基于AVR单片机录音笔设计的制作原理

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在进行编写和读操作时,本器件需要单独的电源供电,电压为2.5V至3.6V或者2.7V至3.6V。片选引脚CS和一个由连续输入SI,连续输出SO和连续时钟SCK组成的三线访问接口使得AT45DB041B正常工作。所有的编写周期都是自同步的,因而在编写之前都无需分开的擦除周期。当器件从Atmel公司出厂后,存储阵列中最高页可能没有被擦除净。也就是说,最后一个页中的内容可能并非是FFH。
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3
3.1
ATmega16的封装如图3-1所示。
图3-1ATmega16的引脚图
ATmega16的引脚说明:
VCC数字电路的电源
GND地
端口A(PA7..PA0)端口A做为A/D转换器的模拟输入端。端口A为8位双向I/O口,具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性,可以输出和吸收大电流。作为输入使用时,若内部上拉电阻使能,端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中,即使系统时钟还未起振,端口A处于高阻状态。
复位:复位脚(RESET)上的低电平将终止正在运行中的操作并将内部状态置为空闲状态。只要RESET脚上一直为低电平,那么器件就一直处于复位状态。一旦RESET脚上返回至高电平,器件就可以正常运行了。本器件内部整合了电源开启重接电路,所以在开启电源期间在RESET脚上并无何限制。RESET脚也是内部拉高的;因此若非需要,RESET脚上不需连接其他引脚。然而,我建议尽量通过外部拉高RESET引脚。
ATmega16有如下特点:16K字节的系统内可编程Flash(具有同时读写的能力,即RWW),512字节EEPROM,1K字节SRAM,32个通用I/O口线,32个通用工作寄存器,用于边界扫描的JTAG接口,支持片内调试与编程,三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器(T/C),片内/外中断,可编程串行USART,有起始条件检测器的通用串行接口,8路10位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP封装)的ADC,具有片内振荡器的可编程看门狗定时器,一个SPI串行端口,以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。工作于空闲模式时CPU停止工作,而USART、两线接口、A/D转换器、SRAM、T/C、SPI端口以及中断系统继续工作;掉电模式时晶体振荡器停止振荡,所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作;在省电模式下,异步定时器继续运行,允许用户保持一个时间基准,而其余功能模块处于休眠状态;ADC噪声抑制模式时终止CPU和除了异步定时器与ADC以外所有I/O模块的工作,以降低ADC转换时的开关噪声;Standby模式下只有晶体或谐振振荡器运行,其余功能模块处于休眠状态,使得器件只消耗极少的电流,同时具有快速启动能力;扩展Standby模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作本芯片是以Atmel高密度非易失性存储器技术生产的。片内ISP Flash允许程序存储器通过ISP串行接口,或者通用编程器进行编程,也可以通过运行于AVR内核之中的引导程序进行编程。引导程序可以使用任意接口将应用程序下载到应用Flash存储区(Application Flash Memory)。在更新应用Flash存储区时引导Flash区(Boot Flash Memory)的程序继续运行,实现了RWW操作。通过将8位RISC CPU与系统内可编程的Flash集成在一个片内,ATmega16成为一个功能强大的单片机,为许多嵌入式控制应用提供了灵活而成本的解决方案。ATmega16具有一整套的编程与系统开发工具,包括:C语言编译器、宏汇编、程序调试器/软件仿真器、仿真器及评估板。
2
2.1
采用单片机控制一个语音芯片,再接一个FLASH存储器的结构。单片机可以控制录放时间,选取特定时间段的播放以及单多声道的录放,容易通过改变外接存储FLASH改变录放时间。此方法较为简单,但是这种语音芯片的价格较为昂贵,还有AVR单片机的功能十分强大、资源也比较丰富,如果把它仅仅作为一种控制开关使用,太过于浪费了。
