音笔，超长时间录音笔将会面世。1.3.2 多功能于一身近几年，数码产品都朝着多功能化发展，随着技术的不断发展，数码产品的整合绝对是将来的一个大方向，现在很多录音笔都已经支持 MP3 播放功能，已经从单纯的录音发展到具备听 MP3 音乐，U 盘，

16、复读以及电话录音等多项功能。此外，录音笔将发展到一个全新的阶段，录音/复读，MP3 播放，影像记录，图片浏览（数码伴侣），TXT 文档阅读，移动存储等多功能于一身的录音笔将会出现。1.3.3 降低成本减小体积降低成本是任何技术商业化的重要前提，一般的途径是通过规模生产来摊薄成本。录音笔的成本在于技术和原材料两个方面，而技术的发展势必在成本上很难降低，所以，相信通过生产原材料价格的走低，录音笔也会渐渐便宜。既多功能，又小巧实用，外观精致创新，也是录音笔外形的发展趋势。61.4 基于单片机的 SD 卡录音笔研究意义 本课题主要是研究基于单片机的 SD 卡录音笔设计，本课题是以单片机SPCE061A

17、 来实现一个录音笔系统。SPCE061A 该款单片机资源丰富，有强大的数字语音处理功能可应用与语音播放和语音识别领域，内置有 2 路 DA转换，8 路 AD 转换及在线仿真等丰富的功能，这些都为实现数码录音和播放提供了良好的方便条件。 长期以来，以 Flash Memory 为存储体的 SD 卡因具备体积小、功耗低、可擦写以及非易失性等特点而被广泛应用于消费类电子产品中特别是近年来，随着价格不断下降且存储容量不断提高，它的应用范围日益增广。当数据采集系统需要长时间地采集、记录海量数据时，选择 SD 卡作为存储媒质是开发者们一个很好的选择在电能监测以及无功补偿系统中，要连续记录大量的电压、电流、

18、有功功率、无功功率以及时间等参数，当单片机采集到这些数据时可以利用 SD 作为存储媒质。因此，基于单片机的 SD 卡录音笔将会是今后最常见的录音工具。2 录音笔功能分析及开发环境2.1 功能概述随着数字存储技术的发展，大容量存储设备充斥着电子应用的方方面面。对于嵌入式系统来说，功能的增强，也需要大容量存储设备做支撑。SD 卡是7一种轻便的大容量的存储设备。它使用方便，工作稳定，可以为嵌入式系统提供大容量的数据存储扩展，使得系统有强大的录音功能。利用 SPCE061A为主控芯片，SD 卡做为存储介质，实现单片机的超长时间录放音功能。2.1.1 SPCE061A 对 SD 卡的读写功能（1）SPC

19、E061A 对 SD 卡的操作方式为 SPI 模式；（2）提供 SD 卡插入检测功能，并进行语音提示；（3）提供 SD 卡写保护检测功能，并进行语音提示；（4）可以对 SD 卡进行初始化、扇区写、扇区读、扇区擦除、得到 SD 卡的容量信息等操作。2.1.2 录/放音及删除功能（1）录音数据存储在 SD 卡中；（2）支持多段录音；（3）放音支持“上一曲”、“下一曲”；（4）可以删除所有的录音片断，重新开始录音。2.2 设计环境介绍2.2.1 系统硬件环境介绍本系统的硬件部分采用的是 SPCE061A 单片机。SPCE061A 单片机是一个 16 位结构的微控制器。以下是它的性能简介：（1）16

20、位的高性能 unSP 内核单片机8（2）CPU 时钟范围：0.32MHz49MHz（3）片内 32K 字的 Flash 程序存储器、2K 字的 SRAM 数据存储器（4）4 个 16 位 I/O 端口（5）14 个中断源（6）1 通道专用音频 AD 转换通道，7 通道 AD 转换通道（7）内置 MIC 放大电路和自动增益(AGC)放大电路（8）2 路电流输出型的 DA 转换通道（9）2 个 16 位通用定时器/计数器（10）实时实钟（RTC）（11）低电压复位、低电压监测（12）内置在线仿真接口（ICE）（13）具有保密功能（14）具有 Watchdog 功能SPCE061A 片内结构，主要包

