音頻 來源	頻率	常用 采樣 速率
音調、蜂鳴器	通常是單一頻率的正弦波 3 kHz 范圍	2 至 4 倍于 最大頻率的音調
DTMF	在 500 Hz 和 3 之間的特定 標準頻率的兩個正弦波的加權和kHz	7.2 kHz 或更高
警報	通常是一系列 頻率的隨時間變化的掃描	最大頻率的兩倍
人類語音 /聲音	可以視為信號的加權和 300 Hz 至 3.3 kHz。人類聲音 能夠生成這些頻率	8 kHz,11.02 kHz,16 kHz
音樂和 音樂 樂器	可視為信號的加權和 20Hz 至 20 kHz。人耳 可以感知這些頻率	32 kHz（對大多數 樂器來說已經足夠），44.1 kHz（CD 品質），48 kHz（PC 聲卡）

Audio Source	Frequencies	Popular Sampling Rates
Tones,Buzzers	Usually a sinusoid of single frequency within the 3 kHz range	2 to 4 times the tone with the largest frequency
DTMF	A weighted sum of two sinusoids at specific standard frequencies between 500 Hz and 3 kHz	7.2 kHz or greater
Alarms	Usually a time-varying sweep of a range of frequencies	Twice the largest frequency
Human Speech /Voice	Can be viewed as a weighted sum of signals between 300 Hz to 3.3 kHz.A human voice is capable of generating these frequencies	8 kHz,11.02 kHz,16 kHz
Music & Musical Instruments	Can be viewed as a weighted sum of signals between 20Hz and 20 kHz.A human ear can perceive these frequencies	32 kHz(Good enough for most instruments),44.1 kHz(CD quality),48 kHz (PC soundcards)

 

用于語音級應用的 MCU 由于嵌入式系統中的內存空間（和傳輸帶寬）通常非常寶貴，因此對數據流應用數字壓縮，要么丟棄其中包含的部分信息，要么使用更復雜的編碼算法以更緊湊的方式表示它。壓縮/解壓縮可以使用外部編解碼器或在 MCU 本身上運行的軟件編解碼器來完成。

 

 

圖 1 說明了使用最常用的 ITU (G.7xx) 算法以及 Speex¹ 開源編解碼器壓縮標準 128 kbit/s 音頻流所涉及的質量/數據速率權衡。

 

 

 

特定編解碼器所需的處理能力 (MIPS) 數量與其提供的音頻的壓縮比和質量大致成正比，如表 2 所示。

 

 

幸運的是，即使是廉價的 16 位通用 MCU 也可以輕松支持用于語音處理的簡單軟件編解碼器，例如自適應差分脈沖編碼調制 (ADPCM) 或更簡單的 G.7xx ITU 標準。G.711 算法需要大約 1 MIPS 來處理 2:1 壓縮比的中等質量人類語音。

 

 

G.722 寬帶算法提供更好的音頻質量和 4:1 的壓縮比，同時僅消耗 5 MIPS。這兩種編解碼器都可以輕松地在 16 位 MCU 上得到支持，例如 Freescale 的 HC12 系列、Microchip 的 PIC24F/PIC24H 系列或德州儀器的 MSP430 MCU 系列，并為監控代碼或其他應用提供足夠的儲備。

 

 

除了常見的電話和 VoIP 應用之外，這些廉價的技術還可以利用許多嵌入式系統中剩余的 MIPS，為煙霧探測器、報警系統或運動和工業設備添加音頻警報（甚至語音合成）。

 

 

 

表 2：常用語音編解碼器的處理要求。（由 Microchip Technology 提供）。 用于音樂應用的 MCU 解碼大多數流行媒體播放器中使用的 MP3/4 流的處理和內存要求明顯高于前面討論的語音級應用。

 

對于光盤 (CD) 質量的音頻，標準是 16 位分辨率和 44.1 kHz 采樣率，許多應用使用 24 位，采樣率為 96 kHz 或更高。許多設計還需要支持 Microsoft 的 WMA 和 Apple 的 AAC 解碼，這需要更多的處理能力。

 

 

因此，使用專用音頻解碼器（如 ROHM 的 BU9457KV 或 Cirrus Logic 音頻解碼器）實現這些復雜的編碼方案通常更具成本效益，該解碼器產生串行 PCM 數據，饋送到集成 D/A 級或片外音頻編解碼器，如 Cirrus Logic 的 CS4270 或 NXP 的 UDA1341TS。

 

 

盡管如此，低成本 MCU 仍可在消費音頻領域發揮重要作用，通常是通過管理音頻配件（如擴展塢和數字揚聲器組）中的數字音樂流（圖 2）。在這些應用中，每 1 毫秒就會通過處理器的 SPI/I²C 串行通道之一到達一幀 PCM 音頻數據（封裝在 USB 音頻類格式中）。

 

 

USB 音頻類數據格式還提供對音量、音調、增益控制和均衡器等常見功能的控制。

 

 

圖 2：在音頻基座中，低成本 MCU 可用于執行格式轉換、采樣率調整和流管理，以及支持基座的用戶界面。（由 Microchip Technology 提供。）

根據源的不同，音頻流可能以幾種格式之一到達（即左對齊、右對齊、I2S 等），并且一些低成本編解碼器只能接受特定格式。在這些情況下，MCU 必須確保數據在饋送到編解碼器之前正確對齊。由于并非所有音頻源都使用相同的采樣率，因此編解碼器必須根據源調整其采樣頻率或依靠 MCU 將采樣數據流轉換為通用數據速率。

 

 

