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论数字化语音存储回放系统设计作者：陈子毅来源：《科技资讯》2012年第33期摘要：近年来，随着科学技术水平的不断提高，各种高科技产品逐渐走进了人们的生活。
数字化语音处理技术作为高科技应用领域当中的一个热点，其从理论到相关产品现已基本趋于完善。
它与医疗卫生机构以及福利事业的生活支援系统有着十分密切的联系，并且极有可能成为下一代操作系统的用户界面。
基于此点，本文就数字化语音存储回放系统的设计进行研究。
关键词：数字化单片机语音存储回放系统设计中图分类号：TN912 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）11（c）-0028-011 数字化语音存储回放系统的基本原理1.1 语音信号采集通常情况下，人能够听到的声音频率范围为大于20 Hz、小于20000 Hz的信号，通常情况下的语音信号频率最高能达到3400 Hz。
所谓语音信号采集是指将通过麦克风和高频放大器的语音声波信息，转换为模拟量电信号，最后转变成数字量的过程。
要想确保采集信号不存在失真现象，采样频率要为模拟信号最高频率的2倍以上，即最低频率为6800 Hz，在考虑语言质量的前提下，应当将采样频率确定为8000 Hz。
1.2 语音压缩待录制信号在输入到系统中后，先被分配到各自的预放大器，直到放大到合适的电平后，转移到信号混合单元将信号进行混合，形成一路完整的信号，并交由低通滤波器将高频滤去，将处理后的语音送至A/D转换器实施模数转换，将其变为频率为8 kHz的语音信号，形成特定的串行比特流，利用串行的方式将语音信号送至语音压缩单位。
利用语言压缩单元20 ms为一帧的速率对语音信号实施40∶1的高倍压缩，最终生成2.4 kb/s的压缩语音，由此完成语音压缩流程。
1.3 语音生成原理一般情况下，由于可将语音生成过程看作是语音采集过程的反向过程，所以掌握语音生成过程能够实现回放语音信号的功能。
值得注意的是，语音生成过程并不是原原本本地将语音信息进行恢复，而是对原来语音可重组、可控制的地方进行实时恢复。
8.1数字化语音存储与回放系统设计8.1系统设计及需求分析8.1.1 语音存储回放系统的功能要求用FPGA 实现数字化语音的储存和回放功能。
基于开发板DE2下，用QuartusII 软件进行verilog 编程，要求如下：1．语音频率范围：人耳能够听到的声音频率范围为20Hz~20kHz ，而一般语音频率位于300Hz~3.4kHz 之间。
2．语音采样频率：根据奈奎斯特采样准则，采样频率必须大于模拟信号最高频率的两倍。
语音频率最高为3.4kHz ，因此语音采样频率可取8kHz 。
3．ADC 与DAC 位宽：均为8位。
ADC 的位宽决定了信号的采样精度，DAC 的位宽一般与ADC 的相同。
4．语音存储时间：不少于4s 。
语音存储时间的长短取决于存储器的容量，例如存储容量为32KB 的静态随机存储器（SRAM ）可以存储4.096s （8kHz ⨯8位⨯4.096s=32KB ）的语音数据。
5．能够回放存储的语音信号，且回放语音质量好8.1.2 设计分析我们采用模块化的设计思想，实现各个功能模块，然后汇总成我们的语音储存与回放系统。
顶层模块包括SRAM 的控制单元，其中包括SRAM 读取和SRAM 写入，音频控制器，对WM8731L 写入时钟，控制数据的传送时钟信号，PLL时钟分频，对输入的50MHz 的音频进行分频，得到18.4MHz 的音频芯片主频率。
其中数据通过顶层模块来实现和SRAM 、ADCDAT 、DACDAT 的对接传送，I2C 总线来控制音频芯片写入寄存器配置，设置音频设备的输出输入模式和数据的传送方式及数据的位数。
图8.1.1 模块划分结构图那么根据所分的几个模块，我们一个一个来实现，先实现SRAM的读写数据，再通过I2C总线对WM8731L音频芯片进行控制字的设置，最后完成对信号的AD/DA转换。
各个模块完成后，在通过一个总的模块例化各个模块里的module就能实现最后的功能。
基于51单片机的数字语音存储与回放系统设计摘要该文采用AT89C51单片机和ISD2560语音芯片设计一款实时语音录放系统，能实现录音时间达60s、录放音受按键控制、可复位且音量可调等诸多功能。
整个系统共有三大模块：单片机控制模块、语音录放模块、功放模块。
控制模块核心是51单片机的口线功能,通过对按键的识别来控制语音录放模块的工作模式；语音录放模块能实现对声音的处理、存储以及复原的功能；功放模块能对复原好的音频信号加以放大，使声音更加清晰明亮.整个设计围绕以下三方面进行研究:总体方案设计、硬件电路设计、软件设计。
关键词：AT89C51单片机,语音存储，语音回放DESIGN OF VOICE RECORDING AND PLAYBACK SYSTEMBASED ON AT89C51ABSTRACTThe propose of this paper is to design a real-time speech recording system with AT89C51 microcontroller and ISD2560 voice chip,it can realize the recording time of 60s， sound recording and playback controlled by button, can reset and voice can adjust. The system includes three modules:single chip microcomputer control module, voice recording module, power amplifier module。
