數(shù)字化語音存貯與回放集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)定稿

1、<p>　　JI A N G S U U N I V E R S I T Y</p><p>　　本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)</p><p>　　數(shù)字化語音存貯與回放集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　Design of Digit-Voice storage and Playback System</p><p&g

2、t;　　學(xué)院名稱： </p><p>　　專業(yè)班級： </p><p>　　學(xué)生學(xué)號： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p>

3、;<p>　　指導(dǎo)教師姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師職稱： </p><p><b>　　2016年6月</b></p><p>　　數(shù)字化語音存貯與回放集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p&g

4、t;　　摘要： 本次課題設(shè)計(jì)了比起傳統(tǒng)的磁帶語音錄放系統(tǒng)更優(yōu)化的數(shù)字化語音存貯與回放系統(tǒng)，此系統(tǒng)更加的方便實(shí)用。其基本原理即是實(shí)現(xiàn)對語音信號的錄制與回放的數(shù)字化控制，從而擺脫了傳統(tǒng)方式的一系列制約。在此設(shè)計(jì)中想要增加存儲(chǔ)器的利用率以及增進(jìn)語音信號的存儲(chǔ)時(shí)間，系統(tǒng)采取了非失真壓縮算法來達(dá)到語音信號的壓縮以及實(shí)現(xiàn)語音的存儲(chǔ)的功能，而在信號的回放的時(shí)候再對此信號解壓縮，從而實(shí)現(xiàn)了話音信號的錄放功能。而且為了提高語音信號的錄制與回放質(zhì)量，在設(shè)計(jì)

5、中加入了數(shù)字濾波電路來抑制雜音和干擾。本課題主要是基于單片機(jī)AT89C51完成設(shè)計(jì)，利用外接擴(kuò)展為32KB的RAM62256存儲(chǔ)芯片來滿足對語音信號數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)所必要的存儲(chǔ)空間。在針對語音信號的存儲(chǔ)，本文采用了AD574來實(shí)現(xiàn)對模擬信號的數(shù)字化處理，而在對信號回放時(shí)則采用DAC0832對數(shù)字語音信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換以還原聲音信號。而在語音編碼部分采取了自適應(yīng)差分編碼（ADPCM）方式，此方式能在一定壓縮比下提高放音時(shí)間以及質(zhì)量。AGC單元能

6、夠使放大器的增益隨著信號的強(qiáng)弱而自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，從而使得輸出相對穩(wěn)定。另外，完美的帶通濾波器設(shè)計(jì)能夠有效的濾除了帶外噪聲，從而避免</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)字化存儲(chǔ)，錄放，數(shù)字濾波，單片機(jī)，模/數(shù)轉(zhuǎn)換，校正</p><p>　　Design of Digit-Voice storage and Playback System</p><p>　　Abstract

7、: In this paper, the design of the digital voice storage and playback system can completely replace the traditional tape voice recording system,this system is more convenient and practical.Its basic principle is to cont

8、rol the recording and playback of the voice signal, and get rid of the traditional way of a series of constraints.In this design in order to improve memory utilization rate and increase the storage time of speech signal,

9、 the system uses the lossless compression algorithm </p><p>　　Keywords: Digital store, Playback, Digitalfilter, Singlechip, A/D Convert, Correct ing</p><p><b>　　目錄</b></p><

10、;p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1.本課題研究的目的與意義1</p><p>　　1.1.1 研究目的1</p><p>　　1.1.2 研究意義1</p><p>　　1.2.語音存儲(chǔ)的發(fā)展1</p><p>　　1.3 課題研究背景1<

11、/p><p>　　1.4 國內(nèi)外語音研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.5 設(shè)計(jì)的要求及指標(biāo)2</p><p>　　1.6 系統(tǒng)論證方案3</p><p>　　1.6.1 語音編碼方案3</p><p>　　1.6.2 A/D、D/A及存儲(chǔ)芯片的選擇3</p><p>　　1.7 論文研究

12、內(nèi)容4</p><p>　　第2章 語音信號與編碼5</p><p>　　2.1 語音信號5</p><p>　　2.2 語音編碼5</p><p>　　2.2.1 抽樣5</p><p>　　2.2.2 量化6</p><p>　　2.2.3 編碼7</p><

13、;p>　　2.3 編碼方式選擇7</p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.1 硬件系統(tǒng)框架概述9</p><p>　　3.2 拾音器10</p><p>　　3.3 放大器的設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.3.1 增益放大器10</p><p>　

14、　3.3.2 輸出放大器11</p><p>　　3.4 濾波器的設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.5 AT89C51單片機(jī)簡介14</p><p>　　3.5.1 單片機(jī)具體引腳介紹15</p><p>　　3.5.2 單片機(jī)主要性能指標(biāo)16</p><p>　　3.5.3 時(shí)鐘電路17</p>

15、;<p>　　3.6 A/D、D/A轉(zhuǎn)換器17</p><p>　　3.6.1 AD轉(zhuǎn)換器17</p><p>　　3.6.2 DA轉(zhuǎn)換器18</p><p>　　3.7 存儲(chǔ)器的選擇20</p><p>　　3.8 鍵盤電路20</p><p>　　第4章 各模塊接口原理22</p&g

16、t;<p>　　4.1 AT89C51與AD574的接口原理22</p><p>　　4.2 DAC0832 與單片機(jī)的接口原理23</p><p>　　4.3 存儲(chǔ)芯片與單片機(jī)的接口原理24</p><p>　　4.4 系統(tǒng)接口總圖24</p><p>　　第5章 軟件設(shè)計(jì)26</p><p>

17、;　　5.1 編程軟件Keil uVision426</p><p>　　5.2 繪制電路軟件Proteus26</p><p>　　5.3 軟件程序設(shè)計(jì)26</p><p>　　5.3.1 程序流程圖26</p><p>　　5.3.2 子程序設(shè)計(jì)27</p><p>　　第6章 系統(tǒng)誤差分析與結(jié)論30&

18、lt;/p><p>　　6.1 誤差分析30</p><p><b>　　6.2 結(jié)論30</b></p><p><b>　　總結(jié)31</b></p><p><b>　　致謝32</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)33<

19、;/b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1.本課題研究的目的與意義</p><p>　　1.1.1 研究目的</p><p>　　數(shù)字化語音系統(tǒng)是現(xiàn)在使用率較高的語音系統(tǒng)，對于此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究，能夠培養(yǎng)學(xué)生的理論和動(dòng)手實(shí)踐能力。該設(shè)計(jì)包含語音采集電路，放大濾波電路，單片

20、機(jī)外圍接口電路，數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路等，當(dāng)然除了硬件設(shè)計(jì)，還應(yīng)用到了軟件設(shè)計(jì)部分，從而也會(huì)用到一些相關(guān)處理程序，C語言的相關(guān)應(yīng)用等，這樣我們就可以重新溫習(xí)那些重要的相關(guān)知識。</p><p>　　1.1.2 研究意義</p><p>　　由于經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷發(fā)展，人民生活與消費(fèi)水平同樣在不停地提高，對聽覺要求越來越高了。為了滿足人們的物質(zhì)文化需求，提供便利的語音錄放功能，數(shù)字化語音存儲(chǔ)與回放系

