语音处理技术在单片机上的应用研究与实现（可编辑）.doc

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1、 电子科技大学硕士学位论文语音处理技术在单片机上的应用研究与实现姓名:郭迅申请学位级别:硕士专业:计算机系统结构指导教师:王忠仁20030601语音处理技术在单片机上的应用研究与实现中文摘要随着多媒体信息处理技术的发展,音频处理技术得到了广泛的应用。语音处理是人机交互的一个重要环节,语音处理技术具有很高的实用价值,已广泛应用于很多的信息查询系统。本文通过对语音报站系统的分柝和设计,从理论和实践两个方面对语音处理技术进行了深入的研究,并在凌阳公司提供的单片机上实现相关功能。论文首先介绍了数字音频的基本知识,然后详细介绍了运行平台和开发环境,包括并行口的工作原理、音频输出口的工作原理、音频输入口的

2、工作原理、中断的工作原理等。论文接着对语音报站系统分别从硬件和软件两方面进行分析设计,选择和利用开发板提供的软硬件资源,详细描述了实现语音报站系统的设计思想和实现步骤。为完成语音报站系统的功能,论文设计并开发出了相应的功能模块。最后,论文对开发实现的实验装置提出进一步的修改意见。关键词:数字音频,单片机,语音处理,语音报站系统语音处理技术在单片机上的应用研究与实现、,.?.? .?, ,. ? .,?,. , ?,. .:,?,。独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的

3、研究成果,也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名:日期:瑚;年卜月日馨迅关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后应遵守此规定签名: 导师签名:哆艄夕韭墨日期:却年牛月语音处理技术在单片机上的应用研究与实现第章概述.概

4、念,现状及前景随着计算机科学技术的发展,人们已经不能满足于仅仅通过键盘和显示器同计算机交换信息,而是迫切需要一种更加自然的、能为多数人所接受的方式与计算机沟通,让计算机能听懂人的话,能用语音控制各种自动化系统,由此就诞生了一门新的学科一计算机语音学。它主要包含以下几个方面:语音编码 、语音合成 、语音识别 、语种识别、 说话人识别 、说话人确认等。语音处理是人机交互的一个重要环节,让机器将已存在的语音文件通过压缩编码,编辑,解压播放的处理过程,实现在单片机上的控制,具有很高的实用价值。计算机言语输出有着广阔的应用前景,它可应用于残疾人帮助,电话查询,文本校对,火车站、飞机场的信息报告等领域。.

5、论文的主要任务为设计和开发一个实用的公交车报站系统,通过对该系统所需各项技术知识的分析,选择合适的运行平台和开发工具环境。该系统包括:语音的采集、压缩编码和存储,以及解码还原语音信号输出。系统所需硬件平台除外,还包含语音/转换器、/转换器和其他资源如存储器、键盘。软件应包括对语音的采集、压缩编码、存储及解码输出等功能模块。为方便控制选择各段语音输出,系统还包括键扫描服务程序功能模块。为了使系统工作可靠,系统还需要设计看门狗计数的功能,防止程序跑飞。鉴予此,根据系统需要,我们选择凌阳公司“芯片作为,语音处理技术在单片机上的应用研究与实现以及凌阳公司提供的开发环境一一单片机作为工具。有关单片机的结

6、构,将在第三章中详细介绍本文的章节安排本文的第二章简单描述了语音编码技术的基本原理,第三章详细介绍了所采用的运行平台和开发环境。第四章具体介绍项目设计和实现过程。语音处理技术在单片机上的应用研究与实现第章语音处理技术的基本原理.数字音频声音是机械振动在弹性介质中传播的机械波,话筒把机械振动转换成电信号,模拟音频技术以模拟电压的幅度表示声音的强弱。在计算机内,所有的信息均以数字表示,声音信号也用一系列数字表示,称为数字音频。它的特点是保真度好,动态范围大。.数字音频的采样和量化.采样声波实际上是连续信号,用计算机处理这些信号时,必须先对连续信号采样,即按一定的时间间隔取值,得到为整数。称采样周期

