毕业论文基于单片机的语音控制小车系统设计.doc

毕业论文 毕业论文 基于单片机的语音控制小车系统设计 【摘要】 本文主要介绍了 Keil C51 简介、汇编语言的发展、智能小车的软件实现， 以及小车的机械结构和使用说明以及工作原理。基于单片机技术的语言控制小 车的程序。 关键词： 语音控制、汇编语言 Abstract:Abstract: This text primarily introduced the keil c51 the brief introductioned, edit collected materials language that small car of development, intelligence that software realizes, and small car of the machine construction explain with usage and work principle.According to procedure for small car of control of language of technique machine of single slice.It is detailed to introduced KeyKey words:words: Speech control, edit collected materials the language、uVision2、Keil C51 毕业论文 目目 录录 1 1 绪论绪论1 1.1 问题的引入 1 1.1.1 声控产品前景及发展趋势1 1.1.2 研究的目的及意义1 2 2 声控小车软件的设计方案声控小车软件的设计方案3 2.1 任务分析 3 2.1.1 设计要求3 2.1.2 设计思路及软件流程图3 图 2-1.3 3 KEIL C51 简介及汇编语言的发展简介及汇编语言的发展.4 3.1 KEIL C51 简介4 3.1.1 8051 开发工具4 3.1.2 uVision2 集成开发环境4 3.1.33.1.3 uVision2uVision2 编辑器和调试器编辑器和调试器5 3.2 汇编语言的发展 6 3.2.1 汇编语言的发展史6 3.2.2 汇编语言的优点.6 3.2.3 汇编语言的应用.6 4 小车使用说明小车使用说明8 4.1 小车的工作原理8 4.1.1 车体的介绍及工作原理.8 4.2 语音的训练 9 4.2.1 S1S4 功能键如下9 4.2.2 基本控制电路.10 5 声控小车的软件实现声控小车的软件实现11 5.1 功能分析 11 5.1.1 主控电路11 5.2 程序设计 12 结 束 语18 谢 辞19 文 献20 毕业论文 0 1 1 绪论绪论 本文主要介绍“基于单片机技术的语音控制小车” 。以下主要介绍问题的引 入及其发展的前景和趋势。记这网上有一款是采用凌阳 SPCE061A 十六位单片机。 而我们作的是采用模块化设计，用 89C51 作为主控模块，声音识别芯片作为语 音识别模块.用 89C51 的 P1 口高低电平.通过驱动电路来控制电机的正反转.从 而达到控制小车前进、后退、左转、右转的目的。本方案扩展方便，外围接口 电路简单，可靠性高，各摸块相互独立，便于维修，检查故障。 要求及解决思路在后面第二章有提到。后面第三章有介绍了一些 KEIL 编译 器和汇编及其语言的发展和优点。第四章介绍了小车及其原理和语音训练的内 容。最后的第五章主要讲了程序。 由于本人是第一次做向这样的设计，难免有些不足的地方，希望老师能给 予指正和宝贵的意见，我们讲不剩感激。 1.11.1 问题的引入问题的引入 而全球玩具市场的内在结构比重却发生了重大变化：传统玩具的市场比重 下在逐步缩水，高科技含量的电子玩具则蒸蒸日上。高科技含量的电子互动式 玩具已经成为玩具行业发展的主流。本文设计一个具有语音识别功能的智能小 车。该小车对传统的小车的做了改进，使之可以实现任意角度转向，而不象一 般的小车那样只能以固定角度转向，更加的方便，因此更加接近真实的车辆。 本文还在小车的控制系统中采用语音识别系统，使控制者可以用语音对小车进 行控制，产生相应的动作，而且小车和控制者还具有一定的交互功能。 