基于ADPCM的数字语音存储与回放系统设计方案

本的AD620、INA129.对于调制电阻RG ，通过增益计算公式G = 49.4 kΩ/RG + 1 可以计算得到， RG 使用50 kΩ可调电位器来达到2.5 倍的增益放大，电路设计图如图6，图7所示。

　　3.2 A/D及D/A设计电路

　　PCM3010 为24 b 立体声音频编码器，其内部包含Σ-Δ 型ADC和DAC.其中立体声ADC输入信号峰峰值为3 V，内置抗混叠滤波器和高通滤波器，采样速率为16~96 kHz可调，立体声DAC输出信号峰峰值为3 V，内置去加重滤波器，转换速率为16~192 kHz可调。DAC输出信号接后置低通滤波器，可实现较好的波形输出。

　　该芯片将ADC、DAC集成一体，极大地简化了硬件电路规模，并且价格便宜，具有极高的性价比。这里在某些数据线与控制线上串接了一个小电阻，以降低信号上下边沿的跳变速率。其电路图如图8所示。

　　3.3 音量控制及功放电路

　　音量调节选用高性能立体声音频音量控制芯片PGA2310实现。通过数字方法控制模拟音量，每声道音量单独可调，并具有静噪功能。它具有极宽的增益衰减范围，-95.5~31.5 dB 以0.5 dB 步进可调，失真度仅为0.000 4%.其输出两路信号送入高效D 类音频功率放大器TPA2000D4，+5 V 供电驱动4 Ω负载时功率可达2 W.其静态功耗低，外接电路简单，无需外接LC输出滤波器，即可直接驱动扬声器。电路图如图9所示。

　　4 程序设计

　　系统软件部分由单片机的 C51语言和FPGA的Ver-ilogHDL语言组成。其中，单片机主要完成用户输入输出处理和系统的控制，FPGA主要完成需要严格时序控制（如数据采集、频谱显示）以及大规模数据计算（如FFT、ADPCM 编码）等。整个系统的设计中模块化思想贯穿始终，采用菜单键选择所用功能，系统流程图如图10 所示。

　　5 方案测试与结果

　　5.1 测试仪器

　　测试仪器包括直流稳压稳流电源，型号为SG1733SB3A;60M 数字存储示波器，型号为TektronixTDS1002;秒表。

　　5.2 方案测试与结果

　　5.2.1 语音存储与回放效果测试

　　（1）一名组员面对麦克风以不同大小的声音说话，录下一段语音，记录回放语音的效果，结果见表1.

　　（2）由耳机输入不同音量的立体声音乐，录下一段语音，记录回放语音的效果，结果见表2.

　　5.2.2 语音存储时间测试

　　（1）由耳机不间断地输入立体声音乐，启用录音模式，待系统显示存储器存满后，回放语音，用秒表记录语音回放最长时间，结果见表3.

　　（2）一名组员面对麦克风不间断地说话，启用录音模式，待系统显示存储器存满后，回放语音，用秒表记录语音回放最长时间，结果见表4.

　　5.2.3 语音频谱分析及显示测试

　　由耳机或麦克风输入一段语音信号，由扬声器直接播放出来，同时在示波器上实时显示频谱。测试结果为当播放的声音变化时，可观察到频谱有相应的明显变化。

　　由于不能明确知道语音信号的实时频率和幅度信息，故只对频谱进行了定性测试。

　　6总结

　　该系统设计方案实现了语音存储及回放，最长存储时间达2 min，回放语音效果清晰良好，并能在示波器上实时显示语音频谱。采用ADPCM 编码在保证回放音质的情况下，极大地提高了存储器的利用率，并通过对语音信号采用分帧加窗的方法实现了短时频谱分析。

　　另外，系统采取了一系列抗干扰措施以减小噪声，如数字地与模拟地分开走线，在一点汇合；电源处采用一个10 μF和0.1 μF的电容并联去耦；时钟走线尽量短等。但系统在语音回放时仍存在一定的噪声，尤其当输入语音音量较小时，噪声更为明显，这是本方案需要完善的地方。