基于单片机语音录放的研究

1、毕 业 论 文 学生姓名学 号院 (系)电子与电气工程系专 业电子信息科学与技术题 目基于单片机语音录放的研究指导教师 年月摘要：随着我国经济的发展，人们生活水平的不断提高，以休闲、观光为主的旅游业和以科技信息和人文信息吸收为主的展览馆、博物馆、文化教育陈列馆、产品交易会越来越受到人们的极大关注。参观、旅游服务的电子化、智能化是全方位提高服务档次和水平的发展方向。传统的旅游景区、展览馆、博物馆中的解说工作主要由解说员担任，解说员只能用单一语种解说，工作不但乏味，而且不能保证解说质量，特别是人数较多、多个解说员同时讲解的时候，观众或游客大多听不到或听不清楚解说内容。为此，有必要研制一种新型的智能

2、无线电子解说系统来代替解说员，这样既节省了人力增加了效益，又能充分保证解说质量。数字化语音录放系统又分为录音系统和手持端放音系统两部分。关键词:数字化语音录放系统，文件系统,单片机abstract：with the development of chinas economy and the improvement of peoples living standard，more and more people show interest in the tourism characterized by recreation and sightseeing and the exhibition ha

3、ll, museum, display building of culture education, trade fair characterized by information of science and technology and human culture.in the past, the hierophant explicates for people in tour area, the exhibition hall and the museum. but many hierophants can use only one language. their work is bor

4、ing and their works quality cant be ensured. in particular, the audience or tourists may not hear the commentary clearly when there are many tourists and several hierophants. so, it is very necessary to design a intelligent wireless system to replace hierophant. it can not only save manpower and enh

5、ance benefit but also ensure explication works equality. the digital speech record and play system is made up of record system and hand play system.key words：digital speech record and play system, file system, microchip processor目录1.绪论42.数字化语音录放系统方案设计及其工作流程52.1语音信号52.2数字音频信号62.3语音编码82.4数字化语音系统方案设计10

6、2.4.1对数字化语音系统的要求102.4.2数字化语音系统的方案设计112.5数字化语音系统的工作流程112.5.1录音系统112.5.2手持端放音系统133.数字化语音系统的硬件设计143.1低通滤波器143.2语音输入通道153.3电源模块163.4控制电路164.数字化语音录放系统的软件设计174.1软件设计要点184.2软件开发工具194.3录放系统194.4手持端放音系统21结论23参考文献24致谢251.绪论1)国内外研究现状目前:国内外己有一些电子解说系统的产品。部分国外产品体积、性能指标较好，但价格昂贵，根据功能不同每套接收系统的价格约20-80美元，发射系统从300-800

7、美元不等。另一些产品要么体积太大，不便于携带；要么容量不够，存储信息不多，制约了其应用和推广。在相同功能下，其价格比国内产品要贵近两倍。国内有雷通电子公司、中科软件公司、久鼎公司、那达电子、奔流电子公司等单位生产类似产品，但存在以下问题:相邻区域的干扰问题:在展台与展台间距离较近时，不能很好地处理切换问题，产生较大的相互干扰，影响收听音质；缺乏个性化:大多采用集中循环播放方式，无法根据观众，游客不同到达时间自动从起点开始播放，因而常常无法得到完整的信息，花费的时间太多；可供用户选择的语言较少，不能满足扩大对外交流的要求；不能实现自动功率控制，因而产品的功耗较大，不利于环保；存储容量太小，存储信

8、息不够；部分产品采用光波传输编码和语音信息，存在覆盖阴影和信息阻挡等问题；还有部分产品采用手动控制选择方式，使用不便。c语言的出现使操作系统开发变得简单。从上世纪80年代开始，出现了各种各样的商用嵌入式操作系统百家争鸣的局面，比较著名的有vxworks，psos和windows ce等等，这些操作系统大部分是为专有系统而开发的。另外,源代码开放的嵌入式linux，由于其强大的功能和低成本，近来也得到了越来越多的应用。而数字化的语音系统则是采用数字技术对传统模拟语音系统的革新，它将先进的语音压缩编码技术、数字化存储技术和数字控制技术结合起来，彻底解决了传统存储介质的弱点(如磁带容易磨损，语音失真

9、等，存储介质体积偏大等)，其优良的控制性能是传统语音系统不可比拟的。把嵌入式系统技术与语音系统数字化技术相结合，就构成了基于嵌入式的数字化语音系统，它在便携式语音设备、移动办公设备、信息家电、智能设备、语音服务系统等领域有着广泛的应用。目前，国内外基于嵌入式的数字化语音系统己有着广泛的应用。国外许多著名公司如ti公司、oki公司、max公司等，都提出了自己的数字化语音系统解决方案，国内也有不少公司完成了数字化语音系统的实现。数字化语音系统主要的实现方式有以下几类:采用专用处理芯片进行控制和编、解码，外接大容量存储器，最常见的是便携式数字化语音播放器，如mp3播放机等。其优点在于语音播放质量较高

