1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上數(shù)字化語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)1題目數(shù)字化語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)2. 任務(wù)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)數(shù)字化語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)，其示意圖如下： 3. 要求（1）放大器1的增益為46dB，放大器2的增益為40dB，增益均可調(diào)；（2）帶通濾波器：通帶為300Hz3.4kHz ；（3）ADC：采樣頻率f s8kHz，字長(zhǎng)8位；（4）語(yǔ)音存儲(chǔ)時(shí)間10秒；（5）DAC：變換頻率f c8kHz，字長(zhǎng)8位；（6）回放語(yǔ)音質(zhì)量良好。4. 原理電路的設(shè)計(jì) （1）設(shè)計(jì)方案 總體原理框圖如下：喇叭輸出LM386功率放大電容隔直、帶通濾波器ADC0809DAC0832、IV轉(zhuǎn)換62256存儲(chǔ)顯示鍵盤(pán)AT8

2、9C52帶通濾波電路電平提升、限幅電路射級(jí)跟隨器AGC、放大器駐極體話筒輸入 首先通過(guò)MIC錄入一段語(yǔ)音信號(hào)，信號(hào)通過(guò)放大電路后使信號(hào)的幅度達(dá)到A/D采樣的要求，放大電路中要可以實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)。放大后的模擬語(yǔ)音信號(hào)送入ADC0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字語(yǔ)音數(shù)據(jù)，然后通過(guò)C52單片機(jī)把數(shù)字語(yǔ)音數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器62256上?；胤艜r(shí)，由程序控制從62256中提取出數(shù)字語(yǔ)音數(shù)據(jù)，然后送入DAC0832轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，最后送入揚(yáng)聲器回放出來(lái)。其中ADC0809采樣頻率以及DAC0832轉(zhuǎn)換頻率由單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器產(chǎn)生。語(yǔ)音采集原理人耳能聽(tīng)到的聲音是一種頻率范圍為20 Hz20 000 Hz 的聲波,而一般

3、語(yǔ)音頻率最高為3 400 Hz。語(yǔ)音的采集是指語(yǔ)音聲波信號(hào)經(jīng)麥克風(fēng)和高頻放大器轉(zhuǎn)換成有一定幅度的模擬量電信號(hào),然后再轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的全過(guò)程。根據(jù)“奈奎斯特采樣定理”, 采樣頻率必須大于模擬信號(hào)最高頻率的兩倍,由于語(yǔ)音信號(hào)頻率為3003 400 Hz ,所以把語(yǔ)音采集的采樣頻率定為8 kHz。語(yǔ)音生成原理單片機(jī)語(yǔ)音生成過(guò)程,可以看成是語(yǔ)音采集過(guò)程的逆過(guò)程,但又不是原封不動(dòng)地恢復(fù)原來(lái)的語(yǔ)音,而是對(duì)原來(lái)語(yǔ)音的可控制、可重組的實(shí)時(shí)恢復(fù)。在放音時(shí),只要依原先的采樣值經(jīng)D/ A 接口處理,便可使原音重現(xiàn)。（2） 硬件電路設(shè)計(jì)輸入電路： 選擇話筒時(shí)，需要先仔細(xì)的挑選靈敏度較高的話筒，并判別好話筒的極性。所選話

4、筒的工作電流為幾毫安，故選擇電源電壓5V，限流電阻20K，隔直電容4.7uf。射級(jí)跟隨器：OUT 射極跟隨器就是一種電流放大器。信號(hào)從發(fā)射極輸出的放大器。其特點(diǎn)為輸入阻抗高，輸出阻抗低，電壓放大系數(shù)略低于1，負(fù)載能力強(qiáng)，常作阻抗變換和級(jí)間隔離用。它從基極輸入信號(hào)，從射極輸出信號(hào)。在話筒的輸出端接一個(gè)跟隨器提高了負(fù)載能力，以便于后級(jí)放大。 仿真和實(shí)際焊接后測(cè)試都得到較好的結(jié)果。AGC自動(dòng)增益放大電路：OUT 由于聲音信號(hào)離傳感器較遠(yuǎn)時(shí)，輸出的聲信號(hào)比較弱；反之，則較強(qiáng)。當(dāng)聲音信號(hào)離傳感器較遠(yuǎn)時(shí)，輸出信號(hào)很微弱，就要把放大器的放大倍數(shù)提高。但是放大倍數(shù)的提高，對(duì)于近距離的目標(biāo)，輸出信號(hào)將出現(xiàn)飽和現(xiàn)

