基于單片機的語音錄放硬件電路設計與研究

易 群 李彩麗

（江西交通職業技術學院，江西 南昌330013）

0 引言

隨著單片機技術的進步，公交自動報站、各種型號的學習機、電話自動應答等越來越多的人性化設備以其價格低、使用靈活、體積小、功能強等特點，顯示出了很強的生命力。語音自動錄放裝置是這些設備的核心部分，它利用先進的芯片，采用智能控制技術，不僅可以實現語音錄放功能，而且集復讀、跟讀等多種功能于一體。本文設計了一種基于單片機的語音錄放電路，該語音錄放系統能夠實現語音錄入、播放、存儲、停止等基本功能，具有使用方便、簡單易行、成本低廉等特點，還具有較好的可擴展性，有較高的實用價值。

1 語音錄放的工作原理

語音錄放是利用數字信號處理器DSP（Digital Sign Processer）技術完成信號的傳輸和解碼語音文件的任務，中央處理器通常稱為MCU（單片微處理器），簡稱單片機。它運行語音錄放的整個控制程序，也稱為Fireware（固件程序）。語音錄放系統的各個部件的工作如下：解碼器是芯片中的一個硬件模塊，或者說是硬件解碼，它可以直接完成語音數據流的解碼操作，并輸出PWM 數字音頻信號，再經過音頻信號的濾波、放大，送到外接喇叭，驅動喇叭。語音錄放的每個硬件部分都有其對應的軟件代碼，硬件部分都由數字可編程邏輯控制器進行控制。

語音錄放工作原理：首先將語音文件從內存中取出并讀取存儲器上的信號→到解碼芯片對信號進行解碼→通過PWM將解出來的數字信號轉換成模擬信號→低通濾波→再把濾波后的模擬音頻放大后傳到耳機輸出口。

2 系統總體設計方案

系統結構框圖如圖1 所示，其主要由按鍵、語音輸入、語音放大和HM628128A 存儲擴展、LM324低通濾波以及功率放大這6部分電路組成。

臺灣凌陽公司生產的16位單片機SPCE061A 具有體積小、可擴展性強、芯片功率低、工作可靠性強等特點，芯片本身具備DSP功能，有很強的信息處理能力，最高時鐘頻率可達到49 MHz，具備運算速度高的優勢等等，且該單片機內置有D/A、A/D 轉換，并可實現在線仿真功能，這些都為我們實現數碼錄音和播放提供了良好、方便的條件。HM628128A 是臺灣華邦公司生產的容量為4 Mbit的FLASH 存儲芯片，我們將它作為凌陽格式的語音資源的存儲裝置。本系統提供HM628128A 相關的讀寫模塊，此模塊也可應用于HM628128A 同系列的相關FLASH 芯片中。

圖1 語音錄放系統整體框圖

另外，凌陽16位單片機具有一套易學易用、效率較高的指令系統和集成開發環境。在此環境中，支持標準C 語言，可以實現C語言與凌陽匯編語言的互相調用，并且提供了語音錄放的庫函數，只要了解函數就容易完成語音錄放。

3 硬件設計

3.1 電源電路

本系統供電可采用兩種方式：

（1）DC9V 電源適配器經7805、RT9161穩壓3.3V。

（2）使用3節AAA 電池經RT9161輸出3.3V。

電源電路如圖2所示。

圖2 電源電路

3.2 語音錄入部分

MIC－IN 輸入，它專門用于對語音信號進行采樣。語音信號經MIC轉換成電信號，由隔直電容隔掉直流成分，然后輸入至SPCE061A 內部前置放大器。SPCE061A 內部自動增益控制電路AGC 能隨時跟蹤、監視前置放大器輸出的音頻信號電平，當輸入信號增大時，AGC電路自動減小放大器的增益；當輸入信號減小時，AGC 電路自動增大放大器的增益，以便使進入A/D 的信號保持在最佳電平，又可使削波減至最小。語音輸入電路如圖3所示。

圖3 語音輸入電路

3.3 時鐘電路

SPCE061A 時鐘電路接線圖如圖4 所示，外接晶振采用32 768Hz。32 768Hz實時時鐘通常用于鐘表、實時時鐘延時及其他與時間有關的產品，SPCE061A 通過對32 768 Hz實時時鐘源分頻而提供了多種時鐘中斷源。

圖4 SPCE061A 時鐘電路

3.4 按鍵部分

本系統中的按鍵部分包括錄音鍵、播放鍵、停止鍵等，其電路設計如圖5所示。

圖5 按鍵電路

（1）錄音鍵S1：按下錄音鍵，即可實現語音錄音。

（2）播放鍵S3：按下播放鍵，語音錄放系統即可實現語音播放，單片機控制系統取出存儲器中的語音數據，再經過濾波、放大，通過喇叭輸出原始錄音文件。

（3）停止鍵S2：在播放錄音或語音錄音時按停止鍵可實現暫停，通過此按鍵實現中斷語音的錄、放音。

3.5 濾波放大部分

PWM 輸出后須通過低通濾波器濾波，才能還原成人耳能識別的聲音。其設計電路如圖6所示。

圖6 濾波放大電路

4 軟件設計

錄放音的編解碼是靠調用庫函數完成的，我們只要完成數據的存入和讀出即可。

4.1 按鍵程序

按鍵流程圖如圖7所示。

圖7 按鍵流程圖

4.2 錄、放音程序

錄、放音的程序部分主要任務是對HM628128A 進行讀寫，對語音采樣數據的編碼處理是通過調用庫函數完成的。寫（讀）程序包括初始化和寫（讀）兩部分，下面講解初始化和寫入時的參數傳遞過程。錄、放音流程圖如圖8所示。

圖8 錄、放音流程圖

5 系統調試

5.1 凌陽單片機最小系統調試

驗證最小系統是否正常工作主要是看能否進行固件下載，DC供電首先確定正常（輸出3.3V），一個單片機最小系統要保證兩個必要條件：（1）復位電路工作正常，按芯片要求的信號進行復位，即復位腳電壓正常。（2）晶振工作正常，即起振。復位電路的調試可以測量復位腳上電后的電壓，應約為電源供電電壓3.0V 左右；而判斷晶振起振的最好辦法是使用示波器看晶振的兩個引腳輸出有無波形。

5.2 外圍接口設備調試

5.2.1 串口調試

借助串口調試助手ScomAssistant進行。

5.2.2 鍵盤調試

鍵盤由3個鍵組成——錄音鍵、播放鍵、停止鍵，按3個按鍵看是否起作用。

5.2.3 系統統一調試

外圍電路調試完成、軟件調試成功以后，即可進行統一調試。先將程序燒寫在單片機內，然后調試。（1）按下錄音鍵，開始錄音；（2）再按下停止鍵，停止錄音；（3）按下播放鍵，開始播放錄音文件，停止播放，看是否達到要求效果。

6 結語

本文介紹了一種基于單片機的語音錄放實現方案，該設計方案電路易于實現，功能簡單實用，可擴展性較好，輸出聲音清晰、自然，具有較高的實用性。

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