数字语音回放系统ADDA

1、数字语音系统实验、实验目的1、了解数字语音系统整体原理。2、学习和掌握单片机外围电路的应用。3、学习C语言编程。二、实验设备及仪器1、创新平台主控屏土 5V、土 12V2、2DCP-002单片机89S51电路。3、DCP-003键盘及LED显示电路。4、DCP-0010A/D转换电路。5、DCP-0011D/A转换电路。6、DCP-007TDA2030模拟功率放大电路7、DCP-0023AGC麦克风接收电路。&麦克风和无源音箱三、实验内容【1】系统功能该数字语音存储系统利用数字化的控制，采集一段时间长度的模拟语音信号，将其数字化 处理后存入单片机，完成一定的处理后，再通过单片机输出到D

2、AC转化为模拟信号通过扬声器输出，回放原始的语音。该系统采用Atmel公司的89S51作为控制器，配合录音与放音电路 构成。对采集的语音信号分别采用了无压缩 PCM编码和DPCM有损压缩编码两种处理，后者 在保证音质效果的同时将语音存储的时候延长为前者的一倍。录音电路的模拟语音信号米集使用了双话筒差分方式输入，有效滤除背景噪声。ADC在8KHz的采样率下工作，根据Nyquist采样定理能复原原来的信号。除此系统拥有良好的人机交互，操作简单。【2】 整体框图系统整体框图如图1所示图1整体系统框图【3】语音采集电路电路原理图如图2所示。其中U1为双话筒差分输入。因为语音信号很微弱，不能直接通入MC

3、U中处理，所以需要增加 U2A和U2B进行后级放大。场效应管 2N7000与三极管9012 构成反应回路，与U2A放大环节构成闭环，为AGC 自动增益控制电路。前向通道放大电 路增益约为46dB，增益可调。1K图2语音采集电路【4】AD模数转换电路ADC电路适用ADC0804。电路原理图如图3所示。在该系统中将 ADC0804连接成了连续转换的方式。即，将片选信号CS与读信号RD接地，写信号WR与中断查询信号INTR短接后接到MCU的P1.0,作为控制线。当P1.0输出一个下降沿后，ADC0804将进入自动转换的模式。前端用运放构成了增益和偏置电路，来满足ADC的电压输入范围，即05V图3AD

4、模数转换电路UCl Kin dCIS 19 一> CLKtM awxr REF 2 E JN-'8WCNAG>DDG>D【5】单片机最小系统MCU选用芯片89S51。Atmel公司的89C52具有2个外部中断，2个定时器/计数器，4 个8位的I/O 口，12MHz晶振的频率下每条指令的执行时间平均为 2us, 64KB的程序与数据存储器的寻址空间，外部扩展 RAM，ADC，DAC以及键盘接口都很方便，对于该系统的控制 来说完全足够。在单片机最小系统中外扩了三态缓冲器74LS244 单向缓冲门，74LS245 双向缓冲门作为数据输入输出的缓存及指示数据输出的LED驱动。

5、扩展的锁存器74LS373用于锁存输出地址低8位以及与直通的DAC0808接口，便于锁存用于DAC转换的数据。单片 机最小系统中的片选信号有 GAL产生，各片选信号的逻辑关系见附录。【6】DA数模转化电路DAC选择芯片DAC0808。电路原理图如图4所示。此DA转换芯片把8位数字量转换成 电流值，在后级运放处理后转换成电压值，然后进行偏置和反相处理，以适合不同的场合使用。RW2K图4DA模数转换电路A1VDDA2A3IOUT-A5VEEF-A6VREF，A7A3NCVIEVCC刖DZ0K【7】TDA2030功率放大电路图5功率放大电路【8】算法思想1、PCMPCM即为无压缩存储模式。也就是直接

6、把ADC转换的8位数据不做任何处理地存储到外 部存储器中，放音时再将数据从外部存储器中读出，通过 DAC转化后进入后向通道处理。在 8KHz的采样率下，这种模式需要很大的存储空间，约每 8KB的数存可以存放1S的数据。所以在该系统中 32KB的数存可以存储4s的语音。2、DPCMDPCM (差值脉冲编码调制)是语音信号压缩编码的一种较为经典的算法。 DPCM利用语 音信号较强的相关性，具有算法简单，延迟短，便于软件实现等优点。 DPCM算法的数学表达 式如下所示：8(S(门)A(n 1) < 8)e(n) 4 S(n) - A(n - 1)(8 <(S(n) - A(n - 1)

