1、桂林理工大学毕业 .论文 本科毕业设计 ( 论文 ) 学 院： 信息科学与工程学院 课 题 名 称 ： 语音信号采集系统设计 专业 (方向 )： 电子信息工程（应用） 班 级： 学 生： 指 导 教 师 ： 日 期 ： 桂林理工大学毕业 .论文 桂林理工大学毕业设计（论文）独创性声明 本人声明所呈交的设计（论文）是我个人在指导教师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了设计（论文）中特别加以标注和致谢的地方外，设计（论文）中不包含其他人或集体已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得桂林 理工大学 或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。对设计（论文）的研究成果做出贡献的个人和集体
2、，均已作了明确的标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 设计（论文）作者签名： 日期： 年 月 日 桂林理工大学毕业设计（论文）使用授权声明 本设计（论文）作者完全了解学校有关保留、使用设计（论文）的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交设计（论文）的复印件和电子版，允许设计（论文）被查阅或借阅。本人授权桂林工学院可以将本设计（论文）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本设计（论文）。 设计 (论文 )作者签名： 日期： 年 月 日 指 导 教 师 签 名： 日期： 年 月 日 桂林理工大学毕业 .论文 I 摘 要 人机用语言进行
3、交流，是人们多年的梦想 ， 在提高工业系统，计算机系统智能化水平时，人机语言对话就是最好的信息交换的手段，而人机语言对话的关键就是语言采集。本文介绍了一种用单片机 作 为核心控制单元，用驻极体话筒进行语音采集， 而采集到的语音信号 将会转变成电信号，将其 用运放电路放大，并通过二阶低通滤波器进行滤波，用 AD 转换器进行模数转换， 并 通过单片机的串口与个人电脑连接，之后将采集到的语音在 PC 机上 将其波形 显示出来。 这个系统的单片机 AT89C52 微处理器 ,实 现对系统的控制和数据处理。 AT89C52内部有一个小内存，可以短暂的存储语音信息。同时 ,外围电路的语音采集 ，增益、功放
4、电路， 二阶低通滤波器 电路和模数转换电路 等 ,这些电路用来 确保高质量的信息存储 。 关键词： 采集；滤波；控制；连接；显示 桂林理工大学毕业 .论文 II Speech signal acquisition system design Student:FENG Bo-hui Teacher:SHI Xiao-dong Abstract： Human-computer exchange of language, is the dream of the people for many years in industrial systems, computer system more inte
5、lligent man-machine language dialogue is the best means of information exchange, and the key to the dialogue of man-machine language is language acquisition. This article describes a microcontroller as the core control unit with electret microphone for voice acquisition and collection to the speech
6、signal will be converted into electrical signals, the op amp circuit amplification, and by the second-order low-pass filter, and AD converter with analog to digital conversion, and through the microcontrollers serial port and PC connection, after the acquisition to the voice waveform display on the
