基于凌阳单片机的语音信号实时采集

基于凌阳单片机的语音信号实时采集（精选7篇）

篇1：基于凌阳单片机的语音信号实时采集

1.1单片机模拟信号采集

单片机系统采集器的信号有模拟电压信号、PWM信号和数字逻辑信号等，其中，应用较广泛的是模拟信号采集。模拟信号指的是电压和电流，采用的处理技术主要有模拟量的放大和选通、信号滤波等。因为单片机测控系统有时需要采集和控制多路参数，如果对每条路都单独采用一个较为复杂且成本较高的回路，就会对系统的校准造成较大影响，几乎不能实现。因此，可以选用多路模拟开关，方便多种情况下共用。但在选择多路模拟开关时，要注意考虑通道数量、数漏电流设计、切换速度、通导电阻、器件封装、开关参数的漂移性和每路电阻的一致性这几点。信号滤波是为了减少或消除工作过程中的噪声信号，滤波常用的有模拟滤波电路和数字滤波技术，后者在单片机系统中发展较快。

1.2随机脉冲信号采集卡的设计

随机脉冲信号采集卡的硬件组成主要有输入输出接口、单片机运行和控制、复读采集和控制、信号重放和主机接口控制这五个电路模块。该系统的`主要硬件电路包括单片机主系统中的随机脉冲放大和限幅电路、脉冲幅度、脉冲宽度测量电路、高速信号采集、存储电路以及由EPLD等构成的控制信号电路等。单片机除了负责随机脉冲信号的采集以外，还要将相关的数据与随机脉冲数据组织成一个完整的信号数据结构。

1.3单片机脉冲信号采集优化模式

单片机脉冲信号的采集应用必须要做好相关软硬件的应用、采集模式等的剖析准备工作。在硬件系统中，需要主机板与接口板设备的配合。在应用软件子系统过程中，要采用模块化分区结构，确保脉冲信号的有效采集和处理。在单片机脉冲信号采集过程中，要注重对单片机CPU的选择，确保其与接口板等设备相协调。优化编制程序结构，使其满足脉冲信号采集的需求。例如SOC单片机嵌入系统，该系统的应用效果良好，是单片微控制器设备的延伸。采集单片机脉冲信号时，需要单片微控制器的配合，才能应用多个微处理器协调接口板，实现CCL信号、信号、t信号等的应用。该模式要求单片机具有运作速度快、功耗成本低、处理效率高等特点，同时，要为软件系统的运行提供稳定的工作环境，实现单片机脉冲信号采集的优化，并确保整体系统硬件功能的正常使用。在对单片机脉冲信号采集模式进行优化设计时，要掌握硬件的运行环境。在脉冲信号采集处理过程中，要保障单片机应用系统的自检模式、加源刻度模式等各个模块的协调统一配合，保证软件系统中不同软件模块之问的正常运行，实现人机对话模式的优化。通过优化模块结构应用，实现综合运作效益的提升。通过对CCL信号的处理和对输出模块的分析，实现对周期性脉冲信号数据的收集和模拟量数据的输出。在该模式中，信号是一种随机信号，通过数字滤波技术中的中值滤波技术、加权滤波技术等的应用，获取有效、准确的数据并消除误差，提升薄层分辨能力。在系统试调中，要确保软硬件之问的有效适配，确保其调试环节的协调，满足系统各功能需求，实现对单片机脉冲信号的有效采集和处理。

2单片机脉冲信号测量

2.1单片机脉冲信号测试仪

以单片机为核心的脉冲信号参数测试仪和控制装置，具有体积小巧、便于携带、可拓展性较强的特点。例如C8051F340单片机，此种单片机具有较强大的集成模块功能，简化了硬件电路设计。该测试仪主要包括显示模块、单片机模块、按键模块、电源模块和信号调理电路模块，软件采用C51语言编程，主要由主程序、按键子程序、信号采集子程序、信号处理子程序、液晶显示程序和中断子程序等部分组成。此种单片机具有丰富的中断资源，外部中断和定时器溢出中断子程序可完成电压值、周期、频率和占空比的测量。

2.2单片机脉冲信号测量采集方法

单片机脉冲信号的测量采用高电平宽度的方法，将四位数码管用于显示正脉宽度，利用单片机外中断INT 1和定时器TI配合测量得出外脉冲高电平持续时问。当ITN1脚出现下降时，进入INT 1中断服务程序来判断脉冲位置。如果是第一个脉冲，则打开计数器T1的开关;否则，关闭T1开关。T1等到P3.4脚出现高电压时开始计数。主函数在关闭TI的情况下读取TI计数值，并送达四位数码管显示。例如AT89C51单片机脉冲信号的测量，脉冲信号测量仪用来测量脉冲的宽度、频率等参数，主要由单片机、晶振电路设计、显示电路设计和复位电路设计几个部分构成。AT89C51具有低耗能、高性能且经济的微处理器，与MCS51的指令设置和芯片引脚可相互兼容。电路设计在外围接一个晶振和一个复位电路，然后给单片机接上电源和接地就可开始工作。在单片机运行工作中，时钟电路在脉冲信号的测量中十分重要，各个部件的运行都以时钟频率为基准。利用时钟电路提高单片机的时钟信号，利用复位电路提高单片机的电平复位信号，显示电路可显示当前测量的脉冲宽度，按键电路负责测量脉冲信号。

篇2：基于凌阳单片机的语音信号实时采集

★ 高速DSP数据采集的信号完整性问题

★ 采用PCI9052及GP实现GPS信号采集

★ 基于DSP和光缆通信的远程高速数据采集及处理系统的设计与应用

★ 无线路由器信号增强超设置方法

★ 浅析人工湿地污水处理系统的处理机制与效果

★ 基于USB总线的实时数据采集系统设计与实现

★ 《郗超与谢玄不善》阅读答案

★ 生物医学信号处理实验与理论教学结合方法的探讨

★ 沉积盆地超压系统内油气的生成与保存

篇3：基于凌阳单片机的语音信号实时采集

目前使用的电力自动化设备, 如动态无功补偿、有载调压装置等, 往往都有实时性要求, 需要获得系统的实时数据作为控制的根据。数据采集系统设计的好坏对整个监控性能的影响是非常大的。对于大型自动控制设备, 可以采用工控机等作为控制单元, 而对于控制方式较简单的中小型设备, 从降低成本和简化设计方面考虑, 往往采用单片机作为控制器。因此, 基于单片机的交流信号实时采集系统具有广泛的应用前景。

