數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)(畢業(yè)設計)

1、數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)摘 要語音信號處理屬于信息科學的一個重要分支，大規(guī)模集成技術的高度發(fā)展和計算機技術的飛速前進，推動了這一技術的發(fā)展。在數(shù)字音頻技術和多媒體技術迅速發(fā)展的今天，傳統(tǒng)的磁帶語音錄放系統(tǒng)因體積大、使用不便、放音不清晰而受到了巨大挑戰(zhàn)。本組提出的體積小巧，功耗低的數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)，可以有效的解決傳統(tǒng)的語音錄放系統(tǒng)在電子與信息處理的使用中受到的限制。本文提出了以SST89E554RC芯片為核心的單片機小系統(tǒng)，用它來實現(xiàn)整個數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)的邏輯控制。單片機將通過模數(shù)轉換器A/D轉換的數(shù)字信號送入外部存儲器中，在回放時，單片機再從存儲器中讀出，送到數(shù)模轉換器D/A轉

2、換成模擬信號輸出。系統(tǒng)采用了鍵盤選擇壓縮方式，在字符型顯示器上顯示，并可實現(xiàn)實時語音存儲與回放，性能穩(wěn)定，并且界面友好。多次的測試實驗表明，本系統(tǒng)基本滿足設計要求。文中重點討論了小系統(tǒng)的設計過程、硬件流程和軟件的調試問題，研究了采用DPCM編碼方式以解決因存儲空間不夠而引起的存儲時間不夠的問題。關鍵詞 單片機小系統(tǒng),模/數(shù)轉換,數(shù)/模轉換,程序運行中編程,差值編碼AbstractThe speech signal processing belongs to an important branch of information science, large-scale integration t

3、echnology development and the height of the rapid progress in the computer technology, promote the development of this technology. In digital audio technology and multimedia technology rapid development, the traditional tape voice recording system for large size, use inconvenience, playback not clea

4、r and a huge challenge. Group of small size, low power consumption of digital voice storage and playback system, can effectively solve the traditional voice recording system in electronic and information processing in the use of the limit.In SST89E554RC chip is proposed in this paper is the core of

5、singlechip processor system, using it to make the digital voice storage and playback system logic control. Adc chip will be through the A/D conversion of digital signals into the external memory chip in A replay, and again from memory to read, dac D/A converted into analog signal output. System USES

6、 a keyboard, choose compression in the character screen display, and can realize real-time speech storage and playback, stable performance, and friendly interface. Many of the test experiments show that this system basically meet the design requirements.In this paper, the design process of small sys

7、tem, hardware and software of debugging process, research using DPCM coding method to solve the lack of storage space for storage time enough to cause problems.Key Words Singlechip processor system ,A/D conversion,D/A transformation, In Application Programming,Differential Pulse Code Modulation.-I-目

8、 錄摘 要IAbstractII目 錄III1 引言11.1 數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)設計要求11.2 系統(tǒng)方案論證12 數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)硬件設計32.1語音前置放大器設計32.1.1 語音輸入32.1.2 雙話筒語音輸入級電路32.1.3 中間放大級電路52.1.4 采用儀表放大器電路作為雙話筒語音輸入放大電路72.1.5 話筒的安裝方法82.2 帶通濾波器電路設計82.2.1 低通濾波器82.2.2 高通濾波器112.3 A/D和D/A轉換器電路設計152.3.1 A/D轉換器電路設計152.3.2 單片機和D/A轉換器電路設計183 總體電路設計223.1 幅頻特性校正電路設計2

9、23.2 音頻放大器和自動增益控制電路（AGC）電路設計233.3 數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)方框圖254 數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)軟件設計264.1 單片機程序流程圖264.2 初始化子函數(shù)設計294.3 產生波形數(shù)據(jù)子函數(shù)294.4 系統(tǒng)設計主函數(shù)30結 論34致 謝35參考文獻36附 錄37-III-1 引言目前，隨著數(shù)字化信號處理技術的不斷提高，單片機,數(shù)字信號處理器以及語音處理大規(guī)模集成電路的進步，語音合成,語音識別,語音存儲和回放技術的應用越來越廣泛，盡管現(xiàn)在各種語言合成芯片,語音處理應用電路有許多，但都需要增加硬件投資，在一些由單片機構成的測控系統(tǒng)中，由于單片機接口有限，還需要擴寬

