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1、2007级毕业设计（论文）报告专业名称: 应用电子技术 设计课题: 语音数字化处理系统（甲机）导师姓名: 学生姓名: 班 级: 07高职应用电子 学 号: 20072050137 2010年4月20日毕业设计（论文）任务书 毕业设计（论文）题目： 语音数字化处理系统（甲机） 专业： 应用电子技术 姓名： 牛庆华 毕业设计（论文）工作起止时间： 2009-102010-4 毕业设计（论文）的内容要求： 前置放大器的增益为60dB且增益可调，带通滤波器的带通为300hz-3.4khz，低通滤波器的截止频率为3.4khz，ADC采样频率为fs=8khz，字长=8位，DAC转换频率8khz，字长=8位
2、，末级放大增益为40dB且增益可调，语音存储时间大约8s。指导教师（签名）： 系主任： 年 月 日毕业设计开题报告一、课题设计（论文）目的及意义 本课题立足于实践操作，逐一对各部分模块进行设计调试并达到要求。设计中遇到一些没有学过的知识，必须通过查找书籍和文献，还需要从网络上搜集很多相关资料，特别是各种元器件的资料。通过对本系统的研究，对数字语音系统有了更深入的了解。较大的提高了动手实践操作的能力。二、课题设计（论文）提纲 语音数字化处理系统是对语音进行相应的数字信息转化以便于存储和后续利用，系统设计体积小巧，工作性能稳定，数字存储时间长。由于控制接口特点，使得存储时间有限，采用更高的压缩方式
3、将会造成一定数字信息的丢失导致失真。三、课题设计（论文）思路、方法及进度安排思路：本课题设计运用行动研究原则，边行动边研究的指导思想。设计系统整体框架，然后进行逐个模块设计。方法及进度安排：通过搜集资料，参考文献，反复的硬件调试，基本完成各模块的性能要求。在研究过程中系统的部分模块属电子系统中常用模块的可以直接采用，但需要结合连接电路进行适当调试，以达到最佳效果。四、课题设计（论文）参考文献1丁元杰，单片微机原理及应用.北京：机械工业出版社，19942苏平，单片机原理与接口技术.北京：电子工业出版社，20033高林，单片机原理与接口技术.北京：人民邮电出版社，20024陈兆梅，印制电路板设计实
4、用教程.北京：机械工业出版社，20085樊会灵，电子产品工艺M.北京：机械工业出版社，20026王津，单片机原理及应用.重庆：重庆大学出版社，2000毕业设计（论文）指导教师意见书系别： 填表日期： 年 月 日学生姓名学号班级设计（论文）题目意 见：指导教师职称工作单位山东华宇职业技术学院目 录摘 要1前 言2第一章 系统设计31.1 整机系统设计31.2 数据采集方式3第二章 硬件设计52.1 前向通道子系统52.1.1 语音采集原理52.1.2 语音电压放大器52.1.3 自动音量控制器62.1.4 电平提升电路82.1.5 A/D转换电路82.2 主机子系统122.2.1 单片机概述12
5、2.2.2 单片机应用特点122.2.3 信号转换与传送152.3 后向通道子系统162.3.1 分页存储172.3.2 数据压缩172.3.3 键盘及显示17第三章 软件设计183.1 总体程序设计183.2 数字滤波程序183.3 语音压缩22结论23参考文献25附录26附录A26附录B262语音数字化处理系统（甲机）摘要传统的磁带语音录放系统因其体积大、使用不便,在电子与信息处理的使用中受到许多限制。本文提出的体积小巧,功耗低的数字化语音存储系统将完全可以替代它。本系统以MCS-51单片机为核心器件，由四片62256组成RAM阵列，通过MIC录入一段语音信号，信号通过放大电路后使信号的幅
6、度达到A/D采样的要求，放大电路中要可以实现增益可调。放大后的模拟语音信号送入由MCS-51单片机控制的ADC0809转换成数字语音数据，然后在用汇编语言编写的程序的控制下以文件的方式存储到RAM阵列。并采用分页存储模式，将外部数据存储空间扩大至128kbyte。利用M方法对数据进行压缩以加长存储时间。前向通道中的自动音量控制器可有效地提高系统性能。另外，系统有自检和工作模式设定等功能，使其更具有实用性。关键词系统 单片机 数字化 分页存储 数据压缩前 言随着计算机技术的飞速发展和普及，数据采集系统在多个领域有着广泛的应用。数据采集是工、农业控制系统中至关重要的一环，在医药、化工、食品、等领域
