[單片機(jī)課程設(shè)計(jì)]MCS51與SPI串行接口語(yǔ)音芯片連接

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1、MCS-51與SPI串行接口語(yǔ)音芯片連接 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? (1) 進(jìn)一步理解SPI串行總線傳輸協(xié)議。 (2) 理解ISD4000系列語(yǔ)音芯片工作原理，放音、錄音控制過(guò)程。 (3) 理解MCS-51與SPI總線外設(shè)(如ISD4000系列語(yǔ)音芯片)的硬件連接、讀寫(xiě)方式。 二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器材 仿真器及附件、圖0-1所示實(shí)驗(yàn)電路板各一套。 三、實(shí)驗(yàn)電路 本實(shí)驗(yàn)涉僅僅涉及實(shí)驗(yàn)板上的U101、U103、U104、U401(ISD4002語(yǔ)音芯片)、U404(集成功率放大器)，而與其他元器件無(wú)關(guān)。接通電源前，將JP103的1-2引腳短路，使ISD4002語(yǔ)音芯片的中斷輸出端引腳與MCS-51外

2、中斷(P3.2)引腳相連。 由于多數(shù)MCS-51芯片沒(méi)有內(nèi)置SPI串行總線接口部件，因此只能用軟件模擬SPI總線時(shí)序方式讀寫(xiě)SPI總線接口器件。 四、實(shí)驗(yàn)原理（ISD4000系列語(yǔ)音芯片簡(jiǎn)介） ISD4000系列語(yǔ)音芯片包括ISD4002、ISD4003、ISD4004三個(gè)子系列芯片，電源電壓為3V，單片錄音時(shí)間在2～16分鐘之間，音質(zhì)中上,廣泛用于公共汽車語(yǔ)音報(bào)站系統(tǒng)、移動(dòng)及自動(dòng)應(yīng)答電話設(shè)備、語(yǔ)音復(fù)讀機(jī)等電子產(chǎn)品中。 該系列語(yǔ)音芯片采用CMOS工藝,內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動(dòng)靜噪及高密度多電平Flash ROM存貯器陣列。通過(guò)串行通信接口(SPI或Micr

3、owire總線協(xié)議)與微控制器（如MCS-51芯片）相連，所有操作均由微控制器控制。內(nèi)部采用多電平直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù), 每個(gè)采樣值直接存貯在片內(nèi)Flash ROM存貯器中,因此能逼真、自然地再現(xiàn)語(yǔ)音、音樂(lè)、音調(diào)等聲響效果,避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和"金屬聲"。可選4.0,5.3,6.4,8.0kHz等多個(gè)采樣頻率,采樣頻率越低,錄放時(shí)間就越長(zhǎng)(但音質(zhì)會(huì)略有下降),片內(nèi)信息存放在Flash ROM存貯器中,在斷電狀態(tài)下可保存100年(典型值),能反復(fù)錄音10萬(wàn)次以上。 (一) 主要參數(shù) ISD4000系列語(yǔ)音芯片主要參數(shù)如表13-1所示。 表13-1 主要參數(shù)

4、 型號(hào) 存儲(chǔ)時(shí)間 （秒） 最大 段數(shù) 信息分辯 率（毫秒） 采樣頻 率(HZ) 濾波器 帶寬(HZ) 控制碼+地址位 長(zhǎng)度 ISD4002-120 120 600 200 8.0K 3.4K 5+11 ISD4002-180 180 600 300 5.3k 2.3k 5+11 ISD4002-240 240 600 400 4.0k 1.7k 5+11 ISD4003-04 240 1200 200 8.0K 3.4K 5+11 ISD4003-06 360 1200 300 5.3K 2.3K 5

5、+11 ISD4003-08 480 1200 400 4.0K 1.7K 5+11 ISD4004-08 480 2400 200 8.0K 3.4K 8+16 ISD4004-16 960 2400 400 4.0K 1.7K 8+16 (二) 封裝及引腳排列 ISD4000系列語(yǔ)音芯片采用28引腳TSOP、PDIP或SOIC封裝方式，其中PDIP或SOIC封裝方式引腳排列如圖13-1所示。 圖13-1 PDIP或SOIC封裝引腳排列 引腳功能： VCCD——芯片內(nèi)部數(shù)字電路電源引腳， VSSD——芯片內(nèi)部數(shù)字電路地線引腳；

6、VCCA——芯片內(nèi)部模擬電路電源引腳， VSSA——芯片內(nèi)部模擬電路地線引腳。 為減小噪聲,芯片內(nèi)部模擬、數(shù)字電路具有各自的電源、地線總線，以方便在印制板上實(shí)現(xiàn)數(shù)字、模擬電路電源和地線分開(kāi)走線，形成單點(diǎn)接地的布線規(guī)則。 ANA IN+、ANA IN-——分別是錄音輸入放大器的同相輸入端和反相輸入端。輸入放大器可用單端或差分方式之一驅(qū)動(dòng)。采用單端驅(qū)動(dòng)時(shí)，信號(hào)由耦合電容輸入，最大為32mV(峰峰值)。耦合電容與本端內(nèi)部的3KΩ串聯(lián)電阻構(gòu)成的輸入阻抗決定了芯片頻帶的低端截止頻率。采用差分驅(qū)動(dòng)時(shí),最大為16mV(峰峰值)。 XCLK——外部采樣時(shí)鐘輸入端，可選的采樣頻率如表10所示。一般使用芯

