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  • 基于IDE硬盤的大容量語音記錄儀

    時間:2024-09-14 19:52:24 理工畢業論文 我要投稿
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    基于IDE硬盤的大容量語音記錄儀

    摘要:介紹一種基于IDE硬盤的大容量語音記錄儀的設計方法,重點闡述了大容量語音記錄儀的硬件和軟件設計。

    隨著我國經濟建設的迅猛發展,公安、鐵路、民航、金融等部門對語音記錄的需求不斷增長。用戶經常需要回放時間長達幾個月、甚至幾年的大容量語音記錄儀,而目前國內可見到的語音記錄儀大多只能連續記錄幾百小時(即一個月左右)。而大容量的語音記錄儀一般是基于PC機,設備體積較大,使用不便。近年來作為數據存儲介質的硬盤,以其容量大、接口智能化程度高、控制方便越來越受到人們的重視。充分發揮硬盤的優勢,脫離系統主機,可以為用戶開發出超大存儲容量、性能可靠的語音記錄儀。

    本文提出了采用單片機控制硬盤對語音數據進行實時存儲的方案。其最大優點是可記錄語音時間長達幾個月甚至幾年,并能達到較高的性能指標。

    甚至IDE硬盤的大容易語音記錄儀的特點:

    (1) 以單片機為核心,采用PIO模式進行硬盤的讀寫,可大大提高系統的性能價格比,使得語音記錄時間長達1500小時(6GB硬盤)。若換用更大容量硬盤,可實現更長語音記錄時間,達到連續工作幾個月甚至幾年的要求。

    (2) 采用DSP芯片D6517E,其語音壓縮算法采用TRUESPEECH Triple Rate Coder,8kHz采樣頻率下語音壓縮速率為9.6、7.2或4.4kbps,MOS指標可達到3.98。

    (3) 采用大規模可編程邏輯器件CPLD對系統數字邏輯電路進行集成,提高了系統的穩定性和可靠性,具有較好的通用性,可滿足多種場合的需要,不需改動任何硬件。

    (4) 預留遠程調度電話接口,可實現遠程監聽、查詢等功能。

    (5) 由于采用4層PCB線路板設計、表貼工藝和超薄筆記本硬盤,使得基于IDE硬盤的大容量語音記錄儀體積如普通電話機大小,可實現對一路電話進行高阻并聯錄音,并可在本機播放記錄語音和遠程調度記錄語音。

    圖1 D6571E的典型應用電路

    1 系統硬件設計

    1.1 D6571E芯片

    在本系統中,選擇DSP芯片D6571E,其語音壓縮算法采用TRUESPEECH Triple Rate Coder。由于該算法的實時運算需要22MIPS以上的運算速度,為此將DSP內核和算法代碼集成在D6571E芯片內。D6571E的典型應用電路如圖1所示。

    D6571E具有16位寬的總線,但也允許以分時方式使用8位總線,這時CPU須用HI/LO信號表示送到總線上的是高8位還是低8位;當D6571E主動將數據送到總線上時,會發出ACK信號通知CPU讀取數據。HSTRD和HSTWR則是讀和寫的控制線。由于TRUE-SPEECH Triple Rate Coder算法按30ms分幀采樣,然后進行分析壓縮,因此無論是讀取壓縮數據還是因送壓縮數據,均必須在一幀內完成,否則D6571E會自行進入休眠狀態。向D6571E輸送語音數據的過程如下:首先送出解壓控制命令,然后接收一個回送狀態字,狀態字中包含了當前幀所需要的字節數,CPU就連續送出規定數目的數據,待一幀處理完畢后,D6571E會繼續送出狀態字,如此循環就可連續回放語音了。而利用D6571E進行語音壓縮的數據處理過程正好相反,狀態字中包含的是當前幀壓縮所得到的字節數,CPU應連接接收規定數目的數據。

    D6571E芯片具備工業標準的編解碼器接口,可直接與串行PCM接口的音頻編解碼芯片相連,如美國國家半導體的TP3054(μ律)、TP3057(A律)等。本系統設計中音頻編解碼接口芯片采用了TP3057。TP3057工作所需的同步脈沖、采樣時鐘、數據信號等只需與D6571E的4根控制線相連即可得到。

    由于D6571E的控制命令很豐富,在大容量語音記錄儀的設計中,筆者利用D6571E實現數字音量控制、自動增益控制、變速回放、雙音頻信號產生和鑒別、來電顯示等功能,省去了不少功能芯片、線路板面積,使昨最終設計成型的大容量語音記錄儀體積如普通電話機大小。

    1.2 IDE硬盤的控制

    利用單片機控制現有的硬盤,可極大地提高系統的性能價格比,因此本系統采用單片機控制硬盤進行語音數據的存儲。

    圖2 DK23AA-60硬盤引腳及定義

    IDE接口的硬盤驅動器提供了兩種數據傳輸模式:PIO模式和DMA模式。由于PIO模式控制相對容易,提供了一種編程控制輸入/輸出的快速傳輸方法。該模式采用高速的數據塊I/O,以扇區為單位,用中斷請求方式與CPU進行批量數據交換。在扇區讀寫操作時,一次按16位長度通過內部的高速PIO數據寄存器傳輸。通常情況下,數據傳輸以扇區為單位,每傳輸一扇區數據產生一個中斷。由于本系統語音壓縮數據的最大速率只有9.6kbps,而相關資料報道采用PIO寫盤速度可以達到192kbps,完全可以滿足本系統的要求。

    本系統采用Hitachi(日立)公司DK23AA-60型號的筆記本硬盤。它具有6GB的存儲容量,厚度僅有9.6mm,它的引腳及定義如圖2所示。

    IDE接口是一種任務寄存器結構的接口,所有輸入輸出操作均通過對相應寄存器的讀寫完成。IDE硬盤驅動器中的寄存器及地址分配見表1。表2為狀態寄存器,它反映了硬盤驅動器執行命令后的狀態。

    表1 IDE硬盤驅動器中的寄存器及地址分配

    地 址寄存器名及功能CS1FXCS3FXDA2DA1DA0讀操作寫操作01000數據寄存器01001錯誤寄存器特性寄存器01010扇區數寄存器01011扇區號寄存器01100柱面號寄存器:低字節01101柱面號寄存器:高字節01110驅動器/磁頭寄存器01111狀態寄存器命令寄存器

    表02 狀態寄存器

    D7D6D5D4D3D2D1D

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