数字化语音采集与回放系统设计论文.doc

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.80M 资料格式：doc 举报版权申诉

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摘要

第1章绪论

1.1 课题的背景

1.2 语音存储与回放的系统组成

1.3 系统的意义

第2章电路设计

2.1 系统要求

2.2 系统概括

2.3 各模块电路设计

2.3.1 语音采集

2.3.2 前置放大器

2.3.3 带通滤波器

2.3.3.1 低通滤波器

2.3.3.2 高通滤波器

2.3.4 A/D转换模块

2.3.5 存储模块

2.3.6 D/A转换

2.3.7 ADC0809、89S51单片机、DAC0832的连接

2.3.8 按钮控制模块

第3章软硬件测试

3.1 前端测试

3.2 A/D模块的测试

3.3 D/A模块

3.4 A/D模块、D/A模块联调

3.5 存储模块

3.6 整个系统的调试

结论

谢辞

参考文献

附录软件程序

语音存储与回放系统的设计(语音存储部分) 摘要语音技术已经成为计算机是否可以实现社会服务体系无缝街接的最关键的技术瓶颈之一，因而被国内外众多媒体和专家评为 21 世纪前十年对人类生活方式产生重大影响的十大科技进展之一。具有广阔的市场前景，语音技术对人类生活也有重大意义。传统的磁带语音录放系统因其体积大、使用不便，在电子与信息处理的使用中受到许多限制。本文提出的体积小巧，功耗低的数字化语音存储与回放系统将完全可以替代它。数字化语音存储与回放系统的基本原理是对语音的录音与放音的数字控制。本系统采用驻极体接收语音信号，通过前级放大，将微弱的电信号放大，中间由电压跟随器进行隔离，再通过 300Hz~3.4KHz 的带通滤波滤除 50Hz 的市电影响和高频噪声，从而确保了语音回放的可靠质量。信号通过 A/D 转换将模拟信号转换为数字信号后采用 89S51 单片机进行处理，为了增加语音存储时间，采用两片 62256 扩展 64KB 的外部 RAM 数据存储。然后通过 D/A 转换成模拟信号输出。后级也是通过 300Hz~3.4KHz 的带通滤波器进行平滑，并用音频功放放大语音信号后输出。输出用耳麦或有源音箱都可以收听。有三个按钮控制：一个控制复位，一个控制录音，一个控制放音。显示模块采用 LCD 显示，可以显示录放音的时间。本系统经过测试，总体效果还是比较好的，能过实现语音的存储与回放。关键词：89S52 单片机，语音存储，语音回放，带通滤波，A/D 和 D/A 转换 I

A DESIGN OF THE SYSTEM OF VOICE STORAGE AND PLACKBACK（THE PART OF STORAGE） Abstract The voice has become one of the most important technology in the social service system.So many media and experts at home and abroad think it’s a one of the top ten scientific and technological progress for the way of life of mankind at the first decade of the 21st century. Has broad market prospects, voice technology to human life is of great significance. their larger systems, Traditional voice tape recorders because of the use of inconvenience in the electronic information processing and the use of the subject to many restrictions. The proposed small size, low power consumption of digital voice storage and playback system can replace it. Digital voice storage and playback system of the basic tenets of the voice recording and playback of digital control.The system uses electret receive voice signals through the level before amplification, will be weak signal amplification, by the middle voltage follower in isolation, and then through 300 Hz - 3.4KHz the band-pass filter filter out the electricity(50 Hz) and the impact of high frequency noise, so as to ensure a reliable voice playback quality. Signal through the A/D converter will convert analog signals to digital signals after a 89S51 process, in order to increase voice storage time, using two 62256 expansion of external RAM of 64KB data storage. And then through the D/A converted to analog output. After the level is 300Hz -3.4KHz through the filter with a smooth, and audio amplifier output after the speech signal amplification. Active output with a headset or speakers can listen to. There are three buttons: a reduction and control of a sound recording, a control playback. LCD display modules used, can show the sound recording time. After testing the system, the overall effect is still relatively good, can achieve a voice storage and playback. Key words: 89S52, voice storage, voice playback, band-pass filter, A/D and D/A converter II

