(论文)基于单片机语音存储与回放系统

本文由xiaoyu52999贡献doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。基于单片机的数字化语音与存储系统摘要语言在人类发展史中起到了至关重要的作用，它的作用并不亚于直立行走和工具的使用，怎样能把人类的语言丝毫不差地记录下来也是人们一直思考的问题。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。论文首先介绍了语音存储与回放系统的发展和基本结构,然后通过分析比较选择最佳设计方案，并完成整个系统电路的设计，其中系统以单片机89C51为核心，选用由1片62256组成RAM阵列，作为语音的数字化信号的存储器件，将外部数据存储空间扩大至32KB。利用AM和DPCM方法对数据进行压缩以加长存储时间。接着是详细介绍各个单元电路的组成以及功能，并对有关元器件参数选择做出详细分析，最后是写出调试方案。本文阐述了实用可靠的设计方案。关键词：关键词：单片机89C5162256RAMAMDPCMIBasedonSCM'sdigitalvoicestorageandplaybacksystemABSTRACTThelanguageplayedtheveryimportantroleinthehistoryofhumandevelopment.Itsroleandnolessthanuprightwalkingandtheuseoftools.Howcanbenottheleastbitoffhumanity'slanguagerecordsisalsothequestionwhichthepeoplehavepondered.Traditionalvoicetaperecordersbecauseoftheirlargersystems,theuseofinconvenience,receivesmanylimitsintheuseofelectronicandinformationprocessing.Thisarticleproposedsmallsize,lowpowerconsumptionofdigitalvoicestorageandplaybacksystemcanreplaceit.Thepaperfirstintroducesthedevelopmentandbasicstructuresofvoicestorageandplaybacksystem,thenanalyzestodeterminethebestdesignoptions,anddesignsthewholecircuit.ThesystemtakeMCU89C51asacore,chosenbyone62256ofRAMarrays,aspronunciationofthedigitalsignalsinthememorycomponent,externaldatastoragespacewillbeexpandedto32KB.MakeAMandDPCMmethoduseofthedatacompressedtolengthenthestoragetime.Thenintroducesthecomponentsandthefunctionsoftheunitcircuit,thenmakesadetailedanalysisforthecomponentsoftherelevantparameters,andwritesdebuggingprogramsfinally.Thispaperpresentsapracticalandreliabledesign.Keywords:89C51;62256;RAM;AM;DPCMII南京工业大学本科生毕业设计（论文）摘要……IABSTRACT……II第一章绪论……11.1语音存储与回放系统概述……11.1.1引言……11.1.2语音存储回放技术的应用与发展……11.1.3语音存储与回放系统的基本结构……21.2本论文的主要工作……2第二章方案论证及总体设计……42.1语音存储回放系统方案论证……42.2方案讨论及确定……52.3系统设计……52.3.1系统级方案设计……52.3.2子系统级方案设计……6第三章单片机介绍……83.1单片机简介……83.1.1单片机概述……83.1.2单片机的结构与组成……83.1.3中央处理器（CPU）……93.1.4定时器/计数器（T/C）……93.1.5系统时钟……93.2单片机编程语言介绍……103.3系统单片机选择……113.3.1AT89C51引脚功能介绍……133.3.2定时器0和1使用……153.4看门狗电路……173.4.1软件看门狗……173.4.2硬件看门狗……18III第一章绪论第四章硬件设计……194.1总体设计……194.2各个子系统单元电路介绍……194.2.1单片机系统硬件的设计……194.2.2模拟音频电路设计……24第五章软件设计……295.1KeilC51简介……295.2主程序流程图……315.3各个模块程序介绍……315.3.1键盘子程序设计……315.3.2显示子程序……325.3.3ADC子程序设计……335.3.4DAC子程序设计……335.3.5定时中断服务子程序……34第六章系统调试与指标测试……36第六章结语……38参考文献……39附录一……40附录二……41致谢……42IV南京工业大学本科生毕业设计（论文）第一章绪论语音存储与回放系统概述1.1语音存储与回放系统概述1.1.1引言近年来，语音存储回放技术发展十分迅速，在速度和处理效果上都有很大的发展和进步。