摘要
文章介绍了一种数字化语音存储与回放系统的设计方法，该系统以单片机89C52为中心，采用两片
AT628128存储芯片(128KB)构成256KB的外部存储器来存放采集的语音数据,前端语音信号采集部分采用ADC0809实现模数转换,后端语育信号回放部分采用ADC9764实现数模转换,通过键盘等接口电路实现人机交互，单片机工作在中断查询模式,能够快速响应按键要求,以控制系统的语音信号采集开始、存储和回放等。同时，外围电路辅以带通滤波器和放大器等电路对信号进行滤波放大,实现了语音信号的高保真度存储与回放。
关键词：单片机;语音存储;语音回放
目录
1前言 (4)
2系统总体方案设计 (5)
3语音信号的数字化
3.1语音信号的前端处理 (7)
3.2采样理论 (7)
3.2.1采样 (7)
3.2.2 量化 (8)
3.2.3 编码 (8)
3.3 A/D转换器的设计 (9)
3.3.1常见A/D转换器种 (9)
3.3.2系统设计对A/D转换器的要求 (10)
3.3.3模数转换芯片ADC0809简介 (10)
4语音信号的存储
4.1存储方案的选择 (12)
4.2 FIFO特点简介 (13)
4.3 扩展SRAM 仿真FIFO (13)
5语音信号的回放
5.1数模转换器设计 (14)
5. 1. 1 AD9764 .............................................................. 芯片简介14
5. 1. 2 ............................................................. AD9764芯片的工作原理15 6软件设计 (17)
参考文献 (19)
致谢 (20)
第一章前言
目前，许多应用系统中都需要语音存储和回放处理。按照经典的信号与系统理论，语育信号为模拟信号; 而计算机系统建立在二进制基础上，使用的是数字信号。那么，利用计算机处理语音信号就必须先将其数字化，并将其储存、实现回放。此次毕业设计的重点在于硏究语音信翩字化的理论与方法，以为例,具体阐述从采集语音信号到储存,再到回放的整个流程;实现语音信号的数字化储存与回放。若用专用的语昔芯片来处理有时会缺乏灵活性,难以满足不同场合的需要。本文介绍的语音存储与回放系统中，没有使用专用的语音处理芯片，不需扩展接口电路，只利用一般的单片机测控系统中都有的硬件电路（如A /D、D /A、存储器等），就能完成语昔信号的数字化处理，即能完成语音的存储与回放，实现单片机测控系统的语音提示报警及语音提示操作等。
第二章系统总体方案设计
语音是一种非常有用的信息载体,人们一直在寻找可靠的记录处理语音信号的方法。音乐盒是通过上发条的滚轮上不同位置的突起来带动簧片发出事先设计好的乐音，这是通过机械的方法实现了语音信号的记录(有计划地在滚轮上设置突起)、回放(簧片发出乐音)。留声机、磁带等是靠磁头处的电位变化记录或回放语音信号的。而随着计算机技术的发展与普及,利用计算机处理语音信号已经被广泛应用。
人耳能听到的声音频率范围为20Hz ~ 20kH乙而一般语音频率最高为3.4kHz。数字化语音存储与回放系统的基本思想是将模拟语音信号通过模数转换器(A/D)转换成数字信号，再通过单片机控制存储在存储器中;回放时，由单片机控制将数据从存储器中读出，然后通过数模转换器(D/A)转换成模拟信号，经放大在扬声器(或耳机)上输出语昔。本系统以单片机89C52为控制器。由于89C52最大只能寻址64KB的范围，故而系统另配了两片AT628128存储芯片(128KB)构成256KB的外部存储器来存放采集的语音数据。根据"奈奎斯特采样走理",采样频率必须大于模拟信号最高频率的两倍,由于语音信号频率为300Hz〜3.4kHz,所以选取采样频率为8kH乙理论上即可不失真地回放输入的语音信号。具体的系统总体框图参见图2-1。
图2T系统总体方案设计
整个系统分为数字和模拟两大部分。模拟电路主要由电压放大、功率放大及滤波器组成。数字电路以单片机89C52为核》扩展256KB的RAM存储器，外加A /D、D /A及键盘等外围电路构成。
单片机芯片简介
由于本系统采集语音信号频率较低,且逻辑比较简单,从性价比的角度选用单片机比较适合,如选用FPGA、CPLD等可编程逻辑器件,虽然也能完成控制功能”但是系统设计成本将会直线上升,综合考星系统需求，采用市面上应用广泛、设计成熟的AT89C52作为控制芯片，它是一种低电压、高性能CMOS 8 位单片机，片内含8KB的可反复擦写的程序存储器和12B的随机存取数据存储器（RAM ）,器件采用高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内配置通用8位中央处理器（CPU ）和Flash 存储单元,功能强大的AT89C52单片机可灵活应用于各种控制领域。其主要工作特性是:
片内程序存储器内含8KB的Flash程序存储器，可擦写寿命为1000次；
片内数据存储器内含256字节的RAM ；
具有32根可编程I/O口线；
具有3个可编程走时器;
中断系统是具有8个中断源、6个中断矢臺、2个级优先权的中断结构；
串行口是具有一个全双工的可编程串行通信口；
具有一个数据指针DPTR ；
低功耗工作模式有空闲模式^掉电模式；
具有可编程的3级程序锁定位；
工作电源电压为5 ( 1+0.2 ) V ,且典型值为5V ; 最高工作频率为24MHz。
第三章语音信号的数字化3.1语音信号的前端处理
由于经拾音器输入的语音信号比较微弱,而模数转换器ADC0809的工作电压在0〜+ 5V范围内，故而在
采集语育信号前，先要对其进行增益放大。本系统采用LM353作为运算放大器1,将语音信号放大至-2. 5V~ + 2. 5V,再通过+ 2. 5V电平位移,使信号电压在0~ + 5V范围内，满足A/D转换的要求。考虑整流、滤波后的纹波对扬声器输出的影响，本系统采用运算放大器2 （LM386）作功率放大器。由于运算放大器对电源电压具有很强的抑制能力，不仅可大大减小扬声器输出端的纹波电压,同时驱动扬声器放出声音。另外，为了能实现手动音星调节,放大器2的输入端加上一个50kQ的电位器,以便调整音呈。
为了滤除不必要的干扰及杂波,系统前向通道和后向通道中各设计了一个通带为300Hz ~ 3. 4kHz的带通滤波器。由于人的语音频段在10kHz以下,对于滤波的均衡度要求不高，所以本系统通过LM353制作一阶滤波器进行滤波。此一阶带通滤波器由一个低通滤波器和一个高通滤波器串联而成具中低通滤波器能滤除 3.