10、硬件接口線路，本文介紹的語音存儲與回放系統(tǒng)中，沒有使用專用的語音處理芯片，不需擴寬接口電路，只利用一般的單片機測控系統(tǒng)中都有的硬件電路（如A/D、 D/A、,存儲器等）就能完成語音信號的數(shù)字化處理，即能完成語音的存儲與回放，實現(xiàn)單片機測控系統(tǒng)的語音提示報警及語音提示操作。因此特別適用于單片機測控系統(tǒng)，為單片機測控系統(tǒng)的語音報警及語音提示操作在幾乎不需增加硬件投資情況下的語音處理提供了一種思路。傳統(tǒng)的磁帶語音錄放系統(tǒng)因其體積大、使用不便,在電子與信息處理的使用中受到許多限制。本文提出的體積小巧,功耗低的數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)將完全可以替代它。數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)的基本原理是對語音的錄音與放

11、音的數(shù)字控制。其中,關鍵技術在于:為了增加語音存儲時間,提高存儲器的利用率,采用了非失真壓縮算法對語音信號進行壓縮后再存儲,而在回放時再進行解壓縮;同時,對輸入語音信號進行數(shù)字濾波以抑制雜音和干擾,從而確保了語音回放的可靠質量1.1 數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)設計要求設計并制作一個數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)，其示意圖如圖1.1所示拾音器放大器1帶通濾波器ADC微處理器存儲器DAC耳機放大器2帶通濾波器圖1.1數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)示意圖1.2 系統(tǒng)方案論證方案一: 語音編碼方案：人耳能聽到的聲音是一種頻率范圍為20 Hz20000 Hz ,而一般語音頻率最高為3400 Hz。語音的采集是指語音聲

12、波信號經(jīng)麥克風和高頻放大器轉換成有一定幅度的模擬量電信號,然后再轉換成數(shù)字量的全過程。根據(jù)“奈奎斯特采樣定理”, 采樣頻率必須大于模擬信號最高頻率的兩倍， 由于語音信號頻率為3003 400 Hz ,所以把語音采集的采樣頻率定為8 kHz。從語音的存儲與壓縮率來考慮，模型參數(shù)表示法明顯優(yōu)于信號波形表示法4。但要將之運用于單片機，顯然信號波形表示法相對簡單易實現(xiàn)?；谶@種思路的算法，除了傳統(tǒng)的一些脈沖編碼調制外，目前已使用的有VQ技術及一些變換編碼和神經(jīng)網(wǎng)絡技術，但是算法復雜，目前的單片機速度底，難以實現(xiàn)。方案二: 所設計的數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)方框圖如圖1.2所示。系統(tǒng)由語音輸入、A/D轉換

13、數(shù)據(jù)存儲、微控制器系統(tǒng)、D/A轉換、語音播放系統(tǒng)等電路組成。本設計采用的是方案二。前置放大電路·帶通濾波器²¨取樣/采樣電路末級放大器高頻校正´帶通濾波器A/律擴張電路微控制器鎖存器´存儲器A/DS/HAGCD/AP1P2P3X/sinXX=f/fs自動增益控制A/律壓縮電路圖1.2 數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)方框圖2 數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)硬件設計2.1語音前置放大器設計2.1.1 語音輸入語音輸入采用駐極體電容話筒（簡稱ECM）。駐極體電容話筒是一種體積小、頻帶寬、噪音小和靈敏度高的話音傳感器。其內部結構和連接形式如圖2.1所示。駐極體電容

14、話筒的主要技術參數(shù)有：靈敏度典型值為-66-56dB或515mV/Pa;頻率響應典型值為50Hz12kHz;輸出阻抗典型值不大于2k；工作電壓DC為1.512V。2.1.2 雙話筒語音輸入級電路為抵消語音輸入背景噪聲，可采用兩個特性相同的駐極體電容話筒，將它們在空間上背對背安放，并在電氣上通過適當?shù)倪B接，使其輸出信號幅度相等、相位相反地疊加起來，就能將兩個話筒在所處環(huán)境下拾入的背景噪聲抵消掉；由于說話人只對準其中一個話筒講話，因此有用的語音信號并不會被抵消掉。圖2.2為雙話筒語音輸入級的電原理圖，運算放大器采用了低噪聲高輸入阻抗的運算放大器OP27/37。該輸入級的電壓增益由電阻R3和R4的比

15、值決定，即A=1+R3/R4=1+100/1100（40dB）在圖2.2中，ECM1采用源級（S）輸出方式接法，其輸出為同相信號；ECM2采用漏極D輸出方式接法，其輸出為反相信號。當ECM1和ECM2同時拾到同源聲波時，他們就會輸出波形一樣而相位相反的兩個信號，起到了相互抵消的作用。調節(jié)電位器Rw可使輸出端的背景噪聲電壓為最小。OP27/37引腳端封裝形式和偏移調節(jié)電路如圖2.3所示。（a）外形結構(b)內部電路 DGS (c)接法1 DGS +(d)接法2圖2.1駐極體電容話筒內部結構和連接形式C47F+R2IC-+100F1KR4C2OP27+輸出100KR3+C4100F47F+5VC3

