1、 JI A N G S U U N I V E R S I T Y本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 數(shù)字化語(yǔ)音存貯與回放集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)Design of Digit-Voice storage and Playback System學(xué)院名稱： 專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師姓名： 指導(dǎo)教師職稱： 2016年6月摘要 江蘇大學(xué)電氣信息工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)數(shù)字化語(yǔ)音存貯與回放集成系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要： 本次課題設(shè)計(jì)了比起傳統(tǒng)的磁帶語(yǔ)音錄放系統(tǒng)更優(yōu)化的數(shù)字化語(yǔ)音存貯與回放系統(tǒng)，此系統(tǒng)更加的方便實(shí)用。其基本原理即是實(shí)現(xiàn)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的錄制與回放的數(shù)字化控制，從而擺脫了傳統(tǒng)方式的一系列制約。在此設(shè)計(jì)中想要增加存

2、儲(chǔ)器的利用率以及增進(jìn)語(yǔ)音信號(hào)的存儲(chǔ)時(shí)間，系統(tǒng)采取了非失真壓縮算法來(lái)達(dá)到語(yǔ)音信號(hào)的壓縮以及實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的存儲(chǔ)的功能，而在信號(hào)的回放的時(shí)候再對(duì)此信號(hào)解壓縮，從而實(shí)現(xiàn)了話音信號(hào)的錄放功能。而且為了提高語(yǔ)音信號(hào)的錄制與回放質(zhì)量，在設(shè)計(jì)中加入了數(shù)字濾波電路來(lái)抑制雜音和干擾。本課題主要是基于單片機(jī)AT89C51完成設(shè)計(jì)，利用外接擴(kuò)展為32KB的RAM62256存儲(chǔ)芯片來(lái)滿足對(duì)語(yǔ)音信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)所必要的存儲(chǔ)空間。在針對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的存儲(chǔ)，本文采用了AD574來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)的數(shù)字化處理，而在對(duì)信號(hào)回放時(shí)則采用DAC0832對(duì)數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換以還原聲音信號(hào)。而在語(yǔ)音編碼部分采取了自適應(yīng)差分編碼（ADPCM）

3、方式，此方式能在一定壓縮比下提高放音時(shí)間以及質(zhì)量。AGC單元能夠使放大器的增益隨著信號(hào)的強(qiáng)弱而自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，從而使得輸出相對(duì)穩(wěn)定。另外，完美的帶通濾波器設(shè)計(jì)能夠有效的濾除了帶外噪聲，從而避免了一些不必要的混疊失真，而且，為了使信號(hào)能夠完美輸出，還要通過(guò)后級(jí)補(bǔ)償電路對(duì)輸出的語(yǔ)音信號(hào)采取了校正。完成后的語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)具有錄放方式靈活便利、磨損度微小、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：數(shù)字化存儲(chǔ)，錄放，數(shù)字濾波，單片機(jī)，模/數(shù)轉(zhuǎn)換，校正Abstract 江蘇大學(xué)電氣信息工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)Design of Digit-Voice storage and Playback SystemAbstract:

4、In this paper, the design of the digital voice storage and playback system can completely replace the traditional tape voice recording system,this system is more convenient and practical.Its basic principle is to control the recording and playback of the voice signal, and get rid of the traditional

5、way of a series of constraints.In this design in order to improve memory utilization rate and increase the storage time of speech signal, the system uses the lossless compression algorithm to compress the speech signal to realize the storage, and the playback signal then decompress, so as to achieve

6、 the function of speech signal storage and playback.And in order to improve the quality of the recording and playback of the voice signal, the digital filter circuit is added to the design to suppress the noise and interference.This system is mainly based on the MCU AT89C51 to complete the design,an

7、d the system uses external extension 32KB 62256 memory chip to meet the needs of the voice signal data storage space.The voice storage part uses AD574 chip to realize the digital processing of analog signal, and the digital voice signal is converted to the voice signal by using ADC0832 in order to r

8、estore the sound signal.The encoding part adopts adaptive differential encoding (ADPCM), in a certain compression ratio to improve playback time and quality.AGC unit can make the gain of the amplifier with the signal strength and automatic adjustment, make the output is relatively stable.The band pa

9、ss filter is effective to filter out the band noise and reduce the aliasing distortion. The output speech signal is corrected by the back stage compensation circuit. The voice storage and playback system of the final design has the characteristics of convenient recording, flexible playback, no wear,

10、 strong reliability and so on.Keywords: Digital store, Playback, Digitalfilter, Singlechip, A/D Convert, Correct ing目錄 江蘇大學(xué)電氣信息工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)目錄第1章 緒論11.1.本課題研究的目的與意義11.1.1 研究目的11.1.2 研究意義11.2.語(yǔ)音存儲(chǔ)的發(fā)展11.3 課題研究背景11.4 國(guó)內(nèi)外語(yǔ)音研究現(xiàn)狀21.5 設(shè)計(jì)的要求及指標(biāo)21.6 系統(tǒng)論證方案31.6.1 語(yǔ)音編碼方案31.6.2 A/D、D/A及存儲(chǔ)芯片的選擇31.7 論文研究?jī)?nèi)容4第2章 語(yǔ)音信號(hào)與

11、編碼52.1 語(yǔ)音信號(hào)52.2 語(yǔ)音編碼52.2.1 抽樣52.2.2 量化62.2.3 編碼72.3 編碼方式選擇7第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)93.1 硬件系統(tǒng)框架概述93.2 拾音器103.3 放大器的設(shè)計(jì)103.3.1 增益放大器103.3.2 輸出放大器113.4 濾波器的設(shè)計(jì)123.5 AT89C51單片機(jī)簡(jiǎn)介143.5.1 單片機(jī)具體引腳介紹153.5.2 單片機(jī)主要性能指標(biāo)163.5.3 時(shí)鐘電路173.6 A/D、D/A轉(zhuǎn)換器173.6.1 AD轉(zhuǎn)換器173.6.2 DA轉(zhuǎn)換器183.7 存儲(chǔ)器的選擇203.8 鍵盤電路20第4章 各模塊接口原理224.1 AT89C51與AD574

12、的接口原理224.2 DAC0832 與單片機(jī)的接口原理234.3 存儲(chǔ)芯片與單片機(jī)的接口原理244.4 系統(tǒng)接口總圖24第5章 軟件設(shè)計(jì)265.1 編程軟件Keil uVision4265.2 繪制電路軟件Proteus265.3 軟件程序設(shè)計(jì)265.3.1 程序流程圖265.3.2 子程序設(shè)計(jì)27第6章 系統(tǒng)誤差分析與結(jié)論306.1 誤差分析306.2 結(jié)論30總結(jié)31致謝32參考文獻(xiàn)33I數(shù)字化語(yǔ)音存貯與回放集成系統(tǒng)設(shè)計(jì) 江蘇大學(xué)電氣信息工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章 緒論1.1.本課題研究的目的與意義1.1.1 研究目的數(shù)字化語(yǔ)音系統(tǒng)是現(xiàn)在使用率較高的語(yǔ)音系統(tǒng)，對(duì)于此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究，能夠