美国INTEL公司的80C196KC为16位高性能单片机, 特别适用于实时性要求较高的自动控制系统、数据采集系统、信号处理系统和高级智能仪器等领域, 而且它自带多路A/D输入接口, 可以简化数据采集系统的硬件结构。本文介绍一种基于80C196KC的交流信号实时采集系统设计方法。本方法可以采集到系统电压、电流和频率的实时数据, 可迅速计算出有功功率、无功功率和功率因数等电信息。在采集速度和精度上能够满足需要, 并且整个装置运行可靠、结构简单、维护方便。

1 信号调理及采样保持电路与同步脉冲形成电路

从输电线路当中的电压互感器以及电流互感器当中能够获得被检测信号。但是, 电压互感器和电流互感器的输入范围以及二次数值和典型的计算机电路却不相适应。所以需要降低和变换。交流电流的变换采用电流变换器并在其二次侧并联电阻, 取电阻上的电压测量。

如果铁心没有达到饱和, 并联电阻上的二次电压波形和电流之间的变换器二次电流能够与第一次电流的波形以及电位角基本保持一致。中间变换器可以产生隔离、屏蔽作用, 能够对系统的稳定性进行提高。电压、电流转换过来的电压信号都是最大值为2.5V的交流, 经模拟低通滤波器、调理和采样保持后输入到80C196KC (多路转换器和A/D转换器都集成在了单片机内, 不需再重复设计) 。为保证数据采集和转换的精度, 单片机系统还需要获得实时频率[1]。

1.1 频率采集

由于电力系统的基波频率不是恒为50Hz, 而是在50Hz附近波动。频率采集的目的, 就是要跟踪系统基波频率的变化, 动态调整采样周期, 消除系统频率波动的影响。

当我们对采集的离散电信息进行数字信号处理时, 如果不知道准确的频率, 将会产生较大误差。频率测量电路如图1。

1.2 多路数据采集

图2为两通道数据采集的原理图, 其中P0.4、P0.5为80C196的两个A/D转换口。80C196KC可提供8个A/D转换口 (P0.0~P0.7) , 因此可进行8个通道的同步采集。每一通道的电路主要分为精密+2.5V产生部分、叠加部分、钳位部分和采样保持部分。

1.3 数据采集电路参数的调整

高压大电流信号的采集如图3。高电压信号经电压互感器后变为100V的低电压, 再经过100:3.8V的电压互感器变为有效值为3.8V的低压后输入图2的U端子;电流互感器采集到的一次电流为5A, 再经过一个5:0.2A的电流互感器, 在该电流互感器的副边并接一个阻值为20Ω的电阻, 把电流信号转换成有效值为4V的电压信号, 然后输入图2的I端子。

2 交流信号采集算法

目前, 算法的种类很多, 例如:两点乘积算法、导数算法、全波傅立叶算法以及半波傅立叶等等计算方式。虽然存在多种算法, 可是不论使用何种计算方式, 它都是为了对可表征被控制对象运行特点的物理量进行计算。我们都知道, 效率和精确问题是评定一种算法是否具有可行性的关键。在效率问题上包括运算量以及数据窗长度两点。精确问题和效率问题看似相互矛盾, 其实则不然。对于一个合格的算法而言, 就是能够取得计算精准度和计算效率上的“双赢”。如果有滤波要求, 还要考虑算法本身是否有数字滤波的功能[2]。

比较上面提到的几种算法, 经过精度和速度两个指标的权衡, 较好的是全波傅立叶算法和半波傅立叶算法。全波傅立叶算法具有很高的滤波功能, 可是它却需要获得一个周波的数据窗, 所以计算效率较低;而半波傅立叶算法对数据窗的要求只是前者的一般, 可以对奇次谐波进行滤除, 在计算效率方面肯定与前者相比也较快。出于对实时性的考虑, 这里使用了半波傅立叶算法。

假定被采样的模拟信号为周期性时间函数的叠加, 包括基波和各次谐波, 表达式为:

式中n=1, 2, ……, 为非负整数;an和bn分别是每次谐波分量的余弦项与正弦项的振幅。按照傅氏级数的计算方法, 能够得出x (t) 中基波分量x 1 (t) =a1cosω1t+b1sinω1t的实部和虚部的幅值a1、b1分别为:

把和离散化, 得

式中, N为一个周波的采样点数。

一般为计算方便, 每半波采6个点, 即N=12, 则

基波的幅值、相角各自为:

按照香农采样定理:函数x (t) 以间隔∆t被采样, 要能准确的恢复x (t) , 必须以大于其最高频率的两倍速度采样, 半波傅立叶算法的采样频率为赫兹, 在考虑工频偏移的情况下, 也远大于最高x (t) 频率的两倍, 所以采样方案是可行的。

3 结论

采用本文所述的基于16位单片机的数据采集方法, 能够在极短的时间内获得交流信号的信息特征, 且具有较强的抗干扰能力。该方法应用于电力系统一次参数测量中, 进行多通道实时数据的采集与处理, 其精准度较高, 能够满足实际运作的需要。关于其它实时数据处理相关的场合, 也可以采用相近的方法。

摘要：提出一种基于16位单片机的实时多通道数据采集方法。电力系统一次电压、电流信号经比例变换、滤波、调理和采样保持后, 由单片机80C196采集, 然后经半波傅立叶变换恢复为电压、电流实际值。采用频率跟踪来消除系统基波频率波动的影响。本方法实时性好, 处理结果准确、硬件结构简单, 具有较高实用价值。

关键词：数据采集,电力系统,单片机,傅立叶算法

参考文献

[1]陈国磊, 舒双宝, 季振山.电能质量监测高速数据采集系统的设计和实现[J].电力系统保护与控制, 2009, 37 (3) :6972.

[2]刘栋梁.便携式数据采集与处理系统的研究[J].计算机测量与控制, 2002, 10 (2) :127-128.

[3]隋晓红, 刘付刚, 李志军.一种高速数据采集及存储系统的研究与设计[J].电测与仪表, 2007, 44 (8) :48-52.