10、，存储容量较大，控制功能较强，并可通过外接计算机进行数据更新。但缺点是专用处理芯片通用度不高，很难进行扩展开发；容易受到技术封锁；在数据存储或数据转录时需要计算机进行辅助工作，系统复杂度较高。采用专用的语音压缩编解码芯片和通用控制芯片。其优点在于使用硬件对语音进行编码和解码，编解码速度较快；具备一定的控制功能。但缺点是存储语音数据的容量不大；而且语音数据一般固化在存储器上，不可以进行即时动态更新；采用硬件编解码，使得系统用途单一，不利于进一步改进，缺乏灵活性和广泛的适应性。采用dsp芯片。由于dsp芯片的强大功能，其优点在于使用软件对语音进行编码和解码，编解码方式较为灵活，编解码的速度也较快，

11、具备较强的控制功能。但缺点在于存储语音数据的容量不大，难以适应海量信息存储的要求，dsp芯片的价格较高，开发难度较大。2)论文的研究内容和目的:智能无线电子解说系统主要由两部分组成，第一、无线区域识别；第二、基于嵌入式的数字化语音系统。本文主要完成的是第二部分工作。总结国内外已有的数字化语音录放系统的缺点，大致可以归结为:系统复杂度较高；需计算机进行辅助工作；采用硬件编解码，系统用途单一，不利于进一步改进、更新，缺乏灵活性和广泛的适应性；存储语音数据的容量不大。把嵌入式系统技术与语音系统数字化技术相结合，就构成了基于嵌入式的数字化语音系统，它在便携式语音设备、移动办公设备、信息家电、智能设备、

12、语音服务系统等领域有着广泛的应用。2数字化语音录放系统方案设计及其工作流程2.1语音信号语言是从历史中概括总结出来地规律性地符号系统，是人们用以进行思维、交际的方式。声音是语言的物质形式，语音是语言的物质外壳、信息的载体。携带语言信息的语音声波就是语音信号。经过声电转换就形成语声的电信号，而经过声光转换就形成语声的光信号。在现代技术条件下，主要是语声电信号。声音是携带信息的极其重要的媒体。声音的强弱体现在声波压力的大小上，音调的高低体现在声波的频率上。对声音信号的分析表明，声音信号由许多频率不同的信号组成，这类信号称为复合信号。声音信号的一个重要参数就是带宽，它用来描述组成复合信号的频率范围。

13、声音信号的两个基本参数是频率和幅度。对于频率为几hz到20hz的声音信号，人们无法听到，这个频率范围内的信号称为次音信号，高于20khz的信号称为超声波信号。人的发音器官发出声音的频率大约是80-3400hz，但人说话的频率通常为300-3000hz,人们把这种频率范围的信号称作话音信号。一般来说，人的听觉器官能够感知的声音频率大约在20-20000hz之间，在这频率范围内能够感知的声音的幅度大约在0-12db之间。2.2数字音频原理用于记录、复制、存储、处理和传输数字音频信号的数字技术中，需要运用一些与模拟音频不同的方法。由于初始的音频信号是模拟的，数字系统要采样和量化来对音频信号进行变换，

14、数字化实际上就是模拟信号的采样和量化。声音数字化需要解决两个问题：采样频率和量化精度。采样频率由采样定理给出，即采样频率应该大于原始信号最高频率的两倍。样本比特数的大小影响到声音的质量，位数越多，声音质量越高，但需要的存储空间也越多；位数越少，声音质量越低，需要的存储空间就越少。1)采样:初始的音频信号是模拟信号，它等效为一个连续的时变函数，而采样则是在定义域上对连续信号进行离散化。信号经过采样后进行数字化处理和传输，最终又由数字信号变为模拟信号输出。这样就提出了一个问题：原始信号的采样频率应该满足什么条件才能够使采样信号经处理后不失真。针对这个问题，奈奎斯特提出:要保证从模拟信号抽样后的离散

