1、 項目六 語音信號采集與回放系統指導老師：xxxxx隊員及年級： xxxxxxxx 院系： 長沙航空職業技術學院電子電氣工程系摘 要：本系統以C8051F120為核心，擴展兩片62256作為RAM存儲器，利用PCM編碼對數據進行壓縮以及回放，盡量的延長錄音時間。前級使用反向放大器、帶通濾波器對信號進行處理，以提高信號存儲質量。后級使用帶通濾波器、功率放大器使信號噪聲減小提高了放音的質量。整機可以實現設計所要求的語音采集以及回放功能，并能達到較高的功能指標。語音存儲與回放系統比較重要的兩個指標是語音的最大錄制時間和語音回放的質量。整個系統在設計中注意低功耗處理和力求高性價比等細節，電路結構簡單，

2、可靠性能高，無論在結構和技術上都具有較好的科學性。關鍵詞：C8051F120 帶通濾波 62256 目錄第一部分：方案論證與選擇- 2 -1.1總體設計框圖- 2 -1.2放大級- 2 -1.3帶通濾波- 3 -1.4存儲器- 3 -1.5模數、數模轉換- 3 -1.6功放芯片- 3 -第二部分 單元模塊電路- 3 -2.1 C8051F120單片機- 3 -2.2語音接收及放大電路- 4 -2.3 帶通濾波器電路- 4 -2.5功放電路- 6 -2.6 電源、按鍵及顯示電路- 6 -第三部分 軟件設計- 7 -3.1程序流程圖- 7 -3.2 A/D,D/A轉換- 8 -3.3 存儲控制-

3、8 -第四部分：系統調試- 8 -4.1聲音輸入與輸出調試- 8 -附錄1 原理圖- 9 -附錄2 PCB板圖- 10 -附錄3 元件清單- 11 -附錄3 組員分工情況- 13 -第一部分：方案論證與選擇1.1總體設計框圖單片機麥克風顯示鍵盤存儲器高通濾波器低通濾波器信號放大AGC電路低通濾波器揚聲器高通濾波器功放電路AD轉換DA轉換圖1.1 總體設計方框圖1.2放大級前級通道用來將話筒輸出的微弱語音信號放大到ADC要求的輸出模擬信號量化范圍內，并盡可能的減少輸入噪聲。前級通道中最重要的是信號放大部分，有以下幾種實現方案。方案一：采用差分放大電路，語音信號通過雙話筒輸入，減少差模輸入，降低溫

4、漂。方案二：直接采用多級運放電路。第一級主要用于減少噪聲干擾，放大倍數不要太高，第二級為可調增益放大，根據實際語音信號選擇調整放大倍數。采用的是741芯片，最通用的反向放大電路。在我們通過仿真和測試后，我們發現從話筒輸出的信號在50mV100mV之間，這對于只有幾個mV的噪聲來說，已經具有比較高地信噪比，而不需要采用方案一，在方案一要求有兩個輸入端，要雙話筒，但如果從兩個話筒中輸入的信號差別不大時，反而減小了信號幅度，降低了信噪比。所以我們決定采用方案二。1.3帶通濾波未來避免不必要的干擾和雜波，系統前向通道和后向通道各設計了一個帶通濾波器，其寬帶為300Hz3.4KHz?？紤]到電路的復雜性和

5、效率問題，我們通濾波器采用一級高通濾波和一級低通濾波構成。且都為一階有緣濾波器。其性能良好，電路簡單。1.4存儲器存儲器采用兩塊62256構成。62256是32K的低功耗靜態RAM存儲器，如果不采用任何壓縮技術，兩塊62256也可以存儲并回放8s時間。1.5模數、數模轉換由于語言信號的寬帶是300Hz3.4KHz,故根據抽樣定理至少要6.8K的采樣率，實際中一般是8K的采樣率，用8051F120的內部AD轉換（8位方式）就能達到這一要求。DA也用單片機內部資源來完成。1.6功放芯片選用美國國家半導體公司生產的LM386。靜態功耗低，約為4mA，可用于電池供電； 工作電壓范圍寬，4-12V 或

6、5-18V； 外圍元件少； 電壓增益可調，20-200；并由失真度低等特點 第二部分 單元模塊電路如圖1.1和圖1.2所示，整體電路由C8051F120單片機、LCD12864液晶、62256存儲、語音信號接收、語音信號放大、帶通濾波等電路組成，而報警電路使用蜂鳴器。2.1 C8051F120單片機C8051F120是完全集成的混合信號片上系統型MCU。具有64個數字I/O引腳，高速性能流水結構的8051兼容的CIP-51內核；12位、100ksps的ADC、而我們使用的是C8051F120核心板。其核心板的外接電路如圖2.1所示：圖2.1 C8051F120核心板及外接電路2.2語音接收及放

7、大電路 在語音接收后、一級放大器主要是用于減少干擾信號，放大倍數僅為2。第二級中放大倍數最大可調到50，剛好實現20dB至40dB可調。 圖2.2 語音接收、放大電路2.3 帶通濾波器電路聲音信號經過放大后，系統在在對其進行數據采集之前，有必要經過帶通濾波器除外雜波，選定該濾波器的通帶范圍為300Hz至3.4Kz 起作用是：保證3003400Hz的語音信號不失真的通過濾波器；濾波帶外地低頻信號，以減少帶外功頻等分量的干擾，大大減少噪聲影響，該頻率下線可延到270Hz左右；便于濾波帶外的高次諧波，益減少因8Kz采樣率而引起的混疊失真。根據實際情況，該上線頻率可在2700Hz左右。鑒于Butter

