1 引言

　　目前,，單片機(jī)系統(tǒng)以價(jià)格低廉,、開發(fā)環(huán)境完備,、開發(fā)工具齊全、應(yīng)用資料眾多,、功能強(qiáng)大且程序易于移植等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用,。同時(shí)，隨著信息化進(jìn)程,、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)以及信號處理理論與方法的迅速發(fā)展,，需要的數(shù)據(jù)量越來越大，對數(shù)據(jù)存儲(chǔ)也提出了更高要求,。MMC/SD卡以其價(jià)格,、體積、讀取速度等特點(diǎn)成為現(xiàn)今大多數(shù)便攜式嵌入式設(shè)備的首選,。

　　2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

　　基于8051F330的音頻信號發(fā)生器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,，它主要由8051F330單片機(jī)、MMC/SD卡存儲(chǔ)器,、RS232串行通信接口,、上位機(jī)、液晶顯示,、鍵盤以及信號調(diào)理電路等部分組成,。將寫入MMC/SD卡中的音頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在上位機(jī)，單片機(jī)通過RS232串行通信接口寫入MMC/SD卡,，以中斷方式讀取鍵盤接口命令,，并根據(jù)命令控制選擇相應(yīng)的音頻信號數(shù)據(jù)，再由信號調(diào)理電路輸出不同頻率和強(qiáng)度的音頻信號,，系統(tǒng)通過液晶顯示模塊顯示信號頻率,、信號強(qiáng)度及信號類型。該系統(tǒng)突出的特點(diǎn)是上位機(jī)采用Lab Windows/CVI軟件,，通過RS232串行通信接口與單片機(jī)通訊,；以文本格式存儲(chǔ)在上位機(jī)的音頻信息則通過RS232串行通信接口下載到MMC/SD卡。

　　系統(tǒng)控制核心選用美國Cygnal公司的8051F330單片機(jī),，C8051F330微控制器采用獨(dú)特的CIP-8051架構(gòu),，對指令運(yùn)行實(shí)行流水作業(yè)，大大提高了指令的運(yùn)行速度,；采用多功能存儲(chǔ)卡-MMC/SD卡作為存儲(chǔ)介質(zhì),。MMC/SD卡內(nèi)置控制電路，可應(yīng)用于手機(jī),、數(shù)碼相機(jī),、MP3等多種數(shù)字設(shè)備，反復(fù)記錄30萬次,，具有較高的性價(jià)比,；液晶顯示屏采用OCM12864點(diǎn)陣液晶顯示模塊,，由單片機(jī)時(shí)序控制，具有8位數(shù)據(jù)線,、6條控制線和電源線,。

　　3.1 MMC/SD卡接口電路

　　MMC/SD卡在音頻信號發(fā)生器系統(tǒng)中是以數(shù)字量形式存儲(chǔ)音頻信息。MMC/SD卡有兩種工作模式,，即MMC/SD模式和SPI模式,。從實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)，SPI模式設(shè)計(jì)簡單,，操作方便,，但數(shù)據(jù)傳輸速率不如MMC/SD模式，本系統(tǒng)采用SPI模式,。MMC/SD卡工作在SPI模式下,，其各個(gè)引腳功能的定義，如表1所示,。CS是MMC/SD卡的片選線,，在SPI模式下，CS必須保持低電平有效,；DI不但傳輸數(shù)據(jù),，還發(fā)送命令，傳輸方向是由單片機(jī)到MMC/SD卡,；同樣DO除了發(fā)送數(shù)據(jù)外還傳送應(yīng)答信號,，傳輸方向是由MMC/SD卡到單片機(jī)；SCLK是操作MMC/SD卡的時(shí)鐘線,。將C8051F330的相應(yīng)交叉開關(guān)配置為SPI模式,，與MMC/SD卡對應(yīng)的引腳連接。針對SPI總線線路上增加了上拉電阻,。MMC/SD卡與單片機(jī)接口電路,。如圖2所示。

　　3.2 上位機(jī)和單片機(jī)通信

　　上位機(jī)采用Lab Windows/CVI軟件通過串口向單片機(jī)發(fā)送音頻信息,。單片機(jī)將接收到的信息數(shù)據(jù)寫入MMC/SD卡。Lab Windows/CVI軟件的音頻信息是由WinHex軟件將原始文件轉(zhuǎn)換成16進(jìn)制的數(shù)字量,，該軟件可對多種語音信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換,。上位機(jī)與單片機(jī)的通信是通過RS232串口通訊器件完成的。當(dāng)上位機(jī)與音頻信號發(fā)生器相距較遠(yuǎn)．不能直接用RS232器件將其連接時(shí),，可將RS232轉(zhuǎn)換為CAN,，通過CAN總線實(shí)現(xiàn)串口設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。RS232標(biāo)準(zhǔn)電平采用負(fù)邏輯,，規(guī)定+3 V～+15 V的任意電平為邏輯“0”電平,，-3 V～-15 V的任意電平為邏輯“1”電平,。而CAN信號則使用差分電壓傳輸，2條信號線稱為“CAN_H”和“CAN_L”,，靜態(tài)時(shí)均為2.5 V,，此時(shí)狀態(tài)表示為邏輯“1”，也可稱為“隱性”,；CAN_H比CAN_L高時(shí)表示邏輯“0”,，稱為“顯性”。顯性時(shí),，通常為：CAN_H=3.5 V,，CAN_L=1.5 V。

　　RS232串口的幀格式：1位起始位,，8位數(shù)據(jù)位,，1位可編程的第9位(此位為發(fā)送和接收的地址/數(shù)據(jù)位)，1位停止位,。而CAN的數(shù)據(jù)幀格式：幀信息+ID+數(shù)據(jù)(分為標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀兩種格式),。

　　3.3 信號調(diào)理電路

　　存儲(chǔ)在MMC/SD卡中的數(shù)據(jù)是音頻信號發(fā)生器的源代碼。單片機(jī)將這些數(shù)據(jù)從MMC/SD卡中讀出,，經(jīng)過單片機(jī)內(nèi)部數(shù)模轉(zhuǎn)換,，以模擬量的形式從P01輸出。該模擬信號經(jīng)信號調(diào)理電路可外接耳機(jī)或音響播放十幾種音律,。信號調(diào)理電路如圖3所示,。由P01輸出的信號經(jīng)LM324放大后，由多個(gè)LM324并聯(lián)實(shí)現(xiàn)信號跟隨和功率驅(qū)動(dòng),。圖中只畫出了2個(gè)跟隨器,，實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)需要可以并聯(lián)10多個(gè)信號跟隨器。

　　4 軟件設(shè)計(jì)

　　4.1 系統(tǒng)初始化

　　系統(tǒng)初始化可完成C8051F330的I/O口,、晶體振蕩器,、SPI總線和C8051F330片上串口的初始化設(shè)置。用C語言編寫的程序代碼如下：

　　4.2 MMC/SD卡初始化

　　MMC/SD卡上電后默認(rèn)為MMC/SD模式,，要使MMC/SD卡工作在SPI模式下,，在MMC/SD卡初始化時(shí)，當(dāng)片選線(CS)被拉低時(shí)發(fā)送復(fù)位命令CMD0,，如收到應(yīng)答信號01H,，表示已將卡置為閑置狀態(tài)；如收到應(yīng)答信號不是01H,，則表示出錯(cuò),。然后向MMC/SD卡發(fā)送命令CMD1，收到正確的應(yīng)答信號00H之后，才會(huì)使MMC/SD卡進(jìn)入SPI模式,。MMC/SD卡初始化流程如圖4所示,。