目录 TOC \o "1-3" \h \z \u 摘要........................................................................................................Ⅰ Abstract..............................................................................................................................................Ⅱ 第 1 章绪论..........................................................................................................................................1 1.1 课题的背景............................................................................................................................1 1.2 语音存储与回放的系统组成............................................................................................... 1 1.3 系统的意义............................................................................................................................2 第 2 章电路设计..................................................................................................................................3 2.1 系统要求................................................................................................................................3 2.2 系统概括................................................................................................................................3 2.3 各模块电路设计....................................................................................................................4 2.3.1 语音采集....................................................................................................................4 2.3.2 前置放大器................................................................................................................7 2.3.3 带通滤波器................................................................................................................7 2.3.4 A/D 转换模块...........................................................................................................10 2.3.5 存储模块..................................................................................................................11 2.3.6 D/A 转换...................................................................................................................12 2.3.7 ADC0809、89S51 单片机、DAC0832 的连接......................................................... 13 2.3.8 按钮控制模块..........................................................................................................15 第 3 章软硬件测试............................................................................................................................16 3.1 前端测试..............................................................................................................................16 3.2 A/D 模块的测试...................................................................................................................17 3.3 D/A 模块...............................................................................................................................18 3.4 A/D 模块、D/A 模块联调....................................................................................................19 3.5 存储模块..............................................................................................................................20 3.6 整个系统的调试..................................................................................................................21 结论...................................................................................................................................................... 24 谢辞...................................................................................................................................................... 25 参考文献..............................................................................................................................................26 附录软件程序....................................................................................................................................27

语音存储与回放系统的设计（语音存储部分）第 1 章绪论 1.1 课题的背景语言既是人类创造的，亦是人类区别于其他地球生命的本质特性之一。语音是语言最本质、最自然、最直接的表现形式或载体，其表现形式为声波----一种由空气分子振动而形成的机械波。人类用语言交流的过程可以看成是一个复杂的通信过程，为了获取便于处理的语音信源，必须将在空气中传播的声波转变为包含语音信息并且记载着声波物理性质的模拟（或数字）电信号，即语音信号，因而语音信号就变成语音的表现形式或载体。人们对语音的研究早己有之，其中语音学是研究人类语音的产生、传播及感知等过程机理的学科，包括发音语音学、声学语音学和听觉语音学 3 个分支。数字信号处理是一门通过计算机或其他专用设备，对离散信号用数字方式进行增强、压缩、滤波、变换及识别等处理的新兴学科。语音学和数字信号处理的交叉结合便形成了语音信号处理。语音信号处理是建立在语音学和数字信号处理基础之上的，对语音信号模型进行分析、存储（编码）、传输、识别和合成等方面研究的一门综合性学科。它包括语音编码、语音识别、说话人识别和语音合成四大学科分支，并由此形成了语音分析技术、语音存储（编码）技术、语音识别技术和语音合成技术四大实用技术[1]。 1.2 语音存储与回放的系统组成目前，随着数字化信号处理技术的不断提高，单片机、数字信号处理器以及语音处理大规模集成电路的进步，语音合成、语音识别、语音存储和回放技术的应用越来越广泛，尽管现在各种语言合成芯片,语音处理应用电路有许多，但都需要增加硬件投资[2]。在一些由单片机构成的系统中，由于单片机接口有限，还需要扩宽硬件接口线路，在语音存储与回放系统中，没有使用专用的语音处理芯片，不需扩宽接口电路，只利用一般的单片机系统中都有的硬件电路（如 A/D、 D/A、存储器等）就能完成语音信号的数字化处理，即能完成语音的存储与回放。因此在几乎不需增加硬件投资情况下进行语音处理提供了一种思路[3]。 1

