單片機(jī)語音采集與回放

1、語音采集與回放系統(tǒng)框圖拾音器 駐極體話筒體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電聲性能好，價(jià)格低廉，應(yīng)用非常廣泛。 高分子極化膜上生產(chǎn)時(shí)就注入了一定的永久電荷(Q)，由于沒有放電回路，這個(gè)電荷量是不變的，在聲波的作用下，極化膜隨著聲音震動(dòng)，因此和背極的距離也跟著變化，也就是鎖極化膜和背極間的電容是隨聲波變化。 我們知道電容上電荷的公式是Q=CU，反之U=Q/C也是成立的。駐極體總的電荷量是不變，當(dāng)極板在聲波壓力下后退時(shí)，電容量減小，電容兩極間的電壓就會(huì)成反比的升高，反之電容量增加時(shí)電容兩極間的電壓就會(huì)成反比的降低。最后再通過阻抗非常高的場(chǎng)效應(yīng)將電容兩端的電壓取出來，同時(shí)進(jìn)行放大，我們就可以得到和聲音對(duì)應(yīng)的電壓了。

2、由于場(chǎng)效應(yīng)管是有源器件，需要一定的偏置和電流才可以工作在放大狀態(tài)，因此，駐極體話筒都要加一個(gè)直流偏置才能工作。拾音器 駐極體話筒常見為兩個(gè)管腳，與外殼相連的為2號(hào)腳，基本使用電路如下所示。前置放大電路前級(jí)通道用來將話筒輸出的微弱語音信號(hào)放大到ADC要求的輸入模擬信號(hào)量化范圍內(nèi)，并盡可能的減少輸入噪聲。前級(jí)通道中最重要的是信號(hào)放大部分，有以下幾種實(shí)現(xiàn)方案。 方案一：采用差分放大電路，語音信號(hào)通過雙話筒輸入，減少差模輸入，降低溫漂。 方案二：采用 AGC 自動(dòng)增益控制電路，控制放大信號(hào)范圍，使得隨著輸入語音信號(hào)的大小不同自動(dòng)調(diào)整放大倍數(shù)。 方案三：直接放大電路。采用多級(jí)可調(diào)增益放大電路，第一級(jí)主要

3、用于減少噪聲干擾，放大倍數(shù)不是很高，第二級(jí)為可調(diào)增益放大，根據(jù)實(shí)際語音信號(hào)選擇放大倍數(shù)。前置放大電路前置放大電路方案一要求有兩個(gè)輸入，即要接雙話筒，但如果從兩個(gè)話筒中輸出的信號(hào)差別不大時(shí)，反而減小了信號(hào)幅度，降低了信噪比；方案二設(shè)計(jì)電路較為復(fù)雜。在實(shí)際測(cè)試過程中，我們發(fā)現(xiàn)從話筒輸出的信號(hào)在 10mV到50mV 之間，已經(jīng)具有比較高的信噪比，而不需要采用一、二方案。帶通濾波器對(duì)于語音信號(hào)，我們通常關(guān)注300Hz到3400Hz內(nèi)的頻率成分，即我們的帶通濾波器需要將不關(guān)注的頻率成分濾除。為了將有效聲音信號(hào)無失真地還原，需要濾波器帶內(nèi)平坦，截頻準(zhǔn)確。如此才可以將低頻和高頻的噪聲有效抑制，從而達(dá)到較好的

4、濾波效果。模數(shù)轉(zhuǎn)換又稱A/D轉(zhuǎn)換。是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的過程。根據(jù)奈奎斯特采樣定律，采樣速率要不低于信號(hào)最高頻率分量的2倍。即對(duì)于300Hz到3.4kHz的音頻信號(hào)，AD的轉(zhuǎn)換速率要不低于6.8kHz。ADC0809 的最大時(shí)鐘頻率為1.28Mhz，轉(zhuǎn)換時(shí)間約為80到100us，能達(dá)到所要求的采樣速率。并且，ADC0809的字長(zhǎng)為8 位，便于單片機(jī)讀取。ADC0809采用5V電壓基準(zhǔn)，可以采集0到+5V的范圍的動(dòng)態(tài)信號(hào)。數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與壓縮利用51開發(fā)板上的RAM芯片65536將采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，容量為32kb。AD輸出的數(shù)據(jù)位數(shù)是8位的數(shù)據(jù)，采樣率為8kb/s。因此若將AD采集到的數(shù)據(jù)直接存于65536中，可存儲(chǔ)4s的數(shù)據(jù)。若需要延長(zhǎng)存儲(chǔ)時(shí)間，則必須采用壓縮算法，將采集到的數(shù)據(jù)先進(jìn)行壓縮再存儲(chǔ)在65536里面。壓縮算法分為有損壓縮和無損壓縮。常用的壓縮算法種類有PCM、M增量編碼、DPCM編碼、差值法等。數(shù)模轉(zhuǎn)換又稱D/A轉(zhuǎn)換。是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)的過程。通過單片機(jī)控制，將之前儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)回放，恢復(fù)聲音信號(hào)。DAC0832的工作電壓為5V，轉(zhuǎn)換字長(zhǎng)為8位，轉(zhuǎn)換時(shí)間為1us，滿足題目要求。輸出信號(hào)為電流信號(hào)，需要外部電路完成電壓-電流轉(zhuǎn)換。數(shù)模轉(zhuǎn)換功率放大器通常運(yùn)算放大器無法直接驅(qū)動(dòng)較大負(fù)載，即輸出較大（100mA左右或以上）電流，需