單片機在語(yǔ)音存儲與回放中的應用

一、引言

目 前，隨著(zhù)數字化信號處理技術(shù)的不斷提高，單片機,數字信號處理器以及語(yǔ)音處理大規模集成電路的進(jìn)步，語(yǔ)音合成,語(yǔ)音識別,語(yǔ)音存儲和回放技術(shù)的應用越來(lái)越 廣泛，盡管現在各種語(yǔ)言合成芯片,語(yǔ)音處理應用電路有許多，但都需要增加硬件投資，在一些由單片機構成的測控系統中，由于單片機接口有限，還需要擴寬硬件 接口線(xiàn)路，本文介紹的語(yǔ)音存儲與回放系統中，沒(méi)有使用專(zhuān)用的語(yǔ)音處理芯片，不需擴寬接口電路，只利用一般的單片機測控系統中都有的硬件電路（如A/D、 D/A、,存儲器等）就能完成語(yǔ)音信號的數字化處理，即能完成語(yǔ)音的存儲與回放，實(shí)現單片機測控系統的語(yǔ)音提示報警及語(yǔ)音提示操作。因此特別適用于單片機 測控系統，為單片機測控系統的語(yǔ)音報警及語(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、系統總體結構

數字化語(yǔ)音存儲與回放系統的基本思想是將模擬語(yǔ)音信號通過(guò)模數轉換器A/D轉換成數字信號，再通過(guò)單片機控制存儲在存儲器中，回放時(shí)，由單片機控制將數據從存儲器中讀出，然后通過(guò)數模轉換器D/A 轉換成模擬信號，經(jīng)放大在揚聲器或耳機上輸出語(yǔ)音。

本設計方案系統總體結構框圖如圖1所示：

3、各部分電路設計

1）音頻前置放大器

聲音通過(guò)MIC轉換成微弱的電信號（mv級），必須進(jìn)行放大才能經(jīng)A/D轉換送入單片機?？刹捎脤?zhuān)用的音頻前置放大器。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，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)因數可調如圖2所示

3）A/D轉換器

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

4）D/A轉換器

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

5）單片機及存儲器

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

AT89C51與8031相比，它內部有4K E2PROM，可省去最少系統，節省并行口，兩者兼容。

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

所以需要利用P1口進(jìn)行地址擴寬。本系統中另加三根線(xiàn)（P1.1,P1.2,P1.3），作地址線(xiàn)用，使尋址空間擴寬到512K字節，并采用分頁(yè)管理方式進(jìn)行管理分配內存，即在總線(xiàn)輸出地址之前，先對外加的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。

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

單片機與A/D、D/A及存儲器的連接如圖3所示。

4、軟件設計

利 用89C51的INT0和INT1設置兩按鈕，INT0中斷完成語(yǔ)音存儲功能，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、結束語(yǔ)

本系統電路簡(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，可節省存儲空間，是一種實(shí)用的電路方案。