语音采集回放电路
DSP语音信号采集与处理回放系统
1.4 课题研究的主要内容 涉及内容包括: 熟悉 DSP 的集成开发环境 CCS，了解各芯片的用法和配置连接；分析和比较实现 DSP 语音压缩和解压缩的基本算法和类型, 增加语音压缩程序和解压程序，本课题采用 A 律 压缩和解压；考虑存储空间的大小和未来扩展的问题,添加 EPROM。 功能实现: 通过对 DSP(5402)和语音芯片(AIC23)进行配置，可以实现实时回放功能；通过 HPI 接口进行扩展，利用 A 律对接受和发送的语音信号进行压缩和解压，结合外部存储器对 数据进行存储和处理，从而实现录音和回放功能。
5.4.1 5.4.2 5.4.3
A 律压缩........................................................... 25 A 律压缩原理....................................................... 27 A 律压缩流程图..................................................... 29
5.5 扩展外部储存 ......................................................... 31 第 6 章 调试 .............................................................. 33 6.1 语音采集与实时回放功能调试 .......................................... 33 6.2 语音采集与实时回放系统存储数据调试.................................... 33 总结 ..................................................................... 35 致谢 ..................................................................... 36 参 考 文 献 .............................................................. 37
电子语音录放模块电路图
电子语音录放模块电路图电子语音录放模块是一种语音录放集成电路，它是以语音处理器为核心电路而发展起来的一种新型语音电路。
它使用方便，可直接用扬声器和话筒作为录音和放音的元件，有的模块甚至只用扬声器便可进行录音及放音。
电路的外围元件很少，且不怕掉电，录入的语音信息可长期保存，也可重复录10万次以上。
这种模块在录音结束后可自动迸入备用状态，只要触发电路，便可输出语音信号，可直接驱动扬声器发出语音声响。
它的尺寸也很小，对开发微型语音电子产品极为有利。
电子语音录放模块的优良特性，使它在便携式语音录放机、语言学刁装置、自动应答电话、工业智能仪表、高级玩具及消费类家用电器中得到了广泛的应用。
下面以BA9902语音录放模块为例，介绍一下这类电路的应用。
BA9902是一种20秒高音质、低价位、直接储存语音的录放模块。
该模块工作电压为5V，可以录音时间为20秒，内部有自动增益控制电路(AGC)，用话筒输入最大电压为2OmV(峰一峰值)，线录最大输入电压为5OmV(峰一峰值)，扬声器输出功率为12mW。
该模块的尺寸为21mmnx18mm。
图所示电路是BA9902的应用电路。
图(a)所示电路是利用扬声器作话筒来录音的电路，录音时只要按下开关S1，使⑥脚成为低电平就可以进行录音。
此时发光二极管VD被点亮，表示正在录音。
放音时，只要按一下开关S2进行下降沿触发，电路即可放出录入的语音声。
图(b)所示电路采用线录方式，输入信号从①脚输入。
这种录制方式音质较好。
图(c)所示电路为话筒录音电路，录制时语音信号经三极管VT放大后由集电极输出给BA9902电路的①脚。
BA9902模块的典型应用电路。
语音存储与回放.概要
语音存储与回放毛伟张良周旭摘要：所谓语音，即为人可以听到和发出的声音，通常其频率为20—20kHz，目的为日常生活交流和交往所用。
随着电子计算机和计算机网络的发展，语音存储和回放的功能得以实现，我们可以把声音存下来，到我们需要的时候在放出来。
此功能早已应用也通信，教育，科研等诸多领域。
本设计是基于单片机对语音信号的存放得以实现，从而解决了磁带的录放体积大、成本高的问题。
单片机语音存储与回放是以数字电路为基础，利用数字语音电路来实现语音信号数字化、存储、还原等服务，数字化原理语音电路是一种集语音合成技术、大规模集成电路技术和微控技术为一体的一种新型技术。
其中关键的技术在于：增加存储时间，提高存储利用率，压缩和解压缩。
同时对输入信号进行滤波抑制噪声和干扰，从而确保语音质量。
关键字：语音存储与回放数字电路一、系统方案1题目指标和要求：（1）放大器1和放大器2的增益均可调，增益调整范围为20dB～40dB；（2）带通滤波器1和2的通带均为300Hz~3.4kHz ；（3）ADC的采样频率为8kHz，字长为8位；（4）语音存储时间不小于4秒(采用62256或容量与其一致的存储器)；（5）DAC的转换频率为8kHz，字长为8位；（6）回放语音质量良好。
（7）系统的录放功能等可用手动控制，各状态均有相应的指示信号显示。
2 方案讨论本题采用数模转换模数转换芯片，语音信号通过耳麦采集进入模拟通道放大滤波后再由芯片抽样采集，经过AD装换后单片机读取存入图1 数字化语音存储与回放系统的组成框图二.总体分析系统主要由语音处理前向通道、A／D转换、单片机控制兼数据处理、D／A转换、键盘显示模块及后向处理通道组成。
单片机构成系统的控制中心，用来进行控制功能选择和结果显示。
通过前级放大，将微弱的电信号放大到2.5v，中间由10uF的电容进行隔离，再通过300Hz～3.4kHz的带通滤波器滤除50Hz的影响和高频噪声。
ADC0804的参考电压选为+5V，其采集的电压信号范围是0～+5V。
语音录放电路ISD系列芯片应用电路图
基本特点: ①语言录放电路ISD2590系列按录放存储时间和采样速率的不同分为ISD2 545(45s)、ISD2560(60s)、ISD2575(75s)、IS￡I2590(90s)共四种，这里以介绍ISD2590为例。
