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使用SPCE061A擴展K9F1208實現(xiàn)數(shù)碼錄音及播放
摘要：SPCE061A是凌陽公司設計的一種新型的十六位單片機，該款單片機資源豐富，具有極高的性價比。該單片機內置有2路DA轉換，8路AD轉換及在線仿真等豐富的功能，這些都為我們實現(xiàn)數(shù)碼錄音和播放提供良好的方便條件， K9F1208是三星公司生產的512M位的FLASH存儲芯片，利用它存儲凌陽格式的語音資源，可以長達32000秒語音錄放。該系統(tǒng)可以廣泛應用于需求的錄音較長的場合。如錄音筆、自錄語音提示等應用方案。本系統(tǒng)提供K9F1208相關的讀寫模塊。關鍵詞：SPCE061A K9F1208UOM 數(shù)碼錄音
一、 系統(tǒng)結構
系統(tǒng)結構圖如下：
本系統(tǒng)包括按鍵部分、音頻錄入部分、音頻輸出部分和K9F1208存儲擴展等四部分。
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、自動增益電路、AD轉換電路構成，通過MIC采樣語音數(shù)據(jù)，并經(jīng)內置自動增益電路處理、AD轉換后，編碼并存儲到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存儲擴展部分：通過SPCE061A的IO口控制，將錄音編碼后的數(shù)據(jù)存儲到K9F1208中。
系統(tǒng)實現(xiàn)的功能：通過按鍵1,開始錄音，按鍵2,結束錄音或者結束放音，按鍵3,開始放音。
二、 K9F1208介紹
K9F1208是Samsung公司生產的采用NAND技術的大容量、高可靠Flash存儲器。該器件存儲容量為64M×8位，除此之外還有2048K×8位的空閑存儲區(qū)。該器件采用TSSOP48封裝，工作電壓2.7——3.6V.
K9F1208對528字節(jié)一頁的寫操作所需時間典型值是200μs,而對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各個引腳的功能。
表1 K9F1208 引腳定義
引 腳
功 能
I/O0——I/O7
數(shù)據(jù)輸入輸出端，芯片未選中為高阻態(tài)
CLE
命令鎖存使能
ALE
地址鎖存使能
CE
芯片選擇控制
RE
數(shù)據(jù)輸出控制，有效時數(shù)據(jù)送到I/O總線上
WE
寫I/O口控制，命令地址數(shù)據(jù)在上升沿鎖存
WP
寫保護
R/B
指示器件的狀態(tài)，0為忙，1為閑。開漏輸出
Vcc
電源端
Vss
地
�、倜铈i存使能（CLE），使輸入的命令發(fā)送到命令寄存器。當變?yōu)楦唠娖綍r，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的地址寄存器中，地址是在WE的上升沿被鎖存的。
�、燮x使能（CE），用于器件的選擇控制。在讀操作、CE變?yōu)楦唠娖綍r，器件返回到備用狀態(tài)；然而，當器件在寫操作或擦除操作過程中保持忙狀態(tài)時，CE的變高將被忽略，不會返回到備用狀態(tài)。
�、軐懯鼓埽╓E），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；而在讀操作時必須保持高電平。
�、葑x使能（RE），控制把數(shù)據(jù)放到I/O總線上，在它的下降沿tREA時間后數(shù)據(jù)有效；同時使用內部的列地址自動加1.
