基于DSP的语音录播器设计

包括电源电路设计时钟电路设计复位电路设计和仿真接口设计。

为下章语音录音与回放系统的设计做准备。

第章语音录音与回放系统的硬件设计语音录音与回放系统的总体设计框图在最小系统基础上，语音录音和回放系统主要包括语音输入模块语音编解码芯片模块输出功率模块和模块组成。

系统的结构框图如图所示图语音信号录音与回放系统框图语音输入模块接口电路在进行语音信号分析和处理之前，必须对语音信号进行预处理操作，预处理包括信号放大反混叠滤波等过程。

前置放大前置放大电路也是测量小信号放大电路。

在测量用的放大电路中，般传感器送来的直流或低频信号，经过放大后用单端方式传输，在典型情况下，有用信号的最大幅度可能仅有若干毫伏，而共模噪声可能高到几伏，故放大输入漂移和噪声等因素对于总的精度至关重要，放大器本身的共模抑制特性也是同等重要的问题。

因此前置放大电路是个高输入阻抗，高共模抑制比，低漂移的小信号放大电路。

反混叠滤波在变换前所接收到的语音信号中除了所希望的有效信号之外，还混有对后续工有影响的干扰噪声，而且接收到的原始语音信号是不同信号的混合或者是同个信号沿不同路径传递的混合信号，因此在之前需有防止混叠干扰的滤波处理。

反混叠滤波音频输入前端处理功率放大音频输出处理有个作用，个是抑制电源干扰或，另个是抑制输入信号中频率分量超出的所有分量，将信号带宽限制在个有效范围内，使采样率满足采样定理。

在实际语音处理中的采样频率般在之间，因此在语音信号中采用带通滤波器实现反混叠滤波，其上下限截止频率范围分别为，。

本论文设计的麦克风输入信号经放大后，再由转换为组差分信号，分别送到的差分输入引脚和。

其接口原理图如下图所示图语音输入接口原理图语音编解码芯片模块是美国德州仪器公司生产的包含有及转换的多功能模拟接口芯片。

芯片集成了位和转换器，使用过采样技术提供位和低速信号转换，该器件包括两个串行的同步转换通道，工作方式和采样速率均可由编程设置。

其内部之后有抽样滤波器，之前有插值滤波器，接收和发送可同时进行。

可采用单电源供电也可以采用模拟数字双电源供电功耗最大为，掉电方式时的最大功耗可配置成主机或从机方式，个串行接口可支持个从机。

内部结构图为内部结构框图。

最上面第通道为模拟信号输入监控通道，第二通道为模拟信号转化为数字信号通道，第三通道为数字信号转化为模拟信号通道，最下面路是的工作频率和采样频率控制通道。

文使用的输入时钟为，与的采样频率为其中，为的第个寄存器位所设图内部结构框图功能介绍的主要功能如下内含位精度的和，各同步串行输入输出多种数据传输模式可通过串行口或直接配置接口对寄存器编程，控制工作方式采样率输入输出增益等可与系列多通道缓冲串口直接串接通信。

工作原理与外界串行通信可以分为主通信和次通信。

在主通信中，有两种数据传送模式，位传送模式和位传送模式，可通过控制寄存器设定。

默认情况下为位传送模式。

若采用位传送模式，其最低位为非数据位，输入数据的位为次通信请求位，输出数据的位为脚的状态位。

次通信只有在发出请求时产生，当主通信采用位模式时，可以进行次通信请求当主通信采用位模式时，则必须由脚输入信号来产生次通信请求。

信号通道模拟输入多路模拟输入可供选择差分输入与辅助差分输入，本模块为单端输入由脚输入。

数字输出输出的数字数据和寄存器数据，当为低电平时，在的上升沿开始输出数据未被激活时处于高阻态。

模拟输入信号经放大后加入到，将采样时刻的信号值按二进制补码的形式按位字输出，位或位字，在的每个上升沿送出位，经过个周期，每次主通信区间送出个字，在期间里从串口移出，主通信时序图如图生高电压进行编程和擦除操作。

