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1、精选优质文档-倾情为你奉上基于单片机的变声器设计与实现Design and implementation of voice changer based on MCU摘 要在今天的音频处理应用中，应用范围从一个简单的循环到预置的播放速率和更长的播放时间，给了人们一个更好的音频体验环境。在理想的设想中，将时间缩小或扩大和对音调的调制处理，应该还是有发展的空间的，以此来提供更好的声音质量或更加快的处理速度。应该令音流中的时间顺序不发生改变能够正常工作。变声器的原理是将输入声音的频率变换，并且将声音的声调，音色都进行变换，令最后播放出来的声音和原来的声音相比，是有很明显人耳即可分别出来的区别的。变声器
2、是通过对声音的声调还有音色双重的变换，来实现输出声音的变化。变声器的语音转换是通过将从外界获得的音频，将这些音频通过模数转换，送到单片机，经过单片机处理后，将输入的声调或音色加以改变，接着通过数模转换，并利用放大电路，将变化后的音频输出。关键词：变声器；变声基本原理；语音专心-专注-专业Design and implementation of voice changer based on MCUAbstract In todays audio processing applications, the range of applications has been from a simple lo
3、op to the preset playback speed and long time to give people a better audio experience. Ideally, the time compression / expansion and modulation processing should is scalable to provide better audio quality or faster processing speed. The timing of events in the audio stream should be maintained.The
4、 principle of voice changer is by changing the frequency of input voice, and change the sound of the tone, tone, voice output are different with the original sound in the sense. Is the use of double voice changer changes to voice sound and tone, realize the change of sound output.Voice changer throu
5、gh receiving external input audio. The collected audio, by an analog digital conversion, sent to the microcontroller processing, change input tone or tone, through digital to analog conversion and amplifying circuit, changed the voice audio output.Key Words：Voice Changer；The basic principle of crack
6、；Voice目 录引 言不论是硬件或者是软件的变声器，它的原理都是相同的，都是将输入声音的频率进行改变，继而将这段声音的声调还有音色都加以改变，让最后变换后的声音在感官上可以感受到不同于原声音的变化。所有人的声音都是不一样的，因为每个人的声调和音色都有或多或少的区别，一般所说的低音，中音，高音，都是声调的不同。而即使声调是相同的，还是依然能够判断出相同声调的人的不同的声音，或者各种乐器的声音，这是因为音色上依然有区别。变声器，它是将声音的声调还有音色进行双重的变换，来达成声音输出的变化。改变共振峰频率是在重采样的基础上来达成的。在重采样原理上可以得知，它同时也促使了基频发生了改变，为了能让基频
7、的变换和共振峰频率之间的变换可以相互独立，没有什么关联。在基带移动的时候，要注意抵消重采样造成的一些偏离。理论上，声音的检测只要确实准确，足以保证声频的改变和共振峰频率的变化之间没有什么关联。保证声音变化后的样子的自然效果主要是因为没有用声音的检测，让声音的移动和共振峰分隔开来的原因。 1 设计要求1.1 预期成果 变声器通过接收外界输入的音频，将接受到的音频通过单片机改变音色或者是音调，然后将变声后的音频输出。按照设想的情况做出一个成品，它通过按键录入需要变化的声音，然后经过一系列的处理之后，改变原有的音色、频率，通过扬声器播放出改变后的声音。变换后的声音可以在感官上就感受到和原声的区别。1
