完整版數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、本科生畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題 目：數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 李進(jìn)國 學(xué) 號： 200611020120 專業(yè)班級： 電信06101班 指導(dǎo)教師： 彭光含 完成時(shí)間： 2010年5月10日目 錄摘要2Abstract2引言31 系統(tǒng)的方案論證32 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)42.1拾音器52.2 放大器設(shè)計(jì)62.3 可調(diào)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)82.4 AT89C51介紹82.5 D/A A/D轉(zhuǎn)換器10 D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832的介紹10 A/D轉(zhuǎn)換器DA574的介紹112.6存儲器的選擇122.7鍵盤的設(shè)定133 模塊接口原理133.1 AT89C51和AD574的接口原理1332 DAC0832與單

2、片機(jī)的接口原理153.3存儲芯片與單片機(jī)的接口原理164 系統(tǒng)接口總圖163.5 系統(tǒng)的校正174 軟件設(shè)計(jì)195 結(jié)論19答謝20參考文獻(xiàn)20附錄：總程序 21數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)專業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù) 姓名： 李進(jìn)國指導(dǎo)老師：彭光含摘要: 本文介紹的數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)將完全可以替代傳統(tǒng)的磁帶語音錄放系統(tǒng)。其基本原理是對語音的錄音與放音的數(shù)字化控制。為了增加語音存儲時(shí)間，提高存儲器的利用率，采用了非失真壓縮算法對語音信號進(jìn)行壓縮后再存儲，而在回放時(shí)再進(jìn)行解壓縮，同時(shí), 該系統(tǒng)對語音信號分別采用了數(shù)據(jù)采集直存直取,欠抽樣采樣和自相似增量調(diào)制等三種方法,完成了對語音信號存儲與回

3、放。關(guān)鍵詞：數(shù)字化存儲，回放，數(shù)字濾波，采樣，模/數(shù)轉(zhuǎn)換，校正Design of Digit-Voice Recorder and Playback System Electronics and Information Science and TechnologyAdvisor: Peng Guanghan Candidate: Li JinguoAbstract: The digit-voice recorder and playback system that this paper introduces can be substituted for traditional tape rec

4、ord system. Its basic prineple is the digital control for the recowde and playback of voice. For increase，to increase pronunciation store time and raise utilization ratio of the memory,it adopts non-distorted to compress algorithm before storing to pronunciation signal and to decompress in the playb

5、ack.At the same time, system the system introduces the direct store & access of data collection,and AGC on acoustic signal respectively to store and playback completely.Keywords: Digital store，Playback, Digitalfilter，Sample， A/D Convert，Correct ing引 言語音信號處理屬于信息科學(xué)的一個(gè)重要分支，大規(guī)模集成技術(shù)的高度發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速前進(jìn)，推

6、動了這一技術(shù)的發(fā)展。在數(shù)字音頻技術(shù)和多媒體技術(shù)迅速發(fā)展的今天，傳統(tǒng)的磁帶語音錄放系統(tǒng)因體積大、使用不便、放音不清晰而受到了巨大挑戰(zhàn)。采用單片機(jī)對語音進(jìn)行錄放解決體積大的問題。單片機(jī)語音錄放系統(tǒng)是以數(shù)字電路為基礎(chǔ)，利用數(shù)字語音電路來實(shí)現(xiàn)語音信號的數(shù)據(jù)化、存儲、還原等任務(wù)，數(shù)據(jù)化原理語音電路是一種集語音合成技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)以及微控制器技術(shù)為一體的一種新型技術(shù)。其中關(guān)鍵技術(shù)在于：為了增加語音存儲時(shí)間，提高存儲器的利用率，采用了非失真壓縮算法對語音信號進(jìn)行壓縮后再存儲，而在回放時(shí)再進(jìn)行解壓縮。同時(shí)，對輸入語音信號進(jìn)行數(shù)字濾波以抑制雜音和干擾,從而確保了語音回放的可靠質(zhì)量。 語音集成電路與微處理

7、器相結(jié)合，具有體積小、擴(kuò)展方便等特點(diǎn)，具有廣泛的發(fā)展前景。1 系統(tǒng)方案論證語音編碼方案：人耳能聽到的聲音是一種頻率范圍為20 Hz20000 Hz ,而一般語音頻率最高為3400 Hz。語音的采集是指語音聲波信號經(jīng)麥克風(fēng)和高頻放大器轉(zhuǎn)換成有一定幅度的模擬量電信號,然后再轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的全過程。根據(jù)“奈奎斯特采樣定理”, 采樣頻率必須大于模擬信號最高頻率的兩倍， 由于語音信號頻率為3003 400 Hz ,所以把語音采集的采樣頻率定為8 kHz。從語音的存儲與壓縮率來考慮，模型參數(shù)表示法明顯優(yōu)于信號波形表示法4。但要將之運(yùn)用于單片機(jī)，顯然信號波形表示法相對簡單易實(shí)現(xiàn)?；谶@種思路的算法，除了傳統(tǒng)的

