凌阳单片机在安防报警器中的应用

凌阳单片机在安防报警器中的应用 摘  要：SPCE061A是由凌阳科技开发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。它具有语音功能，且集成ADC、DAC、32K的FLASH。本文就是向用户介绍利用SPCE061A的语音特性和存储特性开发一款智能的单芯片语音录放工具——安防报警器。 关键词：语音 单芯片 安防报警器 1 引言 随着生活水平的提高，人们对于家电的功能的要求也越来越高。而凌阳科技在语音产品方面有着丰富的经验，如利用SPCE061A芯片的语音特性，依靠其内部集成的ADC、DAC、32K的FLASH以及CPU的高速的处理能力，为用户设计了一种代替传统的MCU+语音芯片的单芯片的语音录放方案，这样可以在减少产品成本的同时，提高产品的可靠性。 凌阳提供的多种语音压缩算法，可以在很大程度上解决目前安防产品普遍存在的不便使用的问；而且这些算法都以库的形式提供给用户，用户需要用到语音功能时，只需调用相应的函数，应用起来非常简单、灵活。这样，可以为客户减小开发的难度的同时增加产品的卖点。 2 SPCE061A芯片特性 凌阳十六位单片机的CPU内核采用凌阳最新推出的μ’nSP（Microcontroller and Signal Processor）16位微处理器内核（以下简称μ’nSP?）；而μ’nSP?内核是一个通用的核结构。 SPCE061A 是继μ’nSP?系列产品SPCE500A等之后凌阳科技推出的又一个16位结构的微控制器。SPCE061A里内嵌>32K字（Word）的闪存（FLASH），>2K字（Word）SRAM的；内置十位ADC、DAC，有多达十四个的中断源等丰富的片内资源。CPU最高可工作在49MHz的主频下，应用凌阳μ’nSP?的精简指令集，再加上较高的处理速度使μ’nSP?能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号；这使得SPCE061A带有>DSP特性，且具有灵活的语音处理功能。 因此，与其它类型的单片机相比，以μ’nSP为核心的SPCE061A微控制器是适用于有数字语音功能的应用领域产品的一种最经济的选择。 本方案采用凌阳科技16-bit高性能的微控制器—SPCE061A作为主控器，其CPU硬件资源情况包括： ·16位μ’nSP?微处理器； ·工作电压(CPU) VDD：2.4~3.6V (I/O) VDDH：2.4~5.5V； ·CPU时钟：0.32MHz~49.152MHz ； ·内置2K字SRAM； ·内置32K FLASH；  ·系统处于备用状态下(时钟处于停止状态)，耗电仅为2μA@3.6V； ·2个16位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)； ·2个10位DAC(数-模转换)输出通道； ·32位通用可编程输入/输出端口； ·14个中断源可来自定时器A / B，时基，2个外部时钟源输入，键唤醒； ·具备触键唤醒的功能；  ·7通道10位电压模-数转换器(ADC)和单通道声音模-数转换器； ·声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器和自动增益控制(AGC)功能； ·具备串行设备接口； ·具有低电压复位(LVR)功能和低电压(LVD)功能； ·内置在线仿真电路ICE（In- Circuit Emulator）接口； · 具有保密能力； · 具有WatchDog功能（由具体型号决定）。 3 方案总体介绍 3.1 主要特殊功能 本方案中，以SPCE061A的单芯片代替传统的MCU+语音芯片的方案。针对SPCE061A所拥有的独特的语音功能和DSP特色进行的精心的设计，使得SPCE061A的语音功能得以灵活的应用，使本方案拥有独特的功能：（更详细的功能请参考产品规格） 1. 报警留言设置：可预录10s的报警语音（单芯片完成，代替以往的MCU+语音芯片）。 2. 主控器设置提示：播放语音提示用户进行操作（人性化的语音提示，使安防报警器更易操作，真正成为大众化的产品）。 3. 主控器状态提示：当测到用户或其它人在布防期间进入防区时，先利用语音提示用户撤防，若一定时间后仍不撤防且还检测到有人在防区内，则触发警情（人性化的语音提示，使忘记撤防不再是用户对安防报警又爱又恨的理由）。 4. 通过远程电话控制：用户可以通过电话线，在远程对家中的主机进行控制，如布防、撤防等，同时还可以选择对现场声音进行监听；在远程控制的时候，播放语音以提示操作。 另外，SPCE061A有着丰富的片内资源，如UART、SIO、多种时基中断等，再结合语音特色，使得SPCE061A非常适合于有语音功能的安防报警器的设计中。单芯片的语音功能方案可以提高系统的可靠性，为客户减少成本；同时也为客户的产品加上了一个独特的卖点。 3.2 线路结构框图 报警主机的结构框图如： 图 3.1结构框图 本方案选用SPCE061A单片机作为处理器，再加上一些外围器件，构成SPCE061A最小系统，它即能完成主控器的控制功能，还可以完成主控器中所有的语音功能。 