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其他型號(hào)

基于單片機(jī)89C52與CPLD的數(shù)字語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)(CY62256)

本系統(tǒng)以89C52單片機(jī)和MAX7000S系列EPM7128SLC84-15的CPLD器件為主控制器，實(shí)現(xiàn)將語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)脈沖編碼調(diào)制、增量調(diào)制、"插值法"后壓縮存儲(chǔ)與回放的系統(tǒng)，用戶可以通過按鍵選擇錄、放音的模式，同時(shí)液晶顯示屏顯示提示信息、錄、放音的時(shí)間長(zhǎng)度信號(hào)。

總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)組成框圖如圖1所示，主要由語(yǔ)音處理前向通道、A／D轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)控制兼數(shù)據(jù)處理模塊、D／A轉(zhuǎn)換模塊、鍵盤顯示模塊及后向處理通道等組成。89C52單片機(jī)構(gòu)成系統(tǒng)的控制中心，控制系統(tǒng)的主要功能和顯示：EPM7128SLC84-15內(nèi)部已集成373、138和分頻器。

采樣后的單極性信號(hào)經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)處理，然后D／A轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)輸出，再通過300Hz～3.4kHz的帶通濾波器濾波，最后經(jīng)音頻功放將語(yǔ)音信號(hào)放大輸出，系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

前級(jí)放大模塊 因話筒的輸出阻抗不可忽略，故放大前須進(jìn)行隔離，盡量減小信號(hào)輸出阻抗，本文采用射極跟隨隔離電路。話筒輸出的電壓峰一峰值約幾百毫伏，只需將信號(hào)放大幾倍后使其峰一峰值達(dá)到5V左右即可，采用多級(jí)放大，同時(shí)系統(tǒng)在加法器輸入端及A／D輸入端均加上射極跟隨隔離，減少系統(tǒng)噪聲干擾，電路原理圖如圖3所示。

EPM7128SLC84-15中的373、分頻器及138電路均在其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，減少芯片的使用，降低成本，并為系統(tǒng)的功能擴(kuò)展提供條件。

濾波模塊設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)帶通濾波器時(shí)，按品質(zhì)因數(shù)Q的大小分為窄帶Q>10和寬帶Q<10兩種情況，fh為上限頻率，為f1下限頻率，為f0中心頻率，Q為品質(zhì)因數(shù)，則
時(shí)，應(yīng)采用高通一低通級(jí)聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)。

本文的設(shè)計(jì)的300Hz～3.4kHz的帶通濾波器采用兩級(jí)低通濾波器、兩級(jí)高通濾波器級(jí)聯(lián)方式，提高品質(zhì)因素Q值，二階壓控電壓源濾波電路如圖4所示，高通和低通都只有一級(jí)。

低通濾波器的截止頻率為3.4kHz，第一級(jí)R1=6.8kΩ，R2取50kΩ的可調(diào)電阻器，C=6.8nF，C1=2.2nF；第二級(jí)R1取10kΩ的可調(diào)電阻器，R2=20kΩ，C=6.8nF，C1=2.2nF。

高通濾波器的截止頻率為300Hz，第一級(jí)R1=3.9kΩ+150Ω，R2取100kΩ的可調(diào)電阻器，C1=C2=100nF：第二級(jí)R1取100kΩ的可調(diào)電阻器，R2=9.1 kΩ，C1=C2=100nF。

Multisim2001軟件模擬設(shè)計(jì)的參數(shù)值，幅頻特性曲線如圖5所示，帶通寬度、截止點(diǎn)和矩形系數(shù)都達(dá)到系統(tǒng)要求。

音頻功放模塊的設(shè)計(jì) 后級(jí)音頻功放采用LM386音頻功放，原理圖如圖6所示。

89C52單片機(jī)內(nèi)部的程序流程圖如圖7所示。其中DPCM編碼模式編程時(shí)將8位的存儲(chǔ)空間分成兩份，使存儲(chǔ)量增加4倍，放音時(shí)間增加一倍。每4個(gè)bit存放4個(gè)增量，其中第1位為符號(hào)位，0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)，其他3位均表示數(shù)值，數(shù)值范圍為-7～7。

本文在錄音過程中處于靜音狀態(tài)時(shí)，外界的輸入噪聲通過軟件設(shè)計(jì)，在程序設(shè)計(jì)中加入判斷輸入信號(hào)幅值范圍的語(yǔ)句，控制零電平左右內(nèi)的語(yǔ)音信號(hào)全部按零電平進(jìn)行存儲(chǔ)，以消除靜音狀態(tài)的噪音。

CPLD源程序 語(yǔ)音存儲(chǔ)回放系統(tǒng)CPLD源程序如表1所示。

本文采用Tektronix TDS 1002雙信道數(shù)字示波器、SG173SB3直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源、Agilent 33120A信號(hào)發(fā)生器、FLUKE17B型4位數(shù)字萬(wàn)用表儀器進(jìn)行測(cè)試。

調(diào)試時(shí)采用模擬與數(shù)字分離調(diào)試、級(jí)聯(lián)調(diào)試的方法，先對(duì)各模擬電路分塊調(diào)試，當(dāng)每個(gè)模擬電路都達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，將前向輸入部分與后級(jí)輸出部分用導(dǎo)線連起來，輸入語(yǔ)音信號(hào)，檢查揚(yáng)聲器能否輸出正常放大的語(yǔ)音信號(hào)，同時(shí)調(diào)節(jié)各部分放大電路、濾波電路和功率放大電路，使輸出語(yǔ)音信號(hào)更清晰；然后再將模擬與數(shù)字電路級(jí)聯(lián)，用單片機(jī)控制A／D采集、D／A轉(zhuǎn)換，同時(shí)將數(shù)據(jù)不存儲(chǔ)在RAM區(qū)的方式調(diào)試，直至信號(hào)采集與轉(zhuǎn)換后清晰地放出語(yǔ)音信號(hào)，再調(diào)試直接存儲(chǔ)回放的PCM模式；最后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的按鍵、顯示及各種語(yǔ)音信號(hào)壓縮編碼模式進(jìn)行調(diào)試。

濾波模塊的調(diào)試 測(cè)試濾波器的截止頻率fc和放大倍數(shù)Av，若fc不滿足設(shè)計(jì)要求，則應(yīng)對(duì)RC濾波器的電路進(jìn)行分析和調(diào)整，Q值越大，濾波器的衰減速率越大，濾波效果好，但Q值變大的同時(shí)也會(huì)使得幅頻特性曲線在衰減的區(qū)域出現(xiàn)上升部分，通常情況下取Q=0.707；同時(shí)適當(dāng)調(diào)整R的取值即可改變截止頻率的大小，從而調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)的濾波特性。

指標(biāo)測(cè)試 300Hz～3.4kHz帶通濾波模塊的前級(jí)、后級(jí)二階RC有源濾波電路幅頻特性參數(shù)分別如表2、表3所示。

語(yǔ)音存儲(chǔ)回放效果測(cè)試 經(jīng)過分別對(duì)C51和CPLD的軟件調(diào)試和仿真，采用不同的編碼方式進(jìn)行測(cè)試，各種編碼方式的最終放音效果記錄如表4所示。