4kHz以上的频率信号，减少了因8kHz的采样率弓|起的混叠失真;高通滤波器能滤除300Hz以下的频率信号，减少了彳硕信号尤其是工频的影响,大大提高了系统的信噪比。
3. 2采样理论
信息从物理特征上分为：模拟信号与数字信号。话筒输出的话昔信号属于模拟信号；而计算机数据属于数字信号。若输入是模拟信号（例如语音信号），则在数字系统（例如计算机系统）的编码部分需要对输入信号进行数字化，或称为"模/数”变换，将模拟信号变为数字信号,以便在数字系统中继续加以处理。数字化过程包括三个步骤：采样,臺化和编码。
3. 2.1采样
模拟信号首先被采样。通常抽样是按照等时间间隔进行的,虽然在理论上并不是必须如此的。模拟信
号被抽样后，成为抽样信号，它在时间上是离散的，但是在其数值仍然是连续的，所以是离散模拟信号。 根据奈奎斯特采样走理,采样频率必须超过信号最高频率的2倍才能无失真的恢复出原模拟信号,假设对 —个昔频信号(20Hz~ 20kHz )进行采样，那么用40KHZ 的时钟就可以了，比如PC 的声卡采样频率就 是44・lkH 乙
3. 2. 2量化
数据采集系统的主要功能之一是把模拟信号转换成数字信号，这个过程就是呈化。呈化，就是用一基
本星对W 基本呈具有同一量纲的模拟量进行比较的过程，其输入是连续的模拟信号，输出是一系列离散的 数字信号。
在星化过程中所使用的基本呈称为呈化电平(Quantized Level)，它是满呈程电压(V FSR )与2"的比值, 具中N 为数字信号的二进制位数，也是ADC 的分辨率。呈化电平一般用Q 来表示，即Q=V FSR /2N
从上式可以看出，Q 由V FSR 和2N 所决走，是能够量化的最小单位，也是经过ADC 后输出的数字信 号的分辨率。
图3-2量化信号
抽样信号 量化信号
丁
2T TT n
3. 2. 3编码
呈化得到的数字信号的幅度对应于采样点的模拟信号的幅度，但每一个数字信号必须进行编码以变成计算机可识别的二逬制数。采用的编码方式不同，得到的二进制数显然不同。常用的编码方式有单极性二进制编码和BCD编码等。实际上，现有的ADC芯片输出的数字信号一般是己经过编码以后的二进制数, 用户不必再考虑编码的问题。
编码信号
011 100 011 100 / 100 101 101
图3-3编码信号
3. 3 A/D转换器的设计
A/D转换器是将语昔信号转化为数字信号的关键部件,具主要参数有采样频率、采样位数和抗干扰性能等。随着超大规模集成电路技术的飞速发展和计算机技术在工业领域的广泛应用，A/D转换器的新设计思想和制造技术层出不穷。为满足各种不同的检测和控制任务的需要,大星结构不同、性能各异的A/D转换电路应运而生。不同的数据采集场合往往选用的ADC器件也不同。
3. 3.1常见A/D转换器种类
A/D转换器的种类很多，按工作原理不同分为直接A/D转换器和间接A/D转换器两类，直接ADC
可以将模拟信号直接转换为数字信号，这类ADC具有较快的转换速度,具典型电路有快闪型和逐次上匕较型
A/D转换器；而间接ADC则是先将模拟信号转换为某一中间变臺（时间、频率、脉冲克康等）,然后再将中间
变星转换为数字星输出，此类ADC的速度较慢,典型电路是双积分型A/D转换器和电压频率转换型V/F转换器。
按照A/D转换器的速度和精度,又可将A/D转换器大致可分为三类：
1、高速低（或中等）精度A/D转换器，具体的结构有快闪型、半快闪型型和流水线型。此类A/D转换器速度快，但是精度不高,而且消耗的功耗大，占用的芯片面积也很大，主要用于视频处理、通信、高速数字测臺仪器和雷达等领域。
2、中速中等精度A/D转换器。这一类型的A/D转换器是以速度来换取精度,如逐次逼近型A/D转换器。这一类A/D转换器的数据输出通常是串行的,它们的转换速度在几十kHz到几百kHz之间,精度也比高速A/D 转换器高（10〜16位），主要用于传感器、自动控制、音频处理等领域。
3、中速或低速高精度A/D转换器。此类A/D转换器速度不快，但精度很高（16 ~ 24位）,如〔△型ADC。该类型A/D转换器主要用于音频、通信、地球物理测臺、测试仪、自动控制等领域。
3. 3. 2系统设计对A/D转换器的要求
由于本系统采集信号为音频，对采样频率采样精度的要求不高，从经济易行的角度考虑可以选用中速中精度A/D转换器,
1、采样速率40kHz-100kH乙本系统要音频信号进行采样”采样速率过小就会造成欠采样，采样速率过高会增加系统成本。
2、采样位数8-10位。综合考虑系统存储芯片存储容呈和人耳听力分辨力，采用采样位数8-10位的A/D 转换器。
3、稳走性好,抗干扰能力强。这方面的指标主要是要求信噪比高、无失真动态范围大和电源抑制比高。
_般男女语音的最高频率都不超过10kH乙本系统所要求的语音信号为电话语音级:200HZ-3. 4kHz 由香农采样走理可知，要不失真地还原出输入的模拟语音，理论上就要求采样频率至少为8kHz。经典的模数转换器ADC0809,分辨率为8位转换时间为lOOps,最大采样频率为10kHz > 8kHz,能满足香农采样走
理的要求。并且0809芯片的数据输出端内咅隕有三态输出锁存器，可与单片机的数据总线直接连接，接口简单，使用方便。故而本系统选用ADC0809作为模数转换器，采样频率为8kHz。对A/D转换结果的读出采用
查询方式，即每次通过写信号（/WR引脚）启动A /D转换后'立即查询状态标志一旦发现转换结束信号
（/EOC引脚）呈高电平，表明A /D转换结束则单片机将
读入自己内部的RAM区。
3. 3. 3模数转换芯片ADC0809简介
ADC0809是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模一数转换的器件。其内部有一个8 通道多路开
关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个逬行A/D 转换。
1 .主要特性
1 ）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。
2 ）具有转换起停控制端。
3 ）转换时间为lOOps
4 ）单个十5V电源供电
5 ）模拟输入电压范围0 ~十5V ,不需零点和满刻度校准。
6 ）工作温度范围为-40〜十85摄氏度
7 ）低功耗，约15mW0
2.内部结构
ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A / D转换器，内部结构如图13 . 22所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型D/A转换器、逐次逼近
3•外部特性（引脚功能）
ADC0809芯片有28条引脚,采用双列直插式封装，如图13 . 23所示。下面说明各引脚功能。
IN0-IN7 : 8路模拟呈输入端。
2-1-2-8 : 8位数字呈输出端。
ADDA、ADDB、ADDC : 3位地址输入线,用于选通8路模拟输入中的一路
ALE :地址锁存允许信号,输入，高电平有效。
START : A/D转换启动脉冲输入端,输入一个正脉冲（至少100ns竞）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。
EOC : A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间—直为低电平）。
OE :数据输出允许信号,输入，高电平有效。当A/D转换结束时,此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字星。
CLK :时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KH乙
REF （ + ）、REF （-）:基准电压。
Vcc :电源，单一十5V。
GND :地。
ADC0809的工作过程是:首先输入3位地址,并使ALE",将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比鮫器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动A / D转换，之后EOC 输出信号变低，指示转换正在进行。MS'JA / D转换完成,EOC变为高电平，指示A / D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字呈输出到数据总线上。
第四章语音信号的存储
4.1存储方案的选择
为实现语音信号实时存储与回放,必须设计可靠的数据缓冲方案。通常构成高速缓存的方案有三种, 即双口 RAM (Dual-Port RAM) x FIFO (First In First Out Memory)和高速 SRAM 切换方式。其中，前 两种存储器具有