13、培養(yǎng)學(xué)生的理論和動(dòng)手實(shí)踐能力。該設(shè)計(jì)包含語(yǔ)音采集電路，放大濾波電路，單片機(jī)外圍接口電路，數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路等，當(dāng)然除了硬件設(shè)計(jì)，還應(yīng)用到了軟件設(shè)計(jì)部分，從而也會(huì)用到一些相關(guān)處理程序，C語(yǔ)言的相關(guān)應(yīng)用等，這樣我們就可以重新溫習(xí)那些重要的相關(guān)知識(shí)。1.1.2 研究意義由于經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷發(fā)展，人民生活與消費(fèi)水平同樣在不停地提高，對(duì)聽(tīng)覺(jué)要求越來(lái)越高了。為了滿足人們的物質(zhì)文化需求，提供便利的語(yǔ)音錄放功能，數(shù)字化語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)的發(fā)展不容忽視。由于傳統(tǒng)的磁帶語(yǔ)音錄放系統(tǒng)有許多缺點(diǎn)，其體積大、用起來(lái)不方便,已經(jīng)不能滿足人們的需求，所以體積較小,功耗較低的數(shù)字化語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)一定會(huì)逐漸取代傳統(tǒng)的語(yǔ)音系統(tǒng)

14、。1.2.語(yǔ)音存儲(chǔ)的發(fā)展 對(duì)于語(yǔ)音的存儲(chǔ)與回放一直以來(lái)都是人們一直研究的內(nèi)容，而且也在不斷的發(fā)展和進(jìn)步中。自從1877年愛(ài)迪生發(fā)明留聲機(jī)以來(lái)，語(yǔ)音技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)有一百多年的歷史了，之后語(yǔ)音技術(shù)不斷的發(fā)展和革新中。從留聲機(jī)到唱片到磁帶到CD，VCD，再到現(xiàn)在的MP3播放器及其他高級(jí)播放設(shè)備，期間一直不斷探索創(chuàng)新。語(yǔ)音技術(shù)也漸漸的從傳統(tǒng)磁帶語(yǔ)音錄放發(fā)展到如今的數(shù)字化語(yǔ)音錄制與回放系統(tǒng)。1.3 課題研究背景隨著物質(zhì)發(fā)展及消費(fèi)水平是不斷提高，現(xiàn)在的人已經(jīng)離不開(kāi)音樂(lè)，并且對(duì)聽(tīng)覺(jué)的要求也越來(lái)越高，語(yǔ)音信號(hào)作為最常用的信息載體之一,它的處理與存儲(chǔ),也變得越來(lái)越重要。隨著科技水平的不斷發(fā)展，如今的語(yǔ)音系統(tǒng)可以

15、說(shuō)是有了重大的飛躍，由之前的體積較大的留聲機(jī)、復(fù)讀機(jī)，逐步發(fā)展到了音質(zhì)較好、體積小巧、容量較大的音樂(lè)播放器MP3、MP4等，再有就是如今的手機(jī)，可以說(shuō)語(yǔ)音技術(shù)如今已經(jīng)相當(dāng)成熟了。并且傳統(tǒng)的磁帶語(yǔ)音錄放系統(tǒng)因?yàn)槠潴w積較大、使用起來(lái)不方便，而且錄音的效果不理想，容易消磁失真，而數(shù)字化語(yǔ)音錄放系統(tǒng)以其體積小，使用便利，攜帶方便，存儲(chǔ)速度快，檢索方便等優(yōu)點(diǎn)，將會(huì)逐漸成為主流語(yǔ)音錄放系統(tǒng)，并且會(huì)應(yīng)用到許多的領(lǐng)域和場(chǎng)合。所以，數(shù)字化語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)是當(dāng)前的主要研究趨勢(shì)。人們生活水平的不斷提高，就要求語(yǔ)音錄放系統(tǒng)的不斷發(fā)展升級(jí)，而且在生活中方方面面都應(yīng)用到語(yǔ)音錄制回放系統(tǒng)，例如，錄音筆，音樂(lè)播放器等。而且

16、，數(shù)字化語(yǔ)音錄放系統(tǒng)的發(fā)展也對(duì)生活的需求提供便利。比如，生活中各個(gè)行業(yè)的智能語(yǔ)音系統(tǒng)，像銀行的語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)，移動(dòng)聯(lián)通電信行業(yè)的智能語(yǔ)音客服系統(tǒng)，以及軌道交通智能語(yǔ)音通報(bào)系統(tǒng)以及一些景點(diǎn)博物館等的智能語(yǔ)音解說(shuō)系統(tǒng)等等的一些應(yīng)用。這些方面應(yīng)用了數(shù)字化語(yǔ)音錄放系統(tǒng)就能夠節(jié)約許多的人力物力資源，為各個(gè)行業(yè)提供了便利。1.4 國(guó)內(nèi)外語(yǔ)音研究現(xiàn)狀 自從1877年愛(ài)迪生發(fā)明留聲機(jī)以來(lái)，語(yǔ)音技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)有一百多年的歷史了，從80年代以來(lái)，日本，美國(guó)等國(guó)家就對(duì)數(shù)字化語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行了相關(guān)的研究，并且也逐漸開(kāi)發(fā)出一系列的數(shù)字化語(yǔ)音集成芯片，并不斷研發(fā)出新型產(chǎn)品。在我們的日常生活中，數(shù)字化語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放技術(shù)得到了廣泛

17、的應(yīng)用，例如公交車報(bào)站器，采訪筆，音樂(lè)播放器，手機(jī)等，為我們的生活提供了便利。 最近幾年來(lái)基于單片機(jī)式的語(yǔ)音集成電路發(fā)展十分迅速，ISD公司也推出了語(yǔ)音容量越來(lái)越大的芯片。之前，西南交通大學(xué)曾應(yīng)用ISD4004語(yǔ)音芯片設(shè)計(jì)了定時(shí)自動(dòng)錄音播放系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了最長(zhǎng)可達(dá)一個(gè)多小時(shí)的節(jié)目錄放功能。隨著單片機(jī)芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，使得數(shù)字化語(yǔ)音信號(hào)集成電路也不斷地發(fā)展與技術(shù)革新，這就表示我們可以將很多復(fù)雜的電路集成到小型的單片式芯片上，使得大規(guī)模語(yǔ)音系統(tǒng)小型化得以實(shí)現(xiàn)。目前，較長(zhǎng)時(shí)間的語(yǔ)音電路設(shè)計(jì)是一個(gè)未能解決的難題，如景區(qū)，展覽館的自動(dòng)語(yǔ)音講解、廣告播放、列車指揮、119電話錄音系統(tǒng)、會(huì)議錄音系統(tǒng)等。 1.