5、象（被后級(jí)限幅電路濾去）。因此就有必要設(shè)計(jì)一種自動(dòng)增益電路，當(dāng)信號(hào)微弱時(shí)放大倍數(shù)提高，而當(dāng)信號(hào)強(qiáng)烈時(shí)放大倍數(shù)相對(duì)較小。自動(dòng)增益電路是根據(jù)場(chǎng)效應(yīng)管GS間的電壓變化會(huì)導(dǎo)致其DS間電阻的變化的原理，將DS之間的電阻作為放大電路的反饋電阻，將輸出電壓信號(hào)接入GS。如上圖，將U1的輸出接到Q2（N溝道增強(qiáng)型MOS管）的輸入，當(dāng)輸出信號(hào)變小時(shí)，反饋電阻（DS之間的電阻）變大，U3放大倍數(shù)增加，U1的輸入增加；當(dāng)輸出信號(hào)變大時(shí)，反饋電阻（DS之間的電阻）變小，U3放大倍數(shù)變小，U1的輸入減小。最后通過(guò)U2以及可調(diào)電阻R14（反饋電阻）實(shí)現(xiàn)最終增益可調(diào)。去掉這一塊電路，直接將2和5短接仿真和實(shí)際電路焊接后測(cè)試

6、，都得到較好的效果。電平提升電路：OUT 由于聲音信號(hào)有正有負(fù)，而運(yùn)算放大器的輸出信號(hào)是對(duì)稱(chēng)的即可正可負(fù)，若直接將這個(gè)對(duì)稱(chēng)的信號(hào)給ADC0809的輸入端將導(dǎo)致ADC采集不準(zhǔn)確。ADC0809的參考電壓接的是+5v，故其采集的信號(hào)范圍為05v。一方面為保證ADC0809采樣有效，另一方面保證它有一定的采樣精度，須將上述放大電路的輸出信號(hào)的電壓提升。此電壓提升電路電路是由一個(gè)運(yùn)算放大器NE5532所搭建而成的加法器。加法器的一個(gè)輸入端接語(yǔ)音采集信號(hào)，另一個(gè)輸入端接偏置直流電壓（通過(guò)R7電壓可調(diào)），從而使加法器輸出保證在04.5v之間，即保證ADC輸出不出現(xiàn)負(fù)值的電壓。仿真時(shí)，電平提升電路是沒(méi)有問(wèn)題

7、的，但是在實(shí)際焊完電路后，經(jīng)測(cè)試。通過(guò)加法器后信號(hào)波形失真，經(jīng)過(guò)一番調(diào)試，發(fā)現(xiàn)上實(shí)際上并不需要通過(guò)運(yùn)算放大器而是直接將導(dǎo)線2和5短接一起就能實(shí)現(xiàn)電平提升且可調(diào)。（如上圖）OUT限幅電路： 為了防止輸入到ADC0809的電壓過(guò)大（超過(guò)了5v）而出現(xiàn)ADC采樣的不準(zhǔn)確現(xiàn)象，需要設(shè)計(jì)了一個(gè)限幅器。此限幅器利用二極管的電壓鉗制作用，如上圖，當(dāng)輸出電壓超過(guò)5v時(shí)，二極管會(huì)將輸出鉗制在最大值5v。（二極管的導(dǎo)通電壓為0.7v）由于前面已將電平提升到0v之上，將此限幅器的輸出作為ADC0809的輸入端就可以保證ADC0809的輸入信號(hào)在05v之間。仿真和實(shí)際焊接測(cè)試后都得到較好的結(jié)果。帶通濾波電路： 為了濾

