单片机语音系统的设计

安阳工学院计算机科学与信息工程学院 张捐净 聂萌瑶

单片机语音系统的设计

安阳工学院计算机科学与信息工程学院 张捐净 聂萌瑶

单片机语音系统的设计，主要包括以下几个主要部分：单片机控制模块、语音采集和处理模块以及信号放大模块，其中单片机控制模块是系统设计的核心模块。此系统在完成语音录放系统的基础上实现公交车站报站的功能，它可以实现8个站点的顺序、循环播报以及单个站点的循环播报，具有广阔的应用前景。

单片机；语音；报站

0 引言

经济的快速发展和人们生活水平的提高，使得人们对音乐的需求越来越高，播放音乐的语音系统的应用也越来越普遍。随着计算机技术和数字电子技术的的发展，使得语音技术的发展也迅速崛起，现在的语音系统产生了质的飞跃，出现了各种容量大、体积小、音质好的语音系统，比如MP3，MP4，手机等。这些产品为人们的生活带来了极大的便利。本文研究分析了以上电子产品，并提出了基于单片机的语音系统的设计，实现公交车站报站的功能，它可以实现8个站点的顺序、循环播报以及单个站点的循环播报。

1 系统的总体框图

语音系统的设计主要是通过单片机控制语音芯片ISD4004来实现语音的录放的功能。为了实现语音信号录制的相对“干净”，滤除滤除语音频带以外的噪声辅助添加了滤波电路和信号放大电路。同样在语音播放的时候，为了使播报更加清晰，也添加了相应的滤波和信号放大电路。系统总体结构框图如下图1所示。

图1 系统结构框图

2 系统硬件设计

2.1 芯片选择论证

单片机采用最常见的STC89C52，它是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字节系统可编程Flash存储器。既能满足系统需求，又便与控制。

语音芯片选择ISD4004，它可以和单片机采用SPI模式进行通信，即高速同步串行口，是一种标准的四线同步双向串行总线。采用此芯片有如下优点：占用单片机的端口资源少，只需要单片机模拟SPI的通信模式控制语音的录制和播放就能满足系统要求，同时占用单片机内部的资源也较少。

液晶显示芯片的选择LCD5110。为了满足人性化的控制，加入了液晶显示模块。此芯片具有如下优点：体积小，功耗低，采用通用接口芯片，兼容性高，5110是84x48 的点阵LCD，可以显示4 行汉字。

2.2 站点报站功能电路设计

利用矩阵键盘设置16个数字键，其中1—8号键分别代表各站点，按下其中的一个按键就会播报它所对应的语音信息，这些信息是提前录制到语音芯片ISD4004当中的。每一个按键分配一个固定的存储空间，1—8号键的空间地址分别0，105，210，315，420，525，630，735，它可以存放的语音长度是20秒，系统在实现基本播报的基础上，为了使系统更加完善，添加了以下按键：9--12号键播放音乐，13号键单站循环播报，14号键站点循环播报，15号键单站顺序播报，16号键系统介绍。

2.3 单片机与ISD4004芯片电路设计

单片机与ISD4004之间的通信采用SPI模式（serial peripheral interface，SPI）。此种方式的接口一般使用4条线：串行时钟线（SCK）、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择 。系统使用的STC89C52单片机本身不带SPI串行总线接口，采用软件模拟SPI方式实现，使用P1口的P1.0～P1.3口模拟包括串行时钟、数据输入和数据输出。

3 系统软件设计

系统的软件部分主要包括语音模块设计和液晶显示模块以及系统键盘控制模块三部分的设计。系统启动之后单片机上电，系统进入初始界面。按下录音键进行录音，松开即录音结束。点击放音键可以实现对上次录制声音片段的播放，如果点击快进键，可以实现录制的声音片段以原来的两倍速度进行快进播报，若点击停止键那么不管当前是什么状态，系统都会马上停止播报。矩阵键盘各个按键分别代表不同的语音信息，可以实现系统的单曲播报、所有站点循环播报等功能。主程序的流程图如图2所示。

图2 系统主程序流程图

3.1 语音设计

系统语音设计主要是录放音的设计。如果点击录音键，此时单片机就会发送录音指令给语音芯片，语音芯片开始记录当前状态下接收到的音频信息，并存储到语音芯片中指定的地址段上。如果点击播放按键就会播报提前录制的音频信息。

3.2 液晶显示设计

液晶显示模块是显示系统“正在录音”还是“正在放音”的一个功能模块。系统开始运行首先对液晶进行初始化操作，此时液晶显示“待机中”，如果点击录音键，它就会显示“录音中”，如果点击放音键，它就会显示 “放音中”，如果选择语音报站，显示器上也会显示“放音中”。

4 系统测试

本项目是基于单片机的语音系统的设计，通过实体测试了系统的功能，实现了如下的功能：

1)前段驻极体麦克风实现了对音频信息的处理并且经过放大电路传输给语音芯片ISD，同时芯片完成了对音频信息的存储；

2)单片机实现信息的整合并控制音频的输入输出，同时它控制5110液晶实现录音和播放状态信息显示；

3)键盘模块实现了站点播报，并可以进行单站循环和多站循环操作。此外系统还配置了四个特殊的按键，分别实现录音、放音和快进，停止功能。

5 结论

单片机语音系统的设计完成了录放功能，可以最长录音8分钟。采用分段录音的方式，可以录制8段站点语音，还有一段系统功能介绍和一段音乐。此系统在完成语音录放系统的基础上实现公交车站报站的功能，它可以实现8个站点的顺序、循环播报以及单个站点的循环播报，在日常生活中，具有广阔的应用前景。除此之外此系统还可以稍作改进，应用在家庭语音报警系统以及语音医疗之中。

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张捐净（1985—），女，助教/硕士学位，现工作于安阳工学院。

聂萌瑶（1988—），女，助教/硕士学位，现工作于安阳工学院。