基于单片机的变声器设计与实现

基 于 单 片 机 的 变 声 器 设 计 与 实 现- I -基于单片机的变声器设计与实现Design and implementation of voice changer based on MCU摘 要在今天的音频处理应用中，应用范围从一个简单的循环到预置的播放速率和更长的播放时间，给了人们一个更好的音频体验环境。在理想的设想中，将时间缩小或扩大和对音调的调制处理，应该还是有发展的空间的，以此来提供更好的声音质量或更加快的处理速度。应该令音流中的时间顺序不发生改变能够正常工作。变声器的原理是将输入声音的频率变换，并且将声音的声调，音色都进行变换，令最后播放出来的声音和原来的声音相比，是有很明显人耳即可分别出来的区别的。变声器是通过对声音的声调还有音色双重的变换，来实现输出声音的变化。变声器的语音转换是通过将从外界获得的音频，将这些音频通过模数转换，送到单片机，经过单片机处理后，将输入的声调或音色加以改变，接着通过数模转换，并利用放大电路，将变化后的音频输出。关键词：变声器；变声基本原理；语音辽 东 学 院 本 科 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 题 目- II -Design and implementation of voice changer based on MCUAbstract In todays audio processing applications, the range of applications has been from a simple loop to the preset playback speed and long time to give people a better audio experience. Ideally, the time compression / expansion and modulation processing should is scalable to provide better audio quality or faster processing speed. The timing of events in the audio stream should be maintained.The principle of voice changer is by changing the frequency of input voice, and change the sound of the tone, tone, voice output are different with the original sound in the sense. Is the use of double voice changer changes to voice sound and tone, realize the change of sound output.Voice changer through receiving external input audio. The collected audio, by an analog digital conversion, sent to the microcontroller processing, change input tone or tone, through digital to analog conversion and amplifying circuit, changed the voice audio output.Key Words：Voice Changer；The basic principle of crack；Voice辽 东 学 院 本 科 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 题 目- III -目 录摘 要 .IAbstract .II引 言 .11 变声处理 .21.1 驻极体话筒 .21.1.1 基本原理 .21.1.2 驻极体前置放大电路 .21.2 声音的存储与回放 .31.2.1 模数转换 .31.2.2 声音的回放 .31.3 ISD1820 录音芯片 .31.3.1 主要特性 .31.3.2 封装形式 .41.3.2 引脚描述 .42 STC89C51 单片机 .52.1 STC89C51 的系列单片机的主要欧组成部分 .52.2 STC89C51 的系列单片机的主要性能特点 .52.3 STC89C51 的系列单片机的主要欧组成部分 .62.3.1 电源引脚 .62.3.2 外接晶体引脚 .72.3.3 控制信号或与其它电源复用引脚 .7结 论 .9参 考 文 献 .10附录 A 附录内容名称 .13致 谢 .14辽 东 学 院 本 科 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 题 目1引 言不论是硬件或者是软件的变声器，它的原理都是相同的，都是将输入声音的频率进行改变，继而将这段声音的声调还有音色都加以改变，让最后变换后的声音在感官上可以感受到不同于原声音的变化。所有人的声音都是不一样的，因为每个人的声调和音色都有或多或少的区别，一般所说的低音，中音，高音，都是声调的不同。