21、統(tǒng)的發(fā)展不容忽視。由于傳統(tǒng)的磁帶語音錄放系統(tǒng)有許多缺點(diǎn)，其體積大、用起來不方便,已經(jīng)不能滿足人們的需求，所以體積較小,功耗較低的數(shù)字化語音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)一定會(huì)逐漸取代傳統(tǒng)的語音系統(tǒng)。</p><p>　　1.2.語音存儲(chǔ)的發(fā)展</p><p>　　對于語音的存儲(chǔ)與回放一直以來都是人們一直研究的內(nèi)容，而且也在不斷的發(fā)展和進(jìn)步中。自從1877年愛迪生發(fā)明留聲機(jī)以來，語音技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)有一百多年

22、的歷史了，之后語音技術(shù)不斷的發(fā)展和革新中。從留聲機(jī)到唱片到磁帶到CD，VCD，再到現(xiàn)在的MP3播放器及其他高級播放設(shè)備，期間一直不斷探索創(chuàng)新。語音技術(shù)也漸漸的從傳統(tǒng)磁帶語音錄放發(fā)展到如今的數(shù)字化語音錄制與回放系統(tǒng)。</p><p>　　1.3 課題研究背景</p><p>　　隨著物質(zhì)發(fā)展及消費(fèi)水平是不斷提高，現(xiàn)在的人已經(jīng)離不開音樂，并且對聽覺的要求也越來越高，語音信號作為最常用的信息載體

23、之一,它的處理與存儲(chǔ),也變得越來越重要。隨著科技水平的不斷發(fā)展，如今的語音系統(tǒng)可以說是有了重大的飛躍，由之前的體積較大的留聲機(jī)、復(fù)讀機(jī)，逐步發(fā)展到了音質(zhì)較好、體積小巧、容量較大的音樂播放器MP3、MP4等，再有就是如今的手機(jī)，可以說語音技術(shù)如今已經(jīng)相當(dāng)成熟了。并且傳統(tǒng)的磁帶語音錄放系統(tǒng)因?yàn)槠潴w積較大、使用起來不方便，而且錄音的效果不理想，容易消磁失真，而數(shù)字化語音錄放系統(tǒng)以其體積小，使用便利，攜帶方便，存儲(chǔ)速度快，檢索方便等優(yōu)點(diǎn)，將會(huì)逐

24、漸成為主流語音錄放系統(tǒng)，并且會(huì)應(yīng)用到許多的領(lǐng)域和場合。所以，數(shù)字化語音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)是當(dāng)前的主要研究趨勢。</p><p>　　人們生活水平的不斷提高，就要求語音錄放系統(tǒng)的不斷發(fā)展升級，而且在生活中方方面面都應(yīng)用到語音錄制回放系統(tǒng)，例如，錄音筆，音樂播放器等。而且，數(shù)字化語音錄放系統(tǒng)的發(fā)展也對生活的需求提供便利。比如，生活中各個(gè)行業(yè)的智能語音系統(tǒng)，像銀行的語音播報(bào)系統(tǒng)，移動(dòng)聯(lián)通電信行業(yè)的智能語音客服系統(tǒng)，以及軌道

25、交通智能語音通報(bào)系統(tǒng)以及一些景點(diǎn)博物館等的智能語音解說系統(tǒng)等等的一些應(yīng)用。這些方面應(yīng)用了數(shù)字化語音錄放系統(tǒng)就能夠節(jié)約許多的人力物力資源，為各個(gè)行業(yè)提供了便利。</p><p>　　1.4 國內(nèi)外語音研究現(xiàn)狀</p><p>　　自從1877年愛迪生發(fā)明留聲機(jī)以來，語音技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)有一百多年的歷史了，從80年代以來，日本，美國等國家就對數(shù)字化語音信號進(jìn)行了相關(guān)的研究，并且也逐漸開發(fā)出一系列

26、的數(shù)字化語音集成芯片，并不斷研發(fā)出新型產(chǎn)品。在我們的日常生活中，數(shù)字化語音存儲(chǔ)與回放技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，例如公交車報(bào)站器，采訪筆，音樂播放器，手機(jī)等，為我們的生活提供了便利。</p><p>　　最近幾年來基于單片機(jī)式的語音集成電路發(fā)展十分迅速，ISD公司也推出了語音容量越來越大的芯片。之前，西南交通大學(xué)曾應(yīng)用ISD4004語音芯片設(shè)計(jì)了定時(shí)自動(dòng)錄音播放系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了最長可達(dá)一個(gè)多小時(shí)的節(jié)目錄放功能。隨著單片機(jī)芯

27、片技術(shù)的不斷發(fā)展，使得數(shù)字化語音信號集成電路也不斷地發(fā)展與技術(shù)革新，這就表示我們可以將很多復(fù)雜的電路集成到小型的單片式芯片上，使得大規(guī)模語音系統(tǒng)小型化得以實(shí)現(xiàn)。目前，較長時(shí)間的語音電路設(shè)計(jì)是一個(gè)未能解決的難題，如景區(qū)，展覽館的自動(dòng)語音講解、廣告播放、列車指揮、119電話錄音系統(tǒng)、會(huì)議錄音系統(tǒng)等。 </p><p>　　1.5 設(shè)計(jì)的要求及指標(biāo)</p><p>　　1 放大器1的增益是46d

28、B，放大器2的增益是40dB，增益都是可以調(diào)節(jié)的；</p><p>　　2 帶通濾波器：通帶頻率為300Hz-3.4kHz；</p><p>　　3 ADC：采樣頻率fs=8kHz，字長＝8位;</p><p>　　4 語音存儲(chǔ)時(shí)間≥10 s;</p><p>　　5 DAC：變換頻率fc=8kHz，字長＝8位;</p><

29、;p>　　6 回放語音質(zhì)量良好。</p><p>　　1.6 系統(tǒng)論證方案</p><p>　　1.6.1 語音編碼方案</p><p>　　一般來說，人耳能聽到的聲音頻率范圍基本上為20Hz～20kHz ，而且語音信號的頻率最高可以達(dá)到3400Hz。語音編碼首先要經(jīng)過語音采集的過程，然而語音信號的采集指的是語音聲波信號經(jīng)過麥克風(fēng)以及高頻放大器的收錄進(jìn)而轉(zhuǎn)換成

30、具有一定幅度的模擬量形式的電信號,然后再將之轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號的全過程。根據(jù)“奈奎斯特采樣定理”的內(nèi)容表示,,欲使采樣信號無失真,采樣的頻率一定要大于模擬信號最大頻率的兩倍。由于輸入的語音信號頻率通常為300Hz～3400Hz ,采樣信號最低應(yīng)為6.8kHz,由于要保留一定的頻率空間以保證語音質(zhì)量,所以在實(shí)際采樣的過程中要采用8kHz的采樣頻率?，F(xiàn)如今單片機(jī)的快速發(fā)展及更新?lián)Q代，使得基于單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)的語音編碼多種多樣，除了傳統(tǒng)的一些脈沖編