7、的生产过程中，往往需要随时检测各生产环节的温度、湿度、流量及压力等参数。同时，还要对某一检测点任意参数能够进行随机查寻，将其在某一时间段内检测得到的数据经过转换提取出来，以便进行比较，做出决策，调整控制方案，提高产品的合格率，产生良好的经济效益。 随着工、农业的发展，多路数据采集势必将得到越来越多的应用，为适应这一趋势，作这方面的研究就显得十分重要。在科学研究中，运用数据采集系统可获得大量的动态信息，也是获取科学数据和生成知识的重要手段之一。总之，不论在哪个应用领域中，数据采集与处理将直接影响工作效率和所取得的经济效益。 此外，计算机的发展对通信起了巨大的推动作用.计算机和通信紧密结合构成了灵
8、活多样的通信控制系统，也可以构成强有力的信息处理系统,这样对社会的发展产生了深远的影响。数据通信是计算机广泛应用的必然产物。数据采集系统，从严格的意义上来说，应该是用计算机控制的多路数据自动检测或巡回检测，并且能够对数据实行存储、处理、分析计算以及从检测的数据中提取可用的信息，供显示、记录、打印或描绘的系统。 数据采集系统一般由数据输入通道，数据存储与管理，数据处理，数据输出及显示这五个部分组成。输入通道要实现对被测对象的检测，采样和信号转换等工作。数据存储与管理要用存储器把采集到的数据存储起来，建立相应的数据库，并进行管理和调用。数据处理就是从采集到的原始数据中，删除有关干扰噪声，无关信息和
9、必要的信息，提取出反映被测对象特征的重要信息。另外，就是对数据进行统计分析，以便于检索；或者把数据恢复成原来物理量的形式，以可输出的形态在输出设备上输出，例如打印，显示，绘图等。数据输出及显示就是把数据以适当的形式进行输出和显示。第一章 系统设计1.1 整机系统设计整个系统由前向通道、主机和后向通道三个子系统构成，单片机构成系统的控制中心，用来进行控制功能选择和结果显示。通过前级放大，将微弱的电信号放大到2.5v，通过300Hz3.4kHz的带通滤波器滤除50Hz的市电影响和高频噪声。ADC0809的参考电压选为+5V，其采集的电压信号范围是0+5V。而语音信号是双极性的，可正可负(滤波器输出
10、信号幅值约为土2.5V)，因此，有必要加一直流偏置电压(约为+2.5V)，使语音信号变为单极性信号(0+5V)，保证ADC0809采样有效，同时也保证其具有一定的采样精度。通过反相加法器将双极性的电信号转换为0+5V的单极性信号。信号通过AD转换后进入单片机进行相应处理，然后送入62256组成的RAM阵列进行存储。总体框图如图1.1所示。图1.1系统原理框图MIC放大电路滤波电路ADCCPUAGCRAM图1.2 系统结构示意图1.2 数据采集方式多路数据采集系统多采用共享数据采集通道的结构形式。数据采集方式有顺序控制数据采集和程序控制数据采集。方案一：顺序控制数据采集，顾名思义，它是对各路被采
11、集参数，按时间顺序依次轮流采样。系统的性能完全由硬件设备决定。在每次的采集过程中，所采集参数的数目、采样点数、采样速率、采样精度都固定不变。若要改变这些指标，需改变接线或更换设备方能实现。数据采集时，控制多路传输门开启和关闭的信号来自脉冲分配器，在时钟脉冲的推动下，这些控制信号不断循环，使传输门以先后顺序循环启闭。方案二：程序控制数据采集，由硬件和软件两部分组成。据不同的采集需要，在程序存储器中，存放若干种信号采集程序，选择相应的采集程序进行采集工作，还可通过编的程序，以满足不同采样任务的要求。程序控制数据采集的采样通道地址可随意选择，控制多路传输门开启的通道地址码由存储器中读出的指令确定。即
12、改变存储器中的指令内容便可改变通道地址。由于顺序控制数据采集方式缺乏通用性和灵活性，所以本设计中选用程序控制数据采集方式。采集多路模拟信号时，一般用多路模拟开关巡回检测的方式，即一种数据采集的方式。利用多路开关（MUX）让多个被测对象共用同一个采集通道，这就是多通道数据采集系统的实质。当采集高速信号时，A/D转换器前端还需加采样/保持(S/H)电路。待测量一般不能直接被转换成数字量，通常要进行放大、特性补偿、滤波等环节的预处理。被测信号往往因为幅值较小，而且可能还含有多余的高频分量等原因，不能直接送给A/D转换器，需对其进行必要的处理，即信号调理。如对信号进行放大、衰减、滤波等。22第二章 硬
