基于USB存儲技術(shù)的電子語音記錄系統(tǒng)的設(shè)計方案

一、引言

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

二、系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要包括語音采集模塊、凌陽單片機(jī)SPCE061A、液晶顯示模塊、USB主機(jī)接口控制器和USB存儲器等幾個部分。系統(tǒng)的功能通過語音樣品采集訓(xùn)練、語音識別和USB存儲等三個環(huán)節(jié)來實現(xiàn)。

1. 語音采集模塊：通過駐極話筒采集語音信號，并將信號輸入到凌陽單片機(jī)SPCE061A的MIC-IN端。

2. 凌陽單片機(jī)SPCE061A：負(fù)責(zé)語音信號的A/D轉(zhuǎn)換、特征提取和語音識別。

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

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

2.2 工作原理

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

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

3. USB存儲：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USB設(shè)備的枚舉，并以文本文件的格式將識別出來的信息保存到USB存儲器中。

三、主控芯片型號及其在設(shè)計中的作用

3.1 凌陽單片機(jī)SPCE061A

3.1.1 芯片介紹

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

3.1.2 在設(shè)計中的作用

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

2. 特征提取與語音識別：凌陽SPCE061A提供了一組專用的API函數(shù)來支持語音識別功能。這些API函數(shù)包括訓(xùn)練函數(shù)、語音識別器初始化函數(shù)和獲取識別結(jié)果函數(shù)等。通過這些函數(shù)，系統(tǒng)可以實現(xiàn)對語音信號的特征提取和識別。

3. 數(shù)據(jù)存儲：識別出的語音信息通過SPCE061A的處理后，以特定格式保存到其FLASH存儲器中，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

• 語音識別API函數(shù)：支持特定人語音識別和命令識別

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存儲器進(jìn)行通信。通過其內(nèi)部的串行接口引擎，實現(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SL811HS對USB設(shè)備進(jìn)行枚舉，確定其類型后，進(jìn)行相應(yīng)的處理。對于存儲設(shè)備，系統(tǒng)進(jìn)一步進(jìn)行海量存儲設(shè)備的枚舉，以提取U盤的各項參數(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將識別出的語音信息以文本文件格式保存到USB存儲器中。同時，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

4.1 語音識別軟件設(shè)計

語音識別軟件設(shè)計主要包括訓(xùn)練函數(shù)、語音識別器初始化函數(shù)和獲取識別結(jié)果函數(shù)的實現(xiàn)。

1. 訓(xùn)練函數(shù)：用于特定人語音識別的模型訓(xùn)練。通過調(diào)用訓(xùn)練函數(shù)，系統(tǒng)可以對語音樣本進(jìn)行學(xué)習(xí)，并將學(xué)習(xí)的內(nèi)容存儲到模板庫中。訓(xùn)練函數(shù)的C語言調(diào)用格式為int BSR_Train(int WordID,int TrainMode)，其中WordID為命令序號，TrainMode為訓(xùn)練次數(shù)。

2. 語音識別器初始化函數(shù)：用于語音識別器的初始化。通過調(diào)用初始化函數(shù)，系統(tǒng)可以設(shè)定語音輸入來源（如MIC輸入或LINE_IN輸入）。初始化函數(shù)的C語言調(diào)用格式為void BSR_InitRecognizer(int AudioSource)。

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

4.2 USB通信軟件設(shè)計

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

1. 設(shè)備枚舉：系統(tǒng)通過調(diào)用USB設(shè)備的枚舉函數(shù)，確定USB設(shè)備的類型。對于存儲設(shè)備，系統(tǒng)進(jìn)一步進(jìn)行海量存儲設(shè)備的枚舉，以提取U盤的各項參數(shù)。

2. 文件操作：系統(tǒng)通過調(diào)用文件系統(tǒng)層提供的文件操作函數(shù)，實現(xiàn)對USB存儲器中文件的讀寫操作。這些文件操作函數(shù)包括文件打開、文件關(guān)閉、文件讀寫等。

3. 數(shù)據(jù)傳輸：系統(tǒng)通過調(diào)用數(shù)據(jù)傳輸函數(shù)，將識別出的語音信息以文本文件格式保存到USB存儲器中。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，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)實現(xiàn)與測試

5.1 系統(tǒng)硬件實現(xiàn)

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

5.2 系統(tǒng)軟件測試

在硬件電路搭建完成后，進(jìn)行系統(tǒng)軟件測試。測試內(nèi)容包括語音識別功能的測試、USB通信功能的測試和整體系統(tǒng)功能的測試。通過測試，驗證系統(tǒng)各部分的功能是否滿足設(shè)計要求，并進(jìn)行必要的調(diào)試和優(yōu)化。

5.3 系統(tǒng)性能測試

對系統(tǒng)的性能進(jìn)行測試，包括語音識別準(zhǔn)確率、USB傳輸速度等指標(biāo)。通過測試，評估系統(tǒng)的性能表現(xiàn)，并根據(jù)測試結(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存儲技術(shù)的電子語音記錄系統(tǒng)的設(shè)計方案。該系統(tǒng)充分利用了凌陽單片機(jī)SPCE061A的語音識別功能和SL811HS USB主機(jī)接口控制器的通信功能，實現(xiàn)了語音信號的智能識別和保存。系統(tǒng)設(shè)計靈活、擴(kuò)展性好，可廣泛應(yīng)用于語音記錄、語音錄入等多個領(lǐng)域。通過合理的硬件電路設(shè)計和軟件設(shè)計，系統(tǒng)各部分功能得到了有效實現(xiàn)，并具有良好的性能和穩(wěn)定性。