基于单片机的语音信号采集与回放系统

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。

4. 系统实现在完成系统设计后，我们可以开始系统的实现。

实现过程中需要进行硬件的连接和软件的开发。

1. 硬件连接：按照系统设计中的硬件设计要求，将单片机、麦克风、扬声器等硬件设备进行连接。

1引言目前，基于51单片机的语音采集回放系统种类繁多，但是在语音采集及回放的效果方面有的不甚理想。

为此，本系统利用AT89C51单片机[1]的精准控制，在采集通道采用射极跟随器隔离以及4阶低通滤波器滤波，保证采集语音的质量；在回放通道上，再次将存储的信号进行滤波放大和频率校正，进而保证回放语音的效果。

同时，系统采用了三种编码模式，并在三种编码模式下对语音回放的效果做出对比。

2系统硬件设计系统主体由语音处理前向通道、A/D 转换模块、单片机控制兼数据处理模块、D/A 转换模块、键盘显示模块及后向处理通道组成。

单片机构成系统的控制中心，控制功能选择和结果显示。

通过前级放大和加法器进行2.5V 抬升，将微弱的电信号的峰-峰值放大至MAX118可读取的0~5V ，中间由射级跟随器进行隔离，再通过300Hz~3.4kHz 的带通滤波器滤除噪声。

信号通过A/D 转换后进入单片机进行相应处理，然后经D/A 转换成模拟信号输出，后极通过300Hz~3.4kHz 的带通滤波器使之平滑，并用音频功放放大语音信号输出。

系统分为采集通道、控制单元和回放通道三个部分。

采集通道通过麦克风将声音转换成电信号，经射极跟随器、两级放大器、滤波器对转换后的电信号进行隔离、放大和滤波后，再对声音信号进行A/D基于单片机控制的语音采集与回放系统设计研究崔浩斌，刘伟（中船重工纵横科技有限公司，湖北宜昌443000）摘要:介绍了一种采用不同编码方式的语音信号采集与回放系统的设计方案，该系统以AT89C51单片机为控制核心，主要结构由语音前级处理通道、A/D 转换模块、单片机控制兼数据处理模块、D/A 转换模块、键盘模块和后级处理通道组成，实现了语音的采集与回放功能。

系统采用32kB 的62256芯片作为语音存储介质，在PCM 、DPCM 、IV 三种编码模式下都能较好地实现语音回放功能。

整个系统结构简练、友好，具备较高的性能指标，设计的整体实现具有一定的实用参考价值。

摘要当今，计算机技术带来了科研和生产的许多重大飞跃，微型计算机的应用已经渗透到生产、生活的各个方面。

单片微型计算机简称单片微机或单片机，又称为微控制器。

它体积小、价廉、功能强，适用范围越来越宽。

单片机在工业控制、自动检测、智能仪器、家用电器等领域的应用尤其突出。

本课题以凌阳SPCE061A单片机为主体，实现了语音的数字化存储与回放，整个系统分为录音、停止、和放音三种状态，状态的改变用按键K1\K2\K3控制。

存储器采用SPR4096，放大器采用NE5532，使用SPCE061A单片机自带的LineIN输入，性能良好的数字滤波器滤去音频信号（300~3400）频段以外的信号，经AD转换将音频信号转换为电信号，采用SACM-A2000的压缩算法，将压缩后的数据存储在SPR4096存储器中。

放音时再从SPR4096读取数据，利用凌阳SACM库提供的DVR函数进行录放，数模转换后经过放大驱动喇叭。

在8kHz的采样频率时，语音存储时间可以达到10s 以上，回放时语音失真小，音质良好。

软硬件的结合使该系统有合理的结构，性能指标基本达到要求。

关键词：SPCE061A SPR4096 数字滤波压缩编码语音ABSTRACTNowadays, computer science has brought about a lot of achievements in scientific research and in industry. The application of microcomputer has penetrated to all aspects of life and industry. Microcomputer is called singlechip for shot, or controller. Because of its small bulk, low price, strong function, the microcomputer is used more and more, especially in the industrial control, automatic detect, intelligent instrument, apparatus and so on.This task is based on the microcomputer SPCE061A of Sunplus. Digital memorization of voice and playback of voice are all realized in this system. All the system is composed of three states: record, playback and halt. The keys K1\K2\K3 are in charge of the change of the states. SPR4096 is used as the data memorizer. The microcomputer SPCE061A offers micin input. Digital filter which performance is all right is used to wipe off the noise. Audio frequency single is switched to the electric single via the conversion of AD. After amplified, it drives the trumpet. Voice memorization time can reach more than 10s at 8kHz sampling frequency. Quality of the playback voice is fine and distortion is low. Both software and hardware were combined together so that the system can work well. The tested data shows that the system is reliable and the performance of the system up to the design requirements.Key words: SPCE061A ; SPR4096; digital filter;第一章 SPCE061A单片机简介1.1 凌阳16位单片机介绍随着单片机功能集成化的发展，其应用领域也逐渐地由传统的控制，扩展为控制处理、数据处理以及数字信号处理（DSP，Digital Signal Processing）等领域。