15、信号无失真地恢复原始信号(即采样不会导致任何信息丢失)，必须满足:采样频率至少是原始信号最高频率的两倍。如果音频频率高于奈奎斯特频率，就会发生混叠。实际的采样信号并不是理想的，f(t)是有限的时间函数，它的频谱成分不可能完全地限制在fm内，所以利用采样信号恢复的信号难免有失真，真正应该考虑的问题是如何使失真控制在允许的范围内，通常的方法是：在采样之前加截止频率为fm的低通滤波器，滤除高于fm的频谱成分，从而消除混叠现象和避免由此引起的失真。当然，这必须是fm以内己经包含有信号的主要频谱，滤除的频谱是可以略去的部分；由于输出端的低通滤波器不可能做成理想的，特别是在截止频率fm附近，与理想的特性相

16、差甚大。为了防止因减弱幅度和相位不理想造成的失真，通常选择的实际采样频率略高于奈奎斯特频率。例如：语音信号的频率通常为300-3400hz，对语音信号的采样频率不取7000hz，而通常取8000hz。实际的采样信号不可能是单位冲激脉冲，在输出端需要对信号进行校正。2）量化:模拟信号经采样后得到的是时间离散幅度连续的信号，我们通常叫pam信号(脉冲幅度信号)。量化便是使pam信号幅度离散化，量化工作通常由量化器完成。量化器允许的最大输入信号幅度称为工作范围，它根据量化的具体要求，把工作范围内的信号值分成n个量化级或量化区间，每个量化级用一个数值表示，叫做量化值。在每一个量化区间内的pam信号均由

17、该区间内的量化值表示，这样，pam信号就被量化成了n个量化值。量化特性一般具有奇对称关系。量化的作用是用量化值来代替实际的pam信号值，显然这种代替是存在误差的。以下为对均匀量化和非均匀量化的分析：均匀量化设量化级数为n，输出信号功率为，则量化的信号噪声功率比为：其中n=，即为量化的比特数。以下是几种常见信号的量化信噪比:正弦信号: 均匀分布信号: 正态分布信号: 对电话信号,在电话局内测定其动态范围一般为40db，通常snr应为20-30db才能保证满意的通话质量。在最小信号时，snr应为20-30db；在最大信号snr应为60-70db，对具有正态分布的电话信号而言，可计算出n=11-13

18、，即用线性量化器对声音信号编码，一般要用12bit的均匀量化器。这样，在采样频率为8khz时，均匀量化器输出的信号速率为96kbps。根据数字基带传输中奈奎斯特准则可知:要求传输信道的带宽不小于48khz。非均匀量化均匀量化简单、直观，但由于其对所有量化级的量化最大误差是一致的，所以对小信号采用均与量化会产生较大的量化信噪比。为保证小信号有较高的信噪比，同时量化级又不要过多，可以采用非均匀量化的方法。实际电话信号具有随机性，它有一定概率的信号会超过工作电压，小信号时以量化噪声功率为主；大信号时以过载量化噪声功率为主。为了保证电话通信语音质量高的前提下，尽量降低信息速率，压缩传输频带，从量化器设

19、计角度看，人们提出了对数量化等多种非均匀量化的方法。实现非均匀量化的方案有两种：第一种方法是把输入信号x先进行一次非线性变换z=f(x)，再进行均匀量化，最后在接收端进行逆变换恢复原信号；第二种方法是把瞬时压缩与编码结合起来，一次实现非线性编码。通常使用第一种方法作理论分析，第二种方法作实际应用。最佳非均匀量化是指在最佳压缩特性f(x)的情况下，其量化噪音。取最小值。根据计算分析，当输入信号均方差偏离变动时(为最佳压缩特性时的信号有效值)，急剧下降。尽管在最佳压缩特性下，信噪比最大值可达35.5db，但信噪比大于20db的动态范围还不到20db，不能满足电话语音的要求。考虑到量化器输入工作的动

20、态范围为40db左右，按照在动态范围内量化噪音率的信噪比尽可能平稳的设计量化器。对数压缩特性相当于对输入信号的小信号的放大倍数大，而对大信号的放大倍数小，从而压缩了信号的动态范围。理想的对数放大是无法实现的，ccittg.711建议给出了国际上通用的两种对数压缩特性，即13折线a律和15折线律，它们均使用8bit的对数量化器。3)编码:模拟信号在采样和量化后，变成了时间离散、幅度离散的数字信号。通常为了减少量化误差，量化级数仍然是很多的，也就是说量化后得到的数字信号的取值仍然很多，这样的信号对于传输、复制和重建都比较困难。由于二进制信号具有较多的优越性(这种信号简单、容易产生和再生、功率利用因

