摘 要

近年来，随着电子技术和信息技术的不断发展，微型计算机技术的应用正在不断地改变着我们的生活，语音处理技术已成为一个比较热门的研究话题，该技术的广泛应用使得人类的生活越来越智能化。本次课题研究的内容是基于单片机的语音存储和回放系统的设计，通过单片机对语音信号的数字化处理，实现声音的录音和回放功能。该系统通过话筒进行声音的采集，然后利用放大电路和滤波电路对信号进行放大和滤波，最后通过单片机控制A/D转换，实现语音信号的数字化处理，把数据存储到SD卡中，从而完成了语音的存储。系统声音回放时，单片机采用同样的频率进行D/A转换，进行声音信号的恢复，再通过功率放大电路带动喇叭实现声音的播放。通过对系统软件和硬件的合理设计，不断的调试和优化系统，就可以实现声音的录音和播放功能，完成系统设计任务。

关键词：单片机、SD卡、语音、滤波器

Abstract

In recent years, with the continuous development of electronic technology and information technology, the application of micro-computer technology is constantly changing our lives, voice processing technology has become a relatively popular research topic, the wide application of the technology makes the life of human To the more intelligent. The content of this research is based on the single-chip voice storage and playback system design, through the single-chip voice signal digital processing, to achieve voice recording and playback capabilities. The system through the microphone for sound collection, and then use the amplifier circuit and filter circuit to amplify and filter the signal, and finally through the microcontroller control A/D conversion, to achieve digital processing of voice signals, the data stored in the SD card, thus completing the Voice storage. System sound playback, the microcontroller uses the same frequency for D/A conversion, the sound signal recovery, and then through the power amplifier circuit to promote the speaker to play the sound. Through the system software and hardware reasonable design, continuous debugging and optimization system, you can achieve the sound recording and playback functions, complete the system design tasks.

Keywords: single chip, SD card, voice, filter

目录

第1章 绪论 1

1.1课题背景和研究的意义 1

1.2课题研究的现状 1

1.3课题研究的主要内容 2

第2章 系统方案的论证和设计 3

第3章 系统的硬件设计 5

3.1 麦克风电路 5

3.2 前置放大电路 6

3.3 滤波器电路 7

3.4 单片机控制电路 9

3.5 A/D转换电路 11

3.6 D/A转换电路 11

3.7 末级功率放大电路 14

3.8 存储器电路 15

3.9 电源电路 16

3.10 按键和LED指示灯 17

第4章 系统的软件设计 18

4.1 程序总流程图 18

4.2 子程序设计 20

4.2.1 定时器程序 20

4.2.2 A/D转换程序 21

4.2.3 D/A转换程序 21

4.2.4 SD卡读写程序 22

4.2.5 SPI通讯 23

4.3主程序的设计 24

第5章 系统调试 26

5.1 硬件电路的搭建和焊接 26

5.2 语音输入模块的调试 27

5.3 语音输出模块的测试 28

5.4 系统录音和播音测试 30

总结 32

致谢 33

参考文献 34

附录A 原理图 35

绪论

本章主要讲述了课题研究的背景和意义、课题的研究现状以及课题研究的主要内容，通过本章的介绍，基本上了解了语音系统的背景和意义，明确了本次论文的主要研究内容，就是应用单片机技术完成语音的数字化处理，实现对语音录音和播放功能。

1.1课题背景和研究的意义

随着电子技术的快速发展，如今的语音处理技术已相当成熟，在人们的日常生活中，存在着各种各样的语音设备在为我们的生活提供了很大的方便。近年来，随着语音处理技术和单片机应用技术的不断发展，语音存储和回放的技术已经十分成熟，它已经普遍应用到人类生活的各个方面之中，使得我们的生活水平得到不断地提高，一些智能化的电子产品正在使得我们的生活更加多姿多彩。声音交流是咱们进行正常交流的主要途径之一，随着数字化语音技术的快速发展，语音存储和回放技术正在深刻地影响的我们的生活，通过语音功能的使用，可以让电子产品和设备愈加智能化，人机交流变得更加方便。与传统的磁带语音系统相比，如今各个新型的语音处理系统优势更加突出，它的体积较小，性价比高，操作简单方便，可靠性高。语音数字化处理技术的使用正在不断地改变着人们的生活，科技技术的发展让我们的生活更加便利。

语音处理技术一直都是一个比较热门的研究话题，本次论文所要研究的就是语音的存储和回放，通过单片机控制外围电路实现对语音信号的采集和数字化处理并且进行声音的回放。通常情况声音在空气中是通过声波的方式进行传播的，这样可以使用话筒来对声音进行采集，把需要采集的语音信号转换为电信号，然后使用存储器进行信号数据的存储；但是通过话筒采集得到的语音信号属于模拟语音信号，单片机属于数字化系统，它并不能直接对模拟量进行处理，因此需要通过A/D转换实现信号的数字化处理，再把处理后的语音信号进行存储，这就完成了对声音的录音。当需要进行声音的回放时，通过单片机控制存储器，完成对存储器的数据读取，并且利用读取到的数据通过D/A转换成为声音信号，最后利用功率放大电路带动喇叭进行工作，实现声音的播放。系统设计的主要目的是实现对声音的录音和播放，为了提高语音的品质，系统有必要进行对噪音的处理，本次系统设计采用滤波器进行对语音的去噪声处理，提高声音的质量。通过本次的系统设计，可以学到很多硬件电路设计和软件算法设计的知识，包括语音处理的前向和后向通道设计，单片机控制电路设计，数字存储器的电路设计，滤波电路的设计，A/D和D/A转换电路设计，还有单片机编程和相关的算法等等，从而加深了对理论知识的理解，提高了对已学知识的应用能力和自身的动手实践能力。

1.2课题研究的现状

在20世纪很长一段时间里，传统的磁带语音系统一直得到广泛地使用，但是它的体积较大，使用不方便，声音的质量并不是很好。近年来，随着电子技术的快速发展，语音技术尤其是数字化语音处理技术发展迅速，通过各种微处理器进行对语音信号的数字化处理，实现对声音的高品质录音和播放，各种语音设备快速发展并且得到了广泛的应用。传统的磁带语音系统已经被淘汰了，取而代之的是性能好的微小语音系统。近年来随着集成电路的快速发展，语音芯片发展迅速，各种专用的语音芯片就要简单的搭建电路就可以实现语音的存储和回放功能，还可以通过单片机实现录音和播音的控制，系统原理简单，声音品质好，成本低。因此，这种专用的语音芯片得到了广泛的运用。

1.3课题研究的主要内容

本次系统设计的主要内容是利用如今比较成熟的单片机技术进行对语音信号的采集存储和声音回放，实现基于单片机的语音存储和回放系统设计，在整个系统中需要利用单片机控制A/D转换来进行对语音信号的数字化处理，使用存储器完成数据的存储，当需要进行语音回放时，通过读取存储器的语音数据还原声音，进行回放。

本次系统设计的主要研究内容有如下3点：

1. 硬件系统的设计：主要包括语音处理的前向和后向通道设计、单片机控制电路、SD卡电路、按键电路、LED灯指示、电源供电电路等等；
2. 软件设计：通过单片机控制语音的录放，控制A/D和D/A转换，控制信号采样和声音回放的频率，进行对SD卡的读写，完成数据的存储等等；

3.系统的搭建和调试，完成系统优化。

系统方案的论证和设计

本章主要进行系统方案的论证和设计，通过两个方案的比较，分析各个方案的优势和劣势，最后选定系统方案。