②ISD2560实质是一个模拟数据采集系统，录放的信息可以直接记录在芯片内部的E EP ROM中，因而可以较好地保留语言模拟量中的有效成分，减少音质失真，提高录放质量，获得自然、逼真的音响还原效果。
③因片内有电可改EEPROM，所以可以随录、随放，任意改写或删除，不需专用的语言固化开发系统进行编程和烧录。
重复录音次数为1万次以上，录放的信息可以保存l0年以上，断电后信息不会丢失。
④具有最多可存储600个信息段的能力。
⑤可以多片级联以增加存储能力。
被录制的信息跨过两个器件的地址边界，从一个器件级联到另一个器件时，输出间断小于2ms。
⑥采用双列直插28脚封装，双+5V电源供电。
ISD2590引脚图如下图所示: ISD2590引脚图ISD 2590内部电路结构框图ISD2590系列芯片的应用电路图图中开关S3为录音放音转换开关，接高电平为放音，低电平为录音。
Sl为启动按钮，S2为停止按钮。
在实际的语音系统中双声道立体声是一项应用最为普遍的技术，他是利用人们的听觉错觉，通过改变两个扬声器的声级差，能使聆听者前方产生一定角度的声音方向信息，从而使人们在聆听时有“身临其境”的听觉感受。
然而目前较为简单的语音录放系统多数采用单声道，当需要实现双声道语音系统时，往往采用复杂的硬件电路才能构成一个双声道语音系统，使得双声道语音系统的制作成本大大提高。
因此用一个较为简单的电路来实现双声道语音系统就显得很有实用价值。
本文正是基于这个思想，应用美国ISD公司制造的语音芯片ISD4004来实现简单的双声道立体声语音录放系统，并采用ATMEL 公司的AVR系列单片机MEGA8L作为微控制器。
该单片机的工作电压和ISD4004的工作电压相同，均为3 V供电，并且该单片机集成了系统所需要的大部分外围器件，包括8 kB系统内可编程FLASH程序存储器，1 kB SRAM，512 B E2PROM，WATCHDOG以及晶振等，从而大大简化了系统的构成。
语音信号采集与回放系统设计(FPGA)
数字化语音存储与回放系统 实验指导一、 数字语音处理1、 语音信号的采样（1）采样频率人耳可听到20Hz ～20KHz 的声音，但实际上人说话的声音带宽主要集中在300Hz ～3400Hz ，如电话线的带宽一般约为3KHz 。
根据采样定理，语音信号的采样频率应为语音带宽的2倍以上，对于300Hz ～3400Hz 的语音带宽，取采样频率为fs=8KHz 。
（2）平顶采样实际系统中的语音采样脉冲有一定的持续时间，即属于平顶采样。
如下图：（Ts 为采样间隔，τ为采样保持时间）平顶采样可以看成是理想采样后，再经过一个冲激响应是矩形的网络来形成的：stx(t)δ(t)不难进行下述推导： xs(t)= x(t)δ(t)= x(t)∑∞−∞=−n nTs t )(δ xsf(t)= xs(t)*h(t)==τττd t h xs )()(−∫∞∞−∑∞−∞=−n nTs t h nTs x )()(xsf(t)的频谱为: Xsf(ω)= Xs(ω)H(ω)=∑∞−∞=−n Ts H s n X /)()(ωωω 矩形脉冲的H(ω)= A τ2/)2/sin(ωτωτXsf(ω)= TsA τ∑∞−∞=−n s n X 2/)2/sin()(ωτωτωω由此可以看出，平顶采样时，加权项2/)2/sin(ωτωτ使信号频谱发生了变化，造成语音信号高频分量有部分损失，语音回放时失真。
实际PCM 系统中，均采用采样保持电路来提高输出信号的强度，为得到最大输出信号，通常取τ=Ts 。
Xsf(ω)= A∑∞−∞=−n Ts Ts s n X 2/)2/sin()(ωωωω加权项为：fsf fs f /)/sin(ππ分析该加权项：对fs=8KHzf=0时 ～ 0dB ； f=300Hz 时 ～ -0.02dB ； f=3400Hz 时 ～ -2.75dB 为了抵消平顶采样所产生的这种孔径失真，语音回放端需采用响应为)/sin()/(fs f fs f ππ的滤波网络进行频谱补偿。
语音信号采集与回放系统的设计
第8卷 第4期 2008年2月167121819(2008)421056203 科 学 技 术 与 工 程Science Technol ogy and Engineering Vol .8 No .4 Feb .2008Ζ 2008 Sci .Tech .Engng .语音信号采集与回放系统的设计王高华 孙鹏勇(辽宁工程技术大学电子与信息工程学院,葫芦岛125105)摘 要 随着现代集成电路与可编程芯片的不断发展,语音信号的数字化处理应用越来越广泛。
提出了一种由并行模数转换器ADC0809、复杂可编程逻辑器件XC9536与并行数模转换芯片AD558等构成数字化语音信号的采集与回放系统。
关键词 模数转换器 数模转换器 复杂可编程逻辑器件中图法分类号 T N912.12; 文献标志码 A2007年9月25日收到第一作者简介:王高华(1983—),男,河南人,辽宁工程技术大学通信与信息系统专业硕士研究生,研究方向:移动通信理论及实现。
在现实世界中,人们所面临的主要是各种各样的模拟信号,数字化的信号处理已经在实际中显示出巨大的优越性,而在对语音信号处理完成后,为了方便人们的收听,必须将数字信号还原成模拟信号。
本文就是使语音信号通过模/数转换电路、CP LD 以及数/模转换电路,完成语音信号的采集与回放。
语音处理系统的组成框图如图1所示。
由于在实际中语音输入电路与语音输出电路均已集成,所以关键在于设计A /D 转换电路,D /A 转换电路以及CP LD 的编程。
图1 语音信号处理系统组成框图1 语音基础知识声音的三个要素是:音调、音强、音色。
人耳对25—22000Hz 的声音有反应。
人们谈话大部分有用的和可理解的信息的能量是300Hz 到3400Hz 。
根据NY QU I ST 准则,A /D 转换采样速率至少是信号最高频率的两倍,因此最小的采样频率应该是6800Hz,实际中采用的频率略高一点,达到8kHz 。
语音采集与回放硬件电路图
前置放大器设计：前置放大器采用双拾音器差分输入，可有效地降低背景噪声。
电路图如下：
带通滤波器设计：两阶高通和两阶低通构成