读和写同时逬行的能力，而高速SRAM 切换方式由于具低廉的成本也得到了广泛的应用。
3种存储器的性能比较见下表：
表4T 存储器性能比较
通过表4-1的比较可以看出：
地址和控制线，可从两个端口同时读写而互不干扰，并可将采样数
据从一个端口写入，而由控制器从另一个端口读出，可达到很高的传输速度。但其价格比较昂贵,而且在 本系统中采集数据和处理数据是按照时间顺序进行的，因此没必要用双口 RAM 0
存储器
总线资源 访问方式 双口 RAM
两套地址线、数据线和
控制线，引脚多 可在任意时间访问 任意存储空间 应用场合
全局存储器和大容星数据
缓冲、存储、共享 价格
昂贵
FIFO
SRAM
没有地址线,只有
只能按先逬先出的
顺序读写数据
不同时钟域间的数据缓冲；不
同克度数据接口间
昂贵
地址线、
控制线各一套
读写分开r 不能同
时进行读写操作
大容呈数据缓冲、存储
便宜
双口 RAM 具有两套独立的
FIFO存储器就像数据管道一样r数据从管道的一头流入，从另一头流出，先进入的数据先流出,控制方式简单。数据在其中顺序移动，因而能够达到很高的传输速度和效率，是数据缓冲的首选方式，但大容星的高速FIFO 存储器价格非常昂贵。从减少系统成本的角度,可以在单片机内部集成FIFO。但是受单片机内部BRAM的限制,FIFO的存储深度不可能很大，而本系统又需要较大的数据缓冲能力，即要求FIFO 具有相当的存储深度,因此需要对存储器扩充。对存储器进行扩充,主要涉及到以下两个关键因素:空间、速度。
第三种高速SRAM切换方式虽然只有一套地址线,不具备读写操作同时进行的能力”但它可通过时分复用地址线^数据线的办法来实现读和写操作的交替进行，模仿FIFO的功能。而且大容星的高速SRAM 相对于数据缓冲来说有足够的空间,其读写速度一般在15ns左右，且价格比前两者低得多，满足系统要求。因此本设计采用折中方案,即采用单片机内部集成FIFO加扩展SRAM仿真FIFO功能的方式作为数据缓冲方案，这样既节约了成本又达到了设计要求。
4.2 FIFO特点简介
FIFO存储器是近几年面市的一种特殊存储器件,其特点是在同一芯片里的同一存储单元配备有两个
数据口,—个是输入口，只负责数据的写入，另一个是输出口，只负责数据的输出。另夕卜在对这种存储器进行读和写的操作时不需要地址线参与寻址,它的蠅是按照一种环形结构依次逬行存放的,因而省去了大呈的地址线，使接口电路的设计和控制变得简单。FIFO存储器另一个与传统存储器不同的地方是传统存储器的一个存储单元中只要写入一个癖后，这个换将一直保存，直到一个新的数据将其覆盖，无论这个存储单元的数据被读取过多少次都是如此。而FIFO存储器中的存储单元则不是这样,写入的帥旦被读取后，则这个数据再也无法被读取就像永远消失了一样。所以，FIFO存储器在操作时由〃空〃和
〃满〃的标志位来表示FIFO存储器内部的状态。
确定FIFO是否为空或满的方法是t匕较读指针和写指针，如它们不相等，则肯走既不是空状态也不是满状态。如读写指针相等并且最后的操作是读,则FIFO处于空状态。如读写指针相等且最后的操作是写，则FIFO处于满状态，不能^续写入数扌
4.3扩展SRAM仿真FIFO
采用外部SRAM实现FIFO的具体做法为：将三态缓冲门分别接到读写控制器上,在逬行写操作时，
SRAM由三态门切换到同步FIFO ,以使采样数据写入其中。在逬行读操作时,SRAM再由三态门切换到异步
FIFO —侧进行读写。这种方式的优点是SRAM可随机存取r同时较大容呈的高速SRAM有现
成的产品可供选择。在设计中使FPGA中的内部的娄传输时钟与外部的SRAM时钟同步并且要求FPGA
内部的使能端与SRAM的CE为一个同步使能，这样使数据达到同步的目的。
SRAM采用HM628128 r容量256kB ,读写周期15ns , +5V供电，TTL兼容。
第五章语音信号的回放
语音回放需将存储的数字语音数据通过D /A转换器转换成语肓模拟信号。本系统采用典型的D /阳专换芯片AD9764,字长为14位，可直接与单片机连接。但AD9764的输出呈是电流而实际应用中需要模拟语昔电氐为此，在AD9764的输出端接反相电压转换电路。这样，数字信号经D /A转换、双极性电流至电压变换后已成为模拟语音信号,经带通滤波器再送往音频功率放大器,做适当的功率提升来推动扬声器发声。
5.1数模转换器设计
对于D/A转换器性能的考虑，应包括建立时间、尖峰脉冲能呈、转换位数和积分线性等方面。与A/D 转换器的采样位数和输出信嗥比的关系类似，增大D/A转换器的位数也可以增大信噪比，减小电压幅值星化误差,为满足信号模拟的信噪比要求,采用14位D/A转换器。
5.1.1 AD9764芯片简介
AD9764是高性能的TxDAC™系列中的一款低功耗CMOS数/模转换器，14位分辨力、125MHz转
换速率.片内1.20V基准、边沿触发锁存、极佳的动态无杂波失真范围和交调失真、输入数据格式为标准
正二进制码、典型功耗190mW o AD9764的功能模块框图如图5J所示:
图5T AD9764的内部功能框图
AD9764采用28脚SOIC封装、单5V电源供电、差分电流输出范围：2-20mA s可选择内部或外部
参考电压，具引脚功能说明如表5-1所示：
表5-1 AD9764的引脚功能说明引脚名称功能引脚名称功能
1DB13最高位(MSB)2-13DB12-1数据位1-12
14DB0最低位(LSB)15SLEEP掉电控制输入
16REFLO参考地(内部参考) 17REFIO基准输入/输出
18FS ADJ满星程电碱出调节19COMP1带竞/噪声下降节点
REFIO ACOM
电流源/阵列AD9764
REFIO
+1.2V参考FS ADJ DVDD DCOM CLOCK
SLEEP
AVDD
COMP2
COMP1
锁存器(在时钟上升沿数据被锁存)
IOUTA
IOUTB
5.1.2 AD9764芯片的工作原理
5.1.2.1数字输入
AD9764的数字输入包括14个数据输入引脚和1个时钟输入引脚，这14位并行娄输入遵循标准正二进制编码,其中DB13是最高融数据位(MSB),而DBO是副氐有效数据位(LSB)°如图3-4 r输入数据在在时钟上升沿时被锁存器锁存，转换后的数据输出也在时钟上升沿被刷新新r时钟频率最高可达
125MSPS O
5・1.2.2模拟输出
AD9764输出两路互补电流:I OUTA和I OUTB ,当所有数据位都是逻辑1时,I OUTA将产生一个满呈程输出电流I OUTFS ,而I OUTB则产生一个电流为雲的互补输出。I OUTA和I OUTB都是输入码DAC CODE与满量程输出电流IOUTFS的函数，关系如下：
I OUTA=(DAC CODE/16384)X I QUTFS(3-D
I OUTB=(16383-DAC CODE)/16384X I O UTFS(3-2)
其中，DAC CODE为并行输入的14位娄,满呈程输出电流I OUTFS的大小取决于V REFIO与满星程电
流输出调节端(FS ADJ)的负载电阻R SET ,关系如下：
I OUTFS=32 X I REF=32X V REFIO/R SET(3-3)
I OUTA和I OUTB能通过负载电阻R LOAD转换成互补单端电压输出V OUTA和V OUTB，存在于V OUTA和V OUTB
之间的差分电压V DIFF也能够通过变压器或差分放大器转换成单端电压，关系如下：
V DIFF=(I OUTA-I OUTB) X R LOAD
