實驗7語音信號的采樣存儲和回放

1、.實驗7 綜合設(shè)計三：語音信號的采樣存儲和回放2008.4.16一、實驗?zāi)康?.進(jìn)一步掌握PCM技術(shù)和時分復(fù)用(TDM)技術(shù)的基本原理；2.了解和掌握集成化PCM編譯碼器MT8965的工作原理和使用方法；3.學(xué)習(xí)和訓(xùn)練數(shù)字通信電路的基本設(shè)計方法和技巧。二、實驗儀器與設(shè)備直流穩(wěn)壓電源1臺TDS210數(shù)字示波器 1臺函數(shù)信號發(fā)生器1臺數(shù)字式萬用電表 1只三、設(shè)計要求圖1 系統(tǒng)組成設(shè)計并制作實現(xiàn)一個語音信號的采樣、存儲和回放系統(tǒng)，相當(dāng)于一臺簡易的數(shù)字錄音機。系統(tǒng)組成方案見圖1所示，指定了基本的電路結(jié)構(gòu)和核心器件。其中，指定采用ZARLINK公司的PCM編解碼器( CODEC) MT8965，作為對輸

2、入（語音）信號進(jìn)行采樣編碼的器件，同時也具備相對應(yīng)的解碼功能；指定采用628128作為單片機系統(tǒng)的外部擴展數(shù)據(jù)存儲器，用來存儲PCM樣值。請根據(jù)所提供的硬件電路、元件和有關(guān)指導(dǎo)材料，按自己的理解和創(chuàng)意，設(shè)計并實現(xiàn)整個系統(tǒng)。四、部分電路的工作原理簡要描述1音頻接口電路使用普通運放制作的音頻輸入輸出信號幅度適配電路，外部連接耳機和麥克風(fēng)，對內(nèi)部CODEC電路也起到一定的隔離保護功能。已提供此部分電路的參考設(shè)計方案。考慮到各組可能會自行修改設(shè)計，或使用現(xiàn)成的耳麥，故不提供與參考方案對應(yīng)的成套完整器件，缺少的器件需要自己購領(lǐng)。2PCM編解碼MT8965的詳細(xì)工作原理應(yīng)閱讀DATA SHEET。其正常工

3、作有賴于外部輸入的符合ST-BUS標(biāo)準(zhǔn)要求的時鐘信號。有關(guān)ST-BUS時鐘信號的情況，在MT8965的DATA SHEET中有一部分，若需更詳細(xì)了解，可至ZARLINK公司網(wǎng)站查找。LM(CW)1403是2.5V基準(zhǔn)源芯片，為CODEC內(nèi)部電壓比較器提供參考電壓。MT8965使用正負(fù)5伏雙電源工作，且嚴(yán)格規(guī)定，正負(fù)電源必須同時上電，否則很容易損傷器件！每次上電時應(yīng)檢查電源連接，并嚴(yán)禁帶電插拔元件！3ST-BUS時鐘發(fā)生該電路的邏輯設(shè)計參考了ZARLINK提供的一些建議電路。該部分以一個4.096MHz振蕩電路為源，經(jīng)過分頻等步驟，輸出MT8965所需CA、/F1、C2等時鐘信號，也向單片機提供

4、125us的中斷源請求信號。單片機在CA信號的上升沿收到中斷請求，此時并串轉(zhuǎn)換電路中的移位寄存器均不在進(jìn)行移位操作，正適合單片機對其進(jìn)行讀或/和寫操作。4CODEC受電保護為較大限度地防止在調(diào)試過程中人為操作疏忽，導(dǎo)致電壓過高損害CODEC芯片，特增設(shè)該部電路。其中，PTC器件是“正溫度系數(shù)”熱敏電阻，正常情況下表現(xiàn)為10歐姆左右的小電阻特性，當(dāng)發(fā)生故障電流過大時，其電阻會急劇增大，幾乎可截斷電流，表現(xiàn)出保險絲熔斷的效果。故障消除后，PTC會恢復(fù)常態(tài)，所以又被俗稱為“自恢復(fù)保險絲”。需要指出的是，該保護電路的能力是有限的，強烈建議實驗過程中認(rèn)真檢查直流電源情況。5串/并和并/串轉(zhuǎn)換MT8965