8、.2 研究重点 在声音的处理程序中，声音处理的数据基本相同，就是对声音的几个基础的参数，音色，声调，频率，信号强度的处理。怎样处理声音的变化是改变声音的途径，也是需要做主要论述的问题，处理声音变化的方式包括音频缩小扩大，声调改变。要把需要录入的声音成功的通过模数转换变换成电子信号，然后还有通过单片机存入记忆芯片，保证存储的信息不丢失。存储的信息又可以成功的提取处理，经过处理之后能够把录入的音频在处理变声之后，完整的播放出来。2 声音的收集2.1 话筒本设计使用的话筒是驻极体话筒，它是一个电容式的麦克风。这种麦克风的基本原理就是用电容器作为声电信号之间的转换器。这个电容有一个地方可以感受的声音力
9、度的变化，促使声音的信号可以成功别接收到。他通常由一种金属膜所组成，形成一个记性的距离来改变电容器的另一个极点。当感受到声音的力度时，膜片的震动、振动的频率、振动的强度都是有瞬时声压来决定，其电容与声信号的变化相对应。如果再这个时间令这个电容具有恒定的一个电压，那么电容变化将使电容器极化，改变电荷量，并在两端的电容器产生电信号，声电信号进行转换。实现在阻抗匹配之后，信号会被放大。1.1.1 基本原理驻极体传声器主要由两部分组成：内部的声电转换和阻抗变换。声电转换部分包括极板、振膜和空间三部分。声电转换是膜片的关键元件，它是一层薄薄的塑料薄膜，在一层蒸发一层金膜，并通过高压电场在后柱上，并双方分
10、别负责连接的异性，蒸汽侧的隔膜和金属外壳。薄膜的另一边是从金属板上分离出来的，它由一个薄的绝缘隔片隔开，从而使电容器在蒸汽金膜和金属板之间形成。当声音被引入时，振动膜与声波运动的振动，当膜片和固定电极之间的电容也随声音的变化。由此产生的交变电压信号是随着声波的变化而变化的，从而完成了对电信号的转换过程。电压变化的大小表现出了外界声压的成都，这样的变化表现出了外部声音的情况。极板与振膜间的电容量相对要小，通常是几十pF。所以电信号的输出阻抗会非常高，并且很微弱。因此，音频放大器不能直接连接到驻极体传声器的输出。高阻抗低噪声系数场效应晶体管的有这样特点。所以，一般是在一个结型场效应晶体管管高输入阻
11、抗是用来放大内部麦克风访问驻极体电容电压信号较低阻抗源极和漏极的输出信号和阻抗变换。前置放大器是一方面电容话筒头输出信号前置放大器，另一方面则主要是将高输出阻抗的电容转换为低阻抗输出。小型前置放大器电路主要由两部分组成，其中一部分是由场效应管组成的阻抗变换电路，而另外一部分是放大电路。2.1.2 驻极体前置放大电路驻极体前置放大器基本低层音频放大电路中，由于信号的大动态范围是可以处理的，包括各种各样的驻极体传声器和各种等级的信号源阻抗型，他们以丰富多样的形式组成。这些因素会影响电路优化的具体特定应用。前置放大器是电容话筒头输出信号前置放大器，另一方面则主要是将电容器的高输出阻抗转换为低阻抗输出
12、。麦克风前置放大电路采用NE5532放大器，低成本，低功耗。它的功能是放大输入电压和输入信号，以过滤输入电压。2.2 声音的变换2.2.1 模数转换声音的模数转换经常会出现我们平常生活的各种地方，一个小的不经意的地方都可能会存在声音的模数转换。比如可以录音的电话、现在可能不常见但是在我小时候经常使用的复读机等。它们都是将声音经过模数转换后存储起来，在回放的时候又变回原先的声音。模拟信号是存在在真实世界里的，比如压力、声音、图像或者温度这些等等，想要将它们更加容易的存储、处理和传输，就需要将它们转换成离散的数字信号。要达到这张的效果就需要模数转换，在现实很多不同的东西里都可以找到利用它的地方。声
13、音信号的转换是由麦克风声音的变化而改变的电压信号。将信号转换为数字信号，由高速模数转换器转换为数字转换器。这是一系列0和1。在这个时候，你可以下载一系列数字信号给单片机。要储存这些信息，需要编写一个表为了所写的信息。然而，这些信息的信息量会有很多很多。声音质量的要求越高，长度越长。那么那些信息占用空间就会更大。因此，将有一个拥有大容量存储器的语音电路。声音的模数转换主要是指机械振动所发出的声信号转换为音频电流信号，最后又还原为声信号的一个系统。整个过程可以概括为换能、放大、还原三个环节。 就像普通的物理振动能产生机械振动，电流也是可以振动的。而电流的振动就被称作为电振动。电流的周期变化的衰减被
14、称为振荡电流。在振荡电路中能够产生震荡的电流的，一般是由电感、电阻和电容等电子元件组成。电路的振荡频率，就是所谓的电路的固有频率，是由元件的各种数据确定的。在声电转换的过程中，由适当的传感器或变换器来改变电压波形的声波能量，转换为一种电子信号，这种信号被叫做电压，它和声波都是变化的。为了表示麦克风接收到的声音被电压记录了，可以连接到一个放大器，以驱动扬声器，并将电子信号转换成声音，并与原来的声音相比。2.2.2 声音的回放在声音回放的时候，需要用可以保证采样率相同的单片机将这一系列的信号提出来。接着传到高速数字-模拟转换器。这将输出预先存储的模拟信号。而这个信号不能直接推动扬声器。还需要通过滤
15、波器来滤除高频谐波。数字模拟转换器转换中的高速开关干扰。然后通过音量控制或直接进入低功率放大器。最后可以发到扬声器。2.3 ISD1820录音芯片2.3.1 概述ISD820芯片的基本结构是CMOS技术，包括振荡器、话筒前置放大器、自动增益控制、抗混叠滤波、平滑滤波、扬声器驱动器和闪存阵列。最小记录系统是一个麦克风，扬声器，两按钮，3V电源和几个电阻和电容，在记录操作结束时，芯片进入低功耗模式。芯片可以非常真实和自然再现的声音，音乐，声音和声音的影响，以避免一般的固体电路由于量化引起的噪声和金属声。2.3.1 主要特性1. 3v单电源工作2. 外接电阻调整录音时间3. 边沿或电平触发放音4.