电路图如下：
自动增益控制电路——AGC：利用放大器和场效应管（结型场效应管）共同组成的电路实现自动增益控制
该电路是为了实现发挥部分的要求而加入的。
AGC电路是利用场效应管工作在可变电阻区，漏极电阻受到栅极电压控制的特性来实现的，整个电路由包括场效应管在内的压控增益放大器，整流滤波电路，直流放大器组成，实现增益的闭环控制。
信号自输入端进入到电路中，运放A1构成压随器，作为输入级。
由运放A2构成反向放大器，其增益由场效应管的源极和漏极之间的电阻决定。
输出电压经过整流电路和滤波电路形成压控电压，加到场效应管的栅极，当压控电压发生变化时，源极和漏极之间的电阻亦发生变化，因此放大器的放大倍数也发生变化，因此当音频信号强时自动减小放大器的倍数，信号弱时自动增大放大器的倍数，从而实现音量的自动调节，达到自动增益控制的目的。
电路图如下：
带通滤波器2的设计：增益为1 电路图如下：
幅频校正电路设计：
电路图如下：
功率放大器设计：电路图如下：。
ISD4000系列语音芯片录放电路原理图
ISD4000系列语音录放电路一、 简述1. ISD4000系列语音录放电路分为以下三个系列：2. 4002-120/150/180/240 2、2.5、3、4分钟3. 4003-04/05/06/08M 4、5、6、8分钟4. 4004-08/10/12/16M 8、10、12、16分钟 4004系列独有的特性除前面介绍的ISD 语音电路主要特性外，4000系列独有的特性为： 1. 3v 单电源供电。
2. 内置微机串行通信接口。
二、 ISD4000系列芯片内部框图三 、管脚排列图/SS MOSI MISO VSSD NC NC NC NC NC NC VSSA VSSA AUDOUT AMCAPSCLK VCCD XCLK /INT RAC VSSA NC NC NC NC VCCA ANA IN+ ANA IN- NCVSSA RAC NC NC XCLK VCCD SCLK SS MOSI MISO VSSD NC NC NC NC VCCA ANA IN+ ANA IN- NCAMCAP NCAUDOUT NC VSSA VSSA NC NCXCLK AIN-AIN+ ACAPV CCA V SSA V SSD V CCDSCLK SS MOSI MISO INT RACAOUT引脚描述：电源(VCCA，VCCD): 为使噪声最小，芯片的模拟和数字电路使用不同的电源总线，并且分别引到外封装不同管脚上，模拟和数字电源端最好分别走线，尽可能在靠近供电端处相连，而去耦合电容应尽量靠近器件。
地线(VSSA，VSSD)：芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线。
几个VSSA尽量在引脚焊盘上相连，并用低阻通路连到电源上，VSSD也用低阻通路连到电源上。
同相模拟输入(ANA IN+): 录音信号的同相输入端，输入放大器可用单端或差分驱动。
单端输入时，信号由耦合电容输入，最大幅度为峰峰值32mV，耦合电容和本端的3KΩ电阻输入阻抗决定芯片频带的低端截止频率。
基于单片机的语音录放电路
摘要语音集成电路的出现是传统语音录放设备的革新，最近几年深受人们的欢迎，并得到迅猛的发展。
相对于传统的录音方式，它只需很少的电子器件，就能实现录放功能，可以永久保存数据。
目前，在国外，语音录放电路已经得到广泛的应用，在国内，语音录放应用电路的高潮正在逐步形成。
在我们的日常生活中，语音存储回放技术得到了广泛的应用，诸如公交车报站器，采访笔，MP3播放器，电话语音自动转接留言等，使得产品的功能强大，逐步淘汰了磁带录音的传统方式，方便了人们的生活，推动了社会进步。
本论文基于AT89S52单片机与ISD4004语音录放芯片为主要部件，通过硬件与软件的设计实现语音录放的功能。
系统硬件电路设计简单，方便调试，价格便宜，实用性强。
关键词：语音录放系统；单片机AT89S52；ISD4004AbstractVoice integrated circuit is the traditional voice recording equipment innovation, in recent years welcomed by the people, and get rapid development. Compared with the traditional recording methods, it requires little electronic devices can achieve recording function, you can permanently store data .At present, foreign, voice recording circuit has been widely used in the country, the climax of voice recording application circuit is gradually taking shape. In our daily life, voice storage playback technology get in a wide range of applications, such as the bus stop, and an interview with recorder, MP3 player, telephone voice messages and other automatic switching, allowing for powerful, out of the tape recording the traditional way to facilitate people's lives, and promote social progress.This paper based on AT89S52 MCU and ISD4004 voice recording chips as the main component, voice recording functionality through hardware and software design. System hardware