基于单片机的语音信息采集与处理系统相关问题研究
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【摘要】数字化信号处理技术随着科技进步不断改进，单片机、信号处理器以及语音处理大规模集成电路推陈出新，语音合成、语音识别、储存和回放技术的也应用越来越多。尽管现在各种语言合成芯片和处理器应用电路不断增加，大多数都需要增加硬件的投资要求，在一些单机片构成的监测控制系统之中，由于单片机的接头有限，需要及时的进行处理。本文介绍了语音信息的采集与处理系统中存在的各种问题，并提出了合理有效的控制措施和方法。为单片机的语言信息采集与处理操作提供了新思路。
【关键词】单片机；语音信息；语音信号
0.引言
随着数字化信息处理、合成技术和大规模集成电路的不断进步，各种语音合成芯片应用不断扩大。在其控制之中大多都是采用PC机或微控制器的方法，这种方法的控制手段不但需要硬件的支持，同时也需要对软件系统和各种指令进行严肃处理。伴随着目前社会技术的不断发展，语音信息采集与处理措施要求不断增加，在处理之中，是通过将模拟语音信号通过相应软件和系统转变形成数字信号，再由单片机控制储存在存储器中，形成一套系统的工作流程。
1.芯片介绍
单片机作为一种集成电路芯片，是通过采用各种超大规模的集成电路技术将具有各种数据处理和函数计算能力的中央处理器、随机处理器以及定时器等终端系统和功能集成到一个完整的硅片之中形成一个完善而又系统化的微型计算机系统措施，这种电路芯片在目前被广泛的应用在各种工业生产和控制领域之中。伴随着社会的进步，单片机呈现出其顽强的生命力，以高速发展的优势迅速的应用在各个信息处理之中。
1.1 ISD4OO4芯片介绍
ISD公司多电位直接模拟量存储的专利技术是目前单片机的主要制造技术措施，在单片机的制造中成功的将模拟语音数据写入芯片之中的存储单元，不需要进行其他转换便可形成自然而又清晰的语音信号。ISD4OO4语音芯片采用C14OS技术，通过在内部装置韩警惕的振荡器和防混叠过滤器等方式来扩大存储器容量，增加计算效率和准确度，因此只需要很少的器件就可以在其中构成一套完整的声音录入系统和回放体系，这在系统设计中不但能够节约设计消耗时间，同时能够避免设计中其他元件的增多。
在目前ISD公司的单片机构成中主要是通过信号输入系统、信号输出部分、存储系统、采样时钟部分和SPI部分六部分构成。其在构成中信号输入部分—音频信号放大器和五极点抗混叠滤波器：而信号输出部分在控制的过程中是通过平滑过滤器和自动静噪处理器来实现的。存储部—非易失性多电平模拟存储阵列；采样时钟部分一内部时钟振荡器和调节器：SPI—录、放、快进等操作的SPI接口；电源接口部分。
1.2 AT89C52芯片介绍
AT89C52芯片是一种低功耗、高性能的片内含有8KB快闪可编程／擦除只读存储器的8位CMOS微控制器，使用高密度、非易失存储技术制造，并且与8OC31引脚和指令系统完全兼容。芯片上的FPEROM允许在线编程或采用通用的非易失存储编程器对程序存储器重复编程。
2.系统方案设计
ISD器件在录音存储操作之前，要对信号作调整。首先将输入信号放大到存储电路动态范围要求的最佳电平，这主要由内部放大器来完成。放大后的信号进入五级抗混叠滤波器进行调整。模拟信号的存储采用采样技术，利用抗混叠滤波器可以去掉采样频率I／2以上的输入频率分量，使所有采样数据都满足奈奎斯特定理，滤波器是一个连接时间五极点的低通滤波器。录音时，输入信号通过模拟收发器写入模拟多电平存储阵列中。将采样信号经过电平移位生成非易失性写入过程所需要的电压。采样时钟同时用于存储阵列的地址译码，以便将采样信号顺序地写入存储阵列中。放音时，录入的模拟电压在同一采样时钟的控制下顺序地从存储阵列中读出，重构原来的采样波形，输出通路上的平滑滤波器去掉采样频率分量，并恢复原始波形，ISD器件的采样频率通过内部温度补偿的基准振荡器来控制，这个振荡器不需要外接元件，采样频率取自内部振荡电路之后的一组分频器。平滑滤波后的信号经过自动静噪处理传送入放大器作为输出音频功放的输入信号，推动扬声器。
2.1语音输出电路
LW386是一种集成音频功放，同时其中具有着自身功能消耗低，电压的增长稳定，对电源电压的控制范围较为合理，单片机在应用的时候失真效率和要求较低。尽管LM386的应用非常简单，但稍不注意，特别是器件上电、断电瞬间，甚至工作稳定后，一些操作(如插拔音频插头、旋音量调节钮)都会带来的瞬态冲击，在输出喇叭上会产生噪声。
2.2录音电路
ISD器件采用录音时间为8分钟的ISD4OO4-8器件，以单片机AT89C52为微控制器，外接语音段录放控制键盘和LED显示器，外部存储器24CO2用于保存各语音段首地址及总语音段数，为了改善语音量，要提高输入端信噪比，因此在ISD语音输入端采用放大电路单端输入。
2.3放音电路
本系统可以主要分为三部分：单片机的控制部分、放音部分和显示部分。本文的控制部分主要由单片机89C52构成，包含必要的按键电路、复位电路和看门狗电路等电路，放音部分主要由ISD4OO4构成。
3.软件设计
3.1 SPI口设计思想
模拟元件正常连接后，对芯片内部信息进行分段管理的操作。从上面的分析可知，只要给语音芯片的MOSI引脚输入8位控制命令就可使ISD芯片从当前地址执行相应的录放操作；同样使用8位的读指令，就能在串行输出MISO弓{脚获得VOF和EOM信息。在时钟输入SCLK弓{脚端输入8个串行时钟就能保证5位指令的输入和芯片内部8位信息的输出。但是，MOSI、MISO、SCLK、SS的各引脚，必须满足SP的时序关系。
3.2上电顺序
程序工作思想电路上电后，程序首先完成程序的初始化，随后查询按键状态，进入系统待机状态。如果有按键按下，则转去执行按键指向的工作程序。按键包括放音键，程序将首先判断是去还是回，并点亮相应的指示灯。自动读出第一段的放音内容。如果不是首次按下，程序则首先判断当前位置，并以该位置为依据获得存放该站放音内容的首地址。调用放音子程序，读入前面获得的本次放音内容首地址，开始放音。
4.结束语
在传统的语音录敖过程中，语音信号要经过设备豹接受后再转化为模拟电信号，遥过前置放大器把语音信号放大，通过带通滤波之后。去掉多余的干扰，再经过A／D转换为数字信号，控制器对其进行处理和存储。之后再由D／A转换为模拟信号，达到放音的目的。使用这种方法既复杂又容易使声音失真。所以，本文介绍了一种单片语音处理芯片ISD4OO4。通过对ISD4OO4语音芯片的简单介绍，熟悉了ISD4OO4的基本应用。通过对基于单片机控制系统的设计实现了语音的录入和播放。并阐述了系统工作各部件的性能特性，基于微处理系统的设计实现了录音和放音。此系统设计灵活，成本低，语音器件抗干扰性强，应用效果良好。 [科]
【参考文献】
［１］王素珍．基于ISP技术的ISD4004-16MP的录放音控制．电声技术，2002－08．
［２］王素珍，吕佩举．基于ISP器件的ISD系列SPI串口通信接口的设计．微电子学与计算机，2005－09．