一个用STC8H3K64S2做短时间录音+LED灯控制二合一芯片的奇妙想法
本帖最后由 kundi 于 2022-1-4 16:44 编辑我们想要做一个电路，大概功能需求如下：
① 录音时间不少于14秒，采样率优先考虑8k或以上，实在不行就用6k。
② 灯串是铜线灯串，非需要变色版的电路，可以通过按键中断调整灯串闪烁模式，其中包括呼吸灯；如果是可变色版的 ，就直接用IO驱动WS2812灯串，而无需PWM.
现在总体上看，芯片价格比去年中有明显回落，但是不少于14秒（要求6k或以上采样率）的录音芯片却相对比较贵。但便宜的ISD1820是不能用的（6.4k采样率时，长度为10秒）。我常用的wt588f02-16s,现在价格仍然是5元不变，之前没有涨价时还是3.5元，其采样率虽然达到16k，时间长度也远超14秒。之前5元以内（甚至4元）的成本是可以搞定录音芯片和单片机的。但是现在却不行了（即使是会用OTP的单片机）。
我还看到现在录音卡片，录音长度30秒。通过解剖，发现其使用了TR16F064B的16位DSP芯片，外围元件很少，它存储器容量64KB（因此，每个采样应该是4位深度的）,可用作电机控制，语音录放（甚至变音），工作频率可到32MHZ。除此之外，但是能够找到的资料很少，也不知道开发难度怎么样。淘宝上售价为5元一片。
我发现，STC8系列有STC8H3K64S2-tssop20,有12位ADC,以及多路PWM(死区互补对称)，且可通过IAP来划分EEPROM区域，有5个定时器（假设我用TIMER0及其中断，作为录放音采样的采样频率基准），工作频率也达到了45MHZ，还有MDU16的乘除法运算器。现在价格为2.7元，即使是去淘宝上买三五个也是这个价。
于是，我就想利用STC8H3K64S2 TSSOP20,把录音功能和灯串控制做到这一个芯片上。录放音方面，优先考虑8k（周期0.125ms)采样率（万一运算能力如果在45MHz主频下不行，可以考虑6k）。4位深度（即4位无符号PCM)，一个字节存储两个采样（高4位前一个采样，低4位后一个采样），如果只占用60KB的片内EEPROM长度作为录音内容，那么时间长度就是60KB*2（一个字节装两个采样）/8k(采样率）=15秒。另外，还要至少1个512字节扇区作为灯串模式存储和末尾地址SUMLENGTH。程序代码长度控制在3K以内
电路图如下，但是，没有画出麦克风放大器和低通滤波器电路（这部分成本也就几毛钱）。
我个人认为，工作过程如下。
录音过程：当KEY1按下不放超过1秒时，就对EEPROM区域进行擦除（经过计算，用时不超过1秒），然后通过SPWM使得喇叭发出一声滴声，提示录音开始，定时器0开始工作，其中断被使能。麦克风输出的信号经过放大和低通滤波（有源）后，输入单片机的ADC0。每次计时器0中断，在TIMER0的中断函数中的录音部分，启动ADC转换一次并且获取一个采样原始值，并且按照A律13折线压缩量化的方式（保证信噪比），得到一个4位的无符号样值。每凑够两个样值写一个字节，样值数是奇数的最后一个样值就存一个字节。当松开KEY1（录满了）后，停止定时器0计数和中断失能，录音停止，喇叭通过SPWM使得喇叭响两声，停止并记忆末尾地址SUMLENGTH在EEPROM中。
放音过程：当KEY1按下（未超过1秒），先使灯串按照预设花样发光（PWM或驱动WS2812)，然后会启动定时器0计数，并且使能SPWM工作，并且使能其中断。在其中断服务函数TIMER0中的放音部分，每读到一个4位样值，就会使得SPWM的脉冲宽度发生改变，如此往复从而通过喇叭还原录音内容。当地址计数值达到SUMLENGTH后，停止播放。
其他：喇叭可串联个小电阻以免损坏单片机。灯串发光模式可在非录音进行时通过KEY2中断修改，并且把修改的花样存储在EEPROM指定位置.
我之前也有这种想法，但一直没时间去实践出来。期待你的结果 本帖最后由 kundi 于 2022-1-4 17:32 编辑
ecbm 发表于 2022-1-4 17:16
我之前也有这种想法，但一直没时间去实践出来。期待你的结果
我觉得最需要解决的核心问题是，在最高主频45MHz下，在0.125ms(1/8000秒，实在不行改用6k采样率)之内能否完成一次：ADC采样，ADC软件压缩量化（用if-else if结构），以及存储样值与计数的过程。这个核心问题解决了，实现就不难了。
注：45MHz下，0.125ms内有0.125*45,000,000Hz=5,625,000个时钟周期。 音频输出输入需要调理电路吧，不然幅值过小不能完全利用ADC区间和PWM阻抗匹配。 kundi 发表于 2022-1-4 17:28
我觉得最需要解决的核心问题是，在最高主频45MHz下，在0.125ms(1/8000秒，实在不行改用6k采样率)之内能否 ...
