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1、目 录1 单片机系统概述 11 单片机系统的特点 12单片机技术的发展 13单片机技术的应用2 凌阳SPCE061A单片机 21 凌阳SPCE061A的硬件结构 211nSP内核结构 212 SPCE061A存储器213 SPCE061A的输入/输出接口 214定时器/计数器22 凌阳SPCE061A的指令系统 221指令的分类 222 寻址方式3 SPCE061 精简开发板61板31 61板简介 32 61板的硬件结构 321 电源电路322 音频电路323 ICE接口电路33 凌阳语音331 凌阳音频简介332 常用的应用程序接口API333语音识别技术334 用61板实现语音播放4 智能
2、玩具“听话精灵”的系统设计 41 系统概述42系统的硬件设计及其原理421语音识别原理 422硬件电路 43 语音识别程序4.4 智能玩具的仿真调试1单片机系统概述随着嵌入式系统开发技术的快速发展及其在各个领域的广泛应用，人们对电子产品的小型化和智能化要求越来越高，作为高科技技术之一的单片机以其体积小、功能强、价格底、使用灵活等特点，显示出明显的优势和广泛的应用前景。在航空航天、机械加工、智能玩具、家用电器、通信系统等领域，单片机都发挥了重要作用。可以认为单片机技术已成为现代电子技术应用领域十分重要的技术之一。11单片机系统的特点所谓单片机（Single Chip Microcomputer）
3、是指在一块芯片中集成有中央处理器（CPU）、存储器（RAM和ROM）、基本I/O接口以及定时器/计数器等部件，并具有独立指令系统的智能器件，即在一块芯片上实现一台微型计算机的功能。如果是简单控制对象，只需要利用单片机作为控制核心，不需要另外增加外部设备就能完成。对于较复杂的系统，只需要对单片机进行适当扩展即可，十分方便。归纳起来，单片机及应用系统有以下特点：（1）单片机具有独立的指令系统。（2）系统配置以满足控制对象的要求为出发点，使系统具有较高的性价比。（3）系统规模小，实际应用系统简单实用，成本底，效益好。（4）抗干扰能力强，可靠性高，使用方便。（5）系统小巧玲珑，控制能力强，体积小，便于
4、嵌入被控设备中。12单片机技术的发展 随着微电子技术的迅速发展，目前各个公司研制出了适合于各种领域的单片机。高性能单片机芯片市场也异常活跃，不断采用新技术，使单片机的种类，性能不断提高，应用领域不断扩大。如ATMEL公司开发的89C51芯片，片内含有4KB EPROM；89C51FA芯片，片内含16KBEPROM；凌阳公司最近推出的SPCE061A芯片，片内有32KB FLASH和2KB RAM，使得片内可储存量增加，控制能力增强。这些性能的提高和改进归纳起来，有以下四个方面：1CPU的改进（1）采用双CPU结构，提高芯片的处理能力。 （2）增加了数据总线宽度，提高处理速度，从8位、16位到3
5、2位（3）采用流水线结构，类似于高性能的微处理器，提高了运算速度，能够实现简单的DSP功能，适合做数字信号处理。（4）串行总线结构，将外部数据总线改为串行传送方式，提高了系统的可靠性。2存储器的发展增大片内存储器容量，有利于系统的可靠性。编程加密技术，达到程序保密的目的。3.片内I/O接口 （1）增加驱动能力，减少了外围驱动芯片的使用 ，可直接驱动LED、LCD等显示器等，简化了系统设计，降低了系统成本 （2）增加了异步串行通信口，提高了单片机系统的灵活性。（3）增加了逻辑操作功能，具有位寻址操作，增加了操作和控制的灵活性。（4）带有A/D 、D/A转换器，直接对模拟信号输入和输出。（5）并行
6、I/O接口设置灵活，可以利用指令将端口的任一位设置为输入、输出、上拉、下拉和悬浮等状态（6）带有PWM输出，可直接驱动控制小型直流电机调速，大大方便使用。13 单片机系统应用 由于单片机体积小、价格低、可靠性高、使用范围大以及有其本身的指令系统等诸多优势，在各个领域、各个行业都得到了广泛的应用。目前不仅优位单片机，16位单片机也得到了广泛的应用。如机电一体化、集散数据采集系统、分布式控制系统、 智能仪器仪表、家用电器终端及外部设备控制。2 凌阳SPCE061A单片机 SPCE061A型单片机是凌阳科技公司最新推出的一款16位微处理器，具有体积小、集成度高、易扩展、可靠性高、功耗低、结构简单、中
7、断处理能力强等特点，内嵌32K字闪存FLASH，处理速度高，能够很方便地完成普通单片机的功能，尤其适应于数字语音播放和识别等应用领域，是数字语音识别与语音信号处理的理想产品，得到了广泛应用。SPCE061A的结构比较简单，在芯片内部集成了ICE仿真电路接口、FLASH程序存储器、SRAM数据存储器、通用I/O端口、定时器/计数器、中断控制、CPU时钟、模-数转换器A/D、DAC输出、通用异步串行输入输出接口、串行输入输出接口和低电压监测/低电压复位等若干部分。各个部分之间存在着直接或间接的联系。21 凌阳SPCE061A的硬件结构211nSP内核结构 SPCE061A单片机采用凌阳nSP内核结
