AVR335數(shù)字語音記錄儀(翻譯)

1、。AVR335：利用AVR和數(shù)據(jù)閃存器制作的數(shù)字記錄儀公能特點： 1 數(shù)據(jù)聲音記錄 2 8比特聲音記錄 3 8千赫茲采樣速率 4 聲音頻率達到四千赫茲 5 記錄時間可達225秒 6 僅僅550字節(jié)的編碼長度使用說明： 這個應用舉例說明了如何利用AVR單片機做中央控制器并依靠A/D轉換器以及AT45DB161和一些外部電路進行聲音的記錄，存儲和恢復。這里還詳細介紹了如何利用A/D轉換器進行聲音的記錄接收來自外部接口的數(shù)據(jù)并對回放進行脈寬幅度調(diào)制。應用范圍很廣，例如數(shù)字溫度計，電話自動應答機聲音記錄儀等 AT45DB161是一個2.7伏的外部接口閃存器。它的16兆空間被分為4096頁，每頁528個

2、字節(jié)。它的主要存儲空間包含了兩個528字節(jié)得靜態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器。它允許連續(xù)得數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)閃存器 AT45DB161用一個外部接口可反復接收數(shù)據(jù)。下面是硬件說明，它提高接口的可實現(xiàn)性，盡可能減小靜態(tài)噪聲包裝尺寸和引腳數(shù)量。典型應用是圖片存儲.和數(shù)字聲音記錄數(shù)據(jù)存儲。數(shù)據(jù)閃存器可以工作在外部接口電路頻率最大為13兆赫茲，電流為4毫安。它進行讀寫工作時的電壓可以由一個電壓源提供（2.7V3.6V）它的連續(xù)的接口適合連續(xù)的外部接口方式03，這樣它更被連接到容易AVR中央控制器。在下面應用里AVRAT90S8535被用來從麥克風做近似采樣并轉化為數(shù)值。這些是由連續(xù)外部接口控制數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)閃存器的數(shù)據(jù)傳送。脈寬幅

3、度調(diào)制特點在回放中被應用。它的編碼空間很?。?50字節(jié)）因此它適合AT90S2333，一個帶2K閃存的28引腳的裝置。 操作原理： 在近似講話信號被存儲到數(shù)據(jù)閃存器以前該信號先被轉換成數(shù)字信號?？梢圆捎貌煌姆椒▉硗瓿伞D1：近似采樣信號 首先近似信號（圖1）經(jīng)過周期采樣轉化為時間離散信號（圖2）。兩個采樣點之間的時間間隔叫“采樣周期”它的倒數(shù)稱為“采樣頻率”根據(jù)采樣定理，采樣信號頻率至少是信號最大頻率的兩倍。否則將引起視覺上的重疊，稱為“混疊”這樣的信號不能從它的采樣信號中無失真的恢復。 聲音信號所包含的主要信息都在3000HZ以下，因此可以用一個低通濾波器限制信號的波段。 一個截止頻率是3

4、000HZ的理想低通濾波器它的采樣頻率必須是6000HZ。濾波器的坡度或多或少的發(fā)抖。特別指出的是一級RC濾波器用在這里必須選擇一個較高的采樣頻率。它的上限由AD轉換器決定。在這個采樣頻率下所獲得的近似采樣值稱為“量化”。近似信號被量化為一個允許的近似數(shù)值。（圖3）數(shù)值的計算叫做“分解過程”它經(jīng)常受限制，例如：用256 個等級來表示8或10比特的數(shù)字信號。因此近似信號的量化導致丟失一些信息這個“量化誤差”可通過數(shù)字信號的插值來解決。并且這個值只能在最大值和最小值之間變化本例（38）AT90S8535微控制器的轉換器依靠設置AGND 和 AREF給出數(shù)字信號兩個極值來判斷它的動態(tài)范圍。 另一方面