4.2.3声音存储模块14
4.2.4声音输出模块16
4.3软件设计16
4.3.1软件设计思想16
4.3.2程序流程图18
4.3.3主函数方框图20
4.4系统的调试与总结21
5总结22
7附录23
附录A:系统的总体设计原理图23
附录B:系统软件设计源程序清单24
1
1.1
数码录音笔,也称为数码录音棒或数码录音机,数字录音器的一种,为了便于操作和提升录音质量造型并非以单纯的笔型为主,携带方便,同时拥有多种功能,如激光笔功能、FM调频、MP3播放等。与传统录音机相比,数码录音笔是通过数字存储的方式来记录音频的。数码录音笔通过对模拟信号的采样、编码将模拟信号通过数模转换器转换为数字信号,并进行一定的压缩后进行存储。而数字信号即使经过多次复制,声音信息也不会受到损失,保持原样不变。
端口D(PD7..PD0)端口D为8位双向I/O口,具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性,可以输出和吸收大电流。作为输入使用时,若内部上拉电阻使能,则端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中,即使系统时钟还未起振,端口D处于高阻状态。端口D也可以用做其他不同的特殊功能。
RESET复位输入引脚。持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。持续时间小于门限间的脉冲不能保证可靠复位。
不丢失。最后就是声音的还原,将信号从存储芯片中读取出来,但是此时的信号是数字信号,需要进行DAC转换,可以利用专门的DAC转换芯片或者是其他的某种方法来实现,将转化后的模拟信号,送到外部的喇叭播放。删除则直接将存储芯片中的数据删除就行了,当然这中间还有许多的细节问题需要考虑,例如声音的功率放大、去除杂波等等。
1课题分析1
1.1录音笔简介1
1.2设计构想1
2方案选择3
2.1运用专门的语音芯片3
2.2运用avr自带的ADC以及PWM模块3
3芯片简介4
3.1 ATmega16芯片简介4
3.2AT45DB041B芯片简介8
4总体设计13
4.1系统设计方框图13
4.2硬件设计13
4.2.1硬件设计思想13
4.2.2声音输入模块14
端口B(PB7..PB0)端口B为8位双向I/O口,具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性,可以输出和吸收大电流。作为输入使用时,若内部上拉电阻使能,端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中,即使系统时钟还未起振,端口B处于高阻状态。端口B也可以用做其他不同的特殊功能。
端口C(PC7..PC0)端口C为8位双向I/O口,具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性,可以输出和吸收大电流。作为输入使用时,若内部上拉电阻使能,端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中,即使系统时钟还未起振,端口C处于高阻状态。如果JTAG接口使能,即使复位出现引脚PC5(TDI)、PC3(TMS)与PC2(TCK)的上拉电阻被激活。
1.2
设计三个按钮,分别实现录音、删除、放音的功能,当按下不同的按钮时,可以实现不同的功能。
首先要实现声音信号的采集,就需要一种声敏传感器,可以采用MIC,再加上一些滤波电路,从而实现声音信号的采集。但是我们都知道,计算机处理的是数字信号,而采集的声音信号是模拟信号,因此,需要实现从模拟信号到数字信号的转化,可以利用专门的ADC转换芯片或者是其他的某种方法,将模拟信号转化为数字信号。接下来就是转化后的声音信号的存储,需要某种存储芯片,将信号存储在芯片中,以至于掉电之后,声音信号
XTAL1反向振荡放大器与片内时钟操作电路的输入端。
XTAL2反向振荡放大器的输出端。
AVCCAVCC是端口A与A/D转换器的电源。不使用ADC时,该引脚应直接与VCC连接。使用ADC时应通过一个低通滤波器与VCC连接。
AREFA/D的模拟基准输入引脚。
ATmega16的功能说明:
