數(shù)字化語音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)(設(shè)計(jì))-在線瀏覽
2024-09-07 20:56本頁面
【正文】 組提出的體積小巧，功耗低的數(shù)字化語音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)，可以有效的解決傳統(tǒng)的語音錄放系統(tǒng)在電子與信息處理的使用中受到的限制。摘 要語音信號(hào)處理屬于信息科學(xué)的一個(gè)重要分支，大規(guī)模集成技術(shù)的高度發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速前進(jìn)，推動(dòng)了這一技術(shù)的發(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)的磁帶語音錄放系統(tǒng)因體積大、使用不便、放音不清晰而受到了巨大挑戰(zhàn)。本文提出了以SST89E554RC芯片為核心的單片機(jī)小系統(tǒng)，用它來實(shí)現(xiàn)整個(gè)數(shù)字化語音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)的邏輯控制。系統(tǒng)采用了鍵盤選擇壓縮方式，在字符型顯示器上顯示，并可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)語音存儲(chǔ)與回放，性能穩(wěn)定，并且界面友好。文中重點(diǎn)討論了小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程、硬件流程和軟件的調(diào)試問題，研究了采用DPCM編碼方式以解決因存儲(chǔ)空間不夠而引起的存儲(chǔ)時(shí)間不夠的問題。因此特別適用于單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)，為單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的語音報(bào)警及語音提示操作在幾乎不需增加硬件投資情況下的語音處理提供了一種思路。本文提出的體積小巧,功耗低的數(shù)字化語音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)將完全可以替代它。其中,關(guān)鍵技術(shù)在于:為了增加語音存儲(chǔ)時(shí)間,提高存儲(chǔ)器的利用率,采用了非失真壓縮算法對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行壓縮后再存儲(chǔ),而在回放時(shí)再進(jìn)行解壓縮。語音的采集是指語音聲波信號(hào)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(hào),然后再轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的全過程。從語音的存儲(chǔ)與壓縮率來考慮，模型參數(shù)表示法明顯優(yōu)于信號(hào)波形表示法[4]?；谶@種思路的算法，除了傳統(tǒng)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(jī)速度底，難以實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)由語音輸入、A/D轉(zhuǎn)換﹑數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、微控制器系統(tǒng)、D/A轉(zhuǎn)換、語音播放系統(tǒng)等電路組成。前置放大電路168。帶通濾波器A/μ律擴(kuò)張電路微控制器鎖存器180。駐極體電容話筒是一種體積小、頻帶寬、噪音小和靈敏度高的話音傳感器。頻率響應(yīng)典型值為50Hz~12kHz。 雙話筒語音輸入級(jí)電路為抵消語音輸入背景噪聲，可采用兩個(gè)特性相同的駐極體電容話筒，將它們?cè)诳臻g上背對(duì)背安放，并在電氣上通過適當(dāng)?shù)倪B接，使其輸出信號(hào)幅度相等、相位相反地疊加起來，就能將兩個(gè)話筒在所處環(huán)境下拾入的背景噪聲抵消掉；由于說話人只對(duì)準(zhǔn)其中一個(gè)話筒講話，因此有用的語音信號(hào)并不會(huì)被抵消掉。該輸入級(jí)的電壓增益由電阻R3和R4的比值決定，即A=1+R3/R4=1+100/1≈100（40dB），ECM1采用源級(jí)（S）輸出方式接法，其輸出為同相信號(hào)；ECM2采用漏極D輸出方式接法，其輸出為反相信號(hào)。調(diào)節(jié)電位器Rw可使輸出端的背景噪聲電壓為最小。（a）外形結(jié)構(gòu)(b)內(nèi)部電路 DGS (c)接法1 DGS +(d)接法2C47μF+R2IC+100μF1KΩR4C2OP27+輸出100KΩR3+C4100μF47μF+5VC3+R1C1ECM1DSRwDCSECM2R1=R1=200KΩ 中間放大級(jí)電路，最大增益為40dB,增益可通過電位器Rw進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖中運(yùn)算放大器采用NE5532N、NE5534等芯片12348765OP27OP37BALININ+VBALOUTV+.