基于单片机的语音存储及回放系统课程设计设计(毕业设计)完整版

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电子与信息工程学院

综合实验课程报告

课题名称 专 班 业 级

基于单片机的语音采集及回放系统设计 基于单片机的语音采集及回放系统设计 电子信息工程 07 电子 2 班

学生姓名 学 号 宋杨

指导教师

2010 年

7

月 5

日

1 总体设计方案介绍： 总体设计方案介绍： 介绍

语音编码方案： 1.1 语音编码方案： 人耳能听到的声音是一种频率范围为 20 Hz～20000 Hz ,而一般语音频率最 高为 3400 Hz。 语音的采集是指语音声波信号经麦克风和高频放大器转换成有一 定幅度的模拟量电信号,然后再转换成数字量的全过程。根据“奈奎斯特采样定 理” 采样频率必须大于模拟信号最高频率的两倍， 由于语音信号频率为 300～ , 3 400 Hz ,所以把语音采集的采样频率定为 8 kHz。从语音的存储与压缩率来考 虑，模型参数表示法明显优于信号波形表示法[4]。但要将之运用于单片机，显然 信号波形表示法相对简单易实现。基于这种思路的算法，除了传统的一些脉冲编 码调制外，目前已使用的有 VQ 技术及一些变换编码和神经网络技术，但是算法 复杂，目前的单片机速度底，难以实现。结合实际情况，提出以下几种可实现的 方案。 （1）短时平均跨零记数法 不易实现。 （2）实时副值采样法 采样过程如图 2.1 所示。 该方案通过确定信号跨零数，将语音信号编码 为数字信号，常用于语音识别中。但对于单片机，由于处理数据能力底，该方法

抽样

量化

存储

图 2.1 采样过程

具体实现包括直存取法、 欠抽样采样法、 自相似增量调制法等三种基本方法。 其中第三种实现方法最具特色， 该方法可使数据压 1： 4.5， 既有 ?M 调制的优点， 又同时兼有 PCM 编码误差较小的优点，编码误差不向后扩散。 1.2 A/D、D/A 及存储芯片的选择 、 单片机语音生成过程,可以看成是语音采集过程的逆过程,但又不是原封不动 地恢复原来的语音,而是对原来语音的可控制、可重组的实时恢复。在放音时,只 要依原先的采样直经 D/ A 接口处理,便可使原音重现。 （1）A/D 转换芯片的选择 根据题目要求采样频率 fs=8KHZ，字长=8 位， 可选择转换时间不超过 125μs 的八位 A/D 转换芯片。 目前常用的 A/D 转换实现的

方法有多种，鉴于转换速度的要求，我们采用 A/D 转换芯片 AD574。该芯片是 高速 12 位逐次比较型 A/D 转换器，内置双极性电路构成的混合集成转换显片， 具有外接元件少，功耗低，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功 能，只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的 A/D 转换[5]。 （2） 转换芯片的选择 D/A D/A 转换芯片的作用是将存储的数字语音信号 转换为模拟语音信号，由于一般的模拟转换器都能达到 1μs 的转换速率，

足够 满足题目的要求，故我们在此选用了通用 D/A 转换器 DAC0832。 （3）数据存储器的选择 当采样频率?s=8KHZ，字长为 8 位时，一秒钟的 语音需要 8K 字节的存储空间，则存储器至少需要有 80k × 8 容量。在这里我们选 用闪速存储器 AT29C040 作为存储器，一片该芯片可存储 60 秒钟的语言。

1.3 系统总体结构

数字化语音存储与回放系统的基本思想是通过拾音器将声音信号转化成电 信号，再经过放大器放大，然后通过带通滤波器滤波，模拟语音信号通过模数转 换（A/D）转换成数字信号，再通过单片机控制将数据从存储器中读出，然后通 过数模转换（D/A）转换成模拟信号，经放大再扬声器或耳机上输出。 整个系统框架图如图 3.1 所示：