7、,/称采样频率,它需满足采样定理:采样定理:设连续信号的频谱为,以采样间隔采样得到离散信号,如果满足?,是信号的高端截止频率,/,则可以由离散信号完全确定连续信号。,.,常用的音频采样率有:,.,.,.,。.量化为了把采样序列存入计算机,必须将样值量化成一个有限个幅度值的集合。通常,用二进制数字表示量化后的样值,用位二进制码字可以表示个不同的量化电平。量化过程如下:先将整个幅度划分成有限个小幅度量化阶距的集合,把落入某个阶距内的样值归为一类,并赋予相同的量化值。设为量化阶距,量化器的最大范围是,则:/.数字音频的文件格式在多媒体技术中,存储声音信息的文件格式主要有:文件、语音处理技术在单片机上

8、的应用研究与实现文件、文件、文件及文件、文件、文件等。.音频编码基础及标准.编码基础从信息保持的角度讲,只有当信源本身具有冗余度,才能对其进行压缩。根据统计分析的结果,语音信号中存在着多种冗余度,其最主要部分可以分别从时域和频域来考虑。另外由于语音主要是给人听的,所以考虑了人的听觉机理,也能对语音信号实行压缩。时域信息的冗余度幅度的非均匀分布样本间的相关周期间的相关静止系数长时自相关系数?频域信息的冗余度非均匀的长时功率谱密度语音特有的短时功率谱密度人的听觉感知机理.音频编码标准及分类.音频编码的标准当前编码技术发展的一个重要方向就是综合现有的编码技术,制定全球的统一标准,使信息管理系统具有普

9、遍的互操作性并确保了未来的兼容性.国际上,对语音信号压缩编码的审议在国际电报电话委员会下设的第十五研究组进行,相应的建议为系列,多为发表,比如.,.,.,.,的音频编码等.高质量高效率的音频压缩技术广泛的用于多媒体应用。音像制品、数字广播、数字电视等领域.语音处理技术在单片机上的应用研究与实现.音频编码的分类基于音频数据的统计特性进行编码,其典型技术是波形编码.其目标是使重建语音波形保持原波形的形状.脉冲编码调制,简称是最简单最基本的编码方法.它直接赋予抽样点一个代码,没有进行压缩,因而所需的存储空间较大.为了减少存储空间,利用音频抽样的幅度分布规律和相邻样值具有相关性的特点,提出了差值量化,

10、简称,简称,自适应量化,简称等算法,自适应预测编码实现了数据的压缩.波形编码适应性强,音频质量好,但压缩比不大.基于音频的声学参数,进行参数编码,可进一步降低数据率.其目标是使重建音频保持原音频的特性.常用的音频参数有共振峰,线性预测系数,滤波器组等.这种编码技术的优点是数据率低,但还原的信号质量较差,自然度低.将上述两种编码算法很好的结合起来,采用混合编码的方法,能在较低的码率上得到较高的音质.如码本线性预测编码:,简称,多脉冲线性预测编码简称等.基于人的听觉特性进行编码:从人的听觉系统出发,利用掩蔽效应,设计心理声学模型,从而实现更高效率的数字音频压缩.其中以一最有影响.标准中的高频编码和

11、语音处理技术在单片机上的应用研究与实现第章运行平台和开发环境简介.位单片机随着单片机功能集成的发展,其应用领域也逐渐地由传统的控制扩展为控制数据处理以及数字信号处理等领域。单片机是由台湾凌阳科技公司 .设计的系列单片机中的款,它的内核为凌阳最新推出的 位微处理器芯片,广泛应用于嵌入式系统,控制系统,尤以语音处理见长。,. 位单片机基本结构及功能“? 图.系列单片机的总体结构框图语音处理技术在单片机上的应用研究与实现主要包含以下部件:夺内置字的静态令内置令位可编程并行/接口夺通用异步全双工串行接口,具有一标准的发送/接收波形夺串行设备接口:可与串行设备进行数据传输夺位模/数转换夺双通道位数/模转

12、换方式的音频输出,每个通道的输出能力为夺两个位可编程定时器/计数器,可自动预置计数初值夺内置实时时钟单片机的技术特性如下:夺工作电压范围:.一一.夺系统工作频率范围:.一一.夺具有红外通信功能:可对红外信号进行接收或发送夺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,触键唤醒以及通用异步串行接口等夺掉电方式下的系统运行可将功耗降至电源电压下的夺具有运行,睡眠方式下的看门狗维护功能夺具有低电压复位,低电压监测功能语音处理技术在单片机上的应用研究与实现.单片机内核结构用户寄存器;堆栈指针:通用寄存器:基指针:段指针数:标志位据:数据段寄存器总线:代码段寄存器:程序指针、:移