16、+R1C1ECM1DSRw5.1KDCSECM2R1=R1=200K圖2.2雙話筒語音輸入級電路2.1.3 中間放大級電路中間放大電路如圖2.3所示，最大增益為40dB,增益可通過電位器Rw進行調節(jié)。元件R1和R2的參數(shù)應滿足R2=（1100）R1關系。圖中運算放大器采用NE5532N、NE5534等芯片12348765OP27OP37BALIN-IN+V-BALOUTV+N.C.(a)引腳端封裝形式+-41輸入23V-V+輸出6Rp10K87（b）偏移調節(jié)電路圖2.3OP27/37引腳段封裝形式和偏移調節(jié)電路R1R1/R2R1+15V-15VR1R1RwR1運算放大器R1圖2.4中間放大級電

17、路2.1.4 采用儀表放大器電路作為雙話筒語音輸入放大電路如果設計者購買的是只有兩個外引腳駐極體話筒（其S與G引腳端在內部已連接在一起），則可采用如圖2.5所示的儀表放大器電路作為雙話筒語音輸入放大電路。電壓輸出為Vout=(R3/R)(2R2/R1)+1 V。ECM1和ECM2都采用漏極D輸出方式接法，如圖2.6所示。¡÷V+-+-+-+-25KRR3+15VR2A1 LF355+15V23-15V416RR2R1R332+154-15100pF8Vout67A2 LF355A3 LM3084732-15V75圖2.5 儀表放大器電路作為雙話筒語音輸入放大電路+15VDS

18、駐極體電容話筒1圖2.6 ECM采用漏極D輸出方式2.1.5 話筒的安裝方法將ECM1和ECM2背對背分別安裝在同一圓柱形套筒上，話筒的兩背之間用隔音材料填充起來，用屏蔽線將輸出信號送到放大器的輸入端。使用時先調節(jié)電位器Rw使輸出噪聲達到最小，錄音時只要將ECM1和ECM2中任意一個對著說話人即可。2.2 帶通濾波器電路設計根據(jù)設計要求，帶通濾波器的同代范圍為300Hz3.4kHz,上下截止頻率之比為3400/300=11.32，是一個寬帶濾波器，無法采用一般的帶通濾波器的設計方法來實現(xiàn)，但可采用低通濾波器級聯(lián)高通濾波器的方法來實現(xiàn)。2.2.1 低通濾波器從設計要求可知，低通濾波器的通帶（上限

19、）頻率fc=3.4kHz,阻帶頻率fs/2=4kHz,通帶內的衰減不大于-3dB，阻帶內的衰減不小于-40dB。通過查表或者使用相關的濾波器設計軟件可以計算出該低通濾波器的階數(shù)：巴特沃茲濾波器需要29階；切比雪夫濾波器需要10階；橢圓濾波器需要5階；貝塞爾濾波器大于20階。1) 采用專用濾波器芯片的低通濾波器電路1Hz10kHz,在阻帶頻率初可達-60dB的衰減，采用+5V電壓供電。MAX7403的引腳端封裝形式和應用電路如圖2.7所示。通過改變連接到芯片的時鐘頻率，即可獲得所要求技術指標的低通濾波器，濾波器時鐘信號CLK可采用自建始終或者是通過外部輸入時鐘。若采用外部始終，則fc=fclk/

20、100;若采用內部時鐘發(fā)生器，則連接到引腳端CLK和GND之間的電容Cosc=K×10³/fosc。 12348765MAX7403COMINGNDVddCLKOSSHDNOUT(a) 引腳端封裝形式MAX7403INCLKOUTCOMSHDNOS輸出時鐘輸入0.1FVsupplyGNDVdd（b）應用電路圖2.7 MAX7403引腳端封裝形式和應用電路MAX7403濾波器的輸入阻抗為Zin=1000/0.85fclk(M)其中，fclk的單位為kHz。MAX7403具有較低的輸出阻抗，可驅動1k與500pF并聯(lián)的負載阻抗。2) 采用運算發(fā)達器構成的低通濾波器電路一個采用運

