一种固体录音机的设计开题报告

毕业设计(论文)开题报告

题 目： 固体录音的设计 学生姓名： 闫军永 学 号： 080701120 专 业： 电子信息工程 指导教师： 李海彬

2012年 3月5日

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1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：

（1）课题研究背景及科学意义

在智能仪器仪表或自动控制设备中，增加语音功能能极大地提高人机界面的友好性，方便用户操作。目前语音服务行业越来越广泛，如电脑语音钟、语音型数字万用表、手机话费查询系统、排队机、监控系统语音报警以及公共汽车报站器等。在许多场合，设计者需要将语音系统和单片机结合在一起。

单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机，单片机可以说是世界上数量最多的计算机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。可以说，单片机能够在语音功能的实现应用中发挥重大的作用。

数字语音录放是指利用数字技术对语音信号进行采集、处理、并且在一定存储设备中进行存储，并可在需要时进行输出的过程。相对于模拟设备来说，数字设备易于集成、小型化、成本更低，同时更为稳定，且操作更为直接、方便，使得数字语音录放系统目前在各种领域中都得到了广泛的应用。例如监控环境中使用的语音采集系统；再如家庭或学校中使用的语音复读机等，都可看作是数字语音录放系统的典型应用。

在对语音信号的处理方面，常规方法是采用滤波器处理接收到的模拟语音信号，通过模数转换成为数字信号，再由单片机控制存储到存储器中。在需要输出语音信号时，亦可由单片机控制从存储器中输出，再经数模转换成模拟信号，通过I\\V变换成电压信号，滤波后通过功放将语音信号输出。但是这种方法的缺点是，输出不稳定，语音信号有杂音或者变音，这是模拟电路所不能避免的。

为了解决这个问题，我们可以采用专用的语音芯片。语音芯片就是在人工或者是控制器的控制下可以录音和放音的芯片。语音芯片可以很方便的在单片机系统中使用，并且和单片机的接口非常容易，其体积和重量也能符合单片机系统的要求。因此，本次课题的设计采用的是单片机和语音芯片的结合，实现语音信号的数字化控制。

（2）国内外研究现状

随着IT行业的不断进步，现在我们的生活中各种语音录播设备层出不穷。在一般的数字语音录放系统中，对语音只是进行简单的采集、存储和播放；虽然可以较大程度

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上保证语音的保真度，但过多的语音数据会造成对大量存储设备的需求。对于大型系统，可通过采用大容量的硬盘、甚至大规模的磁盘阵列来解决；但是对于小型的设备，例如便携式的语音复读机，由于容量有限，则不能采用同样的方法。

近年来，语音信号处理技术研究的突飞猛进，为数字语音录放系统提供了新的发展空间。对语音的采集、处理从以前简单的波形编码转变为参数编码、压缩，从而大大减少了存储数据。举例来说，原始语音一般都是采用8KHz抽样，16bits的线性PCM编码进行采集，在一般的系统中就直接将采集后的数据进行存储；而如果采用参数编码对采集后的数据进行压缩，存储量则可以大大减少，当需要恢复语音时，可利用编码后的参数进行合成，可以得到质量令人满意的结果。

目前比较典型的语音器件有美国ISD公司生产的ISD系列语音芯片。ISD系列语音芯片采用模拟数据在半导体存储器直接存储的专利技术，即将模拟语音数据直接写入单个存储单元，不需经A/D或D/A转换，因此能够较好的真实再现语音的自然效果，避免了一般固体语音电路因为量化和压缩所造成的量化噪声和失真现象。另外芯片功能强大：即录即放、语音可掉电保存、10万次的擦写寿命、手动操作和CPU控制兼容、可多片级联、无需开发系统等等，确实给欲实现语音功能的单片机应用设计人员提供了解决方案。现在市场上已有公司将以AT89C2051单片机与ISD语音芯片组成的语音组合板，用串口通信，芯片里固化有一些常用语音词汇，用户不需了解语音功能的工作原理，只需通过串口按一定协议发送代码即可送出语音。

（3）研究方法

系统要求实现语音的数字化存储与回放，整个系统分为录音、停止和回放三种状态。语音信号作为一种模拟信号，本身不能完成数字化的处理，需要借助专门的语音芯片或者是通过A/D和D/A转换完成模拟语音信号的处理工作。单片机在这个过程中起到了举足轻重的作用。单片机需要控制语音录音的开始与结束，设定信号存储的地址，并在播放时寻址播放空间并控制播放。

对于通过A/D和D/A转换完成语音信号处理的方法介绍如下：将模拟语音信号通过模数转换器转换成数字信号，再通过单片机控制存储在存储器中，回放时，由单片机控制将数据从存储器中读出，然后通过数模转换器转换成模拟信号，经放大在扬声器或耳机上输出语音。这种方法系统电路简单，程序简洁。采用闪存保存语音，即使断电仍然能保持信息不丢失，所以保存信息安全可靠。但是该系统仍需要使用到模拟电路进行信

