1、數字語音系統實驗、實驗目的1、了解數字語音系統整體原理。2、學習和掌握單片機外圍電路的應用。3、學習C語言編程。二、實驗設備及儀器1、創新平臺主控屏土 5V、土 12V2、2DCP-002單片機89S51電路。3、DCP-003鍵盤及LED顯示電路。4、DCP-0010A/D轉換電路。5、DCP-0011D/A轉換電路。6、DCP-007TDA2030模擬功率放大電路7、DCP-0023AGC麥克風接收電路。&麥克風和無源音箱三、實驗內容【1】系統功能該數字語音存儲系統利用數字化的控制，采集一段時間長度的模擬語音信號，將其數字化 處理后存入單片機，完成一定的處理后，再通過單片機輸出到D

2、AC轉化為模擬信號通過揚聲器輸出，回放原始的語音。該系統采用Atmel公司的89S51作為控制器，配合錄音與放音電路 構成。對采集的語音信號分別采用了無壓縮 PCM編碼和DPCM有損壓縮編碼兩種處理，后者 在保證音質效果的同時將語音存儲的時候延長為前者的一倍。錄音電路的模擬語音信號米集使用了雙話筒差分方式輸入，有效濾除背景噪聲。ADC在8KHz的采樣率下工作，根據Nyquist采樣定理能復原原來的信號。除此系統擁有良好的人機交互，操作簡單。【2】 整體框圖系統整體框圖如圖1所示圖1整體系統框圖【3】語音采集電路電路原理圖如圖2所示。其中U1為雙話筒差分輸入。因為語音信號很微弱，不能直接通入MC

3、U中處理，所以需要增加 U2A和U2B進行后級放大。場效應管 2N7000與三極管9012 構成反應回路，與U2A放大環節構成閉環，為AGC 自動增益控制電路。前向通道放大電 路增益約為46dB，增益可調。1K圖2語音采集電路【4】AD模數轉換電路ADC電路適用ADC0804。電路原理圖如圖3所示。在該系統中將 ADC0804連接成了連續轉換的方式。即，將片選信號CS與讀信號RD接地，寫信號WR與中斷查詢信號INTR短接后接到MCU的P1.0,作為控制線。當P1.0輸出一個下降沿后，ADC0804將進入自動轉換的模式。前端用運放構成了增益和偏置電路，來滿足ADC的電壓輸入范圍，即05V圖3AD

4、模數轉換電路UCl Kin dCIS 19 一> CLKtM awxr REF 2 E JN-'8WCNAG>DDG>D【5】單片機最小系統MCU選用芯片89S51。Atmel公司的89C52具有2個外部中斷，2個定時器/計數器，4 個8位的I/O 口，12MHz晶振的頻率下每條指令的執行時間平均為 2us, 64KB的程序與數據存儲器的尋址空間，外部擴展 RAM，ADC，DAC以及鍵盤接口都很方便，對于該系統的控制 來說完全足夠。在單片機最小系統中外擴了三態緩沖器74LS244 單向緩沖門，74LS245 雙向緩沖門作為數據輸入輸出的緩存及指示數據輸出的LED驅動。

5、擴展的鎖存器74LS373用于鎖存輸出地址低8位以及與直通的DAC0808接口，便于鎖存用于DAC轉換的數據。單片 機最小系統中的片選信號有 GAL產生，各片選信號的邏輯關系見附錄。【6】DA數模轉化電路DAC選擇芯片DAC0808。電路原理圖如圖4所示。此DA轉換芯片把8位數字量轉換成 電流值，在后級運放處理后轉換成電壓值，然后進行偏置和反相處理，以適合不同的場合使用。RW2K圖4DA模數轉換電路A1VDDA2A3IOUT-A5VEEF-A6VREF，A7A3NCVIEVCC刖DZ0K【7】TDA2030功率放大電路圖5功率放大電路【8】算法思想1、PCMPCM即為無壓縮存儲模式。也就是直接

6、把ADC轉換的8位數據不做任何處理地存儲到外 部存儲器中，放音時再將數據從外部存儲器中讀出，通過 DAC轉化后進入后向通道處理。在 8KHz的采樣率下，這種模式需要很大的存儲空間，約每 8KB的數存可以存放1S的數據。所以在該系統中 32KB的數存可以存儲4s的語音。2、DPCMDPCM (差值脈沖編碼調制)是語音信號壓縮編碼的一種較為經典的算法。 DPCM利用語 音信號較強的相關性，具有算法簡單，延遲短，便于軟件實現等優點。 DPCM算法的數學表達 式如下所示：8(S(門)A(n 1) < 8)e(n) 4 S(n) - A(n - 1)(8 <(S(n) - A(n - 1)