随着DSP技术的飞速发展，它在数字信号处理方面的优势日益体现出来。同时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，从而使磁头磁带系统成为了过去。现在大量的数字音频技术相当的成熟，利用软件与硬件结合的设计方法可以为系统增加可靠性和方便实现的特点。DSP在通信、雷达、语音处理等许多领域得到了广泛的应用，几乎涉及到生活应用的各个方面。其性价比日益提高，具有巨大的应用潜力。DSP系统具有比较大的优势：如灵活、可编程，支持时分复用，易于模块化设计，可重复使用，可靠性高等优点。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。1.1.2语音存储回放技术的应用与发展在多媒体技术的发展中，语音的存储回放系统有着广泛的应用。例如：在一些电视节目中语音部分的预先录制也发挥了很大的作用。各种场合的语音记录回放，如：购物商场广播、学校广播；录音笔：记者的语音记录；MP3；娱乐界的影视语音记录；再如：各种语言的口语考试记录；证词记录等。随着科学技术的发展，DSP技术对这几个方面的发展都起到很大的促进作用。该技术也可应用到多媒体计算机中的声卡部分，为其录制和播放语音。DSP技术在各种语音的存储1第一章绪论回放技术中也会得到很广泛的应用和发展。1.1.3语音存储与回放系统的基本结构任何语音存储与回放系统都是由两个部分构成：一是语音采集装置；二是语音生成装置。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。人耳能听到的声音是一种频率范围为20Hz～20000Hz,而一般语音频率最高为3400Hz。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300～3400Hz,所以把语音采集的采样频率定为8kHz。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。1.2本论文的主要工作本课题为基于单片机的数字化存储与回放系统，要求以单片机为核心器件，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：拾音器放大器1带通滤波器ADC耳机放大器2带通滤波器DAC微处理器图1-1系统框图要求实现的基本功能：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采样频率和DAC变换频率均为8kHZ。本设计要完成的主要任务为：1.课题综述。2南京工业大学本科生毕业设计（论文）2.系统的原理、组成以及整体设计。3．单元模块电路设计。4．程序设计。5.系统的制作及调试。6.结语。3第二章方案论证及总体设计第二章方案论证及总体设计2.1语音存储回放系统方案论证方案一：ADC+MCU+DAC方案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语音。本设计方案系统总体结构框图如图2-1所示：图2-1方案一系统总体框图方案二：专用语音芯片方案如采用ISD1110/ISD1420系列语言芯片。ISD1110/ISD1420系列单片录放时间8至20秒，音质好。芯片采用CMOS技术，内含震荡器、话筒前置放大、自动增益控制、防混淆滤波器、平滑滤波器、扬声器驱动及EEPROM阵列。最小的录放系统仅需麦克风、喇叭、两个按钮、电源及少数电阻电容。在录放操作结束后，芯片自动进入低功耗节电模式、功耗仅0.5uA。ISD1110/ISD1420系列有唯一的录音控制和边缘/电平触发两种放音控制。不分段时外围线路最简，也可按最小段长为单位任意组合分段，“最大段数”芯片提供若干操作模式，大大提高了控制的灵活性。芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术，每个采样直接存储在片内单个EEPROM单元中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调各效果，避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”。采样频率从5.3，6.4到8.0KHz，对音质仅有轻微影响。片内信息可保存100年（无需后备电源），EEPROM单片可反复录音十万次。这个方案的系统图如下：4南京工业大学本科生毕业设计（论文）语音芯片键盘控制电路扬声器扬声器LED显示电源图2-2方案二系统设计框图2.2方案讨论及确定ADC+MCU+DAC方案的特点是应用比较灵活，可以实现很多语音压缩处理等算法。专用语音芯片方案特点有使用方便的单片录放系统,外部元件最少，重现优质原声，没有常见的背景噪音，具有自动节电模式等。由于毕业设计的主要目的是巩固大学学过的知识，培养综合运用所学的基础知识,提高学生独立解决问题的能力，根据课题要求实现功能所，选择第一种ADC+MCU+DAC方案。2.3系统设计2.3.1系统级方案设计在系统级上该语音存储/回放系统可用图2-3来表示。图2-3中所示的系统的核心结构部分包括了前向和后向模拟通道以及语音存储与回放模块。键盘和显示模块为该系统的人机接口。5第二章方案论证及总体设计2.3.2子系统级方案设计1．概述在这个设计阶段，需要将整个系统分解成多个子系统，例如处理器系统、存储器系统、接口模块、信号调整模块以及信号采集模块