21、算放大器構成的5階橢圓低通濾波器電路如圖2.8所示。由設計軟件分析結果可知：該濾波器第一級電路的截止頻率為819.86Hz，增益為1；第二級電路的品質因數(shù)Q=16.82，fp=3.347kHz,fz=4.105Hz,增益為1.0093；第三級電路的品質因數(shù)Q=2.75.fp=2.506kHz,fz=5.576kHz,增益為1.1286。圖中運算放大器可采用NE5532N、NE5534等芯片。U188.24k2.2nF-20.90k2.42nF2.299k1.15nF89.36k833.3k120nF83.21k678nF9.922k15nF-Uo6.667k51.83k2.05nF2.299k

22、9.922k圖2.8 5階橢圓低通濾波器電路2.2.2 高通濾波器從設計要求可知，高通濾波器的通帶（起始）頻率fL=300Hz。為了抑制工頻干擾，可將阻帶頻率定為50Hz，通帶內衰減不待遇-3dB,阻帶內的衰減不小于-40dB。由于fL/502，可用下列方法估算出該高通濾波器的階數(shù)；由fL=2n ，解得倍頻程n=2.58，并計算出過渡帶內一個倍頻程的衰減為-6dB,所以可計算得No=-15.47/-62.6階?？墒褂靡粋€3階的高通濾波器達到設計要求。1)采用專用濾波器芯片的高通濾波器電路高通濾波器可采用雙2階通用開關電容有源濾波器MAX260芯片，通過 單片機精確地控制MAX260濾波器的功能

23、，實現(xiàn)低通、高通、帶通、電阻及全通之類的各種濾波器。MAX260可采用單電源（+5V）或者雙電源（±5V）供電。對于濾波器的編程，需要確定3個參數(shù)：模式MODE、中心頻率fo和品質因數(shù)Q。MAX260的引腳端封裝形式及與單片機的接口電路如圖2.9。MAX260的模式選擇關系如表2.1所列，高通濾波器應用選擇模式MODE3。 123456789101112131415161718192021222324MAX260BPaN.C.HPaN.C.INaD1A3CLK OUTV+A2CLKaLPaINaLPaBPaD0GNDV-_WRA0HPaA1CLKb(a)引腳端封裝形式（b）與微控制器

24、接口電路圖2.9 MAX260的引腳端封裝形式及與單片機的接口電路表2.1 MAX260的濾波器模式選擇（2階濾波器形式）模式M1、M2濾波器功能fNHOLPHOBPHON1(f0)HON2(ffCLK/4 )其他10、0LP、BP、Nf0-1-Q -1-120、1LP、BP、Nf0-Q-0.5-131、0LP、BP、HPf0-QHOHP=1-Q+RG/RL+RG/RHHOHP=-141、1LP、BP、AP-2QHOAP=-1f2=f0,Q2=Q表中：fo為中心頻率：fN 為陷波頻率；HOLP 為在DC的低通增益；HOBP 為在fo帶通增益；HOAP為全通增益；fz，Qz為復合極對的f和Q。為

25、了實現(xiàn)設計要求的高通濾波器，需要使用2個中心頻率、品質因數(shù)等參數(shù)完全相同的2階濾波器級聯(lián)來實現(xiàn)。為了使該開關電筒濾波器的響應盡量接近連續(xù)型濾波器的響應，比值fCLK/fo以及Q值應盡量取大一些。由于采用了2個完全相同的濾波器進行級聯(lián)來實現(xiàn)高通濾波器，因此級聯(lián)之后帶寬會縮小。2個濾波器級聯(lián)后，帶寬將縮小為原來的0.644，因此，應將每一個濾波器的截止頻率fc預擴為300Hz/0.644466Hz，通常比值fCLK/fo應在150以上。當取fCLK/fo=150,并取fCLK=75Hz時，可計算得fo的數(shù)值為500Hz根據(jù)MAX260的使用資料可計算和查找fo、Q、模式（MODE）的配置數(shù)據(jù)，在上

26、電時通過單片機寫入芯片內部的寄存器中去，實現(xiàn)滿足預定指標要求的高通濾波器。將MAX260濾波器A的高通輸出端(HP)連接濾波器B的輸入端，濾波器B的高通輸出端（HP）作為信號的輸出可實現(xiàn)一個4階高通濾波器，電路如2.11所示。圖2.11 MAX260實現(xiàn)的4階高通濾波器電路2) 采用運算放大器構成的高通濾波器電路一個采用運算放大器構成的3階Butterworth高通濾波器電路如圖2.12所示。由Multisim7仿真軟件的分析結果可知：該濾波器第一級電路的截止頻率為299.763Hz，增益為1；第二級電路的品質因數(shù)Q=1，f=299.763Hz，增益為1，圖中運算放大器可采用NE5532N、N

