基于STM32的語音存儲與回放系統

郭樹浩 張亞峰

（平頂山學院信息工程學院 河南平頂山467000）

語音存儲回放系統的硬件構成主要有兩種，一種是采用分立的器件來實現，另一種則是借助專用的語音芯片來構成。第一種方式設計的系統結構復雜，體積龐大，可靠性低。因此，在實際應用中多采用第二種方式。

1 系統構成

系統通過麥克風將采集到的語音轉換為電信號，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，語音芯片對數據進行采樣存儲?；胤艜r，單片機控制語音芯片提取數據，經過語音芯片對數據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的工作狀態。ISD1820采用多電平直接模擬量存儲技術，因此能夠真實、自然地再現語音信號。

當系統處于錄音和放音狀態時，LCD液晶屏幕會顯示相應的信息以協助判斷。

系統框圖如圖1所示：

圖1 系統的組成框圖

2 硬件構成

2.1 STM32單片機

此系統采用 STM32F103系列芯片，在系統中負責控制語音芯片錄音、放音以及對數據的存儲與讀取。STM32F103系列芯片是意法半導體公司出品的低功耗、高性能32位單片機，其內核是Cortex-M3。本系統采用的芯片采用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、晶振以及復位電路。在此設計中，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公司生產的系列語音芯片，其以高品質的工作性能和語音音質深受設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。該芯片具有三種放音模式，分別是邊沿觸發放音、電平觸發放音和循環放音。由此芯片構成的模塊可直接驅動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：邊沿觸發放音。此管腳出現上升沿時，芯片開始放音，直至語音片段結束；

（3）PLAYL管腳：電平觸發放音。此端由低電平變為高電平時，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整端；RS為寄存器選擇引腳（當其為高電平時，選擇數據寄存器；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據；E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執行命令；D0～D7為8位雙向數據線。

3 系統硬件電路總體設計

本系統主要分為四個模塊：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。整個系統由USB接口供電。

4 系統軟件設計

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

圖6 系統的軟件流程圖

5 結語

相比傳統語音處理系統，本設計采用專用語音信號處理芯片和 STM32單片機結合，能夠更好的避免信號失真，而且系統的體積也更小，能夠適應更加復雜場景下的應用。