7、片內(nèi)部采樣頻率（在出廠前已調(diào)校,誤差在+1%以內(nèi)），除非對(duì)采樣精度要求很高。當(dāng)不用外部采樣時(shí)鐘信號(hào)時(shí), XCLK引腳必須接地。 AM CAP——自動(dòng)靜噪輸入端。當(dāng)錄音信號(hào)電平下降到內(nèi)部設(shè)定的某一閾值以下時(shí),自動(dòng)靜噪功能使信號(hào)衰弱,這樣有助于養(yǎng)活無(wú)信號(hào)(靜音)時(shí)的噪聲。一般情況系情況下，改引腳對(duì)地接1μF電容,構(gòu)成內(nèi)部信號(hào)電平峰值檢測(cè)電路的一部分。檢出的峰值電平與內(nèi)部設(shè)定的閾值作比較,決定自動(dòng)靜噪功能的翻轉(zhuǎn)點(diǎn)。大信號(hào)時(shí),自動(dòng)靜噪電路不衰減,靜音時(shí)衰減6dB。1μF電容也影響自動(dòng)靜噪電路對(duì)信號(hào)幅度的響應(yīng)速度。當(dāng)AM CAP引腳接VCCA時(shí)，則禁止自動(dòng)靜噪。 AUD OUT——音頻輸出，可驅(qū)動(dòng)5

8、KΩ的負(fù)載。 MOSI——命令及數(shù)據(jù)信息的串行輸入端。 MIS0——狀態(tài)信息的串行輸出端。 SCLK——串行時(shí)鐘輸入端，由SPI總線主設(shè)備(一般為MCU)提供。 ——片選信號(hào)輸入端，輸入，低電平有效。當(dāng)片選信號(hào)無(wú)效時(shí)，芯片處于待用狀態(tài)，靜態(tài)電流典型值為1uA。 ——中斷輸出端，漏極開(kāi)路(OD)輸出，低電平有效。在放音(包括快進(jìn))、錄音操作過(guò)程中，遇到到段結(jié)束(EOM)、存儲(chǔ)器末尾(OVF)時(shí)，引腳輸出低電平并保持，直到SPI總線主設(shè)備向ISD芯片寫(xiě)入新的命令。 RAC——行地址時(shí)鐘輸出端，漏極開(kāi)路(OD)。每個(gè)RAC周期表示ISD存儲(chǔ)器的操作進(jìn)行了一行(ISD4003系列中的存貯器

9、有1200行)。該信號(hào)高電平時(shí)間為200ms,低電平為25ms?？爝M(jìn)模式下,RAC的218.75μs是高電平,31.25μs為低電平。該端可用于存儲(chǔ)管理技術(shù)。 (三) 控制命令及SPI端口控制寄存器位 ISD4000系列語(yǔ)音芯片控制命令如表13-2所示，SPI端口控制寄存器位含義如圖13-2所示。 表13-2 控制命令 指令 5位控制碼<11位地址> 操作摘要 POWERUP 00100 上電:等待TPUD后器件可以工作 SET PLAY 11100< A10-A0> 從指定地址開(kāi)始放音。必須后跟PLAY指令使放音繼續(xù) PLAY 111

10、10 從當(dāng)前地址開(kāi)始放音(直至EOM或OVF) SET REC 10100 從指定地址開(kāi)始錄音。必須后跟REC指令錄音繼續(xù) REC 10110 從當(dāng)前地址開(kāi)始錄音(直至OVF或停止) SET MC 11101 從指定地址開(kāi)始快進(jìn)。必須后跟MC指令快進(jìn)繼續(xù) MC 11111 執(zhí)行快進(jìn),直到EOM.若再無(wú)信息,則進(jìn)入OVF狀態(tài) STOP 0X110 停止當(dāng)前操作(C3沒(méi)有定義) STOP WRDN 0X01X

11、XXXXX> 停止當(dāng)前操作并掉電(C3、C0沒(méi)有定義) RINT 0X110 讀OVF和EOM標(biāo)志(C3沒(méi)有定義) 圖13-2 SPI端口控制寄存器位及含義 1. 放音過(guò)程 (1) 執(zhí)行上電命令(POWER UP)。 (2) 延遲等待上電結(jié)束（當(dāng)采樣頻率為8KHz時(shí)，上電延遲時(shí)間約為25mS）。 (3) 執(zhí)行“SET PLAY”命令，設(shè)置放音段起始地址。 錄音、放音段起始地址與每段最短時(shí)間及放音長(zhǎng)度有關(guān)。例如，對(duì)ISD4002-120芯片來(lái)說(shuō)，最多有600段（段地址編號(hào)為000～599），每段最短錄音時(shí)間為200mS。如果每段記錄一個(gè)單音

12、，長(zhǎng)度為400mS（即每個(gè)單音占用兩段），則第n個(gè)單音對(duì)應(yīng)的段地址為(n2)。 (4) 執(zhí)行“PLAY”命令，從當(dāng)前地址開(kāi)始放音，遇到段結(jié)束標(biāo)志EOM或存儲(chǔ)器末尾標(biāo)志OVF時(shí)停止放音，同時(shí)引腳輸出低電平，指示當(dāng)前段播放結(jié)束。 當(dāng)需要播放兩段或兩段以上時(shí)，如果段與段之間間隔很小時(shí)，可在上一段播放結(jié)束后，延遲一段時(shí)間（需通過(guò)試聽(tīng)確定延遲時(shí)間的長(zhǎng)短,一般為數(shù)十mS）后再播放下一段。放音過(guò)程如圖13-3(a)所示。 在放音操作過(guò)程中，執(zhí)行“STOP”或“STOP WRDN”命令時(shí)，將終止當(dāng)前放音操作。 2. 錄音過(guò)程 (1) 執(zhí)行上電命令(POWER UP)。 (2) 延遲等待上電結(jié)束

13、（當(dāng)采樣頻率為8KHz時(shí)，上電延遲時(shí)間TPUD約為25mS）。 (3) 再執(zhí)行上電命令(POWER UP)。 (4) 延遲兩倍上電等待時(shí)間（即延遲2TPUD時(shí)間）。 (5) 執(zhí)行“SET REC”命令，設(shè)置錄音段的起始地址。 (6) 執(zhí)行“REC”命令，從當(dāng)前地址開(kāi)始錄音，直到出現(xiàn)存儲(chǔ)器末尾標(biāo)志OVF信號(hào)。 在錄音過(guò)程中，未錄到存儲(chǔ)器末尾時(shí)，就執(zhí)行“STOP”或“STOP WRDN”命令，將終止當(dāng)前錄音操作，并產(chǎn)生EOM標(biāo)志。因此，可利用這一特性在芯片上錄制多段語(yǔ)音信息。 可見(jiàn)，錄音過(guò)程與放音過(guò)程相似，只是每次錄音操作操作只能錄一段，如圖13-3(b)所示。 圖13-3 放音