21、括 SPCE061A 时钟电路，PPL 锁相环及外围电路，SPCE061A 系统时钟和 Watchdog。图 2.1 为 SPCE061A 片内结构图。9双16位定时器/计数器7通道10位ADC单通道ADC+AGCCPU时钟实时时钟FLASHRAM时基中断控制IOA15 - 0IOB15 - 0锁相环振荡器IOB0 (SCK)IOB1(SDA)低电压监测/低电压复位双通道10位DAC串行输入输出接口AUD1AUD2MIC_IN32 管脚通用输入输出端口16 位位微微控控制制器器unSP+ICEXI/RXOICE_SCKICE_SDAICE_ENCPVIOB7（RXD）IOB10（TXD）串行异

22、步通讯接口Watchdog图 2.1 SPCE061A 片内结构2.2.2 软件工作环境 nSP IDE 介绍本系统的软件设计使用的是 nSP IDE 集成开发环境。unSP IDE 集成开发环境支持汇编语言和 C 语言混合编程进行程序开发，集程序的编辑、编译、链接、调试以及仿真等功能为一体并且支持软件仿真和调试的功能。unSP IDE 的主要特点是：提供了友好的交互界面、易于操作，使调试工作方便且高效。工具界面主要分为主菜单，工具栏，工作区窗口，编辑区窗口，输出区窗口。图 2.2 为工具界面参照图。10图 2.2 工具界面参照图Workspace 窗口，如图 2.3。Workspace 窗口

23、由 FileView 和 ResourceView 两个视窗组成。单击FileView 标签，用户可以方便浏览到工程内的各文件。FileView 视窗用层次图排列出当前工程的所有文件的逻辑关系。Files 文件夹包含了源程序、程序接口和说明硬件配置情况的文件。Resource 文件夹包括了各种资源文件(rc)。Source Files 文件夹用于保存源文件。Head Files 文件夹用于保存头文件。External Dependencies 文件夹用于保存对工程的一些标注信息。ResourceView视窗列出当前工程用到的所有资源。可以单击视窗内分支顶部旁边的和号展开和收缩层次图。Works

24、pace 窗口所体现的逻辑位置不是指文件在硬盘上的物理位置，而是指一种逻辑从属关系。用户可用拖曳的办法改变文件的逻辑位置。在11Workspace 窗口内，不同类型的文件有不同的图标表现。图 2.3 Workspace 窗口Output 窗口，如图 2.4。Output 窗口用于显示编译、调试和查找的结果。在窗口底部有几个视窗标签：Build、Debug 和 Find in Files 等。用鼠标单击这些标签，可以激活相应的视窗。Build：显示编译和链接过程里产生的信息，包括文件编辑过程里的错误和警告信息等。Debug：显示程序调试过程里出现的信息。Find in Files：显示在文件中查

25、找字符的结果。 Edit 窗口：在 Edit 窗口里，文件的打开格式有两种：用户可用文本格式打开文件，也可以用二进制代码格式打开文件。12图 2.4 Output 窗口 文件编辑器，如图 2.5。文本编辑器可以用来打开汇编语言程序和 C 语言程序。图 2.5 文件编辑器二进制代码编辑器，如图 2.6。二进制代码编辑器让用户在 Edit 窗口里以十六进制数/ASCII 字符的形式来编辑二进制代码的资源文件。图 2.6 二进制代码编辑器132.2.3 工程的操作2.2.3.1 创建工程过程（1）选择FileNew，打开 New 对话框如图 2.7，选择 Project 标签；（2）在 File 文

26、本框内输入工程名称；（3）在 Location 文本框内输入工程文件的路径；（4）在 Select Body Here 区域内选择 Probe；（5）单击OK，创建工程。图 2.7 创建工程对话窗口2.2.3.2 开发操作过程从开始菜单内启动工具；选择FileOpen Project，在打开对话框内选择所要打开的工程；窗口（工作区窗口）显示在工具的左半边，在这个窗口内，用户可以看到当前工程所包含的所有文件；14选择BuildRebuild All，进行源文件的编译和链接。 编译过程里的语法错误显示在 Output 窗口内；选择BuildStart DebugDownload，把程序加载到 RA

