基于USB存儲(chǔ)技術(shù)的電子語(yǔ)音記錄系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

一、引言

隨著科技的發(fā)展，語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本文將介紹一種基于USB存儲(chǔ)技術(shù)的電子語(yǔ)音記錄系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，該系統(tǒng)充分利用了凌陽(yáng)單片機(jī)強(qiáng)大的語(yǔ)音識(shí)別功能，通過(guò)嵌入式USB主、從控制芯片SL811HS和相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音信號(hào)的智能識(shí)別，并以嵌入式主機(jī)方式保存到USB存儲(chǔ)器。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活、擴(kuò)展性好，可廣泛應(yīng)用于語(yǔ)音記錄、語(yǔ)音錄入等多個(gè)領(lǐng)域。

二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要包括語(yǔ)音采集模塊、凌陽(yáng)單片機(jī)SPCE061A、液晶顯示模塊、USB主機(jī)接口控制器和USB存儲(chǔ)器等幾個(gè)部分。系統(tǒng)的功能通過(guò)語(yǔ)音樣品采集訓(xùn)練、語(yǔ)音識(shí)別和USB存儲(chǔ)等三個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1. 語(yǔ)音采集模塊：通過(guò)駐極話筒采集語(yǔ)音信號(hào)，并將信號(hào)輸入到凌陽(yáng)單片機(jī)SPCE061A的MIC-IN端。

2. 凌陽(yáng)單片機(jī)SPCE061A：負(fù)責(zé)語(yǔ)音信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換、特征提取和語(yǔ)音識(shí)別。

3. 液晶顯示模塊：顯示語(yǔ)音樣品采集訓(xùn)練時(shí)的提示信息和訓(xùn)練結(jié)果，以及語(yǔ)音識(shí)別結(jié)果。

4. USB主機(jī)接口控制器：通過(guò)SL811HS芯片實(shí)現(xiàn)與USB存儲(chǔ)器的通信，將識(shí)別出的語(yǔ)音信息以文本文件格式保存到USB存儲(chǔ)器中。

2.2 工作原理

1. 語(yǔ)音樣品采集訓(xùn)練：通過(guò)語(yǔ)音數(shù)據(jù)采集模塊內(nèi)的駐極話筒采集語(yǔ)音，采集到的語(yǔ)音數(shù)據(jù)通過(guò)SPCE061A的MIC-IN端輸入，再經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并調(diào)用訓(xùn)練API函數(shù)對(duì)其進(jìn)行特征提取，以樣品模板庫(kù)要求的格式保存到FLASH中。

2. 語(yǔ)音識(shí)別：采集到的語(yǔ)音數(shù)據(jù)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后，由語(yǔ)音識(shí)別API函數(shù)對(duì)其進(jìn)行特征提取，再與樣品模板庫(kù)中的語(yǔ)音樣品進(jìn)行特征匹配。匹配后的結(jié)果在LCD上顯示的同時(shí)，交給USB主機(jī)接口控制器。

3. USB存儲(chǔ)：在USB主機(jī)接口控制器模塊和與之配合的USB協(xié)議和FAT文件系統(tǒng)的支持下，系統(tǒng)完成對(duì)USB設(shè)備的枚舉，并以文本文件的格式將識(shí)別出來(lái)的信息保存到USB存儲(chǔ)器中。

三、主控芯片型號(hào)及其在設(shè)計(jì)中的作用

3.1 凌陽(yáng)單片機(jī)SPCE061A

3.1.1 芯片介紹

凌陽(yáng)SPCE061A是一款16位單片機(jī)，具有強(qiáng)大的語(yǔ)音識(shí)別功能。其內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換器、自動(dòng)增益控制（AGC）和濾波處理等模塊，使得語(yǔ)音信號(hào)的采集和處理變得簡(jiǎn)單高效。

3.1.2 在設(shè)計(jì)中的作用

1. 語(yǔ)音采集與轉(zhuǎn)換：SPCE061A的MIC-IN通道內(nèi)部做了AGC自動(dòng)增益和濾波處理，只需一個(gè)駐極話筒和少量的外圍阻容電路即可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的采集。采集到的語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。

