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时间:2019-10-20
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1、数字化语音存储与回放系统设计一、题目数字化语音存储与回放系统二、任务设计并制作一个数字化语音存储与回放系统,其示意图如下:拾音器话音放大器带通滤波器ADC存储器微处理器DAC扬声器功率放大器带通滤波器图1数字化语音存储与回放系统的组成框图三、要求1.基本要求(1)放大器1的增益为46dB,放大器2的增益为40dB,增益均可调; (2)带通滤波器:通带为300Hz~3.4kHz; (3)ADC:采样频率fs=8kHz,字长=8位; (4)语音存储时间≥10秒; (5)DAC:变换频率fc=8kHz,字长=8位; (6)回放语音质量良好。2.发挥部分在保
2、证语音质量的前提下: (1)减少系统噪声电平,增加自动音量控制功能; (2)语音存储时间增加至20秒以上; (3)提高存储器的利用率(在原有存储容量不变的前提下,提高语音存储时间);(4)其它(例如:校正等)。四、评分意见项目满分基本要求设计与总结报告:方案设计与论证,理论分析与计算,电路图,测试方法与数据,对测试结果的分析50实际制作完成情况50发挥部分完成第一项15完成第二项5完成第三项15完成第四项15五、说明不能使用单片语音专用芯片实现本系统。一、基本工作原理基本组成原理人耳所能听到的声音频率范围为20Hz~20KHz,而一般语音频率位于300Hz~
3、3.4KHz之间。语音的采集是指将语音声波信号经麦克风和音频放大器转换成由一定幅度的模拟量电信号,任何再转换成数字量的全过程。语音数字量可在单片机控制下存入存储器。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,只要依原先的采样值经DAC接口处理,便可使原音重现。典型的数字语音存储与回放系统的基本组成框图1如图所示。它主要包括采集的前向通道和回放的后向通道两大部分。带一定存储量的单片机小系统负责整个系统的控制及数据的存储。2.主要技术指标(1)话音放大器增益话音放大器的电压放大倍数。
4、话音放大器的主要作用是完成拾音器输出的毫伏级的话音电压放大,以适应AD转换。(2)输出功率输出失真度小于某一数值时的功率放大器的最大功率。(3)带通滤波器通频带通频带一般为300Hz~3.4KHz,用于语音滤波,前置通道中的带通滤波主要用于抗混叠,后置通道中的带通滤波则主要期平滑作用。(4)采样频率及精度采样频率及精度分别指A/D转换的速率和分辨率。(5)存储时间存储时间指存放语音的最长时间与系统的存储容量、采样频率及精度、存储编码格式等因素密切相关。二、主要功能指标分析及方案选择三、电路设计1.语音输入及前置放大电路设计图3语音输入及前置放大电路原理图声电转换通过驻极
5、体话筒实现,它具有灵敏度高、噪声低、价格低廉等诸多优点。由于驻极体麦克风获得的语音信号非常微弱,需要将语音信号进行放大,为了减少噪声,这里采用低噪声宽频带的音频专用运放NE5534。采用共模信号抑制能力较强的差分放大电路,采用两只(配对)麦克风分别接入差分放大器的正负端,有效地抑制了背景噪声,差分比例放大器的电压放大倍数为R5/R3=100,其电路原理图如图3所示2.AGC电路设计放大后的信号进入AGC(自动增益控制)电路,如图4所示。经过放大电路输出的音频交流电压经二极管D1和RC电路构成的包络检波器检波后,输出一个随音频平均电压变化而变化的电压,用此电压控制工作于可
6、变电阻区的场效应管的栅极,改变场效应管的导通电阻,是放大倍数受音频信号的控制。当音频信号强时,自动减小放大倍数,信号弱时自动增大放大倍数,从而实现增益的自动调节图4AGC电路原理图3.带通滤波器电路设计图5带通滤波器计算机辅助设计电路原理前向通道中的带通滤波器用以消除混叠失真,所以称为抗混叠滤波器;后向通道中的滤波器用于滤出300Hz~3.4kHz的语音信号,同时有效地抑制噪声特别是D/A转换后的数字信号,所以称为平滑滤波器。两者均由两阶低通滤波器级联两阶高通滤波器构成。采用专用滤波器设计软件FilterSolution8.1,选择巴特沃兹滤波器,频带设置为300Hz~
7、3.4kHz。得到的具体电路如图所示带通滤波器根据品质因数Q的大小,分为窄带带通滤波器(Q>10)和宽带滤波器(Q<10)两种,本系统中的上限频率fH=3.4kHz,同频带中心频率f0与品质因数Q分别为显然,Q<10,故该带通滤波器为宽带带通滤波器,实验结果表明,该滤波器能有效滤除低频分量和高频分量,大大减少了噪声干扰,同时也滤除了多余的高频分量,消除了混叠失真,性能足以满足要求。4.单片机系统及存储器电路设计本系统的单片机采用SST公司的SST89E554RC芯片,可直接与Keil软件通信,能使用Keil软件提供的单步、过程单步、设置断
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