Core of control module is 51SCM mouth line function， through the identification of key to control the voice recording module work model;voice recording module can realize voice processing，storage and playback;power amplifier module for audio signal amplified, to make the sound more clear and bright。
本科生毕业论文（设计〉题目：数字化语音存储与回放系统的设计学生姓名： ________ 李进国学号：200611020180专业班级： ______ 电信06101班指导教师： __________ 彭光含完成时间：2018年5月10日目录摘要.......................................................................... (2)Abstract ................................................................2 引 (3)1系统的方案论证.......................................................................... (3)2系统硬件设计.............................................................................. . (4)2 . 1 拾音器.......................................................................... (5)2 . 2 放大器设计.......................................................................... (6)2. 3 可调稳压电源的设计.......................................................................... (8)2 . 4 AT89C51 介绍.......................................................................... (8)2 . 5 D / A A / D 转换器.................................................................................................................................................. 1 02.5.1D/A 转换器DAC0832 的介绍..........................................................................1 02.5.2 A / D 转换器D A 5 7 4 的介绍..........................................................................1 12 . 6 存储器的选择..........................................................................1 22. 7 键盘的设疋................................................................................................................................................... 1 3 3模块接□原理.................................................................................................................................................. 1 33 . 1 A T 8 9 C 5 1 和A D 5 74 的接口原理..........................................................................1 33 . 2 D A C 0 8 3 2 与单片机的接□原理..........................................................................1 53. 3 存储芯片与单片机的接□原理..............................................................................1 64系统接□总图..............................................................................1 6 3^5 系统的. 