1.1.11.1.1 声控产品前景及发展趋势声控产品前景及发展趋势 随着科技技术的发展，电子产品日新月异的发展，声控产品使用率的提高， 为人类的生活带来了巨大的变化，随着近几年来信号处理技术的不断发展与提 升，语音辨识(Speech-Recognition)的应用已真正走入人们的日常生活，声控 系统的应用也不再遥不可及，家用电器的操作，不再需以遥控器的繁多按键为 控制接口，取而代之是我们用平常说话的模式来驱使家电动作，诸如多种智能 电器，人们在也不必为种类繁多操作复杂的遥控器而烦恼，人们可以很清松的 操作各种各样的电器产品，达到更符合人性化的操作接口设计。随着语音技术 的不断发展进，人们不光可以用语音来控制家电，声控产品也越来越受人们的 欢迎，成为了 21 世纪发展的一大前景。 1.1.21.1.2 研究的目的及意义研究的目的及意义 近几年，人民生活水平稳步提高，嵌入式电子产品的消费者已经不再满足 毕业论文 1 “能用够使”的消费目的，他们需要电子产品具有更多人性化和个性化的功能， 技术上的特点客观上给嵌入式语音识别应用带来了更大的市场需求。 本设计主要应用语音识别技术，来完成语音控制小车的目的，将语音识别 技术应用在实际设计当中，为以后进一步学习应用语音技术打下基础，也可以 为他人设计语音产品提供参考。 毕业论文 2 2 2 声控小车软件的设计方案声控小车软件的设计方案 声控小车的设计分为二部分，一部分是硬件设计另一部分是软件设计，在 这里我们只阐述软件的部分。首先要对设计的题目进行分析，熟知其要求才能 更加深刻的理解。其次进行思路的整理规划好流程。从而梳理设计的方案。 2.12.1 任务分析任务分析 2.1.12.1.1 设计要求设计要求 1、基于单片机技术的语音控制小车设计要求： 1） 、可以通过简单的 I/O 操作实现小车的前进、后退、左转、右转功能； 2） 、利用系统的语音播放和语音识别资源，实现语音控制的功能； 3） 、可以在行走过程中声控改变小车运动状态； 4） 、在超出语音控制范围时能够自动停车。 2.1.22.1.2 设计思路及软件流程图设计思路及软件流程图 设计思路，根据设计要求，首先通过麦克风将声音信号采集，通过放大电 路将信号放大，在将放大的信号，送给 AD 转换器，由 AD 转换器将模拟信号转 换成数字信号，再将数字信号送给语音处理识别芯片，语音处理识别芯片将信 号处理识别后，将处理识别结果送给 89C51 单片机，再由单片机将识别结果进 一步处理，将输出结果送给外围放大电路，由外围放大电路去驱动小车的不同 动做，从而实现设计目的。流程图如下： 图 2-1 毕业论文 3 3 KEIL C51 简介及汇编语言的发展简介及汇编语言的发展 以下分二个部分分别介绍了 Keil C51 和汇编的发展史。通过以下介绍可以 多多了解 3.13.1 KeilKeil C51C51 简介简介 Keil C51 是美国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软 件开发系统，与汇编相比，C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有 明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用 C 来开发，体会更加深刻。 Keil C51 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全 Windows 界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体 会到 Keil C51 生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑， 容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。下面详细介绍 Keil C51 开发系统各部分功能和使用。 3.1.13.1.1 80518051 开发工具开发工具 Keil C51 标准 C 编译器为 8051 微控制器的软件开发提供了 C 语言环境,同 时保留了汇编代码高效,快速的特点。C51 编译器的功能不断增强，使你可以更 加贴近 CPU 本身，及其它的衍生产品。C51 已被完全集成到 uVision2 的集成开 发环境中，这个集成开发环境包含：编译器，汇编器，实时操作系统，项目管 理器，调试器。uVision2 IDE 可为它们提供单一而灵活的开发环境。C51 V7 版 本是目前最高效、灵活的 8051 开发平台。它可以支持所有 8051 的衍生产品， 也可以支持所有兼容的仿真器，同时支持其它第三方开发工具。因此，C51 V7 版本无疑是 8051 开发用户的最佳选择。 