基于MSP430F149数字语音记录仪设计

文章编号：１００２－８６８４（２００７）０５－００４０－０２

基于ＭＳＰ４３０Ｆ１４９数字语音记录仪设计

刘晓东，张歆，张小蓟

（西北工业大学，陕西西安７１００７２）

【摘要】介绍了一种基于单片机ＭＳＰ４３０Ｆ１４９、语音信号处理ＤＳＰ芯片Ｄ６５７１Ｅ１１及大容量闪存进行语音编码压缩存储的数字语音记录系统。采用低功耗单片机及大容量存储器使系统可连续记录１４ｈ以上的语音信息，并且可自动存储语音记录起始时间信息，便于用户查阅和管理。

【关键词】ＭＳＰ４３０Ｆ１４９；Ｄ６５７１Ｅ１１；大容量闪存；数字语音记录

【中图分类号】ＴＮ９１２【文献标识码】Ａ

ＤｉｇｉｔａｌＶｏｉｃｅＲｅｃｏｒｄｅｒＤｅｓｉｇｎｅｄＢｓａｅｄｏｎＭＳＰ４３０Ｆ１４９

ＬＩＵＸｉａｏ－ｄｏｎｇ，ＺＨＡＮＧＸｉｎ，ＺＨＡＮＧＸｉａｏ－ｊｉ

（ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ′ａｎ７１００７２，Ｃｈｉｎａ）

【Ａｂｓｔｒａｃｔ】ＡｄｉｇｉｔａｌｖｏｉｃｅｒｅｃｏｒｄｅｒｂａｓｅｄｏｎＭＳＰ４３０Ｆ１４９ＳＣＭ，ｓｐｅｅｃｈｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｃｈｉｐＤ６５７１Ｅ１１ａｎｄｌａｒｇｅｆｌａｓｈｍｅｍｏｒｙａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｌｏｗｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｅｄｂｙｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐａｎｄｌａｒｇｅｍｅｍｏｒｙｆｏｒｒｅｃｏｒｄｉｎｇ，ｔｈｅｖｏｉｃｅｒｅｃｏｒｄｉｎｇｔｉｍｅｉｓｍｏｒｅｔｈａｎ１４ｈ．Ａｎｄｔｈｅｂｅｇｉｎｎｉｎｇｔｉｍｅｏｆｖｏｉｃｅｒｅｃｏｒｄｉｎｇｉｓａｌｓｏｓｔｏｒｅｄｉｎｔｈｅｆｌａｓｈｍｅｍｏｒｙ．

【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】ＭＳＰ４３０Ｆ１４９；Ｄ６５７１Ｅ１１；ｌａｒｇｅｆｌａｓｈｍｅｍｏｒｙ；ｄｉｇｉｔａｌｖｏｉｃｅｒｅｃｏｒｄｉｎｇ

・产品设计・

１引言

随着国民经济的不断发展，工业自动化水平的不断提高，越来越多的领域要求人们能对各种信息进行实时记录，包括语音、图像等，并且对记录信号的质量和容量的要求也不断提高。目前一般的数字录音笔由于其容量有限及功耗高导致录音时间比较短，且无法记录语音信息保存起始时间，给用户检索及查阅带来诸多不便。

笔者采用低功耗１６ｂｉｔ单片机ＭＳＰ４３０Ｆ１４９，结合专门语音ＤＳＰ芯片Ｄ６５７１Ｅ１１、大容量闪存以及时钟模块完成数字语音记录仪的设计。与一般数字录音笔相比，不仅可记录语音信息，还可自动记录语音记录起始时间，按时间进行排序供用户查阅及管理。由于采用大容量闪存及低功耗控制芯片使系统可长时间记录语音数据。

２技术方案

Ｄ６５７１Ｅ１１是一个语音信号处理芯片，其中包含了语音压缩、语音生成、电话线信号监视、闪存管理、以及数字语音回答系统的完全双工功能。Ｄ６５７１Ｅ１１完全由控制系统通过一些简单的指令来控制，从而来实现其系统功能，如录音、放音、ＤＴＭＦ和来电音识别、ＤＴＭＦ和语音生成。

Ｄ６５７１Ｅ１１是一单片数字信号处理器，但包含了所有与控制器、闪存、ＣＯＤＥＣ的接口电路。由于Ｄ６５７１Ｅ１１本身具有管理Ｆｌａｓｈ和ＣＯＤＥＣ的功能，因此一种典型而又简便的方案就是用单片机来控制系统和Ｄ６５７１Ｅ的工作，让Ｄ６５７１Ｅ１１来控制语音数据的采集、压缩和存取等功能。在这种方案中，Ｄ６５７１Ｅ１１最多可以管理４块４Ｍｂｉｔ或１块１６Ｍｂｉｔ的闪存，而在正常情况下，每４Ｍｂｉｔ的存储空间可以持续录音２２￣２５Ｍｉｎ。由于Ｄ６５７１Ｅ１１本身拥有与ＦＬＡＳＨ和ＣＯＤＥＣ的接口电路并且具有相应的管理功能，因此在系统实现过程中，只需利用单片机通过一些状态字和命令字来监视和控制语音ＤＳＰ工作，所以说这种方案的硬件实现和软件编程都十分简便，只是存储空间有限，语音录音时间有限。

为了进一步扩展语音信号的数据存储空间，延长系统持续录音时间，笔者利用了语音ＤＳＰ芯片的实时数据传输功能，将Ｆｌａｓｈ挂在单片机上，Ｄ６５７１Ｅ１１将实时采集语音数据编码压缩后传给单片机，单片机将数据直接存储在ＦＬＡＳＨ中，回放则将数据读出送给Ｄ６５７１Ｅ１１，实现语音的记录和回放功能。原理框图如图１所示。