校正.............................................................................. .. (17)4软件设计.............................................................................. .. (19)5结论.............................................................................. ........................................................................... 1 9答谢.............................................................................. ............................................................................. 2 0 参考文献.............................................................................. ............................................................................. 2 0 附录：总程序...................................................................................................................................................... 2 1数字化语音存储与回放系统的设计专业：电子信息科学与技术姓名：李进国指导老师：彭光含摘要：本文介绍的数字化语音存储与回放系统将完全可以替代传统的磁带语音录放系统。
![毕业设计(论文)-数字化语音存储与回放系统设计[管理资料]](https://img.taocdn.com/s1/m/88f86d12524de518974b7d17.png)
数字化语音存储与回放系统设计摘要本文介绍了一种以单片机为核心控制单元的数字化语音存储与回放系统的组成以及系统软硬件的设计。
该系统的基本原理是对语音信号的录制和回放的数字化控制。
该系统以AT89C52单片机为微处理器，实现对系统的控制以及数据的处理。
系统采用闪存28F512作为外部数据存储器来存放语音数据，以满足能够较长时间存储语音信息。
语音采集部分采用ADC0809进行模数转换，语音回放部分采用DAC0832实现数模转换，并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，以控制信号的采集、存储和回放等。
同时，外围电路辅以带通滤波器和增益、功率放大等电路对信号进行滤波放大，以保证信息的高质量存储与回放。
关键词：数字化存储，回放，数字滤波，采样，模/数转换目录1绪论 (1) (1) (1) (1) (2) (3)2系统总体方案设计 (4)3硬件部分设计 (7) (7) (7) (7) (8) (9) (12) (12) (13) (14) (14) (15)D/A转换器DAC0832 (15)DAC0832内部结构及引脚 (16)DAC0832工作方式 (16)A/D转换电路设计 (18)A/ D转换的常用方法 (18)ADC0809的主要特性和结构 (18)ADC0809管脚功能及定义 (19)ADC0809工作方式 (20) (22) (23)4软件设计 (26)C51 (26)Protrus软件设计 (26) (27) (27) (28) (30)5结论 (32)6致谢 (33)参考文献 (34)附录 (36)外文资料 (41)外文翻译 (48)1绪论语音信号处理是信息科学的一个重要分支，伴随着大规模集成技术的高度发展以及计算机技术的飞速前进，推动了语音信号处理技术的快速发展。
数字化语音存储与回放系统，则是利用数字语音电路来实现语音信号的数据存储、还原等任务，它是以数字电路为基础，采用51系列单片机作为核心的语音处理系统[5]。
两个星期的课程设计已经结束，整个过程中有过惊喜，有过失望。
虽然最终并未取得预期的圆满结果，十分的令人失望，但是这个过程让我学会了很多。
最重要的是要先在此对两位杨老师不辞辛劳的耐心辅导表示衷心的感谢。
回想起整个课设过程，遇到的主要问题和解决方法以及体会如下：一、首先遇到的问题是分析设计的任务和设计要求，大概构造整个设计思路，然后查找相关资料。
在具体过程中，我是边下载资料边浏览，看了这个模块的资料忘了那个模块的资料，重复的下载查看资料，浪费了大量的时间。
现在想想，觉得应该是在大概的确定最终方案后，先将整个方案分块，分成具体的几个模块。
然后浏览分析所查得的资料，将所有资料分别对应各个模块分类。
最后对应各个模块设计具体的方案。
二、接下来遇到的问题就是利用multisim软件仿真模拟电路。
现在总结起来，由于仿真与实际情况相差较大，觉得不应当在仿真中花费太多的精力。
还有，在各个模块的仿真中应当考虑到具体模块的输入输出信号的变化范围，在这个输入范围内调节输入，这样才能达到仿真的实际的最大相似，保证最终结果。