8、一些脈沖編碼調(diào)制外，目前已使用的有VQ技術(shù)及一些變換編碼和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，但是算法復(fù)雜，目前的單片機(jī)速度底，難以實(shí)現(xiàn)。結(jié)合實(shí)際情況，提出以下幾種可實(shí)現(xiàn)的方案。（1）短時(shí)平均跨零記數(shù)法 ，該方案通過確定信號跨零數(shù)，將語音信號編碼為數(shù)字信號，常用于語音識別中。但對于單片機(jī)，由于處理數(shù)據(jù)能力底，該方法不易實(shí)現(xiàn)。（2）實(shí)時(shí)副值采樣法采樣過程如圖1.1所示。抽樣量化存儲圖1.1 采樣過程具體實(shí)現(xiàn)包括直存取法、欠抽樣采樣法、自相似增量調(diào)制法等三種基本方法。其中第三種實(shí)現(xiàn)方法最具特色，該方法可使數(shù)據(jù)壓縮比例達(dá)到1：4.5，既有調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)，又同時(shí)兼有PCM編碼誤差較小的優(yōu)點(diǎn)，編碼誤差不向后擴(kuò)散。 A/D、D/A

9、及存儲芯片的選擇：單片機(jī)語音生成過程,可以看成是語音采集過程的逆過程,但又不是原封不動地恢復(fù)原來的語音,而是對原來語音的可控制、可重組的實(shí)時(shí)恢復(fù)。在放音時(shí),只要依原先的采樣直經(jīng)D/ A 接口處理,便可使原音重現(xiàn)。（1）A/D轉(zhuǎn)換芯片的選擇，根據(jù)題目要求采樣頻率fs=8KHZ，字長=8位，可選擇轉(zhuǎn)換時(shí)間不超過125µs的八位A/D轉(zhuǎn)換芯片。目前常用的A/D轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的方法有多種，鑒于轉(zhuǎn)換速度的要求，我們采用A/D轉(zhuǎn)換芯片AD574。該芯片是高速12位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙極性電路構(gòu)成的混合集成轉(zhuǎn)換顯片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特點(diǎn)，并且具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能，只需

10、外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個(gè)完整的A/D轉(zhuǎn)換5。（2）D/A轉(zhuǎn)換芯片的選擇。D/A轉(zhuǎn)換芯片的作用是將存儲的數(shù)字語音信號轉(zhuǎn)換為模擬語音信號，由于一般的模擬轉(zhuǎn)換器都能達(dá)到1s的轉(zhuǎn)換速率，足夠滿足題目的要求，故我們在此選用了通用D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832。（3）數(shù)據(jù)存儲器的選擇。當(dāng)采樣頻率fs=8KHZ，字長為8位時(shí)，一秒鐘的語音需要8K字節(jié)的存儲空間，則存儲器至少需要有80k容量。在這里我們選用閃速存儲器AT29C040作為存儲器，一片該芯片可存儲60秒鐘的語言。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)的基本思想是通過拾音器將聲音信號轉(zhuǎn)化成電信號，再經(jīng)過放大器放大，然后通過帶通濾波器濾波，模擬語音

11、信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再通過單片機(jī)控制將數(shù)據(jù)從存儲器中讀出，然后通過數(shù)模轉(zhuǎn)換（D/A）轉(zhuǎn)換成模擬信號，經(jīng)放大再揚(yáng)聲器或耳機(jī)上輸出。整個(gè)系統(tǒng)框架圖如圖2.1所示：圖2.1 整體框圖 系統(tǒng)組成如圖所示,由輸入通道、AT89C51單片機(jī)和輸出通道三部分組成。輸入通道部分由拾音器、前置放大電路和帶通濾波器組成；輸出通道由帶通濾波器、后級放大電路組成9。拾音器輸出的毫伏信號實(shí)測其范圍約為2025mV，此電信號太小不能夠進(jìn)行采樣，后級A/D轉(zhuǎn)換輸入信號的動態(tài)范圍為05V，語音信號的范圍與采樣范圍的比較得出放大器的放大倍數(shù)應(yīng)為200倍左右，此處將信號通過一增益為46dB的放大器，將其放大