27、E5534等芯片。圖2.12 3階Butterworth高通濾波器電路2.3 A/D和D/A轉換器電路設計2.3.1 A/D轉換器電路設計A/D轉換器電路采用ADC0804（字長為8位，轉換速率為10kHz）芯片。ADC0804與單片機接口電路如圖2.13所示，時鐘頻率可通過選擇外接RC元件值將其設置為不小于800kHz(fCLK1/1.1RC，R10k)，也可采用外部時鐘。由于ADC0804完成一次摸/數(shù)轉換需要100s的時間，在此期間送到ADC0804輸入端的模擬信號樣本必須保持不變，否則會引起轉換誤差，因此在ADC0804之前還必須加上一級采樣/保持電路（S/H），可選用LF398集成S

28、/H芯片。由LF398的技術參數(shù)表中得知，當保持電容CH=1000pF時，該器件的捕獲時間tAC=4s,孔徑不確定時間tAU=20ns。上述指標完全可滿足語音信號（300Hz3.4kHz）處理要求。LF398的引腳端封裝形式和應用電路如圖2.14所示。圖2.13 ADC0804引腳端封裝形式和與單片機接口電路（a） 引腳端封裝形式（b）應用電路圖2.14 LF398的引腳端封裝形式和應用電路2.3.2 單片機和D/A轉換器電路設計1) 單片機電路單片機電路采用AT89S52單片機，AT89S52是一個低功耗、高性能的CMOS8位單片機，內含8KB可反復擦寫(大于1000次)ISP Flash

29、ROM;256×8位內部RAM;3個16位可編程定時器/計數(shù)器；32個雙向I/O口；全雙工UART串行中斷口線；2個外部中斷源；3級加密位；雙線據(jù)寄存器指針；看門狗（WDT）電路；軟件設置空閑和省電功能，中斷喚醒省電模式；時鐘頻率為333MHz；工作電壓為4.55.5V。器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結構。2) D/A轉換器電路D/A轉換器電路可采用雙8位乘法數(shù)/模轉換器AD7258芯片，具有單獨的片內數(shù)據(jù)鎖存器，數(shù)據(jù)通過公共輸入口傳送至兩個DAC數(shù)據(jù)鎖存器的任一個，控制輸入端DACA/DACB決定哪一個DAC被裝載

30、，工作電源為515V功耗小于15mW。AD7528的引腳端封裝形式有DIP/SOIC封裝，時序圖如圖2.15所示，應用電路和與單片機的接口電路如圖2.18所示，輸入數(shù)據(jù)與輸出電壓關系如表2.2和2.3所列。圖2.15 AD7528的時序圖注：1.所有的輸入信號上升和下降時間測量為VDD=+5V,tR=tF=20ns:VDD=+15V，tR=tF=40ns； 2.時間測量參考電平是（VIH+VIL）/2表2.2 單極性應用電路輸入數(shù)據(jù)與輸出電壓關系DAC鎖存內容MSB LSB模擬輸出（DAC A 或 DAC B）11111111-VIN (255/256)10000001-VIN（129/256

31、）10000000-VIN(128/256)=-VIN /201111111-VIN (127/256)00000001-VIN (1/256)00000000-VIN (0/256)表2.3 雙極性應用電路輸入數(shù)據(jù)與輸出電壓關系DAC鎖存內容MSB LSB模擬輸出（DAC A 或 DAC B）11111111+VIN (127/128)1000000110000000001111111-VIN (1/128)00000001-VIN (127/128)00000000-VIN (128/128) (a)單極性應用電路(b)雙極性應用電路(c)與單片機的接口電路圖2.18 AD7528應用電路

32、和與單片機的接口電路3 總體電路設計3.1 幅頻特性校正電路設計幅頻特性校正電路采用一階RC網(wǎng)絡，電路如圖3.1所示，該一階RC網(wǎng)絡科補償因D/A恢復語音信號時引入的高頻分量的損失，對高頻分量稍作提升，實現(xiàn)近似校正。根據(jù)公式sin(f/fs)/（f/fs）計算可得，在采樣頻率為8kHz時，當頻率為300Hz時衰減為0.02dB；在頻率為3.4kHz處衰減為-2.75dB。選擇適當?shù)淖枞菰山茲M足在3.4kHz處提升2.75dB要求，經(jīng)計算可得電阻R1=R2=1k，電容C為0.061F。圖3.1采用一階RC網(wǎng)絡的幅頻特性校正電路3.2 音頻放大器和自動增益控制電路（AGC）電路設計音頻放大