18、5 設(shè)計(jì)的要求及指標(biāo)1 放大器1的增益是46dB，放大器2的增益是40dB，增益都是可以調(diào)節(jié)的；2 帶通濾波器：通帶頻率為300Hz-3.4kHz；3 ADC：采樣頻率fs=8kHz，字長(zhǎng)8位;4 語(yǔ)音存儲(chǔ)時(shí)間10 s;5 DAC：變換頻率fc=8kHz，字長(zhǎng)8位;6 回放語(yǔ)音質(zhì)量良好。1.6 系統(tǒng)論證方案1.6.1 語(yǔ)音編碼方案一般來(lái)說(shuō)，人耳能聽(tīng)到的聲音頻率范圍基本上為20Hz20kHz ，而且語(yǔ)音信號(hào)的頻率最高可以達(dá)到3400Hz。語(yǔ)音編碼首先要經(jīng)過(guò)語(yǔ)音采集的過(guò)程，然而語(yǔ)音信號(hào)的采集指的是語(yǔ)音聲波信號(hào)經(jīng)過(guò)麥克風(fēng)以及高頻放大器的收錄進(jìn)而轉(zhuǎn)換成具有一定幅度的模擬量形式的電信號(hào),然后再將之轉(zhuǎn)換成

19、數(shù)字量信號(hào)的全過(guò)程。根據(jù)“奈奎斯特采樣定理”的內(nèi)容表示,欲使采樣信號(hào)無(wú)失真,采樣的頻率一定要大于模擬信號(hào)最大頻率的兩倍。由于輸入的語(yǔ)音信號(hào)頻率通常為300Hz3400Hz ,采樣信號(hào)最低應(yīng)為6.8kHz,由于要保留一定的頻率空間以保證語(yǔ)音質(zhì)量,所以在實(shí)際采樣的過(guò)程中要采用8kHz的采樣頻率?，F(xiàn)如今單片機(jī)的快速發(fā)展及更新?lián)Q代，使得基于單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的語(yǔ)音編碼多種多樣，除了傳統(tǒng)的一些脈沖編碼調(diào)制外，目前已使用的有VQ技術(shù)以及一些變換編碼和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，但是這些算法可能相對(duì)來(lái)說(shuō)有點(diǎn)復(fù)雜，而且目前的單片機(jī)運(yùn)行速度低，比較不容易實(shí)現(xiàn)。所以從實(shí)際情況出發(fā)，可以得出以下幾種可行的方案：短時(shí)平均過(guò)零計(jì)數(shù)法：此種

20、方案的主要方式是通過(guò)記錄信號(hào)的跨零數(shù)目，從而把語(yǔ)音信號(hào)編碼為與之相對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，此方法通常用于語(yǔ)音識(shí)別中。但是對(duì)于單片機(jī)來(lái)說(shuō)，因?yàn)槠涮幚頂?shù)據(jù)能力較低，所以此種方案比較難以實(shí)現(xiàn)。實(shí)時(shí)幅值采樣法：采樣過(guò)程可以描述為下圖流程：抽樣量化存儲(chǔ) 圖1.1 采樣過(guò)程具體的實(shí)現(xiàn)方式主要分為直存取法、欠抽樣采樣法、自相似增量調(diào)制法等三種基本方法。1.6.2 A/D、D/A及存儲(chǔ)芯片的選擇（1）A/D轉(zhuǎn)換芯片的選擇：由于目前常用的A/D轉(zhuǎn)換芯片種類繁多，但是根據(jù)本課題中轉(zhuǎn)換速度的要求，我們所選用的A/D轉(zhuǎn)換芯片為AD574。該芯片本身有很多的優(yōu)點(diǎn)，例如外接元件少，功耗低，精度高，同時(shí)還具有自動(dòng)校零與自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換

21、的功能，僅僅只要在外部接少量的阻容元件就能行成一個(gè)完整的A/D轉(zhuǎn)換器。（2）D/A轉(zhuǎn)換芯片的選擇：D/A轉(zhuǎn)換芯片是把數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬語(yǔ)音信號(hào)的器件，因?yàn)榛旧掀胀ǖ哪M換器件都能達(dá)到1s的轉(zhuǎn)換速率，能夠滿足本次的設(shè)計(jì)目標(biāo)，因此我們選用了通用D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832。（3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的選擇：根據(jù)本題目的設(shè)計(jì)要求，在信號(hào)采樣頻率fs=8kHZ，字長(zhǎng)為8位時(shí)，錄入1s時(shí)長(zhǎng)的語(yǔ)音就占用了8k字節(jié)的存儲(chǔ)空間，則存儲(chǔ)器至少需要有80k8容量。因此本次選用RAM62256作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，通常情況下，一塊62256芯片可以存儲(chǔ)60秒鐘左右的語(yǔ)言。1.7 論文研究?jī)?nèi)容本課題設(shè)計(jì)主要是通過(guò)利用AT89C5

22、1單片機(jī)、語(yǔ)音前置放大器電路、濾波放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換（D/A）電路等來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的存儲(chǔ)與回放功能，采用低延時(shí)碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)（LD-CELP）編解碼方案，能夠有效地增加語(yǔ)音存儲(chǔ)時(shí)間。具體設(shè)計(jì)過(guò)程就是：利用拾音器對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采集，把語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。接著通過(guò)增益放大器1對(duì)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行放大處理。之后經(jīng)過(guò)帶通濾波器濾波處理，處理后的信號(hào)利用A/D轉(zhuǎn)換器把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，接著要對(duì)此數(shù)字信號(hào)通過(guò)壓縮編碼后送入單片機(jī)中進(jìn)行處理，處理后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。然而回放系統(tǒng)則剛好相反，把語(yǔ)音信號(hào)解碼后經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換、帶通濾波器濾波和輸出放大器2后，使用揚(yáng)聲器或耳機(jī)輸出

