基于单片机的数字化语言存储与回放系统毕业设计

毕 业 论 文题 目： 基于单片机的数字化语言存储与回放系统 学 院： 电气信息学院 专 业： 班级： 1301 学号： xxxxxxxxxx 学生姓名： xxx _ _ 导师姓名： xxxx _ _完成日期： 201x 年 6 月 5 日 诚 信 声 明本人声明：1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。作者签名： 日期： 年 月 日毕 业 设 计 （ 论 文 ） 任 务 书题目： 基于单片机的数字化语言存储与回放系统 姓名 系别 电气信息学院 专业 班级 学号 指导老师 职称 讲师 教研室主任 汪超 一、基本任务及要求：设计一种基于单片机的数字化语言存储与回放系统，在保证语音质量的前提下，能减少系统噪声电平，增加自动音量控制功能。语音存储时间需要控制在 10s 以上设计要求：1.阅读相关资料，单片机、AD、DA 及各存储器选型；2.进行硬件及软件设计，并进行调试； 3.写出设计说明书。 二、进度安排及完成时间：（1）1 月 7 日至 3 月 15 日：明确设计任务和要求，收集设计资料，查阅有关文献，了解本课题的研究现状、存在问题、实际意义和发展前景，撰写文献综述和开题报告，开题报告上传到 FTP。 （2）3 月 16 日至 3 月 29 日：毕业实习，撰写毕业实习报告。 （3）3 月 30 日至 4 月 5 日：全面了解自动化立体车库的工作过程，工作原理和对控制系统的各项设计要求，撰写毕业设计的绪论部分和控制对象概述部分。 （4）4 月 6 日至 4 月 12 日：确定自动化立体车库的控制方案。设计自动化立体车库各拖动电机的主电路原理图，确定自动化立体车库控制系统的 PLC 的型号规格，确定 PLC I/O 元件。 （5）4 月 13 日至 4 月 19 日：列出 PLC I/O 元件分配表，绘制 PLC I/O 接线图。 （6）4 月 20 日至 5 月 3 日：设计自动化立体车库控制系统的公用程序、手动程序、自动程序、信号显示程序和故障保护程序。 （7）5 月 4 日至 5 月 10 日：上机调试程序。 （8）5 月 11 日至 5 月 31 日：撰写毕业设计论文。 （9）6 月 1 日至 6 月 6 日：指导老师评阅毕业设计论文、电子文档上传 FTP。 （10）6 月 7 日至 6 月 10 日：毕业设计答辩。 （11）6 月 11 日至 6 月 14 日：毕业设计成绩评定。 （12）6 月 15 日至 6 月 20 日：毕业设计资料归档 。 基于单片机的数字化语言存储与回放系统前 言随着生活节奏的日益加快，城市智能化建设的不断发展，在智能仪器仪表和工业控制系统中增加语音录放功能成为了极为普遍的现象。添加语音功能不仅使得机器更加“聪明”和人性化，还能让使用者操作更加得心应手。当前把语音作为服务手段的行业越来越多，如电脑语音钟、语音型数字万用表、移动手机智能语音系统、叫号机、语音监控报警系统、公交车报站器和卫星导航系统等。可以说，语音系统是社会生活和生产不可缺少的东西，它的发展是社会进步的必然结果。 基于单片机的数字化语言存储与回放系统目 录摘要 .- 1 -ABSTRACT .- 2 -第 1 章 绪 论 .11.1 研究背景 .11.2 研究现状 .11.3 发展前景 .21.4 设计任务要求 .2第 2 章 数字录音基本原理 .42.1 声音产生基本原理 .42.2 数字音频技术基本概念 .42.3 语音信号的数字化过程 .52.4 滤波和频谱分析 .82.5 数字滤波器设计原理 .82.5 总体方案论证 .9第 3 章 系统硬件电路设计 .113.1 单片机 AT89C52 .123.2 语音芯片 ISD2560 简介 .14第 4 章 主程序设计 .184.1 录音子程序 .194.2 放音子程序 .22第 5 章 系统调试与实验结果 .26结束语 .29参考文献 .30致 谢 .31附 录 .32基于单片机的数字化语言存储与回放系统- 0 -基于单片机的数字化语言存储与回放系统摘要：本文介绍了基于单片机的语音存储与回放的设计方法，给出了硬、软件的设计与实现方案。对基于单片机的数字化语言存储与回放系统的设计过程作了阐述。给出了各电器元件、单片机及其输入、输出元件的型号选择结果，详细地阐述了单片机用户程序的设计过程，并给出了上述所有程序的程序流程图和汇编语言程序。关键词：单片机；语音；控制系统；硬件设计；软件设计基于单片机的数字化语言存储与回放系统- 1 -Digital language storage and playback system based on single chip microcomputerAbstract: This paper introduces the design method of voice storage and playback based on single chip microcomputer, and gives the design and implementation of hardware and software. The design process of digital