3.1.23.1.2 uVision2uVision2 集成开发环境集成开发环境 Keil uVision2 是一种编辑软件，做单片机用的。包括以下以下几项项目 管理: （1）工程(project)是由源文件、开发工具选项以及编程说明三部分组成的。 （2）一个单一的 uVision2 工程能够产生一个或多个目标程序。产生目标程 序的源文件构成“组” 。开发工具选项可以对应目标，组或单个文件。 uVision2 包含一个器件数据库(device database)，可以自动设置汇编器、 编译器、连接定位器及调试器选项，来满足用户充分利用特定 微控制器的要求。 此数据库包含：片上存储器和外围设备的信息，扩展数据指针(extra data 毕业论文 4 pointer)或者加速器(math accelerator)的特 性。 uVision2 可以为片外存储器产生必要的连接选项：确定起始地址和规模。 （3）集成功能 uVision2 的强大功能有助于用户按期完工。 1.集成源极浏览器利用符号数据库使用户可以快速浏览源文件。用详细的符号 信息来优化用户变数存储器。 2.文件寻找功能：在特定文件中执行全局文件搜索。 3.工具菜单：允许在 V2 集成开发环境下启动用户功能。 4.可配置 SVCS 接口：提供对版本控制系统的入口。 5.PCLINT 接口：对应用程序代码进行深层语法分析。 6.Infineon 的 EasyCase 接口：集成块集代码产生。 7.Infineon 的 DAVE 功能：协助用户的 CPU 和外部程序。DAVE 工程可被直接输 入 uVision2。 3.1.33.1.3 uVision2uVision2 编辑器和调试器编辑器和调试器 （1）源代码编辑器 uVision2 编辑器包含了所有用户熟悉的特性。彩色语法显像和文件辩识都 对 C 源代码进行和优化。可以在编辑器内调试程序，它能提供一种自然的调试 环境，使你更快速地检查和修改程序。 （2）断点 uVision2 允许用户在编辑时设置程序断点（甚至在源代码未经编译和汇编 之前） 。用户启动 V2 调试器之后，断点即被激活。断点可设置为条件表达式， 变量或存储器访问，断点被触发后，调试器命令或调试功能即可执行。 在属性框(attributes column)中可以快速浏览断点设置情况和源程序行的位置。 代码覆盖率信息可以让你区分程序中已执行和未执行的部分。 （3）调试函数语言 uVision2 中，你可以编写或使用类似 C 的数语言进行调试。 1.内部函数：如 printf, memset, rand 及其它功能的函数。 2.信号函数：模拟产生 CPU 的模拟信号和脉冲信号(simulate analog and digital inputs to CPU)。 3.用户函数：扩展指令范围，合并重复动作。 （4）变量和存储器 用户可以在编辑器中选中变呈来观察其取值。双层窗口显示，可进行以下调整： 1.当前函数的局部变量 毕业论文 5 2.用户在两个不同 watch 窗口页面上的自定义变量 3.堆栈调用(call stack)页面上的调用记录（树）(call tree) 4.不同格式的四个存储区。 3.23.2 汇编语言的发展汇编语言的发展 3.2.13.2.1 汇编语言的发展史汇编语言的发展史 汇编语言(Assembly Language)是面向机器的程序设计语言.汇编语言是一 种功能很强的程序设计语言,也是利用计算机所有硬件特性并能直接控制硬件的 语言。汇编语言”作为一门语言，对应于高级语言的编译器，需要一个“汇编 器”来把汇编语言原文件汇编成机器可执行的代码。高级的汇编器如 MASM, TASM 等等为我们写汇编程序提供了很多类似于高级语言的特征，比如结构化、 抽象等。在这样的环境中编写的汇编程序，有很大一部分是面向汇编器的伪指 令，已经类同于高级语言。现在的汇编环境已经如此高级，即使全部用汇编语 言来编写 windows 的应用程序也是可行的，但这不是汇编语言的长处。汇编语 言的长处在于编写高效且需要对机器硬件精确控制的程序 3.2.23.2.2 汇编语言的优点汇编语言的优点 1.面向机器的低级语言，通常是为特定的计算机或系列计算机专门设计的。 2.保持了机器语言的优点，具有直接和简捷的特点。 3.可有效地访问、控制计算机的各种硬件设备，如磁盘、村储器、 CPU、I/O 端口等。 4.目标代码简短，占用内存少，执行速度快，是高效的程序设计语言。 5.经常与高级语言配合使用，应用十分广泛。 