基于USB存储技术的电子语音记录系统的设计方案

一、引言

随着科技的发展，语音识别技术在各个领域得到了广泛应用。本文将介绍一种基于USB存储技术的电子语音记录系统的设计方案，该系统充分利用了凌阳单片机强大的语音识别功能，通过嵌入式USB主、从控制芯片SL811HS和相应的软件设计，实现了语音信号的智能识别，并以嵌入式主机方式保存到USB存储器。该系统设计灵活、扩展性好，可广泛应用于语音记录、语音录入等多个领域。

二、系统总体设计

2.1 系统结构

系统主要包括语音采集模块、凌阳单片机SPCE061A、液晶显示模块、USB主机接口控制器和USB存储器等几个部分。系统的功能通过语音样品采集训练、语音识别和USB存储等三个环节来实现。

1. 语音采集模块：通过驻极话筒采集语音信号，并将信号输入到凌阳单片机SPCE061A的MIC-IN端。

2. 凌阳单片机SPCE061A：负责语音信号的A/D转换、特征提取和语音识别。

3. 液晶显示模块：显示语音样品采集训练时的提示信息和训练结果，以及语音识别结果。

4. USB主机接口控制器：通过SL811HS芯片实现与USB存储器的通信，将识别出的语音信息以文本文件格式保存到USB存储器中。

2.2 工作原理

1. 语音样品采集训练：通过语音数据采集模块内的驻极话筒采集语音，采集到的语音数据通过SPCE061A的MIC-IN端输入，再经过A/D转换器将其转换成数字信号，并调用训练API函数对其进行特征提取，以样品模板库要求的格式保存到FLASH中。

2. 语音识别：采集到的语音数据通过A/D转换后，由语音识别API函数对其进行特征提取，再与样品模板库中的语音样品进行特征匹配。匹配后的结果在LCD上显示的同时，交给USB主机接口控制器。

3. USB存储：在USB主机接口控制器模块和与之配合的USB协议和FAT文件系统的支持下，系统完成对USB设备的枚举，并以文本文件的格式将识别出来的信息保存到USB存储器中。

三、主控芯片型号及其在设计中的作用

3.1 凌阳单片机SPCE061A

3.1.1 芯片介绍

凌阳SPCE061A是一款16位单片机，具有强大的语音识别功能。其内部集成了A/D转换器、自动增益控制（AGC）和滤波处理等模块，使得语音信号的采集和处理变得简单高效。

3.1.2 在设计中的作用

1. 语音采集与转换：SPCE061A的MIC-IN通道内部做了AGC自动增益和滤波处理，只需一个驻极话筒和少量的外围阻容电路即可实现语音的采集。采集到的语音信号通过A/D转换器转换成数字信号。

2. 特征提取与语音识别：凌阳SPCE061A提供了一组专用的API函数来支持语音识别功能。这些API函数包括训练函数、语音识别器初始化函数和获取识别结果函数等。通过这些函数，系统可以实现对语音信号的特征提取和识别。

3. 数据存储：识别出的语音信息通过SPCE061A的处理后，以特定格式保存到其FLASH存储器中，供后续处理使用。

3.1.3 关键技术指标

• 工作电压：3.3V

• A/D转换器：10位

• 内部RAM：16k

• 内部FLASH：32k

• 语音识别API函数：支持特定人语音识别和命令识别

3.2 USB主机接口控制器SL811HS

3.2.1 芯片介绍

SL811HS是Cypress公司推出的一款嵌入式的USB主、从控制器芯片。它可以实现USB主机结构中的总线接口层的功能，支持USB 1.1规范，低速传输速率为1.5Mb/s，全速传输速率为12Mb/s。

3.2.2 在设计中的作用

1. USB通信：SL811HS作为USB主机接口控制器，负责与USB存储器进行通信。通过其内部的串行接口引擎，实现主机与总线上数据的并串转换任务。

2. 设备枚举：系统通过SL811HS对USB设备进行枚举，确定其类型后，进行相应的处理。对于存储设备，系统进一步进行海量存储设备的枚举，以提取U盘的各项参数。

3. 数据传输：在USB协议和FAT文件系统的支持下，SL811HS将识别出的语音信息以文本文件格式保存到USB存储器中。同时，它支持地址自增模式，可以高效地传输连续地址单元中的数据。

3.2.3 关键技术指标

• 工作电压：3.3V

• USB规范：支持USB 1.1

• 传输速率：低速1.5Mb/s，全速12Mb/s

• 串行接口引擎：支持并串转换

• 数据传输模式：支持地址自增模式

四、软件设计

4.1 语音识别软件设计

语音识别软件设计主要包括训练函数、语音识别器初始化函数和获取识别结果函数的实现。

1. 训练函数：用于特定人语音识别的模型训练。通过调用训练函数，系统可以对语音样本进行学习，并将学习的内容存储到模板库中。训练函数的C语言调用格式为int BSR_Train(int WordID,int TrainMode)，其中WordID为命令序号，TrainMode为训练次数。

2. 语音识别器初始化函数：用于语音识别器的初始化。通过调用初始化函数，系统可以设定语音输入来源（如MIC输入或LINE_IN输入）。初始化函数的C语言调用格式为void BSR_InitRecognizer(int AudioSource)。

3. 获取识别结果函数：用于完成语音识别，并返回识别结果。通过调用获取识别结果函数，系统可以得到当前输入的语音在模板库中查找的最相近的结果。获取识别结果函数的C语言调用格式为int BSR_GetResult(void)。

4.2 USB通信软件设计

USB通信软件设计主要包括设备枚举、文件操作和数据传输等功能的实现。

1. 设备枚举：系统通过调用USB设备的枚举函数，确定USB设备的类型。对于存储设备，系统进一步进行海量存储设备的枚举，以提取U盘的各项参数。

2. 文件操作：系统通过调用文件系统层提供的文件操作函数，实现对USB存储器中文件的读写操作。这些文件操作函数包括文件打开、文件关闭、文件读写等。

3. 数据传输：系统通过调用数据传输函数，将识别出的语音信息以文本文件格式保存到USB存储器中。在数据传输过程中，系统利用SL811HS的地址自增模式，高效地传输连续地址单元中的数据。

五、系统实现与测试

5.1 系统硬件实现

根据系统设计方案，搭建硬件电路。硬件电路主要包括凌阳单片机SPCE061A、SL811HS USB主机接口控制器、驻极话筒、液晶显示模块和USB存储器等部分。通过合理的电路设计和布局，确保各模块之间的连接正确可靠。

5.2 系统软件测试

在硬件电路搭建完成后，进行系统软件测试。测试内容包括语音识别功能的测试、USB通信功能的测试和整体系统功能的测试。通过测试，验证系统各部分的功能是否满足设计要求，并进行必要的调试和优化。

5.3 系统性能测试

对系统的性能进行测试，包括语音识别准确率、USB传输速度等指标。通过测试，评估系统的性能表现，并根据测试结果进行进一步的优化和改进。

六、结论

本文介绍了一种基于USB存储技术的电子语音记录系统的设计方案。该系统充分利用了凌阳单片机SPCE061A的语音识别功能和SL811HS USB主机接口控制器的通信功能，实现了语音信号的智能识别和保存。系统设计灵活、扩展性好，可广泛应用于语音记录、语音录入等多个领域。通过合理的硬件电路设计和软件设计，系统各部分功能得到了有效实现，并具有良好的性能和稳定性。