27、M，然后，用户可以用 Debug 菜单内所提供的调试命令来优化和运行程序。选择6、BuildStart DebugGo，在调试器内运行程序。153 录音笔总体设计方案及硬件设计3.1 总体设计方案3.1.1 硬件设计总体框图系统采用 SPCE061A 做为主控制器，使用其通用 I/O 口控制 SD 卡设备，实现存储器扩展；利用电路板上的三个按键对录放音进行控制；利用SPCE061A 带有 AGC 的专用 A/D 转换通道做为音频输入，完成语音录制功能；利用 SPCE061A 的 D/A 进行音频输出，实现语音播放功能。图 3.1 为硬件总体框图。 输入指令麦克风扬声器电源线录音放音 电源SD

28、卡SPCE061A储存或删除数字信号提取数字信号按键键盘图 3.1 硬件总体框图163.1.2 系统软件设计架构 软件系统包括以下部分：主程序：完成系统的初始化，处理按键信息，并根据按键，在语音文件操作管理程序的配合下，创建语音文件进行录音，或控制读取语音文件进行回放。按键扫描程序：完成对 IOA 口低八位的 18 按键进行扫描，并完成去抖、判断长/短按键等功能。SD 卡驱动程序：该部分完成对 SD 卡的初始化、得到卡的容量信息、读写操作、擦除操作等。语音文件操作管理程序：该部分完成对多段录音的管理。每增加一段录音，程序会将起始地址、终止地址等相关信息保存，以便可以回放。录/放音程序：实现对

29、A/D 采样数据的编码和存储，以及从 SD 卡读取录音数据并解码然后送至 D/A 播放等操作。173.2 系统硬件设计3.2.1 系统硬件连接实物图 系统主要由 SPCE061A 单片机，麦克风，扬声器，电源及储存器构成。SPCE061A 单片机控制板作为整个系统的主控板，对麦克风采集来的声音信号进行数字处理并储存号功能。图 3.3 为硬件连接实物图。3.3 系统硬件连接实物图3.2.2 SPCE061A 最小系统本设计选用的单片机模块为 SPCE061A 单片机模块，该模块包括SPCE061A 芯片（MCU）、片内 FLASH 和其外围的基本模块。外围模块有：电机驱动电路板、锁相环外围电路（

30、PLL）、复位电路（RESET）等。18SPCE061A 的主控芯片，负责构建语音录放的数据结构，并在单片机内部 Flash 中保存有语音内容和相关语音信息。SPCE061A 控制端口输出控制信息，并控制喇叭输出声音信息。实现对整个系统的控制。通过本系统中的音频输入电路和 MIC，可以采集语音信号并处理。图 3.4 为 SPCE061A 最小系统图。图 3.4 SPCE061A 最小系统图193.2.3 按键电路 本系统使用三个按键完成录放音控制。图 3.5 为按键电路图。Key1 为“下一曲”键，Key2 为“上一曲”键，Key3 为“录音键”。图 3.5 按键电路图3.2.4 音频输出电路

31、 SPCE061A 内置 2 路 10 位精度的 DAC，只需要外接功放电路即可完成语音的播放。电路中 SPY0030 是凌阳公司一款音频放大芯片。它和 LM386相比，LM386 工作电压需在 4V 以上, SPY0030 仅需 2.4V 即可工作(两颗电池即可工作)；LM386 输出功率 100mW 以下, SPY0030 约 700mW。图 3.6 为音频输出电路图。图 3.6 音频输出电路图203.2.5 SD 卡模组电路在本系统中，SPCE061A 通过 SPI 总线实现对 SD 卡设备的访问。SD 卡模组同时提供卡插入检测和写保护检测接口。图 3.7 为 SD 卡模组电路图。图 3

32、.7 SD 卡模组电路图214 系统软件设计4.1 主程序设计主程序采用的是汇编语言和 C 语言混合编程。主程序流程图如图 4.1。 系统初始化 检测 SD 卡是否插入？否 检查 SD 卡是否写保护？置写保护标志播放“SD 卡写保护”是否初始化 SD 卡按键处理系统状态处理是播放“注意 SD 卡没有插入” 检测 SD 卡是否插入？否是播放“就绪”语音提示程序开始图 4.1 主程序流程图22 主程序完成系统初始化后检测 SD 卡是否插入以及是否有写保护，并有相应的语音提示，告知用户当前的系统状态。如果 SD 卡正确插入，则系统根据用户的不同按键进行录/放音控制。同时，在循环中对系统当前的状态进行