23、，還原成聲音信號(hào)。本文的工作內(nèi)容主要是硬件的設(shè)計(jì)。而軟件的設(shè)計(jì)上，需要設(shè)計(jì)完成系統(tǒng)的軟件流程圖，以及相關(guān)程序的設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)模擬仿真。拾音器放大器1帶通濾波器AD轉(zhuǎn)換單片機(jī)AT89C51存儲(chǔ)器DA轉(zhuǎn)換帶通濾波器放大器2 耳機(jī)主要設(shè)計(jì)流程如下所示：圖1.2 語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖 第2章 語(yǔ)音信號(hào)與編碼2.1 語(yǔ)音信號(hào)語(yǔ)音信號(hào)就是指能攜帶語(yǔ)音波形信號(hào)的語(yǔ)言信息。而對(duì)于語(yǔ)音信號(hào)來(lái)說(shuō)，頻率和幅度分別是其的兩個(gè)基本參量。將語(yǔ)音信號(hào)頻率分成幾個(gè)范圍，020Hz范圍內(nèi)為次聲波信號(hào)，此種頻率的語(yǔ)音信號(hào)人耳無(wú)法聽(tīng)見(jiàn)；大于20KHz頻率的語(yǔ)音信號(hào)則稱為超聲波，同樣人耳無(wú)法聽(tīng)見(jiàn)；頻率在20Hz20KHz范圍

24、內(nèi)為音頻信號(hào)，通常情況下人的正常說(shuō)話頻率在300Hz3400Hz，此頻率段信號(hào)為話音信號(hào)。2.2 語(yǔ)音編碼這么多年來(lái)語(yǔ)音通信技術(shù)不斷在發(fā)展，在這個(gè)發(fā)展過(guò)程中，想方設(shè)法減少語(yǔ)音信號(hào)的傳輸帶寬，并且增加信道的傳輸速率，始終都是研究人員不斷追求的目標(biāo)。所以，語(yǔ)音編碼技術(shù)一直就是特別重要的一環(huán)。對(duì)語(yǔ)音進(jìn)行編碼的目的是為了將語(yǔ)音數(shù)字化并利用人的發(fā)聲過(guò)程中存在的冗余度和人的聽(tīng)覺(jué)特性來(lái)降低編碼率。語(yǔ)音編碼通俗來(lái)講是對(duì)模擬的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行編碼，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，然而將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)要經(jīng)過(guò)抽樣，量化，和編碼三個(gè)過(guò)程。2.2.1 抽樣模擬信號(hào)通常來(lái)說(shuō)指的是在時(shí)間上的連續(xù)信號(hào)，通過(guò)對(duì)這種信號(hào)在一定的離

25、散時(shí)間點(diǎn)上抽取樣值稱為抽樣，如圖2-1所示。圖中m（t）是一個(gè)模擬信號(hào)。在等時(shí)間間隔T上，對(duì)它抽取樣值。理論上來(lái)說(shuō)，抽樣過(guò)程可以看做是用周期性的單位沖擊脈沖（impulse）和此待抽樣的模擬信號(hào)做乘處理。最后，抽樣所得到的結(jié)果可以看出就是一系列的周期性沖擊脈沖，其在圖中所代表的面積與該模擬信號(hào)的取值成正比。沖擊脈沖在圖2-1中用一些箭頭表示。實(shí)際情況下，通常是采用周期性窄脈沖來(lái)替代沖擊脈沖與被抽樣的模擬信號(hào)相乘。-3T -2T -T 0 T 2T 3T 2T 3Tt模擬信號(hào)抽樣信號(hào)m(t)t 圖2-1 抽樣信號(hào)波形從圖中也能看的出，經(jīng)過(guò)抽樣之后得到的是一系列的離散沖擊脈沖，這顯然與抽樣前的連續(xù)

26、性模擬信號(hào)的形狀有區(qū)別。但是，同樣在圖中也能看出一個(gè)情況，那就是在對(duì)一個(gè)帶寬有限的連續(xù)模擬信號(hào)進(jìn)行抽樣時(shí)，如果采取的抽樣速率足夠大的話，最終這些抽樣值幾乎就能夠完全恢復(fù)出原先模擬信號(hào)波形情況。所以，可以不要求一定要傳輸原始的模擬信號(hào)，可以只是傳輸這些由抽樣所得到的離散的抽樣值，就可以在接收端恢復(fù)出此模擬信號(hào)。對(duì)此抽樣速率條件進(jìn)行闡述的定理就是我們所熟知的抽樣定理。抽樣定理可以說(shuō)是給模擬信號(hào)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化提供了理論基礎(chǔ)。由上文提到內(nèi)容可知，在對(duì)信號(hào)進(jìn)行抽樣時(shí)，最低抽樣頻率必須高于信號(hào)最高頻率的2倍，此最低抽樣頻率就是奈奎斯特抽樣速率。如果抽樣速率要是低于奈奎斯特抽樣速率的話，在對(duì)信號(hào)進(jìn)行抽樣的時(shí)候相

27、鄰周期的頻譜間就會(huì)出現(xiàn)頻率混疊現(xiàn)象，從而就無(wú)法正確地將原信號(hào)頻譜完美分離出來(lái)。2.2.2 量化從數(shù)字化信號(hào)處理這一領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，量化就是指把連續(xù)信號(hào)的連續(xù)取值近似成有限多個(gè)離散值的過(guò)程。將模擬信號(hào)做完抽樣處理后就變成了在時(shí)間上離散的信號(hào)，但是此時(shí)的信號(hào)還是一個(gè)模擬信號(hào)。如果要使這個(gè)抽樣信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)就必須對(duì)此信號(hào)進(jìn)行量化處理。所謂量化，便是將經(jīng)過(guò)抽樣處理后得到的瞬時(shí)值對(duì)其幅度進(jìn)行離散處理，也就是說(shuō)使用一組規(guī)定的電平，將之前得到的瞬時(shí)抽樣值用與之最相近的幅值電平值近似出來(lái)。具體量化處理如圖2-2所示:m(t)抽樣信號(hào)量化信號(hào)t 圖 2-2 量化信號(hào)波形最終經(jīng)過(guò)量化處理的結(jié)果就是使抽樣信號(hào)轉(zhuǎn)化成量

28、化信號(hào)，由上圖中可以看出此量化信號(hào)的取值是離散的。因此量化處理之后的信號(hào)已經(jīng)能夠說(shuō)是數(shù)字信號(hào)了，其可以看作為多進(jìn)制形式的數(shù)字脈沖信號(hào)。2.2.3 編碼將量化后的信號(hào)樣值幅度轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)碼組的過(guò)程稱之為編碼。因?yàn)樯衔奶岬竭^(guò)，量化處理之后的信號(hào)，已是離散的數(shù)字信號(hào)，而編碼的前提是此信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，所以下一步就可以將此數(shù)字信號(hào)編碼，最常用的編碼是用二進(jìn)制的符號(hào)，例如“0”和“1”，表示此離散數(shù)值。下圖2-3就是信號(hào)編碼的具體圖示：011 100 011 110 110 101 101編碼信號(hào) t 圖2-3 編碼信號(hào)波形2.3 編碼方式選擇一般情況下，我們把模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)抽