31、碼調(diào)制外，目前已使用的有VQ技術(shù)以及一些變換編碼和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，但是這些算法可能相對來說有點(diǎn)復(fù)雜，而且目前的單片機(jī)運(yùn)行速度低，比較不容易實(shí)現(xiàn)。所以從實(shí)際情況出發(fā)，可以得出以下幾種可行的方案：</p><p>　?、俣虝r(shí)平均過零計(jì)數(shù)法：此種方案的主要方式是通過記錄信號的跨零數(shù)目，從而把語音信號編碼為與之相對應(yīng)的數(shù)字信號，此方法通常用于語音識別中。但是對于單片機(jī)來說，因?yàn)槠涮幚頂?shù)據(jù)能力較低，所以此種方案比較難以實(shí)現(xiàn)。

32、</p><p>　?、趯?shí)時(shí)幅值采樣法：采樣過程可以描述為下圖流程：</p><p><b>　　圖1.1 采樣過程</b></p><p>　　具體的實(shí)現(xiàn)方式主要分為直存取法、欠抽樣采樣法、自相似增量調(diào)制法等三種基本方法。</p><p>　　1.6.2 A/D、D/A及存儲(chǔ)芯片的選擇</p><p

33、>　?。?）A/D轉(zhuǎn)換芯片的選擇：由于目前常用的A/D轉(zhuǎn)換芯片種類繁多，但是根據(jù)本課題中轉(zhuǎn)換速度的要求，我們所選用的A/D轉(zhuǎn)換芯片為AD574。該芯片本身有很多的優(yōu)點(diǎn)，例如外接元件少，功耗低，精度高，同時(shí)還具有自動(dòng)校零與自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換的功能，僅僅只要在外部接少量的阻容元件就能行成一個(gè)完整的A/D轉(zhuǎn)換器。</p><p>　?。?）D/A轉(zhuǎn)換芯片的選擇：D/A轉(zhuǎn)換芯片是把數(shù)字語音信號轉(zhuǎn)換為模擬語音信號的器件，因

34、為基本上普通的模擬換器件都能達(dá)到1μs的轉(zhuǎn)換速率，能夠滿足本次的設(shè)計(jì)目標(biāo)，因此我們選用了通用D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832。</p><p>　?。?）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的選擇：根據(jù)本題目的設(shè)計(jì)要求，在信號采樣頻率fs=8kHZ，字長為8位時(shí)，錄入1s時(shí)長的語音就占用了8k字節(jié)的存儲(chǔ)空間，則存儲(chǔ)器至少需要有80k×8容量。因此本次選用RAM62256作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，通常情況下，一塊62256芯片可以存儲(chǔ)60秒鐘左右

35、的語言。</p><p>　　1.7 論文研究內(nèi)容</p><p>　　本課題設(shè)計(jì)主要是通過利用AT89C51單片機(jī)、語音前置放大器電路、濾波放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換（D/A）電路等來實(shí)現(xiàn)對語音信號的存儲(chǔ)與回放功能，采用低延時(shí)碼激勵(lì)線性預(yù)測（LD-CELP）編解碼方案，能夠有效地增加語音存儲(chǔ)時(shí)間。</p><p>　　具體設(shè)計(jì)過程就是：利用拾音器對

36、語音信號進(jìn)行采集，把語音信號轉(zhuǎn)變成電信號。接著通過增益放大器1對轉(zhuǎn)換后的信號進(jìn)行放大處理。之后經(jīng)過帶通濾波器濾波處理，處理后的信號利用A/D轉(zhuǎn)換器把模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，接著要對此數(shù)字信號通過壓縮編碼后送入單片機(jī)中進(jìn)行處理，處理后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。然而回放系統(tǒng)則剛好相反，把語音信號解碼后經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換、帶通濾波器濾波和輸出放大器2后，使用揚(yáng)聲器或耳機(jī)輸出，還原成聲音信號。本文的工作內(nèi)容主要是硬件的設(shè)計(jì)。而軟件的設(shè)計(jì)上，需要設(shè)計(jì)完成

37、系統(tǒng)的軟件流程圖，以及相關(guān)程序的設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)模擬仿真。</p><p>　　主要設(shè)計(jì)流程如下所示：</p><p>　　圖1.2 語音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　　第2章 語音信號與編碼</p><p><b>　　2.1 語音信號</b></p><p>　　語音信號就是指

38、能攜帶語音波形信號的語言信息。而對于語音信號來說，頻率和幅度分別是其的兩個(gè)基本參量。將語音信號頻率分成幾個(gè)范圍，0～20Hz范圍內(nèi)為次聲波信號，此種頻率的語音信號人耳無法聽見；大于20KHz頻率的語音信號則稱為超聲波，同樣人耳無法聽見；頻率在20Hz～20KHz范圍內(nèi)為音頻信號，通常情況下人的正常說話頻率在300Hz～3400Hz，此頻率段信號為話音信號。</p><p><b>　　2.2 語音編碼&

39、lt;/b></p><p>　　這么多年來語音通信技術(shù)不斷在發(fā)展，在這個(gè)發(fā)展過程中，想方設(shè)法減少語音信號的傳輸帶寬，并且增加信道的傳輸速率，始終都是研究人員不斷追求的目標(biāo)。所以，語音編碼技術(shù)一直就是特別重要的一環(huán)。對語音進(jìn)行編碼的目的是為了將語音數(shù)字化并利用人的發(fā)聲過程中存在的冗余度和人的聽覺特性來降低編碼率。語音編碼通俗來講是對模擬的語音信號進(jìn)行編碼，將模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，然而將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信

40、號要經(jīng)過抽樣，量化，和編碼三個(gè)過程。</p><p><b>　　2.2.1 抽樣</b></p><p>　　模擬信號通常來說指的是在時(shí)間上的連續(xù)信號，通過對這種信號在一定的離散時(shí)間點(diǎn)上抽取樣值稱為抽樣，如圖2-1所示。圖中m（t）是一個(gè)模擬信號。在等時(shí)間間隔T上，對它抽取樣值。理論上來說，抽樣過程可以看做是用周期性的單位沖擊脈沖（impulse）和此待抽樣的模擬信

41、號做乘處理。最后，抽樣所得到的結(jié)果可以看出就是一系列的周期性沖擊脈沖，其在圖中所代表的面積與該模擬信號的取值成正比。沖擊脈沖在圖2-1中用一些箭頭表示。實(shí)際情況下，通常是采用周期性窄脈沖來替代沖擊脈沖與被抽樣的模擬信號相乘。</p><p>　　圖2-1 抽樣信號波形</p><p>　　從圖中也能看的出，經(jīng)過抽樣之后得到的是一系列的離散沖擊脈沖，這顯然與抽樣前的連續(xù)性模擬信號的形狀有區(qū)別

