第十组语音存储和回放.doc

语音采集与回放系统摘要：本系统基本实现了语音信号的采集与回放。其主要结构由语音前级处理通道、MSP430F449单片机控制兼数据处理模块、D/A转换模块、键盘模块和后级处理通道组成，实现了语音的采集与回放功能。关键词：MSP430F449 D/A LM386目录一、方案设计与选择1（一）语音采集11.信号放大12.前级滤波13.数据采入14.数据压缩编码方式1（二）语音回放11.输出已压缩语音12.后级滤波13.音频功放1二、系统各模块具体设计1（一）整体框图1（二）各模块具体分析11.前级通道1（1）麦克风电路1（2）射极跟随器1（3）前级放大器1（4）前级滤波器1（5）加法器12.中央处理模块1（1）A/D采样1（2）D/A转换1（3）单片机控制兼数据处理模块13.后级通道1（1）后级滤波器1（2）后级放大器1三、系统调试1一、方案设计与选择语音采集与回放系统应具有两个最基本的功能：完整的采集原音信号和回放语音。采集信号主要由前级通道和MSP430片内A/D实现：前级通道将语音信号放大，滤波，然后送给A/D采样；继而CPU写入数据并压缩储存；语音回放主要是将前级采集的信号解压缩，并通过D/A转换和后级通道处理还原语音信号。（一）语音采集1.信号放大因为话筒采集的声音信号极为弱小，麦克风的输出信号的峰-峰值在100mV左右，所以在A/D采集之前要对小信号进行放大。在麦克风与放大器之间接入一个由HA17741构成的射极跟随器，以实现阻抗的变换与隔离。放大器采用两级反向放大器，前级粗调，后级细调。2.前级滤波由于人声的频率范围大概是300Hz3.4kHz，为了尽可能减少输出时的杂音，使系统经存储后回放出来的声音尽量地清晰并且不失真，需要对采集进来的信号进行滤波。滤波要求通频带内平外陡。巴特沃斯滤波器通频带较为平坦，而采用多阶滤波可提高陡度。方案一：直接使用带通滤波器。虽然可以简化电路，但是对滤波器的品质因素Q的要求很高，会加大调试电路的难度。方案二：使用两级低通滤波与两级高通滤波串联以实现带通滤波的功能，本方法易实现，控制简单，可以达到很好的滤波效果。所以采用4阶巴特沃斯低通和4阶巴特沃斯高通级联，效果挺好。通过以上的比较，选用方案二来实现滤波功能，另外，由于另有放大电路，因此滤波器模块增益Av=1，便于焊接以及检查。3.数据采入4.数据压缩编码方式采用常用的三种语音编码方式：脉码调制PCM（Pulse Code Modulation），差值脉码编码DPCM，插值压缩IV。（二）语音回放1.输出已压缩语音D/A转换器的作用是将存储的数字语音信号转换为模拟语音信号，由于一般的D/A转换器都能达到1S的转换速率，足够满足要求，故我们在此选用了通用D/A转换器DAC0832作D/A转换处理。2.后级滤波与前级滤波方案一致。3.音频功放人耳听到的语音功率不大，故选择常用的集成功放芯片LM386来驱动0.5W的扬声器。二、系统各模块具体设计（一）整体框图系统组成及原理框图如图11所示麦克风射极跟随器前级放大器高通滤波器加法器MSP430F449单片机低通滤波器键盘低通滤波器扬声器高通滤波器D/A转换后级放大器（系统组成及原理框图 11）（二）各模块具体分析1.前级通道前级通道由麦克风、射极跟随器、前级放大器、前级滤波器和加法器组成。（1）麦克风电路话筒在受到声音振动后，其电阻随声音信号的变化发生大小变化。根据话筒采集语音的原理，在话筒与标准电压之间接一47K限流分压的电阻。通过10uF耦合电容将话筒分得的变化电压信号传递给初级同相放大器，输出信号作为下一模块的输入信号。麦克风电路如图（12）（麦克风电路 12）话10k滑阻和拾音器串联 接5v电压 通过由100nf电容和200欧姆电阻组成的滤波接到射极跟随。（2）射极跟随器麦克风采集的信号极为弱小，且麦克风输出阻抗不可忽略，故放大前必须进行隔离，并尽量减小信号输出阻抗。运用电压跟随器的输入阻抗很高、输出阻抗很小这个特点，这里作为多级放大器的第一级，起隔离和缓冲的作用。射极跟随器如图（13）（射极跟随器 13）（3）前级放大器放大器采用多级信号放大器级连，其中AV=-RF/R1。总增益AV0= AV1* AV2=0.150*100，两级放大均增益可调，其中第一级放大倍数较小以保证信号不会被失真放大。放大器具体电路如图（14）（放大器 14）（4）前级滤波器选择巴特沃斯滤波器，4阶低通滤波器级联4阶高通滤波器，具体电路见图如图（15）。（前级放大器 15）（5）加法器滤波器输出语音信号为双极性信号，电压幅值约2.5V，而A/D采集信号的范围为0-5V，因此在采集信号前需要叠加一直流偏置电平，使信号满足采样要求。2.中央处理模块中央处理模块由A/D采样、D/A转换、单片机控制兼数据处理模块组成。（1）A/D采样A/D芯片选择MSP430F449片内12位AD芯片。（2）D/A转换D/A选用0832，方便控制，速度适中，性能良好。（3）单片机控制兼数据处理模块单片机控制兼数据处理模块采用MSP430处理器构成单片机最小系统，通过键盘选择如下几种3.后级通道 后级通道由后级滤波器、频率校正滤波器和后级放大器组成。（1）后级滤波器复制前级滤波器。（2）后级放大器后级放大主要是功率放大，但是如果对功率放大太多就可能产生很大的噪声，故先进行信号放大再进行功率放大。后级信号放大器沿用前级放大器的设计，增益AV0=0.15*10，增益可调。电功率放大电路由集成功率放大芯片LM386及外围电路构成，调节输入端的电位器可以使输入信号峰峰值在芯片规定范围内。1脚和8脚之间的电路可以在20-200范围