AVR内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与算逻单元(ALU)相连接,使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率,并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的数据吞吐率。
3.2
AT45DB041B的封装如图3-2所示。
图3-2AT45DB041B的引脚图
AT45DB041B的引脚说明:
连续输入(SI):SI脚仅作为输入脚且用于将数据写入至器件中。所有的数据输入包括操作码,地址序列都用此引脚。
连续输出(SO):SO脚仅作为输出脚且用于将器件内的数据移出。
连续时钟(SCK):SCK仅作为输入脚且用于控制流进和流出器件的数据。数据总是随着SCK脚上的上升沿进入而随着SCK脚上的下降沿流出。
2.2
AVR系列的单片机内部,已经集成了ADC和PWM模块,利用这两个模块,可以实现数模转换和模数转换。只要从软件上加以控制,就可以实现声音的录放功能。此方法很好的利用了单片机的内部资源,不但可以节约大量的费用而且还可以让我们更进一步的了解AVR系列单片机的内部结构,因此在本课题中采用了这种方法。
准备/忙:当器件进行某个内部自同步操作而处于忙状态时,该漏极输出引脚将被拉低。该引脚通常处于高电平状态(通过1个1千欧外部上拉电阻),而在编写,较和页至缓存的传送操作器件,将会被拉低。状态表示着闪存阵列和其中一个缓存不能被访问;但对于另一个缓存的读写操作仍可进行。
AT45DB041B的功能说明:
单电源2.5V-3.6V或2.7V-3.6V供电,兼容串行外设接口最高20MHZ时钟频率页编写操作—单周期程序重调(擦除和编写)—2048页(264字节/页)主内存,支持页和块擦除操作,双264字节SRAM数据缓存—在非易失性存储器中进行程序重调时可接收数据,能过连续地读取整个存储阵列,低功耗—有效读取工作电流仅为4毫安—CMOS待机电流仅为2微安,数据保护功能100%与AT45DB041及AT45DB041A兼容,5V输入容限电压:SI,SCK,CS,RESET和WP引脚,商用及工业用温度范围描述AT45DB041B仅需2.5V或2.7V供电,采用串行接口闪存,能够广泛的适用于各种数字语音,图像,编码以及数据存储应用。其4,325,376位的内存是由2048个页构成,每页为264个字节。除了主存以外,AT45DB041B还有两个容量为264字节的SRAM数据缓存。当在主内存的某页上进行程序重调或者连续读写数据流时,数据缓存都可以接收数据。EEPROM仿真(位或字节可变更)能够容易地处理独立的三步读-修改-写操作。不同于传统的以多路地址线和并行接口随机访问的闪存芯片,本数字闪存是利用SPI串行接口来顺序存取其数据。该数字闪存支持SPI模式0和模式3。其简单的串行接口使得外围硬件设计变得容易,增强了系统的可靠性,最大化减小了开关噪声,降低了封装尺寸和有效引脚数量。该器件能够最优化的运用于以高密度,少引脚数量,低电压和低功耗为基本要求的各类商业和工业场合。该器件的有效工作电流为4毫安,能运行达到20MHZ的时钟频率。AT45DB041B不需要高输入电压就可以进行简单在系统编写。
片选(CS):当CS脚为低电平时选通数字闪存。当器件没有被选通时,数据无法被SI脚所接收,而SO脚将会保持为高阻态。要进行某个操作,CS脚上必须有一个由高到低电平的跃变,要结束某个操作,CS脚上必须有一个由低到高电平的跃变。
写保护:如果WP脚置为低电平,主存中的前256页就无法被重写。要重写前256页的唯一方法就是将该引脚拉为高电平,然后用前面所提到的编写命令。WP脚是内部拉高的;因此若非需要,WP脚上不需连接其他引脚。然而,我们建议尽量通过外部拉高WP引脚。
毕业设计
设计课题:基于AVR单片机录音笔的设计与制作
前言
AVR单片机是一款功能十分强大,集成度非常高的数字处理系统。它集成了ADC与PWM的模块,而且还有硬件滤波器!它基本上能够处理生活中实时性不太强的模拟信号与数字信号,并实现通信!该课题设计基于ATmega16单片机,介绍和分析了录音笔的基本原理,并做出了较为简单的录音笔模型展示其原理!主要运用了ATmega16单片机内部集成的ADC转换模块以及PWM功能,将从外部接收的模拟信号转化为数字信号,并存储在AT45DB041B存储芯片中,再将从AT45DB041B存储芯片中读取的数字信号转化为模拟信号,送到外部的喇叭中进行播放。主要功能有录音,存储,删除,放音等!
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