14、、錄音流程 (四) SPI總線接口時(shí)序及命令格式 芯片支持8位、16位命令格式，傳輸時(shí)序如圖13-4所示，ISD4000系列語(yǔ)音芯片SPI總線參數(shù)如表13-3所示。 從ISD4000系列語(yǔ)音芯片SPI總線時(shí)序可以看出：其SPI總線時(shí)序與SPI總線接口存儲(chǔ)器EEPROM 25C01/02/04兼容。在接收控制命令時(shí)，先接收LSB（這要求SPI總線控制器先輸出LSB）；空閑時(shí)，SCLK為低電平，在SCLK上升沿鎖存器MOSI引腳上的信息。 表13-3 ISD4000系列語(yǔ)音芯片SPI總線參數(shù) 符號(hào) 參數(shù) 最小 典型 最大 單位 TSSS 片選信號(hào)建立時(shí)間 500

15、 nsec TSSH 片選信號(hào)保持時(shí)間 500 nsec TDIS 串行輸入數(shù)據(jù)DI建立時(shí)間 200 nsec TDIH 串行輸入數(shù)據(jù)DI保持時(shí)間 200 nsec TPD 輸出延遲 500 nsec TDF 輸出延遲到高阻態(tài) 500 nsec TSSmin 片選信號(hào)高電平時(shí)間 1 μsec TSCKhi SCLK 高電平時(shí)間 400 nsec TSCKlow SCLK低電平時(shí)間 400 nsec F0 SCLK頻率 1000 kHz

16、(a) 傳輸時(shí)序 (b) 8位命令格式 (c) 16位命令格式 圖13-4 命令格式 (五) 典型應(yīng)用電路及與MCS-51的連接 MCS-51芯片一般沒(méi)有內(nèi)置SPI總線部件，可通過(guò)軟件方式模擬SPI總線操作時(shí)序控制ISD4000系列語(yǔ)音芯片的操作，典型連接線路如圖13-5所示。 圖13-5 與MCS-51芯片的典型連接 (六) 參考驅(qū)動(dòng)程序 根據(jù)圖13-5連接方式，下面給出了與SPI模擬總線驅(qū)動(dòng)程序、組合播放、從指定段連續(xù)播放、單段錄音有關(guān)的參考程序段，完整程序參閱磁盤(pán)文件實(shí)驗(yàn)十三(ISDN4000系列語(yǔ)音驅(qū)動(dòng)程序).ASM。 MOSI BIT P1.

17、5 MISO BIT P1.6 SCLK BIT P1.7 ISDSS BIT P1.4 ;片選信號(hào) MIC_C BIT P1.3 ;功放電源控制，同時(shí)也作放音/錄音標(biāo)志(0-放音、1-錄音) ISDBUF DATA 50H ;ISD語(yǔ)音芯片命令緩沖區(qū) ;50H單元存放命令碼(C4-C0)及段高3位地址(A10-A8) ;51H單元存放段低8位地址(A7-A0) ISDBUFSP DATA 52H ;播放指針 TASK3 DATA 53H ;語(yǔ)

18、音播放狀態(tài)，b2-b0記錄放音或錄音狀態(tài) ISDTIME DATA 54H ;語(yǔ)音播放延遲時(shí)間 XmtDat DATA 60H ;段緩沖區(qū) RECNO EQU 0F0H ;可錄音的最小段號(hào) ;初始化外中斷INT0 SETB IT0 ;下降沿觸發(fā)(采用查詢方式檢測(cè)) ;------從指定段連續(xù)播放初始化 CLR MIC_C ;設(shè)置放音標(biāo)志 MOV ISDBUFSP, #0 ;設(shè)置播放的起始段號(hào) MOV TASK3, #05H ;啟動(dòng)標(biāo)志(未上電標(biāo)志) HE

19、RE1: LCALL ISD_RD_A ;調(diào)用逐段播放過(guò)程 MOV A, TASK3 CJNE A, #0, HERE1 SJMP $ ;虛擬等待 ;--------段組合播放初始化 ;把待播放的段編號(hào)(一次最多可播放16段)裝入播放緩沖區(qū)內(nèi) ;當(dāng)待播放的段號(hào)不足16時(shí)，在播放段后放0FFH，作為結(jié)束標(biāo)志 MOV R0, #XmtDat MOV @R0, #02h ;初始化語(yǔ)音段緩沖區(qū) INC R0 MOV @R0, #01H INC R0 MO

20、V @R0, #22h INC R0 CLR MIC_C ;設(shè)置放音標(biāo)志 MOV ISDBUFSP, #0 ;初始化播放指針 ;-------段組合播放啟動(dòng) MOV TASK3, #05H ;啟動(dòng)標(biāo)志(未上電標(biāo)志) HERE2: LCALL ISD_RD ;調(diào)用段組合播放過(guò)程 MOV A, TASK3 CJNE A, #0, HERE2 SJMP $ ;虛擬等待 ;------單段錄音初始化 MOV R0, #XmtDa

21、t MOV @R0, #xxh ;段地址送緩沖區(qū)首字節(jié) INC R0 MOV @R0, #xx ;錄音時(shí)間送緩沖區(qū)第二字節(jié) SETB MIC_C ;設(shè)置錄音標(biāo)志 ;------單段錄音過(guò)程啟動(dòng) MOV TASK3, #05H ;啟動(dòng)標(biāo)志(未上電標(biāo)志) HERE3: LCALL ISD_WR ;調(diào)用單段錄音過(guò)程 MOV A, TASK3 CJNE A, #0, HERE3 SJMP $ ;虛擬

22、等待 ;把語(yǔ)音緩沖區(qū)語(yǔ)音段送IDS4000芯片播放子程序 PROC ISD_RD ;入口參數(shù):TASK3置為05H ;b2-b0記錄放音或錄音狀態(tài) ;000-空閑 ;001-執(zhí)行上電延遲(25ms) ;010-段播放延遲 ;011-段間延遲 ;101-未上電標(biāo)志 ISD_RD: JNB MIC_C, RUN ;錄音狀態(tài)，不執(zhí)行！ JMP EXIT ;退出 RUN: MOV A, TASK3 A