最后，仿真中在选择所使用的元器件时，应当考虑到实验室所能提供的元器件，尽量避免使用实验室无法提供的器件，这样才不会导致最后焊接电路时发现缺少相应元器件，影响设计进度。
另外在对各个模块仿真时还应考虑各个模块之间的连接问题，连接后会不会使模块之间相互影响，导致模块无法正常工作。
三、再接下来的问题就是连接控制电路。
即单片机与DA、AD、62256、键盘、显示的连接问题。
这个时候就要先了解清楚单片机具体功能、单片机与各个外围电路的连接方式以及各个外围电路的工作方式，还要将这些硬件上的连接与软件的设计综合起来考虑，分配好单片机的各个端口与外围电路的连接，使硬件的连接最大的方便软件的设计，而且还要切实可行。
对于任何不清楚、不确定的地方，一定要先弄明白，任何模糊的地方都有可能导致最后竹篮打水一场空，这部分电路决定了最终结果能不能实现。
数字化语音存储与回放系统设计摘要：目前广为流行的语音存储手段为磁带记录，但数字化存储方式是未来发展的趋势。
作为高科技应用领域的热点，数字化语音处理技术从理论的研究到产品的开发已经取得了长足的进步。
它已直接与办公、金融、公安、商业、旅游等行业的语音咨询与管理，工业生产部门的语声控制，电话电信系统的自动拔号、辅助控制与查询，医疗卫生和福利事业的生活支援系统等紧密联系。
关键词：数字化语音；存储与回放；系统设计目前，广为流行的语音存储手段为磁带记录，然而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，因此数字化存储方式是未来发展的趋势。
作为高科技应用领域的热点，数字化语音处理技术从理论的研究到产品的开发已经取得了长足的进步。
它已直接与办公、金融、公安、商业、旅游等行业的语音咨询与管理。
工业生产部门的语声控制，电话电信系统的自动拨号、辅助控制与查询，医疗卫生和福利事业的生活支援系统等紧密联系。
并有可能成为下一代操作系统和应用程序的用户界面。
本文对数字化语音存储与回放系统进行了研究并给出了实现方案。
一、系统原理语音信号通过拾音器转换成了毫伏量级的电信号实测其范围约为20-25mV，此电信号太小不能够进行采样。
后级A/D转换输入信号的动态范围为0-5V，语音信号的范围与采样范围的比较得出放大器的放大倍数应为200倍左右。
此处将信号通过一增益为46dB的放大器，将其放大到伏特量级，输出级放大电路亦采用这种电路，两级放大电路都采用增益可调的典型电路。
后级电路不再详述。
考虑到语音信号固有特点，将低于300Hz和高于3，4kHz的分量滤掉后语音质量仍然良好，此处将其通过一增益为46dB的放大器，因此，将带通滤波器设计为典型的300Hz-3，4kHz，输出级带通滤波器亦为300Hz-3，4kHz，这样既可滤掉低频分量又可滤掉D/A转换带来的高频分量，很好地消除掉噪声。
据奈奎斯特抽样定理知欲使采样信号无失真，抽样频率最低为6，8kHz，考虑到留有一定的余地，这样就足够保证语音质量。
毕业设计（论文）任务书机电工程系测控技术与仪器专业07测控1 班XX：毕业设计（论文）时间：2010 年 3 月14日至2011年 6 月19 日XX学院毕业设计（论文）任务书机电工程系测控技术与仪器专业07测控1 班XX：王龙毕业设计（论文）时间：2010 年 3 月14 日至2011 年 6 月19 日XX学院毕业设计（论文）任务书机电工程系测控技术与仪器专业07测控1 班XX：曹学岩毕业设计（论文）时间：2010 年 3 月14 日至2011 年 6 月19 日XX学院毕业设计（论文）任务书机电工程系测控技术与仪器专业07测控1 班XX：王海锋毕业设计（论文）时间：2010 年 3 月14 日至2011 年 6 月19 日XX学院毕业设计（论文）任务书机电工程系测控技术与仪器专业07测控1 班XX：赵浩毕业设计（论文）时间：2010 年 3 月14 日至2011 年 6 月19 日XX学院毕业设计（论文）任务书机电工程系测控技术与仪器专业07测控1 班XX：高亚松毕业设计（论文）时间：2010 年 3 月14 日至2011 年 6 月19 日XX学院毕业设计（论文）任务书机电工程系测控技术与仪器专业07测控1 班XX：李桂闯毕业设计（论文）时间：2011 年 3 月14 日至2011 年 6 月19 日XX学院毕业设计（论文）任务书机电工程系测控技术与仪器专业07测控1 班XX：齐玉旺毕业设计（论文）时间：2011 年 3 月14 日至2011 年 6 月19 日XX学院毕业设计（论文）任务书机电工程系测控技术与仪器专业07测控1 班XX：X冬毕业设计（论文）时间：2011 年 3 月14 日至2011 年 6 月19 日XX学院毕业设计（论文）任务书机电工程系机械设计制造及其自动化专业07机本班XX：李如海毕业设计（论文）时间：2011 年 3 月14 日至2011 年 6 月19 日- - 总结资料。
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145. 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。
论数字化语音存储回放系统设计
摘要:近年来,随着科学技术水平的不断提高,各种高科技产品逐渐走进了人们的生活。
数字化语音处理技术作为高科技应用领域当中的一个热点,其从理论到相关产品现已基本趋于完善。
它与医疗卫生机构以及福利事业的生活支援系统有着十分密切的联系,并且极有可能成为下一代操作系统的用户界面。
基于此点,本文就数字化语音存储回放系统的设计进行研究。
关键词:数字化单片机语音存储回放系统设计
