课件-数字化语音存储与回放系统实验报告
语音存储与回放设计报告
电子设计报告语音存储与回放系统设计小组成员院系名称专业名称班级二○一四年 7 月 12 日语音存储于回放系统设计内容提要：本系统是一本系统是以DSP芯片为核心控制芯片设计的一款语音存储与回放系统。
该系统可以通过话筒采集语音信号然后经过放大器放大以及带通滤波器滤除干扰信号后通过AD转换过后由DSP芯片进行存储后通过DA转换进行回放，之后再进行滤波与功率放大通过扬声器输出语音信号。
整体的电路由语音采集电路、放大器电路、带通滤波电路、DA转换电路、控制与显示电路以及语音回放电路组成。
控制芯片通过AD转换将语音采集电路与放大滤波电路采集到的语音信号转换成数字信号后存储起来，之后通过DA转换输出语音信号，再通过滤波与放大后通过扬声器输出采集到的语音信号。
该系统可以较好的将语音信号采集并且存储与回放出来。
关键词：DSP 语音信号放大带通滤波 AD转换 DA转换目录1. 方案设计与论证 (1)1.1 系统总体方案 (1)1.2 前级放大电路设计 (1)1.3 滤波器设计 (1)1.4 AD与DA模块设计 (2)1.5 功率放大器设计 (2)2. 硬件电路设计 (3)2.1话筒电路设计 (3)2.2放大器设计 (3)2.2.1同相放大器设计 (3)2.2.2差分放大器设计 (3)2.3带通滤波器设计 (4)2.4加法器设计 (4)2.5 DA转换电路设计 (5)2.6功率放大器设计 (5)3. 软件设计 (6)4. 系统调试及数据分析 (6)5. 误差分析 (7)6. 参考文献 (7)语音存储与回放系统设计报告1.方案设计与论证1.1 系统总体方案本系统的设计主要是通过DSP控制芯片进行控制。
由话筒构成语音采集电路将语音信号转化成与之对应的电信号，再将电信号通过放大器与滤波器后进入有DSP芯片控制的AD转换器中，通过AD采样与转换后进入存储器。
再由存储器将数据输出后通过DA转换后通过滤波器与放大器后通过扬声器输出，这样就可以将语音信号进行很好的存储于回放。
设计报告-语音存储与回放系统
课程设计报告课程名称综合电子设计题目语音存储与回放系统_________________________________ 指导教师杨鸿波设计起止日期2012年4月系别自控专业自动化学生姓名袁庚/李超班级/学号自控0904 2009010910/930成绩___________________摘要数字化语音存储与回放系统的基本思想是将模拟语音信号通过模数转换器A/D转换成数字信号，再通过单片机控制存储在存储器中,回放时，由单片机控制将数据从存储器中读出,然后通过数模转换器D/A 转换成模拟信号，经放大在扬声器或耳机上输出。
本设计以单片机芯片STC89C52作为核心控制器，通过硬件电路的制作以及软件程序，制作出一个数字化语音存储与回放系统。
该系统使用Keil51软件为平台，使用C 语言编程完成了整个系统的编写和调试，主要包括语音处理前向通道、A／D转换、单片机、D／A转换、键盘显示模块及后向处理通道。
本次设计采用2片32k的HY62256存储器组成，基本实现了本次设计的各项功能和技术要求。
一、功能介绍语音存储与回放系统能够将语音先行录制，然后再回放，适合应用在一些需要语音播报功能的设备上，如公交车报站器、智能小家电、智能玩具等。
在一些实际应用中，一般录制是在产品出厂时，由专业人员进行录制，而在实际应用中只需要播放，如公交车报站器。
但在一些实际应用中，则需要用户既能随意录制，也能随意播放，如智能玩具。
语音存储与回放系统比较重要的两个指标是语音的最大录制时间和语音回放的质量。
语音的最大录制时间是由语音存储与回放系统的存储设备的容量来决定的，一般采用RAM，即为系统的存储容量。
在一般的单片机系统中，RAM的容量非常有限，需要扩展一定容量的RAM。
而语音回放的质量主要由系统中A/D以及D/A来决定，A/D与D/A的精度越高，语音的质量越好，同时系统的噪声抑制能力，如带通滤波器的优劣等，也会影响到语音的质量。
11通信一班 数字化语音存储与回放系统设计报告最终 2
数字化语音存储与回放系统成果报告班级：11通信一班小组成员：梁炬荣(21）陈冠豪(14)余光运(23) 李俊强(31)指导老师：陈晓明老师设计方案我们采用ISD1820芯片以及电阻、电容、LED、按键，8欧姆的小喇叭，电路需要在3v单电源下工作我们选择ISD芯片主要是因为有如下功能可以更好地实现电路功能1.自动节电，维持电流0.5uA2.边沿/电平触发放音3. 外接电阻调整录音时间，选用100到200 kΩ的电阻（详见附表）4. 3v单电源工作5. 所需外围元件少，电路简单，操作方便。
6.采用直接模拟量存贮技术DAST（Direct Analog Strorage Technology），再现优质原声。
一、主要芯片：ISD1820二、工作电压：直流3~5V三、主要特点1、使用方便的10秒语音录放2、高质量、自然的语音还原3、可用作喊话器模块4、带循环播放，点动播放，单遍播放功能5、可用单片机控制,也可以不接单片机使用板上的按键控制四、主要特性1. 自动节电，维持电流0.5uA2. 边沿/电平触发放音3. 外接电阻调整录音时间（详见附表）4. 3v单电源工作系统有一个LED指示灯、三个微动开关，可以对芯片的录音、播放、停止进行控制。
S3（RECORD）为录音键，按住它时LED灯点亮，此时为录音状态，当录放达到最大时间值或中途放开S3 录音按键即停止录音。
S2（PLAYL）为放音键，按一下它就可以播放录音，当放音达到录音的尾声时或中途按下了S1停止键则停止放音。
S1为停止键，当放音过程中按下S1停止键停止放音。
如果有待机时按住S1 则开始放音，放音直到录音的尾声或中途放开S1 键。
当芯片处于录音状态时LED点亮，当芯片放音结束时LED 会闪亮一下。
工作原理录音（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。
语音压缩存储与回放实验报告
