基于单片机的语音信息采集及处理系统设计

康昊

（北方民族大学电气信息工程学院测控技术与仪器系，宁夏银川，750001）

引言

随着规模较大的集成电路、合成技术以及数字化的信息处理技术的不断提高，种类多样的语音和合成芯片的使用范围也在不断扩大。随着我国社会经济的进步和科学技术发展，人们的对语音信息的收集与处理的要求也越来越高。在对语音信息进行相关处理工作的过程中，主要是利用一定的软件系统将语音模拟信号转换成一种数字信号，从而在通过单片机进行控制，将其存储在储存器中，从而构成一个完整体系的工作流程。

1 芯片介绍

单片机属于集成型电路芯片，主要是利用大量规模较大的集成电路技术来促进定时器、随机处理器以及拥有函数计算能力和数据处理能力的中央处理器进行整合，随后将其都集成于完整的硅片当中，从而形成系统而完善的微型处理计算机系统，目前在众多控制领域和工业生产之中都在使用这种芯片。随着社会发展，更大的生命力在单片机中体现出来，并以高速发展的形式应用于各种信息处理操作当中。

1.1 芯片ISD4004

直接模拟的多电位拟量储存技术是ISD企业独家发明的专利产品，也是当今社会中生产制造单片机的主要技术方法，在生产制造单片机的过程中成功地在芯片的储存单元中将语音模拟数据输入进来，从而避免了在将语音模拟数据转化成其它形式，就能够生成更加清晰自然的语音信号，使语音处理过程更加简洁化。芯片ISD4004主要是利用C14OS相关技术，通过将具有防混叠作用的过滤器以及具有警惕作用的振荡器等装置设置在内部，来促进储存器整体容量的有效提升，从而提高计算结果的准确性和计算效率，由此可以看出一个完整全面的声音回放系统和收录系统只需要数量较少的外围部件就可以组装完成，如此在设计相关系统时，不但可以减少设计时间的无故消耗，还能有效防止在进行相关设计中在增加其它的元素。

ISD企业目前在组装制造单片机的过程中主要是包括 SPI结构、时钟采样结构、储存体系、信号输出系统以及信号输入系统等六个部分组成。其中信息的输入系统包括抗混叠的五极点滤波器和音频信号的放大系统。在信息输出系统中主要是利用静噪音的自动处理器和平滑过滤器来进行相关操作的。储存系统中包含多电非易失的模拟储存阵列。采样时钟系统中包括内部调节器和时钟振荡器两部分。SPI结构中包括快进、播放、录制等接口。

1.2 AT89C52

AT89C52这种类型的芯片具有高性能、低功耗的使用特点，这种芯片中含有可擦除、编程的8KB快闪只读储存器的CMOS八位微型控制器。通过非易失、高密度的储存技术制作而成的，同时在实际操作过程中能够完全兼容80C31的指令和引脚系统[1]。FPEROM 在芯片中被允许在使用常见的非易失储存编程器和在线编程的过程中重复编辑程序存储器的相关内容。

2 系统方案设计

在利用ISD元件进行存储录音操作之前，首先要调整相应的信号。对输入信号进行放大操作，并使其满足电路动态存储范围之内的最佳电平要求，这一步骤主要是通过内部放大器来进行操作。信号在进行放大之后，就会在抗混叠五级滤波器中实施调整操作。在储存相关的模拟信号时，通常是由采样技术来进行操作的，通过抗混叠滤波器的操作可以将二分之一以上的采样频率的输入频率分量去除，从而保证全部的采样数据都能够符合奈奎斯特定理的标准，滤波器是能够连接五级点时间的低通滤波器。在进行录音时，信号在输入后利用模拟收发器输入到多电平模拟储存阵列当中。