1 数字化语音存储回放系统的基本原理
1.1 语音信号采集
通常情况下,人能够听到的声音频率范围为大于20 Hz、小于20000 Hz的信号,通常情况下的语音信号频率最高能达到3400 Hz。
所谓语音信号采集是指将通过麦克风和高频放大器的语音声波信息,转换为模拟量电信号,最后转变成数字量的过程。
要想确保采集信号不存在失真现象,采样频率要为模拟信号最高频率的2倍以上,即最低频率为6800 Hz,在考虑语言质量的前提下,应当将采样频率确定为8000 Hz。
1.2 语音压缩
待录制信号在输入到系统中后,先被分配到各自的预放大器,直到
放大到合适的电平后,转移到信号混合单元将信号进行混合,形成一路完整的信号,并交由低通滤波器将高频滤去,将处理后的语音送至A/D 转换器实施模数转换,将其变为频率为8 kHz的语音信号,形成特定的串行比特流,利用串行的方式将语音信号送至语音压缩单位。
利用语言压缩单元20 ms为一帧的速率对语音信号实施40∶1的高倍压缩,最终生成2.4 kb/s的压缩语音,由此完成语音压缩流程。
1.3 语音生成原理
一般情况下,由于可将语音生成过程看作是语音采集过程的反向过程,所以掌握语音生成过程能够实现回放语音信号的功能。
值得注意的是,语音生成过程并不是原原本本地将语音信息进行恢复,而是对原来语音可重组、可控制的地方进行实时恢复。
在播放语音时,单片机要先读出储存在数据存储器中的语音数据,利用数字音量调整单元将语音信号调整到适合的电平,而后用解压缩单元将其还原成12位串行音频比特流。
下一步利用D/A转换器将数字音频信号转换为模拟音频信号,并将其送至开关电容低通滤波器,使模拟音频信号的高频噪音得以滤除,最后经音频放大、功率放大,使语音从扬声器中发出,从而完成语音回放过程。
2 数字化语音存储回放系统的具体设计方法
2.1 设计方案的确定
(1)系统总体设计。
通过技术性以及经济性等多方面综合考虑,最终决定选用单片机来完成人机交互和声音信号的采集、编解码等功能。
选用单片机的主要原因是其具有诸多优点,如丰富的接口资源、电路结构简洁明了、可实现较为复杂的控制与运算、便于调试等等。
(2)语音信号的设计方案。
经过综合考虑后,决定采用前置同相放大器,这样设计的原因是通过放大器前置能够使功效的增益变为连续可调,同时还进一步确保了比较器的精度。
本系统的前置放大器采用的是同相宽带放大器,这种放大器具有频带宽、漂移低、支持满幅度运放、增益可调等优点,而且采用这种放大器还有助于实现输入电阻较大的设计要求。
(3)谐波器设计方案。
为了进一步避免高、低频信号产生干扰,并增强信噪比,决定选择带通滤波器。
由于系统本身的输出波形频率具有覆盖范围较大的特点,为保证整个频率覆盖范围之内的滤波效果达到最为理想的状况,并防止语音信号失真,最终决定采用4+5阶巴特沃兹滤波器,该滤波器可以实现最大平坦的频率响应。
(4)功率放大器的设计方案。
本系统采用的是LM386音频功率放大器,选择该音频放大器的原因是其外接的元器件相对较少,并且电压增益可调、功率大、电路简单。
2.2 语音编码技术
目前,较为常见的语音编码主要有以下三类:参数编码、波形编码
以及混合编码。
(1)参数编码。
其又被称之为声码器技术。
语音本身属于短时间平稳状况,只有在非常短的时间内,才能够认为声音模型的基本特征是近似的,因而,模型特征参数在更新方面的频率相对较低,这样一来使得编码比特率大幅度降低。
该编码最显著的特点是速率快,最高可达2.4 kbps以下,但其缺点是合成后的语音音质相对较差,尤其是自然度较低,对语音环境当中的噪音十分敏感,必须在较为安静的环境当中才能获得较高的可懂度。
(2)波形编码。
这种编码方式最为显著的优点是语音质量好、环境适应能力超强,唯一的缺陷是需要用到的语音编码速率高。
(3)混合编码。
这是一种基于上述两类编码方式的基础上形成的,由于其具备参数和波形这两种编码类型的全部优点,并克服了它们的缺陷,因此获得了广泛应用。
本系统的设计采用的就是混合编码。
2.3 系统主要电路设计
(1)A/D电路。
A/D电路的构成部分为A/D转换电路和模拟语音信号处理电路。
模拟语音信号在输入A/D电路后,需要经过前置放大器、带通滤波器、电平范围等步骤对电路进行调整。
通常情况下,麦克风的输出电平为几十毫伏,通过前置放大器进行处理后可放大至 1 V左右,从而推动后续流程操作。
带通滤波器的通带为300～3400 Hz,将系统的语音采样频率确定为8 kHz,也就是说1 s内可采样8000点语
音数据,并将数据用字节进行表示。
电平范围对电路进行调整是将原本具有双极性的语音信号转变到0～5 V范围,从而使其符合接口信号的要求。
(2)D/A电路在转换输出语音信号中,对语音信号杂音的处理是十分重要的。
由于在没有信号输出的状态下,应当保持输出对地是零电位,所以要用两组运算放大器作为转换器,实现电流到电压的双极性转换和控制的目的。
数字信号经过D/A电路以及转换器的处理后,形成模拟语音信号,最终成为输出音频。
综上所述,本系统能够实现语音拾取和数字化存储以及回放等功能,可对300～3400 Hz这一范围区间内的音频信号进行存储和回放。
参考文献
[1] 周瑗,杨丽华.基于CPLD技术的数字化语音存储与回放系统[J].北京化工大学学报(自然科学版),2010(8).
[2] 曲洪权,李柯南,张北南.基于FPGA控制的数字化语音存储与回放系统[J].电子技术,2010(12).
[3] 涂剑鹏,何尚平.基于嵌入式处理器的数字化语音存储回放及GSM语音传输系统设计[J].河南理工大学学报(自然科学版),2010(4).。