13、件设计2.1 前向通道子系统该子系统由话筒，话筒放大电路，自动增益控制级，滤波器，A/D转换器组成。2.1.1 语音采集原理人耳能听到的声音是一种频率范围为20 Hz20 000 Hz ,而一般语音频率最高为3400Hz。语音的采集是指语音声波信号经麦克风和高频放大器转换成有一定幅度的模拟量电信号,然后再转换成数字量的全过程。根据“奈奎斯特采样定理”,采样频率必须大于模拟信号最高频率的两倍,由于语音信号频率为3003 400 Hz ,所以把语音采集的采样频率定为8 kHz。电路参数如下：（1）放大器的最大增益46dB，增益可调，通带：200Hz4KHz；（2）带通滤波器的通带为：300Hz3.
14、4KHz；（3）ADC：采样频率fs=8KHz，字长=8bit；声音转换电信号的声电转换是通过驻极体话筒实现，它具有灵敏度高、噪声小、价格低等诸多优点。2.1.2 语音电压放大器转换后的电信号经低噪声宽频带的运放NE5532放大，该电路采用一级反向放大接一级隔离缓冲，使电路结构大大简化，并减少了系统噪声。要实现放大倍数增益可调，可方便地满足系统的要求。原理如图2.1所示。图2.1 音频放大电路图根据要求设计该放大电路，运算放大器选用低噪声运放：NE5532。此电路是实现模拟语音信号的放大，放大增益由两个50k精密电位器调节，采用以下放大电路来实现：两个反向比例放大器级联，增益可调通过可变电位器
15、进行调节。整个放大电路放大倍数为：Au=Au1*Au2，模拟输入信号大约为20mv，通过放大电路以后信号可在0.5V-3V之间变动。2.1.3 自动音量控制器许多应用类电子装置中都需要自动增益控制电路。自动增益控制电路的功能是在输入信号幅度变化较大时，能使输出信号幅度稳定不变或限制在一个很小范围内变化的特殊功能电路，简称为AGC电路。由于发话人声音大小不同、距离拾音器远近不同，会造成原始语音信号的平均音量差异，解决方法可在放大器上增加自动增益控制电路（AGC），使得原始语音信号弱时放大倍数增大，原始语音信号强时放大倍数减小，从而实现音量自动调节，减小小信号时的量化噪声或大信号时的过载噪声。电路
16、如图2.2所示。图2.2 AGC电路图电路工作原理是将放大后的信号进入自动音量控制器。放大电路输出的音频交流电压经二极管和RC电路构成的包络检波器检波后，输出一个随音频平均电压变化的电压，用此电压控制工作于可变电阻区的场效应管的栅极，改变场效应管的导通电阻，使放大倍数受音频信号大小控制。当音频信号强时自动减小放大倍数，信号弱时自动增大放大倍数，从而实现音量自动调节。其工作过程参考如下：图2.2中，输入信号经电阻R1、R2分压后送往运放F1的同相输入端，二极管VD对运放F1的输出信号整流后，经过一个形滤波电路得到一个负向的AGC电压，这一电压经运放F2放大后送往场效应管3DJ6的栅极。 当输入信
17、号的幅值较大时，相应地得到了较大的AGC电压，运放F2输出较大的负压至场效应管3DJ6的栅极，增大了场效应管3DJ6的源漏极间的电阻，从而减小了运放F1的放大倍数。当输入信号的幅度进一步加大时，场效应管3DJ6 的源漏极间的电阻也会进一步加大，使运放F1的放大倍数进一步减小，直至场效应管3DJ6的源漏极被完全夹断，这时运放F1失去放大能力成了电压跟随器。反之，当输入信号的幅值较小时，AGC电压也很小，运放F2输出也小，场效应管3DJ6的源漏极问的电阻很低，使运放Fl得到较大的放大倍数，从而在F1的输出端可以得到幅值较大的信号。AGC电路的基本原理是随着输入信号幅度的变化产生一个相应变化的直流电
18、压(AGC电压)，利用这一电压去控制一种可变增益放大器的放大倍数(或者控制一种可变衰减电路的衰减量)：当输入信号幅度较大时AGC电压控制可变增益放大器的放大倍数减小(或者增大可变衰减电路衰减量)，当输入信号幅度较小时 AGC电压控制可变增益放大器的放大倍数增加(或者减小可变衰减电路衰减量)。显然，这种自动增益控制可以达到输出信号幅度基本稳定的目的。2.1.4 电平提升电路把参考电压REF（）接到GND端，当信号输入时，ADC0809会把信号的负电平值看做零电平，使转换发生很大的误差。为了解决这个问题，只能从输入信号上找解决的方法。可以采用在信号中加入一直流电平，使整个信号都提升到零电平以上。电