2.1 语音输出电路

LM386属于一种集成的音频功放，在其实际使用过程中能够在最大程度上降低自身的消耗功能，促进电压的平稳增长，能够将电源中的电压有效控制在合理范围之内，在实施操作单片机的过程中，对相关要求和失真效率较低。即使LM386的操作步骤十分简洁，但是一旦不加注意，尤其是在器件发生断电和上电的瞬间，甚至在具体操作保持平稳运行状态后，也会由于各种因素而产生一种瞬态冲击，从而导致输出声音的喇叭中会出现噪音[2]。例如旋转音量的调节按钮、插拨音频的插头等操作如果不加注意都会使喇叭中出现噪音。

2.2 录音电路

ISD元件中主要使用的是ISD4004-8元件，具体的录音时间需要八分钟[3]。将AT89C52单片机作为微型控制器，将LED显示器和录制和播放语音段的控制键盘作为外部连接构件，语音的总段数以及各种段首语音地址都通过24CO2储存器来进行储存，要想促进语音量的有效调节，就需要将输入口中的信噪比进行调整提高，因此通过电路放大端口来将语音输入到ISD语音入口处。

2.3 放音电路

放音电路系统主要可以分成三个层面，分别是显示系统、放音系统和控制系统。本文中所介绍的控制部分中的主要构成元素就是AT89C52单片机，同时还包括不可缺少的门狗电路、按键电路以及复位电路等外部电路，放音系统中的主要构成元件就是ISD4004。

3 软件设计

3.1 SPI口的设计思路

在顺利连接外部的模拟元件之后，就可以通过分段管理的方式来操作芯片中的内部信息。从上述介绍可知，只要将八位的控制命令输入到语音芯片中的引脚输入MOSI系统当中，就能够根据当下的地址让芯片ISD对对应的放录操作进行有效执行。同样输入八位的读指令就可以通过在引脚输出MOSI系统中收获EOM与VOF的相关信息。将八种串行时钟输入进引脚端当中以及将SCLK输入进时钟内部就可以得到八位信息在芯片内部的输出以及五位指令在内部芯片的输入。但在实际操作过程中还要保证SS、MISO、MOSI、SCLK操作中的各种引脚都要符合SP内部的时序关系。

3.2 上电顺序

在程序工作相关电路进行上电后，首先要在程序系统中要对程序进行初始化操作，随后在通过对按键状态的查询来使系统进入待机状态。一旦按下相关按键，就会转为执行操作按键所指的工作程序，放音键也是按键的一种，程序所要做的第一件工作就是对操作去向进行判断，看是要回还是要去，同时将相关的指示灯点亮。系统就会将第一部分的播音内容自动读取出来。假如不是首次按键，程序就会率先对当下位置进行判断，同时将当前位置作为参考来查找储存这一位置中所储存的播音内容的第一个地址。对放音的子程序进行调整，将提前收集到的在该位置中的放音内容的第一个地址输入进子程序中，并开始播放。

4 结束语

综上所述，随着我国信号数字化处理技术的不断进步，回放技术、语音识别储存技术以及语音合成技术的应用范围也越来越广泛。虽然各种处理器运行电路和语音的合成芯片在当今时代不断地增加，但其中大部分还没有发展完善，需要提高硬件投资标准，在部分由单片机组装的控制检测系统中，由于接头在单片机中是有限的，因此需要进行及时的处理。本文据此介绍了语音信息收集和处理系统的相关信息和控制方法。

[1]袁家宏.大规模语音语料库的采集、处理和研究[J].语言学研究, 2017,(01): 34-42.

[2]袁家宏.大规模语音语料库的采集、处理和研究[J].语言学研究, 2017,(01): 34-42.

[3]苏军.基于单片机的语音信息采集及处理系统设计[J].科技信息(学术研究), 2008, (17): 71-80.

[4]常国权, 彭云峰.基于 STC15单片机和 SYN6288的机床语音报警系统设计[J].电子器件, 2015, 38(03): 616-620.

[5]吴昌东, 江桦.PM50100语音芯片与单片机的USB接口[J].电子元器件应用, 2007, 09: 24-25.