畢業(yè)論文--數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)設(shè)計(附帶程序0)

1、本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）題 目：數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)的設(shè)計學(xué)生姓名：學(xué) 號：5014專業(yè)班級：電信06101班指導(dǎo)教師：完成時間：2010年5月10日摘要2ab st r act 2引言31系統(tǒng)的方案論證32系統(tǒng)硬件設(shè)計42. 1拾音器52. 2放大器設(shè)計62.3可調(diào)穩(wěn)壓電源的設(shè)計82.4 at89c51 介紹82.5 d/a a/d 轉(zhuǎn)換器102. 5. 1 d/a轉(zhuǎn)換器dac0832的介紹102. 5. 2 a/d轉(zhuǎn)換器da574的介紹112. 6存儲器的選擇122.7鍵盤的設(shè)定133模塊接口原理133. 1 at89c51 和 ad574 的接口原理 133. 2 dac0832與單片

2、機的接口原理1533存儲芯片與單片機的接口原理 164系統(tǒng)接口總圖163.5系統(tǒng)的校正174軟件設(shè)計195結(jié)論19答謝20參考文獻20附錄：總程序21數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)的設(shè)計專業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)姓名：李進國指導(dǎo)老師：彭光含摘要：本文介紹的數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)將完全可以替代傳統(tǒng)的磁帶語音錄放系統(tǒng)。其基本原 理是對語音的錄音與放音的數(shù)字化控制。為了增加語音存儲時間，提高存儲器的利用率，采用了非 失真壓縮算法對語音信號進行壓縮后再存儲，而在回放時再進行解壓縮，同時，該系統(tǒng)對語音信號 分別采用了數(shù)據(jù)采集直存直取，欠抽樣采樣和自相似增量調(diào)制等三種方法，完成了對語音信號存儲與 回放。關(guān)鍵詞：

3、數(shù)字化存儲，回放，數(shù)字濾波，采樣，模/數(shù)轉(zhuǎn)換，校正design of digit-voice recorder and playbacksystemelectronics and information science and technologyadvisor: peng guanghancandidate: li jinguoabstract: the digit-voice recorder and playback system that this paper introduces can be substituted for traditional tape record syste

4、m its basic prineple is the digital control for the recowde and playback of voice. for increase, to increase pronunciation store time and raise utilization ratio of the memory,it adopts non-distorted to compress algorithm before storing to pronunciation signal and to decompress in the playback.at th

5、e same time, system the system introduces the direct store & access of data collection,and agc on acoustic signal respectively to store and playback completely.keywords: digital store, playback, digitalfilter, sample, a/d convert, correct ing引言語音信號處理屬于信息科學(xué)的一個重要分支，大規(guī)模集成技術(shù)的高度發(fā)展和計算機技術(shù)的飛速前進，推動了這一技術(shù)的

6、發(fā)展。在數(shù)字音頻技術(shù)和多媒體技術(shù)迅速發(fā)展的今 天，傳統(tǒng)的磁帶語咅錄放系統(tǒng)因體積大、使用不便、放咅不清晰而受到了巨大挑戰(zhàn)。采 用單片機對語音進行錄放解決體積大的問題。單片機語音錄放系統(tǒng)是以數(shù)字電路為基 礎(chǔ)，利用數(shù)字語音電路來實現(xiàn)語音信號的數(shù)據(jù)化、存儲、還原等任務(wù)，數(shù)據(jù)化原理語音 電路是一種集語音合成技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)以及微控制器技術(shù)為一體的一種新型 技術(shù)。其中關(guān)鍵技術(shù)在于：為了增加語音存儲時間，提高存儲器的利用率，采用了非失 真壓縮算法對語咅信號進行壓縮后再存儲，而在回放時再進行解壓縮。同時，對輸入語 音信號進行數(shù)字濾波以抑制雜音和干擾,從而確保了語音冋放的可靠質(zhì)量。語音集成電路與微處理器

7、相結(jié)合，具有體積小、擴展方便等特點，具有廣泛的發(fā)展 前景。1系統(tǒng)方案論證語音編碼方案：人耳能聽到的聲音是一種頻率范圍為20 hz20000 hz，而一般語音頻率最高為3400 llzo語音的采集是指語音聲波信號經(jīng)麥克風(fēng)和高頻放大器轉(zhuǎn)換成有一定幅度的模 擬量電信號，然后再轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的全過程。根據(jù)“奈奎斯特采樣定理”，采樣頻率必 須大于模擬信號最高頻率的兩倍，由于語音信號頻率為3003 400 hz ,所以把語音采 集的采樣頻率定為8 khzo從語音的存儲與壓縮率來考慮，模型參數(shù)表示法明顯優(yōu)于信 號波形表示法。但要將之運用于單片機，顯然信號波形表示法相對簡單易實現(xiàn)?；?這種思路的算法，除了傳統(tǒng)

