数字化语音存储与回放系统（题目）
一、题目
数字化语音存储与回放系统 二、任务
设计并制作一个数字化语音存储与回放系统 三、要求 1．基本要求
（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）回放语音质量良好。 2．发挥部分
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： 四、评分意见
基本要求 发挥部实际制作完成情况 完成第一项 完成第二项 完成第三项 50 15 5 15 项 目 设计与总结报告：方案设计与论证，理论分析与计算，电路图，测试方法与数据，对测试结果的分析 满分 50 校正等）。
分 完成第四项 15 五、说明：不能使用单片语音专用芯片实现本系统。
数字化语音存储与回放系统（设计报告）
摘要
该系统主要由语音收集、增益放大、带通滤波、A\\D、D\\A转换，51单片机、外部RAM存储、功率放大、扬声器几大部分组成。其中语音收集主要由驻极体话筒实现。然后同过增益放大部分将几十毫安的信号放大至0~8A左右。再利用带通滤波滤去带声外地噪音，并由A\\D转换将声音信号转化为数字信号存储在单片机的外部存储器中，可存储时长为4秒左右。再由D\\A转换转变为模拟信号后通过带同滤波滤去噪声，功率放大部分放大功率后，最后由扬声器输出。
关键词
外部RAM 功率放大 带通滤波 A\\D、D\\A转换 51单片机 Abstract
The system is mainly composed of a voice collection, gain amplification,
band-pass filtering, A \\ D, \\ A D conversion, 51 microcontroller, external RAM storage, power amplifier, speakers of several major components. The voice collection consists of an electret microphone implementation. Then the gain of the amplifier portion will be tens of Ma amplification of the signal to a 0 ~ 8A. Reuse of band-pass filter to filter noise acoustic field, and by A \\ D converts voice signal into a digital signal and stored in a memory external to the microcontroller, can be stored for a long time about 4 seconds. By D \\ A conversion into an analog signal through with filter filter to noise, power amplifier part of the larger power, finally output by the speaker.
Key word
External RAM amplifier band-pass filter A \\ D, \\ A conversion D 51 single chip microcomputer
目录
一、方案设计与论证
1.1题目解析………………………………………………………………………01 1.2方案讨论………………………………………………………………………02
二、理论分析与计算
2.1系统的整体设计……………………………………………………………… 2.2功能模块的设计………………………………………………………………
三、硬件设计
3.1系统的整体设计……………………………………………………………… 3.2功能模块的设计………………………………………………………………
四、软件设计
4.1系统的整体设计……………………………………………………………… 4.2功能模块设计…………………………………………………………………
五、系统的组装与调试
5.1整体结构布局与工艺图……………………………………………………… 5.2系统调试……………………………………………………………………… 5.3测试结果及分析………………………………………………………………
附录一……………………………………………………………………………… 附录二………………………………………………………………………………
一、 方案论证
1.1题目解析
根据题目要求：该数字化语音存储与回放系统要做到如下要求：（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）回放语音质量良好。
要做到放大器1的增益为46dB，即为放大倍数为200倍；放大器2的增益为40dB即为放大倍数要达到100倍。而语音存储时间要大于10秒，则必须引入外部存储器才能够实现。所以整体方案讨论如下。
1.2方案讨论
语音采集：
方案一：使用专门的语音芯片。 方案二：使用驻极体传感器收集语音信息，收集到的语音信号为几十~几百mV，频率为20Hz~20KHz。
因为题目要求不能使用单片机专门的语音芯片，且人可以接收到的语音信号在3kHz~3.4kHz之间，包含与驻极体传感器能收集到的语音信号的范围内，且驻极体传感器较为便宜，电路简单。所以选用驻极体话筒制作语音采集模块。
增益放大：
因为驻极体话筒采集到的语音信号只有几十~几百mV，难以被识别并且较易失真，所以必须使用增益放大电路来放大输入信号。
方案一：采用两个741芯片分别组成反相比例放大器进行10倍、20倍的放大。 方案二：利用一个358芯片制作两级反相比例放大器，两级放大倍数分别为10倍和20倍。
方案三：采用NE5532芯片制作一个两级反相比例放大器，使得最终信号通过放大器后放大200倍。
选用两片741不仅接线相对繁琐，而且成本更高。而LM358能够放大信号的频响和带宽都小于NE5532。并且要收集的语音信号的频率较高且带宽也较大，所以选用NE5532来制作增益放大部分。
带通滤波：
因为输入的语音信号中还夹带有噪音，所以必须进行高通滤波和低通滤波，滤除真正的语音信号（3kHz~3.4kHz）外的噪音信号才能保证减小失真。
方案一：选用LM258芯片。 方案二：选用NE5532芯片。
相比于LM258，NE5532也可用于制作两级放大电路，且是低噪声运放，消除自激振荡。所以选择NE5532。
A\\D转换：
根据题目要求采样频率fs=8 kHz，字长=8位，可选择转换时间不超过125 μS的8位A/D转换芯片。当前常用的A/D转换的实现方法有多种：积分式、逐次逼近式、并行比较式和二进制斜坡式（又称计数式）、量化反馈式等。鉴于转换速度的要求，最适合本题使用的是逐次逼近式转换器，它具有转换速度较快、转换精度较高的特点，一次转换时间在数微秒至百微秒范时间小于120 μS，模拟输入为0 ~ 5 V。
方案一：ADC0809： 方案二：ADC0832：
ADC0809虽然比ADC0832的接口更加复杂，但是它的传输速度更快，采用的是逐次逼近的方式，能更好地保证模数转换的及时性与真实性。
单片机选择:
方案一：选用430单片机，其A\\D转换功能更为方便。 方案二：选用51单片机。
因为51单片机已经可以很好地实现该系统的功能，并且相比于430单片机，51单片机更加便宜。所以选用51单片机。
外部RAM存储器选择： 当采样频率fs =8kHz，字长为8位时，按照1:1的存储率，一秒钟就能采样8000个点，为了能够存储多于10秒钟的语音，则存储器至少需要有78.125K×8的容量。在此我们选用了62256将存储容量为32K×8，这样能以1:1的存储率存储4.096秒语音信号。
D\\A转换：
根据题目要求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1μS的转换速率，足够满足题目的要求。
方案一：DAC0832 方案二：DAC0809
因为两种芯片都可以达到题目要求，但相比于DAC0809，DAC0832的接口更为简单，所以选用DAC0832。
功率放大电路：
方案一：TDA2030是高保真集成功率放大器芯片，输出功率大于10W，频率响应为10~1400Hz，输出电流峰值最大可达3.5A。其内部电路包含输入级、中间级和输出级，且有短路保护和过热保护，可确保电路工作安全可靠。
方案二：LM386 是美国国家半导体公司生产的音频功率放大 器,主要应用于低电压消费类产品,电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容,便可将电压增益调为任意值,直至 200。输入端以地位参考,同时输出端被自动偏置到电源电压的一半。