19、平提升电路如图2.3所示：图2.3 电平提升电路2.1.5 A/D转换电路此电路是实现模拟信号到数字语音数据的转换，设计中A/D转换部分采用常用的A/D转换器ADC0809，ADC0809的最大允许采样率为11kHz。可以和单片机直接接口。1、A/D转换器的分类及选用A/D转换器的作用是将模拟量转换为数字量。A/D转换的方法很多，有频率法，双斜积分法和逐次逼近法等，按转换原理可分为四种：计数式A/D转换器、双积分式A/D转换器、主次逼近式A/D转换器和并行式A/D转换器。目前最常用的是双积分式和逐次逼近式A/D转换器。双积分式A/D转换器的主要特点是转换精度高，抗干扰性好，价格便宜；但转换速度
20、慢。因此这种转换器主要用于速度要求不高的场合。另一种常用的A/D转换器是逐次逼近式的。逐次逼近式A/D转换器是一种速度较快、精度较高的转换器，其转换时间大约在几微妙到几百微妙之间。ADC0809是一种典型的A/D转换器。它采用逐次逼近方法进行A/D转换，是8位8通道的A/D转换器，转换时间在100s左右。完全能够达到音频信号的转换要求，它用+5V单电源供电，有28个引脚，双列直插芯片，因此设计时选用此芯片进行A/D转换，其引脚如图2.4所示。图2.4 ADC0809引脚图2、A/D转换器芯片ADC0809ADC0809由一个8位A/D转换器、一个8路模拟量开关、8路模拟量地址所存/译码器和一个
21、三态数据输出锁存器组成，采用CMOS工艺，其内部结构原理如图2.5所示。图2.5 ADC0809内部逻辑结构图中多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换。地址所存与译码电路完成对ADDA，ADDB，ADDC三个地址为进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择。8位A/D转换器是逐次逼近式，由控制与时序电路、逐次逼近寄存器、树状开关以及256R电阻阶梯网络等组成。输出锁存器用于存放和输出转换得到的数字量。IN7IN0：模拟量输入通道。0809对输入模拟量的主要要求是：信号单极性，电压范围05V，若信号过小还需进行放大。另外模拟量输入在A/D转换过程中其值不应变
22、换，因此对变化速度快的模拟量，在输入前增加了采样保持电路。ADDA，ADDB和ADDC：地址线。ADDA为低位地址，ADDC为高位地址，用于对模拟通道进行选择。其地址状态与通道对应关系如表2.1所示。ALE：地址锁存允许信号。在ALE上升沿，ADDA，ADDB，ADDC地址状态进入地址锁存器，选中相应的模拟通道。START：转换启动信号。START上升沿时，所有内部寄存器清零；START下降沿时，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。本信号也可简写成ST。OE：输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线成高阻态；OE=1时，输出
23、转换得到的数据。D7D0：数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。CLK：时钟信号输入端。ADC0809的内部无时钟电路，所需时钟信号由外部提供，始终频率典型值为640KHz，其允许范围为10KHz1280KHz。时钟频率降低时，A/D转换速率降低。EOC：转换结束状态信号。EOC=0，正在进行转换；EOC=1，转换结束。使用时该信号可以作为查询的状态标志，又可以作为中断请求信号使用。Vcc：+5V电源。Vref(+)和Vref(-):正、负参考电压输入端。参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。通常Vref(+）接+5V电源，Vref(-)接地。表2.