8、worth濾波器帶內平坦的影響特征，我們選用二階Butterworth帶通濾波器，電路如圖2.2所示。圖2.3 帶通濾波器2.4存儲電路62256存儲芯片與單片機的P5、 P6、 P7。如圖2.3所示圖2.4 存儲電路2.5功放電路由集成功放LM386及外接元件構成，調節10k的電位器可調節揚聲器的音量。5引腳處10的電阻和0.047uF的電容串聯構成矯正網絡用來進行相位補償。7引腳處的10uF的電容為旁路電容。6引腳處的0.1uF的電容去耦電容，濾掉電源的高頻交流成分。電路如圖2.5所示：圖2.5 功放電路2.6 電源、按鍵及顯示電路電源使用外接正負5V電源。顯示用LCD12864液晶，顯示

9、信息量大利于人觀看。另外四個獨立按鍵用來控制系統工作狀態。兩個LED用來顯示用做電源指示燈。如圖2.6所示：圖2.6電源、按鍵及顯示電路第三部分 軟件設計3.1程序流程圖系統初始化開始判斷鍵值判斷是否有按鍵按下按鍵1按鍵2按鍵3按鍵4開始錄音邊錄邊放退出頁面播放錄音3.2 A/D,D/A轉換采用C8051F120單片機內部轉換模塊實現AD,DA 轉換AD采用八位 3.3 存儲控制原先我們想采用62256 的復用模式，但由于各種原因最終沒能接。只用了一塊62256。能儲存4S中鐘的音頻信號。第四部分：系統調試使用儀器：示波器；信號發生器；萬用表4.1聲音輸入與輸出調試首先不接其他電路。直接對著M

10、IC講話。示波器接在音頻耦合點。觀察示波器顯示的波形能否因聲音的大小變化而變化。輸出模塊則可以外接音頻輸入；讓揚聲器能正常輸出。4.2 放大電路調試前級放大電路只放大2倍。其主要還是可以減少溫漂。這樣信號經過二級放大后的信號失真會有較大的減小。二級放大倍數為50可調。輸入信號一級放大二級放大(最大)100HZ（10 mV）1.5KHZ（10mV）20Khz（10mV）20 mV0.965V20.2102 mV0.953V20.5445 mV0.941V表4.1 放大電路測試4.3 帶通電路調試帶通電路在選擇時我們做了很多仿真和實物調試。最終決定下的電路我們已經經過了多次的實物測試。我們的前級為

11、低通，后級為高通。最后我們測得電路的通頻帶為4hz147K hz。滿足題目的要求。但是但當我們把濾波電路接成10被是通頻帶卻只有450hz108 hz。圖4.1 放大倍數為1時通頻帶圖4.2 放大倍數為10時通頻帶 總結在本次設計的過程中，我們遇到了各種困難和許多沒有預想到的情況，但我們通過團隊協作和努力，最終克服了困難、解決問題。由于我們的水平有限和時間緊張等因素，我們在電路的設計上海存在許多值得改進的地方。經過此次產品的設計與制作，我們也深刻的體會到：實踐是；理論運用最好的檢察官，懂得了共同協作和團隊的重要性，提高了我們電路分析、解決好各種電路問題的能力。同時也認識到很多不足之處，在很多方

12、面還可以有很大地進步空間。在下次的產品設計時我們會吸取這次的教訓，盡量的避免同樣的問題出現。 致謝在作品完成之際，我們要特別感謝指導老師的熱情關懷和悉心指導。在我們作品制作過程中，老師給了我們很多耐心的指導和啟發，不僅讓我學到了專業知識，還讓我學到了很多做人的道理 。特別是他們廣博的學識、深厚的學術素養、嚴謹的治學精神和一絲不茍的工作作風是我們終身受益，在此表示真誠地感謝。在此還特別感謝給我們提供這次學習機會的院系領導，是你們讓我們有了學習更多知識的機會。最后，向在百忙中抽出時間對我們作品評審并提出寶貴意見的各位領導老師表示衷心地感謝！附錄1 原理圖附錄2 PCB板圖附錄3 元件清單名稱參數數

13、量封裝備注電阻10K16TRR31、R32、R33、R35、R38、R40、R41、R42、R44、R45、R47、R53、R54、R55、R64、R65、56K2TRR34、R5615K2TRR67、R4947K2TRR37、R598.2K2TRR36、R5820K1TRR529.1K2TRR48、 R661.1K1TRR461K1TRR392K1TRR645.1K1TRR635102TR_LR68、 R69電位器10K3vr5R50、R51、R6010K 1vr6RP2500K1R4310 uF7RB.1/.2C19、C21、C26、C27、C30、C38、C40250 uF 1RB.1/.2C41瓷片電容47 nF 6TRC23、C32、C43、C48、C53、C254.7 nF 4TRC24、C35、C44、C500.1uF 9TR_LC18、C20、C22、C31C34、C37、C39、C42、C5233 nF 4TRC28、C33、C45、C49排線插座HEADER 2 4TRX1、X2、X4、LS1HEADER 3 1SI