数字化语音存储与回放系统设计开题报告.docx

一、选题目的（为什么选该课题）： 数字化语音存储与回放系统设计是一个比较热点和普遍应用的设计题目，为了适应时代的发展，提高自己的理论和动手实践能力，而从这个题目中能够学到较多的知识点该设计包含放大滤波电路，单片机外围接口电路设计，例如，中断、定时、复位等，数字存储器的扩展电路，A/D、D/A转换电路和滤波器的设计电路语音信号处理属于信息科学的一个重要分支，大规模集成技术的高度发展和计算机技术的飞速前进，推动了这一技术的发展在数字音频技术和多媒体技术迅速发展的今天，传统的磁带语音录放系统因体积大、使用不便、放音不清晰而受到了巨大挑战采用单片机对语音进行录放解决体积大的问题单片机语音录放系统是以数字电路为基础，利用数字语音电路来实现语音信号的数据化、存储、还原等任务，数据化原理语音电路是一种集语音合成技术、大规模集成电路技术以及微控制器技术为一体的一种新型技术其中关键技术在于：为了增加语音存储时间，提高存储器的利用率，采用了非失真压缩算法对语音信号进行压缩后再存储，而在回放时再进行解压缩同时，对输入语音信号进行数字滤波以抑制杂音和干扰,从而确保了语音回放的可靠质量语音集成电路与微处理器相结合，具有体积小、扩展方便等特点，具有广泛的发展前景。

二、前期基础（已学课程、掌握的工具，资料积累、软硬件条件等）：1、已学课程：模拟电子原理及应用、 数字电路原理及应用、单片机原理及应用、C语言基础等； 2、掌握的工具：proteus、keil、ccs等；3、资料积累：[1] 高海春、任开达、孔德峰、徐和杰、李文瑜.数字化语音存储与回放系统[J].2000,6.[2] 黄恩、魏炜、向海飞.数字化语音存储于回放系统硬件设计[J].2003,3.[3] 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程（修订版）[M].电子工业出版社.2010,6.[4] 全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛过奖作品选编（1994-1999）[M].北京：北京理工大学出版社，2001.4、软硬件条件：EK-TM4C123GXL，实验板、ccs软件 三、要解决的问题（做什么）： 设计并制作一个数字化语音存储与回放系统:1、放大器1的增益为46dB，放大器2的增益为40dB，增益均可调； 2、带通滤波器：通带为300Hz～3.4kHz ； 3、ADC：采样频率f s＝8kHz，字长＝8位； 4、语音存储时间≥10秒； 5、DAC：变换频率f c＝8kHz，字长＝8位； 6、放语音质量良好。

在保证语音质量的前提下： （1）减少系统噪声电平，增加自动音量控制功能； （2）语音存储时间增加至20秒以上； （3）提高存储器的利用率（在原有存储容量不变的前提下，提高语音存储时间）； （4）其它（例如：校正等）在理论研究设计中我们一般要求数字化语音存储与系统设计中的带通滤波器的从简设计，这样导致了其矩形系数稍差，如果采用高阶带通滤波器，噪音会减少，信噪比可以得到改善，但实际应用中一般难以实现存储空间的大小关系重大，可在单片机外另接存储器扩展存储空间，但有时存储空间不够用时，就要求在软件中增加数据压缩算法，这就增加了编程难度在采样频率一定时，对于300HZ-3.4KHZ范围内的音频信号存储与回放，低频段效果较好，高频段效果较差，容易失真四、工作思路和方案（怎么做）：数字化语音存储与回放系统的基本思想是通过拾音器将声音信号转化成电信号，再经过放大器放大，然后通过带通滤波器滤波，模拟语音信号通过模数转换（A/D）转换成数字信号，再通过单片机控制将数据从存储器中读出，然后通过数模转换（D/A）转换成模拟信号，经放大再扬声器或耳机上输出 1、放大模块 采用直接放大电路采用多级可调增益放大电路，第一级主要用于减少噪声干扰，放大倍数不是很高，第二级为可调增益放大，根据实际语音信号选择放大倍数。

2、带通滤波器滤波器的通带范围为300Hz~3.4KHz，其作用是：（1）保证300—3400Hz的语音信号不失真的通过滤波器；  （2）滤除通带外的低频信号，以减少带外功频等分量的干扰，大大减少噪声影响；  （3）便于滤除通带外的高次谐波，以减少因8kHz采样率而引起的混叠失真因此带通滤波器应采用一级高通滤波和两级低通滤波构成，由于大部分干扰和噪声都分布在频谱的高频段，采用两级低通滤波器能大大增加低通滤波器的性能；而对于低频段，其噪声都比较少，采用一级就足够了，这样大大减少了电路的复杂性、降低成本采用二阶有源滤波器，其性能稳定，且幅频特性良好，电路设计简单3、A/D、D/A转换由于语音信号的带宽是300Hz-3.4kHz,故根据抽样定理至少需要有6.8k的采样率,实际中一般是8k的采样率,用AD0809就能达到这一要求ADC0809的最大工作频率为1.28Mhz，也就是转换时间约为80us，能达到所要求的采样速率并且，ADC0809的字长为8位，便于单片机读取DA采用DAC0832，输出频率设定8kHz，字长8位，电路设计简单实用4、存储器 存储系统采用静态RAM方案：1、以单片机为核心器件的实时语音存储和回放系统。

采用单片机来实现控制，由于单片机具有一定的可编程能力，实现控制相对可靠、容易2、基于FPGA控制的数字化语音存储与回放系统 本方案的语音存储与回放系统，未使用专用的语音处理芯片，不需要扩展接口电路，只利用FPGA作为核心控制器，就能完成语音信号的数字化处理方案一效果比较理想，能够满足一般要求，而且硬件电路和软件程序都不是很复杂。