基于USB存儲技術的電子語音記錄系統(tǒng)的設計方案

一、引言

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

二、系統(tǒng)總體設計

2.1 系統(tǒng)結構

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

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SPCE061A的MIC-IN端。

2. 凌陽單片機SPCE061A：負責語音信號的A/D轉換、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練時的提示信息和訓練結果，以及語音識別結果。

4. USB主機接口控制器：通過SL811HS芯片實現與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. 語音樣品采集訓練：通過語音數據采集模塊內的駐極話筒采集語音，采集到的語音數據通過SPCE061A的MIC-IN端輸入，再經過A/D轉換器將其轉換成數字信號，并調用訓練API函數對其進行特征提取，以樣品模板庫要求的格式保存到FLASH中。

2. 語音識別：采集到的語音數據通過A/D轉換后，由語音識別API函數對其進行特征提取，再與樣品模板庫中的語音樣品進行特征匹配。匹配后的結果在LCD上顯示的同時，交給USB主機接口控制器。

3. USB存儲：在USB主機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計中的作用

3.1 凌陽單片機SPCE061A

3.1.1 芯片介紹

凌陽SPCE061A是一款16位單片機，具有強大的語音識別功能。其內部集成了A/D轉換器、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 在設計中的作用

1. 語音采集與轉換：SPCE061A的MIC-IN通道內部做了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語音的采集。采集到的語音信號通過A/D轉換器轉換成數字信號。

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

3. 數據存儲：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 關鍵技術指標

• 工作電壓：3.3V

• A/D轉換器：10位

• 內部RAM：16k

• 內部FLASH：32k

• 語音識別API函數：支持特定人語音識別和命令識別

3.2 USB主機接口控制器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USB主機結構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 在設計中的作用

1. USB通信：SL811HS作為USB主機接口控制器，負責與USB存儲器進行通信。通過其內部的串行接口引擎，實現主機與總線上數據的并串轉換任務。

2. 設備枚舉：系統(tǒng)通過SL811HS對USB設備進行枚舉，確定其類型后，進行相應的處理。對于存儲設備，系統(tǒng)進一步進行海量存儲設備的枚舉，以提取U盤的各項參數。

3. 數據傳輸：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)地址單元中的數據。

3.2.3 關鍵技術指標

• 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：支持并串轉換

• 數據傳輸模式：支持地址自增模式

四、軟件設計

4.1 語音識別軟件設計

語音識別軟件設計主要包括訓練函數、語音識別器初始化函數和獲取識別結果函數的實現。

1. 訓練函數：用于特定人語音識別的模型訓練。通過調用訓練函數，系統(tǒng)可以對語音樣本進行學習，并將學習的內容存儲到模板庫中。訓練函數的C語言調用格式為int BSR_Train(int WordID,int TrainMode)，其中WordID為命令序號，TrainMode為訓練次數。

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

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

4.2 USB通信軟件設計

USB通信軟件設計主要包括設備枚舉、文件操作和數據傳輸等功能的實現。

1. 設備枚舉：系統(tǒng)通過調用USB設備的枚舉函數，確定USB設備的類型。對于存儲設備，系統(tǒng)進一步進行海量存儲設備的枚舉，以提取U盤的各項參數。

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

3. 數據傳輸：系統(tǒng)通過調用數據傳輸函數，將識別出的語音信息以文本文件格式保存到USB存儲器中。在數據傳輸過程中，系統(tǒng)利用SL811HS的地址自增模式，高效地傳輸連續(xù)地址單元中的數據。

五、系統(tǒng)實現與測試

5.1 系統(tǒng)硬件實現

根據系統(tǒng)設計方案，搭建硬件電路。硬件電路主要包括凌陽單片機SPCE061A、SL811HS USB主機接口控制器、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，進行系統(tǒng)軟件測試。測試內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計要求，并進行必要的調試和優(yōu)化。

5.3 系統(tǒng)性能測試

對系統(tǒng)的性能進行測試，包括語音識別準確率、USB傳輸速度等指標。通過測試，評估系統(tǒng)的性能表現，并根據測試結果進行進一步的優(yōu)化和改進。

六、結論

本文介紹了一種基于USB存儲技術的電子語音記錄系統(tǒng)的設計方案。該系統(tǒng)充分利用了凌陽單片機SPCE061A的語音識別功能和SL811HS USB主機接口控制器的通信功能，實現了語音信號的智能識別和保存。系統(tǒng)設計靈活、擴展性好，可廣泛應用于語音記錄、語音錄入等多個領域。通過合理的硬件電路設計和軟件設計，系統(tǒng)各部分功能得到了有效實現，并具有良好的性能和穩(wěn)定性。