42、。但是，同樣在圖中也能看出一個(gè)情況，那就是在對一個(gè)帶寬有限的連續(xù)模擬信號進(jìn)行抽樣時(shí)，如果采取的抽樣速率足夠大的話，最終這些抽樣值幾乎就能夠完全恢復(fù)出原先模擬信號波形情況。所以，可以不要求一定要傳輸原始的模擬信號，可以只是傳輸這些由抽樣所得到的離散的抽樣值，就可以在接收端恢復(fù)出此模擬信號。對此抽樣速率條件進(jìn)行闡述的定理就是我們所熟知的抽樣定理。抽樣定理可以說是給模擬信號實(shí)現(xiàn)數(shù)字化提供了理論基礎(chǔ)。由上文提到內(nèi)容可知，在對信號進(jìn)行抽樣時(shí)，最低

43、抽樣頻率必須高于信號最高頻率的2倍，此最低抽樣頻率就是奈奎斯特抽樣速率。如果抽樣速率要是低于奈奎斯特抽樣速率的話，在對信號進(jìn)行抽樣的時(shí)候相鄰周期的頻譜間就會(huì)出現(xiàn)頻率混疊現(xiàn)象，從而就無法正確地將原信號頻譜完美分離出來。</p><p><b>　　2.2.2 量化</b></p><p>　　從數(shù)字化信號處理這一領(lǐng)域來說，量化就是指把連續(xù)信號的連續(xù)取值近似成有限多個(gè)離散

44、值的過程。將模擬信號做完抽樣處理后就變成了在時(shí)間上離散的信號，但是此時(shí)的信號還是一個(gè)模擬信號。如果要使這個(gè)抽樣信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號就必須對此信號進(jìn)行量化處理。所謂量化，便是將經(jīng)過抽樣處理后得到的瞬時(shí)值對其幅度進(jìn)行離散處理，也就是說使用一組規(guī)定的電平，將之前得到的瞬時(shí)抽樣值用與之最相近的幅值電平值近似出來。具體量化處理如圖2-2所示:</p><p>　　圖 2-2 量化信號波形</p><p&g

45、t;　　最終經(jīng)過量化處理的結(jié)果就是使抽樣信號轉(zhuǎn)化成量化信號，由上圖中可以看出此量化信號的取值是離散的。因此量化處理之后的信號已經(jīng)能夠說是數(shù)字信號了，其可以看作為多進(jìn)制形式的數(shù)字脈沖信號。</p><p><b>　　2.2.3 編碼</b></p><p>　　將量化后的信號樣值幅度轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的計(jì)算機(jī)能夠識別的二進(jìn)制數(shù)字信號碼組的過程稱之為編碼。因?yàn)樯衔奶岬竭^，量化處

46、理之后的信號，已是離散的數(shù)字信號，而編碼的前提是此信號是數(shù)字信號，所以下一步就可以將此數(shù)字信號編碼，最常用的編碼是用二進(jìn)制的符號，例如“0”和“1”，表示此離散數(shù)值。下圖2-3就是信號編碼的具體圖示：</p><p>　　圖2-3 編碼信號波形</p><p>　　2.3 編碼方式選擇</p><p>　　一般情況下，我們把模擬信號經(jīng)過抽樣、量化，直到轉(zhuǎn)變成二進(jìn)制碼

47、組的過程，稱為脈沖編碼調(diào)制（PCM），而PCM體制需要用64kb/s的速率傳輸1路數(shù)字電話信號，而傳輸1路模擬電話信號僅占用3kHz帶寬。相比之下，傳輸PCM信號占用更大帶寬。所以為了降低數(shù)字電話信號的傳輸比特率，可以采用預(yù)測編碼方法來改進(jìn)此方案。而在此編碼方案中得到廣泛應(yīng)用的一種基本預(yù)測方法就是差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）。雖然DPCM應(yīng)用廣泛，但是其本身也存在著一些問題，為了改善DPCM體制的性能，可以將自適應(yīng)技術(shù)引入到量化和預(yù)測過

48、程中去，這樣就得到了自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制（ADPCM）體制。此方式的優(yōu)點(diǎn)就是能夠大大地提高信號量噪比以及動(dòng)態(tài)范圍。適用于話音編碼的ADPCM體制，已經(jīng)由ITU-T制定出建議，并已得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 硬件系統(tǒng)框架概述</p><p>　　數(shù)字化語音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)可以拆分成三大部分，分別是語音輸入信道，

49、信號處理部分（即單片機(jī)控制部分）和輸出信道。在輸入信道可以表示為圖3-1流程；語音處理部分可以表示為圖3-2；而輸出信道可以表示為圖3-3流程。</p><p><b>　　圖3-1 輸入信道</b></p><p>　　圖3-2 信號處理部分</p><p><b>　　圖3-3 輸出信道</b></p>

50、<p>　　系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)可以分為上述三部分，信號輸入后經(jīng)過增益放大器對信號進(jìn)行放大，方便進(jìn)行采樣，然后對信號進(jìn)行濾波，之后對模擬信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，方便單片機(jī)對數(shù)字信號進(jìn)行處理，然后將處理好的信號存入存儲(chǔ)器中，方便后續(xù)處理。在后續(xù)部分調(diào)用存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，將數(shù)字信號進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的信號經(jīng)過濾波電路濾除雜音，之后對信號放大，方便信號輸出。</p><p>　　整體框架可以表述出如下圖所示：&l

51、t;/p><p>　　圖 3-4 系統(tǒng)總框圖</p><p><b>　　3.2 拾音器</b></p><p>　　拾音器，又稱監(jiān)聽頭，是用來采集現(xiàn)場環(huán)境聲音再傳送到后端設(shè)備的一個(gè)器件，它是由麥克風(fēng)和音頻放大電路構(gòu)成。它的本質(zhì)其實(shí)就是一個(gè)聲音傳感器，其能夠?qū)⑼獠枯斎氲穆曇粜盘栟D(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴Ｗ鳛橄到y(tǒng)的初始信號輸入器件，拾音器應(yīng)多采用高增益、內(nèi)部頻率

52、補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器：3558，LM358，NE5532等，從而實(shí)現(xiàn)信號放大及降噪作用。</p><p>　　3.3 放大器的設(shè)計(jì)</p><p>　　放大器是一種能夠?qū)⑤斎胗嵦柕碾妷夯蚬β蔬M(jìn)行放大的器件，其主要由電子管或晶體管、電源變壓器以及其他電器元件構(gòu)成。目前放大器的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，主要是應(yīng)用在通訊、廣播、雷達(dá)、電視、自動(dòng)控制等一系列的裝備設(shè)備中。</p><p&

53、gt;　　3.3.1 增益放大器</p><p>　　聲音經(jīng)過拾音器采集之后，能把原先的語音信號轉(zhuǎn)換成電信號，通常情況下，拾音器輸出信號電壓大致范圍是20～25mV，由于信號要經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號的步驟，但是，AD采樣的輸入信號電壓的范圍是0～5V，無法滿足采樣電壓，所以必須將經(jīng)過拾音器輸出后的電壓進(jìn)行放大。使用運(yùn)放將之前的微弱信號進(jìn)行放大200倍放大到伏特級別即可滿足需求。具體增益放大電路設(shè)計(jì)

