语音存储与回放设计报告.docx
- 文档编号:12788725
- 上传时间:2023-06-08
- 格式:DOCX
- 页数:11
- 大小:89KB
语音存储与回放设计报告.docx
《语音存储与回放设计报告.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《语音存储与回放设计报告.docx(11页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
语音存储与回放设计报告
电子设计报告
语音存储与回放系统设计
小组成员
院系名称
专业名称
班级
二○一四年7月12日
语音存储于回放系统设计
内容提要:
本系统是一本系统是以DSP芯片为核心控制芯片设计的一款语音存储与回放系统。
该系统可以通过话筒采集语音信号然后经过放大器放大以及带通滤波器滤除干扰信号后通过AD转换过后由DSP芯片进行存储后通过DA转换进行回放,之后再进行滤波与功率放大通过扬声器输出语音信号。
整体的电路由语音采集电路、放大器电路、带通滤波电路、DA转换电路、控制与显示电路以及语音回放电路组成。
控制芯片通过AD转换将语音采集电路与放大滤波电路采集到的语音信号转换成数字信号后存储起来,之后通过DA转换输出语音信号,再通过滤波与放大后通过扬声器输出采集到的语音信号。
该系统可以较好的将语音信号采集并且存储与回放出来。
关键词:
DSP语音信号放大带通滤波AD转换DA转换
目录
1.方案设计与论证1
1.1系统总体方案1
1.2前级放大电路设计1
1.3滤波器设计1
1.4AD与DA模块设计2
1.5功率放大器设计2
2.硬件电路设计3
2.1话筒电路设计3
2.2放大器设计3
2.2.1同相放大器设计3
2.2.2差分放大器设计3
2.3带通滤波器设计4
2.4加法器设计4
2.5DA转换电路设计5
2.6功率放大器设计5
3.软件设计6
4.系统调试及数据分析6
5.误差分析7
6.参考文献7
语音存储与回放系统设计报告
1.方案设计与论证
1.1系统总体方案
本系统的设计主要是通过DSP控制芯片进行控制。
由话筒构成语音采集电路将语音信号转化成与之对应的电信号,再将电信号通过放大器与滤波器后进入有DSP芯片控制的AD转换器中,通过AD采样与转换后进入存储器。
再由存储器将数据输出后通过DA转换后通过滤波器与放大器后通过扬声器输出,这样就可以将语音信号进行很好的存储于回放。
系统框图如下图1所示:
图1系统总体框图
1.2前级放大电路设计
前级放大电路模块的主要作用是将话筒中由声音信号转化而来的微弱电信号进行放大,在这之中还要尽可能的减小噪声信号,有两种方案可供选择:
方案一:
直接放大电路:
由于增益要达到46dB,所以采用多级增益可调放大电路,第一级由于要减少噪声信号,所以放大倍数不能过大,故第一级放大采用同相放大器,放大倍数为10倍,并且增益可调,第二级同样采用同相放大器,放大倍数设计为40倍并且可调。
在运算放大器的选择上面,我们选择NE5534芯片。
方案二:
采用差分放大电路(仪表放大电路):
第一级放大采用差分放大器可以通过输入差模信号的方式将采集到的声音信号中的噪声信号通过作差的方式减小一部分,从而达到减小噪声信号的作用,第二级放大采用同相放大器进行放大,这样可以很好的达到增益的要求并且很好的滤除噪声信号。
通过对比以上两个方案,我们选择差分放大电路,同时采用医用放大器的效果比较好,这样可以很好的滤除噪声信号并且采用两级放大可以很好的达到要求。
1.3滤波器设计
为了尽可能的减少噪声对信号的干扰,必须设计一个滤波器,同时考虑到语音信号的频率范围在300Hz—3.4kHz,故滤波器选择的通带为300Hz—3.4kHz的带通滤波器。
有以下两种方案:
方案一:
采用带内纹波较小的巴特沃斯有源滤波器,这样可以更好的滤除噪声信号,同时为了提高语音回放的质量,必须增加阻带的下降速度,因此要提高滤波器的阶数,参考有关书籍,我们发现5阶的滤波器能满足要求,但由于滤波器阶数较高,所以增加了调试的难度,并且有可能产生自激振荡,从而干扰采集到的语音信号。
方案二:
采用二阶有源低通滤波器与二阶有源高通滤波器级联构成二阶带通滤波器,这样可以实现300Hz-3.4kHz的滤波,并且由于阶数相对来说较低,能够较为轻松的调试出来。
综合以上两种方案考虑,我们为了提高滤波的效果同时也为了提高语音回放的质量,同时也为了减小调试的难度,避免发生自激振荡,所以我们最终选择的是二阶有源低通滤波器与二阶有源高通滤波器级联构成二阶带通滤波器。
1.4AD与DA模块设计
由于语音信号的最高频率为3.4kHz,根据采样定律,采样频率最低为6.8kHZ,通常采样频率采用8kHz,如此DSP开发板中自带的AD采样模块完全可以胜任语音信号的采样,所以AD转换采用的是DSP开发板中自带的AD采样模块。