language storage and playback system based on single chip microcomputer is expounded. The results are given the choice of electrical components, the MCU and the input and output components of the model, described in detail the design process of single user program, and gives the program flow chart of the program and all the assembly language program.Key words: single chip microcomputer; voice; control system; hardware design; software design基于单片机的数字化语言存储与回放系统0第 1 章 绪 论1.1 研究背景语音系统需要建立在硬件基础之上，而其系统的控制核心一般是使用单片机。单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点。它几乎渗透到我们生活的各个领域：军事领域的各类导航系统，计算机网络通讯与数据传输系统，各类工控企业的自动化实时控制和数据处理系统，各类智能 IC 卡，汽车的报警、导航、安全、娱乐系统，录音、摄像机，全自动洗衣机系统以及各类发生遥控玩具和电子宠物等等。可以说，单片机体现的是它强大的控制能力1。 数字语音录放技术是指利用数字化技术对语音信号进行采集、处理、并且在一定存储设备中进行存储，并可在需要时进行输出的过程。相对于模拟设备来说，数字设备易于集成、小型化、成本更低，同时更为稳定，且操作更为直接、方便，使得数字语音录放系统目前在各种领域中都得到了广泛的应用。例如监控环境中使用的语音采集系统；再如家庭或学校中使用的语音复读机等，都可看作是数字语音录放系统的典型应用。 在对语音信号的处理方面，常规方法是采用滤波器处理接收到的模拟语音信号，通过模数转换成为数字信号，再由单片机控制存储到存储器中。在需要输出语音信号时，亦可由单片机控制从存储器中输出，再经数模转换成模拟信号，通过 IV 变换成电压信号，滤波后通过功放将语音信号输出。但是这种方法的缺点是，输出不稳定，语音信号有杂音或者变音，这是模拟电路所不能避免的缺点。 为了解决这个问题，我们可以采用专用的语音芯片，利用其模拟信号技术直接存储技术来解决上述问题。语音芯片可以很方便的和单片机系统相结合，其体积和重量也能符合单片机系统的要求。因此，基于单片机和语音芯片的语音系统应运而生。1.2 研究现状近年来，语音信号处理技术的发展可谓日新月异，新技术的出现为语音录放系统的发展指引了新的方向。对语音信号的前期采集、中期的处理从之前的对波形进行编码和压缩转变为现在的参数编码和压缩，从而大大减少了需要存储的数据，节省了硬件存储空间。举例来说，原始语音一般都是采用 8KHz 抽样，16bits 的线性 PCM 编码进行采集，在一般的系统中就直接将采集后的数据进行存储；而如果采用参数编码对采集后的数据进行压缩，存储量则可以大大减少，当需要恢复语音时，可利用编码后的参数进行合成，可以得到质量令人满意的结果。 基于单片机的数字化语言存储与回放系统1目前比较典型的语音器件有早些的 ISD2560、ISD1420 到现在的ISD4004、ISD1700，ISD 系列是由美国 ISD 公司研发的专业语音处理芯片。芯片采用模拟信号直接存储技术，将声音信号直接写入存储单元而不经 A/D 或 D/A 转换，所以使用 ISD 芯片能非常好的再现语音，可避免因一般固体语音电路的量化和压缩所引起的量化噪声和失真情况。另外芯片功能强大：即录即放、语音可掉电保存、10 万次的擦写寿命、手动操作和 CPU 控制兼容、可多片级联、无需开发系统等等，确实给欲实现语音功能的单片机应用设计人员提供了解决方案。现在市场上已有公司将以 AT89C2051单片机与 ISD 语音芯片组成的语音组合板，用串口通信，芯片里固化有一些常用语音词汇，用户不需了解语音功能的工作原理，只需通过串口按一定协议发送代码即可送出语音2。 1.3 发展前景未来语音存储技术的革新主要是硬件技术（处理能力）以及语音编码技术的进步。单片机技术的发展越来越快，未来将向低功耗、微型化发展。以 51 为基础的模式不会动摇，但在容量和性能上将作出很大提高，而串行总线结构可以使得单片机系统结构更加简单和规范。语音存储与回放技术的核心是语音编码，它是现代语音技术的三大核心之一（语音识别、文本语音转换、语音编码）。在未来，实现速度在 2.44.8Kbps的高质量的加密方式。另一方面，将采用更先进的技术对语音信号进行处理，减少存储空间。而在整体的语音技术发面，智能语音将是未来发展的主要方向。语音识别技术和语音合成技术，将是未来的主导，他们将推动语音技术向语境真实化和多模态化发展，但是面临的核心技术也将越来越难。 而在另一方面，未来数字化和信息化的联系日益紧密，继而影响科技进步和现代化进程