[4]银翔, 王玉平.基于DSP的电能质量数据采集系统的研究[J].微计算机信息, 2007, 23 (12) :187-188.

[5]张原峰.ADS7825模数转换芯片及其在高速数据采集系统中的应用[J].计算机测量与控制, 2002, 10 (6) :403-406.

[6]张名祥, 杨泽富, 李清兵.交流信号测量装置的设计[J].船电技术, 2008, 28 (3) :172-176.

[7]黄俊杰, 毛晓波, 黄云峰.基于多路Σ-A/D转换器的同步数据采集系统[J].电测与仪表, 2004, 41 (7) :22-25.

篇4：基于凌阳单片机的语音信号实时采集

【关键词】实时计算机辅助交际（SCMC） 语音 互动理论

【Abstract】the information technology，particulary synchronos computer-mediated communication technology，has greatly helped to transform traditional language class.however，rarely do researchers probe into the effect of CMC technonology applying to language class. This study is a survey of students attitudes towards integrating SCMC into regular class schedule. The study also proved that SCMC is useful in helping students to improve their English speaking proficiency.

【Key words】SCMC； vocie-base； interaction theory

一、导言

听说读写四大语言能力中，口语一直是中国学生英语学习的薄弱之处。尽管各个高校基本都开设了英语口语课，小班模式的口语教学课也对提高大学生英语口语能力有一定的作用，但是总体来说，35人口语班，课堂时间还是显得有些紧张了，加上焦虑，学生普遍反应课堂上口语实践不足。还有的情况则是课堂时间为部分英语高水平学生主导，多数学生为沉默的一群。在这样的情况下，仅仅依靠一周一次的口语课，就可以提高学生的英语口语表达能力，这样的希望常常落空。此时，网络信息技术的发展为教学困局提供了一个可能的解决方案。从上个世纪90年代起，计算机实时交流技术走入外语课堂，开始获得语言教师和语言学家的关注。教师们认为，通过在线实时交流技术，学生可以突破课堂授课的时间和空间限制，根据自己的情况，延伸课堂外学习时间，从而提升学生的外语能力。一般认为，在线实时交际同我们日常的面对面交际似乎差异已经不大，但是，他们依然是有差异的。基于语音的实时计算机辅助交际（SCMC），剥除了我们日常交际行为中的其他辅助理解工具，例如我们的表情，身体姿势，将课堂口语交际任务转移到线上，会对学生的语言学习产生何等影响尚且不得不知。本研究试图回答以下几个问题：语音实时交流是否能够促进口语能力的发展？ 学习者对于语音实时交流的语言活动态度如何？

二、文献综述

计算机辅助交流，Herring（1996）将之定义为“人们借助计算机发生的交流”，英文名为computer-mediated communication，简称为CMC。CMC分为两种，一种是计算机实时辅助交流，英文是synchronous computer-mediated communication，简称为SCMC；另外一种是与之相对的，计算机非实时辅助交流，英文为asynchronous computer-mediated communication，简称为ASCMC。SCMC又可以分为书面SCMC和语音/视频SCMC。

研究SCMC模式下的语言交际，可以从话语互动理论（interactionist approach）角度来研究。话语互动理论假设话语互动（interaction）对于二语习得有着重要的意义，强调了互动之于二语习得的重要作用，从互动的角度解释二语习得发生发展的时机，原因和方式（Gass，1994，1997，2003）。Ellis（1999）对互动（interaction）做了如下定义：“任何面对面交流中发生的人与人之间的行为。不仅指人和人之间发生的行为，也可以用来指与人大脑内部发生的认知互动行为。”很明显，这个定义，仅仅指人和人之间的互动，没有包括人和计算机之间的互动（人和智能机器人对话）。在信息时代下，这个定义未免有点概括力不足。因此，Chapelle（2003，2007）对该定义做了一个小修正，这个人和人之间的互动，应该也包括人和计算机之间的互动。就现有研究而言，人和人之间的互动还是关注的重点。人和人之间的互动，理论上主要从三个方面论证互动之于学习者语言习得的意义，意义协商（negotiation of meaning），意义共建（co-constructing meaning），关注语言形式（attention on form）。互动理论之于二语习得的意义，就已有研究来说，牟宜武（2010）认为，迄今为止，依然没有直接的实证研究能够证明意义协商直接导致了二语习得的发生，更多是通过讨论意义协商引发了“注意力”（attention）或者是意义协商引发了更多的语言输出，来间接证明意义协商对于二语习得的作用。

也就是说，SCMC促进了意义协商，意义协商引发更多的语言输出，更多的语言输出对于二语习得有帮助。SCMC对于语言学习的意义主要就是通过这个证据链条间接证明的。实际上，我们更需要知道，SCMC对于外语学习的促进作用是否有直接的证据？有关SCMC促进二语习得的直接课堂研究（Yanguas，2012；Lee，2002，郑佩云，2010，2011；徐慧，2010），虽然有一些，但问题在于，这些研究几乎全部集中于文本SCMC，研究者认为文本SCMC对于学习者语言能力的发展有着积极的作用，主要是因为文本SCMC为学习者提供了真实的语言交际环境，提供了更多的交际机会，SCMC构建了一个利于培养合作性学习的学习社区，SCMC创设的交际平台有利于减轻交际焦虑，从而增强学习者的学习动机，最后文本SCMC还让学习者有机会聚焦语言形式，就词汇和语法展开意义协商，从而关注到语言形式，为最终掌握该语言形式创造了机会。相对来说，很少有研究是针对语音SCMC的学习效果。最后，已有针对文本SCMC研究或者语音SCMC研究，都是就SCMC语言交际活动本身的研究，或者研究其中的语篇特征，互动特征（意义协商，聚焦形式，注意），或者研究SCMC语言交际活动对于学习者语言学习的影响，或者研究学习者对于课外开展SCMC的态度和观点。迄今为止，尚无研究直接从语言课堂角度出发，研究SCMC和外语课堂整合后，语音SCMC对于学习者，教师，外语课堂的影响。所以，整合了语音SCMC技术的外语课堂学习效果研究，都是比较欠缺的。而这正是本研究需要回答的问题，就是语音SCMC技术与外语课堂整合以后，是否对学生语言能力有促进作用？