circuit design is simple, easy to debug, cheap and practical. Keywords:Voice recording systems；AT89S52 MCU；ISD4004目录1 绪论 (1)系统设计的意义 (1)系统设计的目的 (1)系统采用的实现方法 (1)2 单片机控制技术与开发环境介绍 (2)单片机概述 (2)AT89S52的介绍 (2)AT89S52主要性能参数 (2)引脚功能说明 (2)Keil开发环境及流程 (4)Keil简介 (4)Keil工具软件开发流程 (4)ISD4004介绍 (8)性能简述 (8)引脚功能 (8)SPI(串行外设接口) (10)协议介绍 (10)信息快进 (10)上电顺序 (10)SPI端口的控制位 (11)SPI寄存器 (12)时序 (13)3 系统总体设计 (13)系统硬件电路设计 (13)单片机部分电路图 (14)ISD4004部分原理图 (15)时钟电路设计 (16)复位电路设计 (17)语音信号拾取电路设计 (17)音频放大电路设计 (18)系统软件设计 (18)内部地址单元寻址 (18)程序总流程图 (19)4 软件调试 (21)结论 (23)参考文献 (24)致谢 (25)附录A 总电路图 (26)附录B 电路实物图 (27)附录C 源程序 (28)1 绪论系统设计的意义语音不仅是人与人之间交流和信息交换最直接有效的沟通方式，也是人与机器之间进行信息通信的重要工具。
(3)语音信号采集与回放系统设计
语音信号采集与回放系统设计
【本科组】
一、任务
要求设计并制作一个语音信号采集与回放系统，其原理框图如下：
二、要求
1．基本要求
（1）前置放大器电压增益20 dB --40dB可调；
（2）带通滤波器：通带为300Hz～3.4KHz ；
（3）ADC采样频率为8KHz，DAC变换频率为8KHz；
（4）语音存储时间≥20秒；
2．发挥部分
在保证语音质量的前提下：
（1）ADC采样频率为16KHz，DAC变换频率为16KHz；
（2）语音存储时间增加至50秒以上；
（3）系统具有1/2慢放功能和2倍快放功能；
（4）（在扬声器处）输出正弦波，频率范围500 H z~3 KH z、步进1H z。
（5）其它。
四、说明
不能使用单片语音专用芯片实现本系统，图中前置放大器、带通滤波器、ADC三个模块需独立设计不得采用专用集成电路，对应DAC、带通滤波器、功率放大器也不得采用专用集成电路，三个模块独立设计。
语音信号采集与回放系统设计
摘要传统的磁带语音录放系统因其体积大、使用不便,在电子与信息处理的使用中受到许多限制。
本文提出的体积小巧，功耗低的数字化语音存储与回放系统将完全可以替代它。
数字化语音存储与回放系统的基本原理是对语音的录音与放音的数字化控制。
其中，关键技术在于，为了增加语音存储时间，提高存储器的利用率，采用了非失真压缩算法对语音信号进行压缩后再存储，而在回放时再进行解压缩，同时,对输入语音信号进行数字滤波以抑制杂音和干扰,从而确保了语音回放的可靠质量。
该系统对语音信号分别采用了数据采集直寸直取,欠抽样采样和自相似增量调制等三种方法,完成了对语音信号32.7s、65.5s、147.4s的存储与回放。
前直AGC将语音信号控制在A/D转换器可控制的范围之内以保证话音信号采样不失真。
带通滤波器合理的通带范围有效的滤除了带外噪声，减小了混叠失真。
通过π的校正，回放语音清/πf/后级补偿电路对输出的语音信号进行了()()s fff/sin晰。
系统具有自动录音、手动录音、录放音时间显示以及掉电后保护语音信号等功能。
关键词：数字化存储，回放，数字滤波，采样，模/数转换，校正AbstractTraditional tape record system because of heavy using inconvenient volume their, receive a lot of restrictions in the use of the electron and information processing. The volume that this text puts forward is small and exquisite，the digitized pronunciation of the low power dissipation can substitute it with the playback system to store. Digitized pronunciation store systematic basic principle recording and to put sound in pronunciation digital control with playback. Among them, key technology lies in : For increase pronunciation store time , raise utilization ratio of memory , adopt non- distorted to compress algorithm go on after compressing storing to pronunciation signal, decompress in the playback ; Meanwhile, to input pronunciation signal carry on figure strain wave by suppressing noising and interfering, thus guaranteed the reliable quality of the playback of the pronunciation.Introducing the direct store & access of data collection，and AGC on acoustic signal respectively ，this system implements the storage an playback of acoustic signal which lasts for 32.7 