使用SPCE061A擴(kuò)展K9F1208實(shí)現(xiàn)數(shù)碼錄音及播放
關(guān)鍵詞：SPCE061A K9F1208UOM 數(shù)碼錄音
一、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：
本系統(tǒng)包括按鍵部分、音頻錄入部分、音頻輸出部分和K9F1208存儲(chǔ)擴(kuò)展等四部分。
按鍵部分：按鍵1（IOA8）是錄音鍵，按鍵2（IOA9）是停止鍵，按鍵3（IOA10）是播放鍵。
音頻錄入部分：主要是由MIC、自動(dòng)增益電路、AD轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成，通過MIC采樣語音數(shù)據(jù)，并經(jīng)內(nèi)置自動(dòng)增益電路處理、AD轉(zhuǎn)換后，編碼并存儲(chǔ)到K9F1208中。
音頻輸出部分：主要是將SPCE061A兩路音頻輸出端通過SPY0030放大，經(jīng)喇叭播放。
K9F1208存儲(chǔ)擴(kuò)展部分：通過SPCE061A的IO口控制，將錄音編碼后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到K9F1208中。
系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能：通過按鍵1，開始錄音，按鍵2，結(jié)束錄音或者結(jié)束放音，按鍵3，開始放音。
二、 K9F1208介紹
K9F1208是Samsung公司生產(chǎn)的采用NAND技術(shù)的大容量、高可靠Flash存儲(chǔ)器。該器件存儲(chǔ)容量為64M×8位，除此之外還有2048K×8位的空閑存儲(chǔ)區(qū)。該器件采用TSSOP48封裝，工作電壓2.7～3.6V。
K9F1208對(duì)528字節(jié)一頁的寫操作所需時(shí)間典型值是200μs，而對(duì)16K字節(jié)一塊的擦除操作典型僅需2ms。8位I/O端口采用地址、數(shù)據(jù)和命令復(fù)用的方法。這樣既可減少引腳數(shù)，還可使接口電路簡潔。
表1概要地說明了K9F1208各個(gè)引腳的功能。
表1 K9F1208 引腳定義
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引 腳 |
功 能 |
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I/O0～I/O7 |
數(shù)據(jù)輸入輸出端，芯片未選中為高阻態(tài) |
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CLE |
命令鎖存使能 |
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ALE |
地址鎖存使能 |
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CE |
芯片選擇控制 |
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RE |
數(shù)據(jù)輸出控制，有效時(shí)數(shù)據(jù)送到I/O總線上 |
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WE |
寫I/O口控制，命令地址數(shù)據(jù)在上升沿鎖存 |
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WP |
寫保護(hù) |
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R/B |
指示器件的狀態(tài)，0為忙，1為閑。開漏輸出 |
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Vcc |
電源端 |
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Vss |
地 |
①命令鎖存使能（CLE），使輸入的命令發(fā)送到命令寄存器。當(dāng)變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，在WE上升沿命令通過I/O口鎖存到命令寄存器。
②地址鎖存使能（ALE），控制地址輸入到片內(nèi)的地址寄存器中，地址是在WE的上升沿被鎖存的。
③片選使能（CE），用于器件的選擇控制。在讀操作、CE變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，器件返回到備用狀態(tài)；然而，當(dāng)器件在寫操作或擦除操作過程中保持忙狀態(tài)時(shí)，CE的變高將被忽略，不會(huì)返回到備用狀態(tài)。
④寫使能（WE），用于控制把命令、地址和數(shù)據(jù)在它的上升沿寫入到I/O端口；而在讀操作時(shí)必須保持高電平。
⑤讀使能（RE），控制把數(shù)據(jù)放到I/O總線上，在它的下降沿tREA時(shí)間后數(shù)據(jù)有效；同時(shí)使用內(nèi)部的列地址自動(dòng)加1。
⑥I/O端口，用于命令、地址和數(shù)據(jù)的輸入及讀操作時(shí)的數(shù)據(jù)輸出。當(dāng)芯片未選中時(shí)，I/O口為高阻態(tài)。
