基于isd4004的语音录放系统毕业论文

基于isd4004的语音录放系统毕业论文内容摘要：

28ISD4004U3 11 中断状态也可用 RINT 指令读取。 OVF 标志 指示 ISD 的录、放操作已到达存储器的 末 尾。 EOM 标志 只在放音中检测到内部的 EOM标志时 ， 此状态位才置 1。 （ 10） 行地址时钟 (RAC) 漏极开路输出。 每个 RAC 周期表示 ISD 存储器的操作进行了一行 (ISD4004 系列中的存贮器共 2400 行 )。 该信号 175ms 保持高电平 ， 低电平为 25ms。 快进模式下 ， RAC 的 ， 为低电平。 （ 11） 外部时钟 (XCLK) 本端内部有下拉元件。 芯片内部的采样时钟在出厂前已调校 ， 误 差在 +1%内。 商业级芯片在整个温度和电压范围内 , 频率变化在 +%内。 工业级芯片在整个温度和电压范围内 ， 频率变化在 6/+4%内 ， 此时建议使用稳压电源。 若要求更高精度 ， 可从本端输入外部时钟 (如前表所列 )。 由于内部的防混淆及平滑滤波器已设定 ,故上述推荐的时钟频率不应改变。 输入时钟的占空比无关紧要 ， 因内部首先进行了分频。 在不外接地时钟时 ， 此端必须接地。 （ 12） 自动静噪 (AMCAP) 当录音信号电平下降到内部设定的某一阈值以下时 ,自动静噪功能使信号衰弱 ， 这样有助于养活无信号 (静音 )时的噪声。 通常本端对地接 1uF的电容 ， 构成内部信号电平峰值检测电路的一部分。 检出的峰值电平与内部设定的阈值作比较 ， 决定自动静噪功能的翻转点。 大信号时 ， 自动静噪电路不衰减 ， 静音时衰减 6dB。 1uF的电容也影响自动静噪电路对信号幅度的响应速度。 本端接 VCCA 则禁止自动静噪。 [4] SPI 协议 ISD4004工作于 SPI串行接口。 SPI协议是一个同步串行数据传输协议，协议假定微控制器的 SPI移位寄存器在 SCLK的下降沿动作。 对 ISD4004而言，在时钟上升沿锁存 MOSI引脚数据，而下降沿将数据送至 MISO引脚，其时序图如图 39所示。 协议具体内容如下： （ 1） 所有串行数据传输开始于 SS下降沿； （ 2） SS在传输期间必须保持为低电平，在两条指令之间保持为高电平； （ 3） 数据在时钟上升沿移入，在下降沿移出； （ 4） SS变低，输入指令和地址之后， ISD才会开始录放动作； （ 5） 指令格式是 10位地 址码加 6位控制码； （ 6） ISD的任何操作 (含快进 )如果遇到 EOM或 OVF则产生一个中断，该中断状态在下一个 SPI周期开始时被清除； （ 7） 使用读指令会使中断状态为移出 ISD的 MISO引脚时，控制及地址数据也同步从 MOSI移入； （ 8） 所有操作在运行位 (RUN)置 1时开始，置 0时结束； （ 9） 所有指令都在 SS上升沿开始执行。 12 图 39 ISD400408 SPI 通信工作时序图 对于 ISD4004 而言，器件延时 TPUD(8kHz 采样时，约为 25 ms)后才能开始操作；因此，用户发完上电指令后，必须等待。 下面是典型的操作。 其语音的录放示意如图 310 所示。 （ 1） 发 POWERUP 命令 ； （ 2） 等待 TPUD(上电延时 )；发地址值为 00 的 SFTPLAY 命令； （ 3） 发 PLAY 命令 ； （ 4） 器件会从 00 地址开始放音，当出现 EOM 时，立即中断，停止放音 ； （ 5） 如果从 00 处录音，则按以下时序； （ 6） 发 POWER UP 命令； （ 7） 等待 TPUD(上电延时 )； （ 8） 发 POWER UP 命令 ； （ 9） 等待 2 倍 TPUD； （ 10） 发地址值为 00 的 SETREC 命令； （ 11） 发 REC 命令 ； （ 12） 器件便从 00 地址开始录音，一直到出现 OVF(存储器末尾 )时，录音停止。 13 图 310 语音录放时序图 滤波电路的设计与方案论证 滤波电路是一种能使用频率信号通过而同时抑制无用频率信号的电子装置。 工程上常用它来做信号处理、数据传送和抑制干扰等。 实际常用是模拟滤波器，这种滤波电路主要采用无源元件 R、 L 和 C 组成， 20 世纪 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。 此外，由于集成运放的开环增益和输入阻抗均很高，输出阻抗又低，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做得很高，以及难以对功率信号进行滤波，这是它的不足之处 [5]。 设计思路： 一方面由于本设计是语音信号，信号的频率范围一般为3003400HZ，带宽的范围一定，适合采用有源滤波电路。 另一方面，考虑到实用性，带负载能力要比较强，满足输入阻抗足够高，输出阻抗应足够小，且满足阻带衰减频率 40db/10 倍程。 最后采用集成电路，可以避免各滤波之间的负载效应而使滤波器的设计和计算大大简化。 综上三点原因，本设计系统中的滤波电路采用二阶有源滤波器。 滤波器分成四种滤波器，分别是：低通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器、高通滤波器，它们的频域示意图如图 311 所示。 在本系统中，将采用带通滤波器， 图 311 四种滤波器的示意图 带 通 滤 波 器H Z| A |低 通 滤 波 器H Z| A |带 阻 滤 波 器H Z| A |高 通 滤 波 器H Z| A | 14 在设计带通滤波器时，可以采用有源高通滤波电路和一个有源低通滤波电路串联而成，其原理图如图 312 所示。 图 312 带通滤波器的组成 二阶有源带通滤波电路的传递函数 [5]为 式（ 32）： （ 32） 其中 AVF 为同相比例放大电路的电压增益。 通过查表计算得，设计低通滤波器的截止频率为 3000Hz,高通滤波器的截止频率为 600Hz。 带通滤波器的原理图如图 313 所示。 