5、，麥克風放大器能被調(diào)整到能被現(xiàn)在ADC動態(tài)范圍所代替。 上面都是減少量化誤差的方法。另外，現(xiàn)在使用提高信噪比（SNR）的方法很受歡迎。 圖4向我們展示了近似信號現(xiàn)在的數(shù)值，這就是從ADC轉換器讀出來的結果。 在這個應用中信號有一個不能超出的最大值和最小值。在最小值以下和最大值以上的部分不包含任何信息。它們被轉移了，這樣節(jié)省了內(nèi)存。 這是經(jīng)過下移以后的整個圖象和拋棄最大值以上部分的圖象（圖5） 在這個應用中，信號結果有8比特，現(xiàn)在可以被存儲到數(shù)據(jù)存儲器。 數(shù)據(jù)閃存器不需要一個區(qū)分被擦掉部分的程序。當我們用“緩沖器到主存儲器程序重建被擦掉的部分”或“主存儲器程序到緩沖器“命令 在實際編程以前，數(shù)據(jù)

6、閃存器將自動刪除在存儲空間被擦掉的特殊頁。如果系統(tǒng)需要快速運行高于（200K BPS）主存儲器被預先擦除部分將節(jié)省程序運行時間。當提供一個“擦除記錄”命令時允許存儲器的八頁同時被刪除，當準備刪除部分在主存儲器里安排好時。“緩沖器到主存儲器的編程里不包含被擦除”命令的運用將提高程序運行速度。 第一種方法是提高編碼效率，即沒有額外的被擦除部分的循環(huán)被運行。不過如果需要，擦除命令將顯示存儲器里的多大一部分將被刪除。這些將占用幾秒鐘。當內(nèi)存被擦掉時，數(shù)據(jù)將被記錄直到所有的頁都滿了 數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)閃存器，先經(jīng)過緩沖器1當這個緩沖器滿時（528個采樣）當?shù)?29個轉換開始時，緩沖器的內(nèi)容寫入主存儲器數(shù)據(jù)會被

7、記錄下來直到記錄按鈕被釋放或者是存儲器以滿。如果內(nèi)存已滿，在數(shù)據(jù)閃存器被擦寫以前不能有新的數(shù)據(jù)寫入。如過存儲器未滿并且記錄按鈕沒釋放，新的數(shù)據(jù)將立刻寫入。 聲音的回放經(jīng)常在數(shù)據(jù)閃存器的前面，當所有的數(shù)據(jù)都回放或者回放按鈕被釋放將停止。 數(shù)據(jù)閃存器允許從主存儲器讀數(shù)據(jù)或者是從兩個緩沖器之一獲得數(shù)據(jù)。直接的接受方法不適和這個應用。因為它有兩個地址：一個頁地址，一個字節(jié)地址。并且在每個信號字節(jié)之前都有一個開始標志被送到數(shù)據(jù)閃存器。這比一個脈沖循環(huán)花的時間要長一個8比特的信號需要510個時鐘循環(huán) 因此，存儲器的一頁被寫到兩個緩沖器之一：當數(shù)據(jù)從這個緩沖器讀出時，存儲器的下一頁寫入另一個緩沖器。當所有數(shù)

8、據(jù)從第一個緩沖器讀出時接著讀第二個緩沖器的內(nèi)容，第一個緩沖器再裝入新的數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)經(jīng)過脈寬幅度調(diào)制可以進行回放。圖6向我們展示了舉例信號采樣2和3經(jīng)過調(diào)制后的波形。PWM信號的一個循環(huán)包含了被分解的所有數(shù)值先計到最高點，然后在往下記，一直到0。當PWM開始計數(shù)時開關打開；低于那個值時，開關關閉。因此黑色區(qū)域展示了采樣信號的功率。圖7展示了PWM 信號的輸出 PWM信號的頻率至少是信號頻率的兩倍。當它是四倍時才能被接受，這就需要一個輸出濾波器 這個還可以通過減小信號頻率增加系統(tǒng)時鐘頻率或者是減少信號分解過程來實現(xiàn) 在這個應用中輸出濾波器的截止頻率達到4KHZ，接近脈寬調(diào)制頻率的四分之一（15，6