5、的編碼輸出和解碼輸入，均按照ST-BUS協(xié)議，表現(xiàn)為串行方式。通過轉(zhuǎn)換電路，可將編碼輸出/解碼輸入轉(zhuǎn)換為單片機總線可訪問（讀操作/寫操作）的8位并行接口方式，其總線地址與單片機系統(tǒng)中譯碼電路的/CS5信號對應(yīng)。6PCM樣值存儲相對于PCM的64kbit/s(即8kByte/s)比特速率，單片機系統(tǒng)原有的數(shù)據(jù)存儲器容量太小。為保證實驗效果，特使用628128作為外部擴展數(shù)據(jù)存儲器，用來存儲PCM樣值。在未經(jīng)數(shù)據(jù)壓縮的情況下，最多能存儲16秒鐘的語音編碼。628128的存儲單元數(shù)量，超出了單片機系統(tǒng)可以直接尋址的地址空間容量，故額外使用4個單片機通用I/O引腳連接628128的（高位）地址線。在4

6、個I/O（作為單片機輸出）引腳信號狀態(tài)不同時，相同的總線物理地址，能訪問到不同的628128片內(nèi)存儲單元。五、調(diào)試過程建議1焊裝如有必要，可先完成焊接工作，但暫不安插集成電路芯片。加電檢查，測量板上各處電源電壓是否正常。可人為調(diào)高有關(guān)電壓，測試CODEC受電保護電路的工作狀況。2測試ST-BUS時鐘發(fā)生安插與此部分有關(guān)的芯片，加電觀測有關(guān)時鐘信號，檢查是否滿足要求。建議指定CA信號作為示波器觸發(fā)源。3測試CODEC安插與此部分有關(guān)的芯片，建議臨時在DSTI和DSTO短接導(dǎo)線，并從AINPUT（在電容C6外側(cè)較好）接入Vpp1V的1KHz正弦信號，應(yīng)可在AOUTPUT（在電容C5外側(cè)較好）觀測到

7、同樣形態(tài)的信號。該被觀測的信號，已是經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，又D/A轉(zhuǎn)換后的結(jié)果。注意，以上測試中，串并轉(zhuǎn)換部分的若干芯片不能安插！4測試擴展存儲器測試單片機能否正常操作628128。需要編寫必要的測試程序。讀寫628128的C語言程序，建議使用XBYTE關(guān)鍵詞，類似DEMO程序中訪問顯示電路的方式，但地址可以改為一個變量。此類C語句經(jīng)編譯后，會轉(zhuǎn)化對應(yīng)為MCS51匯編語言的MOVX語句。建議向628128的各單元，寫入各種編碼，再讀出核對校驗。5最后測試串并轉(zhuǎn)換和系統(tǒng)整體功能六、正式運作時的程序結(jié)構(gòu)建議圖2 軟件的部分邏輯方案建議如圖2，該建議僅供參考，請自行優(yōu)化完善。七、電路勘誤如圖3所示，U7引腳4輸出信號LE_DOUT邏輯設(shè)計反了，需在PCB背面相應(yīng)位置，刻斷1線，飛接3線，為其插入一個非門（利用到或非門U7原空閑未用的兩個封裝之一）。圖3 勘誤示意八、實驗作品評價中的可加分項目1錄播方式的各種變化（分段管理、快慢調(diào)整等），最高加4分。2與PC構(gòu)成聯(lián)合系統(tǒng)（可以通過串行通信口互連），利用PC提供操作界面、生成可存儲于PC的錄音文件、通過PC錄音再通過數(shù)字錄音機播放或反之，等等，最高加12分。提示：本