4 摘要 目录 正文基于SPCE061A单片机的SD存储卡设计.doc

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1、摘 要SD卡全称为安全数码卡，是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，被广泛的应用于便携式装置上使用，例如数码相机和多媒体播放器等等，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。SPCE061A单片机是凌阳科技推出的一款16位结构的微控制器，SPCE061A内嵌32K字的闪存（FLASH），较高的处理速度使nSP能够快速地处理复杂的数字信号。本设计由凌阳的SPCE061A单片机作为主控芯片，扩展SD卡存储器做为存储介质，实现数码录音笔功能的过程。本系统以C语言进行软件设计，增加了程序的可读性和可移植性。本文编写的主导思想是软硬件相结合。首先描述系统硬件工作原理，并附以

2、系统结构框图加以说明，着重介绍了本系统所应用的各硬件的设计部分和本课题的工作过程；其次，详细阐述了程序的实现过程。 关键字：SPCE061A单片机；61板；SD卡；集成开发环境AbstractSD card，secure digital card,is a kind of semiconductor flash memory of a new generation of memory devices based on,is widely used in portable devices,such as digital camera and multinedia player an so on,

3、have a higher memory capacity,fast datd transfer rate,mobility andflexibility greatly and good safety. SPCE061A Sunplus Technology is one of the launch of 16 micro-controller, SPCE061A 32K words embedded flash (FLASH), The higher processing speed enable nSP to be able to handle complex digital signa

4、l.The design by Sunplus SPCE061A as the dominant chip SD card memory expansion as a storage medium, Making digital recording function of T.The software being in progress with C language designs system, readability and transplanting having increased procedures. The paper prepared by the dominant thin

5、king of the combination of hardware and software. And the operating principle describing system hardware first, attaches the course of work giving the design part and problem explaining hardware applied by the system having introduced capital , emphasizing with system structure block diagram; Realiz

6、ation secondly, having set forth procedure detailedly process.Keywords：SPCE061A ;SD Card ;61plate ;Integrated Development 目 录摘要IAbstractII第一章 绪论.1第二章 系统硬件组成2第一节 SPCE061A单片机2第二节 61板简介32.2.2 61板的接口说明4第三节 SD卡座模组62.3.1结构示意图62.3.2 SD卡SPI总线时序图6第四节 硬件电路72.4.1 SPCE061A的最小系统72.4.2 61板按键电路72.4.3 音频输出电路82.4.4

7、SD卡模组电路8第三章 系统软件设计9第一节 系统设计93.1.1设计要求93.1.2方案设计10第二节 程序103.2.1流程图103.2.2程序12第四章 系统调试及结束语18第一节 集成开发环境（IDE）18第二节 调试及性能分析19第三节 结束语19参考文献.20后记21第一章 绪论目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上的各种仪表控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。随着数字存储技术的发展，大容量

8、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（Secure Digital Memory Card）是一种基于半导体新一代的记忆设备。SD卡由日本松下、东芝及美国SanDisk公司共同开发研制。SD卡在24mm32mm2.1mm的体积内结合了SanDisk快闪记忆卡控制与MLC（Multilevel Cell）技术和Toshiba（东芝）0.16u及0.13u的NAND FLASH技术，通过9针的接口界面与专门的驱动器相连接，不需要额外的电源来保持其记忆的信息。而且它是一体化固体介质，没有任何移动部分，所以不用担心机械运动的损坏。现在的S

9、D卡容量有8MB到6GB不等。利用51单片机进行开发时，硬体开发系统要求很多，如仿真器、烧录器、开发板等。61板是SPCE061A的硬体开发系统，用户只采用61板就可以进行开发，与61板配套的软体开发工具为凌阳十六位单片机集成开发环境（unSP IDE, Integrated Development）。因此，以nSP为核心的SPCE061A微控制器是适用于数字语音识别应用领域产品的一种最经济的选择。本设计主要实现的功能为：1、利用SPCE061A单片机，扩展SD卡设备，实现录放音功能。2、系统以SPCE061A为核心，外扩SD卡模组，可以插入SD卡，为系统提供大容量存储扩展。第二章 系统硬件组

10、成如图2.1所示为本系统的硬件组成框图。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61 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2.1 SD卡语音存储系统框图图2.2为SD卡模组的连线关系图：图2.2 SD卡语音存储连线关系图第一节 SPCE061A单片机SPCE061A 是一款16 位结构的微控制器，下图是它的结构概览：SPCE061A 主要包括输入/输出端口、定时器/计数器、数/模转换、模/

