基于STM32的语音信号处理装置毕业设计

1、 毕业设计报告(论文)论文(设计)题目基于STM32的语音信号处理装置作者所在系部作者所在专业作者所在班级作 者 姓 名作 者 学 号校内导师姓名校内导师职称校外导师姓名校外导师职务（称）校外导师单位完 成 时 间 教务处制 本科生毕业设计（论文）原创性及知识产权声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）基于STM32的语音信号处理装置是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本设计（论文）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。因本毕业设计（论文）引起的法律结果完全由本人承担。本毕业设计（论文）成果归北华航天工业学院所有。本人遵循北华航天工业学院有关毕业设计（论文）的相关规定，提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本。本人同意北华航天工业学院有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以营利为目的的前提下，可以公布非涉密毕业设计（论文）的部分或全部内容。特此声明毕业设计（论文）作者：

2、指导教师： 年 月 日 年 月 日 摘 要当今时代语音信号处理的应用无处不在，而在这个应用层面中，数字信号处理更为广泛。随着大规模的集成电路技术的发展，嵌入式系统的出现是计算机发展史的一个重要里程碑。本文采用的是STM32F4系列的单片机系统和WM8978音频采集模块来设计的一个简易的音频信号处理的系统，实现了对声音的音频采集、数据编码、数据传输、数据存储、数字滤波的功能。而且本设计使用了SD卡作为数据的存储期间，并以.WAV格式存储，使音质更好。设计使用的是数字滤波技术，在MATLAB中设计出FIR滤波器并移植到STM32平台，实现嵌入式单端处理。关键词 数字滤波 数据编码 嵌入式 FIR滤波器I AbstractIn todays era, voice signal processing applications are ubiquitous, and at this application level, digital signal processing is more extensive. With the development of large-scale integrat

3、ed circuit technology, the emergence of embedded systems is an important milestone in the history of computer development. This paper uses the STM32F4 series of microcontroller system and WM8978 audio acquisition module to design a simple audio signal processing system, to achieve the sound of audio acquisition, data coding, data transmission, data storage, digital filtering functions. And this design uses the SD card as the period of data storage and uses the . WAV format storage for better sou

4、nd quality. The design uses digital filtering technology, and the FIR filter is designed in MATLAB and ported to the STM32 platform to achieve embedded single-ended processing.Key words Digital filtering Data encoding Embedded system FIR filterV目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 语音信号的特点11.2 数字滤波21.2.1 发展概述21.2.2滤波原理21.3 嵌入式语音信号的处理31.4 本文研究内容3第2章 STM32平台简介42.1 嵌入式系统的概述42.2 STM32F407ZGT6平台52.2.1 STM32F407ZGT6硬件结构52.2.2 STM32F407ZGT6的应用软件52.3 STM32软件开发平台的设计72.3.1 嵌入式程序开发72.3.2 STM32CubeMax生态环境的开发82.4 小结9第

5、3章 系统硬件概况103.1 系统概况103.2 功能模块113.2.1 CPU模块123.2.2 WM8978音频模块123.2.3 SD卡数据存储模块143.2.4 屏幕显示模块163.2.5 FLASH闪存模块173.2.6 CH340串口通信模块183.2.7 电源模块183.3 相关数据流183.4 小结19第4章 程序处理概述204.1 程序运行流程204.2 系统初始化204.3 数据采集224.4 数据存储234.5 数据读取254.6 数据处理264.6.1 MATLAB显示数据264.6.2 MATLAB实现FIR滤波274.6.3 STM32实现FIR滤波294.7 小结30第5章 结果展示及展望315.1 结果展示315.2 展望33第6章 结论34致 谢35参考文献36基于STM32的语音信号处理装置第1章 绪论在现代信息技术高度发展的今天，语音的传输、存储和识别是通信网络的一个关键环节。数字语音信号的研究是近年来兴起的一种边缘技术。与语音科学，计算机科学，模式识别，人工智能密切相关。数字语音处理技术在计算机软硬软件的相结合的方式下，通过几十年的探索，其研究和

6、开发正进入一个黄金时代。在世界发达国家制定的高技术发展规划中，语音处理技术的地位十分引人注目。随着信息技术的飞速发展，语音信号处理取得了重大进展。语音信号的处理是采集语音信号的特征，根据特征来描述以及处理信号。语音信号的处理也是一种应用学科，涉及人类生活及社会的各个领域，这及需要结合计算机等设备，这样利于携带和控制等等，这就是嵌入式领域的一种应用。由于其携带方便，造价低，可移动性较好，嵌入式终端的应用越来约广泛。随着科技的发展，电话等通信方式已经成为广泛的应用。但在某些领域里，周围噪声大，需要的信号很容易被噪声污染。尤其是语音系统中的噪声，包括环境噪声和录音过程中的电子噪声。为此，我们使用了很多方法去滤除噪声。其中包括模拟滤波、数字滤波。数字滤波技术更为广泛。数字信号处理主要是研究用数字或符号序列表示和处理信号。处理的目的可以是削弱信号中的多余内容，滤除混杂的噪声和干扰，或者是将信号变换为容易分析和识别的形式，便于估计和选择它的特征参数1。语音是一种一维的连续的，但它仅限于对分离的。从一个离散的信号中恢复一个连续的信号，必须按照采样定理来决定一个最小的取样频率。WAV是一种以音频为基础