7、<7i 7(S(n) - A(n - 1) > 7)其中：s(n)是当前采样值，A(n)为增量累加值，A(n-1)为预测值，e(n)为差分值。简单而言， DPCM即是将前后两次采样值的差值作为数据存放，回放录音时再按照差值进行恢复。由于采 用了 3bit表示差值，在架上一位符号位，所以这样的算法是有损算法。当前后两次的采样值相差超过了-8-+7的范围就会带来失真。但是由于语音信号较强的相关性，这样的失真并不严重。而DPCM 的好处是明显，在这种存储方式下，数据可以有效地压缩一般，将原来的语音存储时间扩展1倍。【9】 程序流程图1、主程序流程图2、录音子程序流程图四、实验步骤1、把各

8、模块的电源接好，主控屏提供 +5V和+12V，-12V，GND。2、接线可参照接线示意图进行连线：a麦克风上红接线柱连接 DCP-0023上IN1 口，黑的连 GND ； IN2连GND。IN2也可再 连一个麦克风用来消除环境噪音。bDCP-0023 上的输出口 Vout 和 GND 接 DCP-0010 上的 Vin 和 AGND ;DCP-0010 上的 CS, RD 连接 GND，WR，INTR 接 DCP-002 上的 P1.0; D0-D7 口分 别与DCP-002上的X00-X07连接。cDCP-002 上的 Y00-Y07 分别与 DCP-0011 上的 D1-D8 连接，DCP

9、-002 上的 P1.1, ALE 分别于DCP-003上的INT，CLK。dDCP-003上的CS与RST相连再连接到 GND，P1与DCP-002上的P2 口用扁平带相 连。eDCP-007 上的 Vin 和 GND 与 DCP-0011 上的 Vout 和 GND 相连接。3、编程：运行KeilC51软件，新建一个工程如10,新建一个文件lO.asm。将文件添加到工程中，编写程序并编译，如有错，请更改直到编译成功。如果有生成好的hex文件可以直接进入下一步。4、 下载：用编程器将生成的HEX文件烧写到单片机中；或用仿真器来执行程序，将程序下载 到仿真器中；或用ISP在线烧写技术将生成的H

10、EX文件烧写到S系列单片机中；或用串口 烧写技术将生成的HEX文件烧写到有此功能的单片机中。5、使用门逻辑器件：GAL16V8中烧写yyhf.jed文件。&实验操作过程：运行实验程序，显示 HELLO，按ENTER键进入选择录音编码方式界面， 显示CHOOSE；按PCM键，那么进入此录音模式，显示 FUN1_4S 或按DPCM键，显示 FUN2_8S;按RECORD键后再按ENTER进入录音状态，此时显示，对着话筒说 话；当RAM存满，即录音结束，显示 OVER;按PLAY键后再按ENTER，那么进入放音状 态，放音完毕显示OVER;此时按PLAY键后再按ENTER那么会回放录音内容，

11、按按ENTER 键那么回到欢送界面，显示 HELLO。循环进入上述操作。7、键盘安排示意图PLAYPCMRECORDDPCMPAGEENTER8、实验过程调试注意：aDCP-0023上电位器为自动增益控制环节输出幅值调节；b由于ADC0804的输入为0+5V，所以调节RW1增益，和RW2偏置，偏置到这个范围进行AD转换，偏置后送入单片机;cDA输出为偏置后的直流电，可调节 RW2再偏置回来，沿X轴对称9、接线示意图如下:+12CiNDT|2厂 4I2GND-I2 +5GND厂3WS 12浙江求是科教嗣曙I锻yyhi；hmGALLtjVKttyyhrjcd+ OGND-I2五、实验总结及改良方案1、在PCM模式下，语音时间为4s。在DPCM模式下，语音时间为8s。噪声与失真度较大。2、经过调试系统可以实现预期的功能。系统目前缺陷在于噪声较大，失真度较大和语音存储时间较短。可以通过下面的措施改良系统。1 去噪保真将系统的噪声减小可以考虑一下几种措施:图8带通滤波器*在ADC信号输入之前与DAC信号输出之后参加带通滤波器，滤除低频和高频的噪声。