33、检测，控制系统在录制语音时不至于超出存储器容量限制，或控制系统在放音时播放至文件尾部自动停止播放。部分程序如下：SACM_DVR1600_Initial();/ 语音初始化if(0 = SD_ChkCard() / 检测卡是否插入PlaySnd(VOICE_ATTENTION, DAC1 + DAC2);PlaySnd(VOICE_SDCARDNOTINSERT, DAC1 + DAC2);while(0 = SD_ChkCard();/等待卡插入if(1 = SD_ChkCardWP()/检测卡是否有写保护WriteProtect = 1;elseFS_Init();/没有写保护，执行初始化

34、操作PlaySnd(VOICE_READY, DAC1 + DAC2); / 播放就绪/-while(1)KeyProcess();/按键处理StatusProcess();/系统状态处理SACM_DVR1600_ServiceLoop();/录/放音服务234.2 按键处理程序流程 按键处理程序中，当检测到有 SD 卡写保护时，会播放“卡有写保护”的提示音，对按键不做处理。按键处理流程图如图 4.2。初始化 判断是否有写保护标志？否 判断按键Key3 录音键是Key2 上一曲键Key1 下一曲键返回开始图 4.2 按键处理流程图部分程序如下:Key = KeyScan_GetKey(&Key

35、Type);if(1 = WriteProtect)/卡有写保护，拒绝按键操作if(C_SReleaseKeyState = KeyType) | (C_LReleaseKeyState = KeyType)return; switch(Key)24 当按下录音键时，若为短按键且 SD 卡未满，提示录音开始并置录音标志，开始录音。“录音”按键处理程序的流程图如图 4.3 所示。图 4.3 正在播放？ 短按键？是是停止播放，关闭读取 SD 卡系统状态置空闲 SD 卡已满？否是否 系统空闲？否启动写入 SD 卡，开始录音系统状态置录音否是 正在录音？结束录音，录音收尾是否开始返回录音键流程图部分程

36、序如下:case C_Record: / Recordif(C_SReleaseKeyState = KeyType) / 短按键，录/放音控制if(PLAY = Status)25SACM_DVR1600_Stop();/如果正在放音，则先停止播放FS_CloseOpenFile();Status = IDLE;if(IDLE = Status)if(g_FileNum = FS_MAX_FILENUM) | (FS_GetUnusedSecNum() 0)if(PLAY = Status) /如果正在放音，则先停止播放SACM_DVR1600_Stop();FS_CloseOpenFile

37、();else if(RECORD = Status)/如果正在录音则不处理if(C_LReleaseKeyState = KeyType)/长按键，停止当前播放Status = IDLE;else if(C_SReleaseKeyState = KeyType)/短按键，播放下一曲系统状态处理程序主要完成在录音时判断是否超出 SD 卡容量限制，或者在放音时当前语音是否播放完毕。系统状态流程图如图 4.6。 检查 SD 卡是否已满？ 是否正在录音？ 播放是否结束？停止录音系统状态置空闲 是否正在播放？停止读取系统状态置空闲是否否否是是是否返回开始图 4.7 系统状态处理流程图29部分程序如下：

38、switch(Status)case RECORD:if(FS_GetUnusedSecNum() 1)/检测是否超出 SD 卡容量范围SACM_DVR1600_Stop(); Status = IDLE;case PLAY:if(FS_CheckFileEnd()/检测当前语音是否播放完毕SACM_DVR1600_Stop();FS_CloseOpenFile();Status = IDLE;4.3 按键扫描程序系统使用 1024Hz 时基中断对 IOA 口低八位进行扫描，并进行去抖、长短按键判断等工作。时基中断中的按键扫描服务程序采用了状态机的形式对按键状态进行判断。使用变量 KeySca

39、nState 记录当前按键的扫描状态，并对扫描状态进行计时，通过判断计时变量 KeyCount 的值来判断按键的类型 KeyState（短按键、长按键等）。 通常状况下，没有键按下，KeyScanState 处于 First 状态。当有键被按下后，KeyScanState 便进入 Debounce 去抖状态，此时 KeyCount 开始每 1/102430秒计时累加一次。当 KeyCount 超过去抖规定的时间后（通常为几十毫秒），便进入 Repeat 状态，这时候可以认为一个短按键被按下（KeyState = SKey）。此时如果检测到键抬起，则进入 ReleaseDebounce 状态，对