9、86HZ） 系統(tǒng)的時鐘速度和PWM的分解過程決定脈寬幅度調(diào)制頻率。 一個8MHZ的系統(tǒng)時鐘，為一個10比特的PWM提供頻率是3922HZ，為一個9比特的分解提供頻率7843HZ，8比特是15686HZ。 當最后的值足夠高能夠適合4000HZ的信號。因此 10比特的數(shù)字采樣被轉化為8比特的。 輸出平滑濾波器使輸出信號平滑并且把高頻PWM轉換為信號。舉例信號再經(jīng)過轉換的結果有點象圖8。去除量化誤差（8比特時很大）忽略放大，輸出信號很接近輸入信號（圖1） 用戶可以通過三個按鈕來控制系統(tǒng)，“擦除”“記錄”和“回放”。如果按鈕按下后沒釋放，內(nèi)部上拉電阻為PD0-PD2提供VCC。按下一個按鈕把輸入線接地

10、。為了反饋給讀者，用一個LED指示系統(tǒng)工作狀態(tài)。 數(shù)據(jù)閃存器被SPI總線連接到AVR微控制器。如果ISP被用來重新編程，那么上拉電阻在片選線上將阻止數(shù)據(jù)閃存器工作。如果ISP沒被利用這個電阻不能制止閃存器 工作。 麥克風和講者電路：麥克風的揚聲器是一個簡單的前置放大器他的增益取決于R1，R9（增益=R1/R9）。R4被用來為麥克風提供電源，并和C1一起阻止任何直流成分進入放大器。R2，R3作為分支，R5 ，C8形成一個簡單的一階低通濾波器。另外R5在輸出短路情況時還有保護放大器的作用。 講者電路由5階低通濾波器和一個增益放大器構成。濾波器由兩個元件交錯構成，二階濾波器（R6，R7，R8，C2，

11、C7和R7，R10，R11，C9，C5。）和一個一階濾波器（R11，C4）這三個濾波器的截止頻率互相限制使整個電路穩(wěn)定。所有的截止頻率都達到4000HZ，粗略接近PWM頻率的四分之一。 一元增益放大器阻止電路從輸出獲得反饋 C3阻止支流成分進入揚聲器。補充； 建立：當程序一開始端口被建立，這些是例行公事。 SPI預先設頂一個裝置做主人，和一些其他裝置連接它，就象仆人一樣。在這個應用中AVR控制器就象主人而數(shù)據(jù)閃存器就象仆人。當 AT90S8535作為唯一的主人。SS引腳被用做I/O引腳。 AT90S8535的外部端口被定義為有選擇功能的端口B（PB5-PB7）。在這個應用中數(shù)據(jù)閃存器的控制信號

12、也由端口B產(chǎn)生（PB0-PB2，PB4）。引腳三被用來控制LED。 隨著主機的確立，外部時鐘信號（SCK）主機輸出/從機輸入（MOSI），片選/CS。寫入保護/WP和復位/RST是輸出。當主機輸入從機輸出即MISO，當RDY/BUSY高電平是輸入。PB3引腳控制LED，輸出十六進制數(shù)到端口B寄存器。 然后端口B開始定義在輸入時所有內(nèi)部上拉電阻的電平。AT90S8535的A/D轉換器被連接到A端口。因此它被定義為高阻抗輸入端口 D端口用來做按鈕輸入和PWM信號的輸出。這是定時器1的脈寬調(diào)制再輸出引腳PD4的利用。 最后中斷允許，有兩個中斷“ADC”和“定時器一溢出”有效，當循環(huán)需要時它們?？梢员?/p>

13、直接調(diào)用 主循環(huán)： 在主循環(huán)里，有三個按鈕被掃描。如果有一個按鈕被按下。LED指示燈就開始顯示系統(tǒng)忙并調(diào)用相應的循環(huán)。當該按鈕被釋放時，一個外部循環(huán)被執(zhí)行，有擦除和回放功能的軟件開始啟動。 在主循環(huán)里，如果LED是關著的說明系統(tǒng)空閑。 擦寫： 數(shù)據(jù)閃存器可以被隨意擦寫。 當“擦除”循環(huán)被調(diào)用時，一個標志被送到數(shù)據(jù)閃存器，這樣在下一個記錄循環(huán)里新的數(shù)據(jù)可以被存儲到數(shù)據(jù)閃存器。連續(xù)的外部接口被設置為從數(shù)據(jù)閃存器接受數(shù)據(jù)，不允許中斷。數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)閃存器順序傳到AT90S8535控制器。 當SCK 為低電平而片選信號CS由高到低（SPI方式0）?；蛘逽CK為高電平CS信號由高到低（SPI方式3）在一個有