DSP课程设计实验报告语音压缩、存储和回放目录一、设计任务书封面 (1)二、设计内容与要求 (3)三、设计算法原理说明 (4)四、程序设计、调试与结果分析 (7)CMD程序，C语言程序 (7)调试过程 (15)波形与数据显示 (16)五、设计（安装）与调试的体会 (17)六、参考文献 (18)语音的压缩、存储与回放一、设计要求与目标（1）使用DSP实现语音压缩和解压缩的基本算法，算法类型自定，例如可以采用G.711、G.729等语音压缩算法。
（2）采用A/D转换器从MIC输入口实时采集语音信号，进行压缩后存储到DSP的片内和片外RAM存储器中，存储时间不小于10秒。
（3）存储器存满之后，使用DSP进行实时解压缩，并从SPEAKER输出口进行回放输出。
（4）使用指示灯对语音存储和回放过程进行指示。
发挥部分：使用多种算法进行语音的压缩、存储和解压缩，比较它们之间的优缺点。
二、实验目的1、通过本实验掌握5402DSP片上外设多通道缓冲串行口mcbsp。
2、学习掌握tlc320ad50CODEC编译码器的内部结构、工作原理。
3、学习A律语音压缩以及C语言下的编程方法。
三、实验原理1．语音采集与输出模块语音采集与输出模块采用的是TI公司推出的一款高性能的立体声音频Codec芯片TLC320AD50C，内置耳机输出放大器，支持MIC和LINE IN两种输入方式（二选一），且对输入和输出都具有可编程增益调节。
AD50的模数转换（ADCs）和数模转换（DACs）部件高度集成在芯片内部，采用了先进的Sigma－delta过采样技术，可以在8K到96K的频率范围内提供16bit、20bit、24bit和32bit的采样，ADC和DAC的输出信噪比分别可以达到90dB和100dB。
与此同时，AD50还具有很低的能耗，回放模式下功率仅为23mW，省电模式下更是小于15uW。
由于具有上述优点，使得AD50是一款非常理想的音频模拟I/O器件，可以很好的应用在随声听（如CD，MP3……）、录音机等数字音频领域[2]。
数字化语音存储与回放系统报告--设计报告
数字化语音存储与回放系统（题目）一、题目数字化语音存储与回放系统二、任务设计并制作一个数字化语音存储与回放系统三、要求1．基本要求（1）放大器1的增益为46dB，放大器2的增益为40dB，增益均可调；（2）带通滤波器：通带为300Hz～3.4kHz ；（3）ADC：采样频率f s＝8kHz，字长＝8位；（4）语音存储时间≥10秒；（5）DAC：变换频率f c＝8kHz，字长＝8位；（6）回放语音质量良好。
2．发挥部分在保证语音质量的前提下：（1）减少系统噪声电平，增加自动音量控制功能；（2）语音存储时间增加至20秒以上；（3）提高存储器的利用率（在原有存储容量不变的前提下，提高语音存储时间）；（4）其它（例如：校正等）。
四、评分意见项目满分基本要求设计与总结报告：方案设计与论证，理论分析与计算，电路图，测试方法与数据，对测试结果的分析50 实际制作完成情况50发挥部完成第一项15 完成第二项 5 完成第三项15五、说明：不能使用单片语音专用芯片实现本系统。
数字化语音存储与回放系统（设计报告）摘要该系统主要由语音收集、增益放大、带通滤波、A\D、D\A转换，51单片机、外部RAM存储、功率放大、扬声器几大部分组成。
其中语音收集主要由驻极体话筒实现。
然后同过增益放大部分将几十毫安的信号放大至0~8A左右。
再利用带通滤波滤去带声外地噪音，并由A\D转换将声音信号转化为数字信号存储在单片机的外部存储器中，可存储时长为4秒左右。
再由D\A转换转变为模拟信号后通过带同滤波滤去噪声，功率放大部分放大功率后，最后由扬声器输出。
关键词外部RAM 功率放大带通滤波A\D、D\A转换51单片机AbstractThe system is mainly composed of a voice collection, gain amplification,band-pass filtering, A \ D, \ A D conversion, 51 microcontroller, external RAM storage, power amplifier, speakers of several major components. The voice collection consists of an electret microphone implementation. Then the gain of the amplifier portion will be tens of Ma amplification of the signal to a 0 ~ 8A. Reuse of band-pass filter to filter noise acoustic field, and by A \ D converts voice signal into a digital signal and stored in a memory external to the microcontroller, can be stored for a long time about 4 seconds. By D \ A conversion into an analog signal through with filter filter to noise, power amplifier part of the larger power, finally output by the speaker.Key wordExternal RAM amplifier band-pass filter A \ D, \ A conversion D 51 single chip microcomputer目录一、方案设计与论证1.1题目解析 (01)1.2方案讨论 (02)二、理论分析与计算2.1系统的整体设计………………………………………………………………2.2功能模块的设计………………………………………………………………三、硬件设计3.1系统的整体设计………………………………………………………………3.2功能模块的设计………………………………………………………………四、软件设计4.1系统的整体设计………………………………………………………………4.2功能模块设计…………………………………………………………………五、系统的组装与调试5.1整体结构布局与工艺图………………………………………………………5.2系统调试………………………………………………………………………5.3测试结果及分析………………………………………………………………附录一………………………………………………………………………………附录二………………………………………………………………………………一、方案论证1.1题目解析根据题目要求：该数字化语音存储与回放系统要做到如下要求：（1）放大器1的增益为46dB，放大器2的增益为40dB，增益均可调；（2）带通滤波器：通带为300Hz～3.4kHz ；（3）ADC：采样频率f s＝8kHz，字长＝8位；（4）语音存储时间≥10秒；（5）DAC：变换频率f c＝8kHz，字长＝8位；（6）回放语音质量良好。