seconds ,65.5sends or 147.4 seconds ; To insure the undistorted sampling of speech signal, the pre-AGC limits the speech signal within１the range that can be processed by A/D converter; the reasonable handwidth of hang-pass filter removes the out-hand noise efficiently and decrease the overlapdistortion; With the ()()ssffff/sin//ππemendation by latter compensable circuit ，the playback voice is very clear; Beside all above ，this system also realize the following funcitions: automatic recording manually recording manually recording ,record , record/play time display and the saving of speech signal when power-off .Keywords: Digital store，Playback Digital Filter，Sample，A/D Convert，Correct目录摘要...............................................................１ A b s t r a c t...........................................................１ 1绪言.............................................................３1.1课题背景...................................................３1.2课题研究的目的和意义.......................................３1.3国内外概况.................................................３ 2方案比较与论证...................................................４2.1方案一.....................................................４2.1.1语音编码方案：........................................４2.1.2A/D、D/A及存储芯片的选择.............................４2.2方案二.....................................................５2.2.1控制方式..............................................５2.2.2放大器及A/D、D/A芯片的选择...........................５2.3方案三.....................................................６ 3系统总体结构.....................................................６ 4电路设计.........................................................７4.1拾音器.....................................................７4.2放大器的设计...............................................８4.3有源带通滤波器设计.........................................９4.4可调稳压电源的设计.......................................１１4.5M C S—51系列单片机.......................................１１4.6D/A、A/D转换器..........................................２１4.6.1D/A转换器D A C0832的介绍............................２１4.6.2A/D转换器A D574介绍................................２２4.6.3单片机A T89C51和A D574的接口原理...................２３4.6.4存储器的选取........................................２５ 5软件设计.......................................................２７ 6总结与展望.....................................................２９ 7致 谢..........................................................３０２8参考文献.......................................................３１ 附录.............................................................３２绪言本文阐述了数字化语音存储与回放系统的研究背景、现状及发展方向，明确指出了传统的语音存储与回放系统的缺陷和面临的问题，以及数字化语音存储与回放系统的优点和发展前景。
单片机制作语音录放电路
懈
式和直接寻址互相排斥 ，操作模式可 由微控 制
脚 心 脚 心 ㈣ 啪 桃 从而不影响厂家录制 一 面的语音段即可， 的语音 。