12、到伏特量級，輸出級放大電路也采用這種電路，兩級放大電路都采用增益可調(diào)的典型電路?？紤]到語音信號的固有特點(diǎn)，將低于300Hz和高于3.4kHz的分量濾掉后語音質(zhì)量仍然良好。此處將其通過一增益為46dB的放大器，因此，將帶通濾波器設(shè)計(jì)為典型的300Hz3.4kHz,輸出級帶通濾波器也為300Hz3.4kHz,這樣既可濾掉低頻分量又可濾掉D/A轉(zhuǎn)換帶來的高頻分量，很好的濾除掉噪聲。根據(jù)奈奎斯特抽樣定理知欲使采樣信號無失真，抽樣頻率最低為6.8kHZ，考慮到留有一定的余地，這樣就足夠保證語音質(zhì)量。經(jīng)量化后，微處理器將數(shù)據(jù)存到處理器，需要時(shí)再將其回放，存入與放出由開關(guān)通過微處理器來控制實(shí)現(xiàn)。存儲器的容量

13、選擇視所存語音信號的時(shí)間長短而定。為了使A/D的輸入信號穩(wěn)定在其動態(tài)范圍內(nèi)，在輸入級加上了自動增益控制電路，同時(shí)也使音量穩(wěn)定。2.1 拾音器拾音器是一種聲傳感器，聲傳感器是把外界聲場中的聲信號轉(zhuǎn)換成電信號的傳感器。拾音器包括拾音頭和音臂等附件，其換能裝置主要有壓電式、電磁式、電容式以及半導(dǎo)體等。唱針耦合在線圈上的稱動圈式，耦合在磁鋼上的稱動磁式。此外，也有將唱針耦合在銜鐵上的稱為動鐵式，也稱可變磁阻式。在本設(shè)計(jì)中采用動圈式拾音器2.2 放大器的設(shè)計(jì)增益放大器拾音器輸出的毫伏信號實(shí)測其范圍約為2025Mv，此電信號太小不能夠進(jìn)行采樣，后級A/D轉(zhuǎn)換輸入信號的動態(tài)范圍為05V，語音信號的范圍與采樣

14、范圍的比較得出放大器的放大倍數(shù)應(yīng)為200倍左右，所以為了將從拾音器獲得的微弱語音信號放大,本系統(tǒng)采用兩極高輸入阻抗的同向放大器,將其放大到伏特量級，電路圖如圖2.2所示圖2.2 增益放大器輸出放大器經(jīng)帶通濾波器輸出的聲音回放信號，其幅度為05V，足以用耳機(jī)來收聽，可不接任何放大器。但考慮到實(shí)際中經(jīng)?；赜玫綋P(yáng)聲器外放，故在本系統(tǒng)中增加外放功能，前端放大器采用通用型音頻功率放大器LM386來完成13。電路如圖2.3所示：圖2.3 輸出放大器 該電路增益為50200，連續(xù)可調(diào)，最大不失真功率為325mW。輸出端接C4、R9串聯(lián)電路，以校正揚(yáng)聲器的頻率特性，防止高頻自激腳7接220uF去偶電容，以消除

15、低頻自激為便于該功放在高增益情況下工作，這里將不使用輸入端腳2對地短路有源帶通濾波器濾波器是一種能使有用頻率信號通過同時(shí)抑制(或衰減)無用頻率信號的電子裝置。工程上常用它來作信號處理、數(shù)據(jù)傳輸和抑制干擾等。這種濾波電路主要由無源元件R、L和C組成的有源濾波電路。此外，由于集成運(yùn)放的開環(huán)電壓增益和輸入阻抗都很高而輸出阻抗很底，所以構(gòu)成的有源濾波電路具有一定的電壓放大和緩沖作用。聲音信號經(jīng)動圈拾音器轉(zhuǎn)有源濾波器換成電壓信號，通過前級放大，在對其進(jìn)行數(shù)據(jù)采集之前，有必要經(jīng)過帶通濾波器除帶外雜波，選定該濾波器的通帶范圍為300Hz3.4KHz，其作用是：（1）保證3003400Hz的語音信號不失真的通

16、過濾波器；（2）濾除通帶外的低頻信號，以減少帶外功頻等分量的干擾，大大減少噪聲影響，該下限頻率可下延到270Hz左右；（3）便于濾除通帶外的高次諧波，以減少因8kHz采樣率而引起的混疊失真，根據(jù)實(shí)際情況，該上限頻率可在2700Hz左右，帶通濾波器按品質(zhì)因數(shù)Q的大小為窄帶濾波器（10）和帶通濾波器（10）兩種，本題中，上限頻率fh=3400Hz,通帶濾波器中心頻率f0與品質(zhì)因數(shù)分別為f0=1010Hz Q=顯然，Q10，故該帶通濾波器為寬帶帶通濾波器。寬帶帶通濾波器由高通和低通濾波器級聯(lián)構(gòu)成，鑒于Butterworth濾波器帶內(nèi)平坦的響應(yīng)特性，我們選用二階Butterworth帶通濾波器，電路如

