数字化语音存储与回放系统.doc

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数字化语音存储与回放系统
一、实验目的
１． 了解数字录音技术的基本原理。
２． 通过数字录音进一步掌握A/D转换器和D/A转换器的使用方法。

二、实验内容与要求
外部的语音信号通过MIC录入，采样并形成数字化语音数据存储到硬盘上，回放时从硬盘上提取出数字语音数据并转换成模拟信号送入扬声器回放出语音。
1．基本要求
　　（1）ADC：采样频率f s＝8kHz，字长＝8位；　
（2）语音存储时间≥5秒；　　
（3）DAC：变换频率f c＝8kHz，字长＝8位；　　
（4）回放语音质量良好。
2．提高要求
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）增加语音存储时间；
（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）。

三、实验报告要求
１．设计目的和内容
２．总体设计
３．硬件设计：原理图（接线图）及简要说明
４．软件设计框图及程序清单
５．设计结果和体会（包括遇到的问题及解决的方法）

四、系统总体设计
首先通过MIC录入一段语音信号，信号通过放大电路后使信号的幅度达到A/D采样的要求，放大电路中要可以实现增益可调。放大后的模拟语音信号送入微机实验台上的ADC0809转换成数字语音数据，然后在用汇编语言编写的程序的控制下以文件的方式存储到硬盘上。回放时，由程序控制从文件中提取出数字语音数据，然后送入DAC0832转换成模拟信号，最后送入扬声器回放出来。其中ADC0809以及DAC0832的采样频率由8253定时/计数器产生。8253已经集成在微机实验平台上，由程序控制其运行。

五、硬件设计
系统的组成大致有以下几部分：模拟信号放大电路，电平提升电路，A/D转换电路，D/A转换电路以及8253定时/计数电路。系统硬件电路框图如图1所示。

图1 系统硬件电路框图

1．语音信号源和语音滤波器
语音信号源用MIC接收语音输入。语音滤波器是一个300Hz－3400Hz的带通滤波器，语音滤波器采用集成的语音滤波器模块。
2．模拟信号放大电路
此电路是实现模拟语音信号的放大，要实现放大倍数增益可调。采用以下放大电路来实现：两个反向比例放大器级联，增益可调通过可变电位器来实现，具体电路如图2所示：

图2 模拟信号放大电路
整个放大电路放大倍数为：Au=Au1*Au2=（R2/R1）*（R3/Rf），增益通过可变电位器Rf实现增益可调。模拟输入信号大致为20mv，通过放大电路以后信号可在0.5V-3V之间变动。
3．电平提升电路
在实验台上已经设置好把参考电压REF（—）接到GND端，当信号输入时，ADC 0809会把信号的负电平值看做零电平，使转换发生很大的误差。为了解决这个问题，只能从输入信号上找解决的方法。可以采用在信号中加入一直流电平，使整个信号都提升到零电平以上。电平提升电路如图3所示：

图3 电平提升电路

4．A/D转换电路
此电路是实现模拟信号到数字语音数据的转换，设计中采用ADC0809，此器件已集成在微机实验平台上。电路如图4所示。

图4 A/D转换电路

5．D/A转换电路
此电路是实现数字语音数据到模拟信号的转换，设计中采用DAC0832，此器件已集成在微机实验平台上。电路如图5所示。

图5 D/A转换电路
6.8253定时/计数器电路
用计数器的0和1的两个通道级联来产生10s的定时信号，通道1的OUT端接8259可编程中断控制器的IRQ2口，用于申请中断，结束录音并存储文件或放音。其中通道0采用方式2，重复产生1s的定时信号并作为通道1的CLK脉冲。通道1采用方式0，计数结束申请中断。计数器通道2采用方式1，用于重复产生8KHz的定时信号，其OUT端接8259可编程中断控制器的IRQ5口，申请中断，定时选通ADC0809或DAC0832进行模/数或数/模转换。8253定时/计数器电路如图6所示。

图6 8253定时/计数器电路

六、软件设计
1．程序主要的功能分为以下几部分：
(1)启动ADC0809进行模/数转换，采样得到数字数据并存储到文件中。
(2)把数据从文件中提取出来，启动DAC0832进行数/模转换。
(3)控制8253定时产生5s以及8KHz的中断信号。
(4)对整个系统的运行进行控制。
2．主要的程序说明
(1)录音子程序
通过麦克风接收模拟信号，通过ADC0809转换为数字信号，存储在内存单元中，再通过开关选通存储通道，把数据存到硬盘文件中去。
(2)放音子程序
读取存储文件上的相应数据，通过DAC0832转换，再用扬声器进行输出。
(3)文件的存放和读取
文件处理调用了DOS 系统功能，主要有建立文件，打开文件，关闭文件，读文件和写文件等。读写都要进行以下的操作：首先打开文件，然后修改文件指针，输入读写文件的字节数，然后再进行文件的读写。
3．流程图
总体程序的参考流程图如图7所示。
中断程序的参考流程图如图8所示。

中断程序的流程图：

图7 主程序流程图

图8 中断程序流程图