DA转换我们选择的TLC7524芯片来进行DA转换,该芯片字长8位,外围电路简单,可以达到设计的要求。
1.5功率放大器设计
因为最终由DA转换输出的语音信号要通过带通滤波器后由扬声器进行外放,所以我们需要的加入功率放大电路进行对信号进行放大,故我们采用LM386构成的功率放大器来进行功率放大。
综合以上考虑,系统的总体框图如下图2所示:
图2系统总体框图
2.硬件电路设计
2.1话筒电路设计
语音信号通过话筒后转化为电信号进入系统电路,图中R2与C1可以滤除滤除话筒中带进的直流分量,话筒的输出接放大器,其电路图如下图3所示:
图3话筒电路
2.2放大器设计
2.2.1同相放大器设计
由同相放大器放大倍数的计算公式为
可以得到同相放大器放大倍数,根据同相端放大5倍。
取R1=10K,则RC1=2K,因为考虑到放大倍数可调的目的所以将R5修改为电位器,并取电位器阻值为5K。
由此可以设计出放大倍数为5倍并且可调的同相放大器
2.2.2差分放大器设计
由差分放大器放大倍数计算公式
可以得到差动放大器的放大倍数,根据差分放大级放大40倍。
取R8=5k,则R7=200k。
综合以上所述,放大器电路图如下图4所示:
图4前级放大器电路图
2.3带通滤波器设计
在本次设计中,带通滤波器由一个二阶低通滤波器和一个二阶高通滤波器级联构成,由高通滤波器与低通滤波器滤波频率计算公式
可以得出带通滤波器电路图如下图5所示:
图5带通滤波器电路图
2.4加法器设计
由于DSP芯片能识别的电压范围为0-3V,所以要对采集到的语音信号进行电压的抬升,我们通过设计一个加法器对语音信号进行电压抬升,其输出电压为
,其中输入的一个信号为直流信号,其电路图如下图6所示:
图6加法器电路
2.5DA转换电路设计
本次设计DA转换芯片使用的是TLC7524,通过查阅数据手册可以得到DA转换模块电路如下图7所示:
图7DA转换模块电路图
2.6功率放大器设计
功率放大器使用的芯片是LM386进行功率放大,其电路图如下图8所示
图8功率放大器电路图
3.
软件设计
本次设计中软件处理的控制芯片为DSP处理芯片,软件设计流程图如图9:
图9软件设计流程图
4.系统调试及数据分析
(1)测试条件
环境温度25℃
(2)测试仪器
直流稳压电源
DDS函数信号发生器
数字万用表
通用双踪示波器
(3)测试步骤
Ø首先测试放大器是否达到所给指标
1调节函数信号发生器,使其输出频率为1kHz,峰峰值为10mv的正弦波信号,将此信号依次输入第一级放大器与第二级放大器中,利用双踪示波器检测输出信号,观察到无明显失真,然后测试输出波形的峰峰值,并且调节改变增益的电位器查看增益是否变化,经测试,两级放大器均工作状况良好,并且达到放大的指标,增益为40dB-50dB并且可调;
2通过话筒将声音信号转化为电信号后输出,并且通过放大器后检测输出信号,经检测,放大器可以很好的放大声音信号所转化来的电信号。
Ø接着测试带通滤波器是否达到设计指标
3调节函数信号发生器,使其输出频率为1kHz,峰峰值为2v的正弦波信号,将此信号输入带通滤波器中,记录下其输出波形的峰峰值,并且依次检测峰峰值为2v,频率为1.2kHz、1.4kHz……等的输出波形峰峰值,记录如下表1:
频率
1kHz
1.2kHz
1.4kHz
1.6kHz
1.8kHz
2kHz
输出峰峰值
2.14V
2.06V
2.04V
1.98V
1.94V
1.92V
表1输入峰峰值为2v时通过带通滤波器输出电压值
4通过以上的输出峰峰值乘以0.707得出其-3dB带宽,以此来检测带通滤波器的通带,经过检测带通滤波器的通带范围为350Hz-3.4kHz。
Ø检测电压抬升电路是否能够正常工作:
在加法器一端输入正弦信号,另一端输入1V的直流信号,利用示波器检测加法器的输出波形,此时耦合方式选择直流,经检测,加法器能够正常的工作,可以起到电压抬升的作用。
Ø检测功率放大器能否很好的工作:
在功率放大器电路的选择上,我们选择的是放大倍数为200倍的可调电路,通过话筒输入一个语音信号,将其接入功率放大器以及已经检测好的带通滤波器之中,同时将功率放大器的输出接如扬声器之中,检测声音信号是否正常输出;经检测,声音信号能够正常输出。
5.误差分析
可能有以下几个原因会产生系统误差:
1)外界的环境因素与内部电路影响会产生系统误差;
2)PCB图在布线中也会产生系统误差;
3)示波器与函数信号发生器本身存在误差
6.参考文献
谢自美,《电子线路设计•实验•测试》(第三版),华中科技大学出版社,2011
康华光,《电子技术基础》(第五版),高等教育出版社,2005
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 语音 存储 回放 设计 报告
![提示](https://static.bingdoc.com/images/bang_tan.gif)