WAVE播放器191用单片机实现WAVE数字音频播放.PDF

第19章 实用公交车语音报站器—WAVE播放器 第 19章 实用公交车语音报站器－WAVE 播放器 在本章中将介绍另一个完整的应用设计实例——实用公交车语音报站器，它实质是一个 专用 WAVE 播放器。尽管硬件系统相对比较简单，但它需要了解掌握更多、更广泛和高层次 的相关基础知识、协议、以及软件系统的设计能力。 本系统硬件上仅为一片ATmega16，使用其内置SPI口与 SD/MMC卡连接通信，同时通过 PWM 方式实现 DAC，用于产生和输出音频数据。软件主要包括有：根据 SD/MMC白皮书阐释的 SPI 模式实现对 SD/MMC 卡操作，移植支持 FAT12/16/32 格式的小型开源 Petit FatFs 文件 系统，和上层的按键选曲等部分。 该报站器能够根据用户的按键控制和选择，流畅的读取存储在 SD/MMC 卡上，采样率为 44.1Khz、8位PCM编码的WAVE格式音频文件，并以相同的速度和位率转换成模拟音频播放， 具备比较好的音质。 19.1 用单片机实现 WAVE 数字音频播放 数字音频技术现在已经全面替代了模拟音频技术，常见的 mp3、wav 文件是大家熟知的 数字化音频文件。本节先介绍与数字音频相关的基础知识，然后使用一片ATmega16，利用8 位PWM功能来实现数字音频播放。 19.1.1 数字音频基础知识介绍 数字音频技术的基本原理和处理方法，就是采用 ADC模数转换器，对模拟的音频信号进 行采样、量化、编码后转换成数字化的音频数据和文件进行保存。当然，在播放的时候，还 需要将数字化的音频数据经过DAC数模转换器，恢复到模拟信号形式由发声器件播放出来。 根据音频信号的应用范围的不同，模拟音频数字化ADC过程中采用的采样频率和量化精 度也是不同的，通常的标准如表19-1所示。 适用领域 模拟信号的频率范围 ADC 采样频率 ADC 量化位数 电话音质 2 ～ 4KHz 8KHz 8bit 广播音质 50Hz ～ 11KHz 22.05KHz 8～12bit CD音质 20Hz ～ 20KHz 44.1KHz 16bit 表19-1 不同音质的数字音频标准 从表 19-1中可以看到，根据采样定理，针对不同音质的音频信号，数字音频 ADC 的采 样频率都是模拟信号最高频率的2倍。另外音质要求越高，ADC量化位数也越高。实际上人 的耳朵对 1/256 级（8 位）精度的变化基本上已经分辨不出了，但对于 CD 音质，还是采用 了 16 位的量化位数，精度达到 1/65536。很明显，音质越高的数字音频，数据量也越大。 对于 1 秒钟的音频信号，如果是电话质量的数字音频，其数据量是 8K 个字节，一个字节存 放一个采样点的电平值。而要获得 CD 音质，1 秒钟的采样数据就需要 88.2K 个字节存放， 如果是双声道立体声，数据量就是176.4K字节/秒。 最典型的数字音频数据文件就是wav类型的文件，它通常采用最原始的PCM 编码方式存 华东师范大学 通信工程系 马 潮 19-1 第19章 实用公交车语音报站器—WAVE播放器 放每个采样点的原始数据，没有经过任何的压缩处理。现在配有声卡（不管是集成或独立） 的 PC 计算机都有麦克风插口，在 WINDOWS 平台的支持下，可以进行录音，把声音变成数字 音频文件保存在电脑中。这个文件就是将一个一个原始采样按顺序记录保存的 wav 格式文 件。因此，只要按照采样频率的速度，把这些音频数据一个一个的读出后，通过 DAC 转换成 模拟信号，就可以得到还原的声音了。 19.1.2 WAVE 数字音频文件格式 WAVE格式的文件（扩展名为wav）是多媒体数字音频中使用的基本音频文件格式之一， 它是以 RIFF 格式为标准的。RIFF 是英文 Resource Interchange File Format 的缩写，每 个WAVE 文件的头四个