基于STM32的語音存儲與回放系統(tǒng)

郭樹浩 張亞峰

（平頂山學院信息工程學院 河南平頂山467000）

語音存儲回放系統(tǒng)的硬件構(gòu)成主要有兩種，一種是采用分立的器件來實現(xiàn)，另一種則是借助專用的語音芯片來構(gòu)成。第一種方式設(shè)計的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，可靠性低。因此，在實際應(yīng)用中多采用第二種方式。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)通過麥克風將采集到的語音轉(zhuǎn)換為電信號，接著此信號進入語音芯片，ISD1280可對語音信號進行前置放大、濾波，之后在單片機的控制下，語音芯片對數(shù)據(jù)進行采樣存儲。回放時，單片機控制語音芯片提取數(shù)據(jù)，經(jīng)過語音芯片對數(shù)據(jù)進行讀取之后即可通過喇叭播放。按鍵模塊可以控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)。ISD1820采用多電平直接模擬量存儲技術(shù)，因此能夠真實、自然地再現(xiàn)語音信號。

當系統(tǒng)處于錄音和放音狀態(tài)時，LCD液晶屏幕會顯示相應(yīng)的信息以協(xié)助判斷。

系統(tǒng)框圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)的組成框圖

2 硬件構(gòu)成

2.1 STM32單片機

此系統(tǒng)采用 STM32F103系列芯片，在系統(tǒng)中負責控制語音芯片錄音、放音以及對數(shù)據(jù)的存儲與讀取。STM32F103系列芯片是意法半導(dǎo)體公司出品的低功耗、高性能32位單片機，其內(nèi)核是Cortex-M3。本系統(tǒng)采用的芯片采用64kB的Flash只讀程序存儲器，工作電壓在2V～3.6V，工作溫度為-40℃～85℃。此主控芯片的管腳圖如圖2所示。

圖2 STM32F103芯片管腳圖

單片機工作所需的基本電路有電源電路、晶振以及復(fù)位電路。在此設(shè)計中，電源電路采取AMS1117-3.3芯片，晶振采用 8MHz主頻+32.768 kHz時鐘頻率，復(fù)位電路采用 10 kΩ電阻、0.1μF電容以及六腳按鈕組成。原理圖如3所示：

圖3 電路原理圖

2.2 ISD1820

ISD語音芯片是ISD公司生產(chǎn)的系列語音芯片，其以高品質(zhì)的工作性能和語音音質(zhì)深受設(shè)計人員和使用者的青睞。其采樣頻率有 8.0、6.4、5.3、4.0、3.2，錄放時間8s至20s?？刂拼诵酒浄乓舻姆绞椒浅：唵?，可直接通過1820語音模塊上的按鍵實現(xiàn)。該芯片具有三種放音模式，分別是邊沿觸發(fā)放音、電平觸發(fā)放音和循環(huán)放音。由此芯片構(gòu)成的模塊可直接驅(qū)動8歐0.5W的喇叭。此芯片通過I/O口和單片機連接。芯片共有14個管腳，管腳排列圖如4所示。

圖4 ISD1820新品管腳排列圖

REC、PLAYE和PLAYL管腳控制芯片的錄音和放音。

（1）REC管腳：控制錄音，只要接入高電平就能錄音；

（2）PLAYE管腳：邊沿觸發(fā)放音。此管腳出現(xiàn)上升沿時，芯片開始放音，直至語音片段結(jié)束；

（3）PLAYL管腳：電平觸發(fā)放音。此端由低電平變?yōu)楦唠娖綍r，芯片開始放音；當回到低電平時，芯片暫停放音。

2.3 LCD1602

1602液晶屏幕一共有16個引腳。除去電源正極、電源地、背光源正負極、AO引腳，其余的引腳都要直接和單片機相連接。原理圖如圖5所示。

圖5 1602液晶屏幕原理圖

AO引腳為液晶顯示屏對比度調(diào)整端；RS為寄存器選擇引腳（當其為高電平時，選擇數(shù)據(jù)寄存器；低電平時，選擇指令寄存器）；RW引腳為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)；E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令；D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。

3 系統(tǒng)硬件電路總體設(shè)計

本系統(tǒng)主要分為四個模塊：STM32主控芯片模塊、按鍵、ISD1820模塊和LCD1602液晶模塊。按鍵和液晶屏幕直接通過I/O口和單片機相連接。液晶屏幕除了接電源和地的引腳之外，其余的引腳和單片機的PB5～PB15依次序連接。三個按鍵分別接在單片機的PC13、PC14、PC15端口，無需再接電阻，另一端接地。ISD1820語音模塊通過PLAYE、REC管腳分別與PA1、PA0管腳連接。整個系統(tǒng)由USB接口供電。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

此系統(tǒng)的軟件流程圖如圖6所示。在本設(shè)計中，需要使用單片機來控制語音芯片，所以通過按鍵連接I/O口來實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。設(shè)置三個按鍵（KEY1,KEY2,KEY3），KEY1控制播放模式的切換（初始狀態(tài)為循環(huán)播放模式）；KEY2按鍵是在邊沿觸發(fā)放音模式下，按下KEY2即可進行放音；KEY3控制系統(tǒng)錄音。由于電平觸發(fā)放音模式使用不便，故不采用此放音方式。

圖6 系統(tǒng)的軟件流程圖

5 結(jié)語

相比傳統(tǒng)語音處理系統(tǒng)，本設(shè)計采用專用語音信號處理芯片和 STM32單片機結(jié)合，能夠更好的避免信號失真，而且系統(tǒng)的體積也更小，能夠適應(yīng)更加復(fù)雜場景下的應(yīng)用。