基于單片機的語音信息采集及處理系統設計

康昊

（北方民族大學電氣信息工程學院測控技術與儀器系，寧夏銀川，750001）

引言

隨著規模較大的集成電路、合成技術以及數字化的信息處理技術的不斷提高，種類多樣的語音和合成芯片的使用范圍也在不斷擴大。隨著我國社會經濟的進步和科學技術發展，人們的對語音信息的收集與處理的要求也越來越高。在對語音信息進行相關處理工作的過程中，主要是利用一定的軟件系統將語音模擬信號轉換成一種數字信號，從而在通過單片機進行控制，將其存儲在儲存器中，從而構成一個完整體系的工作流程。

1 芯片介紹

單片機屬于集成型電路芯片，主要是利用大量規模較大的集成電路技術來促進定時器、隨機處理器以及擁有函數計算能力和數據處理能力的中央處理器進行整合，隨后將其都集成于完整的硅片當中，從而形成系統而完善的微型處理計算機系統，目前在眾多控制領域和工業生產之中都在使用這種芯片。隨著社會發展，更大的生命力在單片機中體現出來，并以高速發展的形式應用于各種信息處理操作當中。

1.1 芯片ISD4004

直接模擬的多電位擬量儲存技術是ISD企業獨家發明的專利產品，也是當今社會中生產制造單片機的主要技術方法，在生產制造單片機的過程中成功地在芯片的儲存單元中將語音模擬數據輸入進來，從而避免了在將語音模擬數據轉化成其它形式，就能夠生成更加清晰自然的語音信號，使語音處理過程更加簡潔化。芯片ISD4004主要是利用C14OS相關技術，通過將具有防混疊作用的過濾器以及具有警惕作用的振蕩器等裝置設置在內部，來促進儲存器整體容量的有效提升，從而提高計算結果的準確性和計算效率，由此可以看出一個完整全面的聲音回放系統和收錄系統只需要數量較少的外圍部件就可以組裝完成，如此在設計相關系統時，不但可以減少設計時間的無故消耗，還能有效防止在進行相關設計中在增加其它的元素。

ISD企業目前在組裝制造單片機的過程中主要是包括 SPI結構、時鐘采樣結構、儲存體系、信號輸出系統以及信號輸入系統等六個部分組成。其中信息的輸入系統包括抗混疊的五極點濾波器和音頻信號的放大系統。在信息輸出系統中主要是利用靜噪音的自動處理器和平滑過濾器來進行相關操作的。儲存系統中包含多電非易失的模擬儲存陣列。采樣時鐘系統中包括內部調節器和時鐘振蕩器兩部分。SPI結構中包括快進、播放、錄制等接口。

1.2 AT89C52

AT89C52這種類型的芯片具有高性能、低功耗的使用特點，這種芯片中含有可擦除、編程的8KB快閃只讀儲存器的CMOS八位微型控制器。通過非易失、高密度的儲存技術制作而成的，同時在實際操作過程中能夠完全兼容80C31的指令和引腳系統[1]。FPEROM 在芯片中被允許在使用常見的非易失儲存編程器和在線編程的過程中重復編輯程序存儲器的相關內容。

2 系統方案設計

在利用ISD元件進行存儲錄音操作之前，首先要調整相應的信號。對輸入信號進行放大操作，并使其滿足電路動態存儲范圍之內的最佳電平要求，這一步驟主要是通過內部放大器來進行操作。信號在進行放大之后，就會在抗混疊五級濾波器中實施調整操作。在儲存相關的模擬信號時，通常是由采樣技術來進行操作的，通過抗混疊濾波器的操作可以將二分之一以上的采樣頻率的輸入頻率分量去除，從而保證全部的采樣數據都能夠符合奈奎斯特定理的標準，濾波器是能夠連接五級點時間的低通濾波器。在進行錄音時，信號在輸入后利用模擬收發器輸入到多電平模擬儲存陣列當中。

