賀國秀等

摘 要：本文旨在設(shè)計一個基于單片機的語音提醒系統(tǒng)。該系統(tǒng)以STC89C51單片機為核心，分為語音存儲與回放模塊、按鍵控制模塊和LED屏幕顯示模塊，同時擴展一個256KB的外部RAM存儲器用于存儲大容量的語音信息。該設(shè)計簡單易行，高效實用，在特定場合取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：語音提醒；單片機；語音信號處理

中文分類號： TP311 文獻標識碼： A 文章編號：2095-2163（2015）01-

Abstract： This paper aims to design a voice reminder system based on MCU. Using the STC89C51 as the microcontroller core， the system divides into voice storage and playback module， key control module and LED screen display module， while extending an external RAM memory of 256KB， used to store large-capacity voice information. The design is simple， efficient and practical， which achieves good results in certain situations.

Key words： Voice Remainder； MCU； Voice Signal Processing

0引 言

隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，信息與計算機技術(shù)的不斷進步，嵌入式技術(shù)與通信技術(shù)也相應(yīng)得到了長足進展。具體地，基于嵌入式的數(shù)字化語音信號處理即已成為信息科學(xué)高科技應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)注熱點。傳統(tǒng)的語音存儲與回放系統(tǒng)則因其處理速度慢、存儲容量小、音效差、傳輸距離有限等受到了巨大的挑戰(zhàn)。而在實際工作中，卻由于其傳輸過程中存在的語音丟失、失真以及在專門場所難于固定播報的局限性，使之尚未獲取預(yù)期的溝通效果。針對這一現(xiàn)象，即迫切需要一種在相關(guān)場合固定的、體積較小的、功能強大的數(shù)字化語音提醒系統(tǒng)。本文將圍繞此一問題展開研究

1 系統(tǒng)設(shè)計原理

現(xiàn)在市場上語音芯片種類繁多，但由于其缺乏靈活性、難以滿足用戶在不同場合的要求，故選用以微處理器控制芯片為核心的語音存儲與回放系統(tǒng)。系統(tǒng)采用STC89C51單片機作為控制芯片、麥克風(fēng)（microphone，MIC）和NE5532組成的放大電路，其中帶通濾波器和A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器則負責(zé)語音信號采集，D/A轉(zhuǎn)換器和揚聲器將負責(zé)語音回放，外部存儲器負責(zé)語音存儲[1]，而LED點陣顯示屏即負責(zé)顯示提示信息，另有單片機自帶鍵盤可負責(zé)控制語音錄入和回放。

當(dāng)按下錄入鍵，語音信號由MIC錄入，經(jīng)過放大和濾波后，送入A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為語音數(shù)字信號，在單片機的控制下，就將語音數(shù)字信號存儲在外部存儲器中。當(dāng)按下回放鍵，單片機提取相應(yīng)的數(shù)字信號，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換為模擬信號，而經(jīng)濾波和功率放大后，將由揚聲器輸出，同時屏幕在單片機控制下，顯示語音信息的編號。

2結(jié)構(gòu)分析

本系統(tǒng)的基本思想是用A/D轉(zhuǎn)換器將語音模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進行存儲，待接受命令后，再將數(shù)字信號通過D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號經(jīng)揚聲器輸出。本系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 模塊設(shè)計

3.1語音存儲與控制模塊

本系統(tǒng)以STC89C51單片機為核心控制芯片進行控制，負責(zé)錄音、放音、對于中斷命令的響應(yīng)和對外部存儲器RAM進行讀寫操作?？刂菩酒刂茀f(xié)調(diào)各部分電路，將語音模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并存儲到外部存儲器；當(dāng)收到回放請求，則調(diào)出數(shù)字信號并轉(zhuǎn)換為模擬信號輸出。

存儲器采用隨機存儲器RAM。這是一種存儲單元的內(nèi)容可按需隨意取出或存入，且存取的速度與存儲單元的位置無關(guān)的存儲器，因此選取此外部存儲芯片就大大提高了系統(tǒng)的靈活性。