17、圖2.4所示：圖2.4 帶通濾波器實(shí)驗(yàn)證明，該濾波器能有效的濾除低頻分量，大大減少噪聲干擾，與之同時(shí)也綠除了多余的高頻分量，消除了高頻失真，性能足以滿足要求。2.3 可調(diào)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)這里介紹的穩(wěn)壓電源，采用三端可調(diào)穩(wěn)壓集成電路LM317，外圍電路十分簡單，便于制作。該穩(wěn)壓電源，電壓可調(diào)范圍1.525V,最大負(fù)載電流1.5A。電路如圖2.5所示：圖2.5 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源220V交流電經(jīng)變壓器TR1降壓,得到24V交流電,再經(jīng)VD1VD4組成的全橋整流,由C1濾波后得到33V左右的直流電壓。該電壓經(jīng)集成電路LM317后得穩(wěn)壓輸出,調(diào)節(jié)電位器RV1,即可連續(xù)調(diào)節(jié)輸出電壓。圖中C2用以消除寄生振蕩

18、,C3的作用是抑制紋波,C4是用以改善穩(wěn)壓電源的的暫態(tài)響應(yīng),VD6、VD7在輸出端電容漏電或調(diào)整端短路時(shí)起保護(hù)作用。VD5為本電源的工作指示燈，電阻R1是限流電阻。輸出端接微型電壓表PV，可以直觀的指示輸出電壓值。各元件具體參數(shù)如圖所標(biāo)。2.4 T89C51介紹 AT89C51 A AT89C51是一種帶4K字節(jié)片內(nèi)程序存儲器，且是高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。它有40個(gè)引腳，4個(gè)8位并行輸入/輸出（I/O）端口：P0、P1、P2、P3，其中，P1是完整的8位準(zhǔn)雙向I/O口，兩個(gè)外中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，兩個(gè)全雙向串行通信口，一個(gè)模擬比較放大器。管腳如圖2.6所示。 （1

19、）引腳介紹P0口：P0口為一個(gè)8位漏級開路雙向I/O口，用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，可用作輸出。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口， P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，當(dāng)P3口寫入1后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，用作輸入。當(dāng)外部下拉為低電平，P3口將輸出電流，作為

20、輸出。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 PSEN：外部程序存儲器的選通信號。EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間選通外部程序存儲器不管有無內(nèi)部程序存儲器。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。圖2.6 AT89C51引腳圖（2）主要性能指標(biāo)a.與MCS-51兼容b.4K字節(jié)可編程閃爍存儲器c.三級程序存儲器鎖定d.128*8位內(nèi)部RAMe.32可編程I/O線f.兩個(gè)16位可編成定時(shí)器/計(jì)數(shù)器g

21、.5個(gè)中斷源h.低功耗的閑置和掉電模式i.片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路,時(shí)鐘頻率1.212MHz;可有時(shí)鐘輸出j.有強(qiáng)的位尋址位處理能力（3）CPU時(shí)鐘電路 AT89C51單片機(jī)有一個(gè)高增益反向放大器，用于構(gòu)成振蕩器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體或陶瓷振蕩器，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器，見圖2.7所示：圖2.7 AT89C51的時(shí)鐘電路 外接晶振時(shí)，C1、C2值通常選擇為30pF左右；外接陶瓷振蕩器時(shí)，C1、C2約為47pF。C1、C2對頻率有微調(diào)作用，震蕩頻率范圍是1.212MHz。（4）復(fù)位電路 A

22、T89C51通常采用上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種方式。上電復(fù)位電路在通電瞬間，在RC電路充電過程中，RST端出現(xiàn)正脈沖，從而使單片機(jī)復(fù)位。按鍵手動復(fù)位又分為按鍵電平復(fù)位和按鍵脈沖復(fù)位，按鍵電平復(fù)位是將復(fù)位端通過電阻與Vcc相連，按鍵脈沖復(fù)位是利用RC微分電路產(chǎn)生正脈沖來達(dá)到復(fù)位的目的。2.5 D/A、A/D轉(zhuǎn)換器 D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832的介紹主要性能指標(biāo)分辨率，通常將輸入數(shù)字量的最低有效位LSB變化1時(shí)所引起的輸入電壓的變化V稱為分辨率，即V=Vm/2,式中，Vm為輸出電壓的滿度值；n為D/A轉(zhuǎn)換器的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。建立時(shí)間，當(dāng)DAC輸入數(shù)字量發(fā)生變換時(shí)，輸出模擬電壓也隨之改變，但輸出電