29、樣、量化，直到轉(zhuǎn)變成二進(jìn)制碼組的過(guò)程，稱為脈沖編碼調(diào)制（PCM），而PCM體制需要用64kb/s的速率傳輸1路數(shù)字電話信號(hào)，而傳輸1路模擬電話信號(hào)僅占用3kHz帶寬。相比之下，傳輸PCM信號(hào)占用更大帶寬。所以為了降低數(shù)字電話信號(hào)的傳輸比特率，可以采用預(yù)測(cè)編碼方法來(lái)改進(jìn)此方案。而在此編碼方案中得到廣泛應(yīng)用的一種基本預(yù)測(cè)方法就是差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）。雖然DPCM應(yīng)用廣泛，但是其本身也存在著一些問(wèn)題，為了改善DPCM體制的性能，可以將自適應(yīng)技術(shù)引入到量化和預(yù)測(cè)過(guò)程中去，這樣就得到了自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制（ADPCM）體制。此方式的優(yōu)點(diǎn)就是能夠大大地提高信號(hào)量噪比以及動(dòng)態(tài)范圍。適用于話音編碼的

30、ADPCM體制，已經(jīng)由ITU-T制定出建議，并已得到廣泛應(yīng)用。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 硬件系統(tǒng)框架概述數(shù)字化語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)可以拆分成三大部分，分別是語(yǔ)音輸入信道，信號(hào)處理部分（即單片機(jī)控制部分）和輸出信道。在輸入信道可以表示為圖3-1流程；語(yǔ)音處理部分可以表示為圖3-2；而輸出信道可以表示為圖3-3流程。語(yǔ)音信號(hào)增益放大器濾波電路A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字語(yǔ)音信號(hào) 圖3-1 輸入信道A/D轉(zhuǎn)換器件數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)單片機(jī)D/A轉(zhuǎn)換器件 模擬語(yǔ)音信號(hào)圖3-2 信號(hào)處理部分?jǐn)?shù)字語(yǔ)音信號(hào)D/A轉(zhuǎn)換器件濾波電路功率放大電路 喇叭聲音信號(hào)圖3-3 輸出信道系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)可以分為上述三部分，信號(hào)輸入后經(jīng)過(guò)增益放大器對(duì)

31、信號(hào)進(jìn)行放大，方便進(jìn)行采樣，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波，之后對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，方便單片機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，然后將處理好的信號(hào)存入存儲(chǔ)器中，方便后續(xù)處理。在后續(xù)部分調(diào)用存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，將數(shù)字信號(hào)進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波電路濾除雜音，之后對(duì)信號(hào)放大，方便信號(hào)輸出。整體框架可以表述出如下圖所示：拾音器帶通濾波器增益放大器鍵盤存儲(chǔ)器電源電路D/A轉(zhuǎn)換電路喇叭輸出放大器AD轉(zhuǎn)換AT89C52單片機(jī)帶通濾波器圖 3-4 系統(tǒng)總框圖3.2 拾音器拾音器，又稱監(jiān)聽(tīng)頭，是用來(lái)采集現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境聲音再傳送到后端設(shè)備的一個(gè)器件，它是由麥克風(fēng)和音頻放大電路構(gòu)成。它的本質(zhì)其實(shí)就是一個(gè)聲音傳感器，其能夠?qū)⑼?/p>

32、部輸入的聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。作為系統(tǒng)的初始信號(hào)輸入器件，拾音器應(yīng)多采用高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器：3558，LM358，NE5532等，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大及降噪作用。3.3 放大器的設(shè)計(jì)放大器是一種能夠?qū)⑤斎胗嵦?hào)的電壓或功率進(jìn)行放大的器件，其主要由電子管或晶體管、電源變壓器以及其他電器元件構(gòu)成。目前放大器的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，主要是應(yīng)用在通訊、廣播、雷達(dá)、電視、自動(dòng)控制等一系列的裝備設(shè)備中。3.3.1 增益放大器聲音經(jīng)過(guò)拾音器采集之后，能把原先的語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通常情況下，拾音器輸出信號(hào)電壓大致范圍是2025mV，由于信號(hào)要經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)的步驟，但是，AD采

33、樣的輸入信號(hào)電壓的范圍是05V，無(wú)法滿足采樣電壓，所以必須將經(jīng)過(guò)拾音器輸出后的電壓進(jìn)行放大。使用運(yùn)放將之前的微弱信號(hào)進(jìn)行放大200倍放大到伏特級(jí)別即可滿足需求。具體增益放大電路設(shè)計(jì)參照下圖3-5。圖 3-5 增益放大電路放大器的放大倍數(shù)可以計(jì)算出： （3-1）由實(shí)際電路各個(gè)參數(shù)可得： （3-2）由于上述電路中R4為可調(diào)電阻，故增益是可以根據(jù)實(shí)際需求調(diào)節(jié)的。3.3.2 輸出放大器在單片機(jī)處理過(guò)的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)DA轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)后，經(jīng)過(guò)濾波處理濾除雜音干擾，為了方便播放，會(huì)對(duì)此信號(hào)進(jìn)行放大，以便于能夠清晰地得到較完美的信號(hào)。本文中主要采用了LM386來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出功率放大的功能。其是一種音頻集成功放，具

34、有很多突出的優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在增益可調(diào)，自身功耗較低，外部接件少等特點(diǎn)。LM386具有很多明顯特性，它靜態(tài)功耗比較低，大約為4mA，所以它可用于電池供電；而且它的工作電壓范圍比較寬，大致范圍為4-12V；外圍元件少；它的電壓增益明顯可調(diào)，范圍大致為20-200；而且它的失真度比較低。圖 3-6 LM386引腳圖在實(shí)際輸出功率放大電路中，具體輸出放大倍數(shù)要根據(jù)LM386引腳1和引腳8具體外接的電路情況而定。通常情況下，這兩個(gè)引腳會(huì)外接一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)，此網(wǎng)絡(luò)決定了此放大電路的增益。圖 3-7 輸出放大電路如果，引腳1與引腳8斷路時(shí)，此放大電路增益為40。通過(guò)調(diào)節(jié)上圖電路中的電阻R1阻值就可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)增