8、的一些脈沖編碼調(diào)制外，目前已使用的有vq技術(shù)及一些變 換編碼和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，但是算法復(fù)雜，目前的單片機速度底，難以實現(xiàn)。結(jié)合實際情 況，提出以下幾種可實現(xiàn)的方案。（1）短時平均跨零記數(shù)法，該方案通過確定信號跨零數(shù)，將語音信號編碼為數(shù)字 信號，常用于語音識別中。但對于單片機，由于處理數(shù)據(jù)能力底，該方法不易實現(xiàn)。（2）實時副值采樣法采樣過程如圖1. 1所示。抽樣最化圖1.1采樣過程心儲具體實現(xiàn)包括直存取法、欠抽樣采樣法、自相似增量調(diào)制法等三種基本方法。其屮 第三種實現(xiàn)方法最具特色，該方法可使數(shù)據(jù)壓縮比例達到1： 4. 5,既有am調(diào)制的優(yōu)點, 乂同時兼有pcm編碼誤差較小的優(yōu)點，編碼誤差不向后擴散

9、。a/d、d/a及存儲芯片的選擇：單片機語音生成過程，可以看成是語音采集過程的逆過程，但又不是原封不動地恢復(fù) 原來的語咅，而是對原來語咅的可控制、可重組的實時恢復(fù)。在放咅時，只要依原先的采 樣直經(jīng)d/ a接口處理，便可使原音重現(xiàn)。（1）a/d轉(zhuǎn)換芯片的選擇，根據(jù)題目要求采樣頻率fs二8khz,字長二8位，可選擇轉(zhuǎn) 換時間不超過125應(yīng)的八位a/d轉(zhuǎn)換芯片。目前常用的a/d轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的方法有多種，鑒 于轉(zhuǎn)換速度的要求，我們采用a/d轉(zhuǎn)換芯片ad574o該芯片是高速12位逐次比較型a/d 轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙極性屯路構(gòu)成的混合集成轉(zhuǎn)換顯片，具有外接元件少，功耗低，精度高 等特點，并且具有自動校零和自動極性

10、轉(zhuǎn)換功能，只需外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個 完整的a/d轉(zhuǎn)換叫（2）d/a轉(zhuǎn)換芯片的選擇。d/a轉(zhuǎn)換芯片的作用是將存儲的數(shù)字語音信號轉(zhuǎn)換為模 擬語音信號，由于一般的模擬轉(zhuǎn)換器都能達到lus的轉(zhuǎn)換速率，足夠滿足題冃的要求, 故我們在此選用了通用d/a轉(zhuǎn)換器dac0832o（3）數(shù)據(jù)存儲器的選擇。當采樣頻率fs二8khz,字長為8位吋，一秒鐘的語音需要 8k字節(jié)的存儲空間，則存儲器至少需要有80kx8容量。在這里我們選用閃速存儲器 at29c040作為存儲器，一片該芯片可存儲60秒鐘的語言。2系統(tǒng)硬件設(shè)計數(shù)字化語咅存儲與回放系統(tǒng)的基本思想是通過拾咅器將聲咅信號轉(zhuǎn)化成屯信號，再 經(jīng)過放大器放大，然后

11、通過帶通濾波器濾波，模擬語音信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換（a/d）轉(zhuǎn)換 成數(shù)字信號，再通過單片機控制將數(shù)據(jù)從存儲器中讀出，然后通過數(shù)模轉(zhuǎn)換（d/a）轉(zhuǎn) 換成模擬信號，經(jīng)放大再揚聲器或耳機上輸出。整個系統(tǒng)框架圖如圖2.1所示：圖2. 1整體框圖系統(tǒng)組成如圖所示，由輸入通道、at89c51單片機和輸出通道三部分組成。輸入通道 部分由拾咅器、前置放大電路和帶通濾波器組成；輸出通道由帶通濾波器、后級放大屯 路組成。拾音器輸出的毫伏信號實測其范圍約為20、25mv,此電信號太小不能夠進行 采樣，后級a/d轉(zhuǎn)換輸入信號的動態(tài)范圍為05v,語音信號的范圍與采樣范圍的比較得 出放大器的放大倍數(shù)應(yīng)為200倍左右，此處將信號

12、通過一增益為46db的放大器，將其 放大到伏特量級，輸岀級放大電路也采用這種電路，兩級放大電路都采用增益可調(diào)的典 型電路?？紤]到語咅信號的固有特點，將低于300i1z和高于3.4kiiz的分量濾掉后語音 質(zhì)量仍然良好。此處將其通過一增益為46db的放大器，因此，將帶通濾波器設(shè)計為典 型的300hz3 4khz,輸出級帶通濾波器也為300hz3. 4khz,這樣既可濾掉低頻分量乂可 濾掉d/a轉(zhuǎn)換帶來的高頻分量，很好的濾除掉噪聲。根據(jù)奈奎斯特抽樣定理知欲使采樣 信號無失真，抽樣頻率最低為6. 8khz,考慮到留有一定的余地，這樣就足夠保證語音質(zhì) 量。經(jīng)量化后，微處理器將數(shù)據(jù)存到處理器，需要時再將