数字化语音存储与回放系统
数字化语音存储与回放系统一、题目数字化语音存储与回放系统二、任务设计并制作一个数字化语音存储与回放系统，其示意图如下：三基本要求（1）放大器1，放大器2的增益为均可调；（2）带通滤波器：通带为300Hz～3.4kHz ；（3）ADC：采样频率f s＝8kHz，字长＝8位；（4）语音存储时间≥10秒；（5）DAC：变换频率f c＝8kHz，字长＝8位；（6）回放语音质量良好。
（说明：不能用专用语音芯片实现）四、设计原理需要的器件：8031单片机、74LS373 1片、74LS138 1片、ADC0809 1片、DAC0832 1片、62256 1片、LM386 1片、OP07、UA741若干语音由拾音器（话筒）采入，其峰值大约为20mv，经电容隔直去掉加在话筒上的直流分量后，再经过一级运放放大（放大倍数大约为5倍左右）使其输出幅度达到100mv左右。
为抑制噪音、提高信噪比，可将采集的语音信号通过一带通滤波器（频带范围为300HZ ─3.4KHZ）。
此滤波器为二阶有源带通滤波器，由低通滤波器（截止频率为3.4KHZ）、高通滤波器(截止频率为300HZ)级联而成。
其输出电压幅值约为100mv，再经过一级运放进行放大使输出电压幅值达到3v左右。
因为运算放大器的输出信号是对称的即可正可负，若直接将这个对称的信号给ADC0809的输入端将导致ADC采集不准确。
ADC0809的参考电压接的是+5v，故其采集的信号范围为0—5v。
从而一方面为保证ADC0809采样有效，另一方面保证它有一定的采样精度，我们使上述运算放大器输出的的信号（约3v左右）经过了一个偏置电路。
此偏置电路是由一个运算放大器UA741所搭建而成的加法器。
加法器的一个输入端接语音采集信号，另一个输入端接偏置直流电压（约1v），从而使加法器输出保证在0—4.5v之间，即保证ADC输出不出现负值的电压。
另外为了防止输入到ADC0809的电压过大（超过了5v）而出现ADC采样的不准确现象，我们还设计了一个由三极管构成的限幅器。
DSP课程设计实验报告-语音压缩、存储和回放
DSP课程设计实验报告-语音压缩、存储和回放DSP课程设计实验报告—语音压缩、存储和回放指导教师:实验课程:DSP课程设计实验名称:语音压缩、存储和回放小组成员:自动化0605班自动化0605班目录一、概述 (3)二、算法原理及硬件要求 (4)三、程序及说明 (11)四、程序的调试及结果 (18)五、总结 (20)六、参考文献 (21)2一( 概述语音压缩、存储和回放语音信号是信息的重要形式, 语音信号处理有着广泛的应用领域，而语音压缩在语音信号的传输、存储等方面有非常广泛的作用，而且在通信领域中已经有较成熟的发展和广泛应用。
本设计要求采用DSP及其A/D、D/A转换器进行语音信号的压缩、存储和回放。
1.设计要求及目标基本部分:(1)使用DSP实现语音压缩和解压缩的基本算法，算法类型自定，例如可以采用G.711、G.729等语音压缩算法。
(2)采用A/D转换器从MIC输入口实时采集语音信号，进行压缩后存储到DSP的片内和片外RAM存储器中，存储时间不小于10秒。
(3)存储器存满之后，使用DSP进行实时解压缩，并从SPEAKER输出口进行回放输出。
4)使用指示灯对语音存储和回放过程进行指示。
(发挥部分:使用多种算法进行语音的压缩、存储和解压缩，比较它们之间的优缺点。
2.设计思路语音信号的幅度(发音强度)并非均匀分布，由于小信号占的比例比大信号大很多，因此可以进行非均匀量化。
达到这一目标的基本做法是，对大信号使用大的量化间隔，而小信号则使用小的台阶。
ITU-T G.711建议的PCM A律和µ律语音压缩标准可以分别将13比特和14比特压缩为8比特，达到语音压缩的目的。
3.设计内容1(使用DSP实现语音压缩和解压缩的基本算法，算法类型采用G.711的a律压扩算法。
A/D转换器从MIC输入口实时采集语音信号，进行压缩后存储到DSP2(采用的片内RAM存储器中，存储时间约为10秒。
3(但采样数据达到规定次数后，使用DSP进行实时解压缩，并从SPEAKER输出口进行回放输出。
《语音存储与回放》课程设计报告
综合电子设计课程设计设计题目：数字语音存储与回放专业：班级：组员：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。
关键词:语音; 单片机应用; 回放系统正文：1 基本原理1.1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,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。
1.2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。
1.3系统总体结构数字化语音存储与回放系统的基本思想是通过拾音器将声音信号转化成电信号，再经过放大器放大，然后通过带通滤波器滤波，模拟语音信号通过模数转换（A/D）转换成数字信号，再通过单片机控制将数据从存储器中读出，然后通过数模转换（D/A）转换成模拟信号，经放大再扬声器或耳机上输出。
整个系统框架图如图1所示：图1 整体框图系统组成如图所示,由输入通道、AT89C51单片机和输出通道三部分组成。
输入通道部分由拾音器、前臵放大电路和带通滤波器组成；输出通道由带通滤波器、后级放大电路组成[9]。
课件-数字化语音存储与回放系统实验报告
