第9题 数字化语音存储与回放系统

青岛大学

电工电子实验教学中心

全国大学生电子设计竞赛

数字化语音存储与回放系统

(E题)

12组：殷凯李健李文超

2015年8月1日

数字化语音存储与回放系统（E题）

一、基础部分

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fs=8kHz，字长=8位；

④.语音存储时间≥10秒；

⑤.DAC：变换频率fc=8kHz，字长=8位；

⑥.回放语音质量良好。

二、发挥部分

①.减少系统噪声电平，增加自动音量控制功能；

②.语音存储时间增加到20秒以上；

③.在原有存储器不变的前提出下，提高语音存储时间；

④.其它。

三、评分标准

数字化语音存储与回放系统（E题）

摘要

本设计基于增强型STM32F103ZET6单片机，实现数字化语音存储与回放。语音信号通过驻极体话筒采样后进行放大，经过通频带为300Hz-3.4kHz的带通滤波器进行滤波，通过AGC电路实现自动音量控制，送入单片机内部进行ADC采样并存入内部FLASH存储器中。录制完成后语音数据再经过单片机内部DAC输出为模拟信号，并再次通过带通滤波器滤波后对其进行功率放大，保证信号回放质量。为提高存储器利用率，本设计采用ADPCM算法，延长语音存储时间，经测试可达30秒。本系统的创新点在于使用单个按键简化控制逻辑，并通过指示灯实时表示系统当前的工作状态，简单直观，易于使用。

关键词STM32 带通滤波器 ADPCM算法 LM386

Abstract

This design is based on the enhanced STM32F103ZET6 microcontroller, digital voice storage and playback. Electret microphone samplings were conducted after amplification by speech signal, through the pass band of 300Hz-3.4kHz bandpass filter with the filter, the AGC circuit realization of automatic volume control, into the internal microcontroller ADC sampling and stored in internal flash memory. After recording the speech data, the DAC output is analog signal, and the power amplifier is amplified by the filter with the filter, and the signal quality is guaranteed. To improve memory utilization, this design uses ADPCM algorithm to extend the voice storage time, the test can reach 30 seconds. The innovative point of this system is to simplify the control logic by using a single key, and it is easy to use in real time, and it is simple and intuitive, and it is easy to use.

Keywords STM32 Band Pass Filter ADPCM Algorithm LM386

目录

1 方案选择与比较 (1)

1.1 主控制器的选择与比较 (1)

1.2 语音信号采集的选择与比较 (1)

1.3 带通滤波器的选择与比较 (1)

1.4 A/D和D/A转换电路的选择与比较 (1)

1.5存储器的选择与比较 (2)

2 总体设计 (2)

3 硬件设计 (2)

3.1 语音输入 (2)

3.2 放大电路 (3)

3.3 带通滤波器 (3)

4 软件设计 (4)

4.1 主程序设计 (4)

4.2 AGC功能实现 (4)

4.3 存储空间分配 (5)

5 系统测试与结果 (5)

5.1 测试仪器 (5)

5.2 测试方法 (5)

5.3 测试结果 (5)

5.3.1 基本要求的测试与结果 (5)

5.3.2 扩展要求的测试与结果 (5)

6 总结与体会 (6)

7 参考文献 (6)

附录 (6)

程序清单 (6)

程序框图 (10)

1 方案选择与比较

1.1 主控制器的选择与比较

方案一：采用MSP430G2553为主控制器，内置具有基准、采样与保持以及自动扫描功能的10位200-ksps的A/D转换器，且功耗低。但其运算速度不够快，存储空间达不到要求。

方案二：采用STM32单片机为主控制器，速度快，具有72MHz的CPU工作频率和很强的运算能力，且自带有3个12位模数转换器，1μs转换时间(多达21个输入通道),2通道12位D/A转换器。具有从256K至512K字节的闪存程序存储器,高达64K字节的SRAM。

经比较，采用方案二为主控制器。

1.2 语音信号采集的选择与比较

方案一：采用动圈式话筒，结构简单、结实耐用、价格较低，对使用环境的要求不高。但灵敏度不够高，高频响应不足，音色不够细腻。

方案二：采用驻极体话筒，体积小，噪声低、失真小、灵敏度很高，频响也很宽。

经比较，采用方案二作为语音信号采集的方案。

1.3 带通滤波器的选择与比较

方案一：采用单个运放构成压控电压源二阶带通滤波器，输入阻抗较高，输出阻抗较低，

相当于一个电压源，性能稳定。但系统要求通频带为300Hz—3.4kHz，f

0=(f

H

+f

L

)/2=1550Hz，

而此时A

uf

=0，即Rf/R1=0才可实现，故无法达到要求。

方案二：采用低通滤波器和高通滤波器串联，通过低通滤波器将输入的信号进行滤波，使得只有低于设计要求的频带中最高频率的信号才能通过，再通过高通滤波器使得只有高于设计要求的频带较低频率的信号才能通过。

经比较，滤波器串联可采用方案二作为带通滤波器的方案。

图1-1 压控电压源二阶带通滤波器图1-2 带通滤波电路

1.4 A/D和D/A转换电路的选择与比较

方案一：采用ADC0832和DAC0832，ADC0832具有双通道A/D转换，8位分辨率，采样频率可达32.5kHz；DAC0832具有8位分辨率，可双缓冲、单缓冲或直接数字输入，电流稳定时间为1μS。此方案需两个转换芯片，增加电路复杂程度，且外置转换芯片串行传输速度较慢。

方案二：采用PCF8591，单片集成、单独供电、低功耗、8-bit CMOS数据获取器件。PCF8591具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行I²C总线接口。此方案可相应简化电路，但外置转换芯片GPIO在低速总线上，串行传输速度较慢。

方案三：采用STM32F103ZET6内置A/D、D/A，3个12位模数转换器，1μs转换时间，2通道12位D/A转换器，并行传输，搭载在高速总线上，速度快，且无需附加硬件电路。