13、其回放，存入與放出由開關(guān)通 過微處理器來控制實現(xiàn)。存儲器的容量選擇視所存語音信號的時間長短而定。為了使a/d 的輸入信號穩(wěn)定在其動態(tài)范圍內(nèi)，在輸入級加上了自動增益控制電路，同時也使音量穩(wěn) 定。2. 1拾音器拾音器是一種聲傳感器，聲傳感器是把外界聲場中的聲信號轉(zhuǎn)換成電信號的傳感 器。拾音器包括拾音頭和音臂等附件，其換能裝置主要有壓電式、電磁式、電容式以及半導(dǎo)體等。唱針耦合在線圈上的稱動圈式，耦合在磁鋼上的稱動磁式。此外，也有將唱 針耦合在銜鐵上的稱為動鐵式，也稱可變磁阻式。在本設(shè)計屮采用動圈式拾咅器2.2放大器的設(shè)計增益放大器拾咅器輸出的毫伏信號實測其范圍約為2025mv,此屯信號太小不能夠進行

14、采樣，后級a/d轉(zhuǎn)換輸入信號的動態(tài)范圍為05v,語音信號的范圍與采樣范圍的比較得出放大 器的放大倍數(shù)應(yīng)為200倍左右，所以為了將從拾音器獲得的微弱語音信號放大,木系統(tǒng) 采用兩極高輸入阻抗的同向放大器，將其放大到伏特量級，電路圖如圖2. 2所示圖2. 2增益放大器輸岀放大器經(jīng)帶通濾波器輸出的聲音回放信號，其幅度為05v,足以用耳機來收聽，可不接任何放大器。但考慮到實際中經(jīng)?；赜玫綋P聲器外放，故在本系統(tǒng)中增加外放功能，前端放大器采用通用型音頻功率放大器lm386來完成網(wǎng)。電路如圖2. 3所示: i2v語吉輸入r1del3poc8220 arv31.2k:c2口.口 eur2id圖2. 3輸出放大器

15、 j i 2 j vr1iq kc7ls1sp cakeh該電路增益為50200,連續(xù)可調(diào)，最大不失真功率為325mwo輸出端接c4、r9串聯(lián)電路，以校正揚聲器的頻率特性，防止高頻白激腳7接220uf去偶電容，以消除低 頻自激.為便于該功放在高增益情況下工作，這里將不使用輸入端腳2對地短路.有源帶通濾波器濾波器是一種能使有用頻率信號通過同時抑制（或衰減）無用頻率信號的電子裝置。工程上常用它來作信號處理、數(shù)據(jù)傳輸和抑制干擾等。這種濾波電路主要由無源元 件r、l和c組成的有源濾波電路。此外，由于集成運放的開環(huán)電壓增益和輸入阻抗都 很高而輸岀阻抗很底，所以構(gòu)成的有源濾波電路具有一定的電壓放大和緩沖作

16、用。聲音信號經(jīng)動圈拾音器轉(zhuǎn)有源濾波器換成電壓信號，通過前級放大，在對其進行數(shù) 據(jù)采集之前，有必要經(jīng)過帶通濾波器除帶外雜波，選定該濾波器的通帶范圍為300hz3.4khz,其作用是:（1）保證300-340011z的語咅信號不失真的通過濾波器;（2）濾除通帶外的低頻信號，以減少帶外功頻等分量的干擾，大大減少噪聲影響,該下限頻率可下延到270hz左右;（3）便于濾除通帶外的高次諧波，以減少因8khz采樣率而引起的混疊失真，根據(jù)實際情況，該上限頻率可在2700hz左右，帶通濾波器按品質(zhì)因數(shù)q的大小為窄帶濾波 器（q>10）和帶通濾波器（q<10）兩種，本題屮，上限頻率fh=3400ilz

17、,通帶濾波器中心頻率0）與品質(zhì)因數(shù)q分別為fo=7f/?fl =73400x300 =1010hz。骨計” 26顯然，qv10,故該帶通濾波器為寬帶帶通濾波器。寬帶帶通濾波器由高通和低通 濾波器級聯(lián)構(gòu)成，鑒于butterworth濾波器帶內(nèi)平坦的響應(yīng)特性，我們選用二階butterworth帶通濾波器，電路如圖2. 4所示:infmlitii圖2. 4帶通濾波器實驗證明，該濾波器能有效的濾除低頻分量，大大減少噪聲干擾，與之同時也綠除 了多余的高頻分量，消除了高頻失真，性能足以滿足要求。2.3可調(diào)穩(wěn)壓電源的設(shè)計這里介紹的穩(wěn)壓電源，釆用三端可調(diào)穩(wěn)壓集成電路lm317,外圍電路十分簡單，便于制作。該穩(wěn)