=[(2DAC CODE-16383)/16384] X I0U TFS> =[(2DAC CODE-16383)/16384] x (32x V REFIO/R SET) X R LOAD(3-4) 式(3-4)也显示了AD9764采用差分操作的优点,首先,差分输入抵消了I OUTA和I OUTB端由于噪声、失真、直流偏置等引入的共模干扰淇次，V DIFF端的输出信号电压是单端输出电压V OUTA或V OUTB的2倍, 因此为负载提供的功率也是单端时的2倍。 5.1.2. 3参考电压的选用 AD9764的参考电压的选择有两种方式：内部参考与外部参考。参考方式通过REFLO引脚的连接方式来选择，当REFIO与ACOM相连时,内部参考方式被激活，此时REFIO提供1.20V的电压输出；当REFLO与AVDD相连时,内部参考方式被取消，外部参考方式被激活，REFIO的电压由外部提供，以提高电压精度和抗漂移性能，而且还可以通过调整外部参考电压以达到增益控制的目的，此时REFIO端的输入阻抗为高阻状态 数字化语音存储与回放系统 第六章软件设计 本系统软件设计采用汇编语言，程序编写好后由:匚编程序编译为机器语言，通过烧录器将程序饶录到单片机中，以实现控制外围各种芯片的功能。汇编语言是一种功能很强的程序设计语言,也是利用计算机所有硬件特性并能直接控制硬件的语言。 AT89C52片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元,该芯片有6个中断源,2个中断优先级」E 寄存器控制各中断位」P寄存器中6个中断源的每一个可定为2个优先级r适用于许多较为复杂的控制场合。在本系统中,AT89C52负责对A/D转换、娄 存储和D/A转换芯片的控制。 为了保证8kHz的回放转换频率,单片机通过软件编程来控制内部定时器T2的启/停工作。因此，在软件主程序中，设置T2工作于定时中断模式，定时时间为125皿 图6-1主程序流程图 引言 语言在人类发展史中起到了至关重要的作用，它的作用并不亚于直立行走和工具的使用，怎样能把人类的语言丝毫不差地记录下来也是人们一直思考的问题。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。使用单片机以及外部电路的配合完全可以达到语音存储与回放的目的。本系统采用了美国ISD公司的专利产品ISD2590（录音90秒）语音芯片，此芯片具有音质自然、使用方便、单片存储、反复录放、低功耗、抗断电等特点。该芯片采用模拟数据直接在半导体存储器中存储的技术，不需经过A/D或D/A转换。因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声，避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和"金属声"。片内信息可保存100年（无需后备电源），存储单元可反复录音十万次。语音芯片的使用大大简化了本系统的设计过程。该芯片的一大特点就是可分段录制声音并分段播放出来，通过89C51单片机对语音芯片进行控制完成录放。 随着科学技术的飞速发展，仅仅存储和回放语音是不够的。语音技术正朝着语音合成和语音识别的方向发展。智能翻译机、语音拨号、语音查询、语音自动定票系统、语音工业控制等等，可以想见，凡用计算机的地方都会有语音识别。在计算机辅助教育方面，计算机就成为专业的家庭辅导教师；在幼儿进行启蒙教育的玩具中，语音识别也将倍受欢迎。电脑语音合成技术即CTI（Computer Telephone Integration），是用计算机技术处理电话语音。通常是建一个信息呼叫中心，用户打来电话时计算机会自动地一层层地转给相关部门，一直到为用户解决问题为止。可想而知，随着语音合成技术研究的突破，其对计算机发展和社会生活的重要性日益凸现出来。其应用和经济社会效益前景非常良好。时至今日，语音技术产品的市场日益升温，语音识别技术已经成为计算机进一步在亿万百姓中普及的关键技术，也必将成为信息产业的标志性技术和未来计算机的重要特征。 1概述 1.1 系统要求 工程设计并制作一个数字化语音存储与回放系统。 要求：（1）、放大器增益可调。 （2）、带通滤波器：通带为300Hz-3.4KHz。 （3）、ADC采样频率8kHz，字长8位。 （4）、语音存储时间不少于90秒。 （5）、DAC变换频率8kHz，字长8位。 （6）、回放语音质量好。 数字化语音存储与回放系统 高海春, 任开达, 孔德峰, 徐和杰, 李文瑜 (华东船舶工业学院电子与信息系, 江苏镇江212003) 摘要: 设计并制作了一个数字化语音存储与回放系统,由于采用了滑动平均值滤波法进行数字滤波及非失真压缩算法, 该系统获得了稳定的性能。 关键词: 语音; 单片机应用; 回放系统 0 引言 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。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。 1 基本原理 1) 语音采集原理 人耳能听到的声音是一种频率范围为20 Hz～20 000 Hz ,而一般语音频率最高为3 400 Hz。语音的采集是指语音声波信号经麦克风和高频放大器转换成有一定幅度的模拟量电信号,然后再转换成数字量的全过程。根据“奈奎斯特采样定理”, 采样频率必须大于模拟信号最高频率的两倍[1 ] ,由于语音信号频率为300～3 400 Hz ,所以把语音采集的采样 频率定为8 kHz。 2) 语音生成原理 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D/ A 接口处理,便可使原音重现。 2 硬件设计 2. 1 单片机系统控制电路 本系统主要由8031 、ADC0808 、DAC0832 、8255及RAM62256组成,其中ADC0808 、DAC0832及8255的片选信号由8031 的高位地址经74LS138 译码所得。在电路中利用8255 进行数字存储器的扩展,其中PB ,PC 用于扩展地址,PA 用于扩展数据。 2. 2 A/ D 电路 A/ D 电路由模拟语音信号处理电路及A/ D 转换电路组成。其工作原理如图1 。 图1 A/ D 电路 整个模拟语音信号输入处理电路,包括:前置放大器、带通滤波器及电平范围调整电路。一般麦克风输出电平为几十毫伏,经增益约为46 dB 的前置放大器A 1 放大至1 V 左右的范围,以便推动后级电路。带通滤波器的通带为300～3 4 00 Hz ,系统的采样频率定为8 kHz ,即每秒钟采样8 000 点语音数据,每一点数据以一个字节表示电平范围调整电路是将原先双极性的语音信号转换到0～5V 的范围,以满足ADC0808 对接口信号的要求。 2. 3 D/ A 电路 图2 为D/ A 转换的工作原理图。D/ A 芯片DAC0832 是8 位双极性电流驱动的数模转换器。 图2 D/ A 转换器 由于所要转换输出的信号为语音信号,其本身是双极性的信号,因此对杂音的处理尤其重要。在无信号输出时,希望其输出对地是零电位,因此应用两组运算放大器作为电流到电压的转换器,完成双极性控制的目的。数字信号经D/ A 转换、双极性电流至电压变换后已成为模拟语音信号,经带通滤波器再送往音频功率放大器,做适当的功率提升而推动喇叭。214 带通滤波器设计 为了滤除不必要的干扰及杂波,系统前向通道和后向通道中各设计了一个通带为300 Hz ～3 400 Hz 的带通滤波器。此带通滤波器由一个低通滤波器和一个高通滤波器串联而成。其中低通滤波器上限频率为3 400 Hz ,高通滤波器下限频率为300 Hz ,电路如图3 所示,其中A 1 构成低通滤波器,A 2 构成高通滤波器。如选R1 = R2 , C1 = C2 ,R5 = R6 , C3 = C4 ,则有: f H = 1/ (2πR1 C1) 、f L = 1/ (2πR5 C3) ,故很易选定各参数值[2 ] 。 摘要 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化控制。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。 该系统对语音信号分别采用了数据采集直寸直取,欠抽样采样和自相似增量调制等三种方法,完成了对语音信号32.7s 、65.5s 、147.4s 的存储与回放。前直AGC 将语音信号控制在A/D 转换器可控制的范围之内以保证话音信号采样不失真。带通滤波器合理的通带范围有效的滤除了带外噪声，减小了混叠失真。通过后级补偿电路对输出的语音信号进行了()()s f f f f /sin //ππ的校正，回放语音清晰。系统具有自动录音、手动录音、录放音时间显示以及掉电后保护语音信号等功能。 