24、1 通道选择表ADDCADDBADDA选择的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN73、ADC0809应用说明 （1）ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连。 （2）初始化时，使ST和OE信号全为低电平。 （3）送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。 （4）在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。 （5）是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。 （6）当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。 4、A/D转换器的主要技术指标A/D转换器的技术指标是选用A/D转换器
25、的主要依据。其技术指标主要有转换精度和转换速度等。转换精度常用分辨率和转换误差表示。（1）分辨率分辨率是A/D转换器能够分辨最小信号的能力，常用输出的二进制位数来表示。例如，ADC0809的分辨率是8位，它能分辨满量程输入的1/。（2）转换误差转换误差是A/D转换器实际转换结果相对于理论转换结果的误差，一般用LSB的倍数表示。（3）转换速度转换速度是A/D转换器完成一次转换所需的时间，也称转换时间，是从启动A/D转换器时起，到输出端输出稳定的数字信号时所需的时间。2.2 主机子系统2.2.1 单片机概述单片机（Single Chip Microcomputer）是指把中央处理单元（CPU）、随
26、机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、定时器计数器以及I/O接口电路等主要部件集成在一块半导体芯片上的微型计算机。虽然单片机只是一个芯片，但从组成和功能上看，它具有了微机系统的含义，从某种意义上说，一块单片机芯片就是一台计算机。单片机结构上的设计主要是面向控制的需要，因此，它在硬件结构、指令系统及I/O能力等方面均有独特之处，其显著的特点之一就是具有非常有效的控制功能，故也可以把单片机称为微控制器（Microcontroller）。2.2.2 单片机应用特点1）面向控制，能针对性的解决从简单到复杂的各类控制任务，因而获得最佳的性能价格比；2）抗干扰能力强，适应温度范围宽，能在各种恶劣的环境
27、下可靠性的工作；3）能方便的实现多机和分布式控制，从而使整个控制系统的效率和可靠性大大提高；4）体积小、功耗低、低成本、控制功能强、易于产品化，能方便地组成各种智能化的控制设备和仪器，做到机、电、仪一体化。MCS-51系列是Intel公司在1980年推出的高档8位单片机，具有性能价格比高、品种多、兼容性强、开发用的仿真机较完善等优点，所以在国际上和国内的占有率相当高。按资源的配置数量，MCS-51系列分为51和52两个子系列，其中51子系列是基本型，而52子系列是增强型，以芯片型号的最末位数字为标志。52子系列由于资源数量的增加，使其芯片的功能也有所增强；片内ROM容量从4KB增加到8KB，片
28、内RAM单元数从128B增加到256B，定时器/计数器从2个增加到3个，中断源从5个增加到6个。设计选用ATMEL生产的AT89S52型单片微控制器，AT89S52是40引脚双列直插封装（DIP）的集成电路芯片，其管脚排列及封装形式如图7所示。4个并行口共有32根引脚，可以分别作地址线、数据线和I/O线；两根时钟震荡电路引脚和4根控制线。其强大的更能因为受引脚数目的限制，所以许多引脚具有第2功能。各引脚功能说明如下：Vcc：芯片工作电源端，+5V；Vss：接地端。XTAL1和XTAL2：当使用单片机内部震荡电路时，用来外接石英晶体和微调电容，XTAL1是片内震荡电路反相放大器的输入端，XTAL