7、PC will be. SCM AT89C52 microprocessor in this system which controls and processes data. The AT89C52 has a small memory can be short-term storage and voice messages. The same time, the voice of the peripheral circuits acquisition, gain, power amplifier, the second-order low-pass filter circuit and a
8、nalog-digital conversion circuits, these circuits are used to ensure high-quality information is stored. Key words: collect;filter;control;connection;display 桂林理工大学毕业 .论文 III 目 次 摘 要 . I 1 绪论 . 1 1.1 课题背景 .1 1.2 课题研究的意义 .1 1.3 数字化处理的前景 .2 1.4 课题任务要求 .2 1.5 本文的主要内容 .3 2 系统方案论证 . 4 2.1 芯片的选择 .5 3 系统硬件
9、设计 . 7 3.1 拾音器 .7 3.2 前置增益放大器 .7 3.3 滤波器设计 .8 3.4 ADC0804 的主要特性和结构 .9 3.4.1ADC0804 的转换原理 . 10 3.5 单片机 . 12 3.5.1AT89C52 引脚简介 . 错误 !未定义书签。 3.6 串口通信设计 . 15 3.6.1 单片机与 PC 通信 . 15 4 系统软件设计 . 18 4.1 仿真图 . 18 4.2 主程序流程图与工作原理设计 . 19 4.2.1 串行口中断流程图与工作原理 . 20 4.3 PC 机显示端的运用 . 20 4.4 实践结果 . 21 5 结论 . 22 致谢 ：
10、. 23 参考文献 . 24 附录 1 . 25 桂林理工大学毕业 .论文 IV 附录 2 . 26 附录 3 . 28 桂林理工大学毕业 .论文 1 1 绪论 1.1 课题背景 语音信号处理是信息科学的一个重要分支，伴随着大规模集成技术的高度发展以及计算机技术的飞速前进，推动了语音信号处理技术的快速发展。语音采集系统的设计，则是利用语音电路来实现语音信号的数据存储、还原等任务，它是以数字电路为基础，采用 52 系列单片机作为核心的语音处理系统 1。数字化原理语音电路是一种集语音合成技术、大规模集成电路技术以及微控制器技术为一体的新型综合型技术，利用它可以很容易的实现语音的可控制。为了克服集成
11、芯片音量不能放大、智能性比较差 、 语音采集 的时间比较固 定同时还 要增加硬件投资，并且在一些由单片机构成的测控系统中，由于单片机接口有限，还需要扩展硬件接口线路等诸多缺点， 本系统则采用了另外一种方案：没有采用专用的语音处理芯片，不需扩展接口电路 2。而是 以AT89C52 单 片机为核心，采用滤波、放大等电路设计了一套可以灵活的实现 语音的采集 、并将其在 PC 机上显示出来的系统。这种方法为以单片机为中心的测控系统语音操作提供了一种新的思路 3。 1.2 课题研究的意义 掌握语音采集的原理和具体过程，并实现单片机与 PC 进行的通讯。在此过程中涉及大学所 学的数模电，单片机，信号与系统
12、，通信原理等知识。在实践中把大学所学应用于实际中，从而达到毕业生的目的。 单片机控制语音采集，其实就是将模拟化的语音变成数字化的语音，而数字化具有以下几个的特点： （ 1）数字信号和模拟信号比较而言，数字信号是加工信号。加工信号对于有杂波的外部环境以及易产生失真的电路来说应该具有较好的稳定性。可以说，数字信号非常适用于易产生杂波和波形失真的数据等远距离传送使用。数字信号传送具有稳定性好、可靠性高的优点。 相关软件对程序进行编写与仿真 4。 （ 2）数字信号需要使用集成电路和大规模集 成电路 ，但是计算机易于处理数字信号，同时数字信号还特别适合于数字特技和图像处理。 （ 3）数字 信号处理电路简
13、单，它没有模拟电路里的各种调整，因而电路工作稳定，技术人员能够从日常的调整工作中解放出来。 桂林理工大学毕业 .论文 2 （ 4）可以很容易的对数字信号进行加密，这对商业经营、版权保护、军事经济情报保密和信息高速公路的安全是十分必要的。因此 , 从信息产业向社会提供服务和对信息产品的实际要求出发 ,采用数字化方案是很必须的 5。 综上，研究数字化的意义重大。 1.3 数字化处理的前景 语音采集的过程就是数字化的过程，数字化和信息化有 着密不可分的联系，进而影响着科技进步的现代化进程。在在新经济时代，推动时代发展的根本力量，仍必将是信息化和科技进步推动的全球经济一体化。对科技进步的现状 (包括数