16、自动省电，保持电流2.3.2 特性参数 的放水电费水电费等第三方第三方的所发生的发水电费水 第三方斯蒂芬斯蒂芬斯蒂芬所发生的水电费水电费gar刚 问题更为广东省GV电风扇的风格的所发生的大师傅水电 士大夫撒是粉色水电费水电费上分水电费阿斯蒂芬阿斯蒂 四的房产税的服务范德萨发违法水电费违法范文芳玩法玩 如上表所示是ISD1820的极限参数，下表所示为工作参数。符号参数典型值最小值最大值单位条件VIL输入低电平0.8VVIH输入高电平2.0VVOL输入低电平0.4VIOL = 4.0mAVOH输出高电平2.4VIOH = -1.6mAICCVCC电流（工作）30AVcc = 4.5VISBVCC电
17、流（静态）0.510mAREXT输出负载阻抗8RMIC前置放大输入电阻10kAMSP话筒到SP + / - 增益42dBAGC = 0.0VTDB数据延迟时间84msTEOMEOM脉冲宽度84msTHD总谐波失真1%1kHz，Vin = 15mVPOUT扬声器输出功率24.4mW负载阻抗 = 8VOUT扬声器输出电压1.252.5Vp - p负载阻抗 = 600VIN话筒输入电压15300mV2.3.2 封装形式 额外热54具体如图发挥大 淡粉色范文芳沃尔夫违法 而威尔而温柔而威尔稳稳 额外认为二位二位而威尔 儿3热乎人以及日热帖刻2.3.2 引脚描述电源(VCC)：在不同的电源总线上使用模拟
18、电路和数字电路，以满足该引脚，使噪声最小化。去耦电容应尽可能靠近芯片。地线(VSSA,VSSD)：芯片内部的模拟电路和数字电路在这个引脚的不同的接地收敛。录音 (REC)：有效的高水平，只要REC变高（无论是在芯片的电源关闭状态或玩），芯片开始记录。在记录中，记录必须保持高。当REC变低或结束的记忆记录期间，芯片自动写入一个信息结束标志（EOM），以便播放操作可以操作后立即停止。然后芯片自动进入省电状态。注：REC的上升沿有84毫秒防颤，防止按键误触发。边沿触发放音(PLAYE)：当芯片开始播放。直到EOM标志或记忆播放芯片自动进入节电状态。放音后，可以释放。电平触发放音(PLAYL)：从低开
19、始到高时，芯片播放。继续这端回到低电平或遇到EOM标志，或记忆的终结。自动进入省电状态播放结束后。录音指示(/RECLED)：在记录状态时，这个结束是低的，可以被驱动。此外，玩家遇到EOM标志，低电平脉冲输出。这可用于脉冲触发播放，实现循环播放。话筒输入(MIC)：这一端连接到芯片上的前置放大器。前置放大器的增益的自动增益控制电路在芯片控制（AGC）。外部麦克风应连接到串联电容器的端。耦合电容值和终端10K输入阻抗确定芯片频带的低频截止点。话筒参考(MIC REF)：这是前置放大器的反向输入。当麦克风被连接在一个差分模式时，可以降低噪声，提高共模抑制比。自动增益控制(AGC)：动态AGC调节增
20、益预在话筒输入补偿水平的巨大变化，使得其体积巨大的变化记录（从耳语到嘈杂的声音）当失真可以保持在最低限度。通常4.7uF电容器在大多数情况下可以得到满意的结果。喇叭输出(SP+,SP-)：输出可直接驱动8欧姆以上扬声器。单端的使用必须是在扬声器和扬声器之间的耦合输出，并输出电容的两端，并不能增加功率的4倍。在SP，SP和50K电阻之间的连接是悬浮状态的时候离开。 振荡电阻(ROSC): 这种端接振荡电阻到VSS，和振荡电阻决定录制和播放时间。直通模式(FT): 这允许一个外部的声音信号连接到MIC输入端子，过滤器，和直接驱动扬声器输出通过芯片的自动增益控制电路。通常，FT是低的，实现的功能，同