而即使声调是相同的，还是依然能够判断出相同声调的人的不同的声音，或者各种乐器的声音，这是因为音色上依然有区别。变声器，它是将声音的声调还有音色进行双重的变换，来达成声音输出的变化。改变共振峰频率是在重采样的基础上来达成的。在重采样原理上可以得知，它同时也促使了基频发生了改变，为了能让基频的变换和共振峰频率之间的变换可以相互独立，没有什么关联。在基带移动的时候，要注意抵消重采样造成的一些偏离。理论上，声音的检测只要确实准确，足以保证声频的改变和共振峰频率的变化之间没有什么关联。保证声音变化后的样子的自然效果主要是因为没有用声音的检测，让声音的移动和共振峰分隔开来的原因。辽 东 学 院 本 科 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 题 目21 设计要求1.1 预期成果变声器通过接收外界输入的音频，将接受到的音频通过单片机改变音色或者是音调，然后将变声后的音频输出。按照设想的情况做出一个成品，它通过按键录入需要变化的声音，然后经过一系列的处理之后，改变原有的音色、频率，通过扬声器播放出改变后的声音。变换后的声音可以在感官上就感受到和原声的区别。1.2 研究重点在声音的处理程序中，声音处理的数据基本相同，就是对声音的几个基础的参数，音色，声调，频率，信号强度的处理。怎样处理声音的变化是改变声音的途径，也是需要做主要论述的问题，处理声音变化的方式包括音频缩小扩大，声调改变。要把需要录入的声音成功的通过模数转换变换成电子信号，然后还有通过单片机存入记忆芯片，保证存储的信息不丢失。存储的信息又可以成功的提取处理，经过处理之后能够把录入的音频在处理变声之后，完整的播放出来。2 声音的收集2.1 话筒本设计使用的话筒是驻极体话筒，它是一个电容式的麦克风。这种麦克风的基本原理就是用电容器作为声电信号之间的转换器。这个电容有一个地方可以感受的声音力度的变化，促使声音的信号可以成功别接收到。他通常由一种金属膜所组成，形成一个记性的距离来改变电容器的另一个极点。当感受到声音的力度时，膜片的震动、振动的频率、振动的强度都是有瞬时声压来决定，其电容与声信号的变化相对应。如果再这个时间令这个电容具有恒定的一个电压，那么电容变化将使电容器极化，改变电荷量，并在两端的电容器产生电信号，声电信号进行转换。实现在阻抗匹配之后，信号会被放大。1.1.1 基本原理驻极体传声器主要由两部分组成：内部的声电转换和阻抗变换。声电转换部分包括极板、振膜和空间三部分。声电转换是膜片的关键元件，它是一层薄薄的塑料薄膜，在一层蒸发一层金膜，并通过高压电场在后柱上，并双方分别负责连接的异性，蒸汽辽 东 学 院 本 科 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 题 目3侧的隔膜和金属外壳。薄膜的另一边是从金属板上分离出来的，它由一个薄的绝缘隔片隔开，从而使电容器在蒸汽金膜和金属板之间形成。当声音被引入时，振动膜与声波运动的振动，当膜片和固定电极之间的电容也随声音的变化。由此产生的交变电压信号是随着声波的变化而变化的，从而完成了对电信号的转换过程。电压变化的大小表现出了外界声压的成都，这样的变化表现出了外部声音的情况。极板与振膜间的电容量相对要小，通常是几十 pF。所以电信号的输出阻抗会非常高，并且很微弱。因此，音频放大器不能直接连接到驻极体传声器的输出。高阻抗低噪声系数场效应晶体管的有这样特点。所以，一般是在一个结型场效应晶体管管高输入阻抗是用来放大内部麦克风访问驻极体电容电压信号较低阻抗源极和漏极的输出信号和阻抗变换。前置放大器是一方面电容话筒头输出信号前置放大器，另一方面则主要是将高输出阻抗的电容转换为低阻抗输出。小型前置放大器电路主要由两部分组成，其中一部分是由场效应管组成的阻抗变换电路，而另外一部分是放大电路。2.1.2 驻极体前置放大电路驻极体前置放大器基本低层音频放大电路中，由于信号的大动态范围是可以处理的，包括各种各样的驻极体传声器和各种等级的信号源阻抗型，他们以丰富多样的形式组成。这些因素会影响电路优化的具体特定应用。前置放大器是电容话筒头输出信号前置放大器，另一方面则主要是将电容器的高输出阻抗转换为低阻抗输出。麦克风前置放大电路采用 NE5532 放大器，低成本，低功耗。它的功能是放大输入电压和输入信号，以过滤输入电压。2.2 声音的变换2.2.1 模数转换声音的模数转换经常会出现我们平常生活的各种地方，一个小的不经意的地方都可能会存在声音的模数转换。比如可以录音的电话、现在可能不常见但是在我小时候经常使用的复读机等。它们都是将声音经过模数转换后存储起来，在回放的时候又变回原先的声音。辽 东 学 院 本 科 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 题 目4模拟信号是存在在真实世界里的，比如压力、声音、图像或者温度这些等等，想要将它们更加容易的存储、处理和传输，就需要将它们转换成离散的数字信号。要达到这张的效果就需要模数转换，在现实很多不同的东西里都可以找到利用它的地方。声音信号的转换是由麦克风声音的变化而改变的电压信号。将信号转换为数字信号，由高速模数转换器转换为数字转换器。这是一系列 0 和 1。在这个时候，你可以下载一系列数字信号给单片机。