(a)引腳端封裝形式+41輸入23VV+輸出6Rp10K87（b）偏移調(diào)節(jié)電路R1R1//R2R1+15V15VR1R1RwR1運(yùn)算放大器R1 采用儀表放大器電路作為雙話筒語音輸入放大電路如果設(shè)計(jì)者購買的是只有兩個(gè)外引腳駐極體話筒（其S與G引腳端在內(nèi)部已連接在一起）。ECM1和ECM2都采用漏極D輸出方式接法。247。使用時(shí)先調(diào)節(jié)電位器Rw使輸出噪聲達(dá)到最小，錄音時(shí)只要將ECM1和ECM2中任意一個(gè)對(duì)著說話人即可。 低通濾波器從設(shè)計(jì)要求可知，低通濾波器的通帶（上限）頻率fc=,阻帶頻率fs/2=4kHz,通帶內(nèi)的衰減不大于3dB，阻帶內(nèi)的衰減不小于40dB。1) 采用專用濾波器芯片的低通濾波器電路1Hz~10kHz,在阻帶頻率初可達(dá)60dB的衰減，采用+5V電壓供電。若采用外部始終，則fc=fclk/100。/fosc。MAX7403具有較低的輸出阻抗，可驅(qū)動(dòng)1kΩ與500pF并聯(lián)的負(fù)載阻抗。由設(shè)計(jì)軟件分析結(jié)果可知：，增益為1；第二級(jí)電路的品質(zhì)因數(shù)Q=，fp=,fz=,；第三級(jí)電路的品質(zhì)因數(shù)Q==,fz=,。U1120nF678nF15nFUo 5階橢圓低通濾波器電路 高通濾波器從設(shè)計(jì)要求可知，高通濾波器的通帶（起始）頻率fL=300Hz。由于fL/50＞2，可用下列方法估算出該高通濾波器的階數(shù)；由fL=2n ，解得倍頻程n=，并計(jì)算出過渡帶內(nèi)一個(gè)倍頻程的衰減為6dB,所以可計(jì)算得No=≈。1)采用專用濾波器芯片的高通濾波器電路高通濾波器可采用雙2階通用開關(guān)電容有源濾波器MAX260芯片，通過 單片機(jī)精確地控制MAX260濾波器的功能，實(shí)現(xiàn)低通、高通、帶通、電阻及全通之類的各種濾波器。5V）供電。高通濾波器應(yīng)用選擇模式MODE3。為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的高通濾波器，需要使用2個(gè)中心頻率、品質(zhì)因數(shù)等參數(shù)完全相同的2階濾波器級(jí)聯(lián)來實(shí)現(xiàn)。由于采用了2個(gè)完全相同的濾波器進(jìn)行級(jí)聯(lián)來實(shí)現(xiàn)高通濾波器，因此級(jí)聯(lián)之后帶寬會(huì)縮小。當(dāng)取fCLK/fo=150,并取fCLK=75Hz時(shí)，可計(jì)算得fo的數(shù)值為500Hz根據(jù)MAX260的使用資料可計(jì)算和查找fo、Q、模式（MODE）的配置數(shù)據(jù)，在上電時(shí)通過單片機(jī)寫入芯片內(nèi)部的寄存器中去，實(shí)現(xiàn)滿足預(yù)定指標(biāo)要求的高通濾波器。 MAX260實(shí)現(xiàn)的4階高通濾波器電路2) 采用運(yùn)算放大器構(gòu)成的高通濾波器電路。 3階Butterworth高通濾波器電路 A/D和D/A轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì) A/D轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換器電路采用ADC0804（字長為8位，轉(zhuǎn)換速率為10kHz）芯片。由于ADC0804完成一次摸/數(shù)轉(zhuǎn)換需要100μs的時(shí)間，在此期間送到ADC0804輸入端的模擬信號(hào)樣本必須保持不變，否則會(huì)引起轉(zhuǎn)換誤差，因此在ADC0804之前還必須加上一級(jí)采樣/保持電路（S/H），可選用LF398集成S/H芯片。上述指標(biāo)完全可滿足語音信號(hào)（300Hz~）處理要求。2568位內(nèi)部RAM。器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)。AD7528的引腳端封裝形式有DIP/SOIC封裝。根據(jù)公式sin(πf/fs)/（πf/fs）計(jì)算可得，在采樣頻率為8kHz時(shí)，；。 音頻放大器和自動(dòng)增益控制電路（AGC）電路設(shè)計(jì)音頻放大器電路采用電壓放大和功率放大兩級(jí)組成。該電路最大可提供22W的輸出功率。整個(gè)電路由包括場(chǎng)效應(yīng)管在內(nèi)的壓控電壓增益放大器、整流濾波電路、直流放大器和比較器組成，實(shí)現(xiàn)增益的閉環(huán)控制。運(yùn)放A2構(gòu)成反相放大器，其增益由場(chǎng)效應(yīng)管的源極和漏極之間的電阻決定。輸出電壓uop經(jīng)過整流器和濾波器形成控制電壓。A/μ律壓擴(kuò)電路可采用專用的集成電路實(shí)現(xiàn)，競(jìng)賽中由于工作量大、時(shí)間緊等關(guān)系，一般難以完成。++++Uip1166。F1MΩIC174115KR1IC2100nF+47KIC3741D20A810A81IC4741Uop100K100K15V39KVR110K增益調(diào)節(jié)0A81D1R4220Ω10K
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