基于单片机的语音录放的软件设计

基于单片机的语音录放的软件设计内容摘要：

信号很小时，则量化噪声对系统的音质影响就将十分明显。 量化噪声的减低对于量化噪声可采用在信号中加给高频抖动信号的方法，量化后，再减去高频抖动信号，而使量化噪声白噪声化。 量化噪声随量化比特数增大而相应减小，但不能减为零。 量化噪声是不同于白噪声(即等带宽能量相等的噪声)的一种高频噪声，它是由比较少的孤立频谱重叠而成的噪声。 因此在听感上与白噪声不同，是一种较粗糙的、刺耳的、称为颗粒性噪声的声音。 可以将一种称为高频脉动的、与量化阶梯高度相等的小振幅白噪声与信号重叠，经量化后，颗粒性噪声即被白噪声化，使听感变好。 理论上将与量化阶梯高度v相等的均匀分布的高频抖动在量化前先与信号相重叠，量化后再将高频抖动除去，量化噪声就成为宽度为V 、电功率v 2/12的均匀分布的白噪声。 另外 ，还可由过取样减低量化噪声，利用非均匀量化的输入输出特性也可减低量化噪声。 滤波和频谱分析 采样定理 在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率最大值大于信号中最高频率，即：=,则采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息。 采样频率 采样频率是指计算机每秒钟采集多少个声音样本，采样频率越高，即采样的间隔时间越短，则在单位时间内计算机得到的声音样本数据就越多，对声音波形的表示也20=sind安徽工程大学毕业设计（论文）7越精确。 只有采样频率高于声音信号最高频率的两倍时，才能把数字信号表示的声音还原成为原来的声音。 采样频率。 语音的录入与打开 在MATLAB中，[y,fs,bits]=wavread(39。 Blip39。 ,[N1 N2])。 用于读取语音，采样值放在向量y中，fs表示采样频率(Hz)，bits 表示采样位数。 [N1 N2]表示读取从N1 点到N2点的值。 X=wavrecord(t,fs,ch)。 用来采集声音； t表示录音时间，fs 采样频率，ch 声道。 时域信号的FFT分析 FFT即为快速傅氏变换，是离散傅氏变换的快速算法，它是根据离散傅氏变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的。 在MATLAB的信号处理工具箱中函数FFT和IFFT用于快速傅立叶变换和逆变换。 函数FFT用于序列快速傅立叶变换，其调用格式为y=fft(x)，其中，x是序列，y是序列的FFT，x可以为一向量或矩阵，若 x为一向量， y是x的FFT 且和x相同长度；若x为一矩阵，则y是对矩阵的每一列向量进行FFT。 如果 x长度是2的幂次方，函数fft执行高速基－2FFT算法，否则 fft执行一种混合基的离散傅立叶变换算法，计算速度较慢。 函数FFT的另一种调用格式为 y=fft(x,N)，式中，x，y意义同前，N为正整数。 函数执行N点的FFT，若x为向量且长度小于N，则函数将x补零至长度N ；若向量x的长度大于N，则函数截短x使之长度为N；若x 为矩阵，按相同方法对x进行处理。 数字滤波器设计原理 数字滤波是数字信号分析中最重要的组成部分之一，与模拟滤波相比，它具有精度和稳定性高、系统函数容易改变、灵活性强、便于大规模集成和可实现多维滤波等优点。 在信号的过滤、检测和参数的估计等方面，经典数字滤波器是使用最广泛的一种线性系统。 数字滤波器的作用是利用离散时间系统的特性对输入信号波形(或频谱) 进行加工处理，或者说利用数字方法按预定的要求对信号进行变换。 张学龙：基于单片机的语音录放的软件设计8 第 3 章 硬件系统的设计 总体方案论证利用单片机及其外围硬件电路（如 A/D、D/A、存储器等） ，就能完成语音信号的数字化处理，实现语音的存储与回放，及单片机测控系统的语音提示报警及语音提示操作。 但是语音信号容易受到外界干扰而失真，并且信号的压缩存储比较复杂，硬件电路不宜调试。 直接采用单片机 AT89C52 与专用的语音处理芯片 ISD2560 设计实现语音存储与回放，实现语音的分段录取、组合回放。 语音信号抗干扰能力强，存储方便，调试简单，还可以作为语音服务的子系统。 所以，选择此方案。 本设计以公交报站为例，基于语音回放系统，可实现简单的公交报站功能。 系统框图如 31 图所示：图 31 系统框图图 31 硬件系统框图 系统硬件电路设计本系统主要可分为四个部分：单片机控制部分、语音播报部分、液晶显示部分和键盘输入部分，采用 52 单片机作为主控制芯片，利用 ISD2560 实现语音报站，显示采用 OCMJ2X8 液晶显示模块，简单易行且控制方便。 系统采用的微控制器是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存技术生产，与标准 MCS51 指令系统及 8052 产品引脚兼容，片内置通用 8 位中央处理器（CPU ）和 Flash 存储单元，功能强大 AT89C52 单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。 该单片机的 P1 口是一个双向 I/O 口，其中 ~ 口内部提供了上拉电阻，、 需外部上拉。 、 同时也是片内精密比较器的正输入端（AIN0）和负输入端（AIN1）。 P3 口是 7 个带有内部上拉电阻的双向口。 数码语音芯片选用的是 ISD2500 系列单片语音录放集成电路 ISD2560，它具有抗断电、音质好，使用方便，无须专用的开发系统等优点。 ISD2560 与单片机 AT89C52 的接口电路以及外围电路如图 51 所示。 单片机的 P1 口、 和 分别与 ISD2560 的地址线相连，用以设置语音段的起始地址。 ~ 用以控制录放音状态。 连接一按键，供录音时使用。 由 TL7705 构成可靠复位及电源监视电路。 