29、2是片内震荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体的固有频率；当使用外部时钟时，XTAL1接地，XTAL2接外部时钟信号源。RST/Vpd：RST是复位信号输入端，高电平有效。当RST保持两个机器周期的高电平时，就可以完成复位操作。第2功能Vpd作为备用电源输入端，当主电源Vcc发生故障，电压降低到低电平规定值时，可通过Vpd为单片机内部RAM提供电源，以保护片内RAM中的信息不丢失，使系统在上电后能继续正常运行。ALE/PROG:ALE为地址锁存允许输出信号。在访问外部存储器时，ALE用来锁存PC扩展地址低8位的地址信号。在访问外部存储器时，ALE也以时钟震荡频率的1/6的固定速率输
30、出，因而它又可用作对外输出时钟信号或其他需要。第2功能是对内部有EPROM的单片机的EPROM编程时编程脉冲输入端。PSEN：外部程序存储器ROM的读选通信号输出端。当访问外部ROM时，PSEN定时产生负脉冲作为读外部ROM的选通信号。而在访问外部RAM或片内ROM时，不会产生有效PSEN信号。EA/Vpp：EA是访问外部程序存储器ROM的控制信号。当EA为低电平时，CPU只执行外部程序存储器中的程序。当EA为高电平且PC值小于0FFFFH时，CPU执行内部程序存储器的程序，但当PC的值超出4K时将自动转去执行片外程序存储器内的程序。P0-P3：4组8位并行I/O接口，用于并行数据传送，P0和
31、P2也作为地址线，P3口是内部带有上拉电阻的8位准双向I/O接口，同时具有第二功能。图2.6 AT89S52外形图图2.7 AT89S52内部结构图2.2.3 信号转换与传送图2.8 转换电路原理图ADC0809与单片机控制器的连接如图2.8所示。电路主要涉及两个问题。一个是8路模拟信号通道选择，二是A/D转换完后转换数据的传送。8路模拟通道选择ADDA，ADDB与ADDC分别接地址锁存器提供的低3位地址，只要把3位地址写入0809中的地址锁存器，就实现了模拟通道选择。对系统来说，地址锁存器是一个输出口，为了把3位地址写入，还要提供口地址。图7中使用的是线选法，口地址由P2.0确定，同时以做写
32、选通信号。部分电路连接如图2.9所示。图2.9 信号选择电路由于其典型时钟为64kHz，所以一般应用电路都把MCS-51的地址锁存信号经二分频后输入ADC0809的时钟端，这种接法限制了ADC0809的采样速率。ADC0809的最大时钟可达1.28MHz，可以从MCS-51的ALE端直接引入1MHz的时钟信号，这样完全可以使ADC0809的采样频率达到8kHz。带通滤波器的通带为3003 400 Hz ,系统的采样频率定为8kHz,即每秒钟采样8000点语音数据,每一点数据以一个字节表示电平范围调整电路是将原先双极性的语音信号转换到05V 的范围,以满足ADC0809对接口信号的要求。2.3
33、后向通道子系统数字存储的关键技术在于数据的编码压缩和物理存储空间的扩展，这是主机子系统所要解决的问题。以8位采样精度、8kHz采样速率计，每秒钟的语音信息经PCM编码后的数据量为8kbyte，以8051的最大寻址能力（64kbyte）存储数据，也只能存储8sPCM语音，况且单片机的外设如键盘、显示以及A/D、D/A转换器都要占用寻址空间。所以要实现更长时间的语音存储就必须要扩展内存，同时采用非常规的CPU寻址模式。2.3.1 分页存储RAM阵列及分页寻址模式：利用4片62256组成RAM阵列，并采用分页存储模式，可将单片机系统的存储空间扩展至128kbyte。分页存储模式是以8kbyte存储空
34、间为一页，利用P0的全8位和P2口低5位作为地址线，共13位，对页内寻址。P1口的P1.0P1.3经4-16译码器引出16线作为也选地址线参与寻址。由于P1口具有锁存功能，所以对P1口的改写只发生在换页时刻，平常并不占用系统时间，对高采样频率没有影响。同时，为保证分页内存可靠性，开机或复位后，系统将通过校验写入与读出值自动检查各页内存，成功后再进入工作状态。128kbyte的RAM阵列可将PCM语言信息存储16s。2.3.2 数据压缩采用增量调制技术实现数据压缩：增量调制是一种实现简单且压缩比高的语言压缩编码方法，该方法只用一位码记录前后语音采样值S（n）、S（n-1）的比较结果，若S（n）S