14、效的時鐘狀態(tài)數(shù)據(jù)閃存器接受數(shù)據(jù)。例子中SPI 工作在方式3。為獲得較高的數(shù)據(jù)傳輸速度 要選擇最小的時鐘周期，一個8兆赫茲的晶體震蕩發(fā)生器在SPI總線上的頻率是2兆赫茲。進行一次擦除，CS被置為低電平操作碼OX50跟隨兩個預留自節(jié)（0）被裝入數(shù)據(jù)閃存器。9比特的中斷地址，這個順序被傳到從機的字節(jié)里，在每個字節(jié)后，外部接口狀態(tài)寄存器被反復查詢一直到有中斷標志顯示數(shù)據(jù)傳輸完畢。再整個順序完成后，片選線被置高。擦寫開。BUSY/READY被數(shù)據(jù)閃存器置為低電平，直到擦寫完畢。然后下一組以同樣的方式被擦除。直到512組都被擦除。擦除后的空間可以從OXFF引腳讀入數(shù)據(jù)。記錄： 記錄循環(huán)包含了建立A/D轉換

15、和一個空循環(huán)當按鈕被按下時。這時ADC0引腳被置0它是ADC多路選擇開關。在ADC控制狀態(tài)寄存器里，可以把時鐘分成32分頻達到信號轉換的方式。中斷允許，中斷標志被清除。A/D轉換立即開始。第一次轉換比以后轉換時間長。這個完成以后，中斷發(fā)生，說明轉換結束?？梢詮腁DC數(shù)據(jù)寄存器讀出轉換結果。近似信號被以15686HZ的速度從麥克風電路采樣。這個頻率和脈寬調(diào)制的輸出頻率很相似。 獲得一個15686HZ的采樣頻率，必須沒510個循環(huán)實現(xiàn)一次采樣。為了得到一個轉換結果，每510個時鐘循環(huán)。ADC都要工作在32分頻的時鐘信號下進行A/D轉換。一個信號轉換占據(jù)14個ADC循環(huán)，因此轉換需要至少14*32=

16、448個循環(huán)當一次轉換完成一個中斷發(fā)生，中斷程序提供一個循環(huán)填補510-448=62個循環(huán)的時間，然后在開始一次新的轉換當轉換開始兩個循環(huán)后10比特的轉換結果描述的值在輸入引腳，這10個比特的轉換從AGND到AREF之間變化這個例子中是0V5V麥克風電路的輸出信號被限制的范圍是2。3V3。5V因此轉換結果中小于輸入電壓最小值的部分被扣除。用0X1D5來表示2。3V。高于3。5V的部分被搬移再寫入數(shù)據(jù)閃存器之前這些都將被自動完成它的各種類型數(shù)據(jù)被轉換為8比特的，在下一個轉換中斷發(fā)生以前8比特的數(shù)據(jù)被寫入數(shù)據(jù)閃存器。 寫入數(shù)據(jù)閃存器寫入數(shù)據(jù)閃存器第一步先寫入一個緩沖器當緩沖器滿的時候它的內(nèi)容被寫入

