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1、张学龙：基于单片机的语音录放的软件设计 基于单片机的语音录放软件设计基于单片机的语音录放软件设计 摘摘 要要 目前，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）能完成语 音信号的数字化处理，但是功能比较单一、且效果不是很好。 本文采用单片机 AT89C52 与语音芯片 ISD2560 组成的语音存储系统，实现了语 音的录取、回放，同时使用 Matlab 软件进行滤波和频谱分析，可实现简单的语音录 放功能，且输出语音信号音质较好。 系统硬件电路简单，调试方便，性价比高，实用性强。 关键词：关键词：语音录放
2、系统；滤波；频谱分析 安徽工程大学毕业设计（论文） I Software Design of Voice-recording and Playing Based on Microcontroller Abstract At present, speech synthesis, speech recognition, voice storage and playback technology is more widely applied, despite the use of general monitoring and control system in the SCM have the ha
3、rdware circuit (such as the A / D, D / A, memory, etc.) can be completed Voice of the digital signal processing, but a single function of comparison, and the effect is not very good. In this paper, with the voice chip ISD2560 AT89C52 microcontroller consisting of voice storage system to achieve the
4、acceptance speech, playback while using Matlab software to filter and spectrum analysis, simple voice recording function, and good quality output speech signal. System hardware circuit is simple, easy adjustment, cost-effective and practical. Key words: Voice Recording and Playing System；Filter；Spec
5、trum Analysis 张学龙：基于单片机的语音录放的软件设计 II 目目 录录 引引 言言1 第第 1 章章 绪论绪论2 1.1 导言.2 1.2 数字语音录放系统的发展.2 第第 2 章章 数字录音的基本原理数字录音的基本原理3 2.1 模拟音频和数字音频3 2.2 数字音频技术的概念3 2.3 语音信号的数字化4 2.3.1 取样.4 2.3.2 量化.5 2.4 滤波和频谱分析.6 2.4.1 采样定理.6 2.4.2 采样频率.6 2.4.3 语音的录入与打开.6 2.4.4 时域信号的 FFT 分析7 2.4.5 数字滤波器设计原理.7 第第 3 章章 硬件系统的设计硬件系统的
6、设计8 3.1 总体方案论证8 3.2 系统硬件电路设计8 3.3 器件选择9 3.3.1 单片机 AT89C52.9 3.3.2 ISD2560 语音芯片 10 第第 4 张张 系统软件设计系统软件设计13 4.1 系统软件总流程图.13 4.2 AT89C52 单片机对 ISD2560 控制的软件设计 13 4.2.1 录音软件设计.13 4.2.2 放音软件设计.15 4.3 滤波和频谱分析18 4.3.1 图形用户界面概念.18 4.3.2 图形用户界面设计.18 4.3.3 语音信号的读入与打开.18 4.3.4 语音信号的定点分析.19 致致 谢谢24 参考文献参考文献25 附录附
7、录 A 系统总电路图系统总电路图26 附录附录 B 外文文献外文文献27 附录附录 C 主要参考文献题录及其摘要主要参考文献题录及其摘要31 附录附录 D 主程序清单主程序清单33 安徽工程大学毕业设计（论文） III 插图清单插图清单 图 2-1 数字录音系统图 .10 图 2-2 数字放音系统图. 10 图 3-1 硬件系统框图. 14 图 3-2 硬件总电路图. 15 图 3-3 AT89C52 引脚图. 18 图 3-5 ISD2560 引脚图. .18 图 4-1 软件流程图. 20 图 4-2 录音软件程序框图. 21 图 4-3 放音软件程序框图. 23 图 4-4 语音信号引入
8、与打开图. 26 图 4-5 语音信号定点分析图. 27 图 5-1 滤波和频谱分析图. 29 张学龙：基于单片机的语音录放的软件设计 IV 插表清单插表清单 表 2-1 数字音频质量等级表. 11 表 3-1 单片机引脚功能表. 17 安徽工程大学毕业设计（论文） 1 引引 言言 随着我国经济建设的迅猛发展，公安、铁路、民航、金融等部门对语音记录的 需求不断增长。把语音生成技术用于工业监控系统、自动应答系统、多媒体查询系 统、智能化仪表、办公自动化系统或家用电气产品中，使它们具有语音输出功能， 使之能在适当的时候用语音实时报告系统的工作状态、警告信息、提示信息或相关 的解释说明等，无疑在提高