23、壓變化到穩(wěn)定值時(shí)相對于輸入數(shù)字量的變化有一段延遲時(shí)間，這段延遲時(shí)間就稱為建立時(shí)間，用ts表示。建立時(shí)間越短，DAC的轉(zhuǎn)換速度越塊。通常用轉(zhuǎn)換時(shí)間來反映建立時(shí)間，如DAC0832的轉(zhuǎn)換速度為100ns,DAC0832的轉(zhuǎn)換速度為0.1ms。轉(zhuǎn)換誤差，轉(zhuǎn)換誤差可以用絕對誤差或相對誤差r來表示。絕對誤差是指DAC的輸入端加有固定的數(shù)字代碼時(shí)，實(shí)際測得模擬輸出值理論值之間的差。相對誤差r是指絕對誤差與滿度值之比，常用百分?jǐn)?shù)表示。電源抑制比，DAC的輸出電壓的變化量與相對應(yīng)的電源電壓變化量之比定義為電源抑制比。要求電源電壓發(fā)生變化時(shí)，對輸出電壓的影響越小越好。表2.1 DAC0832的引腳2.5.2 A

24、/D轉(zhuǎn)換器DA574的介紹AD574 的特點(diǎn)及功能AD574 是AD 公司生產(chǎn)的12 位逐次逼近型ADC , 它的轉(zhuǎn)換速度為25s , 轉(zhuǎn)換精度為0. 05 % , 可廣泛應(yīng)用在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。由于AD574 芯片內(nèi)有三態(tài)輸出緩沖電路, 因而可直接與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連, 而無須附加邏輯接口電路。引腳分布如圖2.8 所示:圖2.8 AD574的引腳圖CS:片送。CE:片啟動。R / C :讀出/轉(zhuǎn)換控制。12 / 8 :數(shù)據(jù)輸出格式選擇腳。當(dāng)12 / 8 為1( +5V) 時(shí), 12 條數(shù)據(jù)線將同時(shí)行輸出; 當(dāng)12 / 8 為0(0V) 時(shí),為8 位雙字節(jié)輸出。A0 : 字節(jié)選擇線。在轉(zhuǎn)換期間

25、, 當(dāng)A0 為0 時(shí),AD574 進(jìn)行全12 位轉(zhuǎn)換；當(dāng)A0 為1 時(shí),進(jìn)行8 位轉(zhuǎn)換。在讀出期間,當(dāng)A0 為0 時(shí), 輸出高8 位；當(dāng)A0 為1 時(shí), 輸出低4位,并以4 個(gè)0 作為尾隨的4 位以補(bǔ)足8 位,即當(dāng)兩次讀出12 位數(shù)據(jù)時(shí),應(yīng)遵循左對齊原則。STS:輸出狀態(tài)指示引腳。轉(zhuǎn)換開始時(shí),STS 為高電平,并在轉(zhuǎn)換過程中保持高電平。轉(zhuǎn)換完成后,STS返回到低電平。STS 可以作為狀態(tài)信息被CPU查詢;也可以在它的下降沿向CPU發(fā)出中斷請求, 以通知A /D 轉(zhuǎn)換已完成,同時(shí)CPU可以讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果。2.6 存儲器的選擇62256是32K的低功耗靜態(tài)RAM存儲器. 用P0和P2來擴(kuò)展外部ram

26、（就是用P0和P2與62256對應(yīng)的管腳相連接），假設(shè)P2.7接WR，P2.6接RD，P2.5接CS，那么就可以確定個(gè)外部RAM的一個(gè)地址，想往外部RAM的一個(gè)地址寫一個(gè)字節(jié)時(shí)，地址可以定為XBYTE 0x4000，其中WR，CS為低，RD為高，那就是高位的4（0100 也就是P2.7和P2.5輸出了低電平，而P2.6輸出了高電平，目的當(dāng)然是要選通62256并且向62256寫入數(shù)據(jù)），其它位的可以根據(jù)情況自己定（也就是其它位是什么不打緊，關(guān)鍵就是控制wr，cs，rd的那幾個(gè)位要符合選通，讀，寫的規(guī)定就可以了），現(xiàn)在我們向62256中寫個(gè)26進(jìn)去就可以使用這條語句：XBYTE 0x4000 =

27、26。MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，一般使用P0口作為地址低8位（與數(shù)據(jù)口分時(shí)復(fù)用），而P2口作為地址高8位，它共有16根地址總線，尋址空間為64KB。圖2.9 62256引腳圖2.7 鍵盤的設(shè)定本系統(tǒng)只涉及到錄音播放和復(fù)位，所以鍵盤由三個(gè)按鍵組成。當(dāng)錄音鍵按下時(shí)啟動單片機(jī)和A/D轉(zhuǎn)換芯片工作，存儲器滿則自動保存；當(dāng)放音鍵按下時(shí)啟動單片機(jī)和D/A轉(zhuǎn)換芯片工作，放音完成則自動停止；復(fù)位鍵有兩種情況，錄音時(shí)按下復(fù)位鍵則暫停錄音，再按下就繼續(xù)錄音，若按連續(xù)按兩下則重新錄音；當(dāng)放音時(shí)按下復(fù)位鍵則暫停放音，再按下就繼續(xù)放音，若按連續(xù)按兩下則重新放音。圖2.10 鍵盤按鍵3 各模塊接口原理31 AT89C