21、数及抗干扰性好等)，所以通常把各个量化值用二进制码组表示，且选取量化级n=以便于把量化值用n位二进制码来表示。通常把量化后的多值信号变为二进制码组的过程叫编码，其逆过程称为解码或译码。理论上讲，任何一种可逆的二进制码组都可以用于pcm编码常见的二进制编码有以下三种:自然二进制码；反射二进制码；折叠二进制码。2.3语音编码语音信号处理的一个重要应用是进行语音编码。语音编码和语音信号数字化密切相关。编码一般分为信源编码和信道编码两种。信源编码的目的是为了提高信号传输和存储的效率，在这里就是指压缩数字语音信号的比特率(传输每秒钟语音信号所需的比特数，通常也称为数码率)，使得同样的信道容量可以传送更多

22、的语音信号，同样的存储空间可以存储更多的语音数据。信道编码则是为了提高传输的可靠性而作的处理。在智能无线电子解说系统中，对语音信号的编码主要是解决存储容量的问题，所以本文只研究信源编码，不涉及信道编码。基本原理在数字化语音录放系统中，语音信号被编码成二进制数字信号，存储在flash存储器上，再经解码后恢复成可听懂的语音。把语音信号编码成二进制数字信号存储有其独特的优点，它可以摆脱在存储过程中的噪声的干扰，便于处理、加密和再生。存储数字语音信号时，唯一的失真由于模数转换前的低通滤波造成的。最简单的数字编码方法是对语音信号直接作模数转换，只要取样率足够高，量化每个样本的比特数足够大，就可以保证解码

23、后恢复的语音信号有很好的音质，不会丢失有用信息。然而对语音信号直接数字化所需的数码率太高，为减少须存储的数据量，必须对数字语音信号进一步作压缩编码。常用的压缩编码手段有两类：一类是降低量化每个语音样本比特数，同时保持相对好的语音质量，因为这类技术是针对语音波进行的，常称作“波形编码技术”；另一类是先对数字语音信号进行分析，提取一组特征参数，这些参数携带语音信号的主要信息，对它们只需要较少的比特数编码，在解码后可以由这组参数重新合成出语音信号，这类方法通常也称为“声码技术”。语音压缩编码的设计必须考虑以下的一些主要的因素:1)输入语音信号的特点；2)压缩比的要求；3)对输出语音的音质要求；4)系

24、统的实现及其代价。一般说来 ，输入信号的性质是预先知道的，因此，总希望系统在尽可能小的代价下，满足3,4的要求。各种语音编码技术比较参见表2.1表2.1 语音编码技术比较表编码速率最小基带宽度khz质量pcm6432长途电话质量adpcm3216长途电话质量m3216通信质量sbc+adpcm6432广播质量sbc168通信质量relp-ltt规则脉冲激励168通信质量ld-celp短延迟码激励168接近长途mplpc多脉冲线性预测84通信质量celpc码本激励线性预测4.82.4通信质量lpc线性预测2.41.2合成质量lpc十vq线性预测矢量了量1.20.6合成质量语音信号能进行压缩编码的

25、基本依据有两个:1)语音信号的产生机理和它的结构性质表明，语音信号里存在很大的剩余度，主要体现在以下几个方面:第一：语音信号样本间相关性很强，也就是说，其短时谱是不平坦的；第二：浊音语音段具有准周期性；第三：声道的形状及其变化的速率是有限的；第四：码值的概率分布是非均匀的。语音压缩的本质就是通过识别这些剩余度并设法去掉它们，从而达到压缩比特率的目的。2)利用人类听觉的功能特点是语音压缩编码的第二个途径。例如，人类听觉中有一个重要的特点，就是听觉“掩蔽”现象，一个强音能抑制一个同时存在的弱音，利用这个特性可以抑制与信号同时存在的量化噪声。两种编码方法的比较从方法上，语音信号的编码大致可以分为：波

26、形编码方法和分析合成方法。对两种编码方法的具体比较见表2.2:表2.2语音编码方法比较表编码方法波形编码分析合成编码编码信息波形短时谱包络和音源信息比特率9.6-64kbs（中宽带）0.8-4.8kbps(窄带)语音质量高质量电话系统语音合成语音的自然度、可懂度较差，不保留人讲话的特征主要问题受量化噪声的限制，降低比特率很困难。语音质量较差，受噪声和误码的影响很大，算法复杂。典型方式时域：pcm，adpcm，apc频域：sbc，atc通道声码器，共振峰声码器，同声码器，线性预测（lpc）声码器2.4数字化语音系统方案设计为满足智能无线解说系统的需要，本文需要设计两个数字化语音系统：一个是录音系