三、研究

1.被试。被试来自中国内陆一所一本类地方高校，一共35人，大二学生，其中男生20人，女生15人，参加“新视野大学英语视听说三级”课程，大部分来自电气与新能源学院，部分学生来自经济管理学院，多数学生来自中国内陆某个省份，学习英语兴趣差别较大，英语水平能力差异较大。35人中，有一人因病休学，中途退出，所以有效参与研究的被试实际上是34人。

2.过程。为了提高学生的口语能力，即学生口语表达的流利性和准确性，我们设计了一个与口课程关联的课外在线口语拓展课。一学期口语课为16周，学习计划是一周口语，一周听力。本研究设计是，除了正常的课时计划外，额外从第2周到第15周每周加一次线上口语讨论，作为口语课的拓展课，时间为40分钟，并将在线口语拓展课记入出勤率，务必保证每个学生每次课外拓展课都参加，声明在线发言也被记入平时成绩，这样最大程度鼓励学生参与在线讨论。在线口语拓展课依托QQ在线聊天工具，组成一个口语课的群，被试被要求都加入一个QQ群，群昵称必须是真名，这样方便记录学生的在线口语活动。实施方案为，每周一次的口语课后，教师布置一次qq群的语音讨论任务。

本研究开始前和结束之后都会对学生做一个口语测试。口语测试的形式为描述图片加上回答问题。口语测试从流利和准确（用词准确和语法准确）两个方面测评。

3.工具。为调查学生的个人情况，学习动机，对于在线学习的态度，我们设计了一份调查问卷。问卷内容包括三个部分：第一部分涉及此项研究调研的目的以及问卷所收集信息仅作为研究之用的承诺；第二部分涉及被试个人背景的一些基本信息，如性别、学号以及来自的学院名称等；第三部分是问卷的主体部分，主要涉及被试对实时在线英语口语教学的兴趣、口语教学扩展活动与课堂口语教学的相关性、在线口语教学在提高口语表达能力方面的作用、教师在在线口语教学活动中应发挥的作用、讨论话题的数量及形式、每周开展讨论的理想次数以及开展讨论持续的理想时间长度等。

为了测试学生口语能力发展情况，设计了口语能力测试（描述图片+回答问题）。主要参照“欧洲语言能力测试框架”中的口语水平评估框架。针对部分表现突出的学生，口语能力进步特别大的学生，设计访谈框架。

4.数据收集和分析。数据有调查问卷，口语测试，录音数据分析。

四、结果分析

1.在线学习动机调查。

可以看出来，对于在线口语拓展课这种形式，有39%的学生表示出了浓厚的兴趣，30%的学生表示比较有兴趣，但是也有25%的学生表示无所谓，换个形式上英语课而已，还有6%的学生明确反对这种形式。反对原因在于，这部分学生往往来自经济比较落后的地区，对于使用信息技术并不是那么熟练，并且其中一部分学生自己并没有电脑，必须和同学公用，上网上口语拓展课非常不方便，所以很排斥。再就是不喜欢这种不能面对面交流的模式，觉得冷冰冰的，听得到声音，看不到表情，感情上排斥。还有一个原因就是本身并不喜欢英语课，觉得还要课外花时间做，不愿意。但是就感兴趣的同学而言，基本都认为这种课外拓展不错，可以有更多的时间应与口语交流，有了更多的机会来使用应与，再就是，不用再课堂上对着众人，焦虑感不那么强了。

2.在线口语拓展课教师的职能调查。

从这个可以看出，学生依旧比较适应有教师指导的课堂形式，即便在线课堂，也认为教师应该在中间发挥重要作用，并不只是一个在线口语角，大家自由发言，希望教师能够“课前提供讨论的话题”“讨论中间参与，激励同学发言”“给予一定的纠错反馈”。并且学生认为，没有教师参与的在线讨论，常常又变成“沉默的大多数”，口语不是太流畅的学生感到发言有压力，而教师参与，在一定程度上也可以让话题讨论更深入一些。

3.口语能力提高效果调查。口语能力测试采用准确和流利两个评分标准，5分制，主观评分。

可以看出来，从流利和准确两个方面来看，学生口语后测基本好于前测，但是差别并不大。在调查学生对于在线口语拓展的态度时，有70%学生认为这种形式对于口语提高很有帮助，另外30%的学生认为不太大或者一般，从这个学生自我认识来看，前后测的分数也基本反应了这个情况。

五、结语

本研究表明，将SCMC技术融入传统外语课堂，对于学生的口语能力提高有着一定作用，但是，是否起着决定作用，这是有待商榷的。事实上，通过在线口语拓展课，延长了外语口语课堂时间，学生有了更多的机会语言输出，这种活动本身对于学生的口语能力提升应该是有帮助的。从本研究前后测结果来看，学生口语的流利度和准确度也确实有一定的提高，但是前后测提高最大的也恰恰是对英语学习有着浓厚兴趣的学生，他们更积极主动的参与课外在线口语拓展活动，更乐意和教师主动交流学习心得，也乐于向教师学习好的学习策略或者有用的学习方法，正是对英语学习有着强烈兴趣和动机的学生受益最大。因此，尽管前后测显示了学生口语能力提高，但是我们只能说是客观条件（延伸的口语课堂）加上学生学习主动性配合起来，学习效果是非常显著的。其次，利用实时交流技术开展口语拓展课，实际上也发现，不是一个口语角，让学生去说两句就万事大吉，口语拓展课本身的设计也极其重要，比如不同的学习任务会对语言产出有着比较大的影响，一般的所谓“课堂大讨论”在虚拟空间，其效果并不是太好，也许是因为少了课堂氛围，完全靠语言，这个时候具出现了众人挑水没水喝的局面，大家都等着别人来发言，这个对于教师设计在线学习任务提出了新的挑战。就笔者的感受而言，就一个话题大家自由发言，效果是最不好的，但是如果就某个具体的任务做口语练习，例如复习单元，笔者设计了一个猜词的任务，大家的参与度很高，事后反应也很不错。这说明，成功的口语课堂还是在于活动的设计，根据学习目标设计适合的学习任务是教师的一个重要职责。最后，在线口语拓展课确实能够减轻学生用英语发言的焦虑，即便是在线语音发音，学生普遍反应焦虑感也要好于课堂发言。这点其实有些让笔者意外，笔者开始认为在线语音发言可能会遭遇一定程度的沉默，但实施的结果显示，在线语音发音确实鼓励了部分课堂沉默的学生参与口语练习活动，后来的访谈中，学生也反映，在线语音活动一开始让人有些尴尬或者不适应，但是一旦开始说了，就感觉找到了说外语的感觉，不那么惧怕或者焦虑了。最后，本研究仅仅是一个尝试，还有诸多不足之处，比如，不同学习任务对于学生语言产出的影响，并没有做深入探讨，而这个对于实践外语课堂是极其重要的，而这将是未来研究的一个方向。

参考文献：

[1]Chapelle，C.A.2003.English language learning and technology-lectures on applied linguistics in the age of information and communication technology.[M].Amsterdam：John Benjamins.