7、的数码音频格式，该格式以 Matlab为基础，对 WAV音频格式的频率与音频之间的相互影响进行了研究。利用一种特殊的声音对其进行频谱和过滤2。1.1 语音信号的特点语音信号主要特点有很多，主要有以下几点：（1）语音信号的带宽约为5KHz,主要能量集中在低频段。（2）语音信号总体为非平稳时变信号，一般认为是短时平稳(10ms 30ms)。（3）说话的声音主要可以分为清音段、浊音段、过渡段。清音段：能量低，波形特点有点像随机的噪声。浊音段：能量高，波形具有周期性特点。1.2 数字滤波在现代各种通信系统中，由于自然界以及器件的噪声会掺杂在其中，数字信号处理这门学科恰好能够解决这一重要问题，最主要的方法就是使用数字滤波器来滤除这些噪声。在音频信号的滤除噪声的过程中最常用的方法是使用FIR滤波器。利用窗函数来设计FIR数字滤波器，通过MATLAB来验证FIR滤波器的正确性，并在嵌入式终端上实验滤波器的实际应用5。1.2.1 发展概述数字滤波器最初于六十年代中期问世。随着电子电脑技术和 LSI技术的发展，可以通过电脑软体或大型数码设备来实现数字滤波。数字滤波器是一种通过过滤来获取期望的响应特征的离

8、散时序体系。数字滤波是一种电子滤波器，它与模拟信号场的原理是不一样的。在数字式讯号领域中，数字滤波器主要针对由取样设备所产生的模拟讯号进行处理。传统的滤波器技术主要是利用傅立叶变换来对信号和噪音进行分割，过滤时对其所处的通道进行直接剔除。而现在的滤波器技术，就是基于信号的随机性，将其视为一个随机的信号，并将其特征进行统计，以此来估算其自身。所以，在当今的时代，传统的滤波器已经被数字滤波器所取代。根据其具体的用途，可以分为交通管理，工业控制，智能仪表，汽车电子，环境监测，电子商务，医疗仪器，移动计算，网络设备，通信设备，军工电子，机器人，智能玩具，信息家电等。在各种数字信号处理中，存在着大量的噪声和扰动，从而使其工作效率下降。滤波器技术主要是为了有效地消除各种噪音和干扰，从而改善信号的信噪比和保持系统的稳定性。与常规的仿真滤波器相比，数字滤波器具有灵活、高稳定性等特点，在航天、图像处理、语音处理、电视、雷达、医药、音乐等领域有着重要的应用价值。传统的滤波技术利用傅立叶变换来区分出信号与噪音的频率，并将其过滤掉。而在现代的滤波器技术中，基于信号的随机性，将其视为一个随机的信号，利用其统计学

9、特征对其进行估算。1.2.2滤波原理数字滤波器对信号进行滤波的方法是：数字信号由数字计算机处理，并根据预编程程序计算处理。数字滤波器的核心是数字信号处理器。这个过程使用采样定理进行采样。对输入信号进行模拟低通滤波，即反混叠滤波器，以去除输入信号中的高频分量。平滑的模拟信号被重新用于采样。此外，DA转换后的模拟信号通过平滑滤波器进行平滑处理，这可以使用模拟低通滤波器来完成。1.3 嵌入式语音信号的处理计算机在发展之初由于其体积庞大、价格昂贵等原因只存在于实验室、工业等领域。 而当今信息社会、数字化时代在网络科技的推动下人们的生活越来越便利也容易能接受到越来越多的各种信息的处理无处不在，人们不仅在单个终端上完成信息处理，还要通过互联网实现信息的交换和共享。这就显得更为重要嵌入式处理系统的概念满足了这样的需求。一个完整的计算机系统应该包括有内核处理器存显示屏键盘、鼠标、存储器等输入设备 这些属于硬件系统还应该有操作系统和应用程序等软件系统。嵌入式系统就是要将这些设备和软件按照一定的需求融合到各种产品中，可以是家电或工业机器等不同的嵌入式系统，可以通过通信模块来进行信息的交换共享。嵌入式设备的优势在于体积小方便携带再根据不同的需求选择不同以及不

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