27、统，另一个是手持端放音系统。2.4.1对数字化语音系统的要求根据语音信号的处理原理和编解码协议，全盘综合考虑系统的实现，对放音系统提出的要求如下:能够对录音数据进行文件管理；能够实现大容量数据的存储；能够实现语音压缩编码进行解码；能够高速地从录音系统进行数据接收；能够自动实现低功耗切换，节约能量；能够实现用户的个性化服务；能够通过操作选择语种，调节音量；能够确认用户位置信息，并根据用户位置播放相应的内容；具有保护功能，在系统运行故障或死机时提供系统复位。2.4.2数字化语音系统的方案设计根据上述的要求，本文提出了录音系统与手持端放音系统的系统设计方案，其总体框架如图2.1和图2.2所示:录音系

28、统设计方案录音系统采用ti公司的msp430f149单片机为系统核心，它的主要功能包括:利用片内的adc12模块将输入的语音信号量化为12bit的二进制码组；实现pcm编码；控制flash存储器的读写，将压缩编码后的结果存入flash存储器:实现基于嵌入式系统的文件系统，对录音数据进行文件管理:接收外部控制信号，根据外部控制信号进行操作；控制液晶显示模块，显示操作提示和系统工作状态，便于管理操作；将录音数据按文件格式传送给手持端放音系统；控制flash的读写，在本机经由语音输出通道播放录入的录音数据，以便及时查询录音效果。flash 存储器采用三星公司的k9f5608uoc (32m)，它的主

29、要功能是存储录音数据。液晶显示模块采用北京青云创新科技发展有限公司生产的lcm12864zk，它的功能是显示操作提示和系统工作状态。控制键盘和控制按钮的主要功能是控制系统操作。d/a转换器、低通滤波器和功放构成语音输出通道，播放录音。低通滤波器构成语音输入通道，限制输入语音信号的带宽。电源模块将外接电源转变为3.3伏的电压供给内部的各个需要供电的模块。放音系统设计方案手持端放音系统采用ti公司的msp430f135单片机为系统核心，它的主要功能包括:接收从录音系统传送过来的录音数据，将数据存入flash存储器；根据从收发模块接收到的控制信号决定播放的内容；从flash存储器中读出要播放的数据，

30、并进行pcm解码，经由语音输出通道播放录音；接收外部控制信号，选择语言种类和控制音量大小。flash存储器采用三星公司的k9f5608uoc(32m)，它的主要功能是存储录音数据。控制按钮的主要功能是控制系统操作。2.5数字化语音系统的工作流程本文设计的两个数字化语音系统，其工作流程分别阐述如下:2.5.1录音系统录音系统的工作主要由三部分组成:录音，放音和传送数据。输入语音信号低通滤波器msp430f149电源模块d/a转换器转换后的语音信号功放液晶显示模块低通滤波器控制键盘flash存储器手持端放音系统控制按钮图2.1录音系统框架图录音根据控制键盘和控制按钮的操作，确定待录音的文件名，然后

31、开始录音；语音信号经低通滤波器滤波后，从msp430f149的a/d通道a0输入，利用片内的adc12转换模块将输入的语音信号量化为12bit的二进制编码，将所得的二进制编码右移四位，即得到s位语音线性pcm编码；并将该编码按一定的文件系统格式要求存入flash存储器；由控制按钮确定录音结束后，对最后一个flash块的空余处填写0，并将新文件名及相关信息存入文件系统的系统区。根据控制键盘和控制按钮的操作，本录音系统可以按要求删除某一个文件；还可以按要求进行格式化，首先擦除flash存储器的所有块，然后初始化文件系统的系统区；也可以维护文件，按文件系统信息对flash存储器作块擦除。本录音系统不

32、支持对文件的修改操作。放音根据控制键盘和控制按钮的操作，确定待放音的文件名；然后根据待放音的文件名，确定以什么顺序从flash存储器中读出哪些块上的数据；将读出的数据从语音输出通道输出，播放语音。d/a转换器、低通滤波器和功放构成语音输出通道，播放录音。电源模块将外接电源转变为3.3伏的电压供给内部的各个需要供电的模块。数据传送根据控制键盘和控制按钮的操作，确定录音端和手持端准备好传送数据后，首先将文件系统的系统区中的文件相关信息传递过去，然后按文件顺序将所有的录音数据传送过去。从无线区域位置识别系统传来的放音控制信号从录音系统传来的数据信号串口并口d/a转换器放音功放低通滤波器控制按钮fla

33、sh存储器电源模块msp430135图2.2 手持端放音系统框架图2.5.2手持端放音系统手持端的系统主要由两大部分构成，一是放音系统；二是无线区域识别系统。无线区域识别系统的主要功能是确定手持端位于哪一个区域，将相应的区域代码发送给放音系统，放音系统根据区域代码播放相应的解说词(无线区域识别系统不是本文研究的范围)放音系统的工作主要由数据接收和放音两部分组成，分别阐述如下:数据接收确定录音端和手持端准备好传送数据后，首先对手持端的录音系统进行格式化，擦除flash存储器的所有块后初始化文件系统的系统区；然后接收发送端文件系统的系统区中的文件相关信息；按文件顺序将所有的录音数据接收过来，并依照

