電子設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

-z.電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名李浩然指導(dǎo)教師賈立新班級(jí)自動(dòng)化0903學(xué)院信息工程學(xué)院提交日期2010/12/4一，設(shè)計(jì)題目基于SOC單片機(jī)的數(shù)字化語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求：〔1〕前置放大器增益可調(diào)，功率放大器輸出功率≥0.5W〔2〕帶通濾波器：通帶為300Hz～3.4kHz?！?〕ADC：采樣頻率fs＝8kHz，字長(zhǎng)8位。〔4〕語(yǔ)音存儲(chǔ)時(shí)間≥60秒?！?〕DAC：變換頻率fc＝8kHz，字長(zhǎng)8位?！?〕回放語(yǔ)音質(zhì)量良好。〔7〕采用語(yǔ)音壓縮算法，增加錄放時(shí)間。二,方案設(shè)計(jì)語(yǔ)音的存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)將語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)放大、濾波處理后通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，然后將數(shù)字化的語(yǔ)音信號(hào)存放在大容量的存儲(chǔ)器中；回放時(shí)，從存儲(chǔ)器中取出數(shù)字化的語(yǔ)音信號(hào)，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，經(jīng)濾波放大后驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。模擬子系統(tǒng)設(shè)計(jì)前置放大電路設(shè)計(jì)在語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)中，通過(guò)麥克風(fēng)將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。麥克風(fēng)內(nèi)部含有一個(gè)電容元件和場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的內(nèi)部前置放大器。電容隨機(jī)械振動(dòng)發(fā)生變化，從而產(chǎn)生與聲波成比例的變化電壓。麥克風(fēng)在使用時(shí)需要通過(guò)一個(gè)電阻R1連接到電源對(duì)其進(jìn)展偏置。R1的阻值決定了麥克風(fēng)的輸出電阻和增益，通常在1~10kΩ之間。麥克風(fēng)輸出的電信號(hào)比擬微弱，信號(hào)增值在1~20mV之間。前置放大器就是對(duì)麥克風(fēng)輸出的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)展放大一邊對(duì)其進(jìn)一步處理。前置放大電路有兩種設(shè)計(jì)方案。一種方案是針對(duì)雙麥克風(fēng)設(shè)計(jì)的前置放大器，由一級(jí)差分放大器和一級(jí)增益可調(diào)反向放大器組成的設(shè)計(jì)方案。本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為了是器材簡(jiǎn)單，使用了后一種，電路圖如下所示帶通濾波器設(shè)計(jì)語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)中，模擬量輸入通道和輸出通道均需要帶通濾波器。帶通濾波器的通帶范圍為300Hz~3。4kHz，主要實(shí)現(xiàn)的功能如下：保證300Hz~3。4kHz的語(yǔ)音信號(hào)不失真的通過(guò)濾波器。濾除帶通外的低頻信號(hào)，減少工頻等分量的干擾，減小噪聲影響。濾除帶通外的告辭諧波信號(hào)，減少因8kHz采樣率引起的混疊失真，根據(jù)實(shí)際情況，該上限頻率在2。7kHz左右。帶通濾波器按品質(zhì)因數(shù)Q的大笑分為窄帶濾波器〔Q〉10〕和寬帶濾波器〔Q〈10〕兩種。在本系統(tǒng)中，上線頻率fH400Hz，下線頻率fL=300Hz，帶通濾波器的中心頻率f0與品質(zhì)因數(shù)Q分別為顯然，Q〈10。