基于单片机的语音录放硬件电路设计与研究

易 群 李彩丽

（江西交通职业技术学院，江西 南昌330013）

0 引言

随着单片机技术的进步，公交自动报站、各种型号的学习机、电话自动应答等越来越多的人性化设备以其价格低、使用灵活、体积小、功能强等特点，显示出了很强的生命力。语音自动录放装置是这些设备的核心部分，它利用先进的芯片，采用智能控制技术，不仅可以实现语音录放功能，而且集复读、跟读等多种功能于一体。本文设计了一种基于单片机的语音录放电路，该语音录放系统能够实现语音录入、播放、存储、停止等基本功能，具有使用方便、简单易行、成本低廉等特点，还具有较好的可扩展性，有较高的实用价值。

1 语音录放的工作原理

语音录放是利用数字信号处理器DSP（Digital Sign Processer）技术完成信号的传输和解码语音文件的任务，中央处理器通常称为MCU（单片微处理器），简称单片机。它运行语音录放的整个控制程序，也称为Fireware（固件程序）。语音录放系统的各个部件的工作如下：解码器是芯片中的一个硬件模块，或者说是硬件解码，它可以直接完成语音数据流的解码操作，并输出PWM 数字音频信号，再经过音频信号的滤波、放大，送到外接喇叭，驱动喇叭。语音录放的每个硬件部分都有其对应的软件代码，硬件部分都由数字可编程逻辑控制器进行控制。

语音录放工作原理：首先将语音文件从内存中取出并读取存储器上的信号→到解码芯片对信号进行解码→通过PWM将解出来的数字信号转换成模拟信号→低通滤波→再把滤波后的模拟音频放大后传到耳机输出口。

2 系统总体设计方案

系统结构框图如图1 所示，其主要由按键、语音输入、语音放大和HM628128A 存储扩展、LM324低通滤波以及功率放大这6部分电路组成。

台湾凌阳公司生产的16位单片机SPCE061A 具有体积小、可扩展性强、芯片功率低、工作可靠性强等特点，芯片本身具备DSP功能，有很强的信息处理能力，最高时钟频率可达到49 MHz，具备运算速度高的优势等等，且该单片机内置有D/A、A/D 转换，并可实现在线仿真功能，这些都为我们实现数码录音和播放提供了良好、方便的条件。HM628128A 是台湾华邦公司生产的容量为4 Mbit的FLASH 存储芯片，我们将它作为凌阳格式的语音资源的存储装置。本系统提供HM628128A 相关的读写模块，此模块也可应用于HM628128A 同系列的相关FLASH 芯片中。

图1 语音录放系统整体框图

另外，凌阳16位单片机具有一套易学易用、效率较高的指令系统和集成开发环境。在此环境中，支持标准C 语言，可以实现C语言与凌阳汇编语言的互相调用，并且提供了语音录放的库函数，只要了解函数就容易完成语音录放。

3 硬件设计

3.1 电源电路

本系统供电可采用两种方式：

（1）DC9V 电源适配器经7805、RT9161稳压3.3V。

（2）使用3节AAA 电池经RT9161输出3.3V。

电源电路如图2所示。

图2 电源电路

3.2 语音录入部分

MIC－IN 输入，它专门用于对语音信号进行采样。语音信号经MIC转换成电信号，由隔直电容隔掉直流成分，然后输入至SPCE061A 内部前置放大器。SPCE061A 内部自动增益控制电路AGC 能随时跟踪、监视前置放大器输出的音频信号电平，当输入信号增大时，AGC电路自动减小放大器的增益；当输入信号减小时，AGC 电路自动增大放大器的增益，以便使进入A/D 的信号保持在最佳电平，又可使削波减至最小。语音输入电路如图3所示。

图3 语音输入电路

3.3 时钟电路

SPCE061A 时钟电路接线图如图4 所示，外接晶振采用32 768Hz。32 768Hz实时时钟通常用于钟表、实时时钟延时及其他与时间有关的产品，SPCE061A 通过对32 768 Hz实时时钟源分频而提供了多种时钟中断源。

图4 SPCE061A 时钟电路

3.4 按键部分

本系统中的按键部分包括录音键、播放键、停止键等，其电路设计如图5所示。

图5 按键电路

（1）录音键S1：按下录音键，即可实现语音录音。

（2）播放键S3：按下播放键，语音录放系统即可实现语音播放，单片机控制系统取出存储器中的语音数据，再经过滤波、放大，通过喇叭输出原始录音文件。

（3）停止键S2：在播放录音或语音录音时按停止键可实现暂停，通过此按键实现中断语音的录、放音。

3.5 滤波放大部分

PWM 输出后须通过低通滤波器滤波，才能还原成人耳能识别的声音。其设计电路如图6所示。

图6 滤波放大电路

4 软件设计

录放音的编解码是靠调用库函数完成的，我们只要完成数据的存入和读出即可。

4.1 按键程序

按键流程图如图7所示。

图7 按键流程图

4.2 录、放音程序

录、放音的程序部分主要任务是对HM628128A 进行读写，对语音采样数据的编码处理是通过调用库函数完成的。写（读）程序包括初始化和写（读）两部分，下面讲解初始化和写入时的参数传递过程。录、放音流程图如图8所示。

图8 录、放音流程图

5 系统调试

5.1 凌阳单片机最小系统调试

验证最小系统是否正常工作主要是看能否进行固件下载，DC供电首先确定正常（输出3.3V），一个单片机最小系统要保证两个必要条件：（1）复位电路工作正常，按芯片要求的信号进行复位，即复位脚电压正常。（2）晶振工作正常，即起振。复位电路的调试可以测量复位脚上电后的电压，应约为电源供电电压3.0V 左右；而判断晶振起振的最好办法是使用示波器看晶振的两个引脚输出有无波形。

5.2 外围接口设备调试

5.2.1 串口调试

借助串口调试助手ScomAssistant进行。

5.2.2 键盘调试

键盘由3个键组成——录音键、播放键、停止键，按3个按键看是否起作用。

5.2.3 系统统一调试

外围电路调试完成、软件调试成功以后，即可进行统一调试。先将程序烧写在单片机内，然后调试。（1）按下录音键，开始录音；（2）再按下停止键，停止录音；（3）按下播放键，开始播放录音文件，停止播放，看是否达到要求效果。

6 结语

本文介绍了一种基于单片机的语音录放实现方案，该设计方案电路易于实现，功能简单实用，可扩展性较好，输出声音清晰、自然，具有较高的实用性。

［1］刘学.MP3/MP4 工作原理与流程［J］.家电检修技术，2012（4）.

［2］梅栴，刘纪红，张振川.一种基于SPCE061A 的机器人语音交互系统的设计与实现［J］.微计算机应用，2005（4）.

［3］邓记才，张俊安，焦文潭.基于SPCE061A 的大容量数码录音笔设计［J］.微计算机信息，2008（23）.

［4］戴国安.语音识别在汽车防盗中的设计与实现［J］.中国西部科技，2011（13）.