王彥茹，胡體玲

（杭州電子科技大學(xué) 電子信息學(xué)院，浙江 杭州 310018）

語(yǔ)音信號(hào)是人們相互傳遞信息的最基本的手段，其直觀，信息量大，優(yōu)點(diǎn)十分明顯。將語(yǔ)音信號(hào)采集并存儲(chǔ)起來(lái)，而且可以按照人們的想法來(lái)控制和播放一直是人們研究和利用的重點(diǎn)，因此人們從未中斷過(guò)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的探索和研究。隨著科學(xué)的進(jìn)步和技術(shù)的提高，人們?cè)缫巡粷M足于單純只將語(yǔ)音采集和存儲(chǔ)起來(lái)，人們?cè)絹?lái)越注重保證語(yǔ)音信號(hào)高清晰度和低失真度。傳統(tǒng)的模擬磁性錄音機(jī)每錄一次就會(huì)增加錄音的噪聲，不方便多次錄放和廣泛傳播，這在一定程度上也限制了語(yǔ)音信號(hào)方面的發(fā)展?，F(xiàn)代數(shù)字技術(shù)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采集，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，極大地方便了語(yǔ)音信號(hào)的存儲(chǔ)和復(fù)制，且通過(guò)處理芯片能過(guò)濾掉語(yǔ)音信號(hào)中的噪聲分量，使語(yǔ)音信號(hào)更加純凈。

文中采用8位單片機(jī)AT89S52[1]結(jié)合專(zhuān)門(mén)的語(yǔ)音芯片ISD25120實(shí)現(xiàn)了對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，并對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行一系列的處理。與一般的語(yǔ)音記錄儀相比，不僅大大提高了語(yǔ)音信號(hào)的清晰度，降低了失真度，而且實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音信號(hào)的分段采集、選段播放，設(shè)計(jì)更加人性化。由于采用ISD25120可使播放時(shí)間長(zhǎng)達(dá)2分鐘之久。

1 技術(shù)方案

ISD25120是一個(gè)語(yǔ)音信號(hào)處理芯片，該芯片可處理4.0、5.3、6.4和8.0 kHz頻率范圍的音頻信號(hào)，錄音時(shí)間可達(dá)120 s，最多可分為600個(gè)段，能反復(fù)錄放10萬(wàn)次。同時(shí)該芯片內(nèi)部集成了A/D、D/A數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，免去了繁雜的外圍電路也避免摻雜進(jìn)噪聲分量，具有良好的音色又避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲。相對(duì)于傳統(tǒng)記錄儀電路，該電路又集成了放大電路，時(shí)鐘電路，編碼解碼功能模塊，采樣時(shí)鐘等功能模塊，能保證錄音質(zhì)量的高保真度和放音質(zhì)量高清晰度。

ISD2500系列語(yǔ)音芯片[2]將480 k的EEPROM分為 600個(gè)信息段，每段800個(gè)字節(jié)。每個(gè)信息段的錄放音時(shí)間等于總時(shí)間除以600。如ISD25120的總時(shí)間為120 s，則每個(gè)信息段的錄放音時(shí)間為200 ms。將這些信息段進(jìn)行組合分配就可以達(dá)到多段語(yǔ)音錄放功能，因此在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，只需要從片機(jī)輸出相應(yīng)的位地址來(lái)控制ISD25120芯片中語(yǔ)音存儲(chǔ)的位置來(lái)確認(rèn)從哪里讀取信號(hào)即可。

綜上所述，在該系統(tǒng)中單片機(jī)主要用于對(duì)該芯片的功能以及語(yǔ)音存儲(chǔ)地址進(jìn)行控制，所以單片機(jī)的編程變得十分簡(jiǎn)單。此外，為了美化界面，實(shí)現(xiàn)人機(jī)通信，該系統(tǒng)添加了LCD1602液晶顯示器、鍵盤(pán)、串口等外圍設(shè)備。整個(gè)系統(tǒng)可以分為語(yǔ)音輸入模塊、語(yǔ)音輸出模塊、鍵盤(pán)模塊、顯示模塊、串口模塊、語(yǔ)音芯片模塊。硬件實(shí)現(xiàn)框圖如圖1所示。