13、位缓存器用户/内部寄存器;地址编址器:数据寄存器;寄存器.地址硬件单元二工二总:多路调制器线:移位寄存器:算术逻辑单元甘口刃。删堕竖堕竺图 的内核结构.数据总线和地址总线具有位数据线,其基本数据类型是“字”。位地址线.最多可寻访字的存储空间,用于存放指令代码和数据。地址线中的高位来自状态寄存器中的位代码段或位数据段,则这高位成为存储器的页索引码,简称页码;低位来自相应的位寄存器,称为存储器的地址偏移。.算数逻辑运算单元是运算器的核心部件,它与用户寄存器,内部寄存器及移位器间通过内部总线连接,组成的运算部分,完成各种运算功能。.用户寄存器组“?的寄存器组里有个位的用户寄存器,其功能如下表所示:语

14、音处理技术在单片机上的应用研究与实现表.寄存器符号 功能名称寄存器号堆栈指针寄存器一般寄存器一般寄存器一般寄存器一般寄存器基址指针寄存器状态寄存器程序指针寄存器,.移位器和移位缓存器移位器串接在前面,可进行多种移位操作,对中的算术逻辑运算完成预处理的功能。在进行移位操作时需要有移位缓存器的配合操作,是专用于移位或乘法,除法操作的移位缓存单元。.单片机内核存储器结构 。的片内存储器地址映射如图所示外部保留空间/端口系统端口零页保留空间即冲耶耶蚰耶髓黼黼燃勰第页第页圈 “片内存储器地址映射语音处理技术在单片机上的应用研究与实现夺静态数据存储器的地址区域在范围内。前个字,即地址范围内的存储器寻访速度

15、为两个时钟周期;其余的存储器的寻访速度为三个时钟周期。单片机可扩展外部。夺程序存储器的具有两种寻访速度。零页中地址范围为的其中一为系统保留空间,一存放中断向量的寻访速度为三个时钟周期。其余非零页中的的寻访速度为六个时钟周期。夺堆栈的堆栈遵循后进先出的原则。结构如图?示。找底后较高地址?堆栈生长方向较低地址栈顶图?的堆栈结构堆栈由上而下生成,栈底为高地址,栈顶为低地址。堆栈指针总是指向位于栈顶的第一个空项。在压入一个字数据后减。将多个寄存器压栈写入时总是让指令中序号最高的寄存器先入栈,直至序号最低的寄存器入栈。弹栈操作前,总是指向栈顶的第一个空项,在弹栈拷贝数据之前要加,且总是将先弹出拷贝的数据

16、置入指令中序号最低的寄存器,直至最后一个拷贝数据置入序号最高的寄存器为止。.定时器/计数器单片机提供了两个 位的定时器/计数器:和。语音处理技术在单片机上的应用研究与实现.,定时器/计数器的结构的时钟源是由两个时钟源和经过一个逻辑与门相与而成的,的时钟源只有。如图.示石。/二二一倍频电路卜?生旦?叫千 千 夺。时间基准计数器?叫 图 .”时钟系统的结构图。和图.分别表示了和的结构。图. 结构组成框图语音处理技术在单片机上的应用研究与实现读盎,竺位定时磊/计数器?压商系统竺塑兰塑斛王位计数器。?.一一。萼 位半加器 :。二 竺?输出脉冲控制? “选择 陋出脉冲控制选择控制寄存器图? 结构组成框图

17、定时器/计数器的初值可直接预置或自动重预置写入到预负荷寄存器中。当定时器/计数器被启用或计数产生溢出时,计数初值便会在下一个计数时钟源跳沿时刻被同步装入计数器。.定时器/计数器的控制要素时钟源频率的选择:设置两个时钟源也是为了使定时器/计数器模式多一些,因而用途更广一些。通过写入?或?单元,可控制定时器/计数器的时钟源输入选择和脉宽调制输出的占空比。定时器/计数器的控制列于表.中语音处理技术在单片机上的应用研究与实现表.选择 控制功能说明选择 “ 选择/选择/选择选择选择选择选择”。选择外部时钟 选择 选择 选择 选择“ 选择 选择选择选择外部时钟注只有有此选择项,控制单元?的相应位,为保留位