14、字技术 )与经济发展前景的联系，会引起人们的各种思考。一方面，数字技术对推动科技进步 (以新颖性、创造性、实用性为标准 )带来的机遇，不容忽略；另一方面，人类综合能力、实践能力和创新能力的提高，也会推动数字信息化在更宽阔的领域里有新的创造 6。 人类通过对信息的处理来认识客观的世界，又是通过对信息的应用实践来改造世界的。人们可以认为，信息处理的数字化技术 ，一定和其他任何事物的发展规律一样，只是信息处理的一个阶段：反映了从模拟到数字的飞跃，但是在这个阶段将会停留很长时间让我们去发展它、去完善处理它的方法。数字处理绝不是信息处理方法的终极方案，也不是没有缺陷的方案 (比如不适合用它处理频率很高的
15、信号等 )。 数字化处理技术对人类的贡献已经十分明显，而信息处理的数学方法对科学技术的推动作用更是不可估量的，数字化革命已经渗透到了人类生活和工作的各个方面。而且，人类正以信息处理主宰者的姿态，不断实践，绘制着自己更加丰富多彩的光明未来 7 。 数字化已经成为了时代的主流 发展的趋势。 1.4 课题任务要求 本次设计的主要目的是将单片机信息处理技术应用到数字化语音采集系统中，依靠单片机可再次开发的独特的优势设计一个简单实用的数字化语音采集系统，按照规定要求能够实现对语音信号的采集和能够将其波形显示在 PC 机上的功能。前置 放大滤波 部分能够完成包括对语音信号的采集、放大滤波 等 功能，信号通
16、过 ADC0804 实现对模拟信号的数字化。单片机作为处理器对信息进行处理，之后经过串口通信，将其波形在 PC 机上显示出来。 桂林理工大学毕业 .论文 3 需要考虑的 有：拾音器的阻抗问题，放大器的输入阻抗，滤波器的通阻带的要求，单片机 的而执行速度以及人机接口功能。本次设计分为软、硬件设计两部分，硬件部分完成数据的采集、放大、滤波、 AD 转换等系统功能。软件部分则为单片机的程序设计和在 PC 机上显示波形进行控制。 课题任务的内容：信号采集、信号放大与滤波、 A/D 转换、单片机程序设计，应用端程序设计。 1.5 本文的主要内容 本课题主要 研究 信号采集，滤波放大电路以及 AD 的转换
17、， 利用 52 系列单片机进行数据控制和处理 和串口通信。研究工作包括 52 单片机的原理应用及接口电路的连接和软件的编程调试。为了实现语音采集并将其在 PC 机上显示出语音波形的功能，本 文主要研究工作如下： 首先，进行语音采集系统设计的分析与设计。主要介绍语音采集系统的性能指标、工作原理、外接电路接口技术等。设计语音采集系统，使之具有无失真实现语音波形的显示的功能。 然后，进行语音采集系统的硬件设计。主要包括单片机最小硬件系统、模数之间的转换，滤波器的使用，串口通信的分析与设计。根据语音频段的范围及要求，选择传感器。 最后，进行系统的软件设计。主要通过 keil 软件进行程序的编写并使用
18、Multisim10进行各个部分的模拟仿真。 桂林理工大学毕业 .论文 4 2 系统方案论证 语音 采集系统设计的主要原理是：用拾音器来 进行语音采集，而采集到的语音信号将会由声音信号 转换成电信号， 由于采集到的信号太小，而与后面 AD 转换输入信号大小不符，故需要 经过放大器放大， 此时的信号由于没有滤波，会有各种频率的 信号混合在一起，致使采集到的信号质量不高，需要 通过 二阶低通 滤波器滤波， 这样能够保证得到高质量的信号。单片机只能控制数字信号，所以要 通过模数转换 将模拟信号 转换成数字信号，然后通过单片机的串口向计算机发送。最后在计算机端的应用程序接收这些信号并显示。整个框架图如
19、图 2.1 所示 ： 拾 音 器 增 益 放 大 器 带 通 滤 波 器A D 转 换 电 路A T 8 9 C 5 2单 片 机复 位 电 路电 源 电 路串 口P C 机图 2.1 总体框架图 系统组成如图所示 ,该系统根据所实现的功能分为六大模块三大部分，第一个模块为 信号采集，第二模块为信号放大和滤波，第三模块为 AD 转换，此三大模块为输入部分；第四模块为单片机，此模块为单片机控制部分；第五模块为串口，第六模块为计算机端应用程序 8，这两模块为输出部分。拾音器输出的毫伏信号实测其范围约为2025mV，此电信号太小不能够进行采样。后级 A/D 转换输入信号的动态范围为 05V,故将语音信号调整为动态的 05V，就是将其放大为 200 倍左右 。考虑到语音信号的固有特点，将低于 300Hz 和 高于 3.4kHz 的分量滤掉后语音质量仍然良好。此处将其通过一增益为 46dB 的放大器，因此，将 二阶低通 滤波器设计为 可通过 典型的300Hz3.4kHz 信号 ,这样既可滤掉低频分量又可滤掉 A/D 转换带来的高频分量，很好的滤除掉噪声。根据奈奎斯特抽样定理，要使采样信号无失真， 则 抽样频率最低为6.8kHz， 我 将其设为 8kHz， 这样就足够保证语音质量。经量化后，单片机将数据通过串口传到 PC 机上，将采集到的语音在 PC 机上显示出来。