8、除不必要的干擾及雜波,系統(tǒng)前向通道和后向通道中各設(shè)計(jì)了一個(gè)通帶為300 Hz 3 400 Hz 的帶通濾波器。此帶通濾波器由一個(gè)低通濾波器和一個(gè)高通濾波器串聯(lián)而成。其中低通濾波器上限頻率為3 400 Hz ,高通濾波器下限頻率為300 Hz ,電路如圖3 所示,其中U1、U2構(gòu)成四階低通濾波器,U3、U4構(gòu)成四階高通濾波器。在設(shè)計(jì)帶通濾波器時(shí)，按品質(zhì)因數(shù)Q的大小，分為窄帶(Q>10)和寬帶(Q<10)兩種情況，若上限頻率為fh，下限頻率為fl，中心頻率為fo，則 濾波器的類(lèi)型可由下面的公式給出定量計(jì)算，當(dāng)時(shí)，應(yīng)采用高通-低通相級(jí)聯(lián)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)實(shí)際要求，設(shè)計(jì)300Hz3.4kH

9、z的帶通濾波器，采用兩級(jí)低通級(jí)聯(lián)、兩級(jí)高通級(jí)聯(lián)來(lái)提高Q值，并把低通和高通模塊級(jí)聯(lián)起來(lái)。通過(guò)仿真，此電路確實(shí)能有效濾除低頻和高頻的噪聲，實(shí)際焊接完成的電路經(jīng)過(guò)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)一旦低通濾波器和高通濾波器接在一起，濾波效果就會(huì)非常的差，幾經(jīng)檢查未果。為了取得最佳的濾波效果，考慮到實(shí)際上主要濾除的還是高頻頻信號(hào)，故在實(shí)際操作上，放棄了高通濾波器。ADC0809：INALE 利用單片機(jī)的ALE端口在單片機(jī)正常工作時(shí)，有2Mhz的脈沖信號(hào)，通過(guò)74HC161二分頻之后直接作為AD的時(shí)鐘信號(hào)。ADC0809采用單緩沖方式工作，通過(guò)通道0將輸入的模擬聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)，具體將在軟件設(shè)計(jì)中說(shuō)明。DAC0832：

10、DAC0832 是8 位雙極性電流驅(qū)動(dòng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。由于所要轉(zhuǎn)換輸出的信號(hào)為語(yǔ)音信號(hào),其本身是雙極性的信號(hào),因此對(duì)雜音的處理尤其重要。在無(wú)信號(hào)輸出時(shí),希望其輸出對(duì)地是零電位,因此應(yīng)用兩組運(yùn)算放大器作為電流到電壓的轉(zhuǎn)換器,完成雙極性控制的目的。數(shù)字信號(hào)經(jīng)D/ A 轉(zhuǎn)換、雙極性電流至電壓變換后已成為模擬語(yǔ)音信號(hào)。理論上輸出信號(hào)為-5v+5v。功率提升電路： 從DA轉(zhuǎn)換出來(lái)的語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)大電容隔直、后級(jí)帶通濾波之后，輸出-5v+5v語(yǔ)音信號(hào)，已足以驅(qū)動(dòng)一般的耳機(jī)。考慮到實(shí)際上可能還需要用到揚(yáng)聲器回放，故輸出之前再通過(guò)音頻功率放大器LM386經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)墓β侍嵘?，保證能過(guò)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。數(shù)字控制電路、AD、

11、DA：利用74LS138選通四片62256，三個(gè)按鍵分別表示錄音、暫停（長(zhǎng)按代表停止）和播放，四個(gè)發(fā)光二極管分別代表錄音、暫停、停止和播放狀態(tài)。（3） 軟件設(shè)計(jì)程序主要的功能分為以下幾部分：(1)啟動(dòng)ADC0809進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，采樣得到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并存儲(chǔ)到62256中。(2)把數(shù)據(jù)從62256中提取出來(lái)，啟動(dòng)DAC0832進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換。(3)控制計(jì)數(shù)/定時(shí)器T0、T1產(chǎn)生8KHz的中斷信號(hào)。 （4）外部中斷INT0檢測(cè)是否有按鍵按下。(5)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行控制。主要子程序說(shuō)明：鍵盤(pán)檢測(cè)子程序： 采用中斷方式工作的獨(dú)立式鍵盤(pán)，一旦有鍵按下，則產(chǎn)生中斷，調(diào)用鍵盤(pán)檢測(cè)程序，返回鍵值。錄音子程序：