数字化语音存储与回放系统摘要：本系统基于语音信号的数字化存储与恢复原理，采用A/D、D/A转换技术与语音信号的插值压缩算法实现该原理，完成了对语音信号的数字化存储与回放功能。
整个系统由前级信号处理、信号压缩及后级语音回放三部分组成，单片机及FPGA完成信号的压缩算法，模拟电路完成前级信号处理和后级语音回放。
语音存储时间可以达到8秒，系统噪声电平较低，语音回放效果良好。
尖键词：插值算法；FPGA A/D ； D/A八、参考文献 11目录2・流程图注意要点 (8)六、 测试数据与分析 (10)1・测试原理与方法 (10)2・使用仪器及型号 (10)3・测试数据结果 (10)4・数据分析 (11)七、 总结分析与结论。
(11)一、 方案论证与选择 ................ 1・题目任务要求及相尖指标的分析 2・方案的比较与选择 ............... 二、 系统总体设计方案及实现方框图； 三、 理论分析与计算 ............... 四、主要功能电路的设计 ...........五、 系统软件的设计 ............... 1・基本内容 ................... 错误！未定义书签。
(2)2 5 5 6 (8)错误！未定义书签。
、方案论证与比较1 •题目任务要求及相尖指标的分析(1)基本要求①放大器1的增益为46dB,放大器2的增益为40dB,增益均可调。
②带通滤波器：通带为300Hz〜3.4kHz。
③ADC :采样频率f s二8kHz，字长二8。
④语音存储时间〉10秒。
⑤DAC :变换频率f尸8kHz，字长二8位。
(6)回放语音质量良好。
(2)发挥部分在保证语音质量的前提下：①减少系统噪声电平，增加自动音量控制功能。
②语音存储时间增加至20秒以上。
③提高存储器的利用率(在原有存储容量不变的前提下，提高语音的存储时间)。
④其它(例如：：“〔二校正等)。
2.方案的比较与选择(1)前置放大电路的方案比较与选择：方案①：差分放大电路。
数字化语音存储与回放系统(设计)
Key WordsSinglechip processor system,A/D conversion,D/A transformation,In Application Programming,Differential Pulse Code Modulation.
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目前，随着数字化信号处理技术的不断提高，单片机,数字信号处理器以及语音处理大规模集成电路的进步，语音合成,语音识别,语音存储和回放技术的应用越来越广泛，尽管现在各种语言合成芯片,语音处理应用电路有许多，但都需要增加硬件投资，在一些由单片机构成的测控系统中，由于单片机接口有限，还需要扩宽硬件接口线路，本文介绍的语音存储与回放系统中，没有使用专用的语音处理芯片，不需扩宽接口电路，只利用一般的单片机测控系统中都有的硬件电路（如A/D、 D/A、,存储器等）就能完成语音信号的数字化处理，即能完成语音的存储与回放，实现单片机测控系统的语音提示报警及语音提示操作。因此特别适用于单片机测控系统，为单片机测控系统的语音报警及语音提示操作在几乎不需增加硬件投资情况下的语音处理提供了一种思路。
1)采用专用滤波器芯片的低通滤波器电路
1Hz~10kHz,在阻带频率初可达-60dB的衰减，采用+5V电压供电。MAX7403的引脚端封装形式和应用电路如图2.7所示。通过改变连接到芯片的时钟频率，即可获得所要求技术指标的低通滤波器，滤波器时钟信号CLK可采用自建始终或者是通过外部输入时钟。若采用外部始终，则fc=fclk/100;若采用内部时钟发生器，则连接到引脚端CLK和GND之间的电容Cosc=K×10³/fosc。
DSP课程设计实验报告-语音压缩、存储和回放
DSP课程设计实验报告-语音压缩、存储和回放DSP课程设计实验报告—语音压缩、存储和回放指导教师:实验课程:DSP课程设计实验名称:语音压缩、存储和回放小组成员:自动化0605班自动化0605班目录一、概述 (3)二、算法原理及硬件要求 (4)三、程序及说明 (11)四、程序的调试及结果 (18)五、总结 (20)六、参考文献 (21)2一( 概述语音压缩、存储和回放语音信号是信息的重要形式, 语音信号处理有着广泛的应用领域，而语音压缩在语音信号的传输、存储等方面有非常广泛的作用，而且在通信领域中已经有较成熟的发展和广泛应用。
本设计要求采用DSP及其A/D、D/A转换器进行语音信号的压缩、存储和回放。
1.设计要求及目标基本部分:(1)使用DSP实现语音压缩和解压缩的基本算法，算法类型自定，例如可以采用G.711、G.729等语音压缩算法。
(2)采用A/D转换器从MIC输入口实时采集语音信号，进行压缩后存储到DSP的片内和片外RAM存储器中，存储时间不小于10秒。
(3)存储器存满之后，使用DSP进行实时解压缩，并从SPEAKER输出口进行回放输出。
4)使用指示灯对语音存储和回放过程进行指示。
(发挥部分:使用多种算法进行语音的压缩、存储和解压缩，比较它们之间的优缺点。
2.设计思路语音信号的幅度(发音强度)并非均匀分布，由于小信号占的比例比大信号大很多，因此可以进行非均匀量化。
达到这一目标的基本做法是，对大信号使用大的量化间隔，而小信号则使用小的台阶。
ITU-T G.711建议的PCM A律和µ律语音压缩标准可以分别将13比特和14比特压缩为8比特，达到语音压缩的目的。
3.设计内容1(使用DSP实现语音压缩和解压缩的基本算法，算法类型采用G.711的a律压扩算法。
A/D转换器从MIC输入口实时采集语音信号，进行压缩后存储到DSP2(采用的片内RAM存储器中，存储时间约为10秒。
3(但采样数据达到规定次数后，使用DSP进行实时解压缩，并从SPEAKER输出口进行回放输出。
数字化语音存储与回放系统报告
数字化语音存储与回放系统报告摘要： 本系统对语音信号采用时域处理方法中的数据采集直存直取的方法，完成了对语音信号3.75秒的存储与回放；前置手动增益控制将语音信号控制在A/D 转换器可处理的范围内以保证话音采样不失真；带通滤波器合理的通带范围有效地滤除了带外噪声，减小了混叠失真；通过后级滤波电路以及功放电路对输出的语音信号进行了后续处理，回放语音清晰；并有两个按键控制语音存储与回放功能，第二次录音将自动删除前一次录音。