18、壓電源，電壓可調(diào)范圍1. 5-25v,最大負載電流1. 5ao電路如圖2. 5所示:圖2. 5可調(diào)直流穩(wěn)壓電源220v交流電經(jīng)變壓器tr1降壓，得到24v交流電，再經(jīng)vd1vd4組成的全橋整流, 由c1濾波后得到33v左右的直流電壓。該電壓經(jīng)集成電路lm317后得穩(wěn)壓輸出，調(diào)節(jié)電 位器rv1,即可連續(xù)調(diào)節(jié)輸出屯壓。圖屮c2用以消除寄生振蕩,c3的作用是抑制紋波,c4 是用以改善穩(wěn)壓電源的的暫態(tài)響應(yīng),vd6、vd7在輸出端電容漏電或調(diào)整端短路時起保護 作用。vd5為木電源的工作指示燈，電阻r1是限流電阻。輸出端接微型電壓表pv, t1j 以直觀的指示輸出電壓值。各元件具體參數(shù)如圖所標。2. 4

19、t89c51 介紹at89c51是一種帶4k字節(jié)片內(nèi)程序存儲器，且是高性能cm0s8位微處理器,俗稱單片機。 它有40個引腳,4個8位并行輸入/輸出(i/o)端口： p0、pl、p2、p3,其中，p1是 完整的8位準雙向i/o 口，兩個外中斷，2個16位可編程定時/計數(shù)器，兩個全雙向串 行通信口，一個模擬比較放大器。管腳如圖2. 6所示。(1)引腳介紹p0 口： p0 口為一個8位漏級開路雙向i/o 口，用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，可以被 定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。pl 口： pl 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o 口，管腳寫入1后，被內(nèi)部 上拉為高，可用作輸入，p1 口被外部下拉為低屯平

20、時，可用作輸出。p2 口: p2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o 口，p2 口當用于外部程序存儲器 或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，p2 口輸出地址的高八位。p2 口在flash編程 和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。p3 口： p3 口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o 口，當p3 口寫入1后，它們被 內(nèi)部上拉為高屯平，用作輸入。當外部下拉為低屯平，p3 口將輸出屯流，作為輸出。rst：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持rst腳兩個機器周期的高電平時間。 ale/prog：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。psen：外部程序存儲器的選通信號

21、。ea/vpp：當/ea保持低電平時，則在此期間選通外部程序存儲器不管有無內(nèi)部程序 存儲器。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。xtal2：來自反向振蕩器的輸出。u1>xtal1xtal2po.o/ado p0.1/ad1 p0.2/ad2 p0.3/ad3rstp0.4/ad4p0.s/ad5p0.6/ad6p0.7/ad7p senp2.0/a8p2.1/as p2.2/a10 p2.3/a11alep2.4/a12eap2.5/a13p1 .0p2.6/a14 p2.7/a1sp3.0/fxdp1 .1p3.1 /txdp1 .2p3.2/1nt0p1 .3p

22、3.34nttp1 .4p3.4/t0p1 .5p3.5/t1p1 .6p3.6otr-p1 .7at89cs1393837363s3433圖2. 6 at89c51引腳圖勇23242526272810"1213141s1617（2）主要性能指標a. 與mcs-51兼容b. 4k字節(jié)可編程閃爍存儲器c. 三級程序存儲器鎖定d. 128*8 位內(nèi)部 rame32可編程1/0線f.兩個16位可編成定時器/計數(shù)器&5個中斷源h低功耗的閑置和掉電模式i. 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路，時鐘頻率1. 212mhz;可有時鐘輸出j.有強的位尋址位處理能力(3) cpu時鐘電路at89c51單片機

23、有一個高增益反向放大器，用于構(gòu)成振蕩器，引腳xtal1和xtal2分別是此放大器的輸入端和輸出端。在xtal1和xtal2兩端跨接晶體或陶瓷振蕩器，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時鐘發(fā)生器，見圖2. 7所示：isopf lxtal2nr* ati89c51j12mhz 5單片xtall機jupr1圖2. 7 at89c51的時鐘電路外接晶振時，cl、c2值通常選擇為30pf左右；外接陶瓷振蕩器時，cl、c2約為 47pfo cl、c2對頻率有微調(diào)作用，震蕩頻率范圍是1.212mhzo(4) 復(fù)位屯路at89c51通常采用上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種方式。上電復(fù)位電路在通電

24、瞬 間，在rc電路充電過程中，rst端出現(xiàn)正脈沖，從而使單片機復(fù)位。按鍵手動復(fù)位乂分 為按鍵電平復(fù)位和按鍵脈沖復(fù)位，按鍵電平復(fù)位是將復(fù)位端通過電阻與vcc相連，按鍵 脈沖復(fù)位是利用rc微分電路產(chǎn)生正脈沖來達到復(fù)位的目的。2.5 d/a、a/d 轉(zhuǎn)換器2. 5. 1 d/a轉(zhuǎn)換器dac0832的介紹主要性能指標分辨率，通常將輸入數(shù)字量的最低有效位lsb變化1時所引起的輸入電壓的變化 v稱為分辨率，即厶v=vm/2,式中，vni為輸出電壓的滿度值；n為d/a轉(zhuǎn)換器的二進制數(shù) 的位數(shù)。建立時間，當dac輸入數(shù)字量發(fā)牛變換時，輸出模擬電壓也隨之改變，但輸出電壓 變化到穩(wěn)定值時相對于輸入數(shù)字量的變化有一

