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【摘 要】 本设计旨在加强理论在实际操作中的应用，探讨出不同语音录放产生电路在”3C“领域的应用及其优缺点，找出问题并加以改善。相当于寻找在实际应用中最优方案。主要设计程序用STM32单片机控制A/D转化过程，使采集到的电压能准确读出，继而实现整个电压测量过程。测得的电压值存储在芯片中，通过单片机对语音芯片ISD1760的程控使其播报出存储的电压值。该语音存储与回放系统主要包括STM32单片机最小系统；ISD1760语音录放模块的设；语音的录制方法的程序和独立按键模式；单片机控制语音播放的软件设计，软件设计过程是整个系统的关键。
该系统很好的结合了数字电压表和语音存储与录放功能，涉及到语音合成技术，最终将做一个简单的播报式数字电压表，能实现主要的功能。本设计采用简单易行的方法——一块主芯片STM32、一块语音芯片ISD1760和一个LCD1602显示模块，只要通过编程实现这三者的通信就可以了。主芯片和语音芯片采用SPI协议实现通信。程序下载方法用J-LINK V8 和串口转接板两种下载方法。使用ALTIUM DESIGNER 10画电路图和PCB。
本设计系统实现了实时测量0V到5V电压的并在LCD1602上显示且通过语音模块播报出测得的电压值。基本实现了播报式数字电压表的功能。而且该实现方案硬件设计简单，对于未没参加过较大较复杂系统的系统设计而又熟悉C语言在单片机编程的应用的人是个很好的选择。本系统也达到一般要求——語音存储、录放和电压值的测量，对于深入学习单片机应用是一个很好的引导。
【关键词】 语音存储；语音录放；语音合成；SPI协议；模数转换
1、引言
人们一直梦寐以求采集和保存语音信息，也对此付出了种种不懈的努力。直到1877年，大发明家爱迪生发明出世界上第一部机械式留声机才初次得以实现。在此后的100多年间，科学家们先后发明创造出了钢丝、胶片、磁带、磁盘、磁芯、激光唱片等各种保存原生的载体。尽管上述这些产品都曾经和正在发挥着很大的作用，但是这类原生载体都需要依赖一套精密复杂的机械传动装置来操纵控制，它们存在着体积大、耗电多、成本高和机械磨损、介质损耗等许多明显的缺陷，尤其是机械控制与集成电路根本就无法直接接口，这一致的“先天不足”，从根本上决定了这类原生载体终究不能成就大器的事实。然而，人类为此探索的脚步从来都没有停止过。20世纪60、70年代，语音集成电路诞生了，开创了语音合成技术的新纪元。特别是近10年来，语音电路已经迅速发展成当前“会说话”电子产品、家电产品、通信产品和网络化产品中不可或缺的重要集成电路器件，并成为一个多品种、多规格、多系列、多元化的庞大语音集成电路体系。
随着我国经济建设的迅猛发展，公安、铁路、民航、电力、金融等部门对语音存储、回放的需求不断增长。把语音生成技术用于工业监控系统、自动应答系统、多媒体查询系统、智能化仪表、办公自动化系统或家用电气产品中，使它们具有语音输出功能，使之能在适当的时候用语音实时报告系统的工作状态、警告信息、提示信息或相关的解释说明等，无疑在提高人机通信能力、减少对错误处理的遗漏、提高系统性能、降低人们的工作强度等方面都有极大的好处。必须研究更好的语音存储与合成技术，来提高工作效率。
2、概述
2.1、语音存储与回放系统概述