23、NL A, #07H ;保留標(biāo)志位b2～b0 CJNE A, #000B, NEXT1 ;b2～b0為000，空閑 JMP EXIT ;退出 NEXT1: CJNE A, #101B, NEXT2 ;b2～b0為101，未上電，先執(zhí)行上電操作 ;執(zhí)行“POWER UP” (上電)命令 MOV R0, #ISDBUF ;語(yǔ)音命令緩沖首地址送R0 MOV @R0, #20H ;00100XXX，執(zhí)行上電操作 LCALL SPIBW ;調(diào)用SPI總線控制

24、命令寫(xiě)入子程序 MOV ISDTIME, #5 ;延遲時(shí)間為5*5ms(即25ms) MOV TASK3, #1 ;進(jìn)入上電延遲狀態(tài) JMP EXIT NEXT2: CJNE A, #001B, NEXT3 ;b2～b0為001，處于上電延遲期間，檢查延遲時(shí)間 NEXT30: MOV A, ISDTIME JZ NEXT31 ;不是0，上電延遲時(shí)間未到，等待 SJMP EXIT NEXT31: MOV A, #XmtDat ADD A, ISDBUFSP M

25、OV R0, A MOV A, @R0 ;取出待放音段編號(hào) MOV B, #2 ;假設(shè)每一單音占用兩個(gè)最小段 MUL AB ;計(jì)算段首地址 MOV R0, #ISDBUF+1;語(yǔ)音命令緩沖首地址送R0 MOV @R0, A ;段地址低8位送命令緩沖 DEC R0 MOV A, B ;段地址高位送A ORL A, #11100000B;形成地址控制碼11100(SET PLAY) MOV @R0, A ;命令碼送命令緩沖區(qū)

26、 LCALL SPIBW ;調(diào)用SPI總線控制命令寫(xiě)入子程序 ;執(zhí)行PLAY命令 MOV R0, #ISDBUF ;語(yǔ)音命令緩沖首地址送R0 MOV A, #0F0H ;11110XXX，執(zhí)行PLAY/REC命令 MOV @R0, A ;命令碼送命令緩沖區(qū) LCALL SPIBW ;調(diào)用SPI總線控制命令寫(xiě)入子程序 ;開(kāi)始放音 MOV TASK3, #02H ;b2～b0置為010態(tài)(修改作業(yè)號(hào)) CLR IE0 ;清除INT0中斷標(biāo)志(采用查

27、詢方式確定段 ;播放是否已結(jié)束) SJMP EXIT NEXT3: CJNE A, #2, NEXT4 ;b2～b0置為010 ;屬于段播放期間延遲 JB IE0, NEXT41 ;INT0中斷無(wú)效，即未遇到EOF或VOF標(biāo)志 SJMP EXIT ;等待 NEXT41: CLR IE0 ;清除INT0中斷標(biāo)志 INC ISDBUFSP ;指針加+1 MOV A, ISDBUFSP CJNE A, #16,

28、NEXT42 NEXT42: JC NEXT43 ;指針大于或等于16，緩沖區(qū)所有段已播放結(jié)束 SJMP NEXT441 NEXT43: MOV A, #XmtDat ADD A, ISDBUFSP MOV R0, A MOV A, @R0 ;取出將要播放的段編號(hào) CJNE A, #0FFH, NEXT44 ;盡管指針<16，但緩沖區(qū)內(nèi)已經(jīng)沒(méi)有需要播放的段號(hào) NEXT441: MOV R0, #ISDBUF ;語(yǔ)音命令緩沖首地址送R0 MOV @R0, #10H

29、 ;0001X XXX，執(zhí)行STOP WRDN命令,停止當(dāng)前操作 LCALL SPIBW ;調(diào)用SPI總線控制命令寫(xiě)入子程序 SETB MIC_C ;關(guān)閉功率放大器電源 MOV TASK3, #0 ;將b2～b0置為000,結(jié)束播放 SJMP EXIT NEXT44: MOV TASK3, #3 ;進(jìn)入段間延遲狀態(tài) MOV ISDTIME, #8 ;延遲時(shí)間為8*5ms(即40ms) SJMP EXIT NEXT4: CJNE A, #3, EXIT ;b2～b0

30、處于011態(tài)，屬于段間延遲 JMP NEXT30 ;處理方式與上電延遲相同 EXIT: RET END ;把IDSN4000語(yǔ)音芯片內(nèi)的語(yǔ)音段逐一播放出來(lái) PROC ISD_RD_A ;入口參數(shù):TASK3置為05H ;b2-b0記錄放音或錄音狀態(tài) ;000-空閑 ;001-執(zhí)行上電延遲(25ms) ;010-段播放延遲 ;011-段間延遲 ;101-未上電標(biāo)志 ISD_RD_A: JNB MIC_C, RUN

31、 ;錄音狀態(tài)，不執(zhí)行！ JMP EXIT ;退出 RUN: MOV A, TASK3 ANL A, #07H ;保留標(biāo)志位b2～b0 CJNE A, #000B, NEXT1 ;b2～b0為000，空閑 JMP EXIT ;退出 NEXT1: CJNE A, #101B, NEXT2 ;b2～b0為101，未上電，先執(zhí)行上電操作 ;執(zhí)行“POWER UP” (上電)命令 MOV R0, #ISDBUF ;語(yǔ)音命令緩沖首地址送R0

32、 MOV @R0, #20H ;00100XXX，執(zhí)行上電操作 LCALL SPIBW ;調(diào)用SPI總線控制命令寫(xiě)入子程序 MOV ISDTIME, #5 ;延遲時(shí)間為5*50ms(即25ms) MOV TASK3, #1 ;進(jìn)入上電延遲狀態(tài) JMP EXIT NEXT2: CJNE A, #001B, NEXT3 ;b2～b0為001，處于上電延遲期間 NEXT30: MOV A, ISDTIME JZ NEXT31 ;不是0，上電延遲時(shí)間未到 SJMP