9、人机通信能力、减少对错误处理的遗漏、提高系统性能、 降低人们的工作强度等方面都有极大的好处。 数字语音录放系统是将现场的语音模拟信号转变为离散的数字信号，然后存储 在一定的存储介质上的一种录音方式，它也是数字语音处理技术中常用的一种方式。 采用数字录音技术，有较高的效率和自动化程度，录音时间也长，并可将信息长期 保存于存储介质中，同时对语音信息进行编辑整理非常方便，可快速查找。实现数 字语音录放系统可以采用PC机实现和嵌入式系统实现两种方式。当使用PC机的时候， 由于它的体积庞大，耗电高，造价也高，并且在某些情况下系统的稳定性得不到保 证所以用PC机来实现前述的各项功能和操作，就受到了一定的限
10、制。而嵌入式系统 的体积小，供电方便，造价低，稳定性也高，所以得到了广泛的应用。 张学龙：基于单片机的语音录放的软件设计 2 第第 1 章章 绪论绪论 1.1 导言 目前基于单片微机的语音系统的应用越来越广泛，如电脑语音钟、语音型数字 万用表、手机话费查询系统、排队机、监控系统语音报警以及公共汽车报站器等等。 本文用单片机 AT89C52 和录放时间达 60S 的数码语音芯片 ISD2560 设计了一套智 能语音录放系统，实现了语音的录取、滤波和频谱分析、回放，通过软件的修改还 可以实现整段录取，循环播放，而且不必使用专门的 ISD 语音开发设备。 1.2 数字语音录放系统的发展 数字语音录放
11、是指利用数字技术对语音信号进行采集、处理、并且在一定存储 设备中进行存储，并可在需要时进行输出的过程。相对于模拟设备来说，数字设备 易于集成、小型化、成本更低，同时更为稳定，且操作更为直接、方便，使得数字 语音录放系统目前在各种领域中都得到了广泛的应用。例如监控环境中使用的语音 采集系统；再如家庭或学校中使用的语音复读机等，都可看作是数字语音录放系统 的典型应用。 然而目前一般的数字语音录放系统中，对语音只是进行简单的采集、存储和播 放；虽然可以较大程度上保证语音的保真度，但过多的语音数据会造成对大量存储 设备的需求。对于大型系统，可通过采用大容量的硬盘、甚至大规模的磁盘阵列来 解决；但是对于
12、小型的设备，例如便携式的语音复读机，由于容量有限，则不能采 用同样的方法。 近年来，语音信号处理技术研究的突飞猛进，为数字语音录放系统提供了新的 发展空间。对语音的采集、处理从以前简单的波形编码转变为进行参数编码、压缩， 从而大大减少了存储数据。举例来说，原始语音一般都是采用 8KHz 抽样，16bits 的 线性 PCM 编码进行采集，在一般的系统中就直接将采集后的数据进行存储；而如果 采用参数编码对采集后的数据进行压缩，存储量则可以大大减少，当需要恢复语音 时，可利用编码后的参数进行合成，可以得到质量令人满意的结果。 安徽工程大学毕业设计（论文） 3 第第 2 章章 数字录音的基本原理数字
13、录音的基本原理 2.1 模拟音频和数字音频 声音是由物体振动产生的，振动发声的物体称为声源。在空气中，声源的振动 会使周围的空气质点产生一定的疏密变化，并以一定的速度传播出去形成声波。因 此声波是疏密波，也称为纵波。 包围地球表面的大气层，随高度的不同而存在不同的大气压强。有声音存在时， 大气压强会有微弱的起伏变化，即在静态大气压强上叠加了变化的分量，这个变化 的分量称为声压p，通常声压的大小用它的有效值P表示，单位是Pa。人耳刚好能听 到的声压约为210-5Pa，在房间中大声说话，在相距1米处的声压约为0.050.1Pa。 声音在1秒间所传播的距离称为声速c，单位是米/秒(m/s)，在室温下
14、，1个大气压的 空气中，声速约为340m/s.当声源作周期性振动，所发出的声波也是做同样的周期性 振动，声源或声波每秒钟内的振动次数称为声音的频率f，单位是赫兹Hz，人耳能听 到的声音频率范围是2OHz-20kHz。 单位时间内穿过垂直声波传播方向单位面积的声能称为声强，单位是瓦/平方米 (W/m2)。人耳对声振动的感受，在频率及声压级方面都有一定的范围，在这个范围 以外的声振动人耳是听不到的。人耳能感觉到的声振动约在20Hz-20kHz之间，称为 可听声。紊乱断续或统计上随机的声音称为噪声，对于不需要的声音也称为噪声。 噪声也用它的声压级dB数来表示它的大小，称为噪声级。在寂静的环境里，人耳
15、能 分辨出轻微的声音，但在嘈杂的环境中，这些轻微的声音就被淹没掉了。由于第一 个声音存在而使第二个声音提高的现象称为掩蔽效应。掩蔽效应对数字音频编码起 到重要作用。 2.2 数字音频技术的概念 模拟量是指在时间上和幅度上都是连续的量，声波就是声压幅度随时间连续变 化的模拟量，它由传声器转换成声频信号后，也是时间和电压幅度都连续变化的模 拟信号。如果幅度只是一些特定值的阶梯波，则是时间连续而幅度不连续的信号。 幅度连续而时间不连续的信号是脉冲幅度(PAM)调制信号。时间和幅度都不连续的 信号是数字信号。从模拟磁带录音机和数字磁带录音机的比较来看，模拟录音存在 很多缺点: （1） 在录音、编辑和放
16、音过程中混入的各种噪音不能被分离出来，形成对信 号的损伤。 （2） 录音媒体的信噪比可成为记录信号信噪比的一部分。 （3） 录音磁头、放音磁头等呈现的非线性会使记录的信号也呈现非线性。 （4） 驱动、转动机械系统的不稳定会造成抖晃。 数录音是将模拟信号转变为离散的数字信号后进行记录的。对于需要多次转接、 复制的模拟录音，每转接、复制一次，信号的质量下降程度就要累加一次，而数字 录音就没有这一问题。数字录音具有下列优占。 （1） 数字化的标准(取样频率、量化比特数)确定以后，性能的界限也就确定了， 性能是稳定的。 张学龙：基于单片机的语音录放的软件设计 4 （2） 录音是以“0”或“1”数字进行的，放音时，只需判断出“0”或“1”， 即判断脉冲“有”“无”即可，因而记录媒体的信噪比与放音信噪比无直接的关系。 （3） 许多器件不需要具有线性。 （4） 驱动、转动系统的不稳定，由于时钟脉冲信号和存储器的作用，不会造 成晃。 防混叠低 通滤波器 取样/ 保持 A/D 变 换器 交织纠错码处理 模拟声频信号 数字音频信号记录 图 2-1 数字录音系统图 模拟恢复低 通滤波器 窗口