34、顺序存储在flash存储器中；最后根据新的文件信息更新文件系统的系统区。放音根据无线区域位置识别系统传送过来的区域代码，确定待放音的文件名；然后根据待放音的文件名，确定以什么顺序从flash存储器中读出哪些块上的数据；将读出的数据从语音输出通道输出，播放语音。在播放语音时，根据控制按钮的操作，选择语言种类和控制音量大小。3数字化语音录放系统的硬件设计3.1低通滤波器由第二章的论述可知，在语音信号的输入通道和输出通道上均需要使用低通滤波器。由于人的语音信号的频率范围是300-3400hz，所以本文选择的低通滤波器的截止频率为3.4k hz，具体的电路设计如图3.1所示:选择，,其截止率为(其中)

35、；偏置电压为1.25伏。图 3.1 二阶低通滤波器设计图理想低通滤波器的通带衰减为0db，过渡带宽为0hz，阻带衰减为。但是，实际使用的低通滤波器不可能达到这样的技术指标，在截止频率附近的幅频特性离理想状况相距甚远。在实际工作中，所使用的低通滤波器的阶数越高，其幅、相频特性与理想的低通滤波器的逼近程度就越好。所以在本数字化语音系统中，输入通道的低通滤波器选择二阶低通滤波器，输出通道的低通滤波器选择四阶低通滤波器(将两个如图3.1所示的二阶低通滤波器连接即得四阶低通滤波器)。3.2语音输入通道录音系统的语音输入通道由低通滤波器和a/d转换器构成，将低通滤波器的输出与a/d转换器的输入直接相连即可

36、。1)低通滤波器低通滤波器采用如图3.1所示的二阶低通滤波器。语音信号的频率通常为300-3400hz，在采样之前加截止频率为3400hz的低通滤波器，滤除3400hz以上的频谱成分，从而消除混叠现象和避免由此引起的失真。2）a/d转换器a/d转换器(adc)是模拟信号源与计算机或其它数字系统之间联系的桥梁。它的任务是将连续变化的模拟信号转换为数字信号，以便计算机或数字系统进行处理、存储、控制和显示等操作。在工业控制、数据采集等许多领域中，转换器是不可缺少的重要组成部分。由于应用特和要求的不同，需要采用不同工作原理的a/d转换器。a/d转换器主要有以下各种类型，逐位比较型、积分型及计数型、并行

37、比较型、电压频率型等。在选用a/d转换器时，主要应根据使用场合的具体要求，按照转换速度、精度、价格、功能以及接口条件等因素来决定选择何种类型。a/d转换器采用msp430f149片内的adc12转换模块，其特性简述如下:采样速度快，最高可达200kbps；12位转换精度，1位非线性微分误差，1位非线性积分误差；内置采样与保持电路；有多种时钟源提供给adc12模块，而且模块本身内置时钟发生器；内置参考电源，参考电压有6种可编程的组合；模数转换有4种模式，可灵活运用以节省软件量及时间；adc12内核可关断以节省系统能耗。由于输出端的低通滤波器不可能做成理想的，特别是在截止频率附近，与理想的特性相差

38、甚大，所以对语音信号的采样频率不取7000hz，而通常取8000hz，通过设置adc12转换模块的控制寄存器和定时器，使adc12转换模块每125us对模拟信号转换一次，即采样频率为8khz；采样精度选择为12bit；选择内部2.5伏参考电压。3)d/a转换器语音输出通道采用的d/a转换器是由美信公司生产的max5102，完成将数字信号转换为模拟信号的工作，max5102的主要特性如下:8位分辨率的d/a转换器(dac)；供电电压范围为2.7伏-5.5伏；转换输出模拟信号的频率最高可以达到1mhz；模拟输出幅值范围为: ；双通道(通道a和b)dac，即可以选择输出两路模拟信号；在关断模式下电流

39、为lna。3.3电源模块由于录音系统和手持端放音系统各主要芯片正常工作所需要的电源电压主要为3.3伏或3伏。在实际设计中，为减小手持端的体积和重量，将手持端设计为单电池供电，这就需要为手持端放音系统设计升压电路，以保证足够的供电电压和电源的稳定性。为设计方便和保证电源的稳定性，录音系统也采用与手持端放音系统相同的电源模块。本文选择ncp1402-33t1升压芯片为核心来构成电源电路，输出电压为3.3伏，其余电压需求可以通过对电源的分压得到。nc p1402系列是安森美(onsemi)公司生产的微功率pfm脉冲频率调制)dc-dc升压变换器，专为利用一节或两节电池供电的便携式装置如手机而设计的。