18、。表示该位的值是或。时钟频率缺省选择为。时钟频率缺省选择为。是指四种时基之一:,及,选择取决于单元的和,参见时钟系统内容。语音处理技术在单片机上的应用研究与实现续表.脉宽调制占空比控制脉宽占空比 / / / / / /?或?单元的一用来选择定时器/计数器的时钟源频率。其中.用于选择时钟源,而一用于选择时钟源。由表.可以看出,的设置频率较高,一般可源自系统时钟频率,即源自锁相环倍频电路输出;而的设置频率相对来说就可低一些,通常源自实时时钟系统振荡器。这两种时钟系统经分频组合为提供了各种不同的计数速率或计数模式。可用作精确的实时时基信号源,例如定时器的时钟源。定时器/计数器的预置数:直接预置写入预

19、置单元/自动重预置计数溢出。定时器/计数器计数溢出:控制方波发生器输出翻转/中断源信号。语音处理技术在单片机上的应用研究与实现脉宽调制输出占空比的控制?或?单元的、用于选择或输出的脉宽调制占空比。和分别作为和端口在各自四位占空比的控制下输出 级脉宽调制信号,用来控制马达等设备的运行速度。.定时器/计数器的配置定时器/计数器的配置单元和其功能说明列在表?中。表.读写配置单元存储地址 功能说明属性位定时器/计数器的预置计数初值存储 读/写单元的控制单元,可进行时钟源、读/写?输入选择和脉宽调制占空比的控制位定时器/计数器的预置计数初值存储读/写单元的控制单元,可进行时钟源输入选读/写择和脉宽调制占

20、空比的控制在预置数单元或内置入一个计数初值后,定时器/计数器会在选择的时钟源频率下开始向计数增加的方向计数,?,当计数到后定时器/计数器溢出,产生一个中断请求信号或,被响应后执行相应的中断服务程序。与此同时,计数初值会被自动重新置入定时器/计数器内,并重复上述加计数的过程。定时器/计数器的溢出信号还会作为脉宽调制输出计数器的时钟源输入,使其输出一个具有四位可调的脉宽调制占空比输出信号或,来控制马达或其他一些设备的速度。语音处理技术在单片机上的应用研究与实现.中断系统.中断类型单片机给出了三种类型的中断:异常中断,事件中断和软件中断。.异常中断异常中断表现为非常重要的事件,一旦发生,必须立即进行

21、处理。目前该单片机定义的异常中断只有复位一种。通常系统复位可以有以下三种情况引起:上电,看门狗计数器溢出以及系统电源低于某电压低限。不论什么情况引起复位,都会使复位引脚的电位变低,进而使程序指针指向一个复位向量所指的系统复位程序入口地址。.事件中断简称中断一般产生于片内外设部件或由中断输入引脚引入的某个事件。这种中断可以整体开通/禁止,也可以个别加以屏蔽。.软件中断软件中断是由软件指令产生的中断,该中断的向量地址为。.中断方式的事件中断可采用两种方式:快速中断请求即中断和中断请求即中断。这两种中断都可以由指令控制开通或禁止。.中断向量和中断源共有个中断源即、?及 。这个中断向量共可安置个中断源

22、供用户使用,其中有个中断源可安置在或?中,另有个中断源则可安置在?中,还有一个专用于通用异步串行口的中断源,须安置在向量中。语音处理技术在单片机上的应用研究与实现.中断源的优先级别除了复位以外,中断的优先级别最高,其次为中断,最后是中断,如表所示。在中断里又分七个优先级别,依次地从优先级别最高的排到优先级别最低的。注意,这里所说的中断优先级别只是在两种以上的中断同时发生时才起作用,即为如果有一个较低级别的中断发生,即使后面有较高级别的中断产生亦是不能打断当前的中断响应的。表.中断向量 中断优先级别复位向量删中断服务子程序由编程者根据需要写出。当中断发生时,这些中断服务子程序就会通过响应中断而被