35、（n-1），则编为“1”码，反之则为“0”码。2.3.3 键盘及显示键盘和显示：键盘直接与数据总线相连，有键按下时可发出中断申请。显示部分由专用显示芯片驱动8位七段数码管实现。第三章 软件设计3.1 总体程序设计系统程序由三部分组成,即主程序、键盘中断处理程序和系统定时器中断处理程序。主程序流程图如图3.1所示。各部分程序功能如下所述:程序中将程序运行状态分为三种,即FREE (空闲态)、RECORD(录音)、ALARM (录音完毕报警)。开始系统初始化调用数制转换子程序调用数据采集子程序取相应通道数据调用标度变换子程序调用数据显示子程序调用数据发送子程序图3.1 主程序流程图3.2 数字滤波
36、程序输入A/D转换器的信号虽然经过带通滤波器滤波,但由于ADC0809进行A/D 转换时,末位数据会有跳变,故产生了高频信号,因此要进行数字滤波。数字滤波方法主要有算术平均值滤波、加权平均值滤波、滑动平均值滤波等。其中算术平均值滤波和加权平均值滤波都要采样多个数据,然后求算术平均值或加权平均值,但由于必须采样多次,故检测速度较慢,所以采用滑动平均值滤波。其算法为:先在存储器RAM 中建立一个数据缓冲区,依次存放8个数据,每采进一个新数据,就将最早采集的那个数据丢掉,而后求包括新数据在内的8个数据的算术平均值。这样每进行一次采样,即可算出一个新平均值,大大增加了数据处理的速度。汇编源程序CH E
37、QU 30HDPCNT EQU 31HDPBUF EQU 33HGDATA EQU 32HST BIT P3.0OE BIT P3.1EOC BIT P3.2ORG 00HLJMP STARTORG 0BHLJMP T0XORG 30HSTART: MOV CH,#0BCHMOV DPCNT,#00HMOV R1,#DPCNTMOV R7,#5MOV A,#10MOV R0,#DPBUFLOP: MOV R0,AINC R0DJNZ R7,LOPMOV R0,#00HINC R0MOV R0,#00HINC R0MOV R0,#00HMOV TMOD,#01HMOV TH0,#(65536-4
38、000)/256MOV TL0,#(65536-4000) MOD 256SETB TR0SETB ET0SETB EAWT: CLR STSETB STCLR STWAIT: JNB EOC,WAITSETB OEMOV GDATA,P0CLR OEMOV A,GDATAMOV B,#100DIV ABMOV 33H,AMOV A,BMOV B,#10DIV ABMOV 34H,AMOV 35H,BSJMP WTT0X: NOPMOV TH0,#(65536-4000)/256MOV TL0,#(65536-4000) MOD 256MOV DPTR,#DPCDMOV A,DPCNTADD
39、A,#DPBUFMOV R0,AMOV A,R0MOVC A,A+DPTRMOV P1,AMOV DPTR,#DPBTMOV A,DPCNTMOVC A,A+DPTRMOV P2,AINC DPCNTMOV A,DPCNTCJNE A,#8,NEXTMOV DPCNT,#00HNEXT: RETIDPCD: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66HDB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH,00HDPBT: DB 0FEH,0FDH,0FBH,0F7HDB 0EFH,0DFH,0BFH,07FHEND3.3 语音压缩由于数字语音信号数据庞大,10 s 语音信号数据即需80 K存储器,为了
40、提高存储器的利用率,必须进行数据压缩。数据压缩算法可分为失真压缩算法和非失真压缩算法。失真压缩算法一般是对信号进行付立叶变换,然后抽取有用频率分量,解压时进行反变换,从而恢复有用信号,采用此种压缩算法压缩量较大,但本系统却不宜采用,主要原因有两点: 语音信号频带较窄,采用付氏变换会丢失部分有用频率分量,从而引起失真。付氏变换运算量庞大,8 位单片机很难应付。所以采用非失真压缩算法。其具体算法为:当有两个以上连续相等的数据时,可以用三个字节表示,即前两个字节相等表示被压缩的数据值,后一个字节表示重复的次数。由于语音信号自身的特点,即冗余度大,这就为此种压缩提供了可能。同样,在解压时,程序读入数据