28、51和AD574 的接口原理AD574 和AT89C51系統(tǒng)的基本組成主要有單片機(jī)、A / D 轉(zhuǎn)換器和計(jì)算機(jī)接口。其中單片機(jī)是系統(tǒng)的核心部分,單片機(jī)發(fā)出控制信號以啟動A /D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣, 然后將轉(zhuǎn)換結(jié)果存入雙端口SRAM。系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)在連接上應(yīng)主要考慮三總線(控制總線、地址總線、數(shù)據(jù)總線) 的連接,連接方式如圖2.9所示：圖3.1 單片機(jī)AT89C51與AD574的接口圖圖中AD574 是1 個(gè)完全的單片式12位逐次比較型A /D 轉(zhuǎn)換器, 它帶有可以直接與8 位或16 位總線接口的三態(tài)緩沖器,因而不需要再加鎖存器。由于AD574 片內(nèi)自帶高精度參考電壓和時(shí)鐘, 因此不需要外部電路和

29、時(shí)鐘就可全速工作, 是一種常用的中速A / D 轉(zhuǎn)換芯片。AT89C51 的主要任務(wù)如下:(1) 接收主機(jī)的采樣命令。即利用P1. 7 口并采用查詢方式等待鍵盤發(fā)出采樣命令, 當(dāng)其為低電平時(shí),啟動采樣過程。(2) 啟動采樣。AT89C51 利用P2. 7 經(jīng)過反相后控制AD574 的讀出和啟動轉(zhuǎn)換控制線R / C , 并再經(jīng)過與非門和反相器來控制片選線CS(低電平有效) 。當(dāng)P2.7 為高電平時(shí),所有AD574 都處于待啟動狀態(tài), 即設(shè)定各AD 的啟動地址均#FFFFH。AT89C51 的WR、RD 經(jīng)過與非門接到AD574 的使能端,任意有效信號都會使能AD。(3) 讀取并存儲轉(zhuǎn)換結(jié)果。所有

30、AD 轉(zhuǎn)換結(jié)束與否的判斷均由P1 口的低4 位來進(jìn)行,當(dāng)?shù)? 位均為低電平時(shí), 表示所有轉(zhuǎn)換都已結(jié)束。進(jìn)行讀取操作時(shí),地址應(yīng)為對應(yīng)存儲器單元的操作地址, 因?yàn)榇鎯ζ鲉卧刂返哪┪? 位數(shù)依次為00、01、10、11 , 因此,對單元操作也就是表示對相應(yīng)編號的A / D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行了讀操作。 (4) 發(fā)出中斷。當(dāng)存儲數(shù)據(jù)時(shí), P2.2 的狀態(tài)可以判斷存儲器是否已滿。該電路采用單極性輸入方式, 可對010V或020V模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)果的高8位從D11D4 輸出,低4 位從D3D0 輸出,并且直接和單片機(jī)的數(shù)總線相連。轉(zhuǎn)換遵循左對齊原則,D3D0 應(yīng)接單片機(jī)數(shù)據(jù)總線的高半字節(jié)。為了實(shí)現(xiàn)啟動A

31、 /D 轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀出, AD574 的片選信號CS 由地址總線的次低位A1( P0. 1) 提供, 在讀寫時(shí),A1 應(yīng)設(shè)置為低電平。AD574 的CE 信號由單片機(jī)的WR 和A7( P0. 7) 經(jīng)一級或非門產(chǎn)生。R /C 則由RD 和A7 經(jīng)一級或非門提供。可見在讀寫時(shí),A7亦應(yīng)為低電平。輸出狀態(tài)信號STS 接到P3. 2 端可供單片機(jī)查詢判斷A / D 轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。AD574 的A0由地址總線的最低位A0( P0. 0) 控制,可用于實(shí)現(xiàn)全12 位轉(zhuǎn)換,并將12 位數(shù)據(jù)分兩次送入數(shù)據(jù)總線。3.2 DAC0832 與單片機(jī)的接口原理正常情況下 DAC0832 與單片機(jī)的接口應(yīng)為 4