54、參照下圖3-5。</p><p>　　圖 3-5 增益放大電路</p><p>　　放大器的放大倍數(shù)可以計(jì)算出：</p><p><b>　　（3-1）</b></p><p>　　由實(shí)際電路各個(gè)參數(shù)可得：</p><p><b>　?。?-2）</b></p>

55、<p>　　由于上述電路中R4為可調(diào)電阻，故增益是可以根據(jù)實(shí)際需求調(diào)節(jié)的。</p><p>　　3.3.2 輸出放大器</p><p>　　在單片機(jī)處理過的數(shù)字信號經(jīng)過DA轉(zhuǎn)換成模擬信號后，經(jīng)過濾波處理濾除雜音干擾，為了方便播放，會(huì)對此信號進(jìn)行放大，以便于能夠清晰地得到較完美的信號。本文中主要采用了LM386來實(shí)現(xiàn)輸出功率放大的功能。其是一種音頻集成功放，具有很多突出的優(yōu)點(diǎn)，主

56、要表現(xiàn)在增益可調(diào)，自身功耗較低，外部接件少等特點(diǎn)。LM386具有很多明顯特性，它靜態(tài)功耗比較低，大約為4mA，所以它可用于電池供電；而且它的工作電壓范圍比較寬，大致范圍為4-12V；外圍元件少；它的電壓增益明顯可調(diào)，范圍大致為20-200；而且它的失真度比較低。</p><p>　　圖 3-6 LM386引腳圖</p><p>　　在實(shí)際輸出功率放大電路中，具體輸出放大倍數(shù)要根據(jù)LM386

57、引腳1和引腳8具體外接的電路情況而定。通常情況下，這兩個(gè)引腳會(huì)外接一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)，此網(wǎng)絡(luò)決定了此放大電路的增益。</p><p>　　圖 3-7 輸出放大電路</p><p>　　如果，引腳1與引腳8斷路時(shí)，此放大電路增益為40。通過調(diào)節(jié)上圖電路中的電阻R1阻值就可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)增益大小。通過調(diào)節(jié)RV1電阻的觸頭，從而就能調(diào)節(jié)功率放大大小，從而可以調(diào)節(jié)聲音大小。</p><p

58、>　　3.4 濾波器的設(shè)計(jì)</p><p>　　濾波器，通俗地說就是對輸入信號波形進(jìn)行過濾的一種器件。它本質(zhì)上是一種允許有用的頻率信號通過，與此同時(shí)還能夠抑制(或衰減)對信號處理沒有用處的其他頻率信號的電子裝置。通常在設(shè)計(jì)中，會(huì)使用濾波器來處理信號，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及抑制噪聲干擾等。由于本題中會(huì)對信號進(jìn)行一系列的處理，在信號輸入過程以及處理過程中難以避免會(huì)產(chǎn)生一些噪聲及干擾，所以，必須在設(shè)計(jì)中引用濾波器，以抑

59、制這些不必要的干擾。在實(shí)際設(shè)計(jì)中濾波器其實(shí)有很多種類，有低通，高通，以及帶通濾波器等。低通濾波器的作用為允許低于限制頻率的通過，阻隔高于限定頻率的通過；高通濾波器則是相反；而帶通濾波器則是處于兩者之間，它只讓處于一個(gè)特定頻率段的信號通過。本題設(shè)計(jì)中就是采用了帶通濾波器來實(shí)現(xiàn)特定功能，此帶通濾波器可以將通帶頻率范圍設(shè)置為300Hz-3.4kHz，它的具體作用是：</p><p>　　保證了300Hz-3.4kHz范

60、圍內(nèi)的信號完美不失真地通過濾波器；</p><p>　　可以去除此通帶頻率范圍之外的低頻信號，從而降低帶外干擾，降低了噪聲對信號的影響；</p><p>　　可以去除通帶頻率范圍之外的高頻信號，從而消減本題中采樣頻率為8kHz所帶來的混疊失真情況。帶通濾波器按照品質(zhì)因數(shù)Q的大小不同而有兩種不同的情況，分別是寬帶帶通濾波器（Q＜10）以及窄帶帶通濾波器（Q＞10）。然后根據(jù)公式可以得出本題中

61、的帶通濾波器的中心頻率以及品質(zhì)因數(shù)Q：</p><p><b>　　(3-3)</b></p><p><b>　　(3-4)</b></p><p>　　因?yàn)樯鲜鲇?jì)算結(jié)果可知Q＜10，所以此設(shè)計(jì)中的帶通濾波器可以確定是寬帶帶通濾波器。故本設(shè)計(jì)中所用到的濾波器可以通過高通濾波器以及低通濾波器通過級聯(lián)方式形成的。由于巴特沃茲

62、濾波器濾波器本身具備通帶內(nèi)相對平坦的響應(yīng)特性，而且為了更好地濾除帶外頻率干擾，本次可選二階巴特沃茲帶通濾波器。其具體電路設(shè)計(jì)如下圖3-8所示：</p><p>　　圖3-8 二階巴特沃茲濾波器</p><p>　　圖 3-9 濾波器幅頻曲線</p><p>　　圖 3-10 濾波效果圖</p><p>　　從MATLAB效果圖可以得知，

63、該濾波器濾波幅頻曲線相對平緩，能有效的濾除低頻以及高頻信號的干擾，大大減少了噪聲以及混疊失真對聲音信號的干擾，能較好的滿足設(shè)計(jì)的性能要求。</p><p>　　3.5 AT89C51單片機(jī)簡介</p><p>　　AT89C51其實(shí)就是一種帶4K字節(jié)可編程可擦寫只讀FLASH存儲(chǔ)器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，就是我們常用的一種單片機(jī)型號。其與工業(yè)上標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51相關(guān)的指令集

64、以及輸出管腳是相互兼容的。它價(jià)格低廉，成本較低，但是確是一種高效的微控制器，有內(nèi)存，CPU等核心部件，可以為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供一種靈活性高但是低廉的方案。在我們平時(shí)實(shí)驗(yàn)以及課程設(shè)計(jì)中也會(huì)有單片機(jī)應(yīng)用的地方。其具體管腳圖如下圖3-11所示：</p><p>　　圖3-11 AT89C51單片機(jī)引腳圖</p><p>　　3.5.1 單片機(jī)具體引腳介紹</p><p&g

65、t;　　AT89C51單片機(jī)具有很多引腳，每個(gè)引腳都有其特定的功能，具體單片機(jī)引腳以及功能的介紹如下表所示： </p><p>　　表3.1 單片機(jī)引腳簡介</p><p>　　在AT89C51單片機(jī)的應(yīng)用中，通常情況下P3口還可以當(dāng)做一些特殊功能口的使用，其主要功能如下表所示：</p><p>　　表3.2 P3口

66、第二功能表</p><p>　　3.5.2 單片機(jī)主要性能指標(biāo)</p><p>　?、倨渑cMCS-51相互兼容；</p><p>　?、谟?28*8位的內(nèi)部RAM；</p><p>　?、塾?K字節(jié)可編程可擦寫的閃爍存儲(chǔ)器；</p><p>　?、苋壋绦虼鎯?chǔ)器鎖定；</p><p>　?、萦?