[2]Chapelle，C.A.2007.Learning through online communication：findings and implications from second language acquisition[A].In A.Andrews & C.Haythornwaite（Eds.）.Handbook of elearning research[C].Cambridge：CUP，45-76.

[3]Ellis，R.1999.Learning a second language through interaction.[M].Amsterdam：John Benjamins Herring，S.，1996.Computer-mediated communication：linguistic，social and cross-cultural perspectives.[M].Amsterdam：John Benjamins.

[4]Gass，S.，& Varonis，E.1994.Input，interaction and second language production.[J].Studies in second language acquisition 16，283-302.

[5]Gass，S.1997.Input，interaction，and the second language learner[M].Mahwah，NJ：Lawrence Erlbaum Associates.

[6]Gass，S.2003.Input，interaction and output：an overview[A].In K.Bardovi-Harlig& Z.Dornyei（Eds.）.AILA Review[C].Amsterdam：John Benjamins，3-17.

[7]Lee，L.2002.Synchronous online exchanges：a study of modification devices on non-native discourse[J].System，30，275-288.

[8]Yanguas，I.2012.Task-based oral computer-mediated communication and L2 vocabulary acquisition[J].CALICO Journal.29（3）：507-531.

[9]牟宜武.国外意义协商三十年评述[J].西华师范大学学报， 2010，6：83-89.

[10]徐慧.网络聊天室之英语对话之会话分析[MA].2007.

[11]郑佩芸.基于网络书面实时交流的大学英语拓展课研究[D].上海外国语大学，2010.

[12]郑佩芸.不同英语水平对子组合的语言输出和互动模式研究-基于网络书面实时交流的实证探索[J].外语界，2011，3：60-67.

篇5：基于凌阳单片机的语音信号实时采集

关键词：语音控制,凌阳单片机,语音集成软件,混合编程

随着电子技术的迅速发展,家用电器及其他电子产品日趋人性化。为了实现语音处理和语音控制,这里设计了基于凌阳单片机的通用型语音控制系统。该系统主要用来完成语音识别、语音控制和语音播放等综合功能,使家用电器及其他电子产品实现语音的自动控制。目前国内还没有此类设计方案。该方案主要分为语音识别模块设计、语音播放模块设计和语音控制模块设计,只采用单片芯片就可实现语音处理和控制功能。此外,通过对一整套图形化的通用型语音集成软件进行开发,可使用户只需要输入语音素材的有关参数,即可实现代码的自动生成。下面介绍通用型语音控制系统的设计方案。

1 通用型语音控制系统设计方案

图1给出通用型语音控制系统方框图。

语音识别模块的主要作用是完成语音辨识,本设计采用特定发音人识别模式。语音识别功能采用语音识别电路,并通过软件编程来实现。语音播放模块的主要作用是完成语音播放。语音播放功能采用语音播放电路,并通过软件编程来实现。语音控制模块的主要作用是使语音识别和语音播放实现自动控制。语音控制功能采用语音控制电路,并通过软件编程来实现。主控制器部分的主要作用是将语音控制系统嵌入到家电产品及其他电子产品中后,使电子产品的所有功能实现语音的自动控制[1]。

1.1 凌阳单片机SPCE061A简介

SPCE061A是凌阳科技推出的一个16位结构的微控制器。CPU时钟频率为0.32～49.152 MHz,具有较高的处理速度,可使μ′nSPTM能够非常容易、快速地处理复杂的数字信号;拥有可编程音频处理;内置2 KWord的SRAM和32 KWord的FLASH;2个16位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值),2个10位DAC输出通道,32位通用可编程输入/输出端口。它是数字语音识别应用领域产品中的一种比较经济的选择[2]。

1.2 通用型语音集成软件

开发了一套通用型语音集成软件,用户无需进行代码修改,只需要输入语音素材的相关参数,即可实现代码的自动生成。如图2所示,是通用型语音集成软件v0.1版的操作界面。

2 语音播放模块设计

语音处理大致可以分为A/D、编码处理、存储、解码处理以及D/A等。然而,麦克风输入所生成的WAVE文件,其占用的存储空间很大,对于单片机来说想要存储大量的信息显然是不可能的,而凌阳SPCE061A提出了解决的方法,即SACM-LIB,该库可将A/D、编码、解码、存储及D/A做成相应的模块,对应的每个模块都有其应用程序接口API,所以只需了解每个模块所要实现的功能及其参数的内容,然后调用该API函数即可实现该功能。

3 语音识别模块设计

3.1 语音识别原理

语音识别系统包括学习训练过程和识别过程2大部分[3],基本原理如图3所示。

(1) 预处理。

包括预加重、加窗分帧、端点检测等处理过程,在预处理之前还有语音信号的数字化处理过程。其中,包括反混叠滤波、模/数转换自动增益等用以去除声门激励、口鼻辐射、高于1/2采样率的高频信号和噪声信号的影响,以实现语音信号的数字化。

(2) 声学特征分析提取。

经过预处理后的语音信号,要对其进行特征提取,即特征参数分析。该过程就是从原始语音信号中抽取能够反映语音本质的特征参数,以形成特征矢量序列。目前语音识别所用的特征参数主要有2种类型:线性预测倒谱系数(LPCC)和美尔频标倒谱系数(MFCC)。LPCC系数主要是模拟人的发声模型,未考虑人耳的听觉特性。MFCC系数考虑到了人的听觉特性,但要计算傅里叶变换将耗费大量宝贵的计算资源。因此,在嵌入式语音识别系统中一般都选用LPCC系数。语音特征提取是分帧提取的,每帧特征参数一般构成一个矢量。为此,有必要采用很有效的数据压缩技术方法对数据进行压缩。