33、EXIT ;退出，繼續(xù)等待 NEXT31: MOV A, ISDBUFSP MOV B, #2 ;假設(shè)每一單音占兩個(gè)最小段 MUL AB ;計(jì)算段首地址 MOV R0, #ISDBUF+1;語(yǔ)音命令緩沖首地址送R0 MOV @R0, A ;段地址低8位送命令緩沖 DEC R0 MOV A, B ;段地址高位送A ORL A, #11100000B;形成地址控制碼11100(SET PLAY) MOV @R0, A

34、;命令碼送命令緩沖區(qū) LCALL SPIBW ;調(diào)用SPI總線控制命令寫(xiě)入子程序 ;執(zhí)行PLAY命令 MOV R0, #ISDBUF ;語(yǔ)音命令緩沖首地址送R0 MOV A, #0F0H ;11110XXX，執(zhí)行PLAY命令 MOV @R0, A ;命令碼送命令緩沖區(qū) LCALL SPIBW ;調(diào)用SPI總線控制命令寫(xiě)入子程序 ;開(kāi)始放音 MOV TASK3, #02H ;b2～b0置為010態(tài)(修改作業(yè)號(hào)) CLR IE0 ;清除INT0中斷

35、 SJMP EXIT NEXT3: CJNE A, #2, NEXT4 ;b2～b0處于010態(tài)，屬于段播放期間延遲 JB IE0, NEXT41 ;INT0中斷無(wú)效，即未遇到EOF或VOF SJMP EXIT ;等待 NEXT41: CLR IE0 ;清除INT0中斷 INC ISDBUFSP ;指針加+1 MOV A, ISDBUFSP CJNE A, #0F0H, NEXT42 NEXT42: JC NEXT43 ;指針>=

36、F0H，退出 MOV R0, #ISDBUF ;語(yǔ)音命令緩沖首地址送R0 MOV @R0, #10H ;0001X XXX，執(zhí)行STOP WRDN命令,停止當(dāng)前操作 LCALL SPIBW ;調(diào)用SPI總線控制命令寫(xiě)入子程序 SETB MIC_C ;關(guān)閉功率放大器電源 MOV TASK3, #0 ;將b2～b0置為000,結(jié)束播放 SJMP EXIT NEXT43: MOV TASK3, #3 ;進(jìn)入段間延遲狀態(tài) MOV ISDTIME, #10 ;延遲時(shí)間為10*5

37、ms(即50ms) SJMP EXIT NEXT4: CJNE A, #3, EXIT ;b2～b0置為011 ;屬于段間延遲 JMP NEXT30 ;處理方式與上電延遲相同 EXIT: RET END ;從指定地址開(kāi)始錄音(單段錄音) PROC ISD_WR ;從指定地址開(kāi)始錄音(單段錄音) ;入口參數(shù):TASK3置為05H ;b2-b0記錄放音或錄音狀態(tài) ;000-空閑 ;001-執(zhí)行上電延遲(25ms) ;01

38、0-錄音過(guò)程的再上電延遲 ;011-錄音延遲 ;101-未上電標(biāo)志 ISD_WR: JB MIC_C, RUN ;非錄音狀態(tài)，不執(zhí)行！ JMP EXIT RUN: MOV A, TASK3 ANL A, #07H ;保留標(biāo)志位b2～b0 CJNE A, #00H, NEXT1 ;b2～b0為000，空閑 JMP EXIT NEXT1: CJNE A, #101B, NEXT2 ;b2～b0為101，未上電，先執(zhí)行上電操作 ;執(zhí)行

39、“POWER UP” (上電)命令 MOV R0, #ISDBUF ;語(yǔ)音命令緩沖首地址送R0 MOV @R0, #20H ;00100XXX，執(zhí)行上電操作 LCALL SPIBW ;調(diào)用SPI總線控制命令寫(xiě)入子程序 MOV ISDTIME, #5 ;延遲時(shí)間為5*5ms(即25ms) MOV TASK3, #1 ;進(jìn)入上電延遲狀態(tài) JMP EXIT NEXT2: CJNE A, #001B, NEXT3 ;b2～b0為001，處于上電延遲期間 MOV A, ISDT

40、IME JZ NEXT31 ;不是0，上電延遲時(shí)間未到 SJMP EXIT ;退出，繼續(xù)等待 NEXT31: ;再執(zhí)行“POWER UP” (上電)命令 MOV R0, #ISDBUF ;語(yǔ)音命令緩沖首地址送R0 MOV @R0, #20H ;00100XXX，執(zhí)行上電操作 LCALL SPIBW ;調(diào)用SPI總線控制命令寫(xiě)入子程序 MOV ISDTIME, #10 ;延遲時(shí)間為10*5ms(即50ms) MOV TASK3, #2 ;進(jìn)入再上電延遲狀態(tài)

41、(時(shí)間50ms) SJMP EXIT ;退出 NEXT3: CJNE A, #010B, NEXT4 ;b2～b0為010，處于再上電延遲期間 MOV A, ISDTIME JZ NEXT41 ;不是0，再上電延遲時(shí)間未到 SJMP EXIT ;退出，繼續(xù)等待 NEXT41: MOV R0, #XmtDat MOV A, @R0 CJNE A, #RECNO, NEXT42 NEXT42: JNC NEXT43 ;小于允許錄音段地址，關(guān)閉

42、電源退出 SJMP NEXT51 NEXT43: MOV B, #2 ;假設(shè)前面每一單音占用兩個(gè)最小段 MUL AB ;計(jì)算段首地址 MOV R0, #ISDBUF+1;語(yǔ)音命令緩沖首地址送R0 MOV @R0, A ;段地址低8位送命令緩沖 DEC R0 MOV A, B ;段地址高位送A ORL A, #10100000B;形成地址控制碼10100(SET REC) MOV @R0, A ;命令碼送命令緩沖區(qū) LCA

