基于AT89S52和K9F6408U0A的语音数字系统设计

　　2．5 PWM输出电路

　　本设计采用单片机输出PWM信号驱动音频放大电路，PWM输出电路如图4所示。PWM是一种利用微处理器的数字输出控制模拟电路的有效技术，对一系列脉冲的宽度进行调制，等效获得所需波形，并且由于没有使用D／A转换器，系统成本减少很多。PWM的优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行D／A转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。此外PWM信号很容易通过MCU的软件进行控制，即使电路稍微有些系统误差，易于通过软件进行校正。

　　图4中，利用单片机的P1．7引脚输出一定宽度的PWM信号，通过三极管整形后，作用在惯性环节上，得到的输出信号PWMOUT将作用在音频功放电路上，还原为声音。

　　2．6 音频功率放大电路

　　为了使系统有足够大的输出，驱动扬声器发声，便于调节音量，在PWM输出电路后使用了音频信号功率放大器LM386构建功率放大电路，如图5所示。

　　LM386型音频功率放大器主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少，电压增益内置为20。但在其引脚1和8之间外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至200。输入端以地位参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6 V电源电压下，其静态功耗仅为24 mW，使得LM386特别适用于电池供电的场合。PWMOUT为PWM输出电路的输出，扬声器为8 Ω，0．5 W。经过调试发现将电源+5 V用10μF和0．1μF的电容滤波后，会减小很多噪声，效果较好。

　　3 系统软件设计

　　系统具有录音、放音、暂停、清除存储内容等功能，各种功能由按键来选择，系统首先扫描各个按键的状态，如果有按键按下，就转往相应的处理程序，系统程序流程如图6所示。

　　3．1 系统初始化程序

　　系统初始化程序主要对单片机中断、定时器、LCD初始化、键盘、PWM、K9F6408UOA存储接口，以及ADC0809地址、程序中要用到的各个变量进行设置。

　　3．2 按键扫描程序

　　由于录音和暂停是由和外部中断引脚相连的2个按键来设置，一旦按键按下就进入录音或放音程序，所以按键扫描程序用于扫描放音键和清除键是否按下。

　　3．3 录音程序

　　与外部中断O相连的按键按下，则进入录音程序。

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　　录音过程实质上是启动ADC0809对模拟音频信号进行采样，并将A／D转换结果存储到外围数据存储器中的过程，故其主要包含对ADC0809进行读取，对外围数据存储器进行写入两个部分。

　　提取声音数据时，要注意采样频率、采样位数、存储容量与存储时间的关系，通常8 kHz的采样频率和8位的采样位数可获得清晰的语音以及较好的音乐声，并且占有较少的存储空间。

　　以8 kHz的采样频率启动ADC0809，并读取上次采样结果，写到外扩Flash存储器的代码片段如下：

　　3．4 放音程序

　　若P1．O按下，则执行放音程序。放音过程实质上是读取外围数据存储器中的数据，将其转化为一定宽度的PWM波，进行输出的过程。读取K9F6408UOA的子函数如下：

　　产生PWM波形的步骤：1)设置定时器，产生定时中断，若采样率为11．025 kHz，则设置定时器的定时中断频率为11．025 kHz；2)初始化PWM模块，产生11．025 kHz的PWM波形；3)等待定时器中断，在中断处理程序中取采样数据，并设置PWM占空比寄存器，判断声音是否播放完成。若完成，则关定时器中断，并停止PWM输出。

　　3．5 暂停程序

　　在录音过程中，如果需要暂时停止录音可以按下暂停键进入暂停状态，再次按下暂停键可以返回暂停以前的状态。程序中设置了一个变量来指示现在是应该暂停还是恢复。

　　3．6 存储器内容清除程序

　　当存储器内容已满，而又需要录音时，可以按下清除按键，清除一定容量的内容，供用户再次使用。

　　擦除：以块为单位进行擦除。代码片段如下。

　　4 调试注意事项

　　系统进行调试时，应注意以下方面：

　　1)由于在PCM(Pulse Code Modulation)编码及DPCM编码模式下都要采用8 kHz的采样率，所以，每次压缩中断服务程序必须在不超过125 μs的时间内完成，因此，压缩录音处理程序的代码必须进行最大可能的优化，以减少程序执行时间，以免采样和数据处理或信息显示发生冲突，也可避免在中断采样时造成采样点的丢失。

　　2)在选择ADC0809的时钟时，经典选择是640 kHz左右，最初选择将单片机的ALE端4分频后作为ADC0809的时钟信号，但发现影响了LCD的输出显示。将ALE改为2分频后(用1 M触发)作为ADC0809的时钟信号，问题得到解决。

　　3)使用MAX813L复位芯片替代RC复位电路，使电路可靠复位．结合软件监控实现看门狗功能。

　　4)当采样频率为8 kHz，字长为8位时，存储语言时长超过15 min，回放语音质量良好。

　　5 结束语

利用K9F6408UOA 8 MB NAND Flash存储器和单片机PWM功能可为单片机的应用增加语音功能。对