33、器電路采用電壓放大和功率放大兩級組成。電壓放大級可采用2.4所示電路，功率放大級可采用專用芯片TDA2040等芯片來實現(xiàn)。TDA2040應用電路如圖3.2所示，該電路最大可提供22W的輸出功率。(a)應用電路(雙電源供電)(b)應用電路（單電源供電）圖3.2 TDA2040引腳端封裝形式和應用電路AGC電路時利用場效應管工作在可變電阻區(qū)，漏極電阻受到柵極電壓控制的特性來實現(xiàn)的。整個電路由包括場效應管在內的壓控電壓增益放大器、整流濾波電路、直流放大器和比較器組成，實現(xiàn)增益的閉環(huán)控制。AGC電路如圖3.3所示。運放A1構成壓隨器，作為輸入級。運放A2構成反相放大器，其增益由場效應管的源極和漏極之間

34、的電阻決定。電阻R1、R2以及R3使得場效應管的伏安特性呈線性化。輸出電壓uop經(jīng)過整流器和濾波器形成控制電壓。當uop發(fā)生變化時，控制電壓隨之發(fā)生變化，因此，場效應管的導通電阻發(fā)生改變，放大器的放大倍數(shù)發(fā)生改變，音頻信號強時自動減小放大倍數(shù)，信號弱時自動增大放大倍數(shù)，從而實現(xiàn)音量的自動調節(jié)。A/律壓擴電路可采用專用的集成電路實現(xiàn)，競賽中由于工作量大、時間緊等關系，一般難以完成。這部分電路略。+-+-+-+-Uip1¦ÌF1MIC174115KR15.6KIC2100nF+6.3V4.7K4.7K4.7K4.7K4.7K47K4.7KIC3741D20A810A81IC47

35、41Uop100K100K-15V39KVR110K增益調節(jié)0A81D1R422010K100KR5圖3.3 AGC電路3.3 數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)方框圖所設計的數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)方框圖如圖3.4所示。系統(tǒng)由語音輸入、A/D轉換數(shù)據(jù)存儲、微控制器系統(tǒng)、D/A轉換、語音播放系統(tǒng)等電路組成。前置放大電路·帶通濾波器²¨取樣/采樣電路末級放大器高頻校正´帶通濾波器A/律擴張電路微控制器鎖存器´存儲器A/DS/HAGCD/AP1P2P3X/sinXX=f/fs自動增益控制A/律壓縮電路圖3.4 數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)方框圖4 數(shù)字化語音存儲

36、與回放系統(tǒng)軟件設計4.1 單片機程序流程圖單片機程序主流程圖如4.1所示。錄音字程序流程圖4.2所示；放音子程序流程圖如4.3所示。語音壓縮編碼方式種類比較多。增量調制（AM）和差分脈碼調制（DPCM）是兩種常用的語音壓縮編碼方式，分別可達到8倍和2倍的壓縮比。增量調制是一種實現(xiàn)簡單且壓縮比高的語音壓縮編碼方法，該方法只用一位碼記錄前后語音采樣值S（n）、S（n-1）的比較結果，若S（n）S（n-1），則編為“1”碼；反之，則為“0”碼。這種技術可將語音轉換的數(shù)碼率由64kbps降低至8kbps,存儲時間可加長至128s但噪聲大，信號失真明顯。本設計選用DPCM壓縮編碼方案。DPCM是一種比較

37、成熟的壓縮編碼方法，可把數(shù)碼率由64kbps壓縮至32kbps，從而使語音存儲時間增加一倍，達到32s，并且信噪比損失小。其數(shù)學表達式如下： -8 (S(n)-A(n-1)-8) e(n)= S(n)-A(n-1) (-8S（n）-A(n-1)7) 7 （S（n）-A(n-1)7） A(n)=A(n-1)+e(n) （4-1）其中；S（n）表示當前采樣值；A（n）表示增量累加值；A(n-1)作為預測值；e（n）表示差分值。開機或按RESET鍵系統(tǒng)復位初始化：設置定時器工作方式、時間常數(shù)和中斷功能，停止定時器的工作，對開關電容濾波器編程，開鍵盤中斷.等待鍵盤中斷圖4.1 主程序流程圖錄音子程序入

