数字化语音存储与回放系统.docx

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1、武汉大学电子信息学院电子系统综合设计课程论文语音采集与回放系统专业：年级：作者：指导教师：2012年6月10日一、设计任务与要求1.1设计任务1.2基本要求1.3扩展要求二、总体方案的选择2.1控制平台的选择2.2前级放大模块2.3滤波模块2.4AD、DA模块2.5功率放大器2.6存储器2.7编码方案三、具体方案的设计3.1语音信号的输入3.2语音信号的放大3.3滤波器的设计3.4加法器的运用3.5AD转换电路3.6DA转换电路3.7功率放大电路3.8程序流程图四、系统测试五、总结分析与结论六、参考文献一、设计任务与要求1.1设计

2、任务设计并制作一个数字语音存储与回放系统，其示意图如下。存储器扬声器功率放大器带通滤波器DA转化微处理器AD转化带通滤波器仪表放大器拾音器1.2基本要求（1）放大器大增益可调；（2）带通滤波器：通带300HZ—3.4kHZ；（3）ADC：采样频率为f=8kHZ，字长8位；（4）语音存储时间为4s；（5）DAC：变换频率为f=8kHZ，字长8位；（6）回放语音质量良好。1.3扩展要求在保证语音质量的前提下：（1）减少系统噪声电平，提高语音回放质量；（2）提高存储器的利用率（在原有存储容量不变的前提下，提高存储时间），语音存储时间大于

3、等于8s。二、总体方案的选择2.1控制平台的选择控制平台选择选择实验室提供的51单片机学习板。选择单片机实现系统的控制是主要是从语音采样的速率方面考虑的：系统要求有8k的采样速率，8k的回访速率，即要求要在125us内完成AD的转换控制或DA的转换控制，数据的压缩或解压，显示刷新，按键的响应。12M晶振的51单片机在125us内可以大概执行62条机器指令，可以基本满足要求。另外51单片机学习板提供了三个外扩口，4个独立按键，以及32k的存储器RAM62256。三个外扩口可以实现AD,DA模块与单片机的交互，4个独立按键实现对转换的

4、手动控制和切换，32k的存储器RAM62256在8k的采样速率下可以存储4s的语音信号，能满足基本要求中的4s存储时间，若采用适当的压缩算法，可以将存储时间扩展到8s，满足扩展要求中的存储时间。基于上述考虑，在控制平台的选择时选择了51单片机学习板。2.2前级放大模块前级放大模块主要作用是放大输入的微弱语音信号，并尽可能的减少输入噪声，有两种方案可供选择：（1）直接放大电路。采用多级增益可调放大电路，第一级主要减少输入噪声增益不能过大，第二级增益根据实际的输入信号的大小调节。运算放大器采用最基本的741芯片。（2）差分放大电路（仪

5、表放大电路）：采用差分方式可以减少差模输入，降低温漂。在具体选择过程中发现仪表放大电路效果较好，而且经过查找资料发现有集成的仪表放大器（LM324，AD620，IMA129等），这样电路也比多级放大电路简单，所以最终前级模块选择仪表放大器组成的放大电路。2.3滤波模块为了尽可能的减少噪声对信号的干扰，必须在系统的前向通道和后向通道增加滤波模块。考虑语音信号的频率范围在300HZ—3.4kHZ，故滤波器选择通带为300HZ—3.4kHZ的带通滤波器。设计滤波器时，选择带内纹波较小的巴特沃斯有源滤波器，为了提高语音回放的质量，必须增加

6、阻带的下降速度，因此要提高滤波器的阶数，参考有关书籍，发现5阶能满足要求。2.4AD、DA模块语音信号最高频率为3.4kHZ，根据采样定律，采样频率最低为6.8kHZ，通常采样频率采用8kHZ，ADC0809最高采样频率1.28MHZ，能满足采样的要求，且ADC0809字长为8位，可以方便单片机读取，故采样芯片选用ADC0809。DA采用DAC0832，该芯片字长8位，外围电路简单，选用的转换频率为8kHZ。2.5功率放大器回放的语音信号经过带通滤波器之后需要通过喇叭外放，所以本系统需要加入功率放大电路。功率放大器选择通用型的功放

7、芯片LM386构成。2.6存储器存储器在前面的平台选择模块中是已经有所涉及，在单片机学习板上自带有一个32k的外部存储器62256,32k的存储空间在8k的采样率下可以存储4s的采样信号，在合适的编码下可以扩展存储时间到8s，完全可以满足系统设计的要求。故在此直接采用该62256作存储器。2.7编码方案根据存储时间的要求，系统编码采用两种方案：（1）即采即放PCM模式，即采用8k的采样率，录音时将ADC0809转换的数据直接存入RAM中，回放时直接从RAM中取出数据给DAC0832转换成模拟信号，实现直接录音直接回放，录音时间可以

8、达到4s。这种方法简单，但是录音时间短，适用于满足基本要求。（2）插值模式。将采样率改为4k，录音时间增加至8s，回放的频率仍为8k，但在送给DAC0832数据时，在从RAM中取出的两个数据之间插入他们的平均值，如此放音时间也能达到8s。在8s回放