只需向它的命令寄存器写入标准的微处理器指令，具体编程擦除操作由内部嵌入的算法实现，并且可以通过查询特定的引脚或数据线监控操作是否完成。

可以对任扇区进行读写或擦除操作，而不影响其他部分的数据。

与的连接图如下图所示图与的连接图是个低功耗闪存，工作在至电压下，存储容量为，其中，至是外部地址引脚，至为条数据线，的地址线和数据线与的地址线和数据线直连。

为片选控制引脚低有效，为输出控制引脚低有效，为写入控制引脚低有效，这三个引脚由地址译码逻辑产生，这样可以使系统的存储器配置更加灵活。

针对片外存储器同速度不匹配的问题，提供了两种解决方案。

其是在系统硬件复位时，根据引脚的电平状态确定的初始频率。

为了在系统硬件复位时能正确地从中读入程序，的初始频率都设得比较低。

如本文用到的访问速度为，的初始频率可设为。

另种方法是系统启动以后，通过设置软件可编程等待状态寄存器控制，不需要任何外部硬件。

的软件可编程等待状态发生器最多可将外部总线周期延长到个机器周期。

当以速度工作时，为保证正常读写，总线周期至少要延长到个机器周期以上。

语音输出模块设计本文通过麦克风对语音进行采集，对采集到的语音进行滤波，放大，再将处理过的信号送入，通过将语音送到功放，最后经过耳机送出。

本次放大电路是用芯片来设计的。

的特性静态功耗低，约为，可用于电池供电。

工作电压范围宽，或。

外围元件少。

电压增益可调，。

低失真度。

经带输出的声音回放信号，其幅度为，足以用耳机来收听，可不接任何放大器。

但考虑到实际中经常会用到喇叭外放，故在本系统中增加外放功能。

本文设计的电路增益为，连续可调，最大大不失真输出功率为。

输出端接串联电路，以校正喇叭的频率特性，防止高频自激。

脚接去耦电容，以消除低频自激。

为便于该功放在高增益情况下工作这里将不使用的输入端脚对地短路。

本次设计的语音输出接口电路如下图所示图语音输出接口电路图本章小结本章对系统硬件的各个模块做了介绍，系统硬件包括模块前置放大模块功放模块模块，同时还对各个模块的硬件连接做了介绍。

参考文献江涛，朱光喜，李顶根基于的音频信号采集与处理系统电子技术应用王海平，刘琚基于的实时语音采集与处理系统山东大学学报工学版刘琚基于的实时语音采集与处理系统山东大学学报工学版乔建华，张井岗，李临生基于的语音信号采集系统的设计太原科技大学学报邓彦松，向伟，王丹基于的语音信号处理系统设计中国集成电路齐子元，谢桂海，刘毅，明亮种实时语音信号采集处理系统的设计与实现计算机工程与应用姚晓亮，刘春河，杨林杰种数字化语音存储与回放系统的设计电子设计应用杨东，戴瑜兴基于的语音信号采集和扩展存储系统电声技术何苏勤，徐家艳基于定点语音录放系统的设计微计算机信息所示图通道主通信时序图在次通信区间，寄存器的数据可以被读出，如果未选择寄存器读出，从通信期间，位全部被清，主通信和次通信时序图如图所示图通道主通信和次通信时序图信号通道数字输入接收的输入数据或外部的寄存器数据，当为低电平时，在的下降沿锁存数据，未被激活时处于高阻态。

模拟输出差分输出，本模块为单端输出由脚单端驱动。

主通信和次通信时序图如图所示图通道主通信和次通信时序图主通信区间，从主机接收位的串行数据字，在帧同步区间，在的下降沿依次移入串行口，每个信号移位，每个主通信区间移个字。

将数据转换成系列脉冲串输出到内部的低通滤波器重建信号，最终模拟信号经的放大后驱动负载。

从通信期间，控制和配置数据其中包含寄存器地址通过输入，来写或读寄存器。

如果要求读控制寄存器，其内容在从通信期间从被送出。

主通信期间脚数据格式，分为两种格式，种是格式，即位数据全部为数据，另种是格式，即位数据从通信请求位。

控制寄存器的位决定的数据格式，默认为格式。

与硬件接口设计图给出与硬件接口电路。

的数字电源端接到电源，接到电源管脚经过电阻上拉，将设置成主动工作模式，选择和作为的输入，将和接至模拟地，的正相输出经过阶低通滤波后送给模拟设备，反相输出不用。

管脚接地，系统只能采用软件方式申请触发次通信模式，数据格式为比特模式。

输入主时钟为，采样频率选择为，内部使能控制寄存器中的。

通过寄存器设置，将的配置为外部输入，的配置为内部产生。

这样数据接收发送帧同步信号移位时钟信号均由产生。

串行口的接收发送过程