40、它的主要特点如下:履行低噪声可变化频率电压模式dc-dc升压操作。能将低至0.8v的电池电压升压，一旦ce脚上的电压低于0.3v ，芯片则进入关闭模式；ncp1402有五个型号，其中ncp1402-33t1的输入电压为0.8v ，输出3.3v的升压电压，输出电流容量达200ma ，ncp1402系列的典型应用主要包括手机、寻呼机、pda、音频mp3、电子游戏机、数码相机和手持仪器等便携式装置。3.4控制电路录音系统和手持端放音系统的控制电路主要有:录音模式选择电路,音量调节电路和语言选择电路。1）录音模式选择电路录音系统的录音模式选择电路非常简单，它通过一个拨键开关将相应的微控制器端口置0或置

41、1来选择是否使录音系统工作在录音模式下。2）音量调节电路录音系统和手持端放音系统的音量调节电路是通过调节数字电位器x9015的电阻大小来实现的，x9015在输出通道功放上作反馈电阻使用，其主要特性如下:供电电压为2.7伏-5伏；最大工作电流为50a ；共计32阶可调节；系统工作时，通过两个按键触发中断，调用相应的中断服务程序。其中一个按键按一下增大x9015的电阻一阶；另一个按键按一下减小x9015的电阻一阶。中断服务程序通过设置inc和在uid产生触发脉冲来控制x9015电阻的大小，从而控制输出音量的大小。在行列扫描式键盘上现键盘功能需要三个步骤：判断有无键按下并消除抖动先使行线置高电平，读

42、列线的状态，如有键按下，则列线读进据非0；如无键按下，则列线读进来的数据全0，返回代表无键按下时的键值。当检测到有键按下时，需要进行消除抖动的工作，具体方法是等待toms后再检测是否有键按下，如果还检测到有键按下，则可确认有键按下。按键识别，得到键值当检测到有键按下时，再逐行向行线送高电平(此时其余行线置为低电平)每更新一行，初始键值在数值上增加列线数量；读列线值若发现哪一列有高电平，则此时输出高电平的行有键按下。从而可确定某行某列有键按下，返回该键所代表的键值。等待按键松开反复检测是否有键按下，直到判定无键按下时为止。系统工作时，通过两个按键触发中断，调用相应的中断服务程序。其中一个按键按一

43、下增大x9015的电阻一阶；另一个按键按一下减小x9015的电阻一阶。中断服务程序通过设置inc和在uid产生触发脉冲来控制x9015电阻的大小，从而控制输出音量的大小。4数字化语音录放系统的软件设计本章主要论述了具体应用软件程序设计，以及软件设计中的一些关键技术的分析，并描述了在软件程序的控制下，语音录放系统的工作流程。4.1软件设计要点在论述具体的软件程序设计之前，先对软件设计的原则、方法,抗干扰措施等软件设计要点作简要的阐述，这是进行软件程序设计的依据和手段。1)应用软件的主要设计原则是：软件设计与硬件电路设计需综合考虑；软件设计必须保证系统的各个硬件功能模块能够协调工作，完成指定的系统

44、功能；各项功能程序设计实现模块化；合理规划程序存储区和数据存储区，为功能的扩展预留空间，方便今后系统的功能完善和软件升级；采取软件抗干扰措施，保证系统更可靠的运行。2)软件设计方法:软件设计应该采用模块化设计的方法。模块化设计就是把软件按照规定的原则，划分为一个个较小的、相对独立但又相关的模块。分解、信息隐藏和模块独立性，是实现模块化设计的重要指导思想。“分解 ”是人们处理复杂问题常用的方法。对问题求解的大量实验表明，将一个复杂的问题分解为若干较小的问题，能够减少解决问题所需要的总工作量。但是，模块的接口工作量却随着模块数的增加而增大。每个软件都存在一个最小成本区，把模块数控制在这个范围内，可

45、以使总的开发工作量保持最小。“信息隐藏”就是指一个模块内部的数据与过程应该对不需要了解这些数据与过程的其它模块隐藏起来。只有为了完成软件的总体功能而必需在模块间交换的信息，才允许在模块间进行传递。这一思想的目的，是为了提高模块的独立性，当修改或维护模块时，减少把一个模块的错误扩散到其它模块中去的机会。“模块独立性”概括了把软件划分为模块时要遵守的准则，也是判断模块构造是否合理的标准。坚持模块的独立性，一般认为是获得良好设计的关键。独立性可以从两个方面来度量，即模块本身的内聚和模块之间的祸合。模块的独立性愈高，则块内联系越强，块间联系越弱。3)软件抗干扰措施:可靠性设计是一项系统工程，系统的可靠

