数字化语音存储与回放系统

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1、 南 京 理 工 大 学毕业设计说明书(论文)作 者:仝香保准考证号：014910253064教学点:南京信息职业技术学院专 业:电子工程题 目:数字化语音存储与回放系统副教授/高工李玲指导者： (姓 名) (专业技术职务)评阅者： (姓 名) (专业技术职务)2012年4月毕业设计说明书（论文）中文摘要 本文介绍的数字化语音存储与回放系统基本实现传统的磁带语音录放系统功能，同时拥有较大的提升空间。其基本原理是对语音的录音与放音的数字化控制。为了更全面的掌握知识，本设计采用多个模块共同实现这一设计要求。采用单片机作为控制器件，控制模数转换和数模转换，并将模数转换后的数字信号存储于外部存储器中，

2、通过按键控制其录放过程。为了增加语音存储时间，提高存储器的利用率，也可以采用了非失真压缩算法对语音信号进行压缩后再存储，而在回放时再进行解压缩。关键词 数字化存储 回放 模/数转换 数/模转换毕业设计说明书（论文）外文摘要Title Digit-Voice Recorder and Playback System AbstractThe digit-voice recorder and playback system that this paper introduces is the basic realization of the traditional tape voice record

3、function. Its basic principle is the digital control for the recorder and playback of voice. In order to grasp and apply the knowledge learned more fully, this design uses multiple modules together to achieve the design requirements. This design using the microcontroller as a control device, control

4、 of analog to digital conversion, digital to analog conversion, store the digital signal after the analog to digital conversion in external memory, using the keys to control the playback process. For increase，to increase pronunciation store time and raise utilization ratio of the memory, it adopts n

5、on-distorted to compress algorithm before storing to pronunciation signal and to decompress in the playback.Keywords Digital store Playback A/D Convert D/A Convert 本科毕业设计说明书（论文） 第 页 共 页目录1 引言12 总体方案设计23 各模块硬件设计53.1 话筒前置放大电路53.2 带通滤波器设计63.3 AT89S52单片机基本电路73.4 模数转换模块133.5 数模转换模块153.6 外部存储模块173.7 功放电路设

6、计193.8 按键与显示模块213.8.1 ZLG7289B1芯片介绍213.8.2 ZLG7289B与其它部分连接图233.9 供电电路模块243 软件设计26结论28致谢29参考文献30附录31附录一 程序源代码31附录二 原理图及实物图44本科毕业设计说明书（论文） 第 27 页 共 49 页1 引言传统的磁带语音录放系统因其体积大、使用不便,在电子与信息处理的使用中受到许多限制。本文提出的体积小巧，功耗低的数字化语音存储与回放系统将完全可以替代它。数字化语音存储与回放系统的基本原理是对语音的录音与放音的数字化控制。其中，关键技术在于，为了增加语音存储时间，提高存储器的利用率，采用了非失

7、真压缩算法对语音信号进行压缩后再存储，而在回放时再进行解压缩，同时,对输入语音信号进行数字滤波以抑制杂音和干扰,从而确保了语音回放的可靠质量。 本系统能够对语音信号分别进行数据的采集直存直取,欠抽样采样和自相似增量调制等三种方法,完成了对语音信号的存储与回放。前置放大、滤波以及电平移位电路将语音信号控制在A/D转换器采样控制范围内以保证话音信号采样不失真。带通滤波器合理的通带范围有效的滤除了带外噪声，减小了混叠失真。后置带通滤波器用于滤除D/A转换产生的高频噪声以保证回放时音质清晰，无明显失真。本系统设计主要分为以下几个模块：声音采集模块、带通滤波模块、A/D转换模块、数据存储模块、D/A转换

8、模块、按键选择模块、放大器模块。声音采集模块用于外部语音信号，带通滤波模块作用是将声音转换后的电信号进行滤波，数据存储模块用于存储数字化处理后声音信号的数据，D/A转换模块将数字信号转换为模拟信号输出，音频放大模块则是将采集的信号最终进行回放以检验系统整体性能，按键选择模块则是对录、放音、数据分段存取等功能进行选择。2 总体方案设计数字化的语音存储与回放系统完成将语音信号转化为电信号，经放大、滤波处理后通过A/D转换器转化为数字信号，再将数字化得语音信号存放在大容量的外部存储器之中。回放时，将数字化的语音信号经过D/A转换器转化为模拟信号，经过滤波放大后驱动扬声器产生声音。此过程主要由两个按键