关键词：直取直存 存储 回放 带通滤波1方案设计与论证本题目是设计制作一个数字化语音存储与回放系统。
要求前置放大器的增益为46dB ，增益可调；带通滤波器，带宽为300Hz ～3.4kHz ；ADCkHz ，采样频率fs=8字长=8位；语音存储时间≥10秒；DAC 变换频率fc=8kHz ，字长=8位；且要求回放语音质量好（话音清晰、失真小、杂音少）。
方案考虑如下。
1.1语音编码方案论证语音是一维时间信号，由于是表示语言声音的信号，所以不是恒定的，信号的性质随时间变化很大。
为了充分利用有限的存储空间，并不失真地传送语音信号必须对采集后的语音信号进行进一步压缩，即语音压缩。
所谓语音压缩，是为了声音信号更大信息量的传送与记忆而压缩数据，并有效地回放声音的过程。
语音压缩可由将语音信号采集，并利用适当的量子化形式的压缩符号化或预测符号化等进行。
现代常用的语音信号表示方法如用生成模的参数表示声音时，参数的数据率为5K 比特/秒左右，与波形符号化相比，参数表现的数据率显著变低，若使用声音生成模，则以利用声音信号分析而得的模的参数为基础，可进行声音的再合成。
在听觉上得到的与原声音没有多少不同的合成声音。
参数的数据率为信号波形数据率的101以下， 所以可进行高效的声音数据压缩。
单从声音的存储与压缩率来考虑，生成模参数表示法明显优于信号波形表示法。
但要将之应用于单片机，显然信号波形表示法相对简单易实现，具有很强的可行性。
数字化语音存储与回放系统
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。
π的校正，回放语通过后级补偿电路对输出的语音信号进行了()()s f/πsin/f/ff音清晰。
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 within the 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 compensablecircuit ，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 (I)Abstract ........................................................... I I 1 绪言............................................................. １1.1课题背景................................................... １1.2课题研究的目的和意义....................................... １1.3国内外概况................................................. １2方案比较与论证................................................... ２2.1方案一..................................................... ２2.1.1语音编码方案：........................................ ２2.1.2 A/D、D/A及存储芯片的选择............................. ２2.2方案二..................................................... ３2.2.1控制方式.............................................. ３2.2.2放大器及A/D、D/A芯片的选择........................... ３2.3方案三..................................................... ４3系统总体结构..................................................... ５4 电路设计......................................................... ６4.1拾音器..................................................... ６4.2放大器的设计............................................... ６4.3有源带通滤波器设计......................................... ８4.4可调稳压电源的设计......................................... ９4.5 MCS—51系列单片机....................................... １０4.6 D/A、A/D转换器.......................................... ２０4.6.1 D/A转换器DAC0832的介绍............................ ２０4.6.2 A/D转换器AD574介绍................................ ２１4.6.3 单片机AT89C51和AD574 的接口原理................... ２２4.6.4 存储器的选取........................................ ２４5 软件设计....................................................... ２６6 总结与展望..................................................... ２８7 致谢.......................................................... ２９8 参考文献....................................................... ３０附录............................................................. ３２1 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。