3.2.33.2.3 汇编语言的应用汇编语言的应用 1.70%以上的系统软件是用汇编语言编写的。 2.某些快速处理、位处理、访问硬件设备等高效程序是用汇编语言编写的。 3.某些高级绘图程序、视频游戏程序是用汇编语言编写的。 汇编语言是我们理解整个计算机系统的最佳起点和最有效途径 人们经常认为汇编语言的应用范围很小，而忽视它的重要性。其实汇编语 言对每一个希望学习计算机科学与技术的人来说都是非常重要的，是不能不学 习的语言。 所有可编程计算机都向人们提供机器指令，通过机器指令人们能够使用机 毕业论文 6 器的逻辑功能。 所有程序，不论用何种语言编制，都必须转成机器指令，运用机器的逻辑 功能，其功能才能得以实现。 机器的逻辑功能，软件系统功能构筑其上，硬件系统功能运行于下。 汇编语言直接描述机器指令，比机器指令容易记忆和理解。通过学习和使 用汇编语言，能够感知、体会、理解机器的逻辑功能，向上为理解各种软件系 统的原理，打下技术理论基础；向下为掌握硬件系统的原理，打下实践应用基 础。 学习汇编语言，向上可以理解软件，向下能够感知硬件，是我们理解整个 计算机系统的最佳起点和最有效途径。 毕业论文 7 4 小车使用说明小车使用说明 要想使用小车就应先了解其的工作原理，懂得了他的机械构造才可能使其 为你所用。通过了对小车的工作原理的了解，进一步进行语音程序的编写。 4.14.1 小车的工作原理小车的工作原理 通过小车的介绍和了解其工作工作原理可以更好的为设计服务，下面我们 就介绍小车和其工作原理。 4.1.14.1.1 车体的介绍及工作原理车体的介绍及工作原理 语音控制小车为四轮结构。其中前面两个车轮由前轮电机控制，在连杆和 支点作用下控制前轮左右摆动，来调节小车的前进方向。在自然状态下，前轮 在弹簧作用下保持中间位置。后面两个车轮由后轮电机驱动，为整个小车提供 动力。所以又称前面的轮子为方向轮，后面的两个轮子为驱动轮。 （2）小车的行走原理 直走：由小车的结构分析，在自然状态下，前轮在弹簧作用下保持中间状 态，这是只要后轮电机正转小车就会前进。 倒车：倒车动作和前进动作刚好相反，前轮电机仍然保持中间状态，后轮 电机反转，小车就会向后运动。 图 1 小车前进、后退示意图 左转：前轮电机逆时针旋转（规定为正转） ，后轮电机正转，这时小车就会 毕业论文 8 在前后轮共同作用下朝左侧前进。 右转：前轮电机反转，后轮电机正转，这时小车就是会在前后轮共同作用 下朝右侧前进。 图图 2 2 小车转向示意图小车转向示意图 4.24.2 语音的训练语音的训练 4.2.14.2.1 S1S1S4S4 功能键如下功能键如下 按键 S1：做语音参考样本训练输入，一次训练一组，展示系统为 5 个辨认 的单音，已训练的语句会永久保存在 FLASH 的记忆芯片中，即使关机还是有效 的，语音训练需要输入 2 次以上，一般正常情况下输入 2 次便可按下 S1 键。 操作过程如下： 系统说出“SAY NAME” （第一个单音）第一次录音 系统说出“REPEAT NAME” （重复一遍非必要）第二次录音 系统说出“REPEAT NAME TO RECORD” （重复一遍录音）第 三次录音 第 1、2 次录音作为产生语音参考样本，第三次录音是做聆听存在的语音内 容用，若训练成功，系统会说出刚刚输入的语音以做确认。 按键 S2：修改原先已存在的语音参考样本，按 S3 键聆听系统已存在的某 组语音内容，再按 S2 键则该组内容会被删除，再执行语音输入训练过程来建立 新的语音参考样本，若在语音输入训练过程中失败，可使用 S1 键输入新的语音 样本。 按键 S3：聆听系统已存在的语音内容。 按键 S4：进行辨认。 RESET+S(RESET S6 键与 S1 键同时按住，RESET 先放开)；清楚所有已存 在的语音，或是做声控芯片系统重置用系统连续三次发出哗的一声来响应。此 毕业论文 9 情况是在系统死机，完全不听使唤时非必要的动作；一旦执行声控芯片的系统 重置后，原先存在芯片内的所有语言样本数据全部消除，用户需要重新输入语 言，才能辨认。 4.2.24.2.2 基本控制电路基本控制电路 所有应用主控制系统都时经过串行接口来控制 vcmm 动作，进一步完成声控 目的，经串口连接控制 vcmm。 由外部任何单芯片（如 8051）经串口来控制 vcmm，其电平为 TTL 信号， 算可由 J8(89c51)串行接口 I/O 接头，连接到 vcmm。 Vcmm 串行接口声控命令句柄如下： 1、句柄t：语言训练，做语音参考样本输入，一次训练一组，展示为 与个辨认单音。 