40、按键抬起进行去抖，去抖成功后则可以认为形成了一个抬起的短按键（KeyState = SKeyRelease）。相反，如果在 Repeat 状态下超过了一个长按键规定的时间（1 秒）后按键仍未抬起，则认为一个长按键被按下（KeyState = LKey），此时进入 AfterLKey 状态，无需再进行计时操作，只需等待按键抬起即可。当按键抬起时，则从 AfterLKey 状态进入 ReleaseDebounce 状态，去抖后得到一个抬起的长按键（KeyState = LKeyRelease）。按键扫描程序提供如下 API 函数按键功能：void KeyScan_Init();功 能：按键扫描初始

41、化。调用该函数将同时初始化按键扫描使用的 I/O 口。void DrvKeyInit(void)*P_KEY_Dir &= KEY_PORT_MASK;*P_KEY_Attrib &= KEY_PORT_MASK;#if KEY_COM*P_KEY_Buffer &= KEY_PORT_MASK;#else*P_KEY_Buffer |= KEY_PORT_MASK;#endifunsigned int KeyScan_GetKey(unsigned int *KeyType);31功 能：该函数将返回当前按键的键值，并通过入口参数 KeyType 返回该按键的类型。unsigned int

42、KeyScan_GetKey(unsigned int *KeyType)unsigned int Key;if(C_NullKey = ui_KeyState)Key = C_Null;elseKey = ui_KeyID;*KeyType = ui_KeyState;if(C_KeyStateFirst = ui_KeyScanState)ui_KeyID = C_Null;ui_KeyState = C_NullKey;return(Key);4.4 语音录/放在 SD 卡上的实现 在语音录/放的过程中，存储/读取语音资源主要是调用F_USER_DVR1600_WriteData和F_U

43、SER_DVR1600_GetData两个函数实现的。通过自行定义这两个函数，即可将语音库录制的语音资料存储至SD卡，或从SD卡读取语音资料给语音库解码播放。 F_USER_DVR1600_WriteData函数主要完成存储录音数据至用户存储器的作用。这里需要调用“向语音文件写入多个word数据的函数”FS_WritingFile()以完成此功能。32F_USER_DVR1600_GetData 函数主要完成从用户存储器读取语音资料至缓冲区的作用。这里，需要调用“从语音文件中读取多个 word 数据的函数”FS_ ReadingFile ()以完成从 SD 卡中读取数据。部分程序如下：F_US

44、ER_DVR1600_GetData:F_USER_WriteWordBlock:/Start Adr:R1; Length:R2push r1, r5 to sppush r2 to sppush r1 to spcall _FS_ReadingFilesp += 2pop r1, r5 from spRETF;F_USER_DVR1600_WriteData:F_USER_ReadWordBlock:/Start Adr:R1; Length:R2push r1, r5 to sppush r2 to sppush r1 to spcall _FS_WritingFilesp += 2po

45、p r1, r5 from spRETF; 单片机通过 SPI 总线向 SD 卡发送命令，控制 SD 卡的动作，并通过 SPI总线读取 SD 卡返回的数据。33 SD 卡上电后工作在具有 1bit 数据总线宽度的 SD 模式。而本系统中，需要令 SD 卡工作于 SPI 模式。单片机通过使连接 SD 卡 CS 脚的 I/O 口输出低电平，并发送 CMD0 命令，即可使 SD 卡进入 SPI 模式工作。 SD 卡进入 SPI 模式后，用户可以通过调用 SD_SendCmd()函数发送命令对 SD 卡进行控制。 SD 卡每次写入（读取）数据，都需要以 Block 为单位。但是，在语音录制过程中，编码

46、器是以帧为单位向 SD 卡内写入数据的，而帧的长度并不刚好是 Block Size 个。在语音播放过程中类似，解码器每次解码的数据量也并不刚好是 Block Size 个。为了解决这个矛盾，需要首先来看一下 SD 卡 Block 读写的过程。单片机从 SD 卡读取 Block 数据的过程。 首先，单片机发送 CMD17 命令以及希望读取的 Block 的地址参数给 SD卡，然后 SD 卡返回一个 byte 的响应数据，告知单片机该操作是否可以正常进行。 然后，单片机从 SPI 总线上读取 Block Size 个数据，这些数据就是 SD卡发送来的 Block 数据； 最后，SD 卡发送 CRC

