数字化语音存储与回放系统本科毕业论文(编辑修改稿)

数字化语音存储与回放系统本科毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

需要时再将其回放，存入与放出由开关通过微处理器来控制实现。 存储器的容 量选择视所存语音信号的时间长短而定。 为了使 A/D 的输入信号稳定在其动态范围内，在输入级加上了自动增益控制电路，同时也使音量稳定。 4 电路设计 拾音器是一种声传感器， 声传感器是把外界声场中的声信号转换成电信号的传感器。 它在通讯、噪声控制、环境检测、音质评价、文化娱乐、超声检测、水下探测和生物医学工程及医学方面有广泛的应用 [10]。 它的种类很多，按其特点和频率等，将它划分为超声传感器、声压传感器和声表面波传感器 等。 单纯的磁性拾音器工作的电学原理 为 当 声音 在铜丝绕制的线圈内震动切割被该线圈所缠绕的磁 芯产生的磁感线时，线圈内感应出电信号并流出。 感应电流的强弱取决于切割磁感线的多寡（振幅）、切割频率（震动频率）和磁感线自身的强弱。 拾音器包括拾音头（换能装置、唱针）和音臂等附件。 其换能装置主要有压电式、电磁式、电容式以及半导体等 [11]。 电磁式拾音头，用电磁感应原理，将机械振动变换成电信号的幅度响应拾音头。 主要由线圈和磁钢等组成。 唱针耦合在线圈上的称 动圈 式，耦合在磁钢上的称动磁式。 此外，也有将唱针耦合在衔铁上的称为动铁式，也称可变磁阻式。 在本设计中决定采用动圈式拾音器 （１） 增益放 大器 拾音器输出的毫伏信号实测其范围约为 20~25Mv 此电信号太小不能够进行采样，后级 A/D转换输入信号的动态范围为 0~5V，语音信号的范围与采样范围的比较得出放大器的放大倍数应为 200 倍左右，此处将信号通过一增益为 46dB 的放大器，将其放大到伏特量级，输出级放大电路亦采用这种电路，两级放大电路都采用增益可调的典型电路 [12]。 为了将从拾音器获得的微弱语音信号放大 ,采用两极高输入阻抗的同向放大器 ,电路图如图所示 ,每级放大器的放大倍数按下式计算 : 311 /1 RRA PV  522 /1 RRA PV  ８ 3261 8574N E 55 3 43261 8574N E 55 3 4P O T 1 P O T 2R2R1R3R4 R5C?1 .0 uFE1C1C2E2 .2 uFM+ 15+ 151 51 5OUT 图 增益放大器 （２）输出放大器 经带通滤波器输出的声音回放信号，其幅度为 0～ 5V，足以用耳机来接收听，可不接任何放大器。 但考虑到实际中经常回用到喇叭外放，故在本系统中增加外放功能，前端放大器采用通用型音频功率放大器 LM386 来完成 [13]。 电路如图。 该电路增益为 50～ 200，连续可调，最大不失真功率为325mW。 输出端接 C R9 串联电路，以校正喇叭的频率特性，防止高频自激．脚7 接 220uF 去偶电容，以消除低频自激．为便于该功放在高增益情况下 工作，这里将不使用输入端脚 2 对地短路． 图 输出放大器 ９ 滤波器是一种能使有用频率信号通过同时抑制 (或大为衰减 )无用频率信号的电子装置。 工程上常用它来作信号处理、数据传输和抑制干扰等。 这里主要讨论模拟滤波器。 以往这种滤波电路主要采用无源元件 R、 L 和 C 组成， 60 年代以来，集成运放获得了迅速发展，由它和 R、 C 组成的有源滤波电路，具有不用电感、体积小、重量轻等优点 [14]。 此外，由于集成运放的开环电压增益和输入阻抗都很高，输出阻抗又底，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲 作用。 但是，集成运放的带宽有限，所以目前有源滤波电路的工作频率难以作的很高，这是它的不足之处。 对于幅频响应，通常把能够通过的信号频率范围定义为通带，而把受阻和衰减的信号频率范围定义为阻带，理想滤波电路在通带内应具有零衰减的幅频响应和线形的相位响应，而在阻带内应具有无限大的幅度衰减（   0jA ）。 按照通带和阻带的相互位置不同，滤波器可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器。 通常用幅频响应来表征一个滤波器的特征，欲使信号通过滤波器的失真很小，则相位和延时响应亦 须考虑。 当相位响应  作线性变化，即时延响应 为常数时，输出信号才可能避免失真。 图     sV sVsA 10 ，    ejAjA   j (s= j ) 这里  jA 为传递函数的模，  为其相位角。 延时向量  ：     sdd   声音信号经动圈拾音器转有源滤波器换成电压信号，通过前级放大，在对其进行数据采集之前，有必要经过带通滤波器除带外杂波，选定该滤波器的通带范围为 300Hz~： １． 保证 300～ 3400Hz 的语音信号不失真的通过滤波器； ２． 滤除带外的低频信号，以减少带外功频等分量的干扰，大大减少噪声影响，该下限频率可下延到 270Hz 左右； ３． 便于滤除带外的高次谐波，以减 少因 8kHz 采样率而引起的混叠失真，滤波电路 t1 t0 １０ 根据实际情况，该上限频率可在 2700Hz 左右，带通滤波器按品质因数Q 的大小为窄带滤波器（Ｑ＞ 10）和带通滤波器（Ｑ＜ 10 两种，本题中，上限频率 fh=3400Hz,通带滤波器中心频率 f0 与品质因数Ｑ分别为 f0= 1FhF = 3003400  =1010Hz Q= 100  fFh FBWF 显然， Q＜ 10，故该带通滤波器为宽带带通滤波器．带宽带通滤波器由高通和低通滤波器级联构成 ，鉴于 Butterworth 滤波器带内平坦的响应特性，我们选用二阶 Butterworth 带通滤波器，电路如图 所示．实验证明，该滤波器能有效的滤除低频分量，大大减少噪声干扰，与之同时也绿除了多余的高频分量，消除了高频失真，性能足以满足要求 [15]。 图 带通滤波器 这里介绍的稳压电源，采用三端可调稳压集成电路 LM317，外围电路十简单，便于制作。 该稳压电源，电压可调范围 ~25V,最大负载电流 [16]。 电路如图 所示： 220V 交流电经变压器 T 降压 ,得到 24V 交流电 ,再经VD1~VD4 组成的全桥整流 ,由 C1 滤波后得到 33V左右的直流电压 [17]。 该电压经集成电路 LM317 后得稳压输出 ,调节电位器 RP,即可连续调节输出电压。 图中 C2用以消除寄生振荡 ,C3 的作用是抑制纹波 ,C4 是用以改善稳压电源的的暂态响应 ,VD VD7 在输出端电容漏电或调整端短路时起保护作用。 VD5 为本电源的工作指示灯，电阻 R1 是限流电阻。 输出端接微型电压表 PV，可以直观的指示输出电压值。 各元件具体参数如图所标。 １１ 图 可调直流稳压电源 MCS— 51 系列单片机 单片微 型计算机（ SingChip Microputer）简称单片机。 它是在一块芯片上集成中央微处理器（ Central Processing Unit, CPU）、随机存取存储器（ Random Access Memory, RAM）、只读存储器（ Read Only Memory, ROM）、定时 /计数器及 I/O（ Input/Output）接口电路等部件，构成一个完整的微型计算机。 它的特点是：高性能，高速度，体积小，价格低廉，稳定可靠，应用广泛 [18]。 正是由于单片机具有上述显著的特点，使单片机的应用范围日 益扩大。 