35、益大小。通過(guò)調(diào)節(jié)RV1電阻的觸頭，從而就能調(diào)節(jié)功率放大大小，從而可以調(diào)節(jié)聲音大小。3.4 濾波器的設(shè)計(jì)濾波器，通俗地說(shuō)就是對(duì)輸入信號(hào)波形進(jìn)行過(guò)濾的一種器件。它本質(zhì)上是一種允許有用的頻率信號(hào)通過(guò)，與此同時(shí)還能夠抑制(或衰減)對(duì)信號(hào)處理沒(méi)有用處的其他頻率信號(hào)的電子裝置。通常在設(shè)計(jì)中，會(huì)使用濾波器來(lái)處理信號(hào)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及抑制噪聲干擾等。由于本題中會(huì)對(duì)信號(hào)進(jìn)行一系列的處理，在信號(hào)輸入過(guò)程以及處理過(guò)程中難以避免會(huì)產(chǎn)生一些噪聲及干擾，所以，必須在設(shè)計(jì)中引用濾波器，以抑制這些不必要的干擾。在實(shí)際設(shè)計(jì)中濾波器其實(shí)有很多種類，有低通，高通，以及帶通濾波器等。低通濾波器的作用為允許低于限制頻率的通過(guò)，阻隔高于

36、限定頻率的通過(guò)；高通濾波器則是相反；而帶通濾波器則是處于兩者之間，它只讓處于一個(gè)特定頻率段的信號(hào)通過(guò)。本題設(shè)計(jì)中就是采用了帶通濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)特定功能，此帶通濾波器可以將通帶頻率范圍設(shè)置為300Hz-3.4kHz，它的具體作用是：（1） 保證了300Hz-3.4kHz范圍內(nèi)的信號(hào)完美不失真地通過(guò)濾波器；（2） 可以去除此通帶頻率范圍之外的低頻信號(hào)，從而降低帶外干擾，降低了噪聲對(duì)信號(hào)的影響；（3） 可以去除通帶頻率范圍之外的高頻信號(hào)，從而消減本題中采樣頻率為8kHz所帶來(lái)的混疊失真情況。帶通濾波器按照品質(zhì)因數(shù)Q的大小不同而有兩種不同的情況，分別是寬帶帶通濾波器（Q10）以及窄帶帶通濾波器（Q10）。

37、然后根據(jù)公式可以得出本題中的帶通濾波器的中心頻率以及品質(zhì)因數(shù)Q： (3-3) (3-4)因?yàn)樯鲜鲇?jì)算結(jié)果可知Q10，所以此設(shè)計(jì)中的帶通濾波器可以確定是寬帶帶通濾波器。故本設(shè)計(jì)中所用到的濾波器可以通過(guò)高通濾波器以及低通濾波器通過(guò)級(jí)聯(lián)方式形成的。由于巴特沃茲濾波器濾波器本身具備通帶內(nèi)相對(duì)平坦的響應(yīng)特性，而且為了更好地濾除帶外頻率干擾，本次可選二階巴特沃茲帶通濾波器。其具體電路設(shè)計(jì)如下圖3-8所示：圖3-8 二階巴特沃茲濾波器圖 3-9 濾波器幅頻曲線圖 3-10 濾波效果圖從MATLAB效果圖可以得知，該濾波器濾波幅頻曲線相對(duì)平緩，能有效的濾除低頻以及高頻信號(hào)的干擾，大大減少了噪聲以及混疊失真對(duì)聲

38、音信號(hào)的干擾，能較好的滿足設(shè)計(jì)的性能要求。3.5 AT89C51單片機(jī)簡(jiǎn)介AT89C51其實(shí)就是一種帶4K字節(jié)可編程可擦寫只讀FLASH存儲(chǔ)器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，就是我們常用的一種單片機(jī)型號(hào)。其與工業(yè)上標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51相關(guān)的指令集以及輸出管腳是相互兼容的。它價(jià)格低廉，成本較低，但是確是一種高效的微控制器，有內(nèi)存，CPU等核心部件，可以為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供一種靈活性高但是低廉的方案。在我們平時(shí)實(shí)驗(yàn)以及課程設(shè)計(jì)中也會(huì)有單片機(jī)應(yīng)用的地方。其具體管腳圖如下圖3-11所示：圖3-11 AT89C51單片機(jī)引腳圖3.5.1 單片機(jī)具體引腳介紹AT89C51單片機(jī)具有很多引腳，每個(gè)

39、引腳都有其特定的功能，具體單片機(jī)引腳以及功能的介紹如下表所示： 表3.1 單片機(jī)引腳簡(jiǎn)介引腳功能XTAL1作為反向振蕩放大器的輸入端以及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路輸入端XTAL2來(lái)自反向振蕩器的輸出RST復(fù)位輸入端ALE在單片機(jī)對(duì)外部存儲(chǔ)器尋訪的時(shí)候，地址鎖存所容許的輸出電平用來(lái)鎖存地址字節(jié)EA當(dāng)EA處于低電平狀態(tài)時(shí)，那么在這一階段選通外部程序存儲(chǔ)器就可以不用考慮是否存在內(nèi)部程序存儲(chǔ)器P0口P0端是一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向的I/O口，能夠當(dāng)做外部程序數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，能被作數(shù)據(jù)/地址的第八位P1口P1端可以說(shuō)是含有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，當(dāng)它的管腳寫入“1”后，則可用于輸入使用，當(dāng)P1口置為低電平時(shí)，則

40、可用于輸出使用P2口P2端可以說(shuō)是含有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，在P2口用作外部程序存儲(chǔ)器或者是作為16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器對(duì)數(shù)據(jù)存取的時(shí)候，P2口輸出地址的高八位。P2口一般是作為對(duì)信號(hào)的控制作用。P3口P3端可以說(shuō)是含有帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，在P3口置高電平時(shí)，可用于輸入端使用，在其置為低電平的時(shí)候，P3口就會(huì)輸出電流在AT89C51單片機(jī)的應(yīng)用中，通常情況下P3口還可以當(dāng)做一些特殊功能口的使用，其主要功能如下表所示：表3.2 P3口第二功能表引腳功能P3.0RXD （串行口輸入端）P3.1TXD（串行口輸出端）P3.2(用于外部中斷0的輸入端，置低電平才有效)P3.3(

41、用于外部中斷1的輸入端，置低電平才有效)P3.4T0（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0的輸入端）P3.5T1（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的輸入端）P3.6（外部可寫信號(hào)輸出端，處于低電平才有效）P3.7（外部可讀信號(hào)輸出端，處于低電平才有效）3.5.2 單片機(jī)主要性能指標(biāo)其與MCS-51相互兼容；有128*8位的內(nèi)部RAM；有4K字節(jié)可編程可擦寫的閃爍存儲(chǔ)器；三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定；有32位可編程I/O口線；具有5個(gè)中斷源；具有兩個(gè)可寫定時(shí)器/計(jì)數(shù)器端口T0，T1；低功耗的閑置以及掉電模式；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路,時(shí)鐘頻率1.212MHz;可有時(shí)鐘輸出；有強(qiáng)的位尋址位處理能力；3.5.3 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路就是用于配合外部晶體