32、條數(shù)據(jù)線，分別是 CS、CLK、D0、D1。但由于 DO端與 D1端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將 DO和 D1 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用,如圖 3.2所示：圖3.2 DAC0832 與AT89C51的接口圖單片機(jī)對 ADC0832 的控制原理： 當(dāng) ADC0832未工作時(shí)其 CS輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK 和DO/D1 的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將 CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端 CLK 輸入時(shí)鐘脈沖，DO/D1端則使用 D1端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第

33、 1 個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前 D1端必須是高電平，表示啟始信號。在第 2、3個(gè)脈沖下沉之前 D1端應(yīng)輸入 2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。 3.3 存儲芯片與單片機(jī)的接口原理 6225662256是32K的低功耗靜態(tài)RAM存儲器. 用P0和P2來擴(kuò)展外部RAM（就是用P0和P2與62256對應(yīng)的管腳相連接），假設(shè)P2.7接WR，P2.6接RD，P2.5接CS，那么就可以確定一個(gè)外部RAM的一個(gè)地址，如下圖3.3所示：圖3.3 62256與AT89C51的連接其中WR，CS為低，RD為高，那就是高位的4（0100 也就是P2.7和P2.5輸出了低電平，而P2.6輸出了高電平，目的當(dāng)然是要選通62256

34、并且向62256寫入數(shù)據(jù)），其它位的可以根據(jù)情況自己定（也就是其它位是什么不打緊，關(guān)鍵就是控制wr，cs，rd的那幾個(gè)位要符合選通，讀，寫的規(guī)定就可以了）。MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，一般使用P0口作為地址低8位（與數(shù)據(jù)口分時(shí)復(fù)用），而P2口作為地址高8位，它共有16根地址總線，尋址空間為64KB。 3.4 系統(tǒng)接口總圖 完 完成了各模塊的設(shè)計(jì)，接下來是系統(tǒng)整體的連接以及系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心，控制著所有芯片的啟停。錄音鍵按下單片機(jī)啟動AD574，麥克風(fēng)將將采集的語音信號經(jīng)放大器放大濾波放大后送往AD574轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號存放在存儲芯片62256中；當(dāng)放音鍵按下時(shí)，單片機(jī)啟動DA

35、C0832并將存儲器中的數(shù)據(jù)送往DAC0832經(jīng)濾波網(wǎng)絡(luò)和后置放大器放大最后由揚(yáng)聲器將聲音還原。系統(tǒng)接口原理如圖3.4所示：3.4 系統(tǒng)原理圖3.5 系統(tǒng)的校正首先對頻域中的函數(shù)進(jìn)行分析, 在頻域304030H范圍內(nèi)的曲線如圖3.5所示：圖3.5 函數(shù)分析圖由圖可見，它近似于阻帶內(nèi)增益變化極為緩慢近于恒定的高通濾波器。進(jìn)一步分析可知，該曲線在頻率很高處有大幅度的下降，故可用帶通濾波器來擬合該曲線，由于受單片機(jī)數(shù)據(jù)運(yùn)算處理能力的限制，數(shù)字濾波不易實(shí)現(xiàn)，故這里采用硬件濾波，濾波電路如圖3.6所示。圖3.6 濾波電路該濾波網(wǎng)絡(luò)采用簡單的無源濾波網(wǎng)絡(luò)即可實(shí)現(xiàn)，圖中、構(gòu)成初始放大倍數(shù)近乎恒定的網(wǎng)絡(luò).觀察

36、到在頻率較高處有大幅度的衰減,故該網(wǎng)絡(luò)還應(yīng)滿足在頻率較高處的衰減特性，考慮到對于聲音信號，過多的高頻分量只能增加噪聲，所以后接、構(gòu)成低通濾波器，截止頻率設(shè)在3.4KHz100Hz。該網(wǎng)絡(luò)在頻域由30Hz起，增益緩慢增大，到3.4kHz處幅頻。4 軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)AT89C51通過片選方式掃描鍵盤，有錄音鍵按下則錄音，同時(shí)錄音過程中若有復(fù)位鍵按下則暫停錄音，返回檢測鍵盤，有復(fù)位鍵則繼續(xù)錄音，若連續(xù)按兩下復(fù)位鍵則清空存儲器重新錄音；存儲器滿則自動返回，當(dāng)有放音鍵按下則開始播放，播放過程中若檢測到復(fù)位鍵則暫停播放，在檢測到復(fù)位鍵則繼續(xù)播放，若連續(xù)檢測到兩次復(fù)位鍵則重新播放。程序設(shè)計(jì)流程圖如圖4.1所示