11、数转换、串行设备输入输出、通用异步串行接口、低电压监测和复位等部分，并且内置在线仿真电路ICE 接口，较高的处理速度使其能够快速的处理复杂的数字信号。图2.3 SPCE061A单片机结构概览 第二节 61板简介2.2.1框图及简要说明61板是以16位单片机SPCE061A为核心的精简开发仿真实验板，大小相当于一页扑克牌，61板的主要特点是：简单、易学、实用。它采用的是精简指令集，在这个指令系统中共有41条指令，指令功能简单且容易掌握。61板除了具备单片机最小系统电路外还包括有电源电路、音频电路（含MIC输入部分和DAC音频输出部分）、复位电路等，而且体积小、采用电池供电，方便随身携带！其结构如

12、图2.4所示：图2.4 61板结构框图图2.4的说明如表2.1所示：表2.1 框图说明POWER5v&3V供电电路PLL锁向环外部电路Power电源指示灯Sleep睡眠指示灯RESET复位电路K4复位按键PROBE在线调试器串行5pin接口S5EZ-PROBE和PROBE切换的拨断开关J12、J3耳机插孔和两pin喇叭插针DAC一路音频输出电路，采用SPY0030集成音频放大器MIC麦克风输入电路OSC32768晶振电路VREFA/D转换外部参考电压输入接口R/C芯片其他外围电阻、电容电路K1K3扩展的按键：接IOA0IOA2SPCE061A61板核心：16位微处理器PORTA/B32个I/O

13、口2.2.2 61板的接口说明图2.5 61板的接口图一、输入/输出（I/O）接口61板将SPCE061A的32个I/O口全部引出：IOA0IOA15，IOB0IOB15，对应的引脚为：A口，4148、53、5460；B口，51、8176、6864。而且该I/O口是可编程的，即可以设置为输入或输出：设置为输入时，分为悬浮输入或非悬浮输入，非悬浮输入又可以设置为上拉输入或是下拉输入；在5V情况下，上拉电阻为150K，下拉电阻为110K；设置为输出时，可以选择同相输出或者反相输出。 二、音频输入/输出接口正如前面所介绍的61板具有强大的语音处理功能，如图2.5所示,X1是语音的MIC输入端，带自动

14、增益（AGC）控制，J12和J3都是语音输出接口，一个是耳机插孔另一个是两pin的插针外接喇叭，由DAC输出引脚21或22经语音集成放大器SPYOO30放大，然后输出，SPY0030是凌阳的芯片，相当于LM386，但是比386音质好，它可以工作在2.46.0V范围内，最大输出功率可达700mW（386必须工作在4V以上，而且功率只有100mW）。三、在线调试器（PROBE）和EZ-PROBE接口图2.5中J4为PROBE的接口，该接口有5PIN，其中两个分别是地（VSS）和3.3v电源（VCC），我们就是通过PROBE一端接PC机25针并口，一端连接它来调试、仿真和下载程序的。这样，就不需要再

15、用仿真器和编程器了，只要按图所示将其连接好，就可以通过它在PC机上调试程序，并且在线仿真，最后将程序下载到芯片中，即完成了程序的烧写。图2.5中的J11是EZ-PROBE的接口，我们提供一根转接线用作EZ-PROBE的下载，一端连接PC机的25pin并口，另外一端接61板的5pin EZ-PROBE接口。四、电源接口图2.5中J10是电源接口，61板的内核SPCE061A电压要求为3.3V，而I/O端口的电压可以选择3.3V也可以选择5V。所以，在板子上具有两种工作电压：5V和3.3V。对应的引脚中15、36和7必须为3.3V, 对于I/O端口的电压51、52、75可以为3.3V也可以是5V，

16、这两种电平的选择通过跳线J5来选择。五、外部复位复位是对61板内部的硬件初始化，61板本身具有上电复位功能，即只要一通电就自动复位，另外，还具有外部复位电路，即在引脚6上外加一个低电平就可令其复位。如图2.5中的REST按键。第三节 SD卡座模组2.3.1 结构示意图在使用时，只需将SD卡模组插接在61板的IOB低八位即可。图2.6 SD卡座结构示意图2.3.2 SD卡SPI总线时序图SD 卡与单片机通信的总线形式有SPI 模式和SD 模式两种。本方案中使用SPI 模式进行通信。由于SPCE061A 没有SPI 接口，故我们需要使用I/O 口来模拟SPI 的时序对SD 卡进行操作。SD 卡的S