圖1 硬件實(shí)現(xiàn)框圖Fig.1 Block of the hardware system

2 硬件實(shí)現(xiàn)電路

系統(tǒng)以ISD25120為核心，充分利用其豐富的片內(nèi)資源對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣、量化、編解碼等處理。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可以分為ISD25120語(yǔ)音芯片電路模塊，單片機(jī)控制電路模塊。

2.1 ISD25120語(yǔ)音芯片電路模塊

文中采用ISD25120語(yǔ)音芯片構(gòu)成的語(yǔ)音處理電路模塊，如圖2所示。ISD25120的地址/模式輸入口A0～A9與單片機(jī)相應(yīng)的I/O口連接以實(shí)現(xiàn)分段錄放音，通過(guò)單片機(jī)輸出相應(yīng)的位地址來(lái)控制ISD25120芯片中語(yǔ)音存儲(chǔ)的位置，確認(rèn)從哪里讀取信號(hào)。P/R、EOM、PD、CE引腳與單片機(jī)的I/O口連接，利用單片機(jī)輸出相應(yīng)的控制信號(hào)來(lái)控制語(yǔ)音的錄放模式。MIC和MIC－REF通過(guò)耦合電路連接咪頭，用來(lái)采集語(yǔ)音信號(hào)。SP+和SP－連接一個(gè)喇叭，用來(lái)播放語(yǔ)音信號(hào)。

2.2 單片機(jī)控制電路模塊

單片機(jī)通過(guò)各I/O口的數(shù)據(jù)來(lái)控制與其相連的外圍設(shè)備的工作。圖3所示的單片機(jī)電路中已經(jīng)標(biāo)出與單片機(jī)各引腳相連的所有端口，包括液晶顯示器、語(yǔ)音芯片、復(fù)位電路、晶振電路、按鍵及串口等。其中，鍵盤(pán)模塊通過(guò)按鍵與單片機(jī)引腳的連接用來(lái)選擇錄音/放音，通道選擇，執(zhí)行/停止，以及復(fù)位功能。顯示模塊采用2×16液晶顯示器LCD1602對(duì)系統(tǒng)所處的狀態(tài)（錄音/放音，通道）進(jìn)行顯示。串口模塊串口以及串口驅(qū)動(dòng)芯片MAX23與單片機(jī)管腳進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)的聯(lián)系，以進(jìn)行程序的抄寫(xiě)。

圖2 ISD25120芯片電路模塊Fig.2 Circuit diagram of ISD25120 chip

圖3 單片機(jī)控制電路Fig.3 Diagram of MCU control circuit

3 軟件設(shè)計(jì)

圖4是系統(tǒng)的軟件流程圖。軟件設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言編程[6]，它具備可讀性和可移植性，易于調(diào)試編程。系統(tǒng)初始化后，通過(guò)C語(yǔ)言編程和三個(gè)按鍵進(jìn)行控制可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)的錄放和選段播放。同時(shí)可利用液晶顯示器進(jìn)行狀態(tài)、通道和路線以及正在錄放音的通道信息的顯示。程序的編寫(xiě)主要實(shí)現(xiàn)四個(gè)功能：鍵盤(pán)掃描，LCD顯示，錄放音功能和選段功能，其中編程的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)分段錄放音。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了一種基于單片機(jī)AT89S52和語(yǔ)音芯片ISD25120的語(yǔ)音記錄儀，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)分段存儲(chǔ)，選段播放的功能。語(yǔ)音播放的時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)120 s，同時(shí)可通過(guò)按鍵和液晶1602實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，對(duì)功能（錄音或者放音），頻道（存儲(chǔ)或播放的位置）以及音量的大小進(jìn)行選擇和控制。此語(yǔ)音系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔緊湊，能實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。如果更換存儲(chǔ)量更大的語(yǔ)音芯片，則語(yǔ)音播放時(shí)間會(huì)相應(yīng)延長(zhǎng)，應(yīng)用將更加廣泛。

圖4 軟件設(shè)計(jì)的流程圖Fig.4 Flow chart of the software design

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