8、构。nSP内核的结构由总线、算术逻辑运算单元、寄存器组、中断系统及堆栈等部分组成。其结构如图所示：用户寄存器SP：堆栈指针R1-R4：普通寄存器BP：基指针SR：段寄存器 NZSR：标志位 DS：数据选择字段 CS：代码选择字段PC：程序计数器SB：移位缓存器内部寄存器DR：数据寄存器BR：B寄存器硬件单元ADDRGEN：地址编码器SHIFTER：移位器ALU：算术运算单元图2-1：nSP的内核结构1. ALU 算术逻辑运算单元nSP的ALU 非常有特色，除了一般基本的16 位算术逻辑运算，还提供了结合算术逻辑的16 位移位运算。在数字信号处理方面，提供了高速的16 位16 位乘法运算和内积(
9、乘加)运算。（1）16位算术逻辑运算nSP与大多数CPU 一样，提供了基本的算术运算与逻辑操作指令，加法、减法、比较、补码、异或、或、与、测试、写入、读出等16 位算术逻辑运算及数据传送操作。（2） 结合算术逻辑的16 位移位运算nSP的移位运算包括：算术右移ASR、逻辑左移LSL、逻辑右移LSR、旋转左移ROL 及旋转右移ROR。nSP的移位器shifter 就串接在ALU 的前面，也就是说，操作数在经过移位处理后，马上会进入ALU 进行算数逻辑运算。所以，nSP的移位指令都是复合式指令，一个指令会同时完成移位和算术逻辑运算。程序设计者可利用这些复合式的指令，撰写更精简的程序代码，进而增加程
10、序代码密集度(Code Density)。在微控制器应用中，如何增加程序代码密集度是非常重要的问题；提高程序代码密集度可以减少程序代码的大小，进而减少ROM 或FLASH 的需求，以降低系统成本与增加执行效能。（3）16 位16 位的乘法运算和内积(乘加)运算除了普通的16 位算数逻辑运算指令外，nSP还提供了高速的16 位 16 位乘法运算指令Mul和16 位内积运算指令Muls。二者都可以用于有符号数相乘(signed signed) 或无符号数与有符号数相乘(unsigned signed)的运算。其中，Mul指令只需花费12 个时钟周期，Muls指令花费10n+6 个时钟周期，其中n
11、为乘加的项数。2寄存器组nSP CPU 的寄存器组一共有8 个16 位寄存器，可分为通用寄存器和专用寄存器两大类别。通用寄存器包括：R1R4，作为算术逻辑运算的来源及目标寄存器。专用寄存器包括SP、BP、SR、PC，是与CPU 特定用途相关的寄存器。（1）用寄存器R1R4 (General-purpose registers)可用于数据运算或传送的ers)来源及目标寄存器。寄存器R4、R3 配对使用，还可组成一个32 位的乘法结果寄存器MR；其中R4 为MR 的高字符组，R3 为MR 的低字符组，用于存放乘法运算或内积运算结果。（2）堆栈指针寄存器SP (Stack Pointer)SP 是用
12、来纪录堆栈地址的寄存器，SP 会指向堆栈的顶端。堆栈是一个先进后出的内存结构，nSP的堆栈结构是由高地址往低地址的方向来储存的。CPU 执行push、子程序调用call、以及进入中断服务子程序(ISR，Interrupt Service Routine) 时，会在堆栈里储存寄存器内容，这时SP 会递减以反映堆栈用量的增加。当CPU 执行pop 时、子程序返回ret、以及从ISR 返回reti 时，SP 会递增以反映堆栈用量的减少。nSP堆栈的大小限制在2K 字的SRAM 内，即地址在0x0000000x0007FF 的内存范围中。（3）基址指针寄存器BP (Base Pointer)nSP提供
13、了一种方便的寻址方式，即基址寻址方式BP+IM6；程序设计者可通过BP 来存取ROM 与RAM 中的数据，包括：局部变量（Local Variable）、函数参数（FunctionParameter）、返回地址（Return Address）等等。BP 除了上述用途外，也可做为通用寄存器R5，用于数据运算传送的来源及目标寄存器。因此，在程序中，BP 与R5 是共享的，均代表基址指针寄存器。（4）程序寄存器PC（Program Counter）它的作用与一般微控制器中的PC 相同，是用来纪录程序目前执行位置的寄存器，以控制程序走向。CPU 每执行完一个指令，就会改变PC 的值，使其指向下一条指令
14、的地址。在nSP里，16 位的PC 寄存器与SR 寄存器的CS 字段，共同组成一个22 位的程序代码地址。（5）状态寄存器SR (Status Pointer)SR内含许多字段，每个字段都有特别的用途。其中包含两个6 位的区段选择字段: CS (Code Segment)，DS (Data Segment)，它们可与其它16 位的寄存器结合在一起形成一个22 位的地址，用来寻址4M字容量的内存。SPCE061A只有32K字的闪存，只占用一页的存储空间，所以CS和DS字段在SPCE061A中都是设为0。算数逻辑运算的结果会影响CPU 内的标志(flag)，标志的内容可以作为条件判断的依据。nSP
15、有四个1 位的标志: N、Z、S、C，即SR 寄存器中间的4 个位（B6B9）。3 数据总线和地址总线nSP是16 位单片机，它具有16 位的数据线和22 位地址线。由此决定其基本数据类型是16 位的“字”型，而不是8 位的“字节”型；因此内存都是按“字”操作的，22位的地址线最多可寻址到4M 字的内存空间。地址线中的高6 位A16A21 来自SR 寄存器中的6 位的CS 字段或是6 位的DS 字段，低16 位A0A15 则来自内部寄存器。通常，地址线的高6 位称为内存地址的Page Selector，简称为页码（Page）；而低16 位则称为内存地址的偏移量（Offset）。nSP通过对区段（Segment）的编码来实现内存分页的检索，即是说Segment的含义与Page的含义是