图 313 带通滤波器原理图 有 源 高 通 滤 波 器 有 源 低 通 滤 波 器输 入 输 出2314111U1ALM324AN81093411U1CLM324ANC1C215nC333nC524KR1ResR2ResR3ResR4ResR5ResR6Res33nC71 2P112P212P3Header 2GNDLM324 电源语音输入 语音输出二阶高通滤波器二阶低通滤波器))()3(1)( 2sCRsCRA sCRAsA VF VF  15 基于 matlab 软件对滤波前后语音的分析 语音录放系统如果不加滤波电路，会发现播放的录音中杂音很多，即语音的中其他成分很多。 通过查资料发现产生的原因 有以下 几点： （ 1） 麦克风的语音转换特性存在问题，即将声波信号转换成电信的过程中，产生了高频声波 的 电 信号。 （ 2） 功率放大电路在大信号下工作，所以不可避免会产生非线性失真，这种非线性失真使得语音中杂波成分增加。 为了对语音进行前后分析对比，在本系统中， 使用自己笔记本电脑自带录音机对播放的语音录音。 然后运用 matlab 软件对语音 读取和 FFT 变换 ， 对滤波前后的语音的 时域与频域分析比较，这样可以比较直观的观 察语音滤波前后变化。 如图314，滤波前后的语音的波形图及频谱图，由下图可以看出，语音的中一些高频成分被 滤除。 16 图 314 语音滤波前后的波形及频谱图 单片机与液晶显示模块 STC89C51 单片机 STC89C52 是由深圳宏晶科技公司生产的与工业标准的 MCS51 指令集和输出管脚相兼容的单片机。 STC89C51 单片机管脚如图 313 所示，其 主要功能特性表31 所示。 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 51 0 . 500 . 51原始信号波形图t/s幅值0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5x 1 0400 . 511 . 5原始信号频谱图频 率 / H z频率响应幅度0 1 2 3 4 5 61 0 . 500 . 51滤波信号波形图t/s幅值0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5x 1 0400 . 20 . 40 . 60 . 811 . 21 . 4滤波信号频谱图频 率 / H z频率响应幅度 17 图 313 单片机管脚 表 31 STC89C52 单片机主要功能 STC89C52 单片机主要特性 兼容 MCS51 指令系统 8K 可反复擦写 Flash ROM 32 个双向 I/O 口 256*8bit 内部 RAM 3 个 16 位可编程定时 /计数器中断 时钟频率 024MHZ 2 个串行中断 可编程 UART 串行通道 2 个外部中断 6 个中断源 2 个读写中断口线 3 级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒模式 STC89C52 引脚 具体介绍 如下： ① 主电源引脚（ 2 根） VCC(Pin40)：电源输入，接＋ 5V 电源 EA/VPP31XTAL119XTAL218RST9(RD)17(WR)16(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)1512345678(AD0)39(AD1)38(AD2)37(AD3)36(AD4)35(AD5)34(AD6)33(AD7)32(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE/PROG30(TXD)11(RXD)10GND20VCC40U3STC89C52 18 GND(Pin20)：接地线 ② 外接晶振引脚（ 2 根） XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端 XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端 ③ 控制引脚（ 4 根） RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现 2 个机器周期的高电平将使单片机复位。 ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号 PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号 EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。 ④ 可编程输入 /输出引脚（ 32 根） STC89C52 单片机有 4 组 8 位的可编程 I/O 口，分别位 P0、 P P P3 口，每个口有 8 位（ 8 根引脚），共 32 根。 P0 口（ Pin39～ Pin32）： 8 位双向 I/O 口线，名称为 ～ P1 口（ Pin1～ Pin8）： 8 位准双向 I/O 口线，名称为 ～ P2 口（ Pin21～ Pin28）： 8 位准双向 I/O 口线，名称为 ～ P3 口（ Pin10～ Pin17）： 8 位准双向 I/O 口线，名称为 ～ 液晶显示模块介绍 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。 LCD 具有体积小，质量 轻，功耗低，信息显示丰富等优点，应用十分广泛。 字符型 LCD 是由如干个 5*7 或 5*11 等点阵字符位组成。 每一个点阵字符位都可以显示一个字符。 点阵字符位之间有一个空点距的间隔起到了字符间距和行距的作用。 图 314 所示是 16 字 *2 行的 LCD 引脚图 ，其接口引脚有 16 只，引脚功能如表32 所列。 图 314 1602 液晶引脚图 19 表 32 字符型 LCD 显示模块接口电路 引脚图 符号 功能 引脚号 符号 功能 1 VSS 电源地 6 E 使能信号 2 VDD 电源正极 7～ 14 DB0～ DB7 数据 0。