67、2位可編程I/O口線；</p><p><b>　　⑥具有5個(gè)中斷源；</b></p><p>　　⑦具有兩個(gè)可寫定時(shí)器/計(jì)數(shù)器端口T0，T1；</p><p>　　⑧低功耗的閑置以及掉電模式；</p><p>　　⑨片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路,時(shí)鐘頻率1.2—12MHz;可有時(shí)鐘輸出；</p><p>

68、;　?、庥袕?qiáng)的位尋址\位處理能力；</p><p>　　3.5.3 時(shí)鐘電路</p><p>　　時(shí)鐘電路就是用于配合外部晶體從而實(shí)現(xiàn)振蕩的電路，以此就能為單片機(jī)提供運(yùn)行時(shí)鐘，如果運(yùn)行時(shí)鐘為0 的話，單片機(jī)就不能工作，當(dāng)然若是超出單片機(jī)的工作頻率的時(shí)鐘也會(huì)導(dǎo)致其不工作。其具體電路如下圖所示：</p><p>　　圖 3-12 單片機(jī)時(shí)鐘電路</p>&

69、lt;p>　　3.6 A/D、D/A轉(zhuǎn)換器</p><p>　　在本論文設(shè)計(jì)過程中，會(huì)使用到AD和DA轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)模擬信號以及數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，這個(gè)環(huán)節(jié)是很重要的，所以AD和DA轉(zhuǎn)換器的選取就顯得尤為重要。</p><p>　　3.6.1 AD轉(zhuǎn)換器</p><p>　　由前文可知，本次設(shè)計(jì)采用了AD574用來實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換功能，AD574 為Analog公司出

70、品的12 位逐次逼近型AD轉(zhuǎn)換器，它的精度較高，轉(zhuǎn)換速度迅速，如今已經(jīng)被大量使用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。AD574芯片使用簡單方便，不需要外加任何邏輯接口電路，因此能夠直接和單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連使用。引腳分布如圖3-13 所示:</p><p>　　圖 3-13 AD574引腳圖</p><p>　　它具有很多引腳，每個(gè)引腳都有其特定作用，其引腳主要作用可以參照下表：</p>&l

71、t;p>　　表3.3 AD574引腳功能介紹</p><p>　　3.6.2 DA轉(zhuǎn)換器</p><p>　　由先前理論得知，本次設(shè)計(jì)中采用的DA轉(zhuǎn)換器為DAC0832。其價(jià)格低廉，接口比較簡單，并且此芯片可以直接和單片機(jī)直接相連使用，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，所以它被廣泛應(yīng)用于單片機(jī)控制系統(tǒng)中。而且它有一個(gè)非常突出的優(yōu)點(diǎn)就是采用了二級緩沖技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)多通道同步轉(zhuǎn)換，可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)

72、輸出和下一個(gè)數(shù)據(jù)采集，從而大大地提高了轉(zhuǎn)換速率。DAC0832芯片結(jié)構(gòu)圖如下：</p><p>　　圖3-14 DAC0832引腳圖以及結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　DAC0832各引腳功能可以參照下表所示：</p><p>　　表3.4 DAC0832引腳功能表</p><p>　　3.7 存儲(chǔ)器的選擇</p><p>

73、;　　由上文提到內(nèi)容知，此次選取存儲(chǔ)器62256，作為此次數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。62256是一種存儲(chǔ)空間為32K的低功耗靜態(tài)RAM存儲(chǔ)器，可以用單片機(jī)的P0口與P2口來直接擴(kuò)展外部RAM，它的引腳圖如下：</p><p>　　圖3-15 62256引腳圖</p><p>　　：寫允許信號線，把它和C51的寫命令信號相連，用于從存儲(chǔ)器寫入數(shù)據(jù)；</p><p>　?。鹤x允許信號

74、線，把它和C51的讀命令信號相連，在為低電平的時(shí)候，用于從存儲(chǔ)器讀出數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　3.8 鍵盤電路</b></p><p>　　通常情況下，我們平時(shí)經(jīng)常用的鍵盤接口有獨(dú)立式按鍵接口以及矩陣式鍵盤接口這兩個(gè)不同的方式，本題中主要采用獨(dú)立式按鍵接口，這種方式的顯著特點(diǎn)是各種按鍵相互獨(dú)立，每一個(gè)按鍵各自連接一條輸入線，而不同的輸入線上的工作狀態(tài)是互不干

75、涉的。在我們按下錄音鍵時(shí)就會(huì)啟動(dòng)單片機(jī)與A/D轉(zhuǎn)換芯片工作，在存儲(chǔ)器滿時(shí)就會(huì)自動(dòng)保存數(shù)據(jù)；同樣，在我們按下放音鍵時(shí)就會(huì)啟動(dòng)單片機(jī)以及D/A轉(zhuǎn)換芯片工作，在放音完成后就會(huì)自動(dòng)停止；而復(fù)位鍵的情況就會(huì)有點(diǎn)不一樣，如果在錄音的時(shí)候按下復(fù)位鍵就會(huì)暫停錄音過程，只有再次按下按鍵才能繼續(xù)錄音，如果連按兩下此鍵的話就會(huì)重新錄音；如果在放音的時(shí)候按下復(fù)位鍵就會(huì)暫停放音過程，只有再次按下此鍵才能繼續(xù)放音，同理連按兩下的話就會(huì)重新放音。</p>

76、<p>　　圖3-16 鍵盤按鍵的設(shè)定</p><p><b>　　各模塊接口原理</b></p><p>　　4.1 AT89C51與AD574的接口原理</p><p>　　AD574 與51單片機(jī)組成的系統(tǒng)主要包含單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器以及計(jì)算機(jī)接口等部分。顯而易見，單片機(jī)是這個(gè)系統(tǒng)的核心部分，要想讓A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)采樣功能，

77、必須經(jīng)由單片機(jī)發(fā)出控制信號，并對采樣結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)。具體的連接方式如圖4-1所示：</p><p>　　圖4-1 單片機(jī)AT89C51與AD574的接口圖</p><p>　　在此系統(tǒng)中AT89C51 的主要任務(wù)如下：</p><p>　　(1)接收主機(jī)的采樣命令。就是通過P1.7口等待接收采樣命令，在此端口輸入低電平的時(shí)候，就能控制啟動(dòng)采樣過程；</p>

78、<p>　　(2)啟動(dòng)采樣。單片機(jī)通過P2.7口來控制AD574 的讀出以及啟動(dòng)轉(zhuǎn)換控制線R/C，并且還通過與非門以及反相器來控制片選線CS端。在P2.7端口置高電平的時(shí)候，此刻的AD574 就會(huì)處于待啟動(dòng)狀態(tài)，只要有信號經(jīng)過，就會(huì)啟動(dòng)采樣過程；</p><p>　　(3)讀取并存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換結(jié)果。 P1口的低4位可以用來判斷前面過程的采樣轉(zhuǎn)換過程是否結(jié)束,在低4 位都置低電平的時(shí)候, 就代表轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束