在這些使用低成本編解碼器的情況下，它通常沒有自己的緩沖區，因此 MCU 還必須管理流以避免出現過低或過高的運行條件，否則會導致數據丟失導致的靜音、爆音和音頻不連續。

 

一些 16 位 MCU 和幾乎任何 32 位 MCU 都能夠提供 40 MIPS 或更高的處理能力，支持音頻底座中的流管理、緩沖和格式轉換。一些制造商（如 Microchip）增加了特殊功能，可以降低實施成本。例如，Microchip 的 MX2 系列中的一些 MCU 具有專門針對此類應用的內存大小，并具有 I²C 參考時鐘輸出。這使 MCU 能夠提供采樣率時鐘（主時鐘），從而無需使用帶有集成或外部 PLL 的更昂貴的編解碼器。

 

在需要完全可編程解決方案的應用中，可以使用通用 MCU（通常為 16 位）執行 MP3/4、AAC 或 WMA 解碼，該 MCU 可以提供 40 MIPS 或更高的通用 RISC 處理能力。這些應用程序的應用程序代碼通常占用 128k 的閃存，最多可能需要 48k 的 RAM，再加上用于其他功能（如用戶界面或播放器小型 LCD 的簡單圖形處理）的內存。例如，Atmel 的 AT32UC3 系列 MCU 也專為各種消費音頻應用而設計，包括擴展塢、解碼器/播放系統和 USB 音頻類設備（圖 3）。

 

 

 

圖 3：Atmel 多功能 AT32UC3 系列可用作音頻擴展塢、MP3、WMA 和 AAC 音頻解碼器/播放系統或 USB 音頻類設備的基礎。（Atmel 提供）

 

另一種選擇是使用所謂的數字信號控制器 (DSC)，它具有支持乘法累加 (MAC) 操作的擴展指令集和硬件加速器，使其具有類似 DSP 的功能。DSP 增強型 MCU（如 Freescale 的 56800/E、Microchip 的 dsPIC 30 系列、STMicro 的 ST10 處理器）需要更少的指令來執行等效的編碼/解碼功能，從而釋放資源以用于其他一些功能，如速率自適應、高級過濾和均衡算法。

 

入門

大多數制造商通過提供特定于應用程序的開發套件（在一個方便的軟件包中包含所有必要的硬件、軟件和開發工具）來輕松開始數字音頻項目。其中一個例子是 Microchip 為其 PIC32 MX1 和 MX2 系列提供的 DM320013 音頻開發套件（圖 4）。這個靈活的 USB 供電平臺預裝了音頻播放器的演示代碼，具有高品質音頻功能，包括 24 位音頻錄制和播放、USB 數字音頻、MP3 解碼和采樣率轉換，以及對基本用戶界面開發的支持。

 

 

 

圖 4：PIC32 MX1/MX2 入門套件 (DM320013) 專為開發高品質音頻應用和帶有 mTouch 按鈕的基本用戶界面而設計。（由 Microchip Technology 提供。） Atmel 還提供多種特定應用的開發套件，包括 EVK1104，它包含 Hi-Fi 音頻解碼和流媒體應用的所有元素。

 

 

該板基于 Atmel 的 AT32UC3A3256AU 32 位微控制器構建，包括高速 USB On-The-Go (OTG) 接口、雙 SD 卡接口、ECC NAND 閃存和立體聲 16 位 DAC。該套件還包含用于播放大容量存儲設備中的 MP3 文件的參考固件，并演示了 Atmel 的專利 QTouch 電容式觸摸控制。對于擴展塢，Atmel 的 EVK1105 包含用于控制和從 iPod、iPhone 和 iPad 設備進行數字音頻流傳輸的所有必需參考硬件和軟件。

 

 

我們推薦一款應廣科技語音單片機,

應廣單片機語音控制IC芯片開發應用設計 語音OTP燒錄芯片

廣PMS132/B單片機簡介

　　通用 OTP 系列

　　不建議使用于AC 阻容降壓供電或有高EFT要求之應用

　　工作溫度范圍： -20°C ~ 70°C

應廣PMS132/B單片機特性

• 　　2KW OTP 程序儲存器；
• 　　128 Bytes 數據儲存器；
• 　　一個16位定時器；
• 　　兩個8位定時器(可做為PWM產生器)；
• 　　三個11位硬件PWM生成器；
• 　　提供一個比較器；
• 　　支持乘法指令 (1T 8×8)；
• 　　14 個IO 引腳帶有上拉電阻選項；
• 　　每個IO 引腳都可設定喚醒功能
• 　　Band-gap 電路提供1.2V 參考電壓；
• 　　12信道12位ADC，其中一個通道來自于內部 band-gap 參考電壓或 0.25*VDD；
• 　　提供ADC 參考電壓：外部輸入，內部VDD，Band-gap 1.2V，4V，3V，2V；
• 　　時鐘源：內部高頻RC震蕩器，內部低頻RC震蕩器和外部晶體震蕩；
• 　　對所有帶有喚醒功能的IO，都支持2種可選擇地喚醒速度：正常喚醒與快速喚醒；
• 　　八段LVR 復位電壓設定: 4.0V, 3.5V, 3.0V, 2.75V, 2.5V, 2.2V, 2.0V, 1.8V；
• 　　四個可選擇的外部中斷引腳。

應廣PMS132/B單片機CPU 特性

• 　　單一處理單元工作模式；
• 　　提供87 個有效指令；
• 　　1T(單周期)指令；
• 　　可程序設定的堆棧指針和堆棧深度；
• 　　數據存取支持直接和間接尋址模式,用數據存儲器即可當作間接尋址模式的數據指針(index pointer)；
• 　　IO 地址以及儲存地址空間互相獨立