25、段延遲時間，這段延遲時間就稱為建立時 間，用“表示。建立時間越短，dac的轉(zhuǎn)換速度越塊。通常用轉(zhuǎn)換時間來反映建立時間, 如dac0832的轉(zhuǎn)換速度為100ns, dac0832的轉(zhuǎn)換速度為0. 1ms。轉(zhuǎn)換誤差，轉(zhuǎn)換誤差可以用絕對誤差或相對誤差r來表示。絕對誤差是指dac 的輸入端加有固定的數(shù)字代碼時，實際測得模擬輸出值理論值之間的差。相對誤差r是 指絕對誤差與滿度值之比，常用百分數(shù)表示。電源抑制比，dac的輸出電壓的變化量與相對應(yīng)的電源電壓變化量之比定義為電源 抑制比。要求屯源屯壓發(fā)生變化時，對輸出屯壓的影響越小越好。表2.1dac0832的引腳符號引腳功能符號引腳功能dg7-4.1613數(shù)

26、據(jù)輸入線vcc20電源輸入線ile19數(shù)據(jù)允許信號一高電iovti jovtz11,12電流輸出線平有效agnd3模擬信號地cs1輸入寄存器選擇信dgnd10數(shù)字地號zf氐電平有效rr?irfb9反饋借號輸入7輸入奇存器寫選通信線號，低電平有效tur 218 dac奇存器寫迭通借vr£fs基準電源輸入線號，低電平有效數(shù)據(jù)傳送信號：低電xfer17平有效2. 5. 2 a/d轉(zhuǎn)換器da574的介紹ad574的特點及功能ad574是ad公司生產(chǎn)的12位逐次逼近型adc ,它的轉(zhuǎn)換速度為25 ns ,轉(zhuǎn)換精度 為0.05%,可廣泛應(yīng)用在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。由于ad574芯片內(nèi)有三態(tài)輸出緩沖電路

27、，因 而可直接與單片機的數(shù)據(jù)總線相連，而無須附加邏輯接口電路。引腳分布如圖2.8所 示：+71 2矩csaor/cce7+refoutagnd ref in7-bipoff1 ov in2ov in8765432109876522222222211111 ) 0ss0 12 3 4 12345678911111 匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚stsdb1 1 /msbdb1 odb9dbsdb7dbsdbsd曰4db3db2db1 dbo/lsb dond圖2.8 ad574的引腳圖cs:片送。ce:片啟動。r / c :讀出/轉(zhuǎn)換控制。12/8 :數(shù)據(jù)輸出格式選擇腳。當12/8為1 （ +5v

28、）時，12條數(shù)據(jù)線將同時行輸出；當12/8為0（0v）時，為8位雙字節(jié)輸出。a0 :字節(jié)選擇線。在轉(zhuǎn)換期間，當a0為0時,ad574進行全12位轉(zhuǎn)換；當a0為1時, 進行8位轉(zhuǎn)換。在讀出期間，當a0為0時，輸出高8位；當a0為1時，輸出低4 位，并以4個0作為尾隨的4位以補足8位，即當兩次讀出12位數(shù)據(jù)時，應(yīng)遵循左 對齊原則。sts:輸出狀態(tài)指示引腳。轉(zhuǎn)換開始吋,sts為高電平，并在轉(zhuǎn)換過程中保持高電平。轉(zhuǎn)換 完成后,sts返回到低電平。sts可以作為狀態(tài)信息被cpu查詢；也可以在它的下降沿 向cpu發(fā)出中斷請求，以通知a /d轉(zhuǎn)換已完成，同時cpu可以讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果。2. 6存儲器的選擇622

29、56是32k的低功耗靜態(tài)ram存儲器.用p0和p2來擴展外部ram （就是用p0和 p2與62256對應(yīng)的管腳相連接）,假設(shè)p2.7接wr, p2. 6接rd, p2.5接cs,那么就可 以確定個外部ram的一個地址，想往外部ram的一個地址寫一個字節(jié)時，地址可以定為 xbyte 0x4000,其屮wr, cs為低，rd為高，那就是高位的4 （0100也就是p2. 7和 p2.5輸出了低電平，而p2. 6輸出了高電平，目的當然是要選通62256并u向62256寫 入數(shù)據(jù)），其它位的可以根據(jù)情況自己定（也就是其它位是什么不打緊，關(guān)鍵就是控制 wr, cs, rd的那兒個位要符合選通，讀，寫的規(guī)定

30、就可以了），現(xiàn)在我們向62256中寫個26進去就可以使用這條語句：xbyte 0x4000 =26。mcs-51單片機系統(tǒng)擴展時，一 般使用p0 口作為地址低8位（與數(shù)據(jù)口分時復(fù)用），而p2 口作為地址高8位，它共有 16根地址總線，尋址空間為64kbou1aaaaaaaaaaaaaaao 123 401234567891111101234567dddddddd_11圖2.9 62256引腳圖2. 7鍵盤的設(shè)定木系統(tǒng)只涉及到錄音播放和復(fù)位，所以鍵盤由三個按鍵組成。當錄音鍵按下時啟動 單片機和a/d傳換芯片工作，存儲器滿則自動保存；當放音鍵按下時啟動單片機和d/a 轉(zhuǎn)換芯片工作，放音完成則自動停