37、： 圖4.1 程序流程圖5 結(jié) 論本論文是采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)語音錄放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，解決了以前用磁帶記錄的缺陷，單片機(jī)語音錄放系統(tǒng)是數(shù)字電路為基礎(chǔ)，利用數(shù)字語音電路來實(shí)現(xiàn)語音信號的記錄、存儲、還原等。它具有體積小，使用方便，可靈活擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。通過此語音錄放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以看出，數(shù)字語音系統(tǒng)比模擬語音系統(tǒng)更方便，更靈活，它是以后語音系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。由于本人知識的欠缺和實(shí)驗(yàn)條件的限制，本設(shè)計(jì)還存在許多的不足之處，只完成了理論部分的工作，沒有做出仿真和硬件的制作。再以后的工作中，我會繼續(xù)努力提高自己的知識水平，定在電子專業(yè)方面做出貢獻(xiàn)。答謝：經(jīng)過半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢

38、業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有彭光含導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起學(xué)習(xí)的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。彭老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從外出實(shí)習(xí)到查閱資料，設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。除了敬佩彭老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神，也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。也要感謝和我一起作畢業(yè)設(shè)計(jì)的宿舍同學(xué)，在他們的幫助下順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。最后要感謝大學(xué)四年來所有的老師和同學(xué)，有了你們的支持和鼓勵(lì)。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會得以順利完成。 參考文獻(xiàn)1單片機(jī)原理及應(yīng)用

39、.張毅剛.高等教育出版社 2003.2現(xiàn)代語音處理技術(shù)及應(yīng)用.張雄偉編著.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.83c程序設(shè)計(jì). 譚浩強(qiáng).北京:清華大學(xué)出版社19994 姚曉亮 劉春河 楊林杰，一種數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，芯片應(yīng)用，2007，6：127-1295 黃恩，魏煒，鄒搜濤，等。數(shù)宇化語音存儲與回放系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。中國儀器儀表，2003,3:42-44.6 謝自美。電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測試。華中科技大學(xué)出版社。2000.57 康華光。 電子技術(shù)基礎(chǔ)(第四版).北京：高等教育出版社，1999.8 高海春,任開達(dá),孔德峰,等。數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng), 華東船舶工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)。2000,6：76

40、-79。9 Susan A. R. Garrod, Robort J. Borns. Digital logic-analysis application and design. Holt Rinehart and Winston, inc., 1991.10 A Book on C:Programming in C,Fourth Edition 美Al Kelley,Ira Pohl Addison Wesley/Pearson 2004附 錄系統(tǒng)總程序BZ1: EQU 20HBZ2: EQU 21HBZ3: EQU 22HMOV 20H, #00HMOV 21H, #00HMOV 22H,

41、 #00HSETB EASETB 1TSETB EX0MAIN: MOV R1, #80HMAIN0: MOV A, 20H CJNE A, #01H, MAIN1 JMP CCMAN1: MOV A, 21H CJNE A, #01H, MAIN2 JMP FFMAIN2: MOV DPTR, #0EFFFH MOVX A, DPTR MOV DPTR, #0DFFFH MOVX DPTR, A MOV DPTR, #0BFFFH MOV A, R1 DEC A MOV R1, A CJNE A, #00H, MAIN0 JMP MAINCC: MOV 21H, #00H MOV R2, #

42、0FFH MOV R3, #0FFHCC0: MOV A, 22H MOV R1, #80H CJNE A,#00H, CC1 MOV 22H, #00H JMP MAINCC1: MOV DPTR, #0FFF7H MOVX A, DPTR MOV DL, R2 MOV DH, R3 MOVX DPTR, A DEC R2 CJNE R2, #00H, CC2 MOV R2, R3CC2: MOV DPTR, #0FFFBH MOVX DPTR, A MOV DPTR, #0FFFEH MOV A, R1 MOVX DPTR, A DEC A MOV R1, A CJNE A, #00H,

43、CC1 JMP CC0FF: MOV 20H, #00H MOV R2, #FFH MOV R3, #0FFHFF0: MOV A, 22H MOV R2, #80H CJNE A, #00H, FF1FF1: CJNE R2, #00H, FF2 JMP MAINFF2: MOV DL, R2 MOV DH, R3 MOVX A, DPTR MOV DPTR, #0FFBH MOVX DPTR, A DEC R2 CJNE R2, #00H,FF3 MOV R2, R3FF3: MOV DPTR, #0FFFEH MOV A, R1 MOVX DPTR, A DEC A MOV R1, A CJNE A,#00H, FF1 JMP FF0中斷程序如下：（1） 鍵盤中斷：2D： JNB P10 K1 JNB P11 K2 JNB P12 K3 JNB P13 K4 JNB P14 K5 JNB P15 K6 JMP 2DK1： ACALL DELAY JNB P10 K11 JMP P10 2DK2： ACALL DELAY JNB P11 K21 JMP 2DK3： ACALL DELAY JNB P12 K31 JMP 2DK4： ACALL DELAY