(3) 参考模板。

参考模版时将一个或多个说话者多次重复的语音参数经过训练得到,它是声学参数模版,在系统识别使用前获得并存储起来。

(4) 判定识别。

模式识别是将输入的待识别语音特征参数与训练得到的参考语音模式进行逐一比较分析,获得的最佳匹配参考模式便为识别结果。目前常用的语音识别算法主要有动态时间规则、离散隐马尔可夫模型、连续隐马尔可夫模型及人工神经网。

3.2 语音识别系统原理和算法

在SPCE061A内置的8通道10位模/数转换器(analog to digital converter,ADC)中专门设置了一个只用于语音输入的通道MIC_ IN,针对较弱信号的转换还设计了一个音频放大器(automation gain control,AGC)。对其自动增益控制放大后再进行A/D转换。实际上,可以把模/数转换器看作是一个实现模/数信号转换的编码器。ADC转换的原理是依次把设定在逐次逼近寄存器SAR中的数字送至10位DAC0中进行D/A转换。DAC0的电压模拟量输出值与外部的电压模拟量输入值进行比较,以便尽快找出外部电压模拟量的数字量输出,其输出的模拟量VDAC0与采样后的输入电压值VIN相比较时可采用对半搜索法,即从SAR中最高有效位开始,根据比较的大小逐位确定其数码取“1”,其余位为“0”[4]。语音识别算法的原理是:在训练过程中,从每个说话人发出的训练语句中提取相应的能充分描述各个说话人行为的特征矢量,这些特征矢量称为各说话人的模板。在测试阶段,从说话人发出的语音信号中按同样的处理方法提取测试模板,并与相应的参考模板相比较。由于说话人每次发音是变化的,测试模板和参考模板在时间尺度上不可能完全一致。为了使二者能在时间等效点上加以比较,采用了动态时间规整法(DTW)。基本原理是在参考样本特征矢量序列A=[a1,a2,…,aM]与待识语音特征矢量序列B=[b1,b2,…,bN]之间用一种非线性规整技术实现匹配[5]。从目前来看,基于动态时间规整匹配的DTW算法可能是一个最为小巧的语音识别算法,系统开销小,识别速度快,在小词汇量的语音命令控制系统中是一个非常有效的算法[3,6,7]。在训练阶段,用户将词汇表中的词依次说一遍,提取出每一帧采样数据的特征向量,并将特征向量作为模板存入模板库中。在识别阶段,提取待识语音的特征向量,然后将其依次与模板库中的每一个模板进行相似度比较,并将相似度最高者作为结果输出。

4 语音控制模块设计

4.1 语音控制模块设计

语音控制模块硬件部分的功能采用设计的超小迷你电路板来完成。该硬件具有结构简单,成本低,体积小,易于家用电器嵌套等特点。各I/O口的分配及功能是IOB4～IOB7为识别到特定语音后向外部发出信号的常用口;IOB0～IOB1为向外发送信号的预留口;IOB2～IOB3是外部触发SPCE061的外中断触发口,当资源紧张时也可做为输出端口,如图4所示。

4.2 主程序流程

至此,整套系统完成了。在使用时,第一次要进行特定人语音识别,识别成功后,自动存入FLASH,以后就无需再训练,上电后自动加载进RAM中,然后进行识别,当识别到特定语音时,IOB就发出相应信号。

5 通用型语音集成软件的设计

5.1 集成软件的总体设计和所使用的工具

该方案的集成开发环境采用Visual Studio(VS)2005的VB.NET来设计。Visual Basic.NET是微软公司推出的全新集成开发环境VS.NET的重要成员之一,简单、易学、易用,很多新特性也正适应了新一代软件开发的需要,只要稍有点语言基础就可以很快掌握,进而精通。可视化的用户界面设计功能,把程序设计人员从繁琐复杂的界面设计中解脱出来;可视化编程环境的“所见即所得”功能,使界面设计如同积木游戏一般。采用Visual Studio (VS) 2005来编写此集成开发环境,极大地减轻了开发强度,缩短了开发周期,也使它的代码强度和可移植性大大提高。

5.2 通用型语音集成软件使用简介

通用型语音集成软件包括了语音识别模块设计、语音播放模块设计、语音控制模块设计的所有代码自动生成,如图2所示。开始可加入提示音,单击打开文件选项,选择想要播放的语音,后面方框打勾表示有此项功能;下面是5条语音的播放和识别,每一条功能相同,现简介如下:第一条语音提示功能同上,触发端口指辨识到该条语音后所触发的端口号,有IOB0～IOB7,电平指向外发信号是低电平还是高电平,有高电平“1”和低电平“0”两种情况可供选择,以适应不同的情况。训练成功语音提示指第一次训练时每训练成功1条指令的提示;训练失败语音提示指第一次训练时失败的提示;训练完成语音提示指第一次训练成功时的语音指令提示。

6 结 语

该通用型语音控制系统结构简单,成本低,可扩充性强,开发周期短,可广泛应用于家用电器和其他各种电子产品中。如果该方案能成功应用,定会产生较好的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]谭博学,苗汇静.集成电路原理及应用[M].北京:电子工业出版社,2003.

[2]罗亚非.凌阳16位单片机应用基础[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.

[3]易克初,田斌.语音信号处理[M].北京:国防工业出版社,2000.

[4]刘海成,秦进平,韩喜春.MCU-DSP型单片机原理与应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.

[5]王炳锡.语音编码[M].西安:西安电子科技大学出版社,2002.

[6]杨行峻,迟惠生.语音信号数字处理[M].北京:电子工业出版社,1998.

[7]蔡莲红,黄德智.现代语音技术基础与应用[M].北京:清华大学出版社,2003.

[8]赵力.语音信号处理[M].北京:机械工业出版社,2003.