关键词：数字化存储，回放，数字滤波，采样，模/数转换，校正 Abstract Traditional tape record system because of heavy using inconvenient volume their, receive a lot of restrictions in the use of the electron and information processing. The volume that this text puts forward is small and exquisite，the digitized pronunciation of the low power dissipation can substitute it with the playback system to store. Digitized pronunciation store systematic basic principle recording and to put sound in pronunciation digital control with playback. Among them, key technology lies in : For increase pronunciation store time , raise utilization ratio of memory , adopt non- distorted to compress algorithm go on after compressing storing to pronunciation signal, decompress in the playback ; Meanwhile, to input pronunciation signal carry on figure strain wave by suppressing noising and interfering, thus guaranteed the reliable quality of the playback of the pronunciation. Introducing the direct store & access of data collection， and AGC on acoustic signal respectively ，this system implements the storage an playback of acoustic signal which lasts for 32.7 seconds ,65.5sends or 147.4 seconds ; To insure the undistorted sampling of speech signal, the pre-AGC limits the speech signal within the range that can be processed by A/D converter; the reasonable handwidth of hang-pass filter removes the out-hand noise efficiently and decrease the overlap distortion; With the ()() s s f f f f/ sin / /π π emendation by latter compensable circuit ， the playback voice is very clear; Beside all above ， this system also realize the following funcitions: automatic recording manually recording manually recording ,record , record/play time display and the saving of speech signal when power-off . Keywords: Digital store，Playback Digital Filter，Sample， A/D Convert，Correct 摘要 文章介绍了一种数字化语音存储与回放系统的设计方法，该系统以单片机89C52为中心，采用两片 AT628128存储芯片(128KB)构成256KB的外部存储器来存放采集的语音数据,前端语音信号采集部分采用ADC0809实现模数转换,后端语育信号回放部分采用ADC9764实现数模转换,通过键盘等接口电路实现人机交互，单片机工作在中断查询模式,能够快速响应按键要求,以控制系统的语音信号采集开始、存储和回放等。同时，外围电路辅以带通滤波器和放大器等电路对信号进行滤波放大,实现了语音信号的高保真度存储与回放。 关键词：单片机;语音存储;语音回放 目录 1前言 (4) 2系统总体方案设计 (5) 3语音信号的数字化 3.1语音信号的前端处理 (7) 3.2采样理论 (7) 3.2.1采样 (7) 3.2.2 量化 (8) 3.2.3 编码 (8) 3.3 A/D转换器的设计 (9) 3.3.1常见A/D转换器种 (9) 3.3.2系统设计对A/D转换器的要求 (10) 3.3.3模数转换芯片ADC0809简介 (10) 4语音信号的存储 4.1存储方案的选择 (12) 4.2 FIFO特点简介 (13) 4.3 扩展SRAM 仿真FIFO (13) 5语音信号的回放 5.1数模转换器设计 (14) 5. 1. 1 AD9764 .............................................................. 芯片简介14 5. 1. 2 ............................................................. AD9764芯片的工作原理15 6软件设计 (17) 数字化语音存储与回放系统报告 摘要： 本系统对语音信号采用时域处理方法中的数据采集直存直取的方法，完成了对语音信号3.75秒的存储与回放；前置手动增益控制将语音信号控制在A/D 转换器可处理的范围内以保证话音采样不失真；带通滤波器合理的通带范围有效地滤除了带外噪声，减小了混叠失真；通过后级滤波电路以及功放电路对输出的语音信号进行了后续处理，回放语音清晰；并有两个按键控制语音存储与回放功能，第二次录音将自动删除前一次录音。 关键词：直取直存 存储 回放 带通滤波 1方案设计与论证 本题目是设计制作一个数字化语音存储与回放系统。要求前置放大器的增益为46dB ，增益可调；带通滤波器，带宽为300Hz ～3.4kHz ；ADCkHz ，采样频率fs=8字长=8位；语音存储时间≥10秒；DAC 变换频率fc=8kHz ，字长=8位；且要求回放语音质量好（话音清晰、失真小、杂音少）。方案考虑如下。 1.1语音编码方案论证 语音是一维时间信号，由于是表示语言声音的信号，所以不是恒定的，信号 的性质随时间变化很大。为了充分利用有限的存储空间，并不失真地传送语音信号必须对采集后的语音信号进行进一步压缩，即语音压缩。所谓语音压缩，是为了声音信号更大信息量的传送与记忆而压缩数据，并有效地回放声音的过程。语音压缩可由将语音信号采集，并利用适当的量子化形式的压缩符号化或预测符号化等进行。 现代常用的语音信号表示方法如用生成模的参数表示声音时，参数的数据率为5K 比特/秒左右，与波形符号化相比，参数表现的数据率显著变低，若使用声音生成模，则以利用声音信号分析而得的模的参数为基础，可进行声音的再合成。在听觉上得到的与原声音没有多少不同的合成声音。参数的数据率为信号波形数 据率的101 以下， 所以可进行高效的声音数据压缩。 单从声音的存储与压缩率来考虑，生成模参数表示法明显优于信号波形表示法。但要将之应用于单片机，显然信号波形表示法相对简单易实现，具有很强的可行性。故方案的设计均从声音信号以波形存储来考虑。基于这种思路的算法，除了传统的一些脉冲编码调制外，目前已使用的有VQ 技术及一些变换编码和神经网络技术，但是算法复杂，目前的单片机速度低，难以实现。结合实际情况，提出了实时幅值采样的方案。 基于单片机的语音存储与回放系统毕业设计 1. 引言 随着科技的不断发展，语音技术也得到了广泛应用。如今，在很多领域，我们可以看到语音交互的身影。语音存储与回放系统是语音技术的一个重要应用方向。本文旨在讨论基于单片机的语音存储与回放系统的设计与实现。 2. 设计目标 在开始设计语音存储与回放系统之前，我们首先明确系统的设计目标。在该系统中，我们希望能够实现以下功能： 1. 采集语音信号并进行存储； 2. 实现语音信号的回放； 3. 提供用户友好的交互界面。 3. 系统设计 3.1 硬件设计 语音存储与回放系统的硬件设计是实现系统功能的基础。这里我们选用单片机作为系统的核心控制器，其主要功能包括语音信号的采集、存储与回放。 1. 单 片机选择：首先，我们需要选择适合语音处理的单片机。常用的单片机型号有 STM32、Arduino等。选择单片机时要考虑其性能、成本和易用性等因素。 2. 语 音输入与输出：为了实现语音信号的采集与回放，我们需要选择合适的语音输入 输出设备，如麦克风和扬声器。 3. 存储器选择：在语音存储与回放系统中，我 们需要选择适合存储语音信号的存储器。可以选择外部存储器，如Flash、SD卡等。 3.2 软件设计 语音存储与回放系统的软件设计包括系统的逻辑控制和交互设计。 1. 语音 采集与存储：这一部分主要涉及音频采集和存储的算法。需要设计合适的采样率、量化位数和编码方式等来满足存储与回放的需求。 2. 语音回放：回放语音的过 程需要涉及音频解码和输出的算法。需要设计合适的解码算法以及音频输出的放大电路。 3. 用户交互界面：为了方便用户操作，我们可以设计一个简单的用户交 互界面，如按钮、LCD显示屏等。