9、控制，即录音与放音按键，同时用数码管显示录放信息。系统整体框图如图2所示。STC89C52单片机ZLG7289按键与显示LED录放指示4片UT62256存储阵列DAC0832模块(I/V变换)带通滤波器(BPF)音频功放(LM386)扬声器/耳机拾音器(话筒)前置放大器带通滤波器(BPF)ADC0809转换模块图2 系统整体框图从以上思路可以看出数字化语音存储与回放系统在硬件电路主要由运放电路、滤波电路、A/D转换电路、微处理电路、大容量存储器电路、D/A转换电路和运放电路等部分组成。（1）微处理器选择。本设计选用PDIP封装AT89S52单片机来控制数字语音存储与回放。AT89S52单片机是

10、一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。（2）A/D转换模块选择。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125􀂵s的八位A/D转换芯片。目前常用的A/D转换实现的方法有多种，鉴于转换速度的要求，我们采用A/D转换芯片ADC0

11、809。ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。（3）D/A转换模块选择。D/A转换芯片的作用是将存储的数字语音信号转换为模拟语音信号，由于一般的模拟转换器都能达到1s的转换速率，足够满足题目的要求，故我们在此选用了通用D/A转换器DAC0832。（4）数据存储器选择。当采样频率fs=8KHZ，字长为8位时，一秒钟的语音需要8K字节的存储空间，本设计要求存储20秒的语音信号，则存储器至少需要有8k*20容量，即160K容量。在这里我们选用4片32K的低功耗静态RAM存储器62256，总的存储容

12、量为128K。可以基本满足存储需要，当然若在存储时采用数据压缩算法其可存储语音时间将更长。此设计中没有采取此算法。（5）话筒前置放大电路器件选择。拾音器输出的毫伏信号实测其范围约为2025Mv，此电信号太小不能够进行采样，后级A/D转换输入信号的动态范围为05V，语音信号的范围与采样范围的比较得出放大器的放大倍数应为200倍左右，所以为了将从拾音器获得的微弱语音信号放大,本系统中才用两个相同拾音器进行信号输入，将它们背对背安装，前置放大电路由一级差分放大电路和一级增益可调反相放大电路组成。采用低噪声双运算放大器NE5532.（6）带通滤波器运放选择。声音信号经动圈拾音器转有源滤波器换成电压信号

13、，通过前级放大，在对其进行数据采集之前，有必要经过带通滤波器除带外杂波，选定该滤波器的通带范围为300Hz3.4KHz，其作用是：a) 保证3003400Hz的语音信号不失真的通过滤波器；b) 滤除通带外的低频信号，以减少带外功频等分量的干扰，大大减少噪声影响；c) 该下限频率可下延到270Hz左右；便于滤除通带外的高次谐波，以减少因8kHz采样率而引起的混叠失真，根据实际情况，该上限频率可在2700Hz左右，带通滤波器按品质因数Q的大小为窄带滤波器（10）和带通滤波器（10）两种，本题中，上限频率fh=3400Hz,通带滤波器中心频率f0与品质因数分别为：显然，Q10，故该带通滤波器为宽带带

14、通滤波器。宽带带通滤波器由高通和低通滤波器级联构成。本设计采用TL084四运放放大器，该TL084 是四输入运算放大器与高速结型场效应管的结合良好的匹配，高电压的J - FET 和双极晶体管电路在一个单片tegrated 回路范围。（7）功放模块选择。本设计选用2025立体声功放模块。2025是一个完整的十六脚双排塑料封装音频放大器，它是为轻便的盒式录音机播放器和收音机而设计的。（8）电源模块选择。本设计使用的单片机，运放电路分别使用+5V、0V和+12V、-12V电压，因此电源模块需要提供这些电压，选用LM7805三端1.5A正电源稳压电路实现+5V电压供给，选用LM7812提供+12V电压

15、，选用LM7912提供-12V电压。（9）显示及按键电路器件的选择。显示用两位共阴极数码管即可，按键可用4个独立按键分别控制录音、放音、数据上传和下传操作。因为外围器件较多，单片机I/0口可用数量有限，为了节省I/O口，我们选用广州周立功单片机发展有限公司自行设计的数码管显示驱动及键盘扫描管理芯片ZLG7289B1。3 各模块硬件设计3.1 话筒前置放大电路拾音器是一种声传感器，声传感器是把外界声场中的声信号转换成电信号的传感器。拾音器包括拾音头和音臂等附件，其换能装置主要有压电式、电磁式、电容式以及半导体等。唱针耦合在线圈上的称动圈式，耦合在磁钢上的称动磁式。此外，也有将唱针耦合在衔铁上的称为动铁式，也称可变磁阻式。在本设计中