31、止；復(fù)位鍵有兩種情況，錄音時按下復(fù)位鍵則暫停錄 咅，再按下就繼續(xù)錄咅，若按連續(xù)按兩下則重新錄咅；當放咅時按下復(fù)位鍵則暫停放咅, 再按下就繼續(xù)放音，若按連續(xù)按兩下則重新放音。圖2.10鍵盤按鍵3各模塊接口原理3. 1 at89c51 和ad574 的接口原理ad574和at89c51系統(tǒng)的基本組成主要有單片機、a/d轉(zhuǎn)換器和計算機接口。其 屮單片機是系統(tǒng)的核心部分，單片機發(fā)出控制信號以啟動a/d轉(zhuǎn)換器進行采樣，然后將 轉(zhuǎn)換結(jié)果存入雙端口sram。系統(tǒng)的硬件設(shè)計在連接上應(yīng)主要考慮三總線（控制總線、地址總線、數(shù)據(jù)總線)的連接，連接方式如圖29所示:=?= i31¥tt圖3. 1單片機at8

32、9c51與ad574的接口圖u2p1.0vccpl !poopi 2p0 1ri. j pl 4p0.3pi 5p0.4pi 6p05pl 7b9s51p06rstpo 7p3 cmrxt)ea/y"p3 t(txd)alep3 w1nt0)p3.“intnpj 4<to)pj s(t1)p2 5pj 6p24pj.7p2jxtal2p22xtalip2 1gndp2o15vtu1vi5*rs> bzobn<msb)vsdbioaodb9rtcdb8cead574 db7vccdb6ref outdbsacdbarefindb3veedb2b if off invd

33、8f20vidc28767t23 tt tt tt w it tt t7 tt圖中ad574是1個完全的單片式12位逐次比較型a/d轉(zhuǎn)換器，它帶有可以直接與8 位或16位總線接口的三態(tài)緩沖器，因而不需要再加鎖存器。由于ad574片內(nèi)自帶高精度 參考電壓和時鐘，因此不需要外部電路和時鐘就可全速工作，是一種常用的中速a/d 轉(zhuǎn)換芯片。at89c51的主要任務(wù)如下：(1) 接收主機的采樣命令。即利用pl7 口并采用查詢方式等待鍵盤發(fā)出采樣命令， 當其為低電平時，啟動采樣過程。(2) 啟動采樣。at89c51利用p2. 7經(jīng)過反相后控制ad574的讀出和啟動轉(zhuǎn)換控制 線r/c ,并再經(jīng)過與非門和反相器

34、來控制片選線cs(低電平有效)。當p2. 7為高電平 時，所有ad574都處于待啟動狀態(tài)，即設(shè)定各ad的啟動地址均#ffffh。at89c51的wr、 rd經(jīng)過與非門接到ad574的使能端，任意有效信號都會使能ad。(3) 讀取并存儲轉(zhuǎn)換結(jié)果。所有ad轉(zhuǎn)換結(jié)束與否的判斷均由p1 口的低4位來進行, 當?shù)?位均為低電平時，表示所有轉(zhuǎn)換都已結(jié)束。進行讀取操作時，地址應(yīng)為對應(yīng)存儲 器單元的操作地址，因為存儲器單元地址的末尾2位數(shù)依次為00、01、10、11 ,因此， 對單元操作也就是表示對相應(yīng)編號的a / d轉(zhuǎn)換器進行了讀操作。(4) 發(fā)出中斷。當存儲數(shù)據(jù)時，p2.2的狀態(tài)可以判斷存儲器是否已滿。該

35、電路采 用單極性輸入方式，可對010v或020v模擬信號進行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)果的高8位從d11d4輸出，低4位從d3do輸出，并且直接和單片機的數(shù)總線相連。轉(zhuǎn)換遵循左對齊原 則,d3do應(yīng)接單片機數(shù)據(jù)總線的高半字節(jié)。為了實現(xiàn)啟動a/d轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀 出，ad574的片選信號cs由地址總線的次低位a1(po. 1)提供，在讀寫吋,a1應(yīng)設(shè)置 為低電平o ad574的ce信號由單片機的wr和a7( p0. 7)經(jīng)一級或非門產(chǎn)生。r/c則由 rd和a7經(jīng)一級或非門提供?？梢娫谧x寫時,a7亦應(yīng)為低電平。輸出狀態(tài)信號sts接到 p3.2端可供單片機查詢判斷a/d轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。ad574的a0由地址總線的

36、最低位 a0( p0. 0)控制，可用于實現(xiàn)全12位轉(zhuǎn)換，并將12位數(shù)據(jù)分兩次送入數(shù)據(jù)總線。3.2 dac0832與單片機的接口原理正常情況下dac0832與單片機的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是cs、clk、do、dlo 但由于do端與d1端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設(shè) 計時可以將do和d1并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用，如圖3.2所示：fsvccwr1ilecbv1/bv2)gndwr2di3xferqi2di-4omdi6diodi6vrefdi7rfbiout2gndiout1u-4主daco83217<4105-1*5g1471384219xtal1po o/a