熊如平- 数字化语音存储与回放系统
摘要随着经济快速发展，人民生活水平的不断提高，现在的人已经离不开音乐，而且对听觉要求越来越高了。
由于计算机技术和数字电子的发展，现在的语音系统有了重大的飞跃，由以前体积较大单放机、复读机发展到了音质较好、体积小、容量大的MP3、MP4、手机，可以说语音技术已经相当成熟了。
传统的语音录放系统设计是纯模拟电子，体积大、噪音大、音效差。
随着信息技术革命的深入和计算机技术的飞速发展，数字信号处理技术已经逐渐发展成为一门关键的技术学科。
而DSP芯片的出现则为数字信号处理算法的实现提供了可能。
这一方面极大地促进了数字信号处理技术的进一步发展；另一方面，它也使数字信号处理的应用领域得到了极大的拓展。
当今，计算机技术带来了科研和生产的快速发展，微型计算机的应用已经渗透到生产、生活的各个方面。
单片微型计算机简称单片微机或单片机，又称微控制控制器。
它体积小、价廉、功能强，适用范围越来越宽。
引入了数字电子和单片机，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做得更好，更完善。
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信号转化成数字信号控制。
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，采用了非失真对语音信号进行存储，在回放时再进行解压缩；同时，对输入语音信号进行滤波抑制噪音和干扰，从而确保了语音回放的可靠质量。
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，中间由射极跟随器进行隔离。
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输出。
语音系统记录了前人的文献，传承了文化；记录了前人的经验，发展了社会；记录了声音，美化我们的心灵。
电子竞赛-数字化语音存储与回放系统
压缩与扩张:实现非均匀量化的方法之一 特点: 对输入模拟信号进行压缩处理后再 均匀量化 。
方案4 基于FPGA控制的数字化语 音存储与回放系统
1、数字化语音存储与回放系统硬件电路
放大器1即音频信号放大电路 音频信号放大电路如图2所示。第一
级放大(-4．7)倍。IRD120实现自动增 益控制，当开关打到1的位置是增益自 动控制，当开关打到2的位置是手动控 制。增益自动、手动控制是利用场效 应管工作在可变电阻区，漏源电阻受 栅源电压控制的特性。第二级放大 (+101)倍。第三级放大倍数可调，最大 (-20)倍，保证ADC0809满量程转换。
通过麦克风接收模拟信号，通过ADC0809转换为数字信号，存储在内存单 元中，再通过开关选通存储通道，把数据存到存储器中去。 (2)放音子程序 读取存储文件上的相应数据，通过DAC0832转换，再用扬声器进行输出。 (3)文件的存放和读取 完成将数据存储和取出的操作。
图6 8253定时/计数器电路
数模转换(DAC)电路 DAC如图6所示。题目要
求变换频率fc=8kHz，字长 =8位，可选择转换时间不 超过125μs的8位D／A转换 芯片，DAC0800的转换时 间为100ns，可选用 DAC0800。存储芯片输出 的数字量经可编程器件图9 送给DAC0800 DAC电路， 将数字量转换为模拟量。
回放时，由程序控制从文件中提取出数字语音数据， 然后送入DAC0832转换成模拟信号，最后送入扬声 器回放出来。其中ADC0809以及DAC0832的采样频 率由8253定时/计数器产生，由程序控制其运行。
方案* 硬件设计
系统的组成大致有以下几部分：模拟信号放大电 路，电平提升电路，A/D转换电路，D/A转换电 路以及8253定时/计数电路。系统硬件电路框图 如图1所示。
数字化语音存储与回放系统.
摘要语音录放系统以AT89C51单片机为控制核心。
ISD2560是一种永久记忆型语音录放电路器件，它具有音质自然、使用方便、单片存放、反复录音、低功耗、抗断电等特点，广泛应用于许多领域。
ISD2560省去A/D和D/A转换器，集成度较高，内部包括前置放大器、内部时钟、定时器、采样时钟、滤波器、自动增益控制、逻辑控制、模拟收发器、解码器和480 KB的EEPROM。
为降低成本，在最小硬件设计基础上，系统功能尽可能用软件程序实现，利用C51高级C语言编程开发。
关键：词AT89C52单片机，ISD2560，语音录放前言单片机是一款功能强大，集成度非常高的数字处理系统。
它集成了ADC和PWM 的模块而且还有硬件滤波器！它基本上可以处理生活中实时性不太强的数字信号和模拟信号，并实现通信。
该课题设计基于AT89C51单片机，介绍和分析了录音器的基本原理，并作出较为简单的录音器模型展示其原理！主要运用了AT89C51单片机内部集成的ADC转换模块以及PWM功能，将从外部接收的模拟信号转换为数字信号，并存储在AT45DB41B存储芯片中，再将从AT45DB041B存储芯片中读取数字信号转化为模拟信号，送到外部的喇叭中进行播放。