過(guò)帶通濾波器為寬帶帶通濾波器，寬帶帶通濾波器一般采用高筒濾波器和低通濾波器級(jí)聯(lián)構(gòu)成。以下給出4階低通濾波器和4階高筒濾波器設(shè)計(jì)過(guò)程。四階低通濾波器由兩個(gè)二階低通濾波器串聯(lián)而成，二階低通濾波器如下列圖：計(jì)算二階四階低通濾波器參數(shù)值前一個(gè)低通濾波器Q1=0.541，后一個(gè)低通濾波器Q2=1.306根據(jù)對(duì)電路的交流分析，傳遞函數(shù)為將上式與原理圖中的二階低通濾波器傳遞函數(shù)QUOTE,比擬得QUOTEQ=設(shè)QUOTE得到濾波器中各項(xiàng)參數(shù)的計(jì)算公式為解的參數(shù)值為Q=0.541假設(shè)C2=2200pF，基準(zhǔn)電阻R0=1/2QUOTEfHC2，R0=21.29KQUOTEC1=4Q^2(1+A0)C2=5151pF.R7=R0/(2QA0)=19.67KQUOTER8=A0*R1=19.67kQUOTER9=R0/[(2Q(1+A0))=9.83KQUOTEQ=1.306假設(shè)C2=2200pF，基準(zhǔn)電阻R0=1/2QUOTEfcC2，R0=24.11KQUOTEC1=4Q^2(1+A0)C2=0.0313uFR10=R0/(2QA0)=8.15KQUOTER11=A0*R1=8.2KQUOTER12=R0/[(2Q(1+A0))=4.07KQUOTE四階高通濾波器由兩個(gè)二階高通濾波器串聯(lián)而成，二階低通濾波器如下列圖：其中C1，R1構(gòu)成高通級(jí)，通過(guò)R2的正反應(yīng)對(duì)Q進(jìn)展控制。利用前面公式，可以計(jì)算出如下解Q=0.541C1=C2=C0=0.033uFR0=1/2QUOTEfLC0=16.08KQUOTEC3=C0/A0=0.033uFR13=R0/[Q(2+1/A0)]=11.88KQUOTER14=R0[Q(1+2A0)]=21.75KQUOTEQ=1.306C1=C2=C0=0.033uFC3=C0/A0=0.033uFR15=R0/[Q(2+1/A0)]=4.10KQUOTER16=R0[Q(1+2A0)]=62.98KQUOTE利用以上參數(shù)，可以得到最后的電路圖為下列圖：〔2〕數(shù)字子系統(tǒng)設(shè)計(jì)鍵盤接口設(shè)計(jì)：鍵盤采用4*4矩陣式鍵盤，Y0~Y3為四根列掃描信號(hào)輸出線，輪流將每一列置為低電平。*0~*3為四根行輸入線，但沒(méi)有鍵按下時(shí)，*0~*3被上拉電阻拉成高電平。KEYCLK為鍵盤接口的時(shí)鐘信號(hào)，可由單片機(jī)IO引腳提供，也可由外部有源晶體振蕩器或RC振蕩器提供。DAV為鍵值有效信號(hào)，當(dāng)按鍵有效時(shí)，DAV產(chǎn)生由高到低的跳變，向單片機(jī)發(fā)出外部中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)通過(guò)中斷效勞程序從鍵盤接口讀取四位鍵值。頂層原理圖如下LCD12864模塊并行接口設(shè)計(jì)：LCD12864作為單片機(jī)的外部設(shè)備，單片機(jī)通過(guò)MOV*指令對(duì)LCD12864內(nèi)部存放器進(jìn)展讀寫(xiě)。C8051F360的P1端口先送出低8位地址，然后/WR或/RD信號(hào)有效，因此可用低8為地址線中的A1，A0作為L(zhǎng)CD12864的RW與RS。E信號(hào)為高電平有效，時(shí)序上滯后于RS，RW信號(hào)，因此可以利用/WR與/RD信號(hào)通過(guò)一與非門得到E信號(hào)，為了防止單片機(jī)在訪問(wèn)其他外設(shè)時(shí)對(duì)LCD12864產(chǎn)生誤操作，E信號(hào)的產(chǎn)生同時(shí)還應(yīng)加一片選信號(hào)LCDCS。頂層原理圖如下C8051F360與FPGA接口：C8051F360單片機(jī)通過(guò)一個(gè)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口來(lái)尋址片外的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與外部設(shè)備。在設(shè)計(jì)中，把EMIF設(shè)置成引腳復(fù)用模式。選擇不帶塊選擇的分片模式。把外部數(shù)據(jù)接口引腳設(shè)置為推拉式輸出。