23、执行。符号一一一一、及为系统保留字,作为中断向量进入点之用。的程序链接器会自动把这些服务子程序的入口地址链接到中断向量表中。允许中断的中断源产生中断请求时,会按照中断的优先级别进入由相应的中断向量所指的中断服务子程序入口地址来响应中断。同一个向量所指地址上的中断服务程序要读取中断控制?单元中各标志位,判断是哪一个中断源产生了中断请求,以便进入相应的服务程序入口进行中断处理。当中断源的中断请求被响应后,该中断请求可通过写入中断标语音处理技术在单片机上的应用研究与实现志清除单元而被清除掉。这个单元通常只能被写入。当某一位被写入“”时,便清除了该位上相应的中断请求;写入“”时不会改变中断源的状态。执

24、行完当前的中断服务程序,会进入下一级的中断向量所指的入口地址,继续执行下一级中断服务程序,直至所有的中断服务程序都被执行完毕,便会回到中断发生前的程序指令处,继续下面指令的执行。.中断系统的配置表.列出了中断系统的配置单元及功能说明。表.配置单元 读写属性 存储地址 功能说明删读/写 可写控制各中断源允许或禁止中断,读可判断产生中断请求的中断源 写用来清除中断源的中断请求单元各位的写入与读出意义是不同的。写入各位。或,可控制相应的中断源允许或禁止中断。允许中断的中断源产生中断请求时,优先级别高的中断请求会先被响应。而同一个中断向量所指地址上的中断服务程序要读取?单元中各位,以判断是哪一个中断源

25、产生了中断请求,以便控制进入相应的服务程序入口地址执行服务指令。中断请求被响应后,其标志可通过写入?单元而清除掉。该单元只能被写入。当某一位被写入时,便清除该位上相应的中断源的中断请求;写入时不会改变中断源的状态。.中断系统的控制表?列出了中断控制单元 中各位对中断源的控制。语音处理技术在单片机上的应用研究与实现表.中断向量 中断源 说明中断控制位复位输入/:系统时钟的分频信号?/?:溢出信号?:溢出信号:外部输入信号:外部输入信号一:键唤醒信号一时基信号时基信号,时基信号?时基信号?时基信号?.时基发生器输出的选频信号:时基发生器输出的选频信号通用异步串行口数据传输中断软中断.模/数转换器输

26、入口是自然界与计算机模/数转换器, 进行信息交换的桥梁之一。它是一种信号转换接口,可以把模拟量信号转换成数字量信号,以便输入给计算机进行各种处理。采用逐次逼近式原理实现模/数转换/。.的结构及工作原理由位数,模转换器、位缓存器、逐次逼近寄存器,语音处理技术在单片机上的应用研究与实现以及比较器组成逐次逼近式的,如图?中的虚线框所示。图中的有两种工作方式:手动方式和自动方式。的结构框图卜矧揣 ?以/、 ,、 ?。辩年?控制存储器眦的控制存储器?矿图? 原理结构示意图.,.手动方式在手动方式下取消了自动方式的逐次逼近寄存器的功能,取而代之的是内部比较器和缓存器,以模拟的作用。换言之,须用软件程序来控

27、制模拟信号的输入采样或保持,通过写入/数据单元来控制比较器基准电压值,以及通过读比较器的比较结果来推测模拟输入电压值。例如,当外部的电压模拟信号输入到的输入端上,可试着写入/数据单元一个数字量值,它实际对应于.的电压模拟量.由于.,故第一次比较输出的结果为“”,则 的转换结果暂存为.接着写入/数据单元下一个数字量值 ,它实际对应于.的模拟量.由于与外部模拟信号相比较经.,因此此次的比较输出结果为?,则的转换结果仍暂为.依照同样的方式逐次写语音处理技术在单片机上的应用研究与实现入/数据单元等数值,来比较产生数字量输出其余各位的值。位需写入、比较次方能对应于模拟量输入转换出一个完整的数字量输出。.

