使用SPCE061A扩展K9F1208实现数码录音及播放

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使用SPCE061A扩展K9F1208实现数码录音及播放

摘要：SPCE061A是凌阳公司设计的一种新型的十六位单片机，该款单片机资源丰富，具有极高的性价比。该单片机内置有2路DA转换，8路AD转换及在线仿真等丰富的功能，这些都为我们实现数码录音和播放提供良好的方便条件， K9F1208是三星公司生产的512M位的FLASH存储芯片，利用它存储凌阳格式的语音资源，可以长达32000秒语音录放。该系统可以广泛应用于需求的录音较长的场合。如录音笔、自录语音提示等应用方案。本系统提供K9F1208相关的读写模块。
   关键词：SPCE061A  K9F1208UOM 数码录音
    一、 系统结构
    系统结构图如下：

    本系统包括按键部分、音频录入部分、音频输出部分和K9F1208存储扩展等四部分。
    按键部分：按键1（IOA8）是录音键，按键2（IOA9）是停止键，按键3（IOA10）是播放键。
    音频录入部分：主要是由MIC、自动增益电路、AD转换电路构成，通过MIC采样语音数据，并经内置自动增益电路处理、AD转换后，编码并存储到K9F1208中。
    音频输出部分：主要是将SPCE061A两路音频输出端通过SPY0030放大，经喇叭播放。
    K9F1208存储扩展部分：通过SPCE061A的IO口控制，将录音编码后的数据存储到K9F1208中。
    系统实现的功能：通过按键1，开始录音，按键2，结束录音或者结束放音，按键3，开始放音。
    二、 K9F1208介绍
    K9F1208是Samsung公司生产的采用NAND技术的大容量、高可靠Flash存储器。该器件存储容量为64M×8位，除此之外还有2048K×8位的空闲存储区。该器件采用TSSOP48封装，工作电压2.7～3.6V。
    K9F1208对528字节一页的写操作所需时间典型值是200μs，而对16K字节一块的擦除操作典型仅需2ms。8位I/O端口采用地址、数据和命令复用的方法。这样既可减少引脚数，还可使接口电路简洁。
表1概要地说明了K9F1208各个引脚的功能。

表1  K9F1208 引脚定义

引   脚	功      能
I/O0～I/O7	数据输入输出端，芯片未选中为高阻态
CLE	命令锁存使能
ALE	地址锁存使能
CE	芯片选择控制
RE	数据输出控制，有效时数据送到I/O总线上
WE	写I/O口控制，命令地址数据在上升沿锁存
WP	写保护
R/B	指示器件的状态，0为忙，1为闲。开漏输出
Vcc	电源端
Vss	地

①命令锁存使能（CLE），使输入的命令发送到命令寄存器。当变为高电平时，在WE上升沿命令通过I/O口锁存到命令寄存器。
②地址锁存使能（ALE），控制地址输入到片内的地址寄存器中，地址是在WE的上升沿被锁存的。
③片选使能（CE），用于器件的选择控制。在读操作、CE变为高电平时，器件返回到备用状态；然而，当器件在写操作或擦除操作过程中保持忙状态时，CE的变高将被忽略，不会返回到备用状态。
④写使能（WE），用于控制把命令、地址和数据在它的上升沿写入到I/O端口；而在读操作时必须保持高电平。
⑤读使能（RE），控制把数据放到I/O总线上，在它的下降沿tREA时间后数据有效；同时使用内部的列地址自动加1。
⑥I/O端口，用于命令、地址和数据的输入及读操作时的数据输出。当芯片未选中时，I/O口为高阻态。
⑦写保护（WP），禁止写操作和擦除操作。当它有效时，内部的高压生成器将会复位。
⑧准备/忙（R/B），反映当前器件的状态。低电平时，表示写操作或擦除操作以及随机读正进行中；当它变为高电平时，表示这些操作已经完成。它采用了开漏输出结构，在芯片未选中时不会保持高阻态。
图2所示为K9F1208的写时序流程。
由图2可看出，进行写操作时先要写入命令字80H，通知K9F1208要进行写操作，然后顺序写入目的地址和待写入的数据。应该注意的是，地址只需写入一次，便可以连续写入多个字节数据。地址指针的调整是由K9F1208内部逻辑控制的，不用外部干预。写入操作是以页为单位（1～528字节）进行的，即每次连续写入能超过528个字节。这是由于K9F1208的工作方式决定的：写入的数据先保存至Flash内部的页寄存器（528字节）中，然后再写入存储单元。数据写完之后还要给K9F1208发出1个写操作指令10H，通知其将页寄存器中的数据写入存储单元，随后就应该对状态引脚进行查询。如果该引脚为低，表明此次写操作结束。最后的步骤是数据校验，如果采用了ECC校验模式，则此步骤可以省略。
其它操作如读操作、擦除操作等过程均与此类似，可参考相关的器件说明文档。限于篇幅，这里不再多述。