2.1 語音輸出電路

LM386屬于一種集成的音頻功放，在其實際使用過程中能夠在最大程度上降低自身的消耗功能，促進電壓的平穩增長，能夠將電源中的電壓有效控制在合理范圍之內，在實施操作單片機的過程中，對相關要求和失真效率較低。即使LM386的操作步驟十分簡潔，但是一旦不加注意，尤其是在器件發生斷電和上電的瞬間，甚至在具體操作保持平穩運行狀態后，也會由于各種因素而產生一種瞬態沖擊，從而導致輸出聲音的喇叭中會出現噪音[2]。例如旋轉音量的調節按鈕、插撥音頻的插頭等操作如果不加注意都會使喇叭中出現噪音。

2.2 錄音電路

ISD元件中主要使用的是ISD4004-8元件，具體的錄音時間需要八分鐘[3]。將AT89C52單片機作為微型控制器，將LED顯示器和錄制和播放語音段的控制鍵盤作為外部連接構件，語音的總段數以及各種段首語音地址都通過24CO2儲存器來進行儲存，要想促進語音量的有效調節，就需要將輸入口中的信噪比進行調整提高，因此通過電路放大端口來將語音輸入到ISD語音入口處。

2.3 放音電路

放音電路系統主要可以分成三個層面，分別是顯示系統、放音系統和控制系統。本文中所介紹的控制部分中的主要構成元素就是AT89C52單片機，同時還包括不可缺少的門狗電路、按鍵電路以及復位電路等外部電路，放音系統中的主要構成元件就是ISD4004。

3 軟件設計

3.1 SPI口的設計思路

在順利連接外部的模擬元件之后，就可以通過分段管理的方式來操作芯片中的內部信息。從上述介紹可知，只要將八位的控制命令輸入到語音芯片中的引腳輸入MOSI系統當中，就能夠根據當下的地址讓芯片ISD對對應的放錄操作進行有效執行。同樣輸入八位的讀指令就可以通過在引腳輸出MOSI系統中收獲EOM與VOF的相關信息。將八種串行時鐘輸入進引腳端當中以及將SCLK輸入進時鐘內部就可以得到八位信息在芯片內部的輸出以及五位指令在內部芯片的輸入。但在實際操作過程中還要保證SS、MISO、MOSI、SCLK操作中的各種引腳都要符合SP內部的時序關系。

3.2 上電順序

在程序工作相關電路進行上電后，首先要在程序系統中要對程序進行初始化操作，隨后在通過對按鍵狀態的查詢來使系統進入待機狀態。一旦按下相關按鍵，就會轉為執行操作按鍵所指的工作程序，放音鍵也是按鍵的一種，程序所要做的第一件工作就是對操作去向進行判斷，看是要回還是要去，同時將相關的指示燈點亮。系統就會將第一部分的播音內容自動讀取出來。假如不是首次按鍵，程序就會率先對當下位置進行判斷，同時將當前位置作為參考來查找儲存這一位置中所儲存的播音內容的第一個地址。對放音的子程序進行調整，將提前收集到的在該位置中的放音內容的第一個地址輸入進子程序中，并開始播放。

4 結束語

綜上所述，隨著我國信號數字化處理技術的不斷進步，回放技術、語音識別儲存技術以及語音合成技術的應用范圍也越來越廣泛。雖然各種處理器運行電路和語音的合成芯片在當今時代不斷地增加，但其中大部分還沒有發展完善，需要提高硬件投資標準，在部分由單片機組裝的控制檢測系統中，由于接頭在單片機中是有限的，因此需要進行及時的處理。本文據此介紹了語音信息收集和處理系統的相關信息和控制方法。

[1]袁家宏.大規模語音語料庫的采集、處理和研究[J].語言學研究, 2017,(01): 34-42.

[2]袁家宏.大規模語音語料庫的采集、處理和研究[J].語言學研究, 2017,(01): 34-42.

[3]蘇軍.基于單片機的語音信息采集及處理系統設計[J].科技信息(學術研究), 2008, (17): 71-80.

[4]常國權, 彭云峰.基于 STC15單片機和 SYN6288的機床語音報警系統設計[J].電子器件, 2015, 38(03): 616-620.

[5]吳昌東, 江樺.PM50100語音芯片與單片機的USB接口[J].電子元器件應用, 2007, 09: 24-25.