28、自动方式外部电压模拟信号直接从?通道输入到采样/保持器;或通过?通道输入,经过一个带有自动增益控制的运算放大器而被送入采样,保持器。当选择自动方式时,会使信号变为“”,从而启动了的数据采样。采样信号经保持后加到比较器输入端,与加到比较器的另一个输入端的的输出电压相比较。由于的初始值很小,比较器输出为“”,则输出一个数字量值表示既可为,也可为。此值经数/模转换后产生一个与其对应的模拟量值,与外部采样信号再次进行比较。若比较结果为“”,继续输出数字量值;而若比较的记过为“”,输出便为。经过次这种逐次比较、逼近的自动转换过程,最终会针对模拟信号输出一个满足精度要求的数字量值。当完成转换时,的信号变为

29、“”。此后,可读取位/转换数据。而当读取了/转换数据后,会使信号变为?,再次启动的模/数转换。在自动方式下可以有两种转换的触发时间控制选择:通过读取/数据单元触发或通过定时器/计数器的计数溢出事件触发。的最高转换速度是有限的,超出此限度,由/数据单元读出的数据会不准确。.的配置表.列出了的两个配置单元及其功能说明。语音处理技术在单片机上的应用研究与实现表.功能说明配置单元 读写属性 存储地址读/写 位缓存器的数据写入单元及一位输出的数字量值读出单元的转换单元读/写.的控制进行转换至少要有个基本单元的读写操作,一个是转换的控制单元,另一个是的数据单元。前者可用来进行转换前的各种设置或转换过程中的

30、状态读出,如表.所示。后者读出的内容即为/转换后的数字量;写入则是在手动方式下通过控制比较器的基准电压值来完成逐次比较逼近的转换过程。.的控制要素表.读出控制单元控制要素 写入控制单元手动 自动 手动方式下模拟电压工作方式比较结果标志位采样/保持开关位置转换是否完成标志位允许/禁止/转换设置/取消自动增益功能模拟通道控制屏蔽功放/经过功放自动转换过程的触发:是通过读取?单元触发还是通过定时器/计数器的计数溢出触发,由?单元的、位编程完成。可参见内容的表./转换过程的控制:通过写入?单元各种设置和读出状态,可以对模数转换过程进行控制。表详细列出了单元里各控制项的功能。语音处理技术在单片机上的应用

31、研究与实现表? 一 控制功能描述写 写 写 写 写读读“ ? 位模/数转换未完成? 位模/数转换完成? 数/模转换器输出电压大于模拟信号输入电压? 数/模转换器输山电压小于模拟信号输入电压”? 工作在手动方式下? 工作在自动方式下 ? 采样/保持开关置于保持位置? 采样/保持开关置于采样位置”取消自动增益控制功?设置自动增益控制功? 电压模拟信号通过麦克风的通道输电压模拟信号直接通?过通道输入” 禁止模/数转换? 允许模/数转换注意【】表示该项的值可为,也可为】缺省选择为,即工作在手动方式下。功能是在手动方式下起作用。缺省选择为。,即采样/保持开关置于保持位置。【】当模拟信号通过麦克风的?通道

32、输入时,可选择为,即运算语音处理技术在单片机上的应用研究与实现放大器的增益可在其线性区域内自动调整。缺省选择为;当模拟信号通过通道直接输入时可选择为。缺省选择为,即模拟信号通过麦克风的?通道输入。缺省选择为,即禁止模数转换工作。被写入?的读写操作:表?列出了?单元中的或被读出的各自含义表.读出/写入含义解释输出读读出是位数字量输出值。当模/数转换完成即读出为/写之后,可读此位数据。在手动方式下写入位数据到位缓存器中,与比较器结合在一起,模拟自动方式的解码作用。音频输出口?的音频输出有两种方式,一种是音调输出方式,如图所示。二者的区,一种是语音输出方式别在于其输出的控制机理不同。前者是通过控制溢

33、出所产生的不同频率来决定声波振动次数的多少,从而决定发出声音音调的高低,比如好听的音乐;后者则是用与声音不论是音乐还是语音数据采样率相同的速率将声音通过数/模转换/通道还原成音频电压或电流输出,其中声音数据采样率可决定声音音质的好坏,并决定了声音数据所需占据的存储空间。两种方式的音频输出波形参见图.。音频输出乘法器方波输出图“的音频输出方式的硬件实现语音处理技术在单片机上的应用研究与实现出塑二生?二?二.啪一图?”两种音频输出方式的波形图中假设溢出使方波输出值用“”表示,数模转换器输出模拟量值用“”表示,乘法器输出值用“”表示,那么,乘法器的输出规则如下:.当时当时;由此看来,的音频输出与两个