42、從而實(shí)現(xiàn)振蕩的電路，以此就能為單片機(jī)提供運(yùn)行時(shí)鐘，如果運(yùn)行時(shí)鐘為0 的話，單片機(jī)就不能工作，當(dāng)然若是超出單片機(jī)的工作頻率的時(shí)鐘也會(huì)導(dǎo)致其不工作。其具體電路如下圖所示：圖 3-12 單片機(jī)時(shí)鐘電路3.6 A/D、D/A轉(zhuǎn)換器在本論文設(shè)計(jì)過(guò)程中，會(huì)使用到AD和DA轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)以及數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，這個(gè)環(huán)節(jié)是很重要的，所以AD和DA轉(zhuǎn)換器的選取就顯得尤為重要。3.6.1 AD轉(zhuǎn)換器由前文可知，本次設(shè)計(jì)采用了AD574用來(lái)實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換功能，AD574 為Analog公司出品的12 位逐次逼近型AD轉(zhuǎn)換器，它的精度較高，轉(zhuǎn)換速度迅速，如今已經(jīng)被大量使用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。AD574芯片使用簡(jiǎn)單方便

43、，不需要外加任何邏輯接口電路，因此能夠直接和單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連使用。引腳分布如圖3-13 所示:圖 3-13 AD574引腳圖它具有很多引腳，每個(gè)引腳都有其特定作用，其引腳主要作用可以參照下表：表3.3 AD574引腳功能介紹引腳功能CS片送CE片啟動(dòng)R/C讀出/轉(zhuǎn)換控制12/8數(shù)據(jù)輸出格式選擇腳。當(dāng)外部置于高電平的時(shí)候,12條數(shù)據(jù)線將一起進(jìn)行輸出；當(dāng)外部接口置于低電平的時(shí)候，就做為8位雙字節(jié)輸出A0字節(jié)選擇線。當(dāng)處于轉(zhuǎn)換階段，此端口處于低電平時(shí)，AD574就會(huì)處于全12位轉(zhuǎn)換；當(dāng)A0 為1時(shí)，進(jìn)行8位轉(zhuǎn)換。當(dāng)處于讀出階段時(shí)，A0處于低電平的時(shí)候，就會(huì)輸出高8 位；當(dāng)A0處于高電平的時(shí)候，就

44、會(huì)輸出低4位STS輸出狀態(tài)指示引腳3.6.2 DA轉(zhuǎn)換器由先前理論得知，本次設(shè)計(jì)中采用的DA轉(zhuǎn)換器為DAC0832。其價(jià)格低廉，接口比較簡(jiǎn)單，并且此芯片可以直接和單片機(jī)直接相連使用，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，所以它被廣泛應(yīng)用于單片機(jī)控制系統(tǒng)中。而且它有一個(gè)非常突出的優(yōu)點(diǎn)就是采用了二級(jí)緩沖技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)多通道同步轉(zhuǎn)換，可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出和下一個(gè)數(shù)據(jù)采集，從而大大地提高了轉(zhuǎn)換速率。DAC0832芯片結(jié)構(gòu)圖如下：圖3-14 DAC0832引腳圖以及結(jié)構(gòu)圖DAC0832各引腳功能可以參照下表所示：表3.4 DAC0832引腳功能表引腳功能作為片選信號(hào)的輸入線，僅僅在置低電平才有效Vcc電源輸入線(+5

45、v+15v)輸入寄存器的寫入輸入端DAC寄存器的寫入輸入端ILE數(shù)據(jù)鎖存所容許的控制信號(hào)輸入線，僅在置高電平時(shí)才有效GND模擬地端數(shù)據(jù)傳送的控制信號(hào)輸入線，僅在置低電平時(shí)才有效D0D7數(shù)據(jù)輸入線，TLL電平VREF基準(zhǔn)電壓輸入線(-10v+10v)RFB信號(hào)反饋輸入端Iout1電流輸出線。當(dāng)輸入全為1時(shí)Iout1最大Iout2電流輸出線。其值與Iout1之和為一常數(shù)3.7 存儲(chǔ)器的選擇由上文提到內(nèi)容知，此次選取存儲(chǔ)器62256，作為此次數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。62256是一種存儲(chǔ)空間為32K的低功耗靜態(tài)RAM存儲(chǔ)器，可以用單片機(jī)的P0口與P2口來(lái)直接擴(kuò)展外部RAM，它的引腳圖如下：圖3-15 62256引

46、腳圖：寫允許信號(hào)線，把它和C51的寫命令信號(hào)相連，用于從存儲(chǔ)器寫入數(shù)據(jù)；：讀允許信號(hào)線，把它和C51的讀命令信號(hào)相連，在為低電平的時(shí)候，用于從存儲(chǔ)器讀出數(shù)據(jù)。3.8 鍵盤電路通常情況下，我們平時(shí)經(jīng)常用的鍵盤接口有獨(dú)立式按鍵接口以及矩陣式鍵盤接口這兩個(gè)不同的方式，本題中主要采用獨(dú)立式按鍵接口，這種方式的顯著特點(diǎn)是各種按鍵相互獨(dú)立，每一個(gè)按鍵各自連接一條輸入線，而不同的輸入線上的工作狀態(tài)是互不干涉的。在我們按下錄音鍵時(shí)就會(huì)啟動(dòng)單片機(jī)與A/D轉(zhuǎn)換芯片工作，在存儲(chǔ)器滿時(shí)就會(huì)自動(dòng)保存數(shù)據(jù)；同樣，在我們按下放音鍵時(shí)就會(huì)啟動(dòng)單片機(jī)以及D/A轉(zhuǎn)換芯片工作，在放音完成后就會(huì)自動(dòng)停止；而復(fù)位鍵的情況就會(huì)有點(diǎn)不一樣

47、，如果在錄音的時(shí)候按下復(fù)位鍵就會(huì)暫停錄音過(guò)程，只有再次按下按鍵才能繼續(xù)錄音，如果連按兩下此鍵的話就會(huì)重新錄音；如果在放音的時(shí)候按下復(fù)位鍵就會(huì)暫停放音過(guò)程，只有再次按下此鍵才能繼續(xù)放音，同理連按兩下的話就會(huì)重新放音。圖3-16 鍵盤按鍵的設(shè)定第4章 各模塊接口原理4.1 AT89C51與AD574的接口原理AD574 與51單片機(jī)組成的系統(tǒng)主要包含單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器以及計(jì)算機(jī)接口等部分。顯而易見(jiàn)，單片機(jī)是這個(gè)系統(tǒng)的核心部分，要想讓A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)采樣功能，必須經(jīng)由單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，并對(duì)采樣結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)。具體的連接方式如圖4-1所示：圖4-1 單片機(jī)AT89C51與AD574的接口圖在此系統(tǒng)中