⑦寫保護(hù)（WP），禁止寫操作和擦除操作。當(dāng)它有效時(shí)，內(nèi)部的高壓生成器將會(huì)復(fù)位。
⑧準(zhǔn)備/忙（R/B），反映當(dāng)前器件的狀態(tài)。低電平時(shí)，表示寫操作或擦除操作以及隨機(jī)讀正進(jìn)行中；當(dāng)它變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，表示這些操作已經(jīng)完成。它采用了開漏輸出結(jié)構(gòu)，在芯片未選中時(shí)不會(huì)保持高阻態(tài)。
圖2所示為K9F1208的寫時(shí)序流程。
由圖2可看出，進(jìn)行寫操作時(shí)先要寫入命令字80H，通知K9F1208要進(jìn)行寫操作，然后順序?qū)懭肽康牡刂泛痛龑懭氲臄?shù)據(jù)。應(yīng)該注意的是，地址只需寫入一次，便可以連續(xù)寫入多個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。地址指針的調(diào)整是由K9F1208內(nèi)部邏輯控制的，不用外部干預(yù)。寫入操作是以頁為單位（1～528字節(jié)）進(jìn)行的，即每次連續(xù)寫入能超過528個(gè)字節(jié)。這是由于K9F1208的工作方式?jīng)Q定的：寫入的數(shù)據(jù)先保存至Flash內(nèi)部的頁寄存器（528字節(jié)）中，然后再寫入存儲(chǔ)單元。數(shù)據(jù)寫完之后還要給K9F1208發(fā)出1個(gè)寫操作指令10H，通知其將頁寄存器中的數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)單元，隨后就應(yīng)該對(duì)狀態(tài)引腳進(jìn)行查詢。如果該引腳為低，表明此次寫操作結(jié)束。最后的步驟是數(shù)據(jù)校驗(yàn)，如果采用了ECC校驗(yàn)?zāi)Ｊ剑瑒t此步驟可以省略。
其它操作如讀操作、擦除操作等過程均與此類似，可參考相關(guān)的器件說明文檔。限于篇幅，這里不再多述。
三、 SPCE061A簡介
SPCE061A是臺(tái)灣凌陽公司生產(chǎn)的性價(jià)比很高的一款十六位單片機(jī)，使用它可以非常方便的實(shí)現(xiàn)語音的錄放系統(tǒng)，該芯片擁有8路10位精度的AD，其中1路AD為音頻轉(zhuǎn)換通道，并且內(nèi)置有自動(dòng)增益電路。這為實(shí)現(xiàn)語音錄入提供了方便的硬件條件。2路10位精度的DA，只需要外接功放（SPY0030）即可完成語音的播放。另外，凌陽十六位單片機(jī)具有易學(xué)易用的效率較高的一套指令系統(tǒng)和集成開發(fā)環(huán)境。在此環(huán)境中，支持標(biāo)準(zhǔn)C語言，可以實(shí)現(xiàn)C語言與凌陽匯編語言的互相調(diào)用，并且，提供了語音錄放的庫函數(shù)，只要了解庫函數(shù)的使用，就會(huì)很容易完成語音錄放，這些都為軟件開發(fā)提供了方便的條件。
凌陽的音頻格式有許多種，比較常用的有如下幾種
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模塊名稱 |
語音壓縮編碼率類型 |
資料采樣率 |
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SACM_A2000 |
16Kbit/s，20 Kbit/s，24 Kbit/s |
16KHz |
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SACM_S480/S720 |
4.8 Kbit/s，7.2 Kbit/s |
16KHz |
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SACM_S240 |
2.4 Kbit/s |
24KHz |
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SACM_MS01 |
音樂合成（16Kbits/s，20 Kbits/s，24 Kbits/s） |
16KHz |
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SACM_DVR（A2000） |
16 Kbit/s的資料率，8 K的采樣率，用于ADC信道錄音功能 |
16KHz |
凌陽不同音頻格式壓縮比：
SACM-A2000：壓縮比為8:1，8:1.25，8:1.5
SACM-S480： 壓縮比為80:3，80:4.5
SACM-S240： 壓縮比為80:1.5
壓縮比越大，存儲(chǔ)空間占用越小，更加節(jié)約資源。例如本系統(tǒng)采用的是SACM_A2000格式中的16Kbit/s壓縮編碼率，則就可以計(jì)算出512Mbit的存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)512M/16K = 32000秒= 8小時(shí)53分鐘多。
四、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
