数字化语音存储与回放系统设计毕业设计论文

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/数转换毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

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作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日指导教师评阅书评阅教师评阅书教研室（或答辩小组）及教学系意见目录1绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2课题研究的意义 (1)1.3数字化处理的前景 (1)1.4课题任务要求 (2)1.5本文的主要内容 (3)2系统总体方案设计 (4)3硬件部分设计 (7)3.1拾音器 (7)3.2放大器的设计 (7)3.2.1前置增益放大器 (7)3.2.2输出功率放大器 (8)3.3滤波器设计 (9)3.4单片机选型 (12)3.4.1AT89C52介绍 (12)3.4.2引脚简介 (13)3.4.3主要功能及其特性 (14)3.4.4中断 (14)3.5采样保持电路 (15)3.6 D/A转换器DAC0832 (15)3.6.1DAC0832内部结构及引脚 (16)3.6.2 DAC0832工作方式 (16)3.7 A/D转换电路设计 (18)3.7.1 A/ D转换的常用方法 (18)3.7.2 ADC0809的主要特性和结构 (18)3.7.3 ADC0809管脚功能及定义 (19)3.7.4 ADC0809工作方式 (20)3.8键盘电路 (22)3.9存储器的选取 (23)4软件设计 (26)4.1编程工具软件Keil C51 (26)4.2 Protrus软件设计 (26)4.3软件程序的设计 (27)4.3.1程序总体流程图 (27)4.3.2子程序设计 (28)4.3.3系统仿真 (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1.1课题背景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]。

数字化原理语音电路是一种集语音合成技术、大规模集成电路技术以及微控制器技术为一体的新型综合型技术，利用它可以很容易的实现语音的可控制。

为了克服集成芯片音量不能放大、智能性比较差、录音的时间比较固定同时还要增加硬件投资，并且在一些由单片机构成的测控系统中，由于单片机接口有限，还需要扩展硬件接口线路等诸多缺点，本系统则采用了另外一种方案：没有采用专用的语音处理芯片，不需扩展接口电路[7]。

而是以AT89C52单片机为核心，采用滤波、放大等电路设计了一套可以灵活的实现录音、放音、音量自动控制的新型的语音存储与回放系统。

这种方法为以单片机为中心的测控系统语音操作提供了一种新的思路[8]。

1.2课题研究的意义数字化具有以下几个的特点：（1）数字信号和模拟信号比较而言，数字信号是加工信号。

加工信号对于有杂波的外部环境以及易产生失真的电路来说应该具有较好的稳定性。

可以说，数字信号非常适用于易产生杂波和波形失真的数据等远距离传送使用。

数字信号传送具有稳定性好、可靠性高的优点。

相关软件对程序进行编写与仿真[9]。

（2）数字信号需要使用集成电路和大规模集成电路，但是计算机易于处理数字信号，同时数字信号还特别适合于数字特技和图像处理。

（3）数字信号处理电路简单，它没有模拟电路里的各种调整，因而电路工作稳定、技术人员能够从日常的调整工作中解放出来。

（4）可以很容易的对数字信号进行加密，这对商业经营、版权保护、军事经济情报保密和信息高速公路的安全是十分必要的。

因此, 从信息产业向社会提供服务和对信息产品的实际要求出发,采用数字化方案是很必须的[22]。

综上，研究数字化的意义重大。

1.3数字化处理的前景数字化和信息化有着密不可分的联系，进而影响着科技进步的现代化进程。

在在新经济时代，推动时代发展的根本力量，仍必将是信息化和科技进步推动的全球经济一体化。

对科技进步的现状(包括数字技术)与经济发展前景的联系，会引起人们的各种思考。

一方面，数字技术对推动科技进步(以新颖性、创造性、实用性为标准)带来的机遇，不容忽略；另一方面，人类综合能力、实践能力和创新能力的提高，也会推动数字信息化在更宽阔的领域里有新的创造[25]。