主要功能有录音，存储，删除，放音等！AbstractThe voice recording system with AT89C52 MCU as the control core. ISD2560 is a permanent memory type voice recording circuit device, it has the quality of natural, easy to use, a monolithic storage, repeated recordings, low power consumption, power resistance and other characteristics, are widely used in many fields. ISD2560without A / D and D / A converter, high integration level, interior includes a preamplifier, an internal clock, timer, sampling clock, filters, automatic gain control, logic control, analog transceiver, decoder and480 KB EEPROM. In order to reduce the cost, the minimum based on the hardware design, system function as far as possible using a software program, using C51 advanced C programming languageKeywords: AT89C52, ISD2560, voice recording circuit目录第1章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 数字语音录放系统的发展 (1)第2章单片机控制语音录放系统的设计 (2)2.1总体方案论证 (2)2.2 单片机AT89C52 (2)2.3 ISD2560语音芯片 (4)第3章硬件电路及软件实现 (8)3.1 系统硬件电路设计 (8)3.2 系统软件设计 (10)第5章总结 (12)致谢.................................................................................................................. 错误！未定义书签。
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数字化语音存储与回放系统摘要：本系统基于语音信号的数字化存储与恢复原理，采用A/D、D/A转换技术与语音信号的插值压缩算法实现该原理，完成了对语音信号的数字化存储与回放功能。
整个系统由前级信号处理、信号压缩及后级语音回放三部分组成，单片机及FPGA完成信号的压缩算法，模拟电路完成前级信号处理和后级语音回放。
语音存储时间可以达到8秒，系统噪声电平较低，语音回放效果良好。
关键词：插值算法；FPGA；A/D；D/A目录一、方案论证与选择............................. 错误！未定义书签。
1．题目任务要求及相关指标的分析 (2)2．方案的比较与选择 (2)二、系统总体设计方案及实现方框图； (5)三、理论分析与计算 (5)四、主要功能电路的设计 (6)五、系统软件的设计 (8)1．基本内容................................. 错误！未定义书签。
2．流程图注意要点 (8)六、测试数据与分析 (10)1．测试原理与方法 (10)2．使用仪器及型号 (10)3．测试数据结果 (10)4．数据分析 (11)七、总结分析与结论。
(11)八、参考文献 (11)一、方案论证与比较1．题目任务要求及相关指标的分析（1）基本要求①放大器1的增益为46dB，放大器2的增益为40dB，增益均可调。
②带通滤波器：通带为300Hz～3.4kHz 。
③ADC：采样频率f s＝8kHz，字长＝8。
④语音存储时间≥10秒。
⑤DAC：变换频率f c＝8kHz，字长＝8位。
⑥回放语音质量良好。
（2）发挥部分在保证语音质量的前提下：①减少系统噪声电平，增加自动音量控制功能。
②语音存储时间增加至20秒以上。
③提高存储器的利用率（在原有存储容量不变的前提下，提高语音的存储时间）。
④其它（例如：校正等）。
2．方案的比较与选择（1）前置放大电路的方案比较与选择：方案①：差分放大电路。
差分放大电路的具体实现有两种方法。
a.由三片运放构成差分放大电路。
图一：传统的差分放大电路图b.由仪表放大器AD620构成差分放大电路。
AD620是在原有的传统三片运放的基础上改进而来的，其内部结构相当于差分放大器，如下图：图二：AD620内部结构比较两种实现方法，法二中元件参数的一致性较强，电路实现较为简单，且噪声、带宽、增益等特性均优于法一中的电路。
方案②：多级放大电路。
一般由两级放大构成，第一级放大倍数较后一级放大倍数较大。
比较以上两种方案，方案①可以大幅度的减小背景噪声电平，且AD620的增益范围可以满足题目要求，而方案②会引入较大噪声，故本系统采用方案①。
（2）带通滤波器的方案比较与选择：题目中规定的上下截止频率之比为3400/300=11.2，可见需要设计一个宽带滤波器，显然无法采用一般的带通滤波器的设计方法来实现，只能采用高通滤波器级联低通滤波器的方法来实现，实现方案有以下两种：方案①：采用专用滤波器芯片实现。
如采用MAXIM公司生产的MAX274，可通过该芯片的专用设计软件对带通滤波器的各项参数值进行设定，得到在一定程度上满足要求的实现方案。
方案②：采用分立器件实现。
具体又可以分为无源滤波器和有源滤波器，由于无源滤波器对电容、电阻的参数要求较高，不易实现，故一般不采用该方法。
有源滤波器采用集成运放与阻容元件构成，具有体积小、工作频率范围宽、可对信号进行放大等优点，且输入阻抗高，输出阻抗低，便于级联。
其缺点是可能引起输出失调。
两个方案各有优点，实际测试时，发现专用滤波芯片的实际幅频特性与软件中仿真的结果有较大差距，不能满足题目要求。
且方案②的缺点与本系统关系不大，故最终采用方案②。
（3）语音压缩算法的方案比较与选择：语音压缩算法可大致分为有损压缩与无损压缩。
由于无损压缩的压缩效率较低，且要获得较好的实时性，算法较为复杂。
故本系统只考虑有损压缩。
方案①：采用PCM 编码（脉冲编码调制）。
其原理由抽样、量化和编码三个步骤组成，具体实现是将信号通过A/D 转换为线性编码，直接存入RAM ，然后通过D/A 转换将音频信号回放出来。
该方法原理简单，易于实现，且音质效果较好，几乎不存在失真，缺点是存储器利用率低。
方案②：采用DPCM 编码（差值脉冲编码调制）。
该方法通过对抽样信号和预测信号的差值进行编码，可以压缩数码率，提高存储空间利用率。