语音存储与回放系统的工作原理是将采集到的语音信息按段按时间分别存放在不同的存储区块中，可以通过软件或者按键来触发播放指针播放事先录制好的语音信息。播放指针也可以通过软件或按键的方式来进行选择，有了播放指针，就可以方便的对语音信息进行擦除、修改、存储。目前，绝大多数的语音录放集成电路，其语音信息的合成，都是先通过传声器将声音转变为模拟电信号，再经过模/数（A/D）转换电路形成数字化信号，并保存与语音录放集成电路内部或外部的半导体数字存储器中。而语音信息的还原过程则刚好相反。先是从数字存储器中取出数字化语音信号，再由数/模（D/A）转换电路转化成模拟信号，并经过适当的滤波处理之后，再有音频放大电路进行放大，然后通过扬声器、蜂鸣器之类的电声转换器件，使原声得到还原与重放[8]，如图2-1所示：
ISD系列单片语音录放集成电路[8]经过二十多年的创新发展，目前已成长为全世界语音录放电路中门类齐全、功能强大、型号繁多、独成体系的著名系列化语音录放集成电路产品。可以说，ISD系列语音录放集成电路的诞生标志着语音合成技术及半导体制造工艺已经进入了一个新的时代。
ISD系列单片语音录放器件采用ISD（信息存储器件）公司的专利技术，成功的实现了语音（或非语音）模拟数据在电可擦除可编程存储器（EEPROM）和闪速存储器（Flash ROM）中的直接存取。这一创造性的的语音存储技术，可以将模拟数据直接写入EEPROM/Flash ROM存储阵列中的最小存储单元，或从中直接被读出，而且这种语音信息的直接模拟量存取过程，完全不需要经过通用模/数（A/D）和数/模（D/A）转换电路的处理。ISD系列单片语音录放集成电路相比其他语音芯片有以下几个优点：
2.2、本设计方案思路
本设计以实现语音信息的长久存储和良好的音质回放为主要目的；以语音模拟数据在电可擦除可编程存储器（EEPROM）和闪速存储器（Flash ROM）中的直接存取，数据处理和单片机控制语音芯片和液晶显示的软件编程为主要设计内容。
在语音信息采集与抽取方面利用ISD1760语音录放芯片。以STM32单片机为核心控制器，主控单片机主要通过四线（SCLK，MOSI，MISO，/SS）SPI协议对ISD1760进行串行通信。ISD1760作为从机，几乎所有的操作都可以通过这个SPI协议来完成。为了兼容独立按键模式，一些SPI命令：PLAY，REC，ERASE，FED，RESET和GLOBAL_ERASE的运行类似于相应独立按键模式的操作。
该系统很好的结合了数字电压表和语音存储与录放功能，涉及到语音合成技术，最终将做一个简单的播报式数字电压表，能实现主要的功能。本设计采用简单易行的方法——一块主芯片STM32、一块语音芯片ISD1760和一个LCD1602显示模块，只要通过编程实现这三者的通信就可以了。主芯片和语音芯片采用SPI协议实现通信。程序下载方法用J-LINK V8 和串口转接板两种下载方法。使用ALTIUM DESIGNER 10画电路图和PCB。
本设计系统实现了实时测量0V到5V电压的并在LCD1602上显示且通过语音模块播报出测得的电压值。基本实现了播报式数字电压表的功能。而且该实现方案硬件设计简单，对于未没参加过较大较复杂系统的系统设计而又熟悉C语言在单片机编程的应用的人是个很好的选择。本系统也达到一般要求——語音存储、录放和电压值的测量，对于深入学习单片机应用是一个很好的引导。
【关键词】 语音存储；语音录放；语音合成；SPI协议；模数转换
1、引言