17、PI 时序如图2.7所示。可以看到，接收数据时的采样点是在SCK 的上升沿，发送数据时在上升沿处数据稳定。使用I/O 口模拟SPI 时序，就是使用I/O 口不断输出高、低电平模拟一系列的上升、下降沿的过程。图2.7 SD卡SPI总线时序图第四节 硬件电路2.4.1 SPCE061A的最小系统最小系统接线如图2.8所示，在OSC0、OSC1端接上晶振及谐振电容，在锁相环压控振荡器的阻容输入VCP端接上相应的电容电阻后即可工作。其它不用的电源端和地端接上0.1F的去藕电容提高抗干扰能力。图2.8 SPCE061A的最小系统2.4.2 61板按键电路本系统使用61板上的三个按键完成录放音控制，按键电

18、路如图2.9所示。 图2.9 61板的按键电路2.4.3 音频输出电路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。音频输出电路如图2.10。图2.10 音频输出电路2.4.4 SD卡模组电路如图2.11所示是SD卡模组的电路原理图。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

19、接口。图2.11 SD卡模组电路第三章 系统软件设计第一节 系统设计3.1.1设计要求利用SPCE061A单片机，扩展SD卡设备，实现录放音功能。要求具有下述功能：1.SPCE061A对SD卡的读写操作（1）SPCE061A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.录放音功能（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；3.1.2方案设计

20、系统以SPCE061A为核心，外扩SD卡模组，可以插入SD卡，为系统提供大容量存储扩展。如图3.1所示。图3.1 系统组成结合61板上的3个按键，实现如图3.2所示的功能。其中，录制的语音数据存储在SD卡上。图3.2 按键功能第二节 程序3.2.1流程图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。图3.3 流程图3.2.2程序#include S

21、D_Recording_Demo.h#include .DriverSDSD_Driver.h#include .FSfs.h#include .DVRSystemsacmV40.h#include .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，SysSta

22、tus定义在SDDVR.h中int SpeechIndex;int WriteProtect;/=/ 语法格式：int main(void)/ 实现功能：主函数/ 参数：无/ 返回值：无/=int main()SpeechIndex = 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 Pl

23、aySnd(VOICE_ATTENTION, DAC1 + DAC2); /”注意” PlaySnd(VOICE_SDCARDNOTINSERT, DAC1 + DAC2);/”SD卡没有插入” while(0 = SD_ChkCard();/等待卡插入if(1 = SD_ChkCardWP()/检测卡是否有写保护WriteProtect = 1;PlaySnd(VOICE_ATTENTION, DAC1 + DAC2); / ”注意”PlaySnd(VOICE_SDCARDWRITEPROTECT, DAC1 + DAC2); /”SD卡写保护”elseFS_Init();/没有写保护，执行

24、初始化操作PlaySnd(VOICE_READY, DAC1 + DAC2); / ”就绪”/-while(1)KeyProcess();/按键处理StatusProcess();/系统状态处理SACM_DVR1600_ServiceLoop();/录/放音服务 return 0;/=/ 语法格式：int StatusProcess(void)/ 实现功能：系统状态处理函数/ 返回值：无/=void StatusProcess()switch(Status)case RECORD:if(FS_GetUnusedSecNum() = FS_MAX_FILENUM) | (FS_GetUnused

25、SecNum() 0)if(PLAY = Status)/如果正在放音，则先停止播放SACM_DVR1600_Stop();FS_CloseOpenFile();else if(RECORD = Status)/如果正在录音则不处理 break;if(C_LReleaseKeyState = KeyType)/长按键，擦除所有语音段FS_Init();PlaySnd(VOICE_SDCARDERASED, DAC1 + DAC2);Status = IDLE;break;else if(C_SReleaseKeyState = KeyType)/短按键，播放上一曲if(-SpeechIndex

26、 0) if(PLAY = Status)/如果正在放音，则先停止播放 SACM_DVR1600_Stop();FS_CloseOpenFile();else if(RECORD = Status)/如果正在录音则不处理 break;if(C_LReleaseKeyState = KeyType)/长按键，停止当前播放Status = IDLE;break;else if(C_SReleaseKeyState = KeyType)/短按键，播放下一曲if(+SpeechIndex g_FileNum)SpeechIndex = 1;FS_OpenFile(SpeechIndex);SACM_D