79、了。在采取讀取操作的時(shí)候，讀取的地址應(yīng)與存儲(chǔ)器操作地址相對應(yīng)；</p><p>　　(4) 發(fā)出中斷。在進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的時(shí)候, 可以通過單片機(jī)P2.2口來檢測當(dāng)前存儲(chǔ)器有無滿溢情況。想要達(dá)到A /D 轉(zhuǎn)換以及讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果的目的, AD轉(zhuǎn)換器的片選信號CS可以通過單片機(jī)地址總線的次低位A1( P0.1)來提供, 當(dāng)進(jìn)行讀寫操作時(shí),應(yīng)該把A1端置低電平。AD轉(zhuǎn)換器的CE信號是通過單片機(jī)的端以及A7端( P0.7 ）通過

80、一級或非門后來產(chǎn)生的。R /C 則是通過RD與A7經(jīng)過或非門之后來提供。所以在進(jìn)行讀寫操作的時(shí)候，A7也是低電平。將輸出狀態(tài)信號STS端與單片機(jī)P3.2端口相連接能夠讓單片機(jī)通過此來查詢判斷此番A/D轉(zhuǎn)換是否已經(jīng)結(jié)束。</p><p>　　4.2 DAC0832 與單片機(jī)的接口原理</p><p>　　通常來說，DAC0832和AT89C51是通過4根數(shù)據(jù)線來進(jìn)行相關(guān)連接的，它們是CS、C

81、LK、D0、D1。具體方式如圖4-2：</p><p>　　圖 4-2 DAC0832 與AT89C51的接口圖</p><p>　　單片機(jī)對 DAC0832 的控制原理： </p><p>　　在DAC0832不工作時(shí)，其CS輸入端置高電平。在想實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換功能時(shí)，必須先使CS端處于低電平的狀態(tài)，并且要一直保持低電平的狀態(tài)到轉(zhuǎn)換結(jié)束為止，并且要在CLK端接入時(shí)

82、鐘脈沖，使用D1端口來選擇數(shù)據(jù)通道。</p><p>　　4.3 存儲(chǔ)芯片與單片機(jī)的接口原理</p><p>　　圖4-3 AT89C51與62256連接圖</p><p>　　AT89C51單片機(jī)系統(tǒng)在進(jìn)行外部擴(kuò)展的時(shí)候，通常情況下會(huì)用P0口作為低8位地址使用，同時(shí)會(huì)用P2口作為高8位地址使用，并且它一共具有16根地址總線，尋址空間大小為64KB。</p&g

83、t;<p>　　4.4 系統(tǒng)接口總圖</p><p>　　在設(shè)計(jì)完各個(gè)核心模塊之后，緊接著就是將各個(gè)模塊進(jìn)行組接和確保能夠達(dá)成系統(tǒng)所需的一系列功能，在這個(gè)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，核心模塊就是單片機(jī)系統(tǒng)，因?yàn)閱纹瑱C(jī)能夠控制所有與之相連的芯片的工作。在我們按下錄音鍵的時(shí)候單片機(jī)就能啟動(dòng)AD574，使之工作，然后麥克風(fēng)就會(huì)把采集到的語音信號通過增益放大器對信號進(jìn)行放大之后再經(jīng)過濾波處理之后送往AD574把之前的模擬

84、信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號并且把數(shù)據(jù)存放在存儲(chǔ)芯片中；在我們按下放音鍵的時(shí)候，單片機(jī)就能啟動(dòng)DAC0832芯片，使之工作，并且會(huì)把之前存在存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)送到DAC0832中且要通過濾波處理以及后置放大器放大處理，之后就能通過揚(yáng)聲器的作用把聲音信號還原輸出。系統(tǒng)接口原理如圖4-4所示：</p><p>　　圖4-4 系統(tǒng)原理圖</p><p><b>　　軟件設(shè)計(jì)</b><

85、;/p><p>　　5.1 編程軟件Keil uVision4</p><p>　　Keil C51集成開發(fā)環(huán)境是基于80C51內(nèi)核的微處理器軟件開發(fā)平臺，內(nèi)嵌多種符合當(dāng)前工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)工具，可以完成從工程建立、管理、程序編譯、鏈接、目標(biāo)代碼生成、軟硬件仿真等完整的開發(fā)流程?，F(xiàn)在使用率較為廣泛的應(yīng)用于單片機(jī)的軟件編寫語言有匯編、C、C++等，而相對于51單片機(jī)來說，匯編語言以及C語言的使用率是

86、最高的。</p><p>　　5.2 繪制電路軟件Proteus</p><p>　　Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。Proteus能夠用于仿真數(shù)字與模擬電路、交流與直流相關(guān)電路，而且其本身含有30多個(gè)元件庫。具有強(qiáng)大的原理圖編輯及原理圖處理能力，實(shí)現(xiàn)了完整的基于微控制器設(shè)計(jì)的協(xié)同仿真，可以在實(shí)物設(shè)計(jì)完成前對原理電路實(shí)現(xiàn)完美的仿真

87、及修改。</p><p>　　5.3 軟件程序設(shè)計(jì)</p><p>　　5.3.1 程序流程圖</p><p>　　AT89C51會(huì)通過片選的方式來完成鍵盤的掃描工作，在有錄音鍵按情況下就會(huì)實(shí)現(xiàn)錄音，同時(shí)在錄音過程中如果有暫停鍵按下就會(huì)暫停錄音，并且返回檢測鍵盤，如果錄音鍵按下就會(huì)繼續(xù)錄音；存儲(chǔ)器滿就會(huì)自動(dòng)返回，當(dāng)有放音鍵按下就會(huì)開始播放，播放過程中如果檢測到暫停鍵

88、就會(huì)暫停播放，在檢測到播放鍵按下才能重新繼續(xù)播放。具體流程如圖5-1所示：</p><p>　　圖5-1 軟件流程圖</p><p>　　主程序會(huì)實(shí)現(xiàn)以下功能：</p><p>　?。?）系統(tǒng)初始化：給定時(shí)器T0賦予初始值，將RAM指針清零處理等。</p><p>　?。?）語音采樣程序：對A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行讀取工作，并將結(jié)果存入RAM中，

89、并且要完成修改RAM指針的工作。</p><p>　?。?）放音程序：將RAM中的存放的數(shù)據(jù)值進(jìn)行輸出，并其對RAM進(jìn)行修改等。</p><p>　　5.3.2 子程序設(shè)計(jì)</p><p>　　通過AT89C51的INT0和INT1來設(shè)置錄音以及放音兩種按鈕，INT0代表外部中斷0，由其來完成語音信號存儲(chǔ)功能；而INT1代表是外部中斷1，并由其來完成語音回放功能。&

90、lt;/p><p>　　錄音放音子程序流程圖如下：</p><p>　　圖5-2 錄音放音子程序流程圖</p><p>　　（2）定時(shí)器T0中斷流程圖</p><p>　　因?yàn)橐獫M足本題中的采樣頻率8KHz的要求，所以在設(shè)計(jì)時(shí)對T0定時(shí)為125μs。一旦定時(shí)時(shí)間達(dá)到的時(shí)候，就會(huì)啟動(dòng)AD574來實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換功能。在完成一次轉(zhuǎn)換后就關(guān)閉AD574，然