其数学表达式如下：8 (()(1)8) ()()(1) (-8()(1)7)7 (()(1)7)S n A n e n S n A n S n A n S n A n ---<-⎧⎪=--<--≤⎨⎪-->⎩其中，()S n 表示当前采样值，()A n 表示增量的累加值，(1)A n -作为预测值，()e n 表示()A n 与(1)A n -的差分值，以四位存入RAM 。
对应的解码方法为：先将()A n 预设为0，读取RAM 的值存入BUFFER中，再从BUFFER 中读出高4位或低4位作为本次样值的()e n 。
根据()e n 的最高位判断值的正负，()A n 相应地加上或减去()e n 的大小，作为下次输出值S(n+1)与下次的估计值A(n+1)。
DPCM 系统是一个负反馈系统，采用这种结构可以避免量化误差的积累。
但由于它用一个地址存放两个采样差值，即每个差值只能占用4位，除掉一位标志位，有效部分只有3位。
所以，当差值超过7时，就当7处理，因而引入的量化噪声较大。
且算法相对复杂，对器件要求也相对较高。
方案③：采用插值压缩算法。
考虑到大多数人发声频率普遍在2KHz左右，可以相应的降低采样频率以提高存储时间，将原来8KHz 的采样率下降到4KHz 。
为了能较好的还原原来的语音，解码时要进行插值，可以采用线性内插或抛物线拟合内插。
由于是半采样，插入的虚拟值不可能完全与原始的真实值相等，所以输出的语音信号会有一定的失真。
考虑到题目要求尽量增加存储器的利用率，只能在方案二和方案三中选择。
两者的压缩比均为2：1，但插值法实现起来比较简单，故最终本系统采用方案三。
二.系统总体设计方案及实现方框图：整个系统主要由前级信号处理、语音压缩与后级语音回放三部分组成。
其中差分放大、前级带通滤波和A/D转换三个模块构成了前级信号处理部分，语音压缩部分由单片机及FPGA实现，后级语音回放由D/A转换、后级带通滤波和功率放大三个模块构成。
系统框图如下：图三：系统组成框图三.理论分析与计算1.带通滤波器的相关理论与指标分析根据题目要求，带通滤波器的通带范围是300HZ-3.4KHZ，采样频率为8K。
根据采样定理可以画出经过取样被周期化了的语音频谱，如下图：图四：语音频谱显然，为了抑制混叠和减少由数字化语音恢复为模拟语音时的失真，可将该频谱中基带谱的包络作为所要设计的带通滤波器的频率响应的参考目标。
考虑到可能有工频50HZ的干扰，我们将高通滤波器的阻带频率定在50HZ。
2.高频校正的理论分析与计算语音回放时，需要将数据经过D/A 恢复为模拟语音信号。
这时的D/A 转换器相当于一个零阶保持器，根据信号与系统中有关抽样的理论，易知D/A 转换器的归一化的幅频响应为sin(/)/(/)s s f f f f ππ（式中s f 为D/A 的刷新频率，等于8KHZ ），由于该幅频响应在s f f ≤范围内呈现非理想的低通滤波器特性，因而造成恢复后的语音信号中高频分量的损失。
为了补偿该损失，可以采用一个与上述频响成倒数关系的幅频响应的网络对恢复后的语音信号进行校正。
四、主要功能电路的设计1.差分放大电路的设计该电路采用参数完全一致的两个话筒作为信号输入，两片型号一致的低噪声运放OP37分别构成两个射级跟随器，起到阻抗变换的作用。
最后利用仪表放大器AD620对两路信号进行差分放大，其放大倍数由50K 的电位器R1进行调节。
实际应用时，语音信号从任意一个话筒输入，由于是对两路信号的差值进行放大，可以有效地降低背景噪声。
图五：双话筒差分放大电路图2.功率放大电路的设计功率放大电路由集成功率放大芯片LM386及外围电路构成，调节输入端的电位器可以使输入信号峰峰值在芯片规定范围内。
1脚和8脚之间的电路可以在20-200范围内对增益进行调节。
图六：功率放大电路3.带通滤波器的设计根据题目要求，我们把带通滤波器的通带定在300-3.4KHZ。
由于插值法的采样频率是4K输出波形一定会有较大的4KHZ的偕波分量，所以我们把低通滤波器的阻带频率定在4KHZ。
同时考虑到工频可能带来的干扰，我们把高通滤波器的阻带频率定在50HZ。
电路采用巴特沃斯响应，输入级用了8阶，输出级用了4阶。
下面是4阶的带通滤波电路：图七：带通滤波电路4.FPGA内部电路的设计考虑到可编程逻辑器件速度和性能上的优势，我们把插值算法和状态机控制都放在FPGA上实现。
五、系统软件的设计1．程序设计的指导思想及风格程序作为单片机的控制核心，除了要完成基本的功能外，还要有良好的用户界面，同时还要考虑较好的适应性、通用性，以最大限度地方便调试阶段的修改与调整。
故在程序的编制中除了注重结构化设计外，还要注重层次化设计。
良好的用户界面,主要指用户在功能跳转、输入数据参数时能很方便的输入、修改、取消。
为此程序必须充分结合并使用了现有的键盘与显示资源，以提供一个较合理的用户界面。
结构化设计，主要是指同种或相似功能归并到一个相对独立的子程序中完成。
具体即把整个系统分为若干个子系统，再由单个子系统分解出一个个具体的功能模块。
对一个个具体的功能进行编码。
层次化设计，此次的程序设计中，主要是指在构建各个子系统中所采用的设计方法。
具体指把底层的硬件接口处理编制为独立底层子程序，并向上提供处理的数据且对上层功能模块屏蔽底层硬件接口部分；而相应基本功能模块利用底层处理子程序处理的数据、不直接与硬件打交道，并向上层全功能模块提供处理后的数据；交互等全功能模块再利用言基本功能模块提供的接口构建完成本模块功能；最后，主程序只要调用相关的全功能模块就可以方便地构建出系统。
整个编程过程，结构化与层次化思想贯穿始终。
在这样的架构中，结构化使程序的可读性提高的同时也把程序的冗余程度降低了，对资源本来就少的单片机来说，无疑是个很有意义的方法；而层次化，则使程序的通用性与适应性进一步增强，当外围器件电路改变时，只要改动最底层的独立接口子程序的具体基本功能实现模块，而向上层模块提供的接口不变，这样也就免去了对上层子程序的修改或变更，好处在于为改进、调试乃至在以后的利用中都提供了极好的条件。
实践证明，这样架构使条理和结构进一步明晰，可读性和易修改性也随之大大提高，同时为调试中的修改提供了极大的方便，节省了大量的软件调试时间与精力，加速了系统的设计速度。