电话线接口电路：作为主控器的报警通道，同时也是用户进行远程控制的通道，负责信号的检测和信息的传输。 DTMF编解码模块：负责电话机的双音多频编码和解码。 键盘及显示模块：根据客户选择，选用不同的键盘模式及显示模块，基础方案采用4×4键盘及LED显示模块。 无线收发模块：采用目前市场上最常见的无线收发模块。 电源块：主要用外接9V DC电源，内置可充电的电池作停电时的备用电池。 备用接口等。 其中，键盘及显示模块可根据产品的档次进行选择，可选用LED或不同档次的LCD显示器；而根据防区内的通讯方式，选用无线的或有线（UART等）的方式进行通讯；防区间的组网也可通过备用接口进行组网。 4 硬件电路设计 4.1 硬件原理图 硬件电路原理如图 4.1 。 智能安防报警器的主控电路板中，主要有SPCE061A最小系统、电话线接口电路、DTMF编解码、电源及备用接口部份电路，而无线收发模块留出了接口。 图 4.1硬件电路 图 4.2 无线接口 RF_RECIVE为接收模块接口，2、3号端口为数据输入端口；RF_SEND为发射模块接口，1号端口为电源，3号端口为数据输出，4号端口为外接天线。 4.2 部分模块电路简介 4.2.1 SPCE061A最小系统 SPCE061A同简单的外围电路相连接，就可以实现单芯片的语音功能了，MIC可以采集语音，所采集语音保存在SPCE061A的FLASH中，实现录音的功能。另外，通过即录即放，把现场的声音传到电话线上，实现远程电话监听的功能。 SPCE061A有两路DAC，所以在本方案中用了两路的音频功放，一路输出到电话外线中，一路输出到现场的扬声器。输出到电话外线的音频，除了用于播放用户录制的报警语音外，还可以在用户进行远程电话控制时，播放操作提示。而本地操作的语音提示通过现场扬声器进行播放。 4.2.2 电话线接口电路 电话线接口电路主要的工作有： · 模拟摘挂机； · 检测来电振铃； · 检测回铃音、忙音； · 音频信号输入输出耦合等。 通过对SPCE061A的控制，使本方案具备有通过电话线报警、远程控制等功能。另外，在此基础上还可以加上电话线断线检测、防盗打等功能电路。 4.2.3 DTMF模块 目前在本方案中，DTMF编解码功能模块采用市场上常见到的的DTMF编解码芯片来进行编解码。 5 软件设计 5.1 主图 本方案所用的程序采用汇编语言与C语言混合编写，对于底层的驱动程序，采用汇编语言进行编程，对外给出C语言的调用接口；语音方面的程序以库的形式提供，用户只需调用其接口函数即可。模块化程序设计的形式进行编程，有利于各个模块的升级、维护。主程序的流程图如图 5.1 。 图 5.1 主程序流程图 5.2 系统功能 图5.2 功能程序框架 6 附录 6.1 产品的部分规格 1、布防探测器：可与各类型防盗、烟感、可燃气体等的无线探测器联网，组成安全防范布防系统。接收各类型探测器的无线编码信号，作出分析，根据情况做相应的报警动作。 2、无线遥控器输入：采用无线的遥控器对主机进行布防、撤防、紧急报警控制，供用户随身携带。 3、设置报警留言：预录10s的语音，主机可以在拨通报警电话时把预录的语音播放给接听电话方。 4、设置报警电话号码：通过键盘可输入6组报警电话，当发生警情时，主机将分析报警的警情种类，以拨打不同的电话。 5、选择现场声音报警：用户可以通过设置，选择当有警情时主机需不需作出现场的声光报警。 6、选择电话线检测功能：用户可以选择开启或关闭电话线的检测功能。 7、设置主机ID码：对于需要与电脑报警中心联网的用户，就需要为主机输入一个特定的ID码，以区分在同一区域的报警主机。 8、主机复位：用户可以输入一定的编码（由设计而定），使主机的各种设置复位。 9、紧急报警：应在遥控器上及主机上设有紧急报警按键，供紧急情况用。 10、远程电话控制：用户可以通过电话线，在远程对家中的主机进行控制，如布防、撤防等，同时还可以选择对现场声音进行监听；用户进行电话远程控制时，主要利用DTMF信号对主机进行的控制，而主机可以利用SPCE061A的语音功能，用语音提示同用户进行交互。 11、显示主机状态：用15个LED显示主机的状态，每个LED代不同的设置状态，这样简单明了。 6.2 电路图 图6.1 电路图  7 结语 应用SPCE061A的数字语音技术设计的安防报警器的控制器具有多种优点： 1. 设计新颖、功能强大。SPCE061A是凌阳科技公司最新的16位单片机，特点是高速、低功耗、强大的I/O口功能，以上的设计方案只占用SPCE061A的一部分资源，可以在此基础上开发出功能更强的产品，缩短了开发周期。 2. 成本低、性价比高、运行可靠。SPCE061A有丰富的I/O>口资源，外围电路相对简单。价格低，性能高。 8 参考文献 [1] 徐乐喜等，新型电话机 电路解析及故障检修[M] 北京：人民邮电出版社 [2] 金淮丰等，程控数字交换技术[M] 北京：电子工业出版社 [3] SPCE061A单片机 凌阳科技网站