37、doxtal2po.1/ad1po 2/ad2po.3/ao3rstp0.-4/ad-4 po 5/ad5 p0.8zad8 po 7/ad7psenp2.o/a8p2.2/a1op2.3/a11aleeap-1 op2.a/a12p2.5/a13p2.7/a15p3 o/rxop1 .1p3 1/txop1 2p3 2/intop1.3p3.3/int1p1 -4p3 4/top1 5p3 6/t1p1 .8p1 .7p3.6aivrp3.7/rou3it誰b二隹-凄一s圖 3. 2 dac0832 與 at89c51 的接口圖單片機對adc0832的控制原理：當adc0832未工作時其cs

38、輸入端應(yīng)為高電平，此時芯片禁用，clk和d0/d1的電 平可任意。當要進行a/d轉(zhuǎn)換時，須先將cs使能端置于低屯平并且保持低屯平直到轉(zhuǎn) 換完全結(jié)束。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端clk輸入時鐘 脈沖，d0/d1端則使用d1端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第1個時鐘脈沖的下沉 之前d1端必須是高電平，表示啟始信號。在第2、3個脈沖下沉之前d1端應(yīng)輸入2位 數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。3.3存儲芯片與單片機的接口原理62256是32k的低功耗靜態(tài)ram存儲器.用p0和p2來擴展外部ram （就是用p0和p2與62256對應(yīng)的管腳相連接），假設(shè)p2.7接wr, p2. 6接rd, p2

39、.5接cs,那么就i上3332kzs學(xué)u7可以確定一個外部ram的一個地址，如下圖3. 3所示：pdxyaddpo.vap1 rojataozfojlfa»3pos/aos pdj&adgpd.7/ad7p2.1/abzjva1dz3fa112.wa1zzjaon劇w2.7a1s3xyrxd3.irtxd 3intd 3jyimt1 ps.wnrnp 3.7/kf圖3. 3 62256與at89c51的連接其中wr, cs為低rd為高，那就是高位的4（0100也就是p2. 7和p2. 5輸出了低 電平，而p2. 6輸出了高電平，目的當然是要選通62256并且向62256寫入數(shù)

40、據(jù)），其它 位的可以根據(jù)情況自己定（也就是其它位是什么不打緊，關(guān)鍵就是控制wr, cs, rd的那 幾個位要符合選通，讀，寫的規(guī)定就可以了）。mcs-51單片機系統(tǒng)擴展時，一般使用p0 口作為地址低8位（與數(shù)據(jù)口分時復(fù)用），而p2 口作為地址高8位，它共有16根地址 總線，尋址空間為64kbo3.4系統(tǒng)接口總圖完成了各模塊的設(shè)計，接下來是系統(tǒng)整體的連接以及系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，單片機作為 系統(tǒng)的核心，控制著所有芯片的啟停。錄音鍵按下單片機啟動ad574,麥克風(fēng)將將采集 的語音信號經(jīng)放大器放大濾波放大后送往ad574轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號存放在存儲芯片62256 中；當放音鍵按下時，單片機啟動dac0832并

41、將存儲器中的數(shù)據(jù)送往dac0832經(jīng)濾波網(wǎng) 絡(luò)和后置放大器放大最后由揚聲器將聲咅還原。系統(tǒng)接口原理如圖3. 4所示：in3.4系統(tǒng)原理圖3. 5系統(tǒng)的校正首先對頻域中的（吋/j/sin（砒7.九）函數(shù)進行分析，（/；）/sin（砒/人）在頻域304030h范圍內(nèi)的曲線如圖3. 5所示:1 00451 0041 00351 0031.00251. 0021.00151 0011.00051圖3. 5函數(shù)分析圖由圖可見，它近似于阻帶內(nèi)增益變化極為緩慢近于恒定的高通濾波器。進一步分析 可知，該曲線在頻率很高處有大幅度的下降，故可用帶通濾波器來擬合該曲線，由于受 單片機數(shù)據(jù)運算處理能力（0.5mps）

42、的限制，數(shù)字濾波不易實現(xiàn)，故這里采用硬件濾波， 濾波電路如圖3. 6所示。圖3. 6濾波電路該濾波網(wǎng)絡(luò)采用簡單的無源濾波網(wǎng)絡(luò)即可實現(xiàn)，圖中&構(gòu)成初始放大倍數(shù)近 乎恒定的網(wǎng)絡(luò).觀察到在頻率較高處有大幅度的衰減，故該網(wǎng)絡(luò)還應(yīng)滿 足在頻率較高處的衰減特性，考慮到對于聲咅信號，過多的高頻分量只能增加噪聲，所 以后接忌、c?構(gòu)成低通濾波器，截止頻率設(shè)在3. 4kiiz±100iizo該網(wǎng)絡(luò)在頻域由30iiz 起，增益緩慢增大,到3. 4khz處幅頻。4軟件設(shè)計單片機at89c51通過片選方式掃描鍵盤，有錄音鍵按下則錄音，同時錄音過程中若 有復(fù)位鍵按下則暫停錄音，返回檢測鍵盤，有復(fù)位鍵則