K9F1208的硬件圖如上圖所示，它與SPCE061A單片機(jī)接口的方法為：K9F1208的數(shù)據(jù)總線IO0~7與SPCE061A的IOA0~7相連，用單片機(jī)的IOB0作為讀允許信號(hào)（RE），IOB1作為寫允許信號(hào)（WE），IOB2作為片選信號(hào)（CS），IOB3作為地址鎖存允許信號(hào)（ALE），IOB4作為命令鎖存允許信號(hào)（CLE）。因?yàn)椴恍枰獙懕Ｗo(hù)，本系統(tǒng)把寫保護(hù)引腳（WP）接到了高電平。RDY/B信號(hào)線不用，本例是懸空處理，K9F1208的狀態(tài)通過Read Status操作來實(shí)現(xiàn)。
四、軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程如圖4所示。
本軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單。主要是因?yàn)榱桕柕氖粏纹瑱C(jī)開發(fā)環(huán)境使用方便，并支持C語言與匯編語言的互相調(diào)用，且提供豐富的凌陽語音函數(shù)庫，只要我們了解這些函數(shù)的使用方法，我們就可以很容易的實(shí)現(xiàn)語音的錄放。
本系統(tǒng)底層驅(qū)動(dòng)部分包括K9F1208的讀寫、擦除使用的是匯編語言編寫的。上層部分包括語音的錄放是由C語言完成的。提供獨(dú)立的K9F1208的讀、寫、擦除代碼模塊。需要源代碼的請(qǐng)到凌陽科技大學(xué)計(jì)劃網(wǎng)站（ http://www.unsp.com.cn ）下載。
在使用過程中，建議遵循以下規(guī)則：
1、初始化過程
使用函數(shù)InitSamsungFlash() 初始化K9F1208。
2、寫過程
先用函數(shù)InitWriteSamsungFlash()初始化寫操作，然后使用函數(shù) FillSamsungFlash(Data)往K9F1208寫入數(shù)據(jù)，最后用函數(shù)StopWriteSamsungFlash()結(jié)束寫數(shù)過程。
3、讀過程
先用函數(shù)InitReadSamsungFlash()初始化讀操作，然后使用函數(shù)ExtractSamsungFlash()從K9F1208讀出數(shù)據(jù)，最后用函數(shù)StopReadSamsungFlash()結(jié)束讀數(shù)過程。
4、注意每次讀/寫操作都要調(diào)用初始化和結(jié)束函數(shù)
5、為了避免錯(cuò)誤，請(qǐng)不要交迭使用讀/寫操作
6、當(dāng)program/erase錯(cuò)誤發(fā)生的時(shí)候, 用戶必須根據(jù)自己的文件系統(tǒng)自行處理。 請(qǐng)參考_SP_FillSamsungFlash和_SamsungEraseBlock。
SACM-DVR相關(guān)的API函數(shù)如下所示：
int SACM_DVR_Initial(int Init_Index) //初始化
void SACM_DVR_ServiceLoop(void) //獲取資料，填入譯碼隊(duì)列
void SACM_DVR_Encode(void) //錄音
SACM_DVR_StopEncoder(); //停止編碼
SACM_DVR_InitEncoder(RceMonitorOn) //初始化解碼器
void SACM_DVR_Stop(void) //停止錄音
void SACM_DVR_Play(void) //開始播放
unsigned int SACM_DVR _Status(void) //獲取SACM_DVR模塊的狀態(tài)
void SACM_DVR _InitDecode(void) //開始譯碼
void SACM_DVR _Decode(void) //獲取語音資料并譯碼，中斷播放
SACM_DVR_StopDecoder(); //停止解碼
unsigned int SACM_DVR _ TestQueue(void) //獲取語音隊(duì)列狀態(tài)
int SACM_DVR _Fetchqueue(void) //獲取錄音編碼數(shù)據(jù)
void SACM_DVR_FillQueue(unsigned int encoded-data) //填充資料到語音隊(duì)列，等待播放
int GetResource(long Address) ——(Manual)
中斷服務(wù)函數(shù)：
Call F_FIQ_Service_ SACM_DVR //語音播放
Call F_IRQ1_Service_ SACM_DVR //語音錄制
五、結(jié)束語
凌陽公司的SPCE061A的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其相關(guān)的一些開發(fā)平臺(tái)為我們實(shí)現(xiàn)語音的錄入和播放提供了極其方便的條件。本系統(tǒng)只是實(shí)現(xiàn)SPCE061A的一個(gè)基本應(yīng)用，設(shè)計(jì)者只要對(duì)該系統(tǒng)的電路、程序稍加改動(dòng)，就可以實(shí)現(xiàn)語音復(fù)讀機(jī)、跟讀機(jī)、留言機(jī)、以及電話錄音儀等功能。
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