數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)的設(shè)計

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1、數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)的設(shè)計班級:電信1202姓名:吳建亮學(xué)號:201203090224一、設(shè)計題目設(shè)計一個數(shù)字語音存儲與回放系統(tǒng),其系統(tǒng)框圖如圖圖1.1所示。設(shè)計要求如下:語音錄放時間≧60s;語音輸出功率≧0.5W,回放語音質(zhì)量良好;設(shè)置“錄音”、“放音”鍵,能顯示錄放時間;采用語音壓縮算法,在不增加存儲器容量的基礎(chǔ)上增加錄放時間。圖1.1數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)框圖二、方案設(shè)計數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)的基本原理:語音的存儲與回放系統(tǒng)將語音信號轉(zhuǎn)化為電信號,經(jīng)放大、濾波處理后通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字

2、信號,然后將數(shù)字化的語音信號存放在大容量的存儲器中;回放時,從存儲器中取出數(shù)字化的語音信號,經(jīng)D/A轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化為模擬信號,經(jīng)濾波放大后驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。如圖2.1所示為以C8051F360為核心的語音存儲與回放系統(tǒng)原理框圖。圖2.1語音存儲回放系統(tǒng)原理框圖三、模擬子系統(tǒng)設(shè)計1.語音輸入通道電路的設(shè)計在語音存儲與回放系統(tǒng)中,通過麥克風(fēng)將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號。麥克風(fēng)內(nèi)部含有一個電容元件和場效應(yīng)管構(gòu)成的內(nèi)部前置放大器。電容隨機(jī)械振動發(fā)生變化,從而產(chǎn)生與聲波成比例的變化電壓。麥克風(fēng)在使用時需要通過一個電阻R1連接

3、到電源對其進(jìn)行偏置。R1的阻值決定了麥克風(fēng)的輸出電阻和增益,通常在1~10kΩ之間。麥克風(fēng)輸出的電信號比較微弱,信號增值在1~20mV之間。前置放大器就是對麥克風(fēng)輸出的語音信號進(jìn)行放大一邊對其進(jìn)一步處理。前置放大電路有兩種設(shè)計方案。一種方案是針對雙麥克風(fēng)設(shè)計的前置放大器,由一級差分放大器和一級增益可調(diào)反向放大器組成的設(shè)計方案。本次系統(tǒng)設(shè)計中,為了是器材簡單,使用了后一種。語音存儲與回放系統(tǒng)中,模擬量輸入通道和輸出通道均需要帶通濾波器。帶通濾波器的通帶范圍為300Hz~3。4kHz,主要實(shí)現(xiàn)的功能如下:(1)

4、保證300Hz~3。4kHz的語音信號不失真的通過濾波器。(2)濾除帶通外的低頻信號,減少工頻等分量的干擾,減小噪聲影響。(3)濾除帶通外的告辭諧波信號,減少因8kHz采樣率引起的混疊失真,根據(jù)實(shí)際情況,該上限頻率在2.7kHz左右。根據(jù)上述條件設(shè)計的語音輸入通道如圖3.1所示。圖3.1語音輸入通道2.語音輸出通道設(shè)計當(dāng)語音回放是,語音信號從C8051F360單片機(jī)的IDA0輸出。IDA0輸出的語音心哈既包含了直流分量,也包含了由于最小分辨電壓產(chǎn)生的高頻噪聲。因此在語言輸出通道應(yīng)設(shè)置帶通濾波電路。為了能提供

5、0.5W的功率輸出,語音信號還要經(jīng)過功放電路進(jìn)行功率放大。為了簡化電路設(shè)計,語音輸出通道選用了濾波和功放二合一的設(shè)計方案,其原理圖如圖3.2所示。圖3.2語音輸出通道電路原理圖四、大容量存儲接口設(shè)計M25P16與C8051F360單片機(jī)的接口如圖4.1所示。通過交叉開關(guān)將4線制SPI總線配置到P3.1、P3.2、P3.3、P3.4引腳上,分別與M25P16的時鐘輸入端C、數(shù)據(jù)輸出端Q、數(shù)據(jù)輸入端D和片選信號相連。圖4.1中的為寫保護(hù)引腳,用于防止芯片內(nèi)某些區(qū)域的數(shù)據(jù)被擦除或修改,當(dāng)接高電平時,寫保護(hù)功能無效

6、。M25P16的引腳為保持信號,低電平時用于暫停芯片的串行通信。圖4.1C8051單片機(jī)和M25P16的接口五、系統(tǒng)軟件設(shè)計語音存儲回放系統(tǒng)軟件的基本功能是通過按鍵控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)錄音和放音。錄音時,采集語音信號并將采集的數(shù)據(jù)存入M25P16中,放音時,從M25P16中讀取數(shù)據(jù)送入DAC,系統(tǒng)分為以下幾個框架:(1)人機(jī)接口的功能設(shè)計;(2)鍵盤處理程序設(shè)計;(3)M25P16的讀寫方案設(shè)計;(4)A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的控制;(5)擦除、錄音和放音及時;(6)C8051F360單片機(jī)內(nèi)部資源的使用;在語音存儲與

7、回放系統(tǒng)中,需要使用C8051F360單片機(jī)的ADC0、IDA0、SP10、定時器T0、定時器T1、定時器T2等資源,因此,在主程序的初始化程序中,需要對這些內(nèi)部資源初始化。根據(jù)上述分析。語音存儲回放系統(tǒng)的軟件由主程序、鍵盤中斷服務(wù)程序、ADC0中斷服務(wù)程序、定時器T1中斷服務(wù)程序、定時器T2中斷服務(wù)程序組成。主程序流程圖5.1所示。在主程序中完成初始化然后循環(huán)檢測有無按鍵輸入,并根據(jù)鍵值做相應(yīng)的處理。中斷程序如圖5.2、圖5.3和圖5.4所示。詳細(xì)的程序請見附件。圖5.1主程序流程圖圖5.2T2中斷服務(wù)程

8、序圖5.3ADC0中斷服務(wù)程序圖5.4T1中斷服務(wù)程序一、系統(tǒng)調(diào)試1.單片機(jī)部分的調(diào)試單片機(jī)部分的調(diào)試主要是對系統(tǒng)部分進(jìn)行調(diào)試,將EC5仿真器將單片機(jī)最小系統(tǒng)與PC機(jī)相連,采用C8051F單片機(jī)的集成開發(fā)環(huán)境KeilC51進(jìn)行調(diào)試,主要步驟如下:(1)調(diào)試鍵盤顯示程序;(2)測試單片機(jī)對M25P16讀寫是否正常;(3)測試C8051F360單片機(jī)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換器;2.模擬部分的調(diào)試(1)麥克風(fēng)和前置放大器的

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