单片机的应用打破了人们传统设计思想，原来很多用模拟电路、脉冲数字电路和逻辑部件来实现的功能，现在均可以使用单片机，使用软件来实现。 使用单片机具有体积小、可靠性高、性能价格比高和容易产品化的优点。 89C51 简介 89C51 是一种带 4K 字节 片内程序存储器 ， 且是 高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机 [19]。 该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS51 指令集和输出管脚相兼容。 由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中， ATMEL 的 89C51 是一种高效微控制器，为很 多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 １２ 图 89C51 引脚图 89C51 有 40 个引脚， 4 个 8 位并行输入 /输出（ I/O）端口： P0、 P P P3，其中， P1 是完整的 8 位准双向 I/O 口，两个外中断， 2 个 16 位可编程定时 /计数器，两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器。 此外， 89C51 的时钟频率可为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有 RAM、定时 /计数器 、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入工作状态，省电模式中，片内RAM 将被冻结，时钟停止震荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件系统复位方可继续工作 2. 引脚介绍 Vcc：接 +5V电源正端 GND：接地。 P0 口： P0 口为一个 8位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。 当P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。 P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。 在 FIASH 编程时， P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时， P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口： P1 口是 一个内部提供上拉电阻的 8位双向 I/O 口， P1口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。 P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入， P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 在 FLASH 编程和校验时， P1 口作为第八位地址接收。 P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的 8位双向 I/O 口， P2口缓冲器可接收，输出 4个 TTL门电流，当 P2口被写 “1” 时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作 １３ 为输入。 并因此作为输入时， P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。 这是由于内部上拉的缘故。 P2 口当用于外部程序存储器或 16位地 址外部数据存储器进行存取时， P2 口输出地址的高八位。 在给出地址 “1” 时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， P2口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口： P3 口管脚是 8个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL门电流。 当 P3 口写入 “1” 后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。 作为输入，由于外部下拉为低电平， P3口将输出电流（ ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为 89C51 的一些特殊功能口，如下表 所示： 表 P3 口管脚的特殊功能 引脚 第 二 功 能 RXD (串行输入口 ) TXD (串行输出口 ) INTO (外部中断 0 请求输入端 ) INT1 (外部中断 1 请求输入端 ) T0 (定时器 /计数器 0 记数脉冲输入端 ) T1 (定时器 /计数器 1 记数脉冲输入端 ) WR (片外数据存储器写选通信号输出端 ) RD (片外数据存储 器读选通信号输出端 ) RST：复位输入。 当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。 在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。 在平时， ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。 因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。 然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。 此时， ALE只有在执行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。 另外，该引脚被略微拉高。 如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 PSEN：外部程序存储器的选通信号。 在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 /PSEN 有效。 但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN信号将不出现。 １４ EA/VPP：当 /EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000HFFFFH），不管是否有内部程序存储器。 注意加密方式 1时， /EA 将内部锁定为 RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。 在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（ VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 3. 主要性能指标 MCS51 兼容 字节可编程闪烁存储器 ： 1000 写 /擦循环数据保留时间： 10 年 ： 0Hz24Hz *8 位内部 RAM 可。