器件与电路

ＰａｒｔｓａｎｄＣｉｒｃｕｉｔ

３硬件电路

３．１概述

系统以ＭＳＰ４３０Ｆ１４９为数据处理和控制核心，充

分利用ＭＳＰ４３０Ｆ１４９丰富的片内资源，结合专门的语音ＤＳＰ芯片Ｄ６５７１Ｅ１１负责对语音信号的采集、压缩等处理。整个系统按功能分成以下５个模块：电源模块、显示模块、键盘模块、实时时钟模块、录放功能模块。图２是硬件结构框图。

３．２各个模块功能介绍

（１）

电源模块：整个系统各种芯片的工作电压不一样，分别为＋５Ｖ和＋３．３Ｖ。这里系统利用ＴＰＳ７３３３ＱＰ芯片简单地实现了电压从＋５￣＋３．３Ｖ的转换，同时也给单片机提供了复位信号。利用ＩＣＬ７６６０芯片提供了－５Ｖ的电压给模拟电路使用。

（２）显示模块：采用２×１６字符型液晶显示屏显示时间、系统模式、记录时间以及记录信息数等内容。

（３）

键盘模块：通过单片机具有中断功能的引脚设计４键键盘，通过按键执行相应录音功能，包括：录音、放音、查阅信息、信息删除、修正时间。

（４）

时钟模块：采用了ＭＡＸＩＭ的ＤＳ１２Ｃ８８７作为系统时钟的发生器，单片机负责对时钟的读取、记录和显示，为录音提供准确时间信息。

（５）

录放功能模块：这是系统设计的核心部分，也是实现过程最复杂的一部分。这里硬件设计要求实现单片机和语音ＤＳＰ，单片机和ＦＬＡＳＨ，以及前端语音信号放大和采集３部分电路。系统的录音过程就是语音信号经放大、采集、编码、压缩和存储的过程。语音信号放大是利用模拟运放来实现的，放大倍数可调。信号采集过程采用了ＣＯＤＥＣ芯片实现对语音信号的滤

波、Ａ／Ｄ转换和数字编码。

它的工作过程的控制和语音信号的数据压缩由专门的语音ＤＳＰ来完成，最后通过数据实时传输功能，将它送给单片机，从而完成对它的存储。而语音信号回放过程正好相反。

３．３关键技术

（１）

低功耗设计：系统的功耗与系统工作频率成正比。ＭＳＰ４３０Ｆ１４９有２个时钟模块，分别是高速晶体（８ＭＨｚ）和低速晶体（３２．７６８ｋＨｚ）。２个基础时钟模块可输出３种频率时钟：ＡＣＬＫ（辅助时钟）、ＭＣＬＫ（主系统时钟）、ＳＭＣＬＫ（子系统时钟），送给不同需求的模块。由于３种不同频率时钟输出给不同的模块，才能实现整个系统的超低功耗。例如：在进行录音、回放等功能时，系统使用高速晶体产生的频率较高的ＭＣＬＫ供给ＣＰＵ以满足高速数据运算的需要；当系统处于待机状态时，则关闭ＭＣＬＫ，ＳＭＣＬＫ，这时系统进入ＬＰＭ３（低功耗模式３），功耗只在μＡ数量级的范围。

（２）

大容量存储设计：本系统采用Ｋ９Ｆ２８０８作为语音信号的存储器，单片机将Ｄ６５７１Ｅ１１编码压缩的语音数据存入存储器。Ｋ９Ｆ２８０８是大容量ＮＡＮＤ型闪存芯片，它的单片容量达１６Ｍ×８ｂｉｔ。它以其快速读写循环、数据硬件保护、可擦除、Ｉ／Ｏ口命令／地址／数据总线复用和接口便利等特点，正成为大型数据如语音、数字图像、文件等系统数据的载体。

（３）

时钟模块设计：采用ＤＳ１２８８７时钟模块给系统提供时间信息，系统可以实时显示年月日时分秒信息，记录语音模式下自动记录开始时间及结束时间并与语音数据一起存入ＦＬＡＳＨ中，以便于用户查阅语音存储时间、长度等信息。

４软件设计

系统的软件实现主要是对ＭＳＰ４３０单片机编程，

通过实现各个模块的功能来实现系统工作。

ＩＡＲ的ＥｍｂｅｄｄｅｄＷｏｒｋｂｅｎｃｈ是一个适应不同ＣＰＵ的目标系统开发集成环境，它提供方便丰富的窗口界面，使开发效率大大提高。其中ＩＡＲ的Ｃ４３０编译器提供了Ｃ语言的标准特性，并且添加了许多有利于ＭＳＰ４３０系列特性而设计的扩展功能。

由于ＭＳＰ４３０Ｆ１４９有ＪＴＡＧ调试接口和电擦写的ＦＬＡＳＨ存储器，因此采用先下载程序到ＦＬＡＳＨ内，再在器件内通过软件控制程序运行，由ＪＴＡＧ接口读取片内信息观察程序运行情况，可方便调试和修改程序。图３是系统流程图。

（下转第４５页）

单片机

ＦＬＡＳＨ

Ｄ６５７１Ｅ

ＣＯＤＥＣ

图１

系统设计原理框图

图２系统硬件结构图

时钟模块

ＦＬＡＳＨ

Ｄ６５７１Ｅ

ＣＯＤＥＣ

ＭＳＰ４３０Ｆ１４９

键盘显示

器件与电路

ＰａｒｔｓａｎｄＣｉｒｃｕｉ

Ｔ