电源电路 增益放大器 拾音器

键盘设定

89C51 单 片

数据显示

存储器

机

A/D 转换电路

带通滤波器

耳 D/A 转换电路 带通滤波器 输出放大器 机

图 3.1 整体框图

系统组成如图所示,由输入通道、AT89C51 单片机和输出通道三部分组成。输 入通道部分由拾音器、 前置放大电路和带通滤波器组成； 输出通道由带通滤波器、 拾音器输出的毫伏信号实测其范围约为 20~25mV， 此电信 后级放大电路组成[9]。

号太小不能够进行采样，后级 A/D 转换输入信号的动态范围为 0~5V，语音信号 的范围与采样范围的比较得出放大器的放大倍数应为 200 倍左右， 此处将信号通 过一增益为 46dB 的放大器，将其放大到伏特量级，输出级放大电路亦采用这种 电路，两级放大电路都采用增益可调的典型电路。考虑到语音信号的固有特点， 将低于 300Hz 和高于 3.4kHz 的分量滤掉后语音质量仍然良好。此处将其通过一 增益为 46dB 的放大器，因此，将带通滤波器设计为典型的 300Hz~3.4kHz,输出 级带通滤波器亦为 300Hz~3.4kHz,这样既可滤掉低频分量又可滤掉 D/A 转换带来 的高频分量， 很好的滤除掉噪声。 根据奈奎斯特抽样定理知欲使采样信号无失真， 抽样频率最低为 6.8kHZ，考虑到留有一定的余地，这样就足够保证语音质量。 经量化后，微处理器将数据存到处理器，需要时再将其回放，存入与放出由开关 通过微处理器来控制实现。存储器的容量选择视所存语音信号的时间长短而定。 为了使 A/D 的输入信号稳定在其动态范围内，在输入级加上了自动增益控制电 路，同时也使音量稳定。 2 硬件电路设计： 硬件电路设计：

2.1 拾音器

拾音器是一种声传感器， 声传感器是把外界声场中的声信号转换成电信号的 传感器。它在通讯、噪声控制、环境检测、音质评价、文化娱乐、超声检测、水 下探测和生物医学工程及医学方面有广泛的应用[10]。它的种类很多，按其特点 和频率等，将它划分为超声传感器、声压传感器和声表面波传感器等。单纯的磁 性拾音器工作的电学原理为当声音在铜丝绕制的线圈内震动切割被该线圈所缠 绕的磁芯产生的磁感线时，线圈内感应出电信号并流出。感应

电流的强弱取决于 切割磁感线的多寡（振幅） 、切割频率（震动频率）和磁感线自身的强弱。 拾音器包括拾音头（换能装置、唱针）和音臂等附件。其换能装置主要有压 电式、电磁式、电容式以及半导体等[11]。电磁式拾音头，用电磁感应原理，将机 械振动变换成电信号的幅度响应拾音头。主要由线圈和磁钢等组成。唱针耦合在 线圈上的称动圈式，耦合在磁钢上的称动磁式。此外，也有将唱针耦合在衔铁上 的称为动铁式，也称可变磁阻式。在本设计中决定采用动圈式拾音器

2.2 放大器的设计

（１）增益放大器 拾音器输出的毫伏信号实测其范围约为 20~25Mv

此电信号太小不能够进行采样， 后级 A/D 转换输入信号的动态范围为 0~5V， 语音信号的范围与采样范围的比较得出放大器的放大倍数应为 200 倍左右， 此处 将信号通过一增益为 46dB 的放大器，将其放大到伏特量级，输出级放大电路亦 采用这种电路，两级放大电路都采用增益可调的典型电路[12]。为了将从拾音器 获得的微弱语音信号放大,采用两极高输入阻抗的同向放大器,电路图如图所示, 每级放大器的放大倍数按下式计算: AV 1 = 1 + RP1 / R3 AV 2 = 1 + RP 2 / R5

+15 E 2.2uF R2 7 1 8

R1 +15

7 1 3 6 2 NE5534 2 4 5 NE5534 C2 3

M

C1

8

6

OUT

4 R3 R4 POT1 -15 E1 C? 1.0uF -15 R5

5 POT2

图 4.1 增益放大器

（２） 输出放大器

经带通滤波器输出的声音回放信号， 其幅度为 0～5V，

足以用耳机来接收听， 可不接任何放大器。 但考虑到实际中经 …… 此处隐藏：23210字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……