基于51单片机的语音存储与回放系统设计基于51单片机的语音存储与回放系统设计Voice storage and playback system based on 51 microcontroller摘要摘要在当今的智能化仪器仪表和自动控制装置，添加语音功能可以提升友好的人机界面，方便用户操作。

在许多情况下，它需要语音合成，语音识别，语音存储和回放技术和单片机在一起。

传统的模拟语音处理系统使存储和声音的再现，但效果不太好。

在本文中，数字语音存储与回放系统采用了单片机STC89C51和数码语音芯片ISD2560。

单片机是该系统的控制中心，它主要是为了实现以下功能：重要的控制功能和选择鉴定;第二控制芯片ISD2560语音录制和播放过程中，存储和播放声音。

首先，我设计了这个电路系统的硬件，再其次是硬件电路书面记录，回放控制程序，最后，这个总结和展望的设计。

关键词：STC89C51单片机ISD2560语音芯片语音存储语音回放ABSTRACTIn the area of intelligent instruments and automatic control equipments, the system with the phonetic function can greatly increase the friendliness of the man-machine interface, and is also convenient for users to operate. In many situations, designers need to integrate the phonetic synthesis, the phonetic recognition and the phonetic storage and playback technology with the SCM.The common analog-signal digitalize processing system can realize the function of phonetic storage and playback. But the effects are not very good. This dissertation designs the digital phonetic system composed of flash micro-controller STC89C51 and digital audio chip ISD2560. SCM is the control center of the system, it is mainly to achieve the following functions: the keystroke identification and the function selection; phonetic storage and playback by using the digital audio chip ISD2560.Firstly, this dissertation designs the hardware circuit of the system. And then compiles the control program of record and playback. At last, the summary and prospects of the design was presented.Key words: STC89C51 ISD2560 phonetic storage phonetic playback目录摘要 ..................................................................................................................... ABSTRACT . (I)目录 .................................................................................................................. I I 绪论 . 0第一章整体系统的设计 (3)1.1 总体方案论证 (3)1.2 器件选择 (4) (4) (5)1.3 ISD2560语音芯片 (6)1.3.1 ISD2560的引脚功能 (7)1.3.2 ISD2560的操作模式 (9)1.3.3 ISD2560的地址空间 (10)1.3.4 ISD2560的应用电路 (10)1.3.5 电源电路 (12)1.4集成功率放大器芯片LM386 (12)1.4.1 LM386电子特性 (12)1.4.2 LM386的引脚说明 (13)第二章系统硬件设计 (14)2.1系统硬件电路总体设计 (14)2.2 STC89C51的外围电路设计 (14) (14) (15)2.3 语音电路设计 (16)2.4 功放电路设计 (17)2.5按键部分电路设计 (17)第三章系统软件设计 (19)3.1 主要变量说明 (19)3.2 主程序工作原理及流程图 (19)3.3 子程序流程图及代码 (21) (21) (23)结论 (25)致谢 (26)参考文献 (29)附录一 (31)附录二 (32)附录三 (33)绪论1课题研究背景及科学意义现如今有各种各样的智能化的仪器仪表以及自动化控制设备，增加语音功能可以提升友好的人机界面，对于用户的操作来说非常方便。

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。

电子与信息工程学院基于单片机的语音采集及回放系统设计1 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。

（2）实时副值采样法采样过程如图2.1所示。

图2.1 采样过程具体实现包括直存取法、欠抽样采样法、自相似增量调制法等三种基本方法。

其中第三种实现方法最具特色，该方法可使数据压1：4.5，既有M调制的优点，又同时兼有PCM编码误差较小的优点，编码误差不向后扩散。

1.2 A/D、D/A及存储芯片的选择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,只要依原先的采样直经D/ A 接口处理,便可使原音重现。

（1）A/D转换芯片的选择根据题目要求采样频率fs=8KHZ，字长=8位，可选择转换时间不超过125µs的八位A/D转换芯片。

目前常用的A/D转换实现的方法A/D转换芯片AD574。

该芯片是高速12位逐次比较型A/D转换器，内置双极性电路构成的混合集成转换显片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换[5]。

基于单片机信号采集与回放系统的设计与实现*吴宁1，李斌2，柴世文3（1．兰州工业高等专科学校电气工程系，甘肃兰州730050；2．兰州石化公司研究院，甘肃兰州730060）摘要：重点介绍了一种基于89C52单片机为控制核心的信号采集与回放控制系统。

该系统结合ADC0809、DAC0832数据采集模块，实现对两路外部信号进行采集、存储及回放。

系统模拟部分主要包括信号调节电路和A/D模块等：软件部分主要由主程序和子程序模块组成，主要实现了A/D转换器的启动与及对采样数据的存储，频率及幅值的计算，按键及显示屏的控制。

