基于STM32的语音存储与回放系统

2020-06-30郭树浩张亚峰

精密制造与自动化 2020年2期

郭树浩张亚峰

（平顶山学院信息工程学院河南平顶山467000）

语音存储回放系统的硬件构成主要有两种，一种是采用分立的器件来实现，另一种则是借助专用的语音芯片来构成。第一种方式设计的系统结构复杂，体积庞大，可靠性低。因此，在实际应用中多采用第二种方式。

1 系统构成

系统通过麦克风将采集到的语音转换为电信号，接着此信号进入语音芯片，ISD1280可对语音信号进行前置放大、滤波，之后在单片机的控制下，语音芯片对数据进行采样存储。回放时，单片机控制语音芯片提取数据，经过语音芯片对数据进行读取之后即可通过喇叭播放。按键模块可以控制整个系统的工作状态。ISD1820采用多电平直接模拟量存储技术，因此能够真实、自然地再现语音信号。

当系统处于录音和放音状态时，LCD液晶屏幕会显示相应的信息以协助判断。

系统框图如图1所示：

图1 系统的组成框图

2 硬件构成

2.1 STM32单片机

此系统采用 STM32F103系列芯片，在系统中负责控制语音芯片录音、放音以及对数据的存储与读取。STM32F103系列芯片是意法半导体公司出品的低功耗、高性能32位单片机，其内核是Cortex-M3。本系统采用的芯片采用64kB的Flash只读程序存储器，工作电压在2V～3.6V，工作温度为-40℃～85℃。此主控芯片的管脚图如图2所示。

图2 STM32F103芯片管脚图

单片机工作所需的基本电路有电源电路、晶振以及复位电路。在此设计中，电源电路采取AMS1117-3.3芯片，晶振采用 8MHz主频+32.768 kHz时钟频率，复位电路采用 10 kΩ电阻、0.1μF电容以及六脚按钮组成。原理图如3所示：

图3 电路原理图

2.2 ISD1820

ISD语音芯片是ISD公司生产的系列语音芯片，其以高品质的工作性能和语音音质深受设计人员和使用者的青睐。其采样频率有 8.0、6.4、5.3、4.0、3.2，录放时间8s至20s。控制此芯片录放音的方式非常简单，可直接通过1820语音模块上的按键实现。该芯片具有三种放音模式，分别是边沿触发放音、电平触发放音和循环放音。由此芯片构成的模块可直接驱动8欧0.5W的喇叭。此芯片通过I/O口和单片机连接。芯片共有14个管脚，管脚排列图如4所示。

图4 ISD1820新品管脚排列图

REC、PLAYE和PLAYL管脚控制芯片的录音和放音。

（1）REC管脚：控制录音，只要接入高电平就能录音；

（2）PLAYE管脚：边沿触发放音。此管脚出现上升沿时，芯片开始放音，直至语音片段结束；

（3）PLAYL管脚：电平触发放音。此端由低电平变为高电平时，芯片开始放音；当回到低电平时，芯片暂停放音。

2.3 LCD1602

1602液晶屏幕一共有16个引脚。除去电源正极、电源地、背光源正负极、AO引脚，其余的引脚都要直接和单片机相连接。原理图如图5所示。

图5 1602液晶屏幕原理图

AO引脚为液晶显示屏对比度调整端；RS为寄存器选择引脚（当其为高电平时，选择数据寄存器；低电平时，选择指令寄存器）；RW引脚为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据；E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令；D0～D7为8位双向数据线。

3 系统硬件电路总体设计

本系统主要分为四个模块：STM32主控芯片模块、按键、ISD1820模块和LCD1602液晶模块。按键和液晶屏幕直接通过I/O口和单片机相连接。液晶屏幕除了接电源和地的引脚之外，其余的引脚和单片机的PB5～PB15依次序连接。三个按键分别接在单片机的PC13、PC14、PC15端口，无需再接电阻，另一端接地。ISD1820语音模块通过PLAYE、REC管脚分别与PA1、PA0管脚连接。整个系统由USB接口供电。

4 系统软件设计

此系统的软件流程图如图6所示。在本设计中，需要使用单片机来控制语音芯片，所以通过按键连接I/O口来实现对系统的控制。设置三个按键（KEY1,KEY2,KEY3），KEY1控制播放模式的切换（初始状态为循环播放模式）；KEY2按键是在边沿触发放音模式下，按下KEY2即可进行放音；KEY3控制系统录音。由于电平触发放音模式使用不便，故不采用此放音方式。