一 一 ∞ 一 玲 一 塘 一 ＂ 一 —
（ ３ ）语 音分 段 比较灵 活。一 片 Ｉ Ｓ Ｄ１ ４ ２ ０ 器 ，也 可 由硬 件 实 现 。
增加存储 的时间。 ３ ． ２操作模 式
Ｉ Ｓ Ｄ１ ４ ２ ０内置 了若 干 操 作 模 式 ，可 用 最 少
同时 ，可 以根 据语 音系 统提 出的扩 展思 路来进一步改进电路。
的外围器件实现最多的功能 。操作模式也 由地 址端控 制 ：当 Ａ７和 Ａ ６都为 ｌ 时 ，其它 地址 端置高就可选某个或几个模 式。因此 ，操作模
字化和压缩的其他手段 。直接模拟存储能提供 真 实自然 的声音 ，不像其它 的固态数字录音质
量要受到影响 。
键盘 采 用了选 择性 压缩 方 式，可 以 自由 选择压缩编码 的方式 ，因此可 以很清楚 的对 比 两种编码方式的录音效果 以及各 自的优缺点。
单段 录放 音时 ，需全 部地 址线 接地 住 ＲＥ Ｃ键录音 ，放开或录满时 。
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【 关键词 】单片机 语音录放 语 音采集
１系统基本原理
语 音采 集原理 ：人 的耳朵 能听 到 的声音 啪叭眦ｍ ｍ 是 频 率范 围 ２ Ｏ Ｈｚ 一２ Ｏ ｋ Ｈｚ ，但 是 语音 频 率 最 高的为 ３ ． ４ ｋ Ｈｚ 。语 音采 集是 指声波 信 号经 由 麦 克风和 高频放 大器去转换成 一定幅度模拟量 的电信 号，再转 换成 数字量 的过程 。据 “ 奈奎 斯特采 样定理”，采样得到的频率必须大于两 立 倍 于模 拟信号的最高频率，但 是语 音信号频率 为３ Ｏ Ｏ 一３ ． ４ ｋ Ｈｚ ，所 以将语音采集 的频率 定为 ８ ｋ Ｈｚ 。Ｉ Ｓ Ｄ１ ４ ２ ０系列提供的 ６ ． ４ ｋ Ｈｚ和 ８ ｋ Ｈｚ取
语音采集与回放
实验报告之――――语音采集与回放作者:吴瑶魏翠袁文涛赛前及文稿整理辅导老师：黄根春摘要本系统基本实现了语音信号的采集与回放。
其主要结构由语音处理前向通道，A/D转换模块，单片机控制兼数据处理模块，D/A转换模块，键盘显示模块及后向处理通道组成，实现了语音的采集与回放功能。
设计制作时使用了32K存储器和较高速A/D（AD574），并分别尝试了4K，8K的采样频率，效果不错，在PCM，DPCM，IV三种编码模式下，基本上都能较好的进行语音回放。
整个制作过程，单片机控制处理程序简练，前后向处理通道效果良好，系统已具备较高的性能指标。
一：方案设计与论证顾名思义，语音采集与回放系统具有两个最基本的功能：完整的采集原音数据和回放语音。
采集数据主要由前向通道和A/D实现，前向通道将语音放大，滤波，然后送给AD采样，继而CPU读入数据并压缩存储；而语音回放主要是将前向采集的数据解压缩，然后送至DA及后向通道还原出语音信号。
下面就对这些重要环节的设计方案做论证和比较。
1：语音采集（1）：语音信号放大：因为话筒采集的声音信号极为弱小，一般小于5mv，所以在AD 采集之前要对小信号进行隔离放大。
测量放大器具有高输入阻抗，高放大倍数，抗噪性能好，可以对小信号进行很好的隔离与放大，所以选择该种放大器来做语音信号前置放大的核心放大电路。
（2）：前向滤波：滤波要求通频带内平外陡。
一般情况，巴特沃斯滤波器通频带较为平坦，而采用多阶滤波可提高陡度。
所以采用5阶巴特沃斯低通和5阶巴特沃斯高通级联，效果挺好。
（3）：数据采入：选择较高速AD采样芯片AD574作信号采样和转换处理，据奈奎斯特采样定理，系统分别采用了4K，8K的采样速率对语音信号进行采样。
下面则对读取和压缩数据的设计方案作比较。
方案（一）：使用CPLD或FPGA高速读入数据，继而在其内部进行压缩编码，不经过CPU直接送至存储器，而CPU只作一些控制功能。
（用FPGA实现DMA功能）方案（二）：使用单片机作控制兼数据处理功能。
ISD1810语音芯片录放电路 一
ISD1810语音芯片录放电路一、特点○1美国ISD公司单片语音处理大规模集成电路，可录、放音十万次，储存语音可断电保留一百年;○2直接话筒录音，直推8—16Ω喇叭放音；○3手动控制，可选循环放音方式；○4应用最新研发的专利技术，体积小巧二、电特性及规格工作电压：2.7V—5.5V 静态电流：典型值为0.5uA 工作电流：25mA 录放时间：8—20秒（省缺值12秒），标准组件尺寸（毫米）17.5长15宽2厚三、所需元器件。
ISD1810芯片扬声器麦克风电容电阻LED 开关电板四、操作过程1、接通电源，电路自动进入节电准备状态。
按下录音键（REC），电路进入录音状态，录音指示灯亮起，开始录音。
结束后，断开开关，录音结束。
2、放音有两种方式：（1）轻触一下PE键，即开始放音，直至放音结束，或轻触一下PL键让其中途停止。
（2）按下PL键，开始放音。
断开结束。
（3）将LED的负极与PE连接，可以设置循环放音。
（4）ISD1810组件的触发是高电平有效。
五、引脚排布◆电源(VCC) 芯片内部的模拟和数字电路使用的不同电源总线在此引脚汇合，这样使得噪声最小。
去耦电容应尽量靠近芯片。
◆地线(VSSA, VSSD) 芯片内部的模拟和数字电路的不同地线汇合在这个引脚。
◆录音(REC) 高电平有效。
只要REC变高(不管芯片处在节电状态还是正在放音)，芯片即开始录音。
录音期间，REC必须保持为高。
REC变低或内存录满后，录音周期结束，芯片自动写入一个信息结束标志(EOM)，使以后的重放操作可以及时停止。
然后芯片自动进入节电状态。
◆边沿触发放音(PLAYE) 此端出现上升沿时，芯片开始放音。
放音持续到EOM标志或内存结束，之后芯片自动进入节电状态。
开始放音后，可以释放PLAYE。
◆电平触发放音(PLAYL) 此端从低变高时，芯片开始放音。
放音持续至此端回到低电平，或遇到EOM标志，或内存结频带的低频截止点。
◆录音指示(/RECLED) 处于录音状态时，此端为低，可驱动LED。
神奇的语音录放电路
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数字语音回放系统ADDA
数字语音系统实验一、实验目的1、了解数字语音系统整体原理。
2、学习和掌握单片机外围电路的应用。