    三、 SPCE061A简介
    SPCE061A是台湾凌阳公司生产的性价比很高的一款十六位单片机，使用它可以非常方便的实现语音的录放系统，该芯片拥有8路10位精度的AD，其中1路AD为音频转换通道，并且内置有自动增益电路。这为实现语音录入提供了方便的硬件条件。2路10位精度的DA，只需要外接功放（SPY0030）即可完成语音的播放。另外，凌阳十六位单片机具有易学易用的效率较高的一套指令系统和集成开发环境。在此环境中，支持标准C语言，可以实现C语言与凌阳汇编语言的互相调用，并且，提供了语音录放的库函数，只要了解库函数的使用，就会很容易完成语音录放，这些都为软件开发提供了方便的条件。
    凌阳的音频格式有许多种，比较常用的有如下几种

模块名称	语音压缩编码率类型	资料采样率
SACM_A2000	16Kbit/s，20 Kbit/s，24 Kbit/s	16KHz
SACM_S480/S720	4.8 Kbit/s，7.2 Kbit/s	16KHz
SACM_S240	2.4 Kbit/s	24KHz
SACM_MS01	音乐合成（16Kbits/s，20 Kbits/s，24 Kbits/s）	16KHz
SACM_DVR（A2000）	16 Kbit/s的资料率，8 K的采样率，用于ADC信道录音功能	16KHz

凌阳不同音频格式压缩比：
SACM-A2000：压缩比为8:1，8:1.25，8:1.5
SACM-S480： 压缩比为80:3，80:4.5
SACM-S240： 压缩比为80:1.5
    压缩比越大，存储空间占用越小，更加节约资源。例如本系统采用的是SACM_A2000格式中的16Kbit/s压缩编码率，则就可以计算出512Mbit的存储器可以存储512M/16K = 32000秒= 8小时53分钟多。
四、硬件系统设计

K9F1208的硬件图如上图所示，它与SPCE061A单片机接口的方法为：K9F1208的数据总线IO0~7与SPCE061A的IOA0~7相连，用单片机的IOB0作为读允许信号（RE），IOB1作为写允许信号（WE），IOB2作为片选信号（CS），IOB3作为地址锁存允许信号（ALE），IOB4作为命令锁存允许信号（CLE）。因为不需要写保护，本系统把写保护引脚（WP）接到了高电平。RDY/B信号线不用，本例是悬空处理，K9F1208的状态通过Read Status操作来实现。
四、软件设计
本系统软件设计流程如图4所示。
本软件系统设计简单。主要是因为凌阳的十六位单片机开发环境使用方便，并支持C语言与汇编语言的互相调用，且提供丰富的凌阳语音函数库，只要我们了解这些函数的使用方法，我们就可以很容易的实现语音的录放。
本系统底层驱动部分包括K9F1208的读写、擦除使用的是汇编语言编写的。上层部分包括语音的录放是由C语言完成的。提供独立的K9F1208的读、写、擦除代码模块。需要源代码的请到凌阳科技大学计划网站（ [img]http://www.unsp.com.cn/]http://www.unsp.com.cn ）下载。
在使用过程中，建议遵循以下规则：
1、初始化过程
使用函数InitSamsungFlash() 初始化K9F1208。   
2、写过程
先用函数InitWriteSamsungFlash()初始化写操作，然后使用函数 FillSamsungFlash(Data)往K9F1208写入数据，最后用函数StopWriteSamsungFlash()结束写数过程。
3、读过程
先用函数InitReadSamsungFlash()初始化读操作，然后使用函数ExtractSamsungFlash()从K9F1208读出数据，最后用函数StopReadSamsungFlash()结束读数过程。
4、注意每次读/写操作都要调用初始化和结束函数  
5、为了避免错误，请不要交迭使用读/写操作
6、当program/erase错误发生的时候, 用户必须根据自己的文件系统自行处理。        请参考_SP_FillSamsungFlash和_SamsungEraseBlock。

SACM-DVR相关的API函数如下所示：
int SACM_DVR_Initial(int Init_Index)     //初始化
void SACM_DVR_ServiceLoop(void)     //获取资料，填入译码队列
void SACM_DVR_Encode(void)      //录音
SACM_DVR_StopEncoder();      //停止编码
SACM_DVR_InitEncoder(RceMonitorOn)               //初始化解码器
void SACM_DVR_Stop(void)      //停止录音
void SACM_DVR_Play(void)      //开始播放
unsigned int SACM_DVR _Status(void)     //获取SACM_DVR模块的状态
void SACM_DVR _InitDecode(void)     //开始译码
void SACM_DVR _Decode(void)      //获取语音资料并译码，中断播放
SACM_DVR_StopDecoder();      //停止解码
unsigned int SACM_DVR _ TestQueue(void)    //获取语音队列状态
int SACM_DVR _Fetchqueue(void)     //获取录音编码数据
void SACM_DVR_FillQueue(unsigned int encoded-data)   //填充资料到语音队列，等待播放
int  GetResource(long Address) ——(Manual)        
中断服务函数：
Call F_FIQ_Service_ SACM_DVR      //语音播放
Call F_IRQ1_Service_ SACM_DVR      //语音录制
五、结束语
凌阳公司的SPCE061A的结构特点及其相关的一些开发平台为我们实现语音的录入和播放提供了极其方便的条件。本系统只是实现SPCE061A的一个基本应用，设计者只要对该系统的电路、程序稍加改动，就可以实现语音复读机、跟读机、留言机、以及电话录音仪等功能。