43、LL SPIBW ;調(diào)用SPI總線控制命令寫(xiě)入子程序 ;執(zhí)行REC命令 MOV R0, #ISDBUF ;語(yǔ)音命令緩沖首地址送R0 MOV A, #0B0H ;10110XXX，執(zhí)行REC命令 MOV @R0, A ;命令碼送命令緩沖區(qū) LCALL SPIBW ;調(diào)用SPI總線控制命令寫(xiě)入子程序 ;從地址開(kāi)始開(kāi)始錄音 MOV TASK3, #03H ;b2～b0置為011態(tài)(修改作業(yè)號(hào)) MOV R0, #XmtDat+1;取錄音時(shí)間 MOV ISDTIME,

44、@R0 ;錄音時(shí)間送計(jì)時(shí)單元 CLR IE0 ;清除INT0中斷 SJMP EXIT NEXT4: CJNE A, #3, EXIT ;b2～b0為011，處于錄音等待期間 JB IE0, NEXT51 ;INT0中斷效，即遇到VOF ;檢查延遲時(shí)間是否為0? MOV A, ISDTIME JZ NEXT51 ;錄音已經(jīng)結(jié)束 SJMP EXIT ;錄音尚未結(jié)束，退出！ NEXT51: CLR IE0 ;清除中斷 M

45、OV R0, #ISDBUF ;語(yǔ)音命令緩沖首地址送R0 MOV @R0, #10H ;0001X XXX，執(zhí)行STOP WRDN命令,停止當(dāng)前操作 LCALL SPIBW ;調(diào)用SPI總線控制命令寫(xiě)入子程序 SETB MIC_C ;關(guān)閉功率放大器電源 MOV TASK3, #00 ;將b7、b6置為00,結(jié)束播放 EXIT: RET END ;控制命令送ISD4000語(yǔ)音芯片(16位命令格式) PROC SPIBW ;SPI總線控制命令寫(xiě)入子程序 ;入口參數(shù):16位命令碼(兩字節(jié))

46、存放在ISDBUF緩沖區(qū)內(nèi) ;出口參數(shù):無(wú) ;使用資源：R0、R6、R7及Acc、PSW、DPTR(使用進(jìn)位標(biāo)志C) SPIBW: CLR EA CLR SCLK ;空閑時(shí)SCLK處于高電平，以減小功耗。而，ISD采用 ;正極性SCLK脈沖頭。因此，在片選信號(hào)SS為低電平前 ; 先將SCLK置為低電平 CLR ISDSS ;片選信號(hào)為低 MOV R0, #ISDBUF+1 ;取命令碼低位字節(jié) MOV R6

47、, #2 ;傳送兩字節(jié) LOOP2: MOV A, @R0 MOV R7, #08H ;移動(dòng)次數(shù) LOOP1: RRC A ;帶Cy右移。 MOV MOSI, C ;CPU輸出數(shù)據(jù)。 SETB SCLK ;利用SCLK上升沿鎖存輸入的數(shù)據(jù)。 NOP ;由于SCLK信號(hào)時(shí)鐘頻率最高為1MHz，即高低 ;電平時(shí)間必須大于400uS，可根據(jù)晶振頻率插入

48、 ;0-2條NOP指令(對(duì)于晶振頻率在12MHz以內(nèi)時(shí)，不用) CLR SCLK ;時(shí)鐘信號(hào)為低電平 DJNZ R7,LOOP1 DEC R0 ;指針減1，指向下一字節(jié) DJNZ R6, LOOP2 SETB ISDSS ;執(zhí)行結(jié)束后將SS引腳置為高電平。 SETB SCLK ;空閑時(shí)SCLK處于高電平，以減小功耗。 SETB EA RET END 五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1. 寫(xiě)出ISD4002語(yǔ)音芯片的讀寫(xiě)控制

49、程序，逐段播放實(shí)驗(yàn)板上ISD4002語(yǔ)音芯片內(nèi)已錄好的語(yǔ)音信息。 2. 在空白處錄制5S左右的語(yǔ)音信息。 3. 在實(shí)驗(yàn)九(1)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)每按下一個(gè)按鍵時(shí)，通過(guò)語(yǔ)音芯片報(bào)出鍵名。 實(shí)驗(yàn)15 無(wú)線解碼接收 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? (1) 理解無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)組成、工作原理。 (2) 理解PT2262或與之兼容的固定編碼芯片信息幀格式；理解軟件解碼原理、實(shí)現(xiàn)方法以及軟件解碼程序編寫(xiě)要領(lǐng)。 (3) 初步掌握自適應(yīng)軟件解碼程序設(shè)計(jì)規(guī)則。 (4) 理解MCS-51芯片內(nèi)PCA模塊的功能和使用方法。 二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器材 仿真器及附件、圖0-1所示實(shí)驗(yàn)電路板各一套(需帶ASK無(wú)線接收模塊)，PT2

50、262編碼遙控器或門(mén)磁一只、導(dǎo)線一批。 三、實(shí)驗(yàn)原理與電路 1. 無(wú)線收發(fā)系統(tǒng) 典型無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)如圖15-1所示，由ASM無(wú)線接收/解調(diào)模塊、一個(gè)或多個(gè)PT2262編碼遙控器（或無(wú)線探頭）組成。 圖15-1 典型無(wú)線收發(fā)系統(tǒng) 2. PT2262編碼芯片信息幀格式 PT2262或與之兼容的固定編碼芯片性能穩(wěn)定，價(jià)格低廉，是無(wú)線探頭、廉價(jià)遙控器的首選編碼芯片。這類芯片編碼長(zhǎng)度為24位，一信息幀由同步頭、地址碼、數(shù)據(jù)碼三部分組成，如圖15-2所示。同步頭高電平持續(xù)時(shí)間為4α（α是編碼芯片振蕩周期，在25μs～120μs之間，由振蕩電阻決定），間歇期為124α；編碼位采用PWM調(diào)制，脈

