实验7语音信号的采样存储和回放.doc

实验7 综合设计三：语音信号的采样存储和回放2008.4.16一、实验目的1.进一步掌握PCM技术和时分复用(TDM)技术的基本原理；2.了解和掌握集成化PCM编译码器MT8965的工作原理和使用方法；3.学习和训练数字通信电路的基本设计方法和技巧。二、实验仪器与设备直流稳压电源1台TDS210数字示波器 1台函数信号发生器1台数字式万用电表 1只三、设计要求图1 系统组成设计并制作实现一个语音信号的采样、存储和回放系统，相当于一台简易的数字录音机。系统组成方案见图1所示，指定了基本的电路结构和核心器件。其中，指定采用ZARLINK公司的PCM编解码器( CODEC) MT8965，作为对输入（语音）信号进行采样编码的器件，同时也具备相对应的解码功能；指定采用628128作为单片机系统的外部扩展数据存储器，用来存储PCM样值。请根据所提供的硬件电路、元件和有关指导材料，按自己的理解和创意，设计并实现整个系统。四、部分电路的工作原理简要描述1音频接口电路使用普通运放制作的音频输入输出信号幅度适配电路，外部连接耳机和麦克风，对内部CODEC电路也起到一定的隔离保护功能。已提供此部分电路的参考设计方案。考虑到各组可能会自行修改设计，或使用现成的耳麦，故不提供与参考方案对应的成套完整器件，缺少的器件需要自己购领。2PCM编解码MT8965的详细工作原理应阅读DATA SHEET。其正常工作有赖于外部输入的符合ST-BUS标准要求的时钟信号。有关ST-BUS时钟信号的情况，在MT8965的DATA SHEET中有一部分，若需更详细了解，可至ZARLINK公司网站查找。LM(CW)1403是2.5V基准源芯片，为CODEC内部电压比较器提供参考电压。MT8965使用正负5伏双电源工作，且严格规定，正负电源必须同时上电，否则很容易损伤器件！每次上电时应检查电源连接，并严禁带电插拔元件！3ST-BUS时钟发生该电路的逻辑设计参考了ZARLINK提供的一些建议电路。该部分以一个4.096MHz振荡电路为源，经过分频等步骤，输出MT8965所需CA、/F1、C2等时钟信号，也向单片机提供125us的中断源请求信号。单片机在CA信号的上升沿收到中断请求，此时并串转换电路中的移位寄存器均不在进行移位操作，正适合单片机对其进行读或/和写操作。4CODEC受电保护为较大限度地防止在调试过程中人为操作疏忽，导致电压过高损害CODEC芯片，特增设该部电路。其中，PTC器件是“正温度系数”热敏电阻，正常情况下表现为10欧姆左右的小电阻特性，当发生故障电流过大时，其电阻会急剧增大，几乎可截断电流，表现出保险丝熔断的效果。故障消除后，PTC会恢复常态，所以又被俗称为“自恢复保险丝”。需要指出的是，该保护电路的能力是有限的，强烈建议实验过程中认真检查直流电源情况。5串/并和并/串转换MT8965的编码输出和解码输入，均按照ST-BUS协议，表现为串行方式。通过转换电路，可将编码输出/解码输入转换为单片机总线可访问（读操作/写操作）的8位并行接口方式，其总线地址与单片机系统中译码电路的/CS5信号对应。6PCM样值存储相对于PCM的64kbit/s(即8kByte/s)比特速率，单片机系统原有的数据存储器容量太小。为保证实验效果，特使用628128作为外部扩展数据存储器，用来存储PCM样值。在未经数据压缩的情况下，最多能存储16秒钟的语音编码。628128的存储单元数量，超出了单片机系统可以直接寻址的地址空间容量，故额外使用4个单片机通用I/O引脚连接628128的（高位）地址线。在4个I/O（作为单片机输出）引脚信号状态不同时，相同的总线物理地址，能访问到不同的628128片内存储单元。五、调试过程建议1焊装如有必要，可先完成焊接工作，但暂不安插集成电路芯片。加电检查，测量板上各处电源电压是否正常。可人为调高有关电压，测试CODEC受电保护电路的工作状况。2测试ST-BUS时钟发生安插与此部分有关的芯片，加电观测有关时钟信号，检查是否满足要求。建议指定CA信号作为示波器触发源。3测试CODEC安插与此部分有关的芯片，建议临时在DSTI和DSTO短接导线，并从AINPUT（在电容C6外侧较好）接入Vpp1V的1KHz正弦信号，应可在AOUTPUT（在电容C5外侧较好）观测到同样形态的信号。该被观测的信号，已是经过A/D转换，又D/A转换后的结果。注意，以上测试中，串并转换部分的若干芯片不能安插！4测试扩展存储器测试单片机能否正常操作628128。需要编写必要的测试程序。读写628128的C语言程序，建议使用XBYTE关键词，类似DEMO程序中访问显示电路的方式，但地址可以改为一个变量。此类C语句经编译后，会转化对应为MCS51汇编语言的MOVX语句。建议向628128的各单元，写入各种编码，再读出核对校验。5最后测试串并转换和系统整体功能六、正式运作时的程序结构建议图2 软件的部分逻辑方案建议如图2，该建议仅供参考，请自行优化完善。七、电路勘误如图3所示，U7引脚4输出信号LE_DOUT逻辑设计反了，需在PCB背面相应位置，刻断1线，飞接3线，为其插入一个非门（利用到或非门U7原空闲未用的两个封装之一）。图3 勘误示意八、实验作品评价中的可加分项目1录播方式的各种变化（分段管理、快慢调整等），最高加4分。2与PC构成联合系统（可以通过串行通信口互连），利用PC提供操作界面、生成可存储于PC的录音文件、通过PC录音再通过数字录音机播放或反之，等等，最高加12分。提示：