（定稿）某钢铁集团生产系统余热余压利用技术改造工程项目投资申请报告2

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，王丹基于语音与中的字节内容作比较。

若或，则西格玛或也可以被省略，但如果在先前没有给定值，那么，和铜的电导率将被分别作为默认值。

注意定义区段的节点必须在节点定义中加以描述，其不能作为参考平面上的节点。

为了连接参考平面，用户必须在参考平面上需要的位置创造个新的节点并在节点定义中描述，然后将等效指令将参考平面上的点和新的节点等效。

如下情况是不允许的正确的方法应为单位指令语法这指定的单位将被使用到所有后续坐标和的长度单位直到文件结束或另个文件。

单位需要规范，允许使用的单位有千米米厘米毫米微米英寸。

密尔用单位名称分被指定为。

注意，这的单位指令将会影响到电导率和电阻率。

默认指令语法，这个指令为以后的定义对象指定默认值。

些默认值将被使用到文件的末尾或由另个值代替。

值在默认行更改。

外部指令语法这个指令指定节点和节点作为个终端对或端口的阻抗应该是所计算的输出阻抗。

如果个输入文件包括个行，那么这个阻抗矩阵应该是个的复合阻抗矩阵。

可以给这个端口个用个字符串命名的端口名称。

这个名称是用来参考这个端口的输出文件，同时也可以用以命令行选项。

这个指令有效的控制节点之间的电压源同时也可以以后使用通过该源的电流在导纳矩阵中确定个输入。

注意这由用户来确定没有回路只有电压源。

因此个如果没有回流路径的电流源将总是保持零电流，电流生成的也是零的导纳矩阵。

所以输出阻抗矩阵将是没有意义的。

频率指令语法这个指令时指定需要的频率范围。

和是所需要的最大和最小频率。

是每隔倍频率所需要的频率点数。

运行过程必须逐个计算每个频率。

注意，没必要必须是整数。

例如上面的指令中将在和处作计算。

如果最小频率设定为零的话，那么将只运行的直流情况而不考虑最大频率值。

等效指令语法这个指令指定节点电等效同时又独立保持自己的空间坐标。

这些节点将有效被短路在起。

如果有任意个节点名称在先前没有定义过那么他们将成为在列表中定义过的那些节点的虚假地址。

结束指令语法这个指令定义文件的结束。

后续的所有行将被忽略。

此行必须结束该文件。

参考平面定义下面是个定义简单均匀离散的平面的语法。

语法，这里定义了个有限范围和电导的均匀离散参考平面，其中和是任意的字母数字字符串。

为了将平面作为参考平面定义这行的首个字母必须用字母开始。

这三个坐标位置是平面四个顶点中的其中三个，既可以按顺时针定义也可以按逆时针定义。

将确定矩形起先三个顶点之外的第四个顶点。

平面的厚度用厚度参数指定，电导率用西格玛参数或参数指定。

注意这是二维模型所以的后每个节点相连不包括相邻节点和其邻近的节点构成区段。

默认情况下每各区段都给定个高度等效于指定平面的厚度，宽度等于节点间的间距。

这种宽度选择将完全弥补区段间的空缺。

图四展示了个简单的参考平面。

这个取单相当于实际宽度的三分之。

和指定了平面沿各边划分区段的数量。

是自沿坐标到之间边的区段的数量，是是自沿坐标到之间边的区段的数量。

因而总共生成的节点数应为，总的区段生成数量应为。

注意，自位置在的节点到位置在的节点的行定义了个平面的边，由于定义的节点大部分在区的如图所示图仿真接口本章小结本章主要设计了的最小系统的基本组成模块。

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