用户可以通过界面进行语音的录制、回放和设置 等操作。 基于单片机的语音存储与回放系统毕业设计 基于单片机的语音存储与回放系统是一种能够实现语音录制、存储和回放功能的设备。它可以用于各种应用场景，如语音备忘录、语音留言板、语音识别系统等。 该系统的设计需要完成以下关键功能： 1. 语音录制：通过麦克风或其他输入设备采集语音信号，并将其转换为数字信号。可以使用ADC模块将模拟信号转换为数字信号。 2. 存储功能：设计合适的存储器，如EEPROM或Flash存储器，用于存储采集到的语音信号。存储器的容量应根据实际需求确定，并能够支持快速的读写操作。 3. 控制功能：设计合适的控制电路，通过按键或其他输入设备实现对语音录制和回放功能的控制。可以使用GPIO口或外部中断等方式实现按键输入的响应。 4. 回放功能：设计合适的音频输出电路，将存储的语音信号转换为模拟信号，并通过扬声器或耳机输出。可以使用DAC模块将数字信号转换为模拟信号。 5. 用户界面：设计合适的显示屏幕和操作界面，用于显示当前状态和操作指令。可以使用LCD显示屏和按键等设备实现用户交互。 在设计过程中，需要考虑系统的实时性、容错性和稳定性。同时，还需要进行适当的电路布局和信号处理，以减少噪音和干扰对语音信号的影响。 在编程方面，可以使用C语言或汇编语言编写程序，实现语音录 制、存储和回放的功能。需要考虑存储器的管理和控制、按键输入的处理、音频数据的处理等方面。 最后，还需要进行系统的测试和调试，确保系统的稳定性和功能完整性。可以通过模拟语音信号进行录制和回放测试，检查系统的录制和回放效果是否符合要求。 综上所述，基于单片机的语音存储与回放系统的毕业设计需要涉及硬件电路设计、嵌入式软件编程和系统测试等多个方面的知识和技能。需要深入理解语音信号处理、存储器管理和控制、电路设计和嵌入式系统等知识，并具备一定的创新能力和解决问题的能力。 语音存储与回放系统研究 作者：罗倩吴晓潭张志浩 来源：《现代商贸工业》2011年第05期 作者简介：罗倩（1990-），女，武汉大学电子信息学院，本科在读，主要研究方向：测控仪器；吴晓潭（1989-），男，武汉大学电子信息学院，本科在读，主要研究方向：测控仪器；张志浩（1990-），男，武汉大学电子信息学院，本科在读，主要研究方向：测控仪器。 摘要:数字化语音存储与回放系统以单片机为控制核心，实现了语音存储与回放系统。系统由话筒电路、前置放大与滤波模块、A/D采样、D/A转换与功放输出模块组成。其中，ADC 的采样频率f8kHz，字长为8位， DAC的变换频率f8KHz，字长为8位，语音存储时间4秒以上，回放质量良好。同时，在保证语音质量的前提下，减少系统噪声电平，语音清晰。进一步提高存储器的利用率，语音存储时间增加至8秒以上，（在原有存储容量不变的前提下，提高语音存储时间）。 关键词:语音存储与回放；ADC； DAC；单片机 中图分类号:TP 文献标识码:A文章编号:1672-3198（2011）05-0293-04 1 方案的选择 1.1总体设计 由单片机完成人机交互和声音的采集、编码、解码。单片机具有丰富的接口资源和运算单元，能进行复杂的控制和运算，电路结构清晰简洁。此方案系统规模较小，控制能力强，且易于调试。所以，我们决定采用这个方案。 1.2 语音信号前置放大方案 由于三运放仪表放大器具有极高的共模抑制比和高输入阻抗，能够较好地抑制环境噪声，通过一个外接电阻即可实现增益控制。其精度高功耗低，适用于微弱信号的前级调理。 但是，我们采用仪器放大器方案后，因为效果不是很好而取消，把方案改用成前置同向放大器，设置前置放大器，可使整个功放的增益连续可调，而且也保证了比较器的比较精度。前置放大器仍采用宽频带、低漂移、满幅度运放，组成增益可调的同相宽带放大器。选择同相放大器的目的是容易实现输入电阻大的要求。 1.3 滤波器方案 数字化语音存放系统设计 牛贾贾;马铁华;沈大伟 【期刊名称】《电子世界》 【年(卷),期】2013(000)015 【摘要】In order to meet the need of longer voice storage and higher quality playback,this paper designed a system of digital voice storage and playback with LPC1768 as the host control er and K9K8G08U0A as memorizer.The basic principle and hardware and software are discussed,the function and working-operation are described.The testing results show that the system based on LPC1768 and K9K8G08U has the performance of longer voice storage and higher quality playback,and can be applied to many fields.% 为了进行长时间的语音录音和高品质的语音回放，设计了一套以LPC1768为主控制器，以K9K8G08U0A为存储器的语音存放系统。阐述了系统的基本原理及硬件、软件设计及功能和实现过程。经测试，该系统录音时间长，回放语音质量好，适用于多个领域。 【总页数】2页(P125-125,126) 【作者】牛贾贾;马铁华;沈大伟 【作者单位】中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室【正文语种】中文 数字化语音存储与回放系统 一、实验目的 １．了解数字录音技术的基本原理。２．通过数字录音进一步掌握A/D转换 器和D/A转换器的使用方法。 二、实验内容与要求 外部的语音信号通过MIC录入，采样并形成数字化语音数据存储到硬盘上，回放时从硬盘上提取出数字语音数据并转换成模拟信号送入扬声器回放出语音。 1．基本要求 （1）ADC：采样频率f s＝8kHz，字长＝8位； （2）语音存储时间≥5秒； （3）DAC：变换频率f c＝8kHz，字长＝8位； （4）回放语音质量良好。 2．提高要求 在保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）增加语音存储时间； （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）。 三、实验报告要求 １．设计目的和内容 ２．总体设计 ３．硬件设计：原理图（接线图）及简要说明 ４．软件设计框图及程序清单 ５．设计结果和体会（包括遇到的问题及解决的方法） 四、系统总体设计 首先通过MIC录入一段语音信号，信号通过放大电路后使信号的幅度达到A/D采样的要求，放大电路中要可以实现增益可调。放大后的模拟语音信号送入微机实验台上的ADC0809转换成数字语音数据，然后在用汇编语言编写的程序的控制下以文件的方式 存储到硬盘上。回放时，由程序控制从文件中提取出数字语音数据，然后送入DAC0832转换成模拟信号，最后送入扬声器回放出来。其中ADC0809以及DAC0832的采样频率由8253定时/计数器产生。8253已经集成在微机实验平台上，由程序控制其运行。 五、硬件设计 系统的组成大致有以下几部分：模拟信号放大电路，电平提升电路，A/D转换电路，D/A转换电路以及8253定时/计数电路。系统硬件电路框图如图1所示。 图1 系统硬件电路框图 1．语音信号源和语音滤波器 语音信号源用MIC接收语音输入。语音滤波器是一个300Hz－3400Hz的带通滤波 基于ADPCM的数字语音存储与回放系统作者：李涛曾攀肖功海 来源：《现代电子技术》2013年第13期 摘要：系统以单片机和FPGA为控制核心，实现了语音存储与回放系统。能够采集模拟语音信号以及耳机立体声信号，以ADPCM（自适应差分编码）的方式提高了存储器的利用率，语音存储时间可达2 min；基于短时傅里叶变换原理，实现了语音信号的频谱分析与实时显示。同时，利用立体声音频功放播放语音，每声道音量可调并具有静噪功能。此外，系统还采用预加重、去加重、抗混叠滤波等措施，有效地提高了信噪比。语音回放质量良好，存储时间较长。 