由上所述，語音存儲與回放裝置的流程圖如圖2和圖3所示。

3.2按鍵控制模塊

在單片機控制系統(tǒng)中，通過按鍵實現(xiàn)控制功能是常規(guī)選擇。本系統(tǒng)由于涉及到多個用戶的語音存儲，因此引入按鍵來對各個用戶加以區(qū)分。按鍵的控制流程大致分為兩個方面：消除按鍵抖動和按鍵響應(yīng)。其中，對按鍵控制的重要環(huán)節(jié)是去抖動，即消除按下和抬起瞬間的抖動，而消除抖動后面臨的更大問題就是解決按鍵的響應(yīng)問題。下面將對其展開具體分析。

3.2.1 處理按鍵抖動

在該環(huán)節(jié)中，按鍵抖動時間的長短由按鍵的機械特性來決定，一般為5～10 ms[2]。去抖動的方法有很多種，如使用R-S觸發(fā)器等的硬件方法和運用不同算法的軟件方法等。硬件方法會增加成本和體積；而軟件方法消除抖動則是檢測到有觸發(fā)后，將延時一段時間后再檢測觸發(fā)狀態(tài)，如果與之前的一樣，則認為有按鍵按下，這種方法的使用更為普遍?，F(xiàn)在常應(yīng)用加固定軟件延時來去抖動。具體方法就是在有按鍵按下時，利用軟件延時10ms或稍長的時間后再次檢測按鍵是否按下，實際上就是避開了按鍵按下時的抖動時間[3]。

3.2.2 處理按鍵響應(yīng)

本系統(tǒng)選用的鍵盤形式為編碼式鍵盤。采用線反轉(zhuǎn)法（或者稱為行列翻轉(zhuǎn)法）對鍵盤進行處理。實現(xiàn)方法為：

（1）初始化鍵盤狀態(tài)，行全部輸出0，列全部輸出1，如果有鍵按下，則相應(yīng)的列讀回來的值應(yīng)該為低，即按鍵列的位置已經(jīng)確定。

（2）將行列反過來，把行作為輸入，列作為輸出，如果按鍵仍然被按下，則相應(yīng)的行的值應(yīng)該為低，即確定了行的位置[4]。

按鍵控制流程如圖4所示。

3.3 LED屏幕顯示模塊

LED點陣顯示屏具有運行可靠安全、節(jié)能、成本低和使用方便等特點[5]，故本設(shè)計通過單片機芯片控制行列驅(qū)動電路在LED顯示屏上展現(xiàn)提示信息。LED顯示屏的硬件圖如圖5所示。

4軟件部分的實現(xiàn)

通過以上的研究與設(shè)計，對整個系統(tǒng)進行整合和調(diào)試。具體的程序流程圖如圖6所示。

系統(tǒng)啟動后，由鍵盤的相應(yīng)按鍵表示有關(guān)人的請求錄音，同時在LED顯示屏上顯示相關(guān)提示信息，接著語音錄制與存儲模塊啟動。錄制完成后存入擴展的存儲器中。請求放音之前需先通過鍵盤的相關(guān)按鍵選擇語音信息，同時在LED屏幕上顯示提示信息，而后語音回放模塊啟動，就將相應(yīng)的語音播放出來。

5 結(jié)束語

本項目以STC89C51單片機為控制中心，結(jié)合語音存儲與回放模塊、按鍵控制模塊和LED屏幕顯示模塊，實現(xiàn)了語音提醒系統(tǒng)，經(jīng)過多次實驗和調(diào)試，具有良好的穩(wěn)定性和用戶友好性。設(shè)計成果降低了管理工作失誤，同時顯著提高了管理工作效率與溝通水平，因而本研究具有重要的現(xiàn)實意義及應(yīng)用價值。

參考文獻：

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