27、VR1600_Play(Manual_Mode_Index, DAC1 + DAC2, Ramp_Up + Ramp_Dn);Status = PLAY;break;default:break;第四章 系统调试及结束语第一节 集成开发环境（IDE）61 板配有凌阳自行研发设计的16 位单片机开发环境IDE(Integrated Development) 。此工具在Windows环境下操作，支持标准C 语言和汇编语言，集编译、编程、链接、调试和仿真于一体，应用方便简单易学。同时还提供大量的编程函数库，大大加快了软件开发的进程。集成开发环境IDE 具有友好的交互界面、下拉菜单、快捷键和快速访问命令

28、列表等，使编程、调试工作方便且高效。此外，它的软件仿真功能可以在不连接仿真板的情况下模拟硬件的各项功能来调试程序。如图4.1所示为其界面。图4.1 集成开发环境第二节 调试及性能分析本设计的功能是实现多段录音，可以由按键来控制上一曲和下一曲的播放，并且可以停止和擦除，然后重新开始录音。基本流程是检测SD卡是否插入，是否写保护，然后开始进行按键控制，最后还有容量的提示，当存储已满时，会发出“当”的提示音。61板的集成开发环境（IDE）中带有语音库，在编写程序过程中，由于时间和个人能力问题，直接从其语音库中调用的语音函数，由自己来控制程序的进行是系统改进的首要问题。经过这段时间的设计，成功地通过了

29、模拟和联机调试，论文的设计要求基本完成，其功能达到要求，整个系统基本稳定。第三节 结束语拿到实验板后，熟读说明书并对61板进行测试，整体检测完毕，首先对硬件进行了系统的学习，即凌阳SPCE061A单片机的内核结构和61板的硬件组成、接口说明、使用步骤以及其开环境。由于之前学过C语言，使得我对程序的学习时间减少了许多。系统的分析与设计过程也是学习的总结过程，更是进一步学习和探索的过程,在这过程中,我对利用单片机设计与开发有了深刻的认识，对SPCE061A单片机的工作原理和SD卡存储原理有了更深的掌握,对于因控制系统的分析与设计有了切身的认识和体会,并在学习和实践过程中增长了知识,丰富了经验。在设

30、计中体会到理论必须与实践相结合,虽然搜集了大量的资料,但在实际应用中却有极大差异,出现了许多与理论不符的问题。但实验就是不断发现问题,解决问题,不断探索,不断努力,不断创新的过程,出现实际与理论不符的现象也是在所难免的.经过反复实践，多次分析修改后终于达到设计控制要求。参 考 文 献1.李学海.16位单片机SPCE061A使用教程基础篇.北京:人民邮电出版社，20072.罗亚飞.凌阳16位单片机应用基础. 北京:北京航空航天大学出版社,20033.薛钧义.凌阳16位单片机原理及应用. 北京:北京航空航天大学出版社,20034.马忠梅.单片机的C语言应用程序设计.北京:北京航空航天大学出版社，2

31、003修订版5.张培仁，张志坚.十六位单片微处理器原理及应用. 北京:清华大学出版社,2005 6.谭浩强.C语言程序设计指导. 北京:清华大学出版社,2000后 记当我写完这篇毕业论文的时候，心情十分激动，感慨良多。从开始进入课题到资料的搜集再到论文的顺利完成，整个过程都离不开老师、同学们的热情帮助，在这里请接受我诚挚的谢意! 首先，我要感谢我的论文指导老师廉志凯老师，这篇论文是在廉老师的悉心指导下完成的。老师为人随和热情，治学严谨细心，始终认真负责地给予了我深刻而细致地指导。他多次从繁忙的工作中抽出时间询问我的研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路。 其次，我要感谢身边的朋友们。在这次论文写作过程中，他们对我总是有求必应，帮助我搜集和提供资料，对我的论文提出了诸多宝贵的意见和建议。借此机会，我要对各位朋友们的帮助表示真挚的感谢，谢谢你们！ 当然，最终呈现出来的这篇论文肯定与老师、朋友们的期望还有很大的差距，这实在是由于我个人的能力所限。这将启示我在今后的学习和研究中更要向廉老师这样的学者型专家学习，以更加严谨、务实的态度，更加精益求精的作风，以期在专业论文创作上取得新的更大的进步。