34、基本部件紧密相关,一个是,另一个是/转换通道。对于,前面已经叙述。 转换通道的硬件实现大致有两类,一类是直接采用数模转换器方式,另一类是采用脉宽调制驱动方式。音频输出的结构就是由两个通道或一个驱动通道构成。.音频输出的结构方式输出的双通道输入的数字量值要分别写入两个数据单元。各通道转换的电流模拟信号分别从和管脚输出,如图示。单通道驱动方式输入的数字量值应写入单元,和管脚则需用来驱动输出的电流模拟信号。语音处理技术在单片机上的应用研究与实现/:双通道动图.音频输出的结构数/模转换器的作用与模/数转换器相反,它是把输入的数字量转换成带电压或电流模拟量输出的一种接口,是计算机与自然界进行信息交流的另

35、一个桥梁。转换的原理可参见图?中所示的。当以一个固定频率采样率向送出一系列数字量值时,该数值被转换成一系列电压电流模拟量,并经平滑滤波后驱动扬声器得到声音信号。一般来说,输出具有两种数据锁存方式:直接锁存或通过技术溢出锁存方式。脉宽调制则是先将输入的数字量转换成脉宽调制占空比信号,如图?示,继而又将其转换成电流模拟量信号输出的一种装置,其实质仍为数模转换。计数器溢出:输出信号,啪 信号周期”占空比图.信号转换原理的硬件实现又分两种类型:推挽方式和双脚双端方式输出,其时序如图. 示。语音处理技术在单片机上的应用研究与实现厂厂推挽方式双脚双端方式图. 驱动输出方式输出亦有两种数据锁存方式:直接向单

36、元置数方式或通过计数溢出的自动重置数方式,如图.所示。前一种方式是通过单元将计数初值直接置入计数器内:而后一种方式是通过计数器计数溢出时产生一个自动重置数信号,将计数初值由预锁存寄存器自动重新置入计数器内。在计数溢出产生的中断响应里又可以给出下一个计数初值通过单元置入预锁存寄存器及计数器内。数据的自动重预置与计数溢出中断服务响应是同步发生的,以此避免输出波形产生抖动。输出数据直接置入计数器溢出锁存数据图. 数据锁存方式语音处理技术在单片机上的应用研究与实现.音频输出的配置表.配置单元 读写属性 存储地址 功能说明读/写 写入位数据到位缓存器:方式时为无符号数,驱动方式时为有符号数。读出的位数据

37、读/写方式输出时写入位无符号数据到位缓存一器。读出的位数据。 写/肼音频输出的控制单元.音频输出的控制要素/音频输出控制:表?详细列出了?单元中一的控制功能。为保留位。语音处理技术在单片机上的应用研究与实现表./ :直接将:直接将 :通过读 :将输出数 :双通道:推挽方式中的数据锁存到 中的数据锁存到 单元执行自 据直接置入 方式音 的驱动中 中动方式转换 计数器 输出频输出:通过叭:通过 :通过 的预置数方 :单通道:双脚双端溢出将中的 溢出将中的 溢出执行自 式音频输 方式的数据锁存到 数据锁存到 动方式转换 :通过出方式 驱动输出由:通过中 计数器溢出:通过 :通过溢出执行自锁存输出数溢

38、出将中的 溢出将中的 动方式转换 据到计:通过数据锁存到 数据锁存到 数器的自动由或溢出执 重预置数方中:通过 :通过 行自动方式 或溢出将 或溢出将 转换中的数据锁 中的数据锁存到中存到中音频输出的方式:/。/通道硬件实现的方式:/。输出数据锁存方式:直接锁存/计数溢出锁存。驱动方式:推挽方式/脚双端方式。输出的数据锁存方式:直接置数锁存,自动重预置方式。位缓存器和的数据操作:表. 列出了和通过 比写和.单元读写操作的含义解释。写入入单元的含义更丰富一些,它是两种方式音频输出的数字量值写入。语音处理技术在单片机上的应用研究与实现表. 位缓存器读写操作的含义一一 位数据读写操作含义在双通道输出