关键词：语音存储与回放； ADPCM；短时傅里叶变换； FPGA控制 中图分类号： TN911.7⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2013）13⁃0049⁃04 Digital voice storage and replay system based on ADPCM LI Tao1，2， ZENG Pan1，2， XIAO Gong⁃hai1 （1. Shanghai Institute of Technical Physics， Chinese Academy of Sciences， Shanghai 200083， China； 2. University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100039， China） Abstract ： With singlechip and FPGA as the cybernetics core， the system realizes voice storage and reply system. It can collect and simulate voice signals and stereo signals from earphone and lift utilization rate of memory by the use of ADPCM， which means the voice can be stored for more than 2 minutes. Based on the short⁃time Fourier transform principle， it can also achieve spectral analysis of voice signals and real⁃time display. Through using the stereo audio amplifier，each sound track can be adjusted and muted. Furthermore， some measures as pre⁃emphasis， de⁃emphasis and anti⁃aliasing filtering are used in this system to increase SNR efficiently and get good quality of the recorded voice for a longer time. Keywords： voice storage and replay； ADPCM； short⁃time Fourier transform； FPGA control 0 引言 由单片机与FPGA共同完成语音的录制与回放，可以拥有丰富的接口资源和运算能力，鉴于PCM的存储冗余值过大和DPCM的量化噪声问题，ADPCM成为了不错的压缩算法[1⁃2]。 摘要 语音信号处理是研究数字信号处理技术和语音信号进行处理的一门学科，是一门新型的学科，是在多门学科基础上发展起来的综合性技术，它涉及到数字信号处理、模式识别、语言学。语音信号处理是研究用数字信号处理技术对语音信号处理的一门学科。处理的目的是要得到一些语音参数以便高效的传输或存储；或者是通过处理的某种运算以达到某种用途的要求。语音信号处理又是一门边缘学科。如上所诉，它是“语言语音学”与“数字信号处理”两个学科相结合的产物。 语音信号处理属于信息科学的一个重要分支，大规模集成技术的高度发展和计算机技术的飞速前进，推动了这一技术的发展。在数字音频技术和多媒体技术迅速发展的今天，传统的磁带语音录放系统因体积大、使用不便、放音不清晰而受到了巨大挑战。本次课程设计提出的体积小巧，功耗低的数字化语音存储与回放系统，可以有效的解决传统的语音录放系统在电子与信息处理的使用中受到的限制。 本文提出了语音信号处理课程建设的实验环节中的一些考虑，作为专业课程的学习，实验内容不能仅仅停留在验证性实验上，还应增加实验延伸的设计要求，是学生加深对理论分析认识的同时，强调培养学生的实际动手能力和知识综合运用能力。从而提高语音信号的教学和实验的质量。实验内容采用MATLAB编程实现，不仅易于语音信号处理的实现，更易引导学生完成实验延伸的设计。 第一章绪论 1.1课程设计的目的及意义 目前广播电视系统尚未实现真正的数字化，相信在不久的将来，真正的数字电视、数字收音机、数字收录机将进入家庭。所以，研究音频信号的数字化存储、处理和回放系统有着很重要的现实意义。 通过设计语音信号实验箱可以对语音信号实现各种形式的变换，因此学会对语音信号的处理，也可自行研究将此语音处理技术应用到现实生活中。 目的：通过课程设计，使我们加强对MATLAB和语音的认识，能够实际操作处理语音信号，并能够应用MATLAB设计GUI界面。能够学会搜集资料，做方案比较，设计出更加完美的界面。 意义：进一步提高分析解决问题的能力，创造一个独立完成实验的机会，锻炼分析解决问题能力，实现由课本知识向实际能力的转化，加深对基本原理的了解。 语音信号处理的一门比较实用的电子工程的专业课程，语音是人类获取信息的重要来源和利用信息的重要手段，通过语言相互传递信息是人类最重要的基本功能之一，语音是人类特有的功能，它是创造和记载几千年来人类文明史的根本手段，是人类最重要、最有效、最常用和最方便的交换信息的形式。 语音信号处理是研究用数字信号处理技术对语音信号进行处理的一门学科，它是一门新兴的学科，同时又是综合性的多学科领域刚也涉及面很广的交叉学科。 1.2设计要求 （1）学会MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序设计方法； （2）掌握在windows环境下语音信号的采集方法； （3）掌握数字信号处理的基本概念，基本理论和基本方法； （4）掌握MATLAB设计方法； （5）学会用MATLAB对信号进行分析和处理。 1.3 研究内容 语音采集原理是，人耳能听到的声音是一种范围为20Hz—20kHz，而一般语 语音存储回放——系统软件设计 班级：电科0801 姓名：学号： 语音存储回放系统软件的基本功能是通过按键控制系统实现录音与放音。录音（语音的存储）时，采集语音信号并将采集的数据存入M25P16中；放音（语音的回放）时，从M25P16中读取数据送DAC。 一、设计题目 设计并制作一个数字化语音存储与回放系统，设计要求： ①前置放大器增益可调，功率放大器输出功率≥0.5W。 ②带通滤波器：通带为300Hz~3.4kHz。 ③ADC：采样频率fs=8kHz,字长8位。 ④语音录放时间≥60s。 ⑤DAC：变换频率fc=8kHz，字长8位。 ⑥回放语音质量良好。 ⑦采用语音压缩算法，增加录放时间。 在建立系统软件的框架时，应考虑以下几个问题。 ⑴人机接口的功能设计 语音存储与回放系统的人机接口功能比较简单，按照功能要求要求只需要3个功能键：“擦除”键、“录音”键、“放音”键。“擦除”键有效时，单片机调用擦除子程序将M25P16 中数据整片擦除，以便进行录音操作。“录音”键有效时，单片机以8kHz的频率采集语音信号，并将数据写入M25P16中。当“放音”键有效时，单片机通过读数据子程序从M25P16中取出数据送入DAC输出语音信号。 语音存储与回放系统在工作时需要提示一些简单的信息，入显示三种工作状态：录音状态、放音状态、擦出状态，另外，需要显示录音和放音的时间。 根据设计方案，语音存储与回放系统的单片机子系统采用并行总线单片机最小系统，人机接口采用LCD模块和矩阵式键盘。根据键盘的工作原理，当键有效时，单片机通过执行INT0中断服务程序读取键值。单片机根据读取的键值，执行相应的键处理程序。这里需要考虑的是，键处理程序放在INT0中断服务程序中还是放在主程序中。如果将键处理程序放在INT0中断服务程序中，则单片机在执行键处理程序时，无法响应同级别的中断，影响程序的效率和实时性。因此，将键处理程序放在主程序中，INT0中断服务程序只需要读取键值并设置一个键有效标志。主程序则不断循环检测键有效标志，如键有效标志置1，则根据键执行响应的键处理程序。每次检测到键有效标志置1后，应立即将键有效标志清零，以免键处理程序重复执行。 ⑵M25P16的读写方案设计 由于对M25P16写一字节数据和写一页（256字节）数据所需编程时间是相同的，约需0.64ms。语音存储与回放系统的数据采样频率为8kHz，采样周期为u0.125ms。如果每采集一字节数据就立即写入M25P16，显然M25P16在写操作时间上是不能满足要求的。因此，在程序设计中，采集的语音数据先存放在C8051F360内部的XRAM中，待采满256字节数据，调用M25P16页编程子程序将数据写入M25P16。由于采集256字节数据需要32ms的时间，可以满足M25P16对写操作时间的需求。 （3）A/D和D/A转化器的控制 为了精确控制采样频率，DAc由定时器2控制，在定时器2中断服务程序中向DAC 送一字节数据，将数字化的语音信号转化成模拟信号。ADC由定时器3溢出启动A/D转化（注意需要禁止定时器3溢出中断），A/D转化结束后产生中断，通过ADC中断服务程序读取采样值。