（1）stc中断到192khz轻轻松松，毕竟是1t 8051，除了中断外的时间不是很多了，（2）dsp应该做了压缩，不可能直接存raw，4bit lz恐怕不知道什么概念，那听到的全部是电流刺啦声。（3）lz说的那个芯片如果是音频专用芯片，那么必然有专门的语音压缩核，（4）用单片机adc搭录音笔的最大问题在于，输入音量/agc/运放的问题。声音信号的衰减是距离的3次方反比？，也就是说这个agc才是大头。如果不做好agc，那么录到的声音完全没法听了。 这个奇妙想法看来真奇妙，
我主要是觉得为啥非得是录音14秒以上呢{:lol:}
10秒15秒一般来说不是更好理解嘛，我觉得就这里挺奇妙的了 录音芯片现在这么贵，我手上还有一堆sop16的，是MP3录音，64kbps最高，也支持解码播放，不过需要自己加flash或者tf卡，支持电脑接usb出u盘管理文件，当时买的时候好像才三块多 mic是模块的吧里面已经有放大ic lb0857 发表于 2022-1-4 20:12
mic是模块的吧里面已经有放大ic
一般的电容咪头，里面就一个JFET做阻抗变换而已，本身放大作用不大。所以说我就要补充运放电路 我经常做语音，楼主方案没有问题。
STC8系列带12位ADC的，其噪音非常低，做数字录音非常好。
我常用方案是，带12位ADC的MCU+8腿FLASH+LMV358放大咪头和输出滤波，FLASH用512K~16MB都有。
声音编码我常用A率或ADPCM，语音采样8K，声音要比较好久用16K，比如8K采样，A率码率是8KB/S，ADPCM是4KB/S，FLASH用512K~16MB可以保存64~4096秒，音质吊打一般的语音芯片。要更好的输出音质可以用一片几毛钱的立体声DAC PT8211或TM8211。
还可以做数字对讲机，用一个带PA的2.4G模块，野外无遮挡500~1000米，编码使用软件CVSD（影视霉菌用的那种对讲机，特有的音色，有点沙沙的），码率16kbit/S（2KB/S），误码率达到10%都不影响听懂，小声说话到大喊大叫都不会明显破音。 本帖最后由 kundi 于 2022-1-5 12:31 编辑
小李非刀 发表于 2022-1-5 11:24
我经常做语音，楼主方案没有问题。
STC8系列带12位ADC的，其噪音非常低，做数字录音非常好。
我常用方案是 ...
如果方便的话，可以“私聊”获取参考代码吗？
我发现现在SPI FALSH售价也就几毛钱，不贵。不过短秒数我认为可以用单片机EEPROM，进一步降低成本。能够把bom成本做到4-5元左右也没什么问题。 不知道有相关参考代码，可以贴上来吗？ 没声卡的DOS时代，玩过一两款游戏，居然通过主板的喇叭010101地发出语音（不是音乐声），虽然很不清晰，但还是可以尝试的。 你单片机就把语音IC的事情做了，而且各方面都要好。那你想想为什么语音芯片在市场上存在了这么多年时间。 face9 发表于 2022-1-6 20:54
你单片机就把语音IC的事情做了，而且各方面都要好。那你想想为什么语音芯片在市场上存在了这么多年时间。 ...
原因很简单：便宜！
以前，3毛一片的3秒语音IC，PWM直接接喇叭，玩具大量用。我再2000~2005年，这6年做的东西之一，就是语音IC、录放语音IC、电子琴等等。
但是8位的PWM音质，不好。 小李非刀 发表于 2022-1-7 21:36
原因很简单：便宜！
以前，3毛一片的3秒语音IC，PWM直接接喇叭，玩具大量用。我再2000~2005年，这6年做 ...
STC8H单片机里面是有10位甚至16位PWM的。 小李非刀 发表于 2022-1-5 11:24
我经常做语音，楼主方案没有问题。
STC8系列带12位ADC的，其噪音非常低，做数字录音非常好。
我常用方案是 ...
感谢了收藏了 这是一楼所说的用台湾呈硕TR16F064B的DSP做的录音留言贺卡的背面。 本帖最后由 kundi 于 2022-1-8 19:30 编辑
小李非刀 发表于 2022-1-7 21:36
原因很简单：便宜！
以前，3毛一片的3秒语音IC，PWM直接接喇叭，玩具大量用。我再2000~2005年，这6年做 ...
我在本论坛找到了ADPCM参考代码。
请问，如果使用STC8H3K的12位ADC和内部高级16位PWM，那么要怎么改此代码？
我绝对觉得512字节可做一组来处理，因为一个扇区就是512字节。
单片机录音与播声音ADPCM算法 https://www.amobbs.com/forum.php?mod=viewthread&tid=5570330 kundi 发表于 2022-1-8 19:29
我在本论坛找到了ADPCM参考代码。
请问，如果使用STC8H3K的12位ADC和内部高级16位PWM，那么要怎么改此代 ...
除了详细看了上面链接的代码。刚刚也看了网上一些说法，感觉编解码时一组512个处理不过来。
不知道一组16个，是否合适。既要保证质量 也要保证速度跟得上 kundi 发表于 2022-1-11 15:10
除了详细看了上面链接的代码。刚刚也看了网上一些说法，感觉编解码时一组512个处理不过来。
不知道一组16 ...
512字节一块，ADPCM的标准做法，但是你可以自己定义块的长度。
ADPCM处理的计算量很小的，512字节一块，现在的STC8系列，用32KHz采样都可以压缩、解压缩ADPCM。 直接pcm就行了，压缩算法是毒药 dhvliyike 发表于 2022-4-21 23:00
直接pcm就行了，压缩算法是毒药
(引用自22楼)
直接PCM，用内部存储不了楼主要求的14秒啊。 小李非刀 发表于 2022-4-22 13:46
直接PCM，用内部存储不了楼主要求的14秒啊。
(引用自23楼)
照他说就只能用外接FLASH才行 外挂Flash，使用TM8211，我用STC8已经实现了22.05K/16bit的播放，主频11.0592MHz。如果主频提高一倍，可以实现44.1K的播放。
BOM成本看Flash大小，以目前的行情做到4元以下没问题。
录音肯定没问题吧，ADC中断就行了。不需要压缩，直接PCM就行。
本帖最后由 dhvliyike 于 2022-4-24 14:37 编辑
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