41、流,当遇到两个相等数据时则重复此数,重复次数由后一个数据决定。进行A/D转换时，采用查询EOC的标志信号来检测A/D转换是否完毕，若完毕则把数据通过P0端口读入，经过数据处理之后在数码管上显示。进行A/D转换之前，要启动转换的方法：ABC110选择第三通道，ST0，ST1，ST0产生启动转换的正脉冲信号。中断方式使用EOC信号作为向微控制器的中断申请。在主程序中，向ADC发出首次启动转换信号后，并计数管理转换通道数。当检测到EOC的请求后，转去执行中断服务程序，读取转换结果，并启动下一次转换，后继续执行。键盘部分软件主要功能是实现对通道号指示缓冲区的数值进行增或减，从而控制通道的选择。结论数据
42、采集技术可应用于不同的工农业现场，是一项非常实用的技术。通过对数据采集和传输的初步研究，以8051、ADC0809和一些相关接口建立起这样一个基于单片机的数据采集和传输系统的硬件平台，配合相应的软件实现对8路模拟量的采集与传输。由于时间，水平有限本论文还有许多部分未能详细分析，在此仅作简单了解和认识。信号采集过程中，被测量一般由传感器供给，常为微弱信号，需要对其进行适当的调整。由于此处输入信号满足A/D转换器的输入要求，所以本文并为详细讨论。但在实际工程设计中必不可少。信号调理的任务就是将被测对象的输出信号变换成计算机要求的输入信号。信号调理包括：阻抗匹配、放大电路、隔离电路、滤波等。放大电路
43、与传感器之间往往存在阻抗不匹配的现象，信号要进入A/D转换器也存在阻抗匹配问题，阻抗不匹配会使信号在传输过程中严重畸变，导致严重检测误差，调理过程中必须十分注意阻抗匹配问题，一般阻抗匹配可以由运放组成的跟随器完成。信号放大电路是信号调理电路的核心，一般传感器输出的物理信号量幅值很小，需要通过放大调理电路来增加分辨率和敏感性，将输入信号放大为A/D转换所需要的电压范围，为了获得尽可能高的精度，应将输入信号放大至与ADC量程相当的程度。几乎所有的数据采集系统都会不同程度的受到来自电源线或机械设备的50Hz噪声干扰，因此大多数信号调理电路包含低通滤波器，最大限度的剔除50Hz或60Hz的噪声。交流信
44、号（如振动）则往往需要防混淆滤波器，防混淆滤波器是一种低通滤波器，具有非常陡峭的截止频率，几乎可以将频率高于采集板输入信号带宽的信号全部剔除；若不除去，这些信号将会错误的显示为数据采集系统输入带宽内的信号。系统用户界面友好，显示采用高亮LED,十分醒目。在每次的功能切换时都设置了英文显示提示，因此该系统具有广泛的推广价值。致 谢 本研究及论文设计是在我的导师王日霞老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。王老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向王老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。我还要
45、感谢在一起愉快的做毕业论文小组的同学们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们! 最后，再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢！参考文献1丁元杰，单片微机原理及应用.北京：机械工业出版社，19942苏平，单片机原理与接口技术.北京：电子工业出版社，20033高林，单片机原理与接口技术.北京：人民邮电出版社，20024陈兆梅，印制电路板设计实用教程.北京：机械工业出版社，20085樊会灵，电子产品工艺M.北京：机械工业出版社，20026王津，单片机原理及应用.重庆：重庆大学出版社，200025附录附录A YN开始定义A/D转换缓冲区首地址开中断置通道数置DPTR启动转换等待中断各通道采完？中断处理返回关中断附图A 数据采集程序流程图附录B The AT89