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号的放大与滤波，这会使得到的语音信号相对失真，同时也需要采用软件滤波技术加以完善，因此本次设计不采用该方法。

若采用语音芯片处理，则不需要在外部进行语音信号的放大和滤波，语音芯片的抗干扰能力极强，可以有效地防止信号失真。语音芯片内部集成了模拟存储阵列，不用外连存储器，这使得电路更加简单易懂，因此本次设计采用该方法来实现。

（4）本文的主要工作

本设计的主要任务是查阅国内外相关文献资料，在了解和熟悉目前语音存储与回放系统结构、功能以及发展现状的基础上，完成基于51单片机语音存储与回放系统设计。 参考文献：

1.丁元杰，赵秀菊，陈瀛清。《单片微机原理及应用》 第二版 北京：机械工业出版社，1999.8

2.潘新民。《单片机实用系统设计》 北京：人民邮电出版社，1992

3.董晓红。《单片机原理及接口技术》西安：西安电子科技大学出版社，2004 4.王南阳。《ISD1400系列单片永久性语音录放电路》 元器件档案。1994年第5期 5.TLV320AIC23 Data Manual[J].Texas Instruments Incorporated.2001． 6.MT48LC4M32B2 Data Manual[J].AMIC Technology,Inc.2002． 7.PLL1708 Data Manual[J].Texas Instruments Incorporated.2002．

8.A29L008B Data Manual[J].AMIC Technology,Corp．2006,October,version 1.0． 9.闫飞.用 ISD1420P 制作语音自动播放器[J].北京： 电子报， 2002 年 4 月 21 日第 12 版.

10.李朝青.单片机原理及接口技术[M].北京:航空航天大学出版社,1999.

11.李全利,仲伟锋,徐军编著.单片机原理及应用[M] 北京:清华大学出版社,2006. 12.房小翠.单片机实用系统设计技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,1999.04 13.李斌，梁龙学。基于单片机的语音存储与回放系统 甘肃科技纵横 2011年 第01期 14.卢文汐 单片机语音存储与回放系统的设计 信息系统工程 2010年 第08期 15.夏正昌, 宋晓田. MCS—51单片机系统与PC机的并行通讯[J]. 集成电路应用 , 1991,(02)

16.王静珍. 单片机应用综述[J]. 水利水文自动化 , 1993,(02)

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２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段及途径：

数字语音录放是指利用数字技术对语音信号进行采集、处理、并且在一定存储设备中进行存储，并可在需要时进行输出的过程。相对于模拟设备来说，数字设备易于集成、小型化、成本更低，同时更为稳定，且操作更为直接、方便，使得数字语音录放系统目前在各种领域中都得到了广泛的应用。例如监控环境中使用的语音采集系统；再如家庭或学校中使用的语音复读机等，都可看作是数字语音录放系统的典型应用。

在对语音信号的处理方面，常规方法是采用滤波器处理接收到的模拟语音信号，通过模数转换成为数字信号，再由单片机控制存储到存储器中。在需要输出语音信号时，亦可由单片机控制从存储器中输出，再经数模转换成模拟信号，通过I\\V变换成电压信号，滤波后通过功放将语音信号输出。但是这种方法的缺点是，输出不稳定，语音信号有杂音或者变音，这是模拟电路所不能避免的。

为了解决这个问题，我们可以采用专用的语音芯片。语音芯片就是在人工或者是控制器的控制下可以录音和放音的芯片。语音芯片可以很方便的在单片机系统中使用，并且和单片机的接口非常容易，其体积和重量也能符合单片机系统的要求。因此，本次课题的设计采用的是单片机和语音芯片的结合，实现语音信号的数字化控制。

系统要求实现语音的数字化存储与回放，整个系统分为录音、停止和回放三种状态。语音信号作为一种模拟信号，本身不能完成数字化的处理，需要借助专门的语音芯片或者是通过A/D和D/A转换完成模拟语音信号的处理工作。单片机在这个过程中起到了举足轻重的作用。单片机需要控制语音录音的开始与结束，设定信号存储的地址，并在播放时寻址播放空间并控制播放。

对于通过A/D和D/A转换完成语音信号处理的方法介绍如下：将模拟语音信号通过模数转换器转换成数字信号，再通过单片机控制存储在存储器中，回放时，由单片机控制将数据从存储器中读出，然后通过数模转换器转换成模拟信号，经放大在扬声器或耳机上输出语音。这种方法系统电路简单，程序简洁。采用闪存保存语音，即使断电仍然能保持信息不丢失，所以保存信息安全可靠。但是该系统仍需要使用到模拟电路进行信号的放大与滤波，这会使得到的语音信号相对失真，同时也需要采用软件滤波技术加以完善，因此本次设计不采用该方法。

若采用语音芯片处理，则不需要在外部进行语音信号的放大和滤波，语音芯片的抗干扰能力极强，可以有效地防止信号失真。语音芯片内部集成了模拟存储阵列，不用外

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