51、寬比為1:3，“0”碼高電平持續(xù)時(shí)間為4α，低電平持續(xù)時(shí)間為12α；而“1”碼高電平持續(xù)時(shí)間為12α，低電平持續(xù)時(shí)間為4α。一信息幀總長(zhǎng)為，即512α。發(fā)送時(shí)，先輸出編碼的最低位。 圖15-2 PT2262編碼芯片信息幀格式 3. 自適應(yīng)軟件解碼方法 為降低成本、提高靈活性，在含有MCU的無(wú)線接收系統(tǒng)中，一般不用硬件解碼芯片PT2272實(shí)現(xiàn)PT2262編碼信息的解碼，而采用軟件解碼方式。 本實(shí)驗(yàn)借助MCS-51RX系列MCU芯片]內(nèi)置的可編程計(jì)數(shù)器陣列（PCA）上下沿捕獲功能測(cè)量脈沖信號(hào)高、低電平持續(xù)時(shí)間；用脈沖間隔時(shí)間比作為脈沖寬度測(cè)量依據(jù)實(shí)現(xiàn)可適應(yīng)不同脈沖頭寬度的自適應(yīng)軟件解

52、碼方式。 根據(jù)編碼芯片信息幀特點(diǎn)，當(dāng)α取25μs～120μs時(shí)，信息幀內(nèi)高電平最長(zhǎng)時(shí)間為12α（300μs～1.44ms之間）；低電平時(shí)間最長(zhǎng)為同步頭低電平持續(xù)時(shí)間124α（3.1ms～14.88ms）。因此，當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為11.092MHz時(shí)，在6時(shí)鐘/機(jī)器周期模式下，PCA計(jì)數(shù)器溢出時(shí)間為，即35.55ms，即信息幀內(nèi)相鄰兩次捕獲時(shí)間間隔小于定時(shí)器溢出時(shí)間。 (1) 資源及狀態(tài)分配 為簡(jiǎn)化軟件解碼判別過(guò)程，縮短PCA中斷執(zhí)行時(shí)間，使用字節(jié)變量STU記錄解碼狀態(tài)，各位定義如下： b2～b0記錄信息幀狀態(tài)，如圖15-3所示。000為起始狀態(tài)，下降沿時(shí)刻，如果相鄰兩次捕獲間隔不在100

53、us～1.44ms20%范圍內(nèi)，則返回000態(tài)；上升沿后，如果時(shí)間間隔不在允許范圍內(nèi)，則置為001態(tài)；而101、110分別表示編碼位高、低電平狀態(tài)。 圖15-3 b3位作信息幀連續(xù)有效標(biāo)志。 b4位是解碼成功標(biāo)志。以PT2262作編碼芯片的編碼器會(huì)連續(xù)發(fā)送4幀以上信息，為提高可靠性，采用雙循環(huán)校驗(yàn)，即只有接收到兩相鄰的信息幀編碼相同時(shí)，b4位置1。 因此b4～b3描述的解碼狀態(tài)含義為：00表示尚未接收到完整信息幀；01表示已收到了一完整信息幀；11表示已連續(xù)接收了兩個(gè)相同的信息幀，解碼有效標(biāo)志置1；10表示接收緩沖區(qū)數(shù)據(jù)有效，但未處理。 用字變量TIME記錄相鄰兩次捕獲時(shí)間間隔，

54、字變量TIMEB記錄基本時(shí)間(4α)。 (2) 自適應(yīng)軟件解碼過(guò)程 自適應(yīng)軟件解碼過(guò)程如圖15-4(a)～(d)所示。為保證能夠接收基本時(shí)間只有100us左右的高速編碼信息，主控程序中除了將PCA中斷優(yōu)先級(jí)置為最高外，還必須保證PCA中斷服務(wù)程序執(zhí)行時(shí)間盡可能短，即最好用匯編語(yǔ)言指令編寫(xiě)PCA中斷服務(wù)程序。由于MCS-51指令系統(tǒng)沒(méi)有雙字節(jié)除法指令，解碼過(guò)程中涉及到的除法運(yùn)算，可采用減法或多項(xiàng)式除法完成。 圖15-4 自適應(yīng)解碼軟件過(guò)程 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、過(guò)程及要求 本實(shí)驗(yàn)主要涉及實(shí)驗(yàn)板上的U101、U103、U402等芯片。接通電源前，板上各跳線狀態(tài)如表15-1所示。 表

55、15-1 跳線設(shè)置 JP103 JP104 JP107 JP201 JP202 JP203 JP204 JP205 JP402 JP403 SWDIP 1-2開(kāi)路 2-3開(kāi)路 1-2開(kāi)路 2-3開(kāi)路 短路 1-2 短路 2-3 開(kāi)路 1-2 短路 2-3 開(kāi)路 1-2 短路 2-3 開(kāi)路 1-2 短路 2-3 開(kāi)路 1-2 短路 2-3 開(kāi)路 1-2 開(kāi)路 2-3短路 1-2 開(kāi)路 2-3短路 OFF 與自適應(yīng)軟件解碼有關(guān)程序段如下，完成程序可參閱實(shí)驗(yàn)十五.ASM。 ;*****定義軟件解碼變量***** WUSTU

56、 DATA 2EH ;b2-b0作無(wú)線接收狀態(tài)標(biāo)志 ;000-開(kāi)始；001-同步頭高電平；010-同步頭低電平 ;101-數(shù)據(jù)位高電平；110-數(shù)據(jù)位低電平 LXJIE BIT WUSTU.3 ;信息幀連續(xù)標(biāo)志 JIEMA BIT WUSTU.4 ;接收數(shù)據(jù)有效標(biāo)志(可以利用數(shù)據(jù)有效標(biāo)志作為;數(shù)據(jù)處理標(biāo)志) ;數(shù)據(jù)有效，而信息幀連續(xù)標(biāo)志無(wú)效時(shí)，即認(rèn)為接收無(wú)效 HDATAB BIT 0