7、<7i 7(S(n) - A(n - 1) > 7)其中：s(n)是當前采樣值，A(n)為增量累加值，A(n-1)為預測值，e(n)為差分值。簡單而言， DPCM即是將前后兩次采樣值的差值作為數據存放，回放錄音時再按照差值進行恢復。由于采 用了 3bit表示差值，在架上一位符號位，所以這樣的算法是有損算法。當前后兩次的采樣值相差超過了-8-+7的范圍就會帶來失真。但是由于語音信號較強的相關性，這樣的失真并不嚴重。而DPCM 的好處是明顯，在這種存儲方式下，數據可以有效地壓縮一般，將原來的語音存儲時間擴展1倍。【9】 程序流程圖1、主程序流程圖2、錄音子程序流程圖四、實驗步驟1、把各

8、模塊的電源接好，主控屏提供 +5V和+12V，-12V，GND。2、接線可參照接線示意圖進行連線：a麥克風上紅接線柱連接 DCP-0023上IN1 口，黑的連 GND ； IN2連GND。IN2也可再 連一個麥克風用來消除環境噪音。bDCP-0023 上的輸出口 Vout 和 GND 接 DCP-0010 上的 Vin 和 AGND ;DCP-0010 上的 CS, RD 連接 GND，WR，INTR 接 DCP-002 上的 P1.0; D0-D7 口分 別與DCP-002上的X00-X07連接。cDCP-002 上的 Y00-Y07 分別與 DCP-0011 上的 D1-D8 連接，DCP

9、-002 上的 P1.1, ALE 分別于DCP-003上的INT，CLK。dDCP-003上的CS與RST相連再連接到 GND，P1與DCP-002上的P2 口用扁平帶相 連。eDCP-007 上的 Vin 和 GND 與 DCP-0011 上的 Vout 和 GND 相連接。3、編程：運行KeilC51軟件，新建一個工程如10,新建一個文件lO.asm。將文件添加到工程中，編寫程序并編譯，如有錯，請更改直到編譯成功。如果有生成好的hex文件可以直接進入下一步。4、 下載：用編程器將生成的HEX文件燒寫到單片機中；或用仿真器來執行程序，將程序下載 到仿真器中；或用ISP在線燒寫技術將生成的H

10、EX文件燒寫到S系列單片機中；或用串口 燒寫技術將生成的HEX文件燒寫到有此功能的單片機中。5、使用門邏輯器件：GAL16V8中燒寫yyhf.jed文件。&實驗操作過程：運行實驗程序，顯示 HELLO，按ENTER鍵進入選擇錄音編碼方式界面， 顯示CHOOSE；按PCM鍵，那么進入此錄音模式，顯示 FUN1_4S 或按DPCM鍵，顯示 FUN2_8S;按RECORD鍵后再按ENTER進入錄音狀態，此時顯示，對著話筒說 話；當RAM存滿，即錄音結束，顯示 OVER;按PLAY鍵后再按ENTER，那么進入放音狀 態，放音完畢顯示OVER;此時按PLAY鍵后再按ENTER那么會回放錄音內容，

11、按按ENTER 鍵那么回到歡送界面，顯示 HELLO。循環進入上述操作。7、鍵盤安排示意圖PLAYPCMRECORDDPCMPAGEENTER8、實驗過程調試注意：aDCP-0023上電位器為自動增益控制環節輸出幅值調節；b由于ADC0804的輸入為0+5V，所以調節RW1增益，和RW2偏置，偏置到這個范圍進行AD轉換，偏置后送入單片機;cDA輸出為偏置后的直流電，可調節 RW2再偏置回來，沿X軸對稱9、接線示意圖如下:+12CiNDT|2廠 4I2GND-I2 +5GND廠3WS 12浙江求是科教嗣曙I鍛yyhi；hmGALLtjVKttyyhrjcd+ OGND-I2五、實驗總結及改良方案1、在PCM模式下，語音時間為4s。在DPCM模式下，語音時間為8s。噪聲與失真度較大。2、經過調試系統可以實現預期的功能。系統目前缺陷在于噪聲較大，失真度較大和語音存儲時間較短。可以通過下面的措施改良系統。1 去噪保真將系統的噪聲減小可以考慮一下幾種措施:圖8帶通濾波器*在ADC信號輸入之前與DAC信號輸出之后參加帶通濾波器，濾除低頻和高頻的噪聲。