人们一直梦寐以求采集和保存语音信息，也对此付出了种种不懈的努力。直到1877年，大发明家爱迪生发明出世界上第一部机械式留声机才初次得以实现。在此后的100多年间，科学家们先后发明创造出了钢丝、胶片、磁带、磁盘、磁芯、激光唱片等各种保存原生的载体。尽管上述这些产品都曾经和正在发挥着很大的作用，但是这类原生载体都需要依赖一套精密复杂的机械传动装置来操纵控制，它们存在着体积大、耗电多、成本高和机械磨损、介质损耗等许多明显的缺陷，尤其是机械控制与集成电路根本就无法直接接口，这一致的“先天不足”，从根本上决定了这类原生载体终究不能成就大器的事实。然而，人类为此探索的脚步从来都没有停止过。20世纪60、70年代，语音集成电路诞生了，开创了语音合成技术的新纪元。特别是近10年来，语音电路已经迅速发展成当前“会说话”电子产品、家电产品、通信产品和网络化产品中不可或缺的重要集成电路器件，并成为一个多品种、多规格、多系列、多元化的庞大语音集成电路体系。
随着我国经济建设的迅猛发展，公安、铁路、民航、电力、金融等部门对语音存储、回放的需求不断增长。把语音生成技术用于工业监控系统、自动应答系统、多媒体查询系统、智能化仪表、办公自动化系统或家用电气产品中，使它们具有语音输出功能，使之能在适当的时候用语音实时报告系统的工作状态、警告信息、提示信息或相关的解释说明等，无疑在提高人机通信能力、减少对错误处理的遗漏、提高系统性能、降低人们的工作强度等方面都有极大的好处。必须研究更好的语音存储与合成技术，来提高工作效率。
2、概述
2.1、语音存储与回放系统概述
语音存储与回放系统的工作原理是将采集到的语音信息按段按时间分别存放在不同的存储区块中，可以通过软件或者按键来触发播放指针播放事先录制好的语音信息。播放指针也可以通过软件或按键的方式来进行选择，有了播放指针，就可以方便的对语音信息进行擦除、修改、存储。目前，绝大多数的语音录放集成电路，其语音信息的合成，都是先通过传声器将声音转变为模拟电信号，再经过模/数（A/D）转换电路形成数字化信号，并保存与语音录放集成电路内部或外部的半导体数字存储器中。而语音信息的还原过程则刚好相反。先是从数字存储器中取出数字化语音信号，再由数/模（D/A）转换电路转化成模拟信号，并经过适当的滤波处理之后，再有音频放大电路进行放大，然后通过扬声器、蜂鸣器之类的电声转换器件，使原声得到还原与重放[8]，如图2-1所示：
ISD系列单片语音录放集成电路[8]经过二十多年的创新发展，目前已成长为全世界语音录放电路中门类齐全、功能强大、型号繁多、独成体系的著名系列化语音录放集成电路产品。可以说，ISD系列语音录放集成电路的诞生标志着语音合成技术及半导体制造工艺已经进入了一个新的时代。
ISD系列单片语音录放器件采用ISD（信息存储器件）公司的专利技术，成功的实现了语音（或非语音）模拟数据在电可擦除可编程存储器（EEPROM）和闪速存储器（Flash ROM）中的直接存取。这一创造性的的语音存储技术，可以将模拟数据直接写入EEPROM/Flash ROM存储阵列中的最小存储单元，或从中直接被读出，而且这种语音信息的直接模拟量存取过程，完全不需要经过通用模/数（A/D）和数/模（D/A）转换电路的处理。ISD系列单片语音录放集成电路相比其他语音芯片有以下几个优点：
2.2、本设计方案思路
本设计以实现语音信息的长久存储和良好的音质回放为主要目的；以语音模拟数据在电可擦除可编程存储器（EEPROM）和闪速存储器（Flash ROM）中的直接存取，数据处理和单片机控制语音芯片和液晶显示的软件编程为主要设计内容。
在语音信息采集与抽取方面利用ISD1760语音录放芯片。以STM32单片机为核心控制器，主控单片机主要通过四线（SCLK，MOSI，MISO，/SS）SPI协议对ISD1760进行串行通信。ISD1760作为从机，几乎所有的操作都可以通过这个SPI协议来完成。为了兼容独立按键模式，一些SPI命令：PLAY，REC，ERASE，FED，RESET和GLOBAL_ERASE的运行类似于相应独立按键模式的操作。