38、口判斷模式=0？讀ADC上次數(shù)據(jù)啟動本次ADC轉換寫上次ADC數(shù)據(jù)到存儲器數(shù)碼管計數(shù)顯示換頁（視需要）存儲器是否溢出停止定時器工作開鍵盤中斷返回返回等待定時器再次中斷YN讀ADC上次數(shù)據(jù)啟動本次ADC轉換計算CV-PV，求出帶符號的差值寫入到緩沖器中緩沖器中一個字節(jié)準備好？將緩沖器中的字寫入到存儲器當中數(shù)碼管計數(shù)顯示換頁（視需要）存儲器是否溢出？NYNYNY圖4.2 錄音子程序流程圖放音子程序入口判斷模式=0？從RAM讀取語音數(shù)據(jù)送給D/A轉換器換頁（視需要）數(shù)碼管計數(shù)顯示放音是否結束停止定時器工作開鍵盤中斷返回返回等待定時器再次中斷YN從RAM讀取語音數(shù)據(jù)數(shù)碼管計數(shù)顯示寫入到緩沖器中緩沖器當

39、前數(shù)據(jù)處理完畢？由PV于DIFF計算出語音樣本的實際值送給D/A轉換器換頁（視需要）放音是否溢出？NYNNY換頁（視需要）Y 圖4.3 放音子程序流程圖4.2 初始化子函數(shù)設計初始化子函數(shù)的主要工作是設置定時器的工作模式、初值預置、開中斷和打開定時器等。在這里，定時器T1工作于16位定時模式，單片機按定時時間重復地把波形數(shù)據(jù)送到DAC0832的寄存器。其程序流程圖如圖4.4所示：開 始T1置初值，設為16位定時模式T1中斷允許，開定時器，開總中斷返 回圖4.4初始化子函數(shù)程序流程圖4.3 產生波形數(shù)據(jù)子函數(shù) 波形數(shù)據(jù)產生函數(shù)是定時器T1的中斷程序。當定時器計數(shù)益出時，發(fā)生一次中斷。當發(fā)生中斷時

40、，單片機按次序將波形數(shù)據(jù)表中的波形數(shù)據(jù)一一送入DAC0832，DAC0832根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)大小輸出對應電壓。波形數(shù)據(jù)產生子函數(shù)程序流程圖如圖4.5所示：圖4.5波形數(shù)據(jù)產生子函數(shù)程序流程圖4.4 系統(tǒng)設計主函數(shù)主函數(shù)的任務是進行上電初始化，并在程序運行中不斷查詢按鍵情況執(zhí)行相應的功能。以下是簡易低頻信號源發(fā)生器C51源程序清單：#include"reg51.h"#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define key P3#define dataout P1uchar code sin_tab256= 0

41、x80,0x83,0x85,0x88,0x8A,0x8D,0x8F,0x92, 0x94,0x97,0x99,0x9B,0x9E,0xA0,0xA3,0xA5,0xA7,0xAA,0xAC,0xAE,0xB1,0xB3,0xB5,0xB7,0xB9,0xBB,0xBD,0xBF,0xC1,0xC3,0xC5,0xC7,0xC9,0xCB,0xCC,0xCE,0xD0,0xD1,0xD3,0xD4,0xD6,0xD7,0xD8,0xDA,0xDB,0xDC,0xDD,0xDE,0xDF,0xE0,0xE1,0xE2,0xE3,0xE3,0xE4,0xE4,0xE5,0xE5,0xE6,0xE6,

42、0xE7,0xE7,0xE7,0xE7,0xE7,0xE7,0xE7,0xE7,0xE6,0xE6,0xE5,0xE5,0xE4,0xE4,0xE3,0xE3,0xE2,0xE1,0xE0,0xDF,0xDE,0xDD,0xDC,0xDB,0xDA,0xD8,0xD7,0xD6,0xD4,0xD3,0xD1,0xD0,0xCE,0xCC,0xCB,0xC9,0xC7,0xC5,0xC3,0xC1,0xBF,0xBD,0xBB,0xB9,0xB7,0xB5,0xB3,0xB1,0xAE,0xAC,0xAA,0xA7,0xA5,0xA3,0xA0,0x9E,0x9B,0x99,0x97,0x94,

43、0x92,0x8F,0x8D,0x8A,0x88,0x85,0x83,0x80,0x7D,0x7B,0x78,0x76,0x73,0x71,0x6E,0x6C,0x69,0x67,0x65,0x62,0x60,0x5D,0x5B,0x59,0x56,0x54,0x52,0x4F,0x4D,0x4B,0x49,0x47,0x45,0x43,0x41,0x3F,0x3D,0x3B,0x39,0x37,0x35,0x34,0x32,0x30,0x2F,0x2D,0x2C,0x2A,0x29,0x28,0x26,0x25,0x24,0x23,0x22,0x21,0x20,0x1F,0x1E,0x1D,