2. 特征提取與語(yǔ)音識(shí)別：凌陽(yáng)SPCE061A提供了一組專(zhuān)用的API函數(shù)來(lái)支持語(yǔ)音識(shí)別功能。這些API函數(shù)包括訓(xùn)練函數(shù)、語(yǔ)音識(shí)別器初始化函數(shù)和獲取識(shí)別結(jié)果函數(shù)等。通過(guò)這些函數(shù)，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的特征提取和識(shí)別。

3. 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：識(shí)別出的語(yǔ)音信息通過(guò)SPCE061A的處理后，以特定格式保存到其FLASH存儲(chǔ)器中，供后續(xù)處理使用。

3.1.3 關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)

• 工作電壓：3.3V

• A/D轉(zhuǎn)換器：10位

• 內(nèi)部RAM：16k

• 內(nèi)部FLASH：32k

• 語(yǔ)音識(shí)別API函數(shù)：支持特定人語(yǔ)音識(shí)別和命令識(shí)別

3.2 USB主機(jī)接口控制器SL811HS

3.2.1 芯片介紹

SL811HS是Cypress公司推出的一款嵌入式的USB主、從控制器芯片。它可以實(shí)現(xiàn)USB主機(jī)結(jié)構(gòu)中的總線接口層的功能，支持USB 1.1規(guī)范，低速傳輸速率為1.5Mb/s，全速傳輸速率為12Mb/s。

3.2.2 在設(shè)計(jì)中的作用

1. USB通信：SL811HS作為USB主機(jī)接口控制器，負(fù)責(zé)與USB存儲(chǔ)器進(jìn)行通信。通過(guò)其內(nèi)部的串行接口引擎，實(shí)現(xiàn)主機(jī)與總線上數(shù)據(jù)的并串轉(zhuǎn)換任務(wù)。

2. 設(shè)備枚舉：系統(tǒng)通過(guò)SL811HS對(duì)USB設(shè)備進(jìn)行枚舉，確定其類(lèi)型后，進(jìn)行相應(yīng)的處理。對(duì)于存儲(chǔ)設(shè)備，系統(tǒng)進(jìn)一步進(jìn)行海量存儲(chǔ)設(shè)備的枚舉，以提取U盤(pán)的各項(xiàng)參數(shù)。

3. 數(shù)據(jù)傳輸：在USB協(xié)議和FAT文件系統(tǒng)的支持下，SL811HS將識(shí)別出的語(yǔ)音信息以文本文件格式保存到USB存儲(chǔ)器中。同時(shí)，它支持地址自增模式，可以高效地傳輸連續(xù)地址單元中的數(shù)據(jù)。

3.2.3 關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)

• 工作電壓：3.3V

• USB規(guī)范：支持USB 1.1

• 傳輸速率：低速1.5Mb/s，全速12Mb/s

• 串行接口引擎：支持并串轉(zhuǎn)換

• 數(shù)據(jù)傳輸模式：支持地址自增模式

四、軟件設(shè)計(jì)

4.1 語(yǔ)音識(shí)別軟件設(shè)計(jì)

語(yǔ)音識(shí)別軟件設(shè)計(jì)主要包括訓(xùn)練函數(shù)、語(yǔ)音識(shí)別器初始化函數(shù)和獲取識(shí)別結(jié)果函數(shù)的實(shí)現(xiàn)。

1. 訓(xùn)練函數(shù)：用于特定人語(yǔ)音識(shí)別的模型訓(xùn)練。通過(guò)調(diào)用訓(xùn)練函數(shù)，系統(tǒng)可以對(duì)語(yǔ)音樣本進(jìn)行學(xué)習(xí)，并將學(xué)習(xí)的內(nèi)容存儲(chǔ)到模板庫(kù)中。訓(xùn)練函數(shù)的C語(yǔ)言調(diào)用格式為int BSR_Train(int WordID,int TrainMode)，其中WordID為命令序號(hào)，TrainMode為訓(xùn)練次數(shù)。