57、1H ;高電平時(shí)間，碼長(zhǎng)標(biāo)志(4a為0，12a為1) OVERT DATA 2FH ;相鄰居兩次捕獲之間定時(shí)器溢出次數(shù) BUFF0 DATA 30H ;解碼接收緩沖區(qū)(30-3F) TIMEL DATA 5AH ;相鄰兩次捕獲間隔時(shí)間低8位 TIMEH DATA 5BH ;相鄰兩次捕獲間隔時(shí)間高8位 CNTB DATA 5CH ;信息幀長(zhǎng)度(單位為bit) TIMEBCL DATA 7DH ;同步頭高電平時(shí)間(即4a)的低8位 TIMEBCH DATA 7EH ;同步頭高電平時(shí)間(即4a)的高

58、8位 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0033H LJMP PCA ;PCA中斷服務(wù)程序入口地址(用于解碼接收) ORG 0050H PROC MAIN ;主程序開(kāi)始 MAIN: ;---PCA模塊初始化 ;模塊0工作在16位上下沿捕獲方式，作解碼定時(shí)器。 MOV CMOD, #00000001B ;計(jì)數(shù)脈沖為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)/6，允許CH、CL溢出中斷 MOV CH, #0 ;從0開(kāi)始計(jì)數(shù) MOV CL, #0 MO

59、V CCON, #40H ;啟動(dòng)CH、CL計(jì)數(shù) MOV CCAPM0, #00100001B ;模塊0工作在16位上沿捕獲方式，允許模塊0中斷 ;開(kāi)始時(shí)先用上沿捕獲，中斷后上下交替捕獲 SETB PPC ;PCA中斷優(yōu)先級(jí)置為高 SETB EC ;允許PCA中斷 SETB EA ;開(kāi)中斷 NEXT1: JNB JIEMA, NEXT1 NOP ;虛擬等待解碼有效

60、 SJMP NEXT1 END ;PCA中斷服務(wù)程序 PROC PCA PCA: PUSH PSW PUSH ACC PUSH B ORL PSW, #18H ; SETB RS1 ; SETB RS0 ;使用工作寄存器區(qū)3 JBC CF, TNEXT1 ;不是定時(shí)器溢出引起 SJMP CANEXT TNEXT1: ;定時(shí)器T溢出引起中斷 INC OVERT MOV A, WUSTU JB ACC.0, TNEXT2 ;低電平，檢查溢出次數(shù) M

61、OV A, OVERT CJNE A, #2, TNEXT21 TNEXT21: JC TOEXIT ;小于2，退出！ ;溢出次數(shù)大于2，肯定是錯(cuò)誤！ MOV OVERT, #2 ANL WUSTU, #0D0H ;解碼狀態(tài)清0，清除連續(xù)有效標(biāo)志 SJMP TOEXIT TNEXT2: ;在高電平期間，發(fā)現(xiàn)溢出次數(shù)大于指定值 MOV A, OVERT CJNE A, #2, TNEXT22 TNEXT22: JC TOEXIT ;小于2

62、，退出！ ;大于2 MOV OVERT, #2 ANL WUSTU, #0F0H ;清除連續(xù)有效標(biāo)志，解碼狀態(tài)置為011(即等幅干擾狀態(tài)) ORL WUSTU, #03H ;置為011態(tài)！ TOEXIT: JMP RETURN CANEXT: ;捕獲中斷引起 MOV R3, CCAP0L MOV R4, CCAP0H ;取捕獲發(fā)生的時(shí)刻 CLR C MOV A, R3 SUBB A, TIMEL MOV TIMEL, A MOV A, R4

63、 SUBB A, TIMEH MOV TIMEH, A ;計(jì)算并保存相鄰兩次捕獲時(shí)間間隔到TIMEH、TIMEL中 MOV A, CCAPM0 MOV C, ACC.5 ;上升沿觸發(fā)捕獲標(biāo)志送C XRL CCAPM0, #30H ;與30異或，強(qiáng)迫CAPP、CAPN取反 ANL CCON, #0FEH ;清除CCF0中斷標(biāo)志 MOV OVERT, #0 ;捕獲時(shí)清除溢出次數(shù) ;判別捕獲原因 JC HNEXT ;下沿觸發(fā)引起 ;

64、CLR C MOV A, TIMEL SUBB A, #140 ;PCA模塊計(jì)數(shù)脈沖為系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)的6分頻(晶振頻率為11.0592MHz) MOV A, TIMEH ;140對(duì)應(yīng)的時(shí)間為(1/11.0592)*6*140，約76us SUBB A, #0 JNC LNEXT0 ;高電平時(shí)間太短， ANL WUSTU, #0F0H ;重置為000態(tài)，清除連續(xù)標(biāo)志 JMP RETURN ;沒(méi)有必要記錄 LNEXT0: LJMP LNEXT ;上邊沿觸發(fā) H

65、NEXT: MOV A, WUSTU ANL A, #07H CJNE A, #0, HNEXT1 ;000態(tài), 說(shuō)明尚未開(kāi)始 ORL WUSTU, #21H ;置為001態(tài) JMP CAEND ;記錄捕獲時(shí)間后退出 HNEXT1: CJNE A, #2, HNEXT2 ;原來(lái)處于010態(tài),計(jì)算同步頭時(shí)間，計(jì)算同步頭脈沖相對(duì)寬度 ; CLR C MOV A, TIMEL SUBB A, #51H MOV A, TIMEH ;假設(shè)a在2

66、5us～120us(允許存在25%的誤差)之間 SUBB A, #16H ;124a對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)器讀數(shù)為5713～34174,即1651H～857EH JNC HNEXT20 ;小于最小值，錯(cuò)誤 JMP HERROR ;上升沿出錯(cuò)處理 HNEXT20: ;CLR C MOV A, TIMEL SUBB A, #7EH MOV A, TIMEH SUBB A, #85H JC HNEXT201 ;大于124a的上限(即最大值)，錯(cuò)誤 JMP HERROR ;上升沿出錯(cuò)處理 HNEXT201: ;在同步頭間歇期時(shí)間最小值與最大值之間 LCALL CAL1 ;當(dāng)被除數(shù)較大時(shí)，用多項(xiàng)式除法可有效縮短運(yùn)算時(shí)間 CJNE R6, #29, HNEXT21 HNEXT21: JNC HNEXT22 ;小于29，同步頭高、低電平時(shí)間比太??！錯(cuò)！