44、0x1D,0x1C,0x1C,0x1B,0x1B,0x1A,0x1A,0x1A,0x19,0x19,0x19,0x19,0x19,0x19,0x19,0x19,0x1A,0x1A,0x1A,0x1B,0x1B,0x1C,0x1C,0x1D,0x1D,0x1E,0x1F,0x20,0x21,0x22,0x23,0x24,0x25,0x26,0x28,0x29,0x2A,0x2C,0x2D,0x2F,0x30,0x32,0x34,0x35,0x37,0x39,0x3B,0x3D,0x3F,0x41,0x43,0x45,0x47,0x49,0x4B,0x4D,0x4F,0x52,0x54,0x56,

45、0x59,0x5B,0x5D,0x60,0x62,0x65,0x67,0x69,0x6C,0x6E,0x71,0x73,0x76,0x78,0x7B,0x7D;uchar code thr_tab256= 0x80,0x81,0x82,0x83,0x84,0x85,0x86,0x87, 0x88,0x89,0x8A,0x8B,0x8C,0x8D,0x8E,0x8F,0x90,0x91,0x92,0x93,0x94,0x95,0x96,0x97,0x98,0x99,0x9A,0x9B,0x9C,0x9D,0x9E,0x9F,0xA0,0xA1,0xA2,0xA3,0xA4,0xA5,0xA6,0

46、xA7,0xA8,0xA9,0xAA,0xAB,0xAC,0xAD,0xAE,0xAF,0xB0,0xB1,0xB2,0xB3,0xB4,0xB5,0xB6,0xB7,0xB8,0xB9,0xBA,0xBB,0xBC,0xBD,0xBE,0xBF,0xBF,0xBE,0xBD,0xBC,0xBB,0xBA,0xB9,0xB8,0xB7,0xB6,0xB5,0xB4,0xB3,0xB2,0xB1,0xB0,0xAF,0xAE,0xAD,0xAC,0xAB,0xAA,0xA9,0xA8,0xA7,0xA6,0xA5,0xA4,0xA3,0xA2,0xA1,0xA0,0x9F,0x9E,0x9D,0

47、x9C,0x9B,0x9A,0x99,0x98,0x97,0x96,0x95,0x94,0x93,0x92,0x91,0x90,0x8F,0x8E,0x8D,0x8C,0x8B,0x8A,0x89,0x88,0x87,0x86,0x85,0x84,0x83,0x82,0x81,0x80,0x7F,0x7E,0x7D,0x7C,0x7B,0x7A,0x79,0x78,0x77,0x76,0x75,0x74,0x73,0x72,0x71,0x70,0x6F,0x6E,0x6D,0x6C,0x6B,0x6A,0x69,0x68,0x67,0x66,0x65,0x64,0x63,0x62,0x61,0

48、x60,0x5F,0x5E,0x5D,0x5C,0x5B,0x5A,0x59,0x58,0x57,0x56,0x55,0x54,0x53,0x52,0x51,0x50,0x4F,0x4E,0x4D,0x4C,0x4B,0x4A,0x49,0x48,0x47,0x46,0x45,0x44,0x43,0x42,0x41,0x40,0x40,0x41,0x42,0x43,0x44,0x45,0x46,0x47,0x48,0x49,0x4A,0x4B,0x4C,0x4D,0x4E,0x4F,0x50,0x51,0x52,0x53,0x54,0x55,0x56,0x57,0x58,0x59,0x5A,0

49、x5B,0x5C,0x5D,0x5E,0x5F,0x60,0x61,0x62,0x63,0x64,0x65,0x66,0x67,0x68,0x69,0x6A,0x6B,0x6C,0x6D,0x6E,0x6F,0x70,0x71,0x72,0x73,0x74,0x75,0x76,0x77,0x78,0x79,0x7A,0x7B,0x7C,0x7D,0x7E,0x7F;uint data THHL=65535;uchar data keyword,n=0;bdata sinthr;sbit sin_thr=sinthr0;sbit ww=key7;keyscan()keyword=key&

50、0x07;if(keyword!=0x07) while(key&0x07)!=0x07); switch(keyword) case 6:if(THHL>=65235)THHL=65535;elseTHHL=THHL+255;break; case 5:if(THHL<=500)THHL=0;elseTHHL=THHL-255;break; case 3:sin_thr=sin_thr;break; default:break; clearmen()key=0xff;dataout=0x00;THHL=65535;TH1=THHL/256;TL1=THHL%256;TMOD=0X11;ET1=1;TR1=1;EA=1;main()clearmen();while(1) keyscan(); void time_intt1(void) interr