该系统经过测试实验，能耗低，性价比高，具有较高的实际应用价值。

关键词：信号采集与存储；信号复现；信号调节；回放系统中图分类号：TM13文献标识码：A文章编号：1007－4414（2011）06－0121－03The design and implementation of signal acquisition and playbacksystem based on microcontrollerWu Ning1，Li Bin2，Chai Shi－wen3（1．Electrical engineering department，Lanzhou polytechnic college，Lanzhou730050，China；2．Research institute of Lanzhou petrochemical corporation，Lanzhou730060，China；3．Gansu academy of mechanical science，Lanzhou Gansu730030，China）Abstract：This paper proposed a signal acquisition and playback control system based on89C52as the control unit．The sys-tem associated with ADC0809and DAC0832to achieve the two external signal acquisition，storage and playback．The analog section of the system included signal adjusting circuit and A/D module．The function of software modules consisted of main program and subroutine．It realized the start of the A/D converter，the sampling data storage，the calculation of the frequency and amplitude，the control of the buttons and display．The system has been tested to prove low energy consumption，cost－ef-fective and high practical value．Key words：signal capture and storage；signal reproduction；signal conditioning；playback system1引言很多工业现场中的电气设备在发生故障时，由于环境限制或是故障原因复杂，无法有效对系统故障进行在线的分析和判别，如果能够记录下故障设备产生的信号，再通过网络进行专家判别，将更利于系统的快速恢复与故障排除。

精密制造与自动化2020年第2期48基于STM32的语音存储与回放系统郭树浩张亚峰（平顶山学院信息工程学院河南平顶山467000）摘要本文提出基于STM32F103C8T6单片机为控制核心，并结合ISD1280语音芯片的语音存储与回放系统。

该系统相比传统的系统，结构更为简单，处理速度也相对更快。

关键词单片机语音芯片系统语音存储回放系统的硬件构成主要有两种，一种是采用分立的器件来实现，另一种则是借助专用的语音芯片来构成。

第一种方式设计的系统结构复杂，体积庞大，可靠性低。

因此，在实际应用中多采用第二种方式。

1 系统构成系统通过麦克风将采集到的语音转换为电信号，接着此信号进入语音芯片，ISD1280可对语音信号进行前置放大、滤波，之后在单片机的控制下，语音芯片对数据进行采样存储。

回放时，单片机控制语音芯片提取数据，经过语音芯片对数据进行读取之后即可通过喇叭播放。

按键模块可以控制整个系统的工作状态。

ISD1820采用多电平直接模拟量存储技术，因此能够真实、自然地再现语音信号。

当系统处于录音和放音状态时，LCD液晶屏幕会显示相应的信息以协助判断。

系统框图如图1所示：图1 系统的组成框图2 硬件构成2.1 STM32单片机此系统采用STM32F103系列芯片，在系统中负责控制语音芯片录音、放音以及对数据的存储与读取。

STM32F103系列芯片是意法半导体公司出品的低功耗、高性能32位单片机，其内核是Cortex-M3。

本系统采用的芯片采用64kB的Flash只读程序存储器，工作电压在2V~3.6V，工作温度为-40℃~85℃。

此主控芯片的管脚图如图2所示。

图2 STM32F103芯片管脚图单片机工作所需的基本电路有电源电路、晶振以及复位电路。

在此设计中，电源电路采取AMS1117-3.3芯片，晶振采用8MHz主频+32.768kHz时钟频率，复位电路采用10 kΩ电阻、0.1μF电容以及六脚按钮组成。

原理图如3所示：(a)电源电路郭树浩 等 基于STM32的语音存储与回放系统49(b ) 晶振电路(c ) 复位电路 图3 电路原理图2.2 ISD1820ISD 语音芯片是ISD 公司生产的系列语音芯片，其以高品质的工作性能和语音音质深受设计人员和使用者的青睐。

目录摘要第一章绪论第二章方案论证及设计2.1 语音存储回放系统方案论证2.2 方案讨论及确定第三章单片机介绍3.1 单片机简介3.2 单片机编程语言介绍3.3 系统单片机选择3.4 AT89S52引脚功能介绍3.5 定时器0和1使用第四章硬件设计4.1 单片机系统硬件的设计4.1.1 整体电路设计4.1.2 供电电路图设计4.1.3 键盘、显示电路设计4.1.4存储器设计4.2 模拟音频电路设计4.2.1 MIC电路设计4.2.2 放大滤波电路设计4.2.3 ADC设计4.2.4 DAC设计4.2.5 音频功率放大器设计第五章软件设计5.1 Keil C51简介5.2 主程序流程图5.3 各个模块程序介绍5.3.1 键盘子程序设计5.3.2 显示子程序设计5.3.3 ADC子程序设计5.3.4 DAC 子程序设计5.3.5定时中断服务子程序致谢参考文献摘要本系统以单片机89S52为核心，选用由2片62256组成RAM阵列，作为语音的数字化信号的存储器件，将外部数据存储空间扩大至64KB。

利用AM和DPCM 方法对数据进行压缩以加长存储时间。

本文阐述了实用可靠的设计方案。

第一章绪论磁带语音存储手段应用还比较广泛，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，在一些由单片机构成的测控系统中，由于单片机接口有限，还需要扩宽硬件接口线路，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，不需扩宽接口电路，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）就能完成语音信号的数字化处理，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。

因此特别适用于单片机测控系统，为单片机测控系统的语音报警及语音提示操作在几乎不需增加硬件投资情况下的语音处理提供了一种思路。