3、学习C语言编程。
二、实验设备及仪器1、创新平台主控屏（±5V、±12V）2、2DCP-002单片机89S51电路。
3、DCP-003键盘及LED显示电路。
4、DCP-0010A/D转换电路。
5、DCP-0011D/A转换电路。
6、DCP-007TDA2030模拟功率放大电路。
7、DCP-0023AGC麦克风接收电路。
8、麦克风和无源音箱三、实验内容【1】系统功能该数字语音存储系统利用数字化的控制，采集一段时间长度的模拟语音信号，将其数字化处理后存入单片机，完成一定的处理后，再通过单片机输出到DAC转化为模拟信号通过扬声器输出，回放原始的语音。
该系统采用Atmel公司的89S51作为控制器，配合录音与放音电路构成。
对采集的语音信号分别采用了无压缩PCM编码和DPCM有损压缩编码两种处理，后者在保证音质效果的同时将语音存储的时候延长为前者的一倍。
录音电路的模拟语音信号采集使用了双话筒差分方式输入，有效滤除背景噪声。
ADC在8KHz的采样率下工作，根据Nyquist 采样定理能还原原来的信号。
除此系统拥有良好的人机交互，操作简单。
【2】整体框图系统整体框图如图1所示。
图1整体系统框图【3】语音采集电路电路原理图如图2所示。
其中U1为双话筒差分输入。
因为语音信号很微弱，不能直接通入MCU中处理，所以需要增加U2A和U2B进行后级放大。
场效应管2N7000与三极管9012构成反馈回路，与U2A放大环节构成闭环，为AGC（自动增益控制）电路。
前向通道放大电路增益约为46dB，增益可调。
图2语音采集电路【4】AD模数转换电路ADC电路适用ADC0804。
电路原理图如图3所示。
在该系统中将ADC0804连接成了连续转换的方式。
即，将片选信号(CS)与读信号(RD)接地，写信号(WR)与中断查询信号(INTR)短接后接到MCU的P1.0，作为控制线。
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数字化语音存储与回放系统高海春, 任开达, 孔德峰, 徐和杰, 李文瑜(华东船舶工业学院电子与信息系, 江苏镇江212003)摘要: 设计并制作了一个数字化语音存储与回放系统,由于采用了滑动平均值滤波法进行数字滤波及非失真压缩算法,该系统获得了稳定的性能。
关键词: 语音; 单片机应用; 回放系统0 引言传统的磁带语音录放系统因其体积大、使用不便,在电子与信息处理的使用中受到许多限制。
本文提出的体积小巧,功耗低的数字化语音存储与回放系统将完全可以替代它。
数字化语音存储与回放系统的基本原理是对语音的录音与放音的数字控制。
其中,关键技术在于:为了增加语音存储时间,提高存储器的利用率,采用了非失真压缩算法对语音信号进行压缩后再存储,而在回放时再进行解压缩;同时,对输入语音信号进行数字滤波以抑制杂音和干扰,从而确保了语音回放的可靠质量。
1 基本原理1) 语音采集原理人耳能听到的声音是一种频率范围为20 Hz～20 000 Hz ,而一般语音频率最高为3 400 Hz。
语音的采集是指语音声波信号经麦克风和高频放大器转换成有一定幅度的模拟量电信号,然后再转换成数字量的全过程。
根据“奈奎斯特采样定理”, 采样频率必须大于模拟信号最高频率的两倍[1 ] ,由于语音信号频率为300～3 400 Hz ,所以把语音采集的采样频率定为8 kHz。
2) 语音生成原理单片机语音生成过程,可以看成是语音采集过程的逆过程,但又不是原封不动地恢复原来的语音,而是对原来语音的可控制、可重组的实时恢复。
在放音时,只要依原先的采样值经D/ A 接口处理,便可使原音重现。
2 硬件设计2. 1 单片机系统控制电路本系统主要由8031 、ADC0808 、DAC0832 、8255及RAM62256组成,其中ADC0808 、DAC0832及8255的片选信号由8031 的高位地址经74LS138 译码所得。
在电路中利用8255 进行数字存储器的扩展,其中PB ,PC 用于扩展地址,PA 用于扩展数据。
2. 2 A/ D 电路A/ D 电路由模拟语音信号处理电路及A/ D 转换电路组成。
其工作原理如图1 。
图1 A/ D 电路整个模拟语音信号输入处理电路,包括:前置放大器、带通滤波器及电平范围调整电路。
一般麦克风输出电平为几十毫伏,经增益约为46 dB 的前置放大器A 1 放大至1 V 左右的范围,以便推动后级电路。
带通滤波器的通带为300～3 4 00 Hz ,系统的采样频率定为8 kHz ,即每秒钟采样8 000 点语音数据,每一点数据以一个字节表示电平范围调整电路是将原先双极性的语音信号转换到0～5V 的范围,以满足ADC0808 对接口信号的要求。
2. 3 D/ A 电路图2 为D/ A 转换的工作原理图。
D/ A 芯片DAC0832 是8 位双极性电流驱动的数模转换器。
图2 D/ A 转换器由于所要转换输出的信号为语音信号,其本身是双极性的信号,因此对杂音的处理尤其重要。
在无信号输出时,希望其输出对地是零电位,因此应用两组运算放大器作为电流到电压的转换器,完成双极性控制的目的。
数字信号经D/ A 转换、双极性电流至电压变换后已成为模拟语音信号,经带通滤波器再送往音频功率放大器,做适当的功率提升而推动喇叭。
214 带通滤波器设计为了滤除不必要的干扰及杂波,系统前向通道和后向通道中各设计了一个通带为300 Hz ～3 400 Hz 的带通滤波器。
此带通滤波器由一个低通滤波器和一个高通滤波器串联而成。
其中低通滤波器上限频率为3 400 Hz ,高通滤波器下限频率为300 Hz ,电路如图3 所示,其中A 1 构成低通滤波器,A 2 构成高通滤波器。
如选R1 = R2 , C1 = C2 ,R5 = R6 , C3 = C4 ,则有: f H = 1/ (2πR1 C1) 、f L = 1/ (2πR5 C3) ,故很易选定各参数值[2 ] 。
图3 带通滤波器电路3 软件设计3. 1 总体程序设计系统程序由三部分组成,即主程序、键盘中断处理程序和系统定时器中断处理程序。
各部分程序功能如下所述:1) 主程序程序中将程序运行状态分为四种,即FREE (空闲态) 、RECORD(录音) 、PLAY(回放) 、ALARM (录音完毕报警) 。
