基于单片机的数字化语音存储与回放系统设计

Design of digital voice storage and playback system based on MCU 苏和平* 喻伟闯** 钱 楷* 刘可凡 沈王姚

SU He-ping YU Wei-chuang QIAN Kai LIU Ke-fan SHEN Wang-yao 摘　要 设计一款数字化语音存储与回放系统，系统以单片机为控制核心，外围电路由增益放大模块、带通滤波

模块、A/D和D/A转换模块等组成。增益放大模块对语音信号进行放大，系统选用300～3.4KHz带通滤波器滤除杂波，通过A/D和D/A转换芯片实现模拟量和数字量之间的高速转换，单片机对采样的数据进行处理，实现语音信号的记录、存储和还原。

关键词 语音存储；回放；A/D和D/A转换；单片机

doi：10.3969/j.issn.1672-9528.2017.04.020

1引言

随着经济的发展和科技的进步，传统的语音存储与回放系统由于其体积大、处理模块复杂、处理速度慢、存储量小、音效差等缺点[1]而逐渐被市场所淘汰。本设计将语音集成电路与单片机控制技术相结合，采用高转换率和高转换精度的A/D和D/A转换器实现模拟量和数字量之间的高速转换，具有体积小、功耗低、存储时间长、语音回放效果好、操作简便易行等优点。2系统总体设计

本设计主要由单片机控制模块、增益放大电路、带通滤波器、A/D和D/A转换模块、功率放大电路、拾音器、扬声器等部分组成。利用单片机的可编程能力，通过编程来对语音信号进行存储、转换和播放[2]，控制相对简单，易实现。数字化语音存储与回放系统总体框图如图1所示。

3硬件设计

本设计选用AT89C52单片机对采集的数据进行处理，A/D转换模块用AD574来采样，把由增益放大模块放大的模拟信号转化成数字信号；D/A转化模块采用DAC0832来实现，将数字信号转换成模拟信号传输给外放模块，外放模块用LM386芯片实现功率放大，从而驱动扬声器发声。3.1增益放大电路

从拾音器输入的语音信号较为微弱，通常是毫伏级，不易被采样，由于A/D转换输入信号的动态范围为0～5V，因而得出放大器的放大倍数应为200倍左右[3]。系统采用两极高输入阻抗的同向放大器，可以将拾音器获得的微弱语音信号（毫伏级）放大到伏特级。增益放大电路图如图2所示。3.2带通滤波电路

本系统用二阶Butterworth滤波器对采样之前的信号进行滤波。因为Butterworth滤波器具有带内平坦响应特性，滤波器的通带范围为300～3.4KHz，故其作用是：使300～3.4kHz的语音信号不失真的通过滤波器；滤除通频带外的低频信号来削减带外功频等分量的影响；滤除通带外的高次谐波，来削减因8kHz采样率而引起的混叠失真。由实际情况知，上限频率可在2700Hz左右，带通滤波器按品质因数

图1 系统总体框图

Q的大小为窄带滤波器（Ｑ＞10）和带通滤波器（Ｑ＜10）两种，上限频率fh=3400Hz,带通滤波器中心频率f0与品质

* 湖北民族学院信息工程学院 湖北恩施 445000** 湖北民族学院科技学院 湖北恩施 445000

[基金项目]国家自然科学基金（61665002）；湖北省自然科学基金（2015CFB609）；湖北民族学院信息工程学院大学生创新创业训练计划项目（xgcx2016024）

792017年第4期因数Ｑ分别为

信息技术与信息化方案与应用图2 增益放大电路

显然，Q＜10，故该带通滤波器为宽带带通滤波器[4]。带通滤波电路如图3所示，该滤波器具有体积小、非线性失真小、性价比高的优点。

图3 带通滤波电路

3.3输出放大电路

带通滤波器输出的信号幅度在0～5V之间，可以用耳机来收听。由于生活中常常会用到扬声器来外放，所以在本系统中加了外放功能[5]。设计中前端功率放大器选用音频功率放大器LM386，该电路外接元件少，电路较简单，功率能到达本设计需求。功率放大其电路如图4所示。

图4输出放大电路

2017年第4期80方案与应用信息技术与信息化4系统软件设计

软件设计采用单片机片选方式扫描键盘，当录音键按下时开始录音，若在录音过程中有暂停键按下则暂停录音，返回检测键盘，再次按下暂停键则继续录音。当放音键按下时开始播放，播放过程中，若检测到暂停键则暂停播放，再次按下暂停键则继续播放。程序设计流程如图5所示。

开始初始化系统NINT0中断是否开启YA/D转换存储语音数据NINT1中断是否开启YD/A转换语音回放结束图5 程序设计流程图

5 结语

本设计利用单片机技术，将语音集成电路与微处理器相结合，利用数字语音电路实现了300～3400Hz范围的语音信号的记录、存储、还原等功能，解决了传统用磁带记录的诸多缺陷[6]。系统具有结构紧凑，噪声小，功耗低，存储时间长，语音回放效果好，易于扩展等优点。

812017年第4期参考文献

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[2]冯喜忠.数字化语音存储与回放系统研究[J].济源职业技术学院学报,2009,02:16-19.

[3]王淑静,夏志忠,孙佳,李瑞洋,范兵.数字化语音

存储与回放系统中放大电路与滤波器设计[A].中国航海学会.大连海事大学校庆暨中国高等航海教育90周年论文集

（船舶通信与导航分册）[C].中国航海学会:1999:5.[4]黄恩,魏炜,邹鋆涛,向海飞.数字化语音存储与回放系统硬件设计[J].中国仪器仪表,2003,03:42-44.

[5]罗倩,吴晓潭,张志浩.语音存储与回放系统研究[J].

现代商贸工业,2011,05:293-296.

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（收稿日期：2017-03-29）