篇6：基于凌阳单片机的语音信号实时采集

用16位的凌阳单片机作为主控芯片, 接受AD模块将声音由模拟信号转化成的数字信号, 然后对语音信号进行语音识别, 根据识别的信号进行相关的命令操作, 从而实现语音控制。其中的命令包括歌曲的选择、播放等。歌曲的选择要用到显示部分。歌曲的播放要由DA模块将数字信号转换成模拟信号。进而实现语音点歌。关键技术包括AD模块、系统控制与语音识别系统、DA模块、显示模块等。

2系统的功能要求与性能指标

2.1系统的功能

本单片机语音点歌系统具有以下几个基本功能:语音识别、歌曲菜单显示、歌曲选择、歌曲播放、控制操作。

2.1.1语音识别:

语音输入模块将语音信号进行特征值的提取, 再对命令语音信号的匹配, 进行语音的识别。

2.1.2歌曲菜单的显示:

歌曲通过显示模块将已经存储的歌曲名字显示, 这样使用者就可以方便的对歌曲进行相应的选择。

2.1.3歌曲的选择:

根据相应的语音命令如上一首、下一首、播放、暂停、优先等命令进行歌曲的选择。

2.1.4歌曲的播放:

根据已选择的歌曲将存储器里的歌曲通过播放系统播放。

2.1.5控制操作:

相应的复位、开始等按键和基本的外围控制电路。

2.2主要技术指标

2.2.1凌阳SPCE061A的驱动电压是:

3V。

2.2.2 SPCE061A内置:

8通道10位ADC和2通道10位DAC。

2.2.3 SPY0029芯片:

将5V电压转换成3V。

2.2.4 SPY0030芯片:

声音的功放。

2.3设计原则

2.3.1在满足功能、性能和使用的前提下, 尽量降低系统的成本和体积。

2.3.2研制时应充分利用当今的最新技术和研究成果, 以确保系统在国内当今乃至后一段时间的先进性和实用性。

2.3.3设计时应充分考虑系统的可靠性、可使用性和可扩展性, 为设备的方便使用、延寿和功能扩展奠定基础。

3控制系统的总体设计

由于要求语音点歌系统具有语音识别功能, 在方案的选择时选择了凌阳的SPCE061A单片机作为主控制器比较适合。

在硬件上将语音点歌系统划分为SPCE061A精简开发板、SPR4096存储模块、液晶显示模块。SPCE061精简开发板是整个设计的核心控制部分, 利用SPR4096存储器来存储语音点歌系统的所有歌曲, 显示模块方便语音歌曲的选择。

将整个硬件电路划分如图1电路:电源电路、单片机控制电路、麦克输入电路、扬声器输出电路、外壳存储电路、键盘电路、指示灯电路、显示电路等几部分构成。

4主程序设计

在硬件连接正确的时按下复位键, 程序进入开始状态, 首先程序会判断是否有按键按下, 若没有按键按下则程序在一分钟之后会进入睡眠状态, 当学习键按下时, 则系统会进入语音训练程序, 当按下对话键时系统进入语音识别状态, 此时使用者可以根据自己的相应的喜好进行相应的操作, 并且是通过语音控制的。前提是语音识别为正确的情况下。在保证前提的情况下, 相应的上一首、下一首、播放、暂停等语音命令会进行相应的操作。当一首歌曲在播放完毕时, 系统会继续判断是否有相应的语音命令。若没有则系统会默认播放下一首。功能实现的流程图如图2。

5结论

由于本设计采用了SPCE061A单片机, 因其本身自带语音识别模块这样就减少了部分编程的工作量, 并且此单片机代表了现代单片机的大本分特点。在使用和学习中也相对容易掌握。因其是16位单片机, 所以在焊接方面确实有点复杂。在本设计中基本保留单片机的基本功能, 并且还加入了自己设计的扩展部分。这样本设计就能很好的结合软件和硬件进而实现所预期的结果, 可以实现歌曲的选择、播放、显示等。在研制开发过程中不断调试, 反复实验, 结果证明, 该系统的设计比较合理, 技术先进, 语音识别, 歌曲选择基本准确, 基本上达到预期效果。

摘要：在生活日益富裕的今天, KTV已经是大家日常生活中必不可少的休闲娱乐项目。而现在的KTV点歌系统多为手动的操作, 为了使人们在娱乐放松中更加方便、更加人性化的进行的操作, 且语音识别与单片机系统是当今社会技术的潮流, 在本设计中结合以上两个方面为KTV加上语音点歌系统进而实现用语音进行歌曲选择等基本的操作。

关键词：凌阳单片机,语音识别,语音处理,KTV

参考文献

[1]李国辉, 李恒峰.基于内容的音频检索:概念和方法[J].小型微型计算机系统, 2000, (11) :1173-1177.

[2]刘科斌, 韩佳玲, 李国宾.监控系统的语音识别与语音提示[J].辽宁师专学报, 2002, 4 (3) :19-20.

篇7：基于凌阳单片机的语音信号实时采集

语音信号的处理是利用语音信号进行科学研究、工程应用的重要一环。而对语音信号进行怎样的处理,用怎么样的方式进行处理则是这项工作的关键所在。本文则在LabVIEW编程软件的基础上,对语音信号进行采集、存储、分析。LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是由美国国家仪器(NI)公司研制开发的一种程序开发环境,是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。LabVIEW提供很多外观与传统仪器(如示波器、万用表)类似的控件,可用来方便地创建用户界面,(用户界面在 LabVIEW中被称为前面板)。使用图标和连线,可以通过编程对前面板上的对象进行控制。这就是图形化源代码,又称G代码。LabVIEW的图形化源代码在某种程度上类似于流程图,因此又被称作程序框图代码。LabVIEW大大简化了编程的复杂而繁琐的过程,被广大院校和各科研机构实验室采用。

1 语音信号采集与分析系统

语音信号采集的硬件是:声卡(ATI Function Driver for 高保真音频-ATI AA01)作为。语音信号采集与分析程序的则由LabVIEW声音采集函数VI构成的图形化程序来实现。整个系统分为两大模块:采集并保存实时语音信号,读取历史语音信号。两模块功能分时实现,独立控制其运行、停止,同时由下拉选择菜单控制切换。系统的两功能模块的切换,是通过while循环和条件选择结构来实现的。系统运行后选择相应的功能选项,条件结构做出判断,进入采集语音信号程序或读取语音信号程序。按下确认按键便可执行对应的功能,点击结束布尔控件便可停止运行对应功能。

信号在采集或读取后,交由信号处理类函数对其进行显示、滤波以及功率、幅度、相位频谱分析和失真分析。从而得到功率谱、幅度谱、相位谱以及谐波失真的相关数据。在对数据进行处理时,语音信号采集存储和历史语音信号读取部分都含有相同的信号显示和分析模块,且它们是分时独立运行的,可以共用一套控件,因而采用了局部变量。这样可以大大减少前面板的控件数目。