47、 校验给单片机，单片机结束 SPI 总线的接收操作，至此，一个 Block 被正确读入单片机内。读 Block 操作：1）发送 CMD17，启动读 Block 操作；2）接收数据，直至接收完毕 Block Size 个数据；343）接收 CRC 校验，结束读 Block 操作。.public _SPI_SendByte_SPI_SendByte: .procr1 = sp + 3r1 = r1r2 = 8?L_SPI_SendByte_Lop:test r1, 0 x0080jz ?L_SPI_SendByte_Bit8_0SPI_DOUT_SETjmp ?L_SPI_SendByte_Bit

48、8_End?L_SPI_SendByte_Bit8_0:SPI_DOUT_CLR?L_SPI_SendByte_Bit8_End:SPI_SCK_CLRSPI_SCK_SETr1 = r1 lsl 1r2 -= 1jnz ?L_SPI_SendByte_Lopretf.endp 单片机从 SD 卡写入 Block 数据的过程。首先单片机发送 CMD24 命令以及希望写入的 Block 的地址参数给 SD 卡，然后，SD 卡返回一个 byte 的响应数据，告知单片机该操作是否可以正常进行。 然后，单片机通过 SPI 总线发送 Block Size 个数据，这些数据被 SD 卡接收，并缓存。最后，

49、单片机发送 CRC 校验，并等待 SD 卡完成这些数据的烧写。35写 Block 操作：1)发送 CMD24，启动写 Block 操作；2)发送数据给 SD 卡，直至写满 Block Size 个数据；3)发送 CRC 校验，等待 SD 卡完成内部烧写，结束写 Block 操作。.public _SPI_RecByte_SPI_RecByte:.procr1 = 0r2 = 8?L_SPI_RecByte_Loop:SPI_SCK_CLRSPI_SCK_SETr1 = r1 lsl 1r3 = SD_BUS_Datatest r3, SD_BUS_Dinjz ?L_SPI_RecByte_No

50、Addr1 += 1?L_SPI_RecByte_NoAdd:r2 -= 1jnz ?L_SPI_RecByte_Loopretf.endp364.5 语音文件操作管理程序 语音文件操作管理程序主要完成对语音文件的管理，以及在录/放音的过程中对写入 SD 卡的数据进行控制，保证数据按照 Block 为单位写入。 程序中使用一个简单的结构体保存每个语音文件在 SD 卡中的位置信息：typedef struct _SD_FSunsigned long int StartSec; / 语音文件的起始 Block 地址unsigned long int EndSec; / 语音文件的结束 Block

51、地址unsigned int Offset; / 语音文件在最后一个 Block 中的使用量 FileList;FileList g_FileListArrayFS_MAX_FILENUM; / 文件索引表语音文件操作管理相关函数中通过定义一个全局变量 CurOffset 存储当前Block 已经写入的数量，以便在写入（读取）新的数据时对是否超出 Block 进行判断。当连续读取（写入）数量超过一个 Block 的大小时将读完（写满）本 Block 并自动切换至下一 Block 继续读取（写入）剩余数据。同时，程序中规定语音文件在存储的时候如果最后一个 Block 没有使用完，则下一段语音从下

52、一个 Block 的起始地址开始存储。4.6 录/放音程序SPCE061A是16位单片机，具有DSP功能，有很强的信息处理能力，最高37时钟频率可达到49MHz，具备运算速度高的优势等等，这些都无疑为语音的播放、录放、合成及辨识提供了条件。压缩算法中SACM-A1600、SACM-S530、SACM-S480/S720、SACM-S200主要是用来放音，可用于语音提示，而DVR1600则用来录/放音。部分程序如下：.include spce061a.inc.public F_USER_DVR1600_EndRecord/.public _USER_DVR1600_SetStartAddr/.p

53、ublic F_USER_DVR1600_SetStartAddr.public F_USER_DVR1600_GetData.public F_USER_DVR1600_WriteData/.public F_USER_WriteWordBlock/*/.public F_USER_ReadWordBlock/*.external _FS_ReadingFile.external _FS_WritingFile.external _FS_EndEncodevoid FS_WritingFile(unsigned int *Buf, unsigned int Len)unsigned int