12、 利用定時(shí)器T0定時(shí)125us，保證數(shù)據(jù)采樣數(shù)據(jù)為8Khz。中斷程序中調(diào)用錄音子程序，每采集一次數(shù)據(jù)，調(diào)用一次數(shù)據(jù)壓縮子程序，將壓縮后的數(shù)據(jù)存入62256中。 數(shù)據(jù)壓縮（解壓）原理：當(dāng)有兩個(gè)以上連續(xù)相等的數(shù)據(jù)時(shí),可以用三個(gè)字節(jié)表示,即前兩個(gè)字節(jié)相等表示被壓縮的數(shù)據(jù)值,后一個(gè)字節(jié)表示重復(fù)的次數(shù)。由于語(yǔ)音信號(hào)自身的特點(diǎn),即冗余度大,這就為此種壓縮提供了可能。同樣,在解壓時(shí),程序讀入數(shù)據(jù)流,當(dāng)遇到兩個(gè)相等數(shù)據(jù)時(shí)則重復(fù)此數(shù),重復(fù)次數(shù)由后一個(gè)數(shù)據(jù)決定。 62256存儲(chǔ)原理：62256為32K×8的ram存儲(chǔ)器，采用分頁(yè)的原理，每頁(yè)32Kb，利用38譯碼器根據(jù)實(shí)際情況分別選通四片存儲(chǔ)器達(dá)到分頁(yè)的

13、目的。放音子程序：利用定時(shí)器T1定時(shí)125us，保證播放的語(yǔ)音速度與采集時(shí)相同。中斷程序中調(diào)用放音子程序，放音子程序中訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器并且調(diào)用解壓子程序解壓數(shù)據(jù)。最后在主程序中不斷檢測(cè)當(dāng)前狀態(tài)，亮相應(yīng)的燈指示當(dāng)前狀態(tài)，并進(jìn)入相應(yīng)的狀態(tài)。5. 設(shè)計(jì)、調(diào)試過(guò)程中的問(wèn)題及課程設(shè)計(jì)總結(jié)體會(huì)： 兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束，整個(gè)過(guò)程中有過(guò)驚喜，有過(guò)失望。雖然最終并未取得預(yù)期的圓滿結(jié)果，十分的令人失望，但是這個(gè)過(guò)程讓我學(xué)會(huì)了很多。 最重要的是要先在此對(duì)兩位楊老師不辭辛勞的耐心輔導(dǎo)表示衷心的感謝。 回想起整個(gè)課設(shè)過(guò)程，遇到的主要問(wèn)題和解決方法以及體會(huì)如下： 一、首先遇到的問(wèn)題是分析設(shè)計(jì)的任務(wù)和設(shè)計(jì)要求，大概

14、構(gòu)造整個(gè)設(shè)計(jì)思路，然后查找相關(guān)資料。在具體過(guò)程中，我是邊下載資料邊瀏覽，看了這個(gè)模塊的資料忘了那個(gè)模塊的資料，重復(fù)的下載查看資料，浪費(fèi)了大量的時(shí)間。現(xiàn)在想想，覺(jué)得應(yīng)該是在大概的確定最終方案后，先將整個(gè)方案分塊，分成具體的幾個(gè)模塊。然后瀏覽分析所查得的資料，將所有資料分別對(duì)應(yīng)各個(gè)模塊分類(lèi)。最后對(duì)應(yīng)各個(gè)模塊設(shè)計(jì)具體的方案。二、接下來(lái)遇到的問(wèn)題就是利用multisim軟件仿真模擬電路。現(xiàn)在總結(jié)起來(lái)，由于仿真與實(shí)際情況相差較大，覺(jué)得不應(yīng)當(dāng)在仿真中花費(fèi)太多的精力。還有，在各個(gè)模塊的仿真中應(yīng)當(dāng)考慮到具體模塊的輸入輸出信號(hào)的變化范圍，在這個(gè)輸入范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸入，這樣才能達(dá)到仿真的實(shí)際的最大相似，保證最終結(jié)果。