17、主存儲器的一頁。在寫入數(shù)據(jù)閃存器程序里變量“J”描述緩沖器里的字節(jié)號，“K”描述將被寫入數(shù)據(jù)再緩沖器的頁數(shù)。如果新的數(shù)據(jù)標志顯示數(shù)據(jù)閃存器是空的。計算機將被置0如果存儲器里面已經(jīng)有一些內(nèi)容，那么就將給出下一個空閑的地址，可以使數(shù)據(jù)迅速進入存儲器。為了保留這種類型的數(shù)據(jù)可以通過兩個功能調(diào)用，將它們定義為靜態(tài)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)寫入緩沖器，片選線被置為低電平。操作碼0X84被裝入數(shù)據(jù)閃存器。在緩沖器的位置是跟隨14個比特和10比特地址以后。然后8比特的數(shù)據(jù)被裝入這個順序被傳到從機字節(jié)寬度，在每個字節(jié)后外部接口狀態(tài)寄存器被查詢知道外部接口中斷標志顯示外部數(shù)據(jù)傳輸完畢。片選線被置為高電平。如果緩沖器已滿，沒有空

18、頁，它的內(nèi)容被復制到數(shù)據(jù)閃存器的下一頁。在存儲器被擦除以前，數(shù)據(jù)將無丟失的被復制。如果存儲器以滿，一個循環(huán)將執(zhí)行直到“記錄”按鈕被釋放。任何數(shù)據(jù)記錄在存儲器滿的時候?qū)G失?；胤牛?再回放程次序里，數(shù)據(jù)閃存器的內(nèi)容被讀出。并以15686HZ的頻率對8比特信號進行調(diào)整。為了獲得較高的速度，數(shù)據(jù)不是從數(shù)據(jù)閃存器直接讀出來而是先送到兩個緩沖器之一，再從它們中讀出來。同時存儲器的下一頁傳到另一個緩沖器。16比特定時器/計數(shù)器1用來從OC1B引腳輸出PEM信號。這在定時器/計數(shù)器控制寄存器A，B里定義了。PWM以盡可能高的速度運行，它的時鐘分頻達到一 當開始時，第一頁被拷到緩沖器1，CS為低電平，專有命令

19、送到數(shù)據(jù)閃存器。CS再被置高時數(shù)據(jù)開始傳輸。當READY/BUSY引腳被數(shù)據(jù)閃存器置高時。緩沖器一的數(shù)據(jù)有效。下一頁傳送到緩沖器2。兩個緩沖器之間是互相獨立的，當緩沖器2從第二頁接受數(shù)據(jù)時第一頁可以讀出數(shù)據(jù)。 從一個緩沖器讀出字節(jié)，一個名義值已經(jīng)被寫到數(shù)據(jù)閃存器。主機一個寫的過程使得它的外部接口數(shù)據(jù)寄器被交替使用。在向數(shù)據(jù)閃存器寫入一個命令后，AVR控制器的外部接口數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容數(shù)據(jù)閃存器輸出。 當PWM計數(shù)值為“0”，定時器1溢出中斷發(fā)生。這個中斷用來使數(shù)據(jù)閃存器輸出頻率和PWM頻率一致。當一個值從緩沖器送到AVR控制器，一個循環(huán)被執(zhí)行，直到定時器1溢出，中斷發(fā)生。然后數(shù)據(jù)被寫到T/C輸出

20、比較寄存器B，當PWM計數(shù)器包含它的最大值時，自動送往PWM輸出。（255-8BIT）圖15回放：在緩沖器的最后的數(shù)值被讀出之后，活躍的緩沖器被關閉。如果整個的存儲被回放，系統(tǒng)將禁止所有中斷，同時定時器計數(shù)器也將無效圖16。 其次頁存到下一個緩沖器圖17。面向演說者的活躍的緩沖器使用STK200發(fā)展板:在這筆記中描述的使用STK200發(fā)展板的應用能被測試和修改。下面一些情況已不得不被注意到。片子的插槽這應用使用A與D轉換器。 因此微型控制器被放置在插座中與A/D轉換相連。 同時.，麥克風放大器連接到近似出端。跳轉;根據(jù)裝置在“setup all”子程序中所有在用于其它目的例如按鈕按下或顯示時被調(diào)用 對于描述的應用在端口B上是跳轉從0到2和4到7，在端口D跳轉到4。外部接口電阻:為了避免芯片端口與外部設備端口B之間的干擾在芯片插座和端口B之間插入一個10千歐的電阻。連接在PB 5和 PB 7之間.如果數(shù)據(jù)閃存器連到這些引腳，電阻器不