91、后重新計(jì)時(shí)，經(jīng)過125μs后再一次啟動(dòng)AD574再進(jìn)行一次采樣。具體流程可以表述如下：</p><p>　　圖5-3 中斷流程圖</p><p><b>　　鍵盤查詢程序流程圖</b></p><p>　　圖5-4 鍵盤查詢流程</p><p>　　程序會(huì)通過掃描鍵盤判斷并確定是哪個(gè)按鍵按下，并會(huì)以此做出相應(yīng)的響應(yīng)。完成

92、相應(yīng)子程序的調(diào)用。</p><p><b>　　系統(tǒng)誤差分析與結(jié)論</b></p><p><b>　　6.1 誤差分析</b></p><p>　　對于任何系統(tǒng)來說，誤差是百分之一百會(huì)存在的，沒有完美的系統(tǒng)之說。本系統(tǒng)同樣會(huì)存在誤差，下面對可能存在的必要誤差進(jìn)行分析：</p><p>　　（1）量

93、化誤差：在我們進(jìn)行語音信號的采集存儲(chǔ)的時(shí)候，AD轉(zhuǎn)換器本身就存在量化誤差，由于此次采用了8位AD轉(zhuǎn)換器，所以量化誤差為1/256。</p><p>　　（2）失真度：在我們將語音信號回放時(shí)，將其與原信號相比肯定會(huì)存在一定的失真度，因?yàn)樵谡Z音采集以及語音還原的過程中我們分別對語音信號做了一次濾波處理，由于濾波器本身的原因，所以，存在失真度是不可避免的。</p><p><b>　　

94、6.2 結(jié)論</b></p><p>　　本文設(shè)計(jì)了能夠完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的磁帶語音錄放系統(tǒng)的數(shù)字化語音存貯與回放系統(tǒng)，此系統(tǒng)更加的方便實(shí)用。而且采用了AT89C51作為本系統(tǒng)的核心控制模塊，不僅能滿足課題需求，而且價(jià)格低廉，使用方便。所以從實(shí)用以及經(jīng)濟(jì)兩個(gè)方面考慮都是比較好的選擇。通過這次設(shè)計(jì)的語音錄放系統(tǒng)能夠得出，數(shù)字化語音系統(tǒng)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)比傳統(tǒng)的語音系統(tǒng)使用起來更加方便，更加靈活，因此它將是未來語音系統(tǒng)發(fā)展

95、的趨勢。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)的數(shù)字化語音存儲(chǔ)與錄放系統(tǒng)是自己接觸到的第一個(gè)工作量如此之大的設(shè)計(jì)，通過這么長的時(shí)間的學(xué)習(xí)，查閱了大量的文獻(xiàn)資料，以及借鑒了前人的研究成果，終于讓我完成了此次論文的寫作。但是，世上永遠(yuǎn)沒有簡簡單單就能達(dá)成的目標(biāo)，通過這兩個(gè)多月的學(xué)習(xí)，我漸漸發(fā)現(xiàn)自己的水平是在逐漸退步的過程中，很多的知識點(diǎn)都

96、已經(jīng)被自己徹底遺忘，所以，此次設(shè)計(jì)并沒有預(yù)想中的效果，自己的水平也是有限，只是完成了相關(guān)理論知識的收集整理，設(shè)定了系統(tǒng)的方案，但是并沒能完成仿真電路的設(shè)計(jì)以及硬件的制作。還望老師諒解。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)是對我們大學(xué)四年學(xué)習(xí)知識的一個(gè)檢驗(yàn)與總結(jié)，這次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)整合了很多學(xué)科的知識，是自己可以重新溫習(xí)不同學(xué)科的知識，也了解到各個(gè)學(xué)科其實(shí)都是有一些密不可分的關(guān)系，每個(gè)學(xué)科學(xué)到的知識都是有用的。同時(shí)也讓自己認(rèn)

97、識到自己的一些不足之處，沒有認(rèn)真學(xué)習(xí)曾經(jīng)自認(rèn)為不是很重要的知識，直到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)已經(jīng)晚了，而且一些重要的知識點(diǎn)也沒有認(rèn)真的吃透它們，導(dǎo)致自己很容易遺忘，當(dāng)此次設(shè)計(jì)要用到這些知識的時(shí)候，就會(huì)覺得似曾相識，又會(huì)覺得有點(diǎn)陌生，這都是自己身上存在的一些急需解決的問題?？傊诒敬蔚漠厴I(yè)設(shè)計(jì)中，我覺得自己學(xué)到了很多有用的知識，也看到了自己身上的不足之處，感謝能有一個(gè)這樣的機(jī)會(huì)，我認(rèn)為它為我們以后的工作奠定了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。</p>

98、<p><b>　　致謝</b></p><p>　　本次我的畢業(yè)設(shè)計(jì)有幸跟著導(dǎo)師唐平老師來做，讓我學(xué)到了很多東西，而且多虧了唐平老師的大力指導(dǎo)以及支持下，本次論文才能圓滿完成。從前期的資料收集，唐平老師就給我提供了很大的幫助，不僅給了我資料收集的方向，而且還主動(dòng)給我找了幾篇參考文獻(xiàn)讓我學(xué)習(xí)。而且在我論文寫作的過程中也經(jīng)常給我一些指導(dǎo)與提醒，告訴我一些注意事項(xiàng)以及相關(guān)格式等等。雖

99、然唐老師平時(shí)很忙，但是在我遇到一些解決不了的問題時(shí)，老師總是會(huì)抽出時(shí)間幫助我解決困難，并且會(huì)給我提供一些寶貴的意見，老師的諄諄教導(dǎo)以及耐心的解答，使我獲得了很多收獲。</p><p>　　此外，老師也會(huì)經(jīng)常提醒我一些論文的進(jìn)度，以及一些相關(guān)材料的提交，讓我可以更好地完成論文的寫作工作。</p><p>　　同樣，還是要感謝身邊的一些同學(xué)，他們也會(huì)時(shí)常分享一些他們論文寫作的一些經(jīng)驗(yàn)，也會(huì)經(jīng)常

100、給與我一些幫助，在我遇到一些不會(huì)的知識點(diǎn)的時(shí)候，可以經(jīng)常與他們一起討論，最終解決了這些問題。</p><p>　　最后，感謝所有在我論文寫作的過程中給與我?guī)椭睦蠋熞约巴瑢W(xué)們，沒有你們的幫助，我相信自己是絕對無法完成此次論文的寫作工作。在此次論文寫作的過程中，我感覺自己受益匪淺，這些收獲將會(huì)是自己一生的財(cái)富。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p&

101、gt;<p>　　[1]林敏.數(shù)字化語音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng).儀表技術(shù)，2008，10：40</p><p>　　[2]姚曉亮，劉春河，楊林杰.一種數(shù)字化語音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)的設(shè)計(jì).芯片應(yīng)用，2007，6：127-129</p><p>　　[3]樊昌信，曹麗娜.通信原理（第6版）.國防工業(yè)出版社，2014年8月</p><p>　　[4]吳家安.語音編碼技術(shù)

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