基于单片机的语音信号采集与回放系统.doc

项目六 语音信号采集与回放系统 指导老师：xxxxx 队员及年级： xxxxxxxx 院系： 长沙航空职业技术学院电子电气工程系 摘 要：本系统以C8051F120为核心，扩展两片62256作为RAM存储器，利用PCM编码对数据进行压缩以及回放，尽量的延长录音时间。前级使用反向放大器、带通滤波器对信号进行处理，以提高信号存储质量。后级使用带通滤波器、功率放大器使信号噪声减小提高了放音的质量。整机可以实现设计所要求的语音采集以及回放功能，并能达到较高的功能指标。语音存储与回放系统比较重要的两个指标是语音的最大录制时间和语音回放的质量。整个系统在设计中注意低功耗处理和力求高性价比等细节，电路结构简单，可靠性能高，无论在结构和技术上都具有较好的科学性。 关键词：C8051F120 带通滤波 62256 目录 第一部分：方案论证与选择 - 2 - 1.1总体设计框图 - 2 - 1.2放大级 - 2 - 1.3带通滤波 - 3 - 1.4存储器 - 3 - 1.5模数、数模转换 - 3 - 1.6功放芯片 - 3 - 第二部分 单元模块电路 - 3 - 2.1 C8051F120单片机 - 3 - 2.2语音接收及放大电路 - 4 - 2.3 带通滤波器电路 - 4 - 2.5功放电路 - 6 - 2.6 电源、按键及显示电路 - 6 - 第三部分 软件设计 - 7 - 3.1程序流程图 - 7 - 3.2 A/D,D/A转换 - 8 - 3.3 存储控制 - 8 - 第四部分：系统调试 - 8 - 4.1声音输入与输出调试 - 8 - 附录1 原理图 - 9 - 附录2 PCB板图 - 10 - 附录3 元件清单 - 11 - 附录3 组员分工情况 - 13 - 第一部分：方案论证与选择 1.1总体设计框图 图1.1 总体设计方框图 1.2放大级 前级通道用来将话筒输出的微弱语音信号放大到ADC要求的输出模拟信号量化范围内，并尽可能的减少输入噪声。前级通道中最重要的是信号放大部分，有以下几种实现方案。 方案一：采用差分放大电路，语音信号通过双话筒输入，减少差模输入，降低温漂。 方案二：直接采用多级运放电路。第一级主要用于减少噪声干扰，放大倍数不要太高，第二级为可调增益放大，根据实际语音信号选择调整放大倍数。采用的是741芯片，最通用的反向放大电路。 在我们通过仿真和测试后，我们发现从话筒输出的信号在50mV~100mV之间，这对于只有几个mV的噪声来说，已经具有比较高地信噪比，而不需要采用方案一，在方案一要求有两个输入端，要双话筒，但如果从两个话筒中输入的信号差别不大时，反而减小了信号幅度，降低了信噪比。所以我们决定采用方案二。 1.3带通滤波 未来避免不必要的干扰和杂波，系统前向通道和后向通道各设计了一个带通滤波器，其宽带为300H z~3.4KHz。考虑到电路的复杂性和效率问题，我们通滤波器采用一级高通滤波和一级低通滤波构成。且都为一阶有缘滤波器。其性能良好，电路简单。 1.4存储器 存储器采用两块62256构成。62256是32K的低功耗静态RAM存储器，如果不采用任何压缩技术，两块62256也可以存储并回放8s时间。 1.5模数、数模转换 由于语言信号的宽带是300Hz~3.4KHz,故根据抽样定理至少要6.8K的采样率，实际中一般是8K的采样率，用8051F120的内部AD转换（8位方式）就能达到这一要求。DA也用单片机内部资源来完成。 1.6功放芯片 选用美国国家半导体公司生产的静态功耗低，约为4mA，可用于电池供电； 工作电压范围宽，4-12V 5-18V； 外围元件少； 电压增益可调，20-200； 图2.1 C8051F120核心板及外接电路 2.2语音接收及放大电路 在语音接收后、一级放大器主要是用于减少干扰信号，放大倍数仅为2。第二级中放大倍数最大可调到50，刚好实现20dB至40dB可调。 图2.2 语音接收、放大电路 2.3 带通滤波器电路 声音信号经过放大后，系统在在对其进行数据采集之前，有必要经过带通滤波器除外杂波，选定该滤波器的通带范围为300Hz至3.4Kz 起作用是： 保证300~3400Hz的语音信号不失真的通过滤波器； 滤波带外地低频信号，以减少带外功频等分量的干扰，大大减少噪声影响，该频率下线可延到270Hz左右； 便于滤波带外的高次谐波，益减少因8Kz采样率而引起的混叠失真。根据实际情况，该上线频率可在2700Hz左右。 鉴于Butterworth滤波器带内平坦的影响特征，我们选用二阶Butterworth带通滤波器，电路如图2.2所示。 图2.3 带通滤波器 2.4存储电路 62256存储芯片与单片机的P5、 P6、 P7。如图2.3所示 图2.4 存储电路 2.5