21、时记录连接到脚，高层次的需要，发挥和PLAYL仍相对较低。3 STC89C51单片机3.1 STC89C51的系列单片机的主要欧组成部分该系列单片机由中央处理器(CPU)、存储器和I/O接口三大部分组成。其中CPU包括运算器和控制器两大部分。3.2 STC89C51的系列单片机的主要性能特点（1）CPU为8位； （2）片内带128字节的数据存储器；（3）片外数据存储器的寻址空间为64KB；（4）18个字节特殊功能寄存器SFR；（5）片内带振荡器，频率范围为1.212MHz；（6）4个8位的并行I/O接口：P0、P1、P2、P3；（7）128位（16字节）用户位寻址空间；（8）程序存储器的寻址空
22、间为64KB；（9）片内带4KB的Flash程序存储器；（10）2个优先级别的5个中断源；（11）1个全双工的串行I/O接口，可多机通信；（12）片内采用单总线结构；（13）2个16位定时器/计数器T0、T1；（14）有较强的位处理能力；3.3 STC89C51的系列单片机的主要组成部分3.3.1 电源引脚VSS（20脚）：接地，0V参考点。 VCC（40脚）：5V电源。3.3.2 外接晶体引脚XTAL1（19脚）：一个外部晶体振荡器的一端。使用芯片内部时钟时，该引脚用来接石英晶体振荡器和微调电容；当使用外部时钟，对于HMOS单片机，该引脚接地；CMOS芯片，该引脚作为外部振荡信号输入端。XT
23、AL2（18脚）：外部晶体振荡器的另一端与外部石英晶体振荡器和一个精细的调谐电容时的芯片的内部时钟使用。当使用外部时钟时，医疗机构单片机，该引脚连接到外部振荡源；对于CMOS单片机，该引脚没有连接。晶体频率89C51单片机之间 6MHz 40MHz的选择，往往选择6MHz或12MHz石英晶体。电容的值是没有严格的要求，但对振荡器的输出效果稳定，尺寸的频率值，振荡电路的振动速度的影响较小，C1，100pF之间可以选择 20pF C2。当外部晶体振荡器，电容可选30pF + 10pF；外部陶瓷振荡器，电容器是可选10pF 40Pf。3.3.3 控制信号或与其它电源复用引脚（1） RST/VPD（9
24、脚）：复位端。当输入的复位信号持续超过2机周期（12晶体振荡周期）的高电平是有效的，为完成该单片机复位初始化操作。在正常操作期间，该引脚电平应小于0.5V。在VCC故障，降低功率电平值，该引脚可以连接到备用电源VPD（功率范围5 0.5V），这是由“内部RAM供电以维持内存中的数据。（2）/ALEPROG（30脚）：地址锁存使能。ALE（地址锁存允许）；程序（程序）/ aleprog为CPU访问外部程序存储器或外部数据存储器提供地址锁存信号，将低8位地址锁存在片外的地址锁存器中。ALE/PROG 引脚第二功能，对片内Flash编程，为编程脉冲输入端。 （3） PSEN（29脚）：（Progra
25、mmer Saving ENable），外部程序存储器读选通信号。读外部程序存储器在一个有效（低电平），以实现读操作的外部程序存储器单元。PSEN无效，当访问外部数据存储和访问内部程序存储器。（4）EA/VPP（31脚）：（Enable Address/Voltage Pulse of Programming）访问程序存储控制信号。当EA/VPP“0”时，表示读外部程序存储器。只读取外部的程序存储器中的内容，读取的地址范围为0000HFFFFH（64KB），片内的4KB Flash 程序存储器不起作用。当EA/VPP“1”时，表示对程序存储器的读操作是从内部程序存储器开始，并可延至外部程序存储
