單片機(jī)在語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放中的應(yīng)用

一、引言

目 前，隨著數(shù)字化信號(hào)處理技術(shù)的不斷提高，單片機(jī),數(shù)字信號(hào)處理器以及語(yǔ)音處理大規(guī)模集成電路的進(jìn)步，語(yǔ)音合成,語(yǔ)音識(shí)別,語(yǔ)音存儲(chǔ)和回放技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越 廣泛，盡管現(xiàn)在各種語(yǔ)言合成芯片,語(yǔ)音處理應(yīng)用電路有許多，但都需要增加硬件投資，在一些由單片機(jī)構(gòu)成的測(cè)控系統(tǒng)中，由于單片機(jī)接口有限，還需要擴(kuò)寬硬件 接口線路，本文介紹的語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)中，沒(méi)有使用專用的語(yǔ)音處理芯片，不需擴(kuò)寬接口電路，只利用一般的單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中都有的硬件電路（如A/D、 D/A、,存儲(chǔ)器等）就能完成語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化處理，即能完成語(yǔ)音的存儲(chǔ)與回放，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的語(yǔ)音提示報(bào)警及語(yǔ)音提示操作。因此特別適用于單片機(jī) 測(cè)控系統(tǒng)，為單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的語(yǔ)音報(bào)警及語(yǔ)音提示操作在幾乎不需增加硬件投資情況下的語(yǔ)音處理提供了一種思路。

2、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

數(shù)字化語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)的基本思想是將模擬語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再通過(guò)單片機(jī)控制存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，回放時(shí)，由單片機(jī)控制將數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器中讀出，然后通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A 轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，經(jīng)放大在揚(yáng)聲器或耳機(jī)上輸出語(yǔ)音。

本設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：

3、各部分電路設(shè)計(jì)

1）音頻前置放大器

聲音通過(guò)MIC轉(zhuǎn)換成微弱的電信號(hào)（mv級(jí)），必須進(jìn)行放大才能經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送入單片機(jī)?？刹捎脤Ｓ玫囊纛l前置放大器。本方案采用寬頻帶,低噪聲及失真小的NE5534組成，放大器增益可調(diào)，如圖2所示。

2）帶通濾波器（BPF）

本方案選擇有源帶通濾波器，]由運(yùn)算放大器OP07組成。其中心頻率為f。=1000Hz，通帶為300Hz-3.4KHz。品質(zhì)因數(shù)可調(diào)如圖2所示

3）A/D轉(zhuǎn)換器

帶 通濾波器的輸出信號(hào)經(jīng)采樣保持（LF398）后送A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，本方案選用的是AD574芯片，本系統(tǒng)中采樣頻率fs=8KHz，字長(zhǎng)為8位。 AD574是快速、逐次逼近型、12/8位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換速度最大為35us，轉(zhuǎn)換精度小于等于0.05%。AD574片內(nèi)具有三態(tài)輸出緩沖電路，可 直接與8位或16位單片機(jī)接口，使用非常方便，應(yīng)用廣泛，價(jià)格適中。

4）D/A轉(zhuǎn)換器

語(yǔ)音回放需將存儲(chǔ)的數(shù)字信號(hào)通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成語(yǔ)音模擬信號(hào)，本方案選用DAC0832芯片，變換頻率為fc-8KHz，字長(zhǎng)為8位，DAC0832是一種具有兩個(gè)輸入緩沖器的8位D/A芯片，轉(zhuǎn)換時(shí)間為1us，可直接與89C51相連。

5）單片機(jī)及存儲(chǔ)器

本方案采用ATMEL公司的AT89C51微控制器，選用閃速存儲(chǔ)器 AT29C040作為存儲(chǔ)器供采集用。

AT89C51與8031相比，它內(nèi)部有4K E2PROM，可省去最少系統(tǒng)，節(jié)省并行口，兩者兼容。

AT29C040具有在線可擦寫，非揮發(fā)性，信息保存可靠，存儲(chǔ)容量大等優(yōu)點(diǎn)，每片的容量為512K字節(jié)，它是國(guó)外最新產(chǎn)品。該產(chǎn)品的讀寫與一般RAM相同。由于89C51一般能尋址64K字節(jié)。

所以需要利用P1口進(jìn)行地址擴(kuò)寬。本系統(tǒng)中另加三根線（P1.1,P1.2,P1.3），作地址線用，使尋址空間擴(kuò)寬到512K字節(jié)，并采用分頁(yè)管理方式進(jìn)行管理分配內(nèi)存，即在總線輸出地址之前，先對(duì)外加的3根高位地址選頁(yè)， 然后在所選頁(yè)中，進(jìn)行輸入，輸出操作。

由于系統(tǒng)的采樣頻率fs=8KHz，字長(zhǎng)為8位字節(jié)，1秒鐘的語(yǔ)音需要8K字節(jié)的存儲(chǔ)空間。這樣一片AT29C040可存儲(chǔ)60秒鐘的語(yǔ)音。

單片機(jī)與A/D、D/A及存儲(chǔ)器的連接如圖3所示。

4、軟件設(shè)計(jì)

利 用89C51的INT0和INT1設(shè)置兩按鈕，INT0中斷完成語(yǔ)音存儲(chǔ)功能，INT1中斷完成語(yǔ)音回放功能。為保證語(yǔ)音的采樣頻率為8KHz，利用 CTC定時(shí)采樣 ，同樣在回放時(shí)的變換頻率也通過(guò)CTC確定為8KHz，其INT0中斷服務(wù)程序和INT1中斷服務(wù)框圖如圖4所示。

5、結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單，程序乘法。采用閃存保存語(yǔ)音，即使斷電仍然能保持信息不丟失，所以保存信息安全可靠。如果在軟件中增加壓縮算法，可節(jié)省存儲(chǔ)空間，是一種實(shí)用的電路方案。