48、AT89C51 的主要任務(wù)如下：(1)接收主機(jī)的采樣命令。就是通過(guò)P1.7口等待接收采樣命令，在此端口輸入低電平的時(shí)候，就能控制啟動(dòng)采樣過(guò)程；(2)啟動(dòng)采樣。單片機(jī)通過(guò)P2.7口來(lái)控制AD574 的讀出以及啟動(dòng)轉(zhuǎn)換控制線R/C，并且還通過(guò)與非門以及反相器來(lái)控制片選線CS端。在P2.7端口置高電平的時(shí)候，此刻的AD574 就會(huì)處于待啟動(dòng)狀態(tài)，只要有信號(hào)經(jīng)過(guò)，就會(huì)啟動(dòng)采樣過(guò)程；(3)讀取并存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換結(jié)果。 P1口的低4位可以用來(lái)判斷前面過(guò)程的采樣轉(zhuǎn)換過(guò)程是否結(jié)束,在低4 位都置低電平的時(shí)候, 就代表轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束了。在采取讀取操作的時(shí)候，讀取的地址應(yīng)與存儲(chǔ)器操作地址相對(duì)應(yīng)； (4) 發(fā)出中斷。在進(jìn)行數(shù)

49、據(jù)存儲(chǔ)的時(shí)候, 可以通過(guò)單片機(jī)P2.2口來(lái)檢測(cè)當(dāng)前存儲(chǔ)器有無(wú)滿溢情況。想要達(dá)到A /D 轉(zhuǎn)換以及讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果的目的, AD轉(zhuǎn)換器的片選信號(hào)CS可以通過(guò)單片機(jī)地址總線的次低位A1( P0.1)來(lái)提供, 當(dāng)進(jìn)行讀寫操作時(shí),應(yīng)該把A1端置低電平。AD轉(zhuǎn)換器的CE信號(hào)是通過(guò)單片機(jī)的端以及A7端( P0.7 ）通過(guò)一級(jí)或非門后來(lái)產(chǎn)生的。R /C 則是通過(guò)RD與A7經(jīng)過(guò)或非門之后來(lái)提供。所以在進(jìn)行讀寫操作的時(shí)候，A7也是低電平。將輸出狀態(tài)信號(hào)STS端與單片機(jī)P3.2端口相連接能夠讓單片機(jī)通過(guò)此來(lái)查詢判斷此番A/D轉(zhuǎn)換是否已經(jīng)結(jié)束。4.2 DAC0832 與單片機(jī)的接口原理通常來(lái)說(shuō)，DAC0832和AT89

50、C51是通過(guò)4根數(shù)據(jù)線來(lái)進(jìn)行相關(guān)連接的，它們是CS、CLK、D0、D1。具體方式如圖4-2：圖 4-2 DAC0832 與AT89C51的接口圖單片機(jī)對(duì) DAC0832 的控制原理： 在DAC0832不工作時(shí)，其CS輸入端置高電平。在想實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換功能時(shí)，必須先使CS端處于低電平的狀態(tài)，并且要一直保持低電平的狀態(tài)到轉(zhuǎn)換結(jié)束為止，并且要在CLK端接入時(shí)鐘脈沖，使用D1端口來(lái)選擇數(shù)據(jù)通道。4.3 存儲(chǔ)芯片與單片機(jī)的接口原理圖4-3 AT89C51與62256連接圖AT89C51單片機(jī)系統(tǒng)在進(jìn)行外部擴(kuò)展的時(shí)候，通常情況下會(huì)用P0口作為低8位地址使用，同時(shí)會(huì)用P2口作為高8位地址使用，并且它一共具有

51、16根地址總線，尋址空間大小為64KB。4.4 系統(tǒng)接口總圖在設(shè)計(jì)完各個(gè)核心模塊之后，緊接著就是將各個(gè)模塊進(jìn)行組接和確保能夠達(dá)成系統(tǒng)所需的一系列功能，在這個(gè)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，核心模塊就是單片機(jī)系統(tǒng)，因?yàn)閱纹瑱C(jī)能夠控制所有與之相連的芯片的工作。在我們按下錄音鍵的時(shí)候單片機(jī)就能啟動(dòng)AD574，使之工作，然后麥克風(fēng)就會(huì)把采集到的語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)增益放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大之后再經(jīng)過(guò)濾波處理之后送往AD574把之前的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)并且把數(shù)據(jù)存放在存儲(chǔ)芯片中；在我們按下放音鍵的時(shí)候，單片機(jī)就能啟動(dòng)DAC0832芯片，使之工作，并且會(huì)把之前存在存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)送到DAC0832中且要通過(guò)濾波處理以及后置放大器放

52、大處理，之后就能通過(guò)揚(yáng)聲器的作用把聲音信號(hào)還原輸出。系統(tǒng)接口原理如圖4-4所示：圖4-4 系統(tǒng)原理圖第5章 軟件設(shè)計(jì)5.1 編程軟件Keil uVision4Keil C51集成開(kāi)發(fā)環(huán)境是基于80C51內(nèi)核的微處理器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，內(nèi)嵌多種符合當(dāng)前工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)工具，可以完成從工程建立、管理、程序編譯、鏈接、目標(biāo)代碼生成、軟硬件仿真等完整的開(kāi)發(fā)流程。現(xiàn)在使用率較為廣泛的應(yīng)用于單片機(jī)的軟件編寫語(yǔ)言有匯編、C、C+等，而相對(duì)于51單片機(jī)來(lái)說(shuō)，匯編語(yǔ)言以及C語(yǔ)言的使用率是最高的。5.2 繪制電路軟件ProteusProteus軟件是英國(guó)Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。Proteus能夠用于仿真數(shù)字與模擬電路、交流與直流相關(guān)電路，而且其本身含有30多個(gè)元件庫(kù)。具有強(qiáng)大的原理圖編輯及原理圖處理能力，實(shí)現(xiàn)了完整的基于微控制器設(shè)計(jì)的協(xié)同仿真，可以在實(shí)物設(shè)計(jì)完成前對(duì)原理電路實(shí)現(xiàn)完美的仿真及修改。5.3 軟件程序設(shè)計(jì)5.3.1 程序流程圖AT89C51會(huì)通過(guò)片選的方式來(lái)完成鍵盤的掃描工作，在有錄音鍵按情況下就會(huì)實(shí)現(xiàn)錄音，同時(shí)在錄音過(guò)程中如果有暫停鍵按下就會(huì)暫停錄音，并且返回檢測(cè)鍵盤，如果錄音鍵按下就會(huì)繼續(xù)錄音；存儲(chǔ)器滿就會(huì)自動(dòng)返回，當(dāng)有放音鍵按下就會(huì)開(kāi)始播放，播放過(guò)程中如果