作者简介：罗倩（1990-），女，武汉大学电子信息学院，本科在读，主要研究方向：测控仪器；吴晓潭（1989-），男，武汉大学电子信息学院，本科在读，主要研究方向：测控仪器；张志浩（1990-），男，武汉大学电子信息学院，本科在读，主要研究方向：测控仪器。
摘要:数字化语音存储与回放系统以单片机为控制核心，实现了语音存储与回放系统。系统由话筒电路、前置放大与滤波模块、A/D采样、D/A转换与功放输出模块组成。其中，ADC的采样频率f8kHz，字长为8位， DAC的变换频率f8KHz，字长为8位，语音存储时间4秒以上，回放质量良好。同时，在保证语音质量的前提下，减少系统噪声电平，语音清晰。进一步提高存储器的利用率，语音存储时间增加至8秒以上，（在原有存储容量不变的前提下，提高语音存储时间）。
关键词:语音存储与回放；ADC； DAC； 单片机
中图分类号:TP 文献标识码:A文章编号:1672-3198（2011）05-0293-04
1 方案的选择
1.1总体设计
由单片机完成人机交互和声音的采集、编码、解码。单片机具有丰富的接口资源和运算单元，能进行复杂的控制和运算，电路结构清晰简洁。此方案系统规模较小，控制能力强，且易于调试。所以，我们决定采用这个方案。
1.2 语音信号前置放大方案
由于三运放仪表放大器具有极高的共模抑制比和高输入阻抗，能够较好地抑制环境噪声，通过一个外接电阻即可实现增益控制。其精度高功耗低，适用于微弱信号的前级调理。
但是，我们采用仪器放大器方案后，因为效果不是很好而取消，把方案改用成前置同向放大器，设置前置放大器，可使整个功放的增益连续可调，而且也保证了比较器的比较精度。前置放大器仍采用宽频带、低漂移、满幅度运放，组成增益可调的同相宽带放大器。选择同相放大器的目的是容易实现输入电阻大的要求。
1.3 滤波器方案
为防止高频和低频的信号产生干扰，提高信噪比，我们采用带通滤波器。由于语音存储回放系统的输出波形频率覆盖范围较大，为使整个频率范围内都有较理想的滤波效果，以免语音信号产生失真，我们采用4+5阶巴特沃兹滤波器，巴特沃兹滤波器能实现最大平坦的频率响应。
1.4 功率放大器方案
采用音频功率放大器LM386，其外接元件少，电压增益可调，并且，电路简单，功率较大。
1.5 压缩编码方案
我们采用DPCM压缩编码方案。它是一种比较成熟的压缩编码方法，实现原理是对信号抽样值与信号预测值的差值进行量化编码，可以压缩数码率，提高存储空间利用率，使语音存储时间增加一倍。DPCM系统是一个负反馈系统，采用这种结构可以避免量化性误差的积累，但是由于它用一个地址存放两个采样差值，即每个差值只能占用4位，除掉一位标志位，它的有效部分只有3位。所以，当差值超过7时，就当7处理，因而引入的量化噪声较大，这是一种基于两次采集信号之间差值的思想。考虑到A/D转换器的采样频率较高，相邻两次采样值之间的幅值不大，因此就用半个字节（4bit）存储空间来存储幅度的差值，这样RAM中的一个地址就相当于存储了两个采样值，无形中将存储容量扩大了一倍。然而，其算法相对复杂，对器件要求较高。
2 系统整体的设计与框图
系统主要由语音采集模块、语音处理模块和语音播放模块组成。
话筒输入语音信号分别经前级放大的幅度调理与抗混叠滤波器后，由AD采样器进行数字量化。采样所得数据在单片机内部通过ADPCM编码后存入外部存储器，这样便完成了语音信号的采集与存储。
回放时对编码数据进行解码后由DAC输出，最后由功率放大器驱动扬声器完成语音播放功能。
3 理论分析与计算
3.1 DPCM系统的理论分析
DPCM能压缩比特率的实质是由于信号相邻值之间存在明显的相关性，减少了信号的冗余信息。并且失真小。其数学表达式如下：
参考文献
［1］黄根春，陈小桥，张望先.电子设计教程［M］.北京：电子工业出版社，2007.
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