�、轎/O端口，用于命令、地址和數(shù)據(jù)的輸入及讀操作時的數(shù)據(jù)輸出。當芯片未選中時，I/O口為高阻態(tài)。
⑦寫保護（WP），禁止寫操作和擦除操作。當它有效時，內部的高壓生成器將會復位。
�、鄿蕚�/忙（R/B），反映當前器件的狀態(tài)。低電平時，表示寫操作或擦除操作以及隨機讀正進行中；當它變?yōu)楦唠娖綍r，表示這些操作已經(jīng)完成。它采用了開漏輸出結構，在芯片未選中時不會保持高阻態(tài)。
圖2所示為K9F1208的寫時序流程。
由圖2可看出，進行寫操作時先要寫入命令字80H,通知K9F1208要進行寫操作，然后順序寫入目的地址和待寫入的數(shù)據(jù)。應該注意的是，地址只需寫入一次，便可以連續(xù)寫入多個字節(jié)數(shù)據(jù)。地址指針的調整是由K9F1208內部邏輯控制的，不用外部干預。寫入操作是以頁為單位（1——528字節(jié)）進行的，即每次連續(xù)寫入能超過528個字節(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內部的頁寄存器（528字節(jié)）中，然后再寫入存儲單元。數(shù)據(jù)寫完之后還要給K9F1208發(fā)出1個寫操作指令10H,通知其將頁寄存器中的數(shù)據(jù)寫入存儲單元，隨后就應該對狀態(tài)引腳進行查詢。如果該引腳為低，表明此次寫操作結束。最后的步驟是數(shù)據(jù)校驗，如果采用了ECC校驗模式，則此步驟可以省略。
其它操作如讀操作、擦除操作等過程均與此類似，可參考相關的器件說明文檔。限于篇幅，這里不再多述。
三、 SPCE061A簡介
SPCE061A是臺灣凌陽公司生產的性價比很高的一款十六位單片機，使用它可以非常方便的實現(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為音頻轉換通道，并且內置有自動增益電路。這為實現(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，凌陽十六位單片機具有易學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，支持標準C語言，可以實現(xiàn)C語言與凌陽匯編語言的互相調用，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
模塊名稱
語音壓縮編碼率類型
資料采樣率
SACM_A2000
16Kbit/s,20 Kbit/s,24 Kbit/s
16KHz
SACM_S480/S720
4.8 Kbit/s,7.2 Kbit/s
16KHz
SACM_S240
2.4 Kbit/s
24KHz
SACM_MS01
音樂合成（16Kbits/s,20 Kbits/s,24 Kbits/s）
16KHz
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，則就可以計算出512Mbit的存儲器可以存儲512M/16K = 32000秒= 8小時53分鐘多。
四、硬件系統(tǒng)設計
K9F1208的硬件圖如上圖所示，它與SPCE061A單片機接口的方法為：K9F1208的數(shù)據(jù)總線IO0——7與SPCE061A的IOA0——7相連，用單片機的IOB0作為讀允許信號（RE），IOB1作為寫允許信號（WE），IOB2作為片選信號（CS），IOB3作為地址鎖存允許信號（ALE），IOB4作為命令鎖存允許信號（CLE）。因為不需要寫保護，本系統(tǒng)把寫保護引腳（WP）接到了高電平。RDY/B信號線不用，本例是懸空處理，K9F1208的狀態(tài)通過Read Status操作來實現(xiàn)。
四、軟件設計
本系統(tǒng)軟件設計流程如圖4所示。
本軟件系統(tǒng)設計簡單。主要是因為凌陽的十六位單片機開發(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現(xiàn)語音的錄放。
本系統(tǒng)底層驅動部分包括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。提供獨立的K9F1208的讀、寫、擦除代碼模塊。需要源代碼的請到凌陽科技大學計劃網(wǎng)站下載。
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（）結束讀數(shù)過程。
4、注意每次讀/寫操作都要調用初始化和結束函數(shù)
5、為了避免錯誤，請不要交迭使用讀/寫操作
6、當program/erase錯誤發(fā)生的時候， 用戶必須根據(jù)自己的文件系統(tǒng)自行處理。 請參考_SP_FillSamsungFlash和_SamsungEraseBlock.
SACM-DVR相關的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） //填充資料到語音隊列，等待播放
int GetResource（long Address） ——（Manual）
中斷服務函數(shù)：
Call F_FIQ_Service_ SACM_DVR //語音播放
Call F_IRQ1_Service_ SACM_DVR //語音錄制
五、結束語
凌陽公司的SPCE061A的結構特點及其相關的一些開發(fā)平臺為我們實現(xiàn)語音的錄入和播放提供了極其方便的條件。本系統(tǒng)只是實現(xiàn)SPCE061A的一個基本應用，設計者只要對該系統(tǒng)的電路、程序稍加改動，就可以實現(xiàn)語音復讀機、跟讀機、留言機、以及電話錄音儀等功能。
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