54、i;Len = (SD_BLOCKSIZE - CurOffset)SD_WritingBlockData(unsigned long int)(SD_BLOCKSIZE - CurOffset), (unsigned char *)Buf);SD_WriteFinished();38CurFileSec+;CurFileEndSec = CurFileSec;i = SD_BLOCKSIZE - CurOffset;CurOffset = Len - i;i = 1;SD_WriteNewBlock(CurFileSec);SD_WritingBlockData(unsigned long

55、int)CurOffset , (unsigned char *)&Bufi);elseSD_WritingBlockData(unsigned long int)Len, (unsigned char *)Buf);CurOffset += Len;void FS_ReadingFile(unsigned int *Buf, unsigned int Len)unsigned int i;Len = (SD_BLOCKSIZE - CurOffset)SD_ReadingBlockData(unsigned long int)(SD_BLOCKSIZE - CurOffset), (unsi

56、gned char *)Buf);SD_ReadFinished();if(CurFileSec = 1;SD_ReadNewBlock(CurFileSec);SD_ReadingBlockData(unsigned long int)CurOffset, (unsigned char *)&Bufi);elseSD_ReadingBlockData(unsigned long int)Len, (unsigned char *)Buf);CurOffset += Len;395 系统测试及性能分析系统的硬件部分和软件部分完成以后，应对系统进行严格的测试及性能分析。为了保证系统功能的实现，系

57、统的测试按照主程序流程所设计的方案依次对各模块进行测试。系统测试流程图如图 5.1。喇叭测试主程序下载运行控制模块测试音频输入音频输出图 5.1 系统测试流程图5.1 喇叭测试目的：测试喇叭能否正常工作条件：只连接喇叭和电路板，噪音相对较小的室内环境。步骤 1：接通电源，用万用表测量喇叭的正负极看是否有电压。步骤 2：将一个最简单的语音播放程序下载并运行。现象 1：万用表可以测量出电压。 40结论：喇叭无损环，电路连接正常。现象 2：程序下载并运行后，声音能正常播放。结论：喇叭可以正常工作。5.2 程序下载及运行在程序下载前，先按照硬件连接图 3.3 连接好硬件，然后把 3 节五号电池装入电池

58、盒并把电源线与系统连接。下载线的一边（25 针插座）与 PC 后面的并行接口相接，另一边的五针接头与电路板上标有“EZ-Probe”的插座（J11）相接，并用 J11 接口边上的 S5 跳线把 S5 的 2 和 3 管脚短接。打开电池盒开关，POWER 指示灯和 LCD 液晶显示屏上的电源指示灯都被点亮，证明系统连接正常，可以开始下载。用 IDE 打开设计好的工程文件，并确认以选定了“USE ICE”按钮。选择“USE ICE”如图 5.2。图 5.2 选择“USE ICE”当程序处于下载状态时，会弹出一个进度框。下载进程如图 5.3。图 5.3 下载进程对话框41下载完成后关闭电池盒开关，断

59、开“EZ-Probe”下载线并把 S5 跳线的1、2 管脚短接。这时程序下载完成，打开电池盒开关运行。5.3 系统功能测试系统运行后，如果 SD 卡没有插入，会提示“注意，SD 卡没有插入”，并等待 SD 卡插入后进行下一步操作；如果 SD 卡被写保护，则会提示“注意，SD 卡写保护”，此后，所有按键均无效，按下任意键会提示“SD 卡写保护”。此时，用户需要去除 SD 卡写保护，并重新运行程序；如果 SD 卡正常插入并且没有写保护，等待 SD 卡初始化成功后会有“就绪”的提示音。SD 卡正常初始化后，可以按照各按键功能进行操作；按下 Key3 键，启动录音，此时，会有“开始录音”的提示音。再次

60、按下Key3 键结束本次录音，此时，会有“结束录音”的提示音； 停止录音后，按下 Key2 播放上一段录音，按下 Key1 播放下一段录音；长按 Key2 键将清除所有已录语音，此时会有“SD 卡已擦除”的提示音；长按 Key1 键将停止放音。结论：实现录音，放音，删除功能，测试成功。42结论本课题是基于单片机的 SD 卡录音笔设计与实现，根据课题的要求设计了 SD 卡数码录音笔，在设计中主要完成了以下几个方面的内容：系统硬件结构设计：SPCE061A 开发板，SD 卡模组。系统软件架构设计：完成了语音文件的录制，播放和删除，写入，读取及擦除 SD 卡。在本课题中，用 SPCE061A 开发板