43、繼續(xù)錄音，若連續(xù)按兩下復(fù)位鍵 則清空存儲器重新錄音；存儲器滿則自動返回，當有放音鍵按下則開始播放，播放過程 中若檢測到復(fù)位鍵則暫停播放，在檢測到復(fù)位鍵則繼續(xù)播放，若連續(xù)檢測到兩次復(fù)位鍵 則重新播放。程序設(shè)計流程圖如圖4.1所示：程序流程圖圖4. 15結(jié)論本論文是采用單片機來實現(xiàn)語音錄放系統(tǒng)的設(shè)計，解決了以前用磁帶記錄的缺陷，單片機語音錄放系統(tǒng)是數(shù)字電路為基礎(chǔ)，利用數(shù)字語音電路來實現(xiàn)語音信號的記錄、存儲、述原等。它具有體積小，使用方便，可靈活擴展等優(yōu)點。通過此語音錄放系統(tǒng)的設(shè)計可以看出，數(shù)字語音系統(tǒng)比模擬語音系統(tǒng)更方便，更靈活，它是以后語音系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。由于本人知識的欠缺和實驗條件的限制，本設(shè)

44、計還存在許多的不足z處，只完成了理論部分的工作，沒有做出仿真和硬件的制作。再以后的工作中，我會繼續(xù)努力提高自己的知識水平，定在屯子專業(yè)方面做出貢獻。答謝：經(jīng)過半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng) 驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有彭光含導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起學(xué)習(xí)的同學(xué) 們的支持，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。彭老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階 段，從外出實習(xí)到查閱資料，設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設(shè)計，裝配草圖等整個 過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。除了敬佩彭老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴謹和科學(xué)研究的精神， 也是我永遠學(xué)

45、習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。也要感謝和我一起作畢業(yè)設(shè)計的宿舍 同學(xué)，在他們的幫助下順利完成畢業(yè)設(shè)計。最后要感謝大學(xué)四年來所有的老師和同學(xué)，有了你們的 支持和鼓勵。此次畢業(yè)設(shè)計才會得以順利完成。參考文獻1 單片機原理及應(yīng)用.張毅剛.高等教育出版社2003.2 現(xiàn)代語音處理技術(shù)及應(yīng)用.張雄偉編著.北京：機械工業(yè)出版社，2003. 8c程序設(shè)計.譚浩強.北京：清華大學(xué)出版社19994 姚曉亮劉春河楊林杰，一種數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)的設(shè)計，芯片應(yīng)用，2007, 6: 127-1295 黃恩，魏煒，鄒搜濤，等。數(shù)宇化語音存儲與回放系統(tǒng)硬件設(shè)計。中國儀器儀表，2003,3:42-44.6

46、謝自美。電子線路設(shè)計實驗測試。華中科技大學(xué)出版社。2000. 57 康華光。電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）.北京：高等教育出版社，1999.8 高海春，任開達，孔徳峰，等。數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)，華東船舶工業(yè)學(xué)院學(xué)報。2000,6: 76-79o9 susan a. r. garrod, robort j. borns. digitai logic-analysis appiication and design. holt rinehart and winston, inc., 1991.10 a book on c：programmi ng i n c, fourth edition 美al ke

47、 iley, ira pohi add i son wes iey/pearson 2004系統(tǒng)總程序bz1: equ 20hbz2: equ 21hbz3:equ 2211mov20h, #oohmov21h, #oohmov22h, #oohsetbeasetbitsetbexomain:movrl, #80hma1n0:mova, 20hcjxea, #o1h, ma inijmpccmani:mova, 21hcjnea, #o1h, main2jmpffmain2:movdptr, ttoefffhmovxa, dptrmovdptr, ttodfffhmovxdptr, amovd

48、ptr, #obfffhmova, r1decamovrl, acjnea, #ooh, mainojmpmaincc:mov21h, tioohmovr2, #off1imovr3, #offhixmovmovixdecmovcj/ejmpff- movsmovffo- movmovcjnedptradptrgfffeha" r1dptr" aa蘭aa-go 產(chǎn) cc1cco20h" #oohrn #ffh#offh>22hrn #80=>#00h" ff1ccsecuccymov>22hmov rl#80=cjne al00h&qu

49、ot; cc1mov 22產(chǎn) #00hjmp mainmov dptr h0fff7h movx a" ©dptrmov dlr2mov dhr3movx(©dptm adec r2cjne r2;00=cc2mov rn r3mov dptr hofffbhff1:cjne r2, #00h, ff2jmp mainff2:mov dl, r2mov dh, r3movx a, dptrmov dptr, #offbhmovx dptr, adec r2cjne r2, #ooh,ff3mov r2, r3ff3:mov dptr, ffofffehmov a,