人类通过对信息的处理来认识客观的世界，又是通过对信息的应用实践来改造世界的。

人们可以认为，信息处理的数字化技术，一定和其他任何事物的发展规律一样，只是信息处理的一个阶段：反映了从模拟到数字的飞跃，但是在这个阶段将会停留很长时间让我们去发展它、去完善处理它的方法。

数字处理绝不是信息处理方法的终极方案，也不是没有缺陷的方案(比如不适合用它处理频率很高的信号等)。

数字化处理技术对人类的贡献已经十分明显，而信息处理的数学方法对科学技术的推动作用更是不可估量的，数字化革命已经渗透到了人类生活和工作的各个方面。

而且，人类正以信息处理主宰者的姿态，不断实践，绘制着自己更加丰富多彩的光明未来[28]!数字化已经成为了时代的主流发展的趋势。

1.4课题任务要求本次设计的主要目的是将单片机信息处理技术应用到数字化语音存储与回放系统中，依靠单片机可再次开发的独特的优势设计一个简单实用的数字化语音存储与回放系统，按照规定要求能够实现对语音信号的存储以及回放功能。

前置滤波放大部分能够完成包括对语音信号的采集、放大滤波的功能，信号经由采样保持器传送给ADC0809，并通过ADC0809实现对模拟信号的数字化。

单片机作为处理器对信息进行处理，并存入数据存储器，然后通过DAC0832转换为模拟信号经滤波、功率放大电路回放出声音。

需要考虑的有：拾音器和耳机的阻抗问题，放大器的输入以及输出阻抗，滤波器的通阻带的要求，储存器的容量字长，单片机的而执行速度以及人机接口功能。

本次设计分为软、硬件设计两部分，硬件部分完成数据的采集、放大、滤波、AD 转换、DA转换、功率放大等系统功能。

软件部分则对语音信号的录制和播放进行控制。

课题任务的内容：（1）收集整理相关资料和文献，熟悉单片机应用技术以及单片机外围电路的相关知识；（2）对单片机、传感器和AD、DA转换等相关知识进行研究，设计总体方案；（3）硬件模块设计以及整体硬件系统电路设计；（4）利用keil技术编辑软件，并使用proteus仿真实现模数数模采集、存储、读取功能。

课题任务的具体要求：（1）前置放大器的增益为46dB，末级放大器的增益为40dB，且增益均可调；（2）A/D转换位数8位，采样频率8 KHz；（3）D/A 转换位数8位，变换频率8 KHz；（4）带通滤波器的带通范围为200-3400Hz；（5）语音存储时间大约10s。

1.5本文的主要内容本课题主要利用51系列单片机、滤波放大电路以及AD、DA和数据存储，研究工作包括51单片机的原理应用及接口电路的连接和软件的编程调试。

为了实现语音的存储以及回放功能，本文主要研究工作如下：首先，进行数字化语音存储与回放系统方案的分析与设计。

主要介绍数字化语音存储与回放系统的性能指标、工作原理、外接电路接口技术等。

设计数字化语音存储与回放系统，使之具有无失真实现语音的存储和回放的功能。

然后，进行语音存储与回放系统的硬件设计。

主要包括单片机最小硬件系统、模数数模之间的转换，数据的存储，语音录放的控制的分析与设计。

根据语音频段的范围及要求，选择传感器。

设计语音存储与回放系统，使之具有存储与回放的功能。

最后，进行系统的软件设计。

主要通过keil软件进行程序的编写并使用proteus 进行各个部分的模拟仿真。

2系统总体方案设计分析题目：数字化语音存储与回放系统的基本原理是对声音录制以及回放的数字控制。

其中关键技术在于对输入语音信号进行高品质的存储，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质量存储与回放。

数字化语音存储与回放系统的基本思想是通过拾音器将声音信号转化成电信号，再经过放大器放大，然后通过带通滤波器滤波，模拟语音信号通过模数转换（A/D）转换成数字信号，再通过单片机控制将数据从存储器中读出，然后通过数模转换（D/A）转换成模拟信号，经放大再扬声器或耳机上输出。

系统框架图及原理图如下：图2.1系统框架图系统组成如图2.1所示,由输入通道、AT89C52单片机和输出通道三部分组成。