46、性必须从软件、硬件以及结构设计等方面全面考虑。硬件系统的可靠性设计是系统可靠性的根本；而软件系统的可靠性设计则能够进一步抑制外来千扰，保证系统更可靠的运行。对于采用了微控制器的系统而言，软件系统的可靠性设计的主要方法有:开机自检、软件陷阱、进行程序“跑飞”检测、设置程序运行状态标记、输出端口刷新、输入多次采样、看门狗等。通过软件系统的可靠性设计，达到最大限度地降低干扰对系统工作的影响，确保微控制器及时发现因干扰导致程序出现的错误，并使系统恢复到正常工作状态。下面简述本系统采用的软件抗干扰措施:开机自检开机后 ，首先对微控制器系统的硬件及软件状态进行检测，一旦发现不正常，就进行相应的处理。开机自

47、检程序包括对ram、外围设备等的检测。当检查出存在错误时，系统应提示出错并自动修复。看门狗“看门狗 ” 定时器实质上是一个定时器，其主要功能是:当程序发生故障时能使受控系统重新启动。具体操作是当程序在运行指定时间间隔内未进行相应的操作，即未按时复位看门狗定时器，即发生系统复位。4.2软件开发工具数字化语音系统采用的应用软件的硬件开发平台是ti公司提供mspfet430pxxxx。仿真器，它可对msp430fixx到f4xx系列微控制器进行在线仿真、编程、汇编和debug调试。片内仿真逻辑允许单步运行、全速运行和断点设置运行:符jtag接口的标准。软件开发平台是专为ti公司的16位微控制器msp

48、430系列开发的iar嵌入式工作台ew430，它支持多个操作系统；可进行工程文件的建立、文件编辑、编译、汇编、链接和建立生成目标文件以及对目标文件进行调试；并提供有关目标建立、文件组成或一些文件级的可选项配置。它带有iarc/ec+编译器和iarc-spy调试器，支持c语言编译和调试。本系统选择c语言作为开发软件的语言。4.3录音系统录音系统由主控模块，录音模块，放音模块，格式化模块，删除模块和数据传送模块组成。主控模块主控模块的主要功能有两个:一是进行系统初始化，包括初始化时钟；初始化各个输入输出端口；初始化定时器和中断设置；初始化其它片内外设；以及对微控制器系统的硬件及软件状态进行检测。二

49、是根据系统输入的模式选择信号来决定系统工作在哪一个模式下，其中录音模式的选择是通过扳键开关对p3.2端口置1来实现的。而其它模式的选择则是当p3.2端口置0时，通过键盘输入来实现的，若查询到的输入键值，系统进入放音工作模式；若查询到的输入键值，系统进入格式化工作模式；若，系统进入删除工作模式；若，系统进入数据传送工作模式。在每一个模块工作结束后，继续查询工作模式。录音系统的主控模块的软件流程图如图4.1所示:开机系统初始化查询p3.2录音初始化册除模块格式化模块放音结束放音模块放音初始化格式化初始化册除初始化数据传送结束数据传送模块数据传送初始化录音结束录音模块册除结束格式化结束p3.2=11

50、5141312查询键盘输入值p3.2=0图4.1录音系统主控模块软件流程图录音模块录音模块的主要功能是按文件编号进行录音。其工作流程简介如下:根据键盘输入的值确定录音文件编号；检查是否有重名的文件已经录入；开始录音，通过msp430片内的adc12转换模块将输入语音信号转换为12位的数据信号，再对该数据信号进行编码，然后按文件系统的要求存入flash存储器的相应的块:结束录音，并根据录音情况修改文件系统的系统区，返回主控模块，继续查询工作模式。放音模块放音模块的主要功能是按文件编号进行放音，其工作流程简介如下:根据键盘输入的值确定放音文件编号；根据放音文件编号，在文件系统中查询出相应的播放内容在flash存储器中的存储地址；按照存储地址从flash存储器中读出数据，进行解码和数据处理；由语音输出通道将处理后的数据转换为模拟信号输出；结束放音，返回主控模块，继续查询工作模式。格式化模块格式化模块的主要功能有两个:一是块擦除全部flash存储器块和初始化文件系统的系统区；二是根据文件系统信息块擦除全部未用的物理块。删除模块删除模块的主要功能是根据键盘输入的文件编号