为了提高定时精确，定时器2和定时器3均采用16为自动重装工作方式。 （4）C8051F360单片机内部资源的使用 在语音存储回放系统中，需要使用C8051F360单片机的ADC、DAC、SPI0、XRAM、定时器等资源。由于C8051F360单片机具有丰富的片上外设，除了人机接口和大容量的存储器外，不需要扩展其他外部设备，大大简化了系统硬件电路的设计。 根据上述分析，语音存储与回放系统的软件框架由主程序、键盘中断服务程序、定时器2服务程序、ADC中断服务程序组成。 1 . 主程序流程图 主程序的流程图如图。在主程序中首先执行C8051F360单片机和M25P16的初始化程序。C8051F360单片机的初始化包括I/O口初始化、内部振荡器初始化、ADC初始化、DAC 初始化、SPI0初始化、定时器初始化、中断系统初始化、M25P16的初始化主要目的是通过写状态字消除M25P16的写保护。 基于单片机的语音存储及回放系统最终 编辑整理： 尊敬的读者朋友们： 这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（基于单片机的语音存储及回放系统最终）的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。 本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为基于单片机的语音存储及回放系统最终的全部内容。 基于单片机的语音存储及回放系统 摘要 随着科技的不断发展，人们对语音的存储系统也有了更高的要求，从最初的磁 盘（唱片），到流行一时的磁带、CD等等。但是这些语音的存储系统都有一定的缺陷，不是存储形式过时，就是不容易将语音存入。因此,我们需要用新的理念设计 一个语音的存储及回放系统.本设计采用了MCS—51单片机,利用A/D、D/A转换将 声音信号（模拟量）转成数字信号(数字量)存储起来并实现随时回放功能。 关键字：MSC—51单片机、A/D转换、D/A转换、声音信号、数字信号 一、总体设计方案介绍 1.1语音编码方案： 人耳能听到的声音是一种频率范围为20 Hz~20000 Hz ,而一般语音频率最高为3400 Hz。语音的采集是指语音声波信号经麦克风和高频放大器转换成有一定幅度的模拟量电信号,然后再转换成数字量的全过程。根据“奈奎斯特采样定理”，采样频率必须大于模拟信号最高频率的两倍，由于语音信号频率为300～3 400 Hz ，所以把语音采集的采样频率定为8 kHz.从语音的存储与压缩率来考虑,模型参数表示法明显优于信号波形表示法[4]。但要将之运用于单片机，显然信号波形表示法相对简单易实现。基于这种思路的算法，除了传统的一些脉冲编码调制外，目前已使用的有VQ技术及一些变换编码和神经网络技术，但是算法复杂,目前的单片机速度底,难以实现。结合实际情况，提出以下几种可实现的方案。 （1)短时平均跨零记数法该方案通过确定信号跨零数，将语音信号编码为数字信号，常用于语音识别中.但对于单片机，由于处理数据能力底，该方法不易实现。 摘要 语音录放系统以AT89C51单片机为控制核心。 ISD2560是一种永久记忆型语音录放电路器件，它具有音质自然、使用方便、单片存放、反复录音、低功耗、抗断电等特点，广泛应用于许多领域。ISD2560省去A/D和D/A转换器，集成度较高，内部包括前置放大器、内部时钟、定时器、采样时钟、滤波器、自动增益控制、逻辑控制、模拟收发器、解码器和480 KB的EEPROM。为降低成本，在最小硬件设计基础上，系统功能尽可能用软件程序实现，利用C51高级C语言编程开发。 关键：词AT89C52单片机，ISD2560，语音录放 前言 单片机是一款功能强大，集成度非常高的数字处理系统。它集成了ADC和PWM 的模块而且还有硬件滤波器！它基本上可以处理生活中实时性不太强的数字信号和模拟信号，并实现通信。该课题设计基于AT89C51单片机，介绍和分析了录音器的基本原理，并作出较为简单的录音器模型展示其原理！主要运用了AT89C51单片机内部集成的ADC转换模块以及PWM功能，将从外部接收的模拟信号转换为数字信号，并存储在AT45DB41B存储芯片中，再将从AT45DB041B存储芯片中读取数字信号转化为模拟信号，送到外部的喇叭中进行播放。主要功能有录音，存储，删除，放音等！ Abstract The voice recording system with AT89C52 MCU as the control core. ISD2560 is a permanent memory type voice recording circuit device, it has the quality of natural, easy to use, a monolithic storage, repeated recordings, low power consumption, power resistance and other characteristics, are widely used in many fields. ISD2560without A / D and D / A converter, high integration level, interior includes a preamplifier, an internal clock, timer, sampling clock, filters, automatic gain control, logic control, analog transceiver, decoder and480 KB EEPROM. In order to reduce the cost, the minimum based on the hardware design, system function as far as possible using a software program, using C51 advanced C programming language Keywords: AT89C52, ISD2560, voice recording circuit DSP课程设计实验报告-语音压缩、存储和回放DSP课程设计实验报告 —语音压缩、存储和回放 指导教师: 实验课程:DSP课程设计 实验名称:语音压缩、存储和回放 小组成员:自动化0605班 自动化0605班 目录 一、概述 (3) 二、算法原理及硬件要求 (4) 三、程序及说明 (11) 四、程序的调试及结果 (18) 五、总结 (20) 六、参考文献 (21) 2 一( 概述 语音压缩、存储和回放 语音信号是信息的重要形式, 语音信号处理有着广泛的应用领域，而语音压缩在语音信号的传输、存储等方面有非常广泛的作用，而且在通信领域中已经有较成熟的发展和广泛应用。本设计要求采用DSP及其A/D、D/A转换器进行语音信号的压缩、存储和回放。 1.设计要求及目标 基本部分: (1)使用DSP实现语音压缩和解压缩的基本算法，算法类型自定，例如可以 采用G.711、G.729等语音压缩算法。 (2)采用A/D转换器从MIC输入口实时采集语音信号，进行压缩后存储到DSP 的片内和片外RAM存储器中，存储时间不小于10秒。 (3)存储器存满之后，使用DSP进行实时解压缩，并从SPEAKER输出口进行 回放输出。 4)使用指示灯对语音存储和回放过程进行指示。 ( 发挥部分: 使用多种算法进行语音的压缩、存储和解压缩，比较它们之间的优缺点。 2.设计思路 语音信号的幅度(发音强度)并非均匀分布，由于小信号占的比例比大信号大很多，因此可以进行非均匀量化。达到这一目标的基本做法是，对大信号使用大的量化间隔，而小信号则使用小的台阶。ITU-T G.711建议的PCM A律和µ律语音压缩标准可以分别将13比特和14比特压缩为8比特，达到语音压缩的目的。 3.设计内容 1(使用DSP实现语音压缩和解压缩的基本算法，算法类型采用G.711的a律压扩算法。 A/D转换器从MIC输入口实时采集语音信号，进行压缩后存储到DSP2(采用的片内RAM存储器中，存储时间约为10秒。 3(但采样数据达到规定次数后，使用DSP进行实时解压缩，并从SPEAKER输出口进行回放输出。 4(使用DSK板的指示灯对语音存储和回放过程进行指示: 循环闪烁:板子自检，程序开始毕业设计175数字存储与语音回放系统
语音采集回放电路
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数字化语音存储与回放系统报告
基于单片机的语音存储与回放系统毕业设计
基于单片机的语音存储与回放系统毕业设计
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