39、方式下写入此单元是将位数字量数据写入值写入带有缓存器的输入口。在单通道驱动方式下写入此单元是将位输出数据置入,使产生出音频输出。数据读出 读此单元便可读出位缓存器内的数据在双通道输出方式下写入此单元是将位数字量值写入带数据写入有缓存器的输入口。读此单元便可读出位缓存器内数据数据读出.并口设置/口是为使与外部用户设备进行通讯。?内有并行和串行两种方式的/口。并行/口以线路成本较高的代价而获得传输速率亦较高的使用效果。串行/口与之相比,传输速率较低,但由于它可节省大量的线路成本,故很适合于远距离的数据传输及多机通讯。?的并行/口的每一位均可以单独编程定义成握手信号的输入和输出瑞口。通常,每一个/位

40、会由个向量位来控制。个是方向向量位,控制/口位的输入输出方向;第二个是方式或称属性向量位,控制/口位采用什么方式进行输入输出;最后一个是数据向量位一,它与一向量位组合在一起可对口位进行复合功能设置。输入口的方式可设置为内部带上拉电阻、内部带下拉电阻或悬浮式的端口,如图.所示。若通过口位的组合设置还可使输入口引入外部中断源或唤醒源事件,使端口具有中断或唤醒的特殊功能。口位数据的读如一般可直接来自输入管脚,也可来自输入缓存器。语音处理技术在单片机上的应用研究与实现带上拉电阻的输入口 带下拉电阻的输入口 悬浮式输入口图一设为输.的”的并行/口输出口的方式也可根据需要设置为常规的端口或开漏端口,以及是

41、与写入口位的数据同相输出还是反相输出。通过设置还可使口位具有输出缓存功能,以避免该口再被设为输入端口时管脚上输入电平的状态会影响到其输出的状态。另外,的并行/口有些口位通过特殊设置可被扩展成具有特殊功能的端口,见表表?输出端口输入端口通用异步串行口的数据发送端口通用异步串行口的数据接收端口红外通讯的数据发送端口红外通讯的数据接收端口用于控制步进电机等设备运转速度的脉宽调制输出口串行设备接口的数据传送信号串行设备接口的时钟信号外部中断源或唤醒源信号显示驱动信号音频输出端口有两个位通用的并行/口:口和口。图?为并行口的结构。语音处理技术在单片机上的应用研究与实现图并行/口的一位组织结构:和口写入数

42、据,都会被写入同由图可以看出,向一一个数据寄存器。但从一口和一口读出的数据却来自不同位置。读出一口数据来自/管脚,而读出一口数据来自数据寄存器。如此处理在某些/口应用场合下能节省许多需用来存储口数据的存储空间。.并行/的配置表? 给出了、口的配置单元,这些单元是用来参与口的组合变成控制的。口的.用作输入口时具有唤醒功能,可将此用语键盘的输入。口的某些位除了可以作为普通并行/口应用以外,还具有其他一些特殊功能。表?口配置配置单元 读写属性 存储地址 功能说明/?读/写 口的数据口。当口为输入口时,写入是将口的数据向量写到口数据寄存器里;读出则是从口管脚上读其输入电平状态。当口为输出口时,写入输出

43、数据到口的数据寄存器读/写 口的数据向量口。当口为输入口时,写入是将口的数据向量写到口数据寄存器里;读出则是从口数据寄存器里读其数据。当口为输出口时,写入输出数据到口的数据寄存器语音处理技术在单片机上的应用研究与实现读/写 口的方向向量口。写入口的方向向量到口的方向向量寄存器里。或者从口的方向向量寄存器里读出口的方向向量 读/写口属性向量口。写入口的属性向量到口的属性向量寄存器里,或者从口的属性向量寄存器里读出口的属性向量读 从其读数可激活口的唤醒功能,并锁存到一上的键状态。口配置 读/写 口的数据口。当口为输入口时,写入是将口的数据向量写到口数据寄存器里;读出则是从口管脚上读其输入电平状态。当口为输出口时,写入输出数据到口的数据寄存器读/写 口的数据向量口。当口为输入口时,