要储存这些信息，需要编写一个表为了所写的信息。然而，这些信息的信息量会有很多很多。声音质量的要求越高，长度越长。那么那些信息占用空间就会更大。因此，将有一个拥有大容量存储器的语音电路。声音的模数转换主要是指机械振动所发出的声信号转换为音频电流信号，最后又还原为声信号的一个系统。整个过程可以概括为换能、放大、还原三个环节。 就像普通的物理振动能产生机械振动，电流也是可以振动的。而电流的振动就被称作为电振动。电流的周期变化的衰减被称为振荡电流。在振荡电路中能够产生震荡的电流的，一般是由电感、电阻和电容等电子元件组成。电路的振荡频率，就是所谓的电路的固有频率，是由元件的各种数据确定的。在声电转换的过程中，由适当的传感器或变换器来改变电压波形的声波能量，转换为一种电子信号，这种信号被叫做电压，它和声波都是变化的。为了表示麦克风接收到的声音被电压记录了，可以连接到一个放大器，以驱动扬声器，并将电子信号转换成声音，并与原来的声音相比。2.2.2 声音的回放在声音回放的时候，需要用可以保证采样率相同的单片机将这一系列的信号提出来。接着传到高速数字-模拟转换器。这将输出预先存储的模拟信号。而这个信号不能直接推动扬声器。还需要通过滤波器来滤除高频谐波。数字模拟转换器转换中的高速开关干扰。然后通过音量控制或直接进入低功率放大器。最后可以发到扬声器。2.3 ISD1820 录音芯片2.3.1 概述ISD820 芯片的基本结构是 CMOS 技术，包括振荡器、话筒前置放大器、自动增益控制、抗混叠滤波、平滑滤波、扬声器驱动器和闪存阵列。最小记录系统是一个麦克风，扬声器，两按钮，3V 电源和几个电阻和电容，在记录操作结束时，芯片进入低功辽 东 学 院 本 科 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 题 目5耗模式。芯片可以非常真实和自然再现的声音，音乐，声音和声音的影响，以避免一般的固体电路由于量化引起的噪声和金属声。2.3.1 主要特性1. 3v 单电源工作2. 外接电阻调整录音时间3. 边沿或电平触发放音4. 自动省电，保持电流2.3.2 特性参数的放水电费水电费等第三方第三方的所发生的发水电费水第三方斯蒂芬斯蒂芬斯蒂芬所发生的水电费水电费 gar 刚问题更为广东省 GV 电风扇的风格的所发生的大师傅水电士大夫撒是粉色水电费水电费上分水电费阿斯蒂芬阿斯蒂四的房产税的服务范德萨发违法水电费违法范文芳玩法玩如上表所示是 ISD1820 的极限参数，下表所示为工作参数。符号 参数 典型值 最小值 最大值 单位 条件VIL 输入低电平 0.8 VVIH 输入高电平 2.0 VVOL 输入低电平 0.4 V IOL = 4.0mAVOH 输出高电平 2.4 V IOH = -1.6mAICC VCC 电流（工作） 30 A Vcc = 4.5VISB VCC 电流（静态） 0.5 10 mAREXT 输出负载阻抗 8 RMIC 前置放大输入电阻 10 kAMSP 话筒到 SP + / - 增益 42 dB AGC = 0.0VTDB 数据延迟时间 84 msTEOM EOM 脉冲宽度 84 msTHD 总谐波失真 1 % 1kHz，Vin = 辽 东 学 院 本 科 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 题 目615mVPOUT 扬声器输出功率 24.4 mW 负载阻抗 = 8VOUT 扬声器输出电压 1.25 2.5 Vp - p 负载阻抗 = 600VIN 话筒输入电压 15 300 mV2.3.2 封装形式额外热 54 具体如图发挥大淡粉色范文芳沃尔夫违法而威尔而温柔而威尔稳稳额外认为二位二位而威尔儿 3 热乎人以及日热帖刻2.3.2 引脚描述电源(VCC)：在不同的电源总线上使用模拟电路和数字电路，以满足该引脚，使噪声最小化。去耦电容应尽可能靠近芯片。地线(VSSA,VSSD)：芯片内部的模拟电路和数字电路在这个引脚的不同的接地收敛。录音 (REC)：有效的高水平，只要 REC 变高（无论是在芯片的电源关闭状态或玩），芯片开始记录。在记录中，记录必须保持高。当 REC 变低或结束的记忆记录期间，芯片自动写入一个信息结束标志（EOM），以便播放操作可以操作后立即停止。然后芯片自动进入省电状态。注：REC 的上升沿有 84 毫秒防颤，防止按键误触发。边沿触发放音(PLAYE) ：当芯片开始播放。直到 EOM 标志或记忆播放芯片自动进入节电状态。放音后，可以释放。电平触发放音(PLAYL) ：从低开始到高时，芯片播放。继续这端回到低电平或遇到 EOM 标志，或记忆的终结。自动进入省电状态播放结束后。录音指示(/RECLED) ：在记录状态时，这个结束是低的，可以被驱动。此外，玩家遇到 EOM 标志，低电平脉冲输出。这可用于脉冲触发播放，实现循环播放。辽 东 学 院 本 科 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 题 目7话筒输入(MIC)：这一端连接到芯片上的前置放大器。前置放大器的增益的自动增益控制电路在芯片控制（AGC）。外部麦克风应连接到串联电容器的端。耦合电容值和终端 10K 输入阻抗确定芯片频带的低频截止点。话筒参考(MIC REF)：