15、最后，仿真中在選擇所使用的元器件時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮到實(shí)驗(yàn)室所能提供的元器件，盡量避免使用實(shí)驗(yàn)室無(wú)法提供的器件，這樣才不會(huì)導(dǎo)致最后焊接電路時(shí)發(fā)現(xiàn)缺少相應(yīng)元器件，影響設(shè)計(jì)進(jìn)度。另外在對(duì)各個(gè)模塊仿真時(shí)還應(yīng)考慮各個(gè)模塊之間的連接問(wèn)題，連接后會(huì)不會(huì)使模塊之間相互影響，導(dǎo)致模塊無(wú)法正常工作。三、再接下來(lái)的問(wèn)題就是連接控制電路。即單片機(jī)與DA、AD、62256、鍵盤(pán)、顯示的連接問(wèn)題。這個(gè)時(shí)候就要先了解清楚單片機(jī)具體功能、單片機(jī)與各個(gè)外圍電路的連接方式以及各個(gè)外圍電路的工作方式，還要將這些硬件上的連接與軟件的設(shè)計(jì)綜合起來(lái)考慮，分配好單片機(jī)的各個(gè)端口與外圍電路的連接，使硬件的連接最大的方便軟件的設(shè)計(jì)，而且還要切實(shí)可行

16、。對(duì)于任何不清楚、不確定的地方，一定要先弄明白，任何模糊的地方都有可能導(dǎo)致最后竹籃打水一場(chǎng)空，這部分電路決定了最終結(jié)果能不能實(shí)現(xiàn)。最后就是將各個(gè)外圍電路分模塊，具體設(shè)計(jì)，畫(huà)出連接電路。四、然后就是根據(jù)控制電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行軟件編程的問(wèn)題了。對(duì)于軟件編程，腦力所限，總有一些漏洞。并不是一次編好就搞定的，寫(xiě)好程序后可以利用proteus仿真，不斷的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題。這一次寫(xiě)好后，隔一段時(shí)間再讀一下程序，檢查漏洞，修改程序。還有，編寫(xiě)程序之初就應(yīng)該考慮到程序應(yīng)該便于查看、修改，按格式規(guī)范寫(xiě)程序，寫(xiě)好函數(shù)解釋?zhuān)瑢?duì)重要語(yǔ)句以及重要變量進(jìn)行相關(guān)解釋?zhuān)页绦驊?yīng)盡量的優(yōu)化、簡(jiǎn)潔、思路清晰明了。最后，還可

17、以讓別人讀一下自己的程序，也更容易發(fā)現(xiàn)程序問(wèn)題。五、再然后就是焊接電路的問(wèn)題了。這個(gè)問(wèn)題可以說(shuō)是課設(shè)中較難、最容易出現(xiàn)問(wèn)題的地方。我也在這個(gè)環(huán)節(jié)上吃了不少虧。首先，焊接之前要想想各個(gè)器件如何排布，做到便于測(cè)試、便于檢查錯(cuò)誤、便于發(fā)現(xiàn)解決問(wèn)題、便于焊接、盡量美觀等等。實(shí)際焊接中，將各個(gè)模塊分開(kāi)，分別引出輸入輸出，每焊接完一個(gè)模塊利用萬(wàn)用表、信號(hào)發(fā)生器、電源、示波器，查錯(cuò)、改錯(cuò)，相鄰模塊完成后連接起來(lái)一并測(cè)試，檢錯(cuò)、改錯(cuò)。然后，焊接電路時(shí)要注意焊接時(shí)，是否虛焊，是否不小心短路了，元器件會(huì)不會(huì)溫度太高導(dǎo)致燒毀。所以焊接時(shí)，需要格外小心，先動(dòng)腦再下手。還要注意安全問(wèn)題，挑選器件時(shí)還要注意器件是否已經(jīng)損壞。六、最后就是測(cè)試的問(wèn)題了。測(cè)試時(shí)，一定要注意插拔導(dǎo)線之前，關(guān)掉電源。打開(kāi)電源之前先檢查導(dǎo)線連接是否有誤，特別是集成器件的電源是否接錯(cuò)，再三檢查無(wú)誤后，還要檢查所給電源是否準(zhǔn)確，板子下面（有焊盤(pán)的那一面）是否有導(dǎo)電物質(zhì)，導(dǎo)線裸露的地方會(huì)不會(huì)相互觸碰等等，一定要規(guī)范操作，方可上電。最后，再談一點(diǎn)其他體會(huì)。所謂物以類(lèi)聚，人以群分，道不同，不相為謀，如果自己想好好的做這個(gè)課程設(shè)計(jì)的話，選擇