2、句柄l：语音聆听，聆听系统以存在的某组语音内容。 3、句柄m语音修改，修改原先已存在的语音参考样本。 4、句柄n语音辨认。 5、以上所做的动作如同操作 vcmm 上的 4 个键一样。 IO51 送出辨认句柄r后，等待 1s 后，vcmm 送出句柄ab用以表示 辨认结果，ab 为所辨认的语言样本编号编码，实际辨认结果为 no,no=10*a+b, 其中 no 有效值为 059 若辨认错误则会传回x作为响应。 IO51 在收到辨认结果也会以内置的 LED 结合表示，LED 动作是反向高天， 一次亮一次灭。 IO51 控制板上的操作如下： 安下 K1 键：送出句柄t语音训练， K2 m语音修改， K3 l语音聆听， K4 r语音辨认。 毕业论文 10 5 声控小车的软件实现声控小车的软件实现 要想让声控小车实现其功能一部分是硬件的介绍一部分是软件，本文主要 是软件的介绍。通过对其的功能分析，设计出主控电路，以及编写其对应的程 序，下面主要对其功能分析和程序。 5.15.1 功能分析功能分析 根据设计要求，首先通过麦克风将声音信号采集，通过放大电路将信号放 大，在将放大的信号，送给 AD 转换器，由 AD 转换器将模拟信号转换成数字信 号，再将数字信号送给语音处理识别芯片，语音处理识别芯片将信号处理识别 后，将处理识别结果送给 89C51 单片机，再由单片机将识别结果进一步处理， 将输出结果送给外围放大电路，由外围放大电路去驱动小车的不同动做，从而 实现设计目的。 5.1.15.1.1 主控电路主控电路 毕业论文 11 5.25.2 程序设计程序设计 停车：CH0=CH1=CH2=CH3=1 前进：CH0=CH1=1 CH2=0 CH3=1 后退：CH0=CH1=1 CH2=1 CH3=0 向左：CH0=0 CH1=1 CH2=0 CH3=1 向右：CH0=1 CH1=0 CH2=0 CH3=0 ；- - ；V51，ASM TEST IO51 KEY4 CONTOL VCM CIA SERIAL PORT ；SERIAL PORT：9600，N，8，1 ASM ：keil COPYRIGHT CMY 2003 ；- - ；由 IO51 串口送进句柄到 VCMM 板子上完成辨认功能 CLIS EQU I ；聆听功能句柄 CREC EQU r ；辨认功能句柄 CTR EQU t ；训练功能句柄 CMOD EQU m ；修改功能句柄 K1 EQU p2.4 ；按键 1 引脚定义训练功能 K2 EQU p2.5 ；按键 2 引脚定义修改完成 K3 EQU p2.6 ；按键 3 引脚定义聆听完成 毕业论文 12 K4 EQU p2.7 ；按键 4 引脚定义辨认完成 WLED EQU P3.7 ；工作指示灯引脚定义 ANS EQU 30H ；辨认结果存放变量 04 ；- - ORG 0H ；程序代码由地址 0 开始执行 JMP BEGIN ；- - BEGIN： CALL INIT_RS232 ；设置串行端口的通讯协议 CALL LED_BL ；LED 闪动，表示程序开始执行 CALL TEST_LED ；测试 LED 灯 LOOP： JB K1,L1 ；未按下 K1 键则开始继续扫描 JNB K1,$ ；等按键放开来 ；K1 KEYED MOV A,#CTR ；送出训练句柄 CALL TX_CHAR CALL LED_BL ；LED 闪动 JMP LOOP ；循环继续执行 ； L1： JB K2,L2 ；未按下 K2 键则开始继续扫描 JNB K2$ ；等按键放开来 ；K2 KEYED. MOV A,#CMOD ； 送出修改语句 CALL TX_CHAR CALL LED_BL ；LED 闪动 JMP LOOP ；循环继续执行 ；. L2： JB K3,L3 ；未按下 K3 键则开始继续扫描 ； JNB K3,$ ；等按键放开来 ；K3 KEYED MOV A,#CLIS ；送出聆听句柄 毕业论文 13 CALL TX_CHAR CALL LED_BL ；LED 闪动 JMP LOOP ；循环继续执行 ； L3： JB K4,L4 ；未按下 K4 键则开始继续扫描 ；K4 KEYED CALL RECOG ；执行辨认功能 CALL LED_BL ；LED 闪动 JMP LOOP ；循环继续执行 ； L4： JMP LOOP ；循环继续执行 ；- - ； DELAY R5*10ms ；延时子程序 DELAY ；总延时时间 R5