1.1 语音信号采集存储系统

在系统中设置的功能切换菜单中,选择采集语音信号,切入后点击采集确认按钮,执行语音信号的采集存储和分析功能。语音信号的采集,使用声音采集函数:Sound Input Configure.vi与Sound Input Read.vi。Sound Input Read.vi从声音输入设备读取数据时,必须使用Sound Input Configure.vi配置设备,设置相应的参数。采样率(S/s):通常为44100 S/s,22050 S/s,11025 S/s。本系统中设置为默认值22050 S/s。通道数:指定通道的个数。该输入可接受的通道数与声卡支持的通道数一致。对于多数声卡,1为单声道,2为立体声。设置为2。每采样比特数:有8比特和16比特。设置为16。Sound Input Configure.vi采集到的数据被发送到缓存,使用Sound Input Read.vi从声音输入设备读取数据。语音信号采集程序如图1所示。

当执行采集数据时,可以对信号进行存储和实时地显示、分析。语音信号的存储主要由Sound File Write Open.vi(设置为写入)和Sound File Write.vi实现。Sound File Write Open.vi用于创建待写入的新.wav文件。Sound File Write.vi将来自Sound Input Read.vi的输出数据写入.wav文件。程序中采用数字IIR滤波器:Digital IIR Filter.vi对数据进行处理。根据连接至信号输入和IIR滤波器规范输入端的数据类型可确定要使用的多态实例。由于语音信号的采集是以人的声音作为主要对象,因此将滤波器设置为低通。

数据的分析主要由一个信号分析子程序Sub VI实现。Sub VI的使用简化了程序框图的结构,使其更加简洁便于理解,也提高了VI的运行效率。如图2所示,信号分析子程序.vi有3个输入接线端子,6个输出端子。分析选项连接到“分析菜单”。分析菜单里有两个选项:功频分析、谐波分析。功频分析主要是通过频谱测量得到信号的幅度谱、相位谱、功率谱。谐波分析则对信号进行失真分析,测量谐波。谐波的失真分析是由Harmonic Distortion Analyzer.vi实现的,输入信号,进行完全谐波分析(包括测量基频和谐波),返回基频、所有谐波的幅值电平,以及总谐波失真(THD)。检测出的基频包含搜索频域时检测出的基频。所有谐波的测量结果为基频的整数倍。THD是谐波的均方根总量与基频幅值的比,包含达到最高谐波时测量到的总谐波失真,包括最高谐波。通过信号输入端,可确定要使用的多态实例,也可手动选择实例。

1.2 读取历史语音信号系统

将系统功能切换至读取语音文件模块,执行对历史语音信号的读取、显示、分析。在此程序中设置了一个条件结构,以等待确认是否开始读取历史语音信号,当条件为假时通过反馈接点将路径输入输出连线短接,将不实现程序的预定功能。Sound File Write Open.vi(设置为读取实例)读取文件的路径参数,打开用于读取的.wav文件。Sound File Read.vi接收来自Sound File Write Open.vi的数据,将.wav文件的数据以波形数组形式读出,输入到数字IIR滤波器和信号分析子程。Digital IIR Filter.vi对数据进行滤波处理。信号分析子程序.vi对语音信号的数据进行测量分析。信号的分析模块与采集语音信号的信号分析模块完全相同,通过局部变量分时独立使用。读取历史语音信号系统过程如图3所示。

1.3 前面板

程序的前面板(如图4所示)主要由声音采集函数格式参数和滤波器的参数控件、波形显示控件、 功能切换控件 、确认(读取、采集)控件、停止控件、路径控件组成。功能选择控件由枚举控件生成,通过功能选择控件,操作者可以方便地在前面板上完成功能切换,控制语音信号采集分析系统的运行状态。在前面板上,通过选择不同的功能,点击确认按钮,实现对语音信号的灵活地处理,整个系统变得实时、有序。对处理语音信号之前,需要在两个路径控件分别输入采集和读取语音文件的路径,集语音信号的硬件设备号和采样通道数也需要提前设置好。同时在声音格式控件里设置采用率、采样模式等参数。滤波器参数则在IIR滤波器规范控件里设置。随后便可运行系统程序。

在功能选择控件里包含两个选项:采集语音信号、读取语音信号,默认为采集语音信号。选择采集语言信号,条件结构作出判断,进入采集语言信号程序,该程序实现对语音信号进行采集、存储、滤波、显示、分析。进入程序后,程序运行在一个包含布尔确认控件的While,等待操作人员用鼠标点击采集按键,确认开始采集信号。信号被采集到时被实时输出到显示控件里,同时被保存到由程序新建的为wav格式的音频文件里。这要求事先设置建立一个保存.wav文件的目录。采集到的语音信号被送至语音分析模块,在语音分析子程序里的功能选项里,有两个选项:功频分析和谐波分析,功频分析测量语音信号的功率、幅度、相位,选择该功能就可以得到语音信号的功率谱、幅度谱、相位谱。谐波分析,主要测量分析信号的谐波失真,得到的数据输出到显示控件里。

2 结束语

利用LabVIEW图形化编程软件实现语音信号的采集和处理编程,在大大降低了编程复杂程度的同时保证了程序功能,节省了大量的时间。在设计程序之前,应对系统用到的各硬、软件性能有一定的了解,根据功能需求设置合理的参数。采用合理程序结构和合适的信号处理函数是保证系统功能的关键所在,达到了以最简单的程序框图实现系统功能的目的。本文中图形化的编程界面和人性化的人机交互界面使得程序易懂、系统操作简便。计算机自带的声卡足以实现对大量语音信号的采集,节约了成本。

参考文献

[1]雷振山.LabVIEW7Express实用技术教程[M].北京:中国铁道出版社,2004.

[2]雷振山,肖成勇,魏丽,等.LabVIEW高级编程与虚拟仪器工程应用[M].北京:中国铁道出版社,2012.

[3]肖光华,方勇.一种LabVIEW环境下的语音跟踪系统[J].电声技术,2008,32(12):54-57.

[4]杨洁,华宇宁,张勇.应用小波变换对语音信号消噪处理的研究[J].期刊资讯,2006,32:6-7.