61、上的 MIC 作为语音信号采集器，喇叭作语音播放器，通过单片机内部存储器并调用语音模块对输入的命令进行处理，完成录音的过程。 由于芯片功能和本人能力的限制，本系统还有许多有待完善和扩展的地方，主要有以下两方面：SPCE061A 开发板片内 FLASH 的容量只有 32K，预存的语音信息质量受到了很大的限制。这些问题可以通过外接 SPR 模组扩充系统存储空间来解决。随着计算机的不断普及，人们对人机交互的要求越来越高。SD 卡录音笔的研究和开发将极大的提高人机交互质量，因而我相信在不久的将来 SD 卡数码录音笔会得到充分的发展和应用。致谢经过 3 个多月的努力，终于完成了本次毕业设计。一直以来，邢

62、老师不但为我们创造了良好的学习氛围而且给我们提供了毕业设计的设备。从邢老43师那里我不仅学习到了知识，更重要的是他严格要求，精益求精，严谨求实的治学态度给我留下了深刻的印象，这必将使我终身受益。在此，向邢老师致以深深的谢意。感谢北方工业大学信息工程学院为我们提供了做毕业设计的实验室，感谢信息工程学院所有帮助过我、指导过我的老师，是他们无私的指导和耐心的教诲，让我学习到了很多。同时我也真诚的感谢我的班级导师邢志强老师，从刚进大学的毛头小子成长到现在，都得到了邢老师热情的帮助和无微不至关怀。感谢通信工程 06A-2 班的所有同学。在与他们共同学习，共同生活的四年里，与他们的交流和讨论，扩展了我的思

63、路，对论文的完成颇有益处。真诚的感谢我的家人，他们对我无私的关心和支持，是我勇往直前的动力，他们对我的鼓励使我度过了大学生活中的一个个难关。参考文献1 姜志玲.用凌阳单片机实现多路数据采集与传输系统J. 西华大学学报.20052 王素珍，田振清.用 ISP 实现对 ISD25120 语音芯片的录放音控制J.电声技术.20023 林阳.凌阳16位单片机与其它主流单片机的比较J. 电子世界. 20034 王竹便.录音技术及技巧浅议J.科技情报开发与经济.2005445 孟宪超. 数码录音笔原理及应用J.信息时代导刊.20046 薛驹义，张彦斌等.凌阳 16 位单片机原理及应用M.北京：北京航空航天

64、大学出版社，20057 罗亚非 等编.凌阳 16 位单片机应用基础M.北京：北京航空航天大学出版社，20058 Digital Voice Recorder Design.DB/OL.Sunplus Technology, DEC.21,2004 Version 0.89 John Markus.电子电路大全M.北京：计量出版社，199510 邓元庆.数字电路与逻辑设计M.北京：电子工业出版社，200111 胡隆，许静波.录音、调音与音响技术M.北京：北京工业大学出版社，第 1 版12 王宏民.录音与调音M.北京：中国广播电视出版社，第 1 版13 杨行峻,迟惠生.语音信号数字处理M.北京：电

65、子工业出版社，第 1 版14 One based on monolithic integrated circuits digital sound recording and the broadcast system.M.Prentice Hall Press,199315 SD Memory Card Specifications.Z.2001附录附录 1 主程序代码(main.c)#include SD_Recording_Demo.h#include .DriverSDSD_Driver.h#include .FSfs.h45#include .DVRSystemsacmV40.h#inc

66、lude .DVRSystemPlaySnd.h#include .SystemSetInterruptStatus.h#include .DriverKEYKey.h#define ADC_Channel Mic / 07 (Mic, Line_In1 Line_In6)void KeyProcess();void StatusProcess();SysStatus Status;/系统状态，SysStatus 定义在 SDDVR.h 中int SpeechIndex;int WriteProtect;/=/ 语法格式： int main(void)/ 实现功能： 主函数/=int main()46SpeechIndex = 0;WriteProtect = 0;Status = IDLE;DrvKeyInit();SD_IOInit();SetINTStatus(C_IRQ5_2Hz);SetINTStatus(C_IRQ4_1KHz);_asm(IRQ ON);SACM_DVR1600_Initial();/语音初始化if(0 = SD_ChkCard()/检测卡是否插入Play