26、器。 在PC值不超过0FFFH（即不超出片内4KB快闪存储器地址范围），单片机读片内程序存储器（4KB）的程序，但当PC值超过0FFFH（即超越片内4KB的Flash地址范围），将自动重定向到读芯片速度（1000H-FFFFH）通过程序内存空间的程序。 对于EPROM（或FLASH）型单片机，在EPROM编程期间，此引脚需加12.75或21V的编程电压。结 论通过变声器的需求分析和详细设计，基本实现了变声器所要求的功能。在本次设计中，通过模数转换和数模转换，处理声音，将声音变化成另一种音色，听不出原声是原来是什么音色，可以有效的变声。虽然实际效果上因为条件所限，有些瑕疵，不能完美的展现出来想要
27、的效果，导致本次设计还存在一些遗憾之处，比如声音的处理不够妥当，导致最后播放出来的声音不够清晰，而且在录入的时候，也可能会录不上，或者损失部分数据，导致最后出来效果不够完整，甚至听不出原声是在表达什么。但是本次设计的初衷想要达到的目的，还是可以比较清晰明显的展现出来，通过接收外界输入的音频，改变输入的音色或音调，然后将变声后的音频输出。参 考 文 献1 陈琦,钟洪，林文泉.声音检测技术的研究与应用J.电声技术,2000(2):5-8. 2 魏学林,张榕.语音基频提取的算法J.电子信息学报,2002,26(2):12-20. 3 李闲庭. 声音信号检测和处理的方法J.应用声学,2001,33(2
28、):104-208. 4 余雷,秦国华. 语音基音检测新方法J.应用声学,2003,35(1):50-52. 5 谭振荣,王永全.基于单片机的声音处理技术J.声学学报,2005(2):30-33.6 郑晓东,刘仲海，音频变调算法的设计与实现J.电声技术,1999(4):68-70.7 陈岩,王进.声音的模数变换处理J.机械电子报,2004(1):82-86.8 胡小云,孙新，郭川等.单片机应用技术M.北京:机械工业出版社,1998.9 杨立,马坤等.单片机原理及控制技术M.西安:电子科技出版社,1997.10 杨立,马坤等.单片机原理及控制技术M.西安:电子科技出版社,1997.致 谢这次的毕
29、业设计，在姜老师的悉心指导下，很多问题里，蒋老师都给我指点了如何进行下去，提出了我的设计方案的哪里有什么缺点及其如何去改良的方式，让我对此次毕业设计涉及的各种知识有了更加深刻的掌握。首先我要感谢我毕业设计的指导教师姜大为老师，姜大为老师在做别业设计的这段时间里给了我许多支持和鼓励。认真并负责的监督我制作设计毕业设计的进度，耐心的指导我，使我能够在规定的时间里有效的完成我需要去做的任务。同时我还要感谢在这次毕业设计的过程中我们组同学对我的帮助，他们对我的毕业设计提出了许多很实用的建议使我的毕业设计能做的更加完善，同时在我的实际设计制作过程中，他们也做了很多贡献，正是因为他们的帮助，我才能做出我的
30、毕业设计。再要感谢我的学校辽东学院为我提供了环境非常良好的实验制作环境以及充足的用来制作毕业设计的工具，为我的毕业设计的实际和调试提供了非常大的方便。这段设计制作毕业设计的时间里我学到了很多新的知识与经验，虽然因为我自身的知识与能力的不足导致我未能够为我的毕业设计提出更好的升级完善加强的方案。但这次的经历对于我来说是一个很宝贵的历练过程。在这个过程中我亲身体会感悟到了理论知识和现实操作的巨大差距，有很多不曾想到的问题只有在真正自己亲身动手去操作的时候才能发现。遇到每个问题都是痛苦的，但一个一个问题得到解决之后也都很高兴，心情起起落落，也是挺磨练自己的。最后由衷的感谢在本次毕业设计的过程里给予我帮助的所有人，谢谢你们！