在ALE高電平期間，P1口先送出低8位地址，在ALE下降沿時(shí)刻，P1口的低8位地址處于穩(wěn)定狀態(tài)，因此可用一地址鎖存器在ALE下降沿時(shí)刻將地址鎖存。隨后，讀寫(xiě)數(shù)據(jù)出現(xiàn)在P1口上，同時(shí)/RD與/WR信號(hào)有效。在/RD或/WR信號(hào)的上升沿前，數(shù)據(jù)被讀入單片機(jī)或被寫(xiě)入殉職的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元。頂層原理圖如下系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)語(yǔ)音存儲(chǔ)回放系統(tǒng)軟件的根本功能是通過(guò)按鍵控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)錄音和放音。錄音時(shí)，采集語(yǔ)音信號(hào)并將采集的數(shù)據(jù)存入M25P16中，放音時(shí)，從M25P16中讀取數(shù)據(jù)送入DAC，系統(tǒng)分為以下幾個(gè)框架人機(jī)接口的功能設(shè)計(jì)M25P16的讀寫(xiě)方案設(shè)計(jì)A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的控制C8051F360單片機(jī)內(nèi)部資源的使用主程序流程圖如下鍵盤中斷效勞程序流程圖A/D中斷效勞程序流程圖定時(shí)器T2中斷效勞程序流程圖三，系統(tǒng)調(diào)試單片機(jī)局部的調(diào)試單片機(jī)局部的調(diào)試主要是對(duì)系統(tǒng)局部進(jìn)展調(diào)試，將EC5仿真器將單片機(jī)最小系統(tǒng)與PC機(jī)相連，采用C8051F單片機(jī)的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境SiliconLaboratoryIDE進(jìn)展調(diào)試，主要步驟如下調(diào)試鍵盤顯示程序測(cè)試單片機(jī)對(duì)M25P16讀寫(xiě)是否正常測(cè)試C8051F360單片機(jī)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換器模擬局部的調(diào)試麥克風(fēng)和前置放大器的調(diào)試帶通濾波器的調(diào)試音頻功放電路的調(diào)試四，實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過(guò)這次試驗(yàn)，對(duì)C8051F360和FPGA有了深刻的理解，通過(guò)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)，容易出錯(cuò)的地方往往不是程序代碼語(yǔ)法或者輸入錯(cuò)誤，而是系統(tǒng)邏輯問(wèn)題，因此在以后的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要重視邏輯的建立，在做系統(tǒng)之前，首先要畫(huà)出沒(méi)有挑剔的程序流程圖，因?yàn)檫@是系統(tǒng)的思想路徑，只有有了明確正確的路徑，才能踏踏實(shí)實(shí)的編寫(xiě)程序，同時(shí)也會(huì)發(fā)現(xiàn)，以前恐懼的幾百行代碼已經(jīng)變得多么易于理解了。還有，再寫(xiě)好代碼后，最重要的就是調(diào)試，很多時(shí)候，實(shí)際和自己的理論判斷并不是相靠攏的，這時(shí)我們要相信實(shí)際，逐步的調(diào)試，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的完美設(shè)計(jì)。五，程序代碼//voicesampleandplay//designangdonebyhaoranleein2011/12/4#defineucharunsignedchar#defineWDATADDR0*C009#defineRDATADDR0*C00B#defineWCOMADDR0*C008#defineRCOMADDR0*C00A#defineKEYCS0*C00C;ucharcodehanzi[]="語(yǔ)音存儲(chǔ)回放";voidCheckLcd(){uchartemp=0*00;uchar*data*addr; 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