硬件总电路图如 32 所示：单片机控制ISD2560键盘输入 显示部分安徽工程大学毕业设计（论文）9A0/M0 1A1/M1 2A2/M2 3A3/M3 4A4/M4 5A5/M5 6A6/M6 7A7 8A8 9A9 10P/R 27EOM 25PD 24CE 23SP+14 SP15MIC REF18MIC IN17XCLK26 ANA IN20ANA OUT21 AGC19U2ISD2560C9C810/16vRSTrecordKeyR610KR710KR510KQ 5Q 6VCC8 SENSE7A22 A11C13GND4U3TL 7750CP12MHzC130PC230P+5LED1 LED+2Vss3 VDD4DB05 DB16DB27 DB38DB49 DB510DB611 DB712REQ13 BUSY14RESET15 MIC16OCMJ2*8RT117 RT218U4EA/VP31 X119X218RESET9RD/ WR/INT0/ INT1/T0/ T1/P10/T1 P11/T2P123 P134P145 P156P167 P178P00 39P01 38P02 37P03 36P04 35P05 34P06 33P07 32P20 21P21 22P22 23P23 24P24 25P25 26P26 27P27 28PSEN 29ALE/P 30TXD/ 11RXD/ 10U1AT89C52SPEAKERC31u C6C4 uC5R31KR210kR4470kR110K+5MK1MICC747u12345678161514131211109R9+5R105K+5PlayKey图 32 硬件总电路图 器件选择 单片机 AT89C52 AT89C52 是美国ATMEL 公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标MCS51 指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大AT89C52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。 主要性能参数：与MCS—51产品指令和引脚完全兼容 8k字节可重擦写Flash 闪速存储器1000 次擦写周期全静态操作：0Hz —24MHz 三 级 加 密 程 序 存 储 器2568字 节 内 部 RAM32个 可 编 程 I/O口 线3个 16位 定 时 /计 数 器8个 中 断 源可 编 程 串 行 UART 通 道低 功 耗 空 闲 和 掉 电 模 式 图33 AT89C52引脚分布功 能 特 性 概 述 ：张学龙：基于单片机的语音录放的软件设计10AT89C52 提供以下标准功能：8k字节Flash 闪速存储器，256字节内部RAM，32个I/O 口线,3个16位定时/计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。 同时，AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。 空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。 掉电方式保存RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 引脚功能说明：P0 口：P0口是一组 8位漏极开路型双向 I/O口， 也即地址/数据总线复用口。 在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。 P1P3 口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向I/O 口。 P3口除了作为一般的I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表31所示：表 31 单片机引脚功能表RST：复位输入。 ALE/PROG：地址锁存允许端PSEN：程序储存允许（PSEN ）输出是外部程序存储器的读选通信号。 EA/VPP：外部访问允许。 XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。 ISD2560 语音芯片ISD2560 的介绍ISD2560 语音芯片是美国 Winbond 公司产品，是 ISD 系列单片语音录放集成电路的一种。 这是一种永久记忆型语音录放电路，录音时间为 60s，可重复录放 10 万次。 芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术，省去了 A/D、D/A 转换器。 每个采样值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、音调和效果声，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”。 ISD2560 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 480K 字节的 E2PROM 等，内部原理框图及引脚排列如图 34 所示。 ISD2560 控制电平与 TTL 电平兼容安徽工程大学毕业设计（论文）11，接口简单，使用方便。 图 34 ISD2560 内部原理图 ISD2560 的引脚功能ISD2560 具有 28 脚 SOIC 和 28 脚 PDIP 两种封装形式。 图 35 所示是其引脚排列。 各引脚的主要功能如下：电源（VCCA,VCCD ）：为了最大限度的减小噪声，芯片内部的模拟和数字电路使用不同的电源总线，并且分别引到外封装上。 地线（VSSA ，VSSD）：由于芯片内部使用不同的模拟和数字地线，因此，这两脚图 35 ISD2560 引脚图张学龙：基于单片机的语音录放的软件设计12最好通过低阻抗通路连接到地。 节电控制（PD）：该端拉高可使芯片停止工作而进入节电状态。 片选（CE） ：该端变低且PD也为低电平时，允许进行录、放操作。 XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。 录放模式（P/R）：该端状态一般在 CE 的下降沿锁存。 高电平选择放音，低电平选择录音。 录音时，由地址端提供起始地址，直到录音持续到 CE 或 PD 变高，或内存溢出；如果是前一种情况，芯片将自动在录音结束处写入 EOM 标志。 放音时，由地址端提供起始地址，放音持续到 EOM 标志。 如果 CE 一直为低，或芯片工作在某些操作模式，放音则会忽略 EOM 而继续进行下去，直到发生溢出为止。 信息结尾标志（EOM）：EOM标志在录音时由芯片自动插入到该信息段的结尾。 溢出标志（OVF）：芯片处于存储空间末尾时，该端输出低电平脉冲以表示溢出，之后该端状态跟随 CE 端的状态，直到 PD 端变高。 话筒输入（MIC）：该端连至片内前置放大器。 话筒参考（MIC REF）：该端是前置放大器的反向输入。 自动增益控制（AGC）：AGC 可动态调整前置增益以补偿话筒输入电平的宽幅变化，这样在录制变化很大的音量（从耳语到喧嚣声）时就能保持最小失真。