福州大学本科生毕业设计（论文）语音存储与回放系统方框图如图 1-1 所示。图 1-1 语音存储与回放方框图本系统不需要专用的语音处理芯片，采用 51 系列单片机进行控制处理。录音模块：先采集语音信号；然后进行隔离、放大、滤波；再把模拟语音信号通过 A/D 转换为数字语音信号；把数字语音信号经过 51 系列单片机进行处理，存储在外部的数据存储器中。放音模块：用 51 系列单片机处理，将存储在外部数据存储器中的数字语音信号通过 D/A 转换为模拟的语音信号，再进行带通滤波，功率放大后输出[4]。 1.3 系统的意义传统的磁带语音录放系统因其体积大、使用不便，在电子与信息处理的使用中受到许多限制。体积小巧，功耗低的数字化语音存储与回放系统将完全可以替代它。数字化语音存储与回放系统的基本原理是对语音的录音与放音的数字控制。其中，关键技术在于：为了增加语音存储时间，提高存储器的利用率，采用了非失真压缩算法对语音信号进行压缩后再存储，而在回放时再进行解压缩；同时，对输入语音信号进行数字滤波以抑制杂音和干扰，从而确保了语音回放的可靠质量[5]。制作语音存储与回放系统的根本目的是对大学四年所学知识的一个回顾（重温），系统里面所用到的基本上都是模拟电路、数字电路和单片机中的基础知识。做这个系统就是为了加深我们对所学知识的理解和应用，是理论和实践的结合。 2

语音存储与回放系统的设计（语音存储部分）第 2 章电路设计 2.1 系统要求导师给我们的任务书中已经明确表示了以下几点要求： 1、熟悉单片机系统电路设计，熟悉单片机汇编语言及 C 语言编程。 2、熟悉模拟电路、数字电路设计。 3、制作语音存储系统，要求具有：（1）采样频率 8kHz，采样位数为 8bit （2）具有按键、LCD 等控制部分（3）具有外部扩展存储器所以我们只能按照任务书的要求，不采用语音处理芯片，而采用 51 系列单片机进行控制，这样总体的设计方案已经定下来了，我们做的只能是各个模块的电路设计。 2.2 系统概括设计的系统的总体模块包括以下几个方面： 1、用驻极体采集语音信号 2、前级跟随放大 3、 300Hz-3.4KHz 的带通滤波 4、 A/D 转换 5、 89S52 单片机处理 6、两片 62256 扩展 64KB 的外部 RAM 数据存储空间 7、 D/A 转换 8、后级通过带通滤波器进行平滑 9、后级放大 10、输出用耳麦或有源音箱都可以收听 11、三个按钮：一个复位键，一个键控制录音，一个键控制放音 12、LCD 显示 3

福州大学本科生毕业设计（论文） 2.3 各模块电路设计 2.3.1 语音采集声音通过驻极体采集，而没有采用麦克风。本来先前选用的是麦克风来采集语音信号，但是选用麦克风采集，发现采集的语音信号并不怎么好，可能是已用了多年的麦克风的原因，还是其它别的原因，效果不是很好，最终还是选择简单可行的驻极体来采集语音信号。驻极体传声器是一种微型声-电换能器（如图 2-1 所示），用来将声信号变换为电信号，它实际上是一种电容式换能器（如图 2-2 所示），其振动膜片一般由二氧化硅、多晶硅或高分子聚合物如聚四氟乙烯材料做成。这些物质经特殊电处理后，表面永久地驻有极化电荷，当声波传到振膜时，振膜发生相应振动，导致电容器极板之间的距离 d 发生相应的变化。根据电容公式如公式（2-1）所示。 C=εS/d=εrε0S/d （2-1）其中：ε为极板间介质的介电常数；ε0 为真空中的介电常数；εr 为相对介电常数；S 为极板面积。可知当电容 C 发生相应的变化时，由于 R 的阻值很大，极化电荷 Q 来不及变化，从而导致电容两端的电压 U 也发生相应的变化，电容的变量ΔC 与电压的变量ΔU 满足公式如公式（2-2）所示。 ΔU=Q/ΔC （2-2）这样就把声压转换成了电压，即声音信号转化为了电信号[6]。 4

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