在主程序中仅依靠当前状态设置各L ED 的亮或灭,以指示当前工作状态。
2) 键盘中断处理程序键盘中断处理程序框图如图4 。
若“录音”键按下,则设置当前状态为“RECORD”,若“放音”键按下,则设置当前状态为“PLAY”。
3) 定时器中断处理程序由定时器产生定时中断,定时时间为0. 125 ms。
在程序中对应于当前不同的工作状态做相应的处理。
程序流程如图5 。
3. 2 数字滤波程序输入A/ D 转换器的信号虽然经过带通滤波器滤波,但由于ADC0808 进行A/ D 转换时,末位数据会有跳变,故产生了高频信号,因此要进行数字滤波。
数字滤波方法主要有算术平均值滤波、加权平均值滤波、滑动平均值滤波等[3 ] 。
其中算术平均值滤波和加权平均值滤波都要采样多个数据,然后求算术平均值或加权平均值,但由于必须采样多次,故检测速度较慢,所以采用滑动平均值滤波。
其算法为:先在存储器RAM 中建立一个数据缓冲区,依次存放8 个数据,每采进一个新数据,就将最早采集的那个数据丢掉,而后求包括新数据在内的8 个数据的算术平均值。
这样每进行一次采样,即可算出一个新平均值,大大增加了数据处理的速度。
其具体程序流程,这里就不再赘述。
313 语音压缩与解压由于数字语音信号数据庞大,10 s 语音信号数据即需80 K存储器,为了提高存储器的利用率,必须进行数据压缩。
数据压缩算法可分为失真压缩算法和非失真压缩算法。
失真压缩算法一般是对信号进行付立叶变换,然后抽取有用频率分量,解压时进行反变换,从而恢复有用信号,采用此种压缩算法压缩量较大,但本系统却不宜采用,主要原因有两点: ①语音信号频带较窄,采用付氏变换会丢失部分有用频率分量,从而引起失真。
②付氏变换运算量庞大,8 位单片机很难应付。
所以采用非失真压缩算法。
其具体算法为:当有两个以上连续相等的数据时,可以用三个字节表示,即前两个字节相等表示被压缩的数据值,后一个字节表示重复的次数。
由于语音信号自身的特点,即冗余度大,这就为此种压缩提供了可能。
同样,在解压时,程序读入数据流,当遇到两个相等数据时则重复此数,重复次数由后一个数据决定。
其压缩算法程序框图如图6 所示。
4 测试结果4.1放大器测试系统中有两个放大器:一个是前置放大器,另一个是功率放大器。
放大器设计为增益可调,实际测试中增益范围为0～6 0 dB。
4. 2 带通滤波器测试在数据采集和数据输出中所用的两个带通滤波器电路完全一致。
在测试中,一个带通滤波器的通带是300～3400 Hz ,另一个是400～3 400 Hz。
4. 3 语音存储时间测试在没有进行语音压缩时,语音存储时间实测约13 s ,采用压缩算法以后存储时间在20 s 以上。
4. 4 录、放音测试将语音信号从麦克风输入,待存储器存满后,按放音键回放语音信号并调整放大器增益,使语音信号不失真地输出,实现系统功能。
结果表明:该系统增益调节宽,抑制杂音能力强,数字化语音存储时间长。
随着语音功能在电子信息业中的使用越来越普及,本系统必将有很广阔的应用前景。
参考文献:[1 ] 程佩青. 数字信号处理教程[M] . 北京:清华大学出版社,1995.[2 ] 李华. MCS 系列单片机实用接口技术[M] . 北京: 北京航空航天大学出版社,1993.[3 ] 潘新民. 单片机实用系统设计[M] . 北京: 人民邮电出版社,1992.Digital Voice Storage and Playback SystemGAO Hai2chun , R EN Kai2da , KON G De2f eng , XU He2jie , L I Wen2yu(Dept . of Electronics and Information , East China Shipbuilding Institute , Zhenjiang Jiangsu 212003 ,China) Abstract : An excellent method is presented to design digital voice storage and playback system. Because of application of no distortion compress algorithm and moving average value f iltering algorithm for digital fil2ter , the performance of the digital voice storage and playback system can be greatly stable.Key words : voice ; single2chip computer application ; playback system\一种数字化语音存储与回放系统的设计类别：电子综合阅读：1339电子设计应用/姚晓亮刘春河等系统设计总体设计系统主要由语音处理前向通道、A／D转换、单片机控制兼数据处理、D／A转换、键盘显示模块及后向处理通道组成，单片机构成系统的控制中心，用来进行控制功能选择和结果显示。
CPLD内集成373、138和分频器。
通过前级放大，将微弱的电信号放大到2.5v，中间由射极跟随器进行隔离，再通过300Hz～3.4kHz的带通滤波器滤除50Hz的市电影响和高频噪声。
ADC0809的参考电压选为+5V，其采集的电压信号范围是0～+5V。
而语音信号是双极性的，可正可负(滤波器输出信号幅值约为土2.5V)，因此，有必要加一直流偏置电压(约为+2.5V)，使语音信号变为单极性信号(0～+5V)，保证ADC0809采样有效，同时也保证其具有一定的采样精度。
通过反相加法器将双极性的电信号转换为0～+5V的单极性信号。
信号通过A／D转换后进入单片机进行相应处理，然后D／A转换成模拟信号输出，后极通过300Hz～3.4kHz的带通滤波器使之平滑，并用音频功放放大语音信号后输出。
各模块设计前级放大模块话筒的输出阻抗不可忽略，故放大前必须进行隔离，并尽量减小信号输出阻抗。
本电路采用射随隔离电路。
从话筒输出的电压峰-峰值约为几百mV，因此，只需要将信号放大几倍，使其峰-峰值达到5V左右即可。
采用多级放大，减少噪声干扰。
在加法器两输入端及ADC输入端均加上射随隔离，电路参数设计如图2所示。