2. 語(yǔ)音識(shí)別器初始化函數(shù)：用于語(yǔ)音識(shí)別器的初始化。通過(guò)調(diào)用初始化函數(shù)，系統(tǒng)可以設(shè)定語(yǔ)音輸入來(lái)源（如MIC輸入或LINE_IN輸入）。初始化函數(shù)的C語(yǔ)言調(diào)用格式為void BSR_InitRecognizer(int AudioSource)。

3. 獲取識(shí)別結(jié)果函數(shù)：用于完成語(yǔ)音識(shí)別，并返回識(shí)別結(jié)果。通過(guò)調(diào)用獲取識(shí)別結(jié)果函數(shù)，系統(tǒng)可以得到當(dāng)前輸入的語(yǔ)音在模板庫(kù)中查找的最相近的結(jié)果。獲取識(shí)別結(jié)果函數(shù)的C語(yǔ)言調(diào)用格式為int BSR_GetResult(void)。

4.2 USB通信軟件設(shè)計(jì)

USB通信軟件設(shè)計(jì)主要包括設(shè)備枚舉、文件操作和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ艿膶?shí)現(xiàn)。

1. 設(shè)備枚舉：系統(tǒng)通過(guò)調(diào)用USB設(shè)備的枚舉函數(shù)，確定USB設(shè)備的類(lèi)型。對(duì)于存儲(chǔ)設(shè)備，系統(tǒng)進(jìn)一步進(jìn)行海量存儲(chǔ)設(shè)備的枚舉，以提取U盤(pán)的各項(xiàng)參數(shù)。

2. 文件操作：系統(tǒng)通過(guò)調(diào)用文件系統(tǒng)層提供的文件操作函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)USB存儲(chǔ)器中文件的讀寫(xiě)操作。這些文件操作函數(shù)包括文件打開(kāi)、文件關(guān)閉、文件讀寫(xiě)等。

3. 數(shù)據(jù)傳輸：系統(tǒng)通過(guò)調(diào)用數(shù)據(jù)傳輸函數(shù)，將識(shí)別出的語(yǔ)音信息以文本文件格式保存到USB存儲(chǔ)器中。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，系統(tǒng)利用SL811HS的地址自增模式，高效地傳輸連續(xù)地址單元中的數(shù)據(jù)。

五、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與測(cè)試

5.1 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，搭建硬件電路。硬件電路主要包括凌陽(yáng)單片機(jī)SPCE061A、SL811HS USB主機(jī)接口控制器、駐極話筒、液晶顯示模塊和USB存儲(chǔ)器等部分。通過(guò)合理的電路設(shè)計(jì)和布局，確保各模塊之間的連接正確可靠。

5.2 系統(tǒng)軟件測(cè)試

在硬件電路搭建完成后，進(jìn)行系統(tǒng)軟件測(cè)試。測(cè)試內(nèi)容包括語(yǔ)音識(shí)別功能的測(cè)試、USB通信功能的測(cè)試和整體系統(tǒng)功能的測(cè)試。通過(guò)測(cè)試，驗(yàn)證系統(tǒng)各部分的功能是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，并進(jìn)行必要的調(diào)試和優(yōu)化。

5.3 系統(tǒng)性能測(cè)試

對(duì)系統(tǒng)的性能進(jìn)行測(cè)試，包括語(yǔ)音識(shí)別準(zhǔn)確率、USB傳輸速度等指標(biāo)。通過(guò)測(cè)試，評(píng)估系統(tǒng)的性能表現(xiàn)，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化和改進(jìn)。

六、結(jié)論

本文介紹了一種基于USB存儲(chǔ)技術(shù)的電子語(yǔ)音記錄系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)充分利用了凌陽(yáng)單片機(jī)SPCE061A的語(yǔ)音識(shí)別功能和SL811HS USB主機(jī)接口控制器的通信功能，實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音信號(hào)的智能識(shí)別和保存。系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活、擴(kuò)展性好，可廣泛應(yīng)用于語(yǔ)音記錄、語(yǔ)音錄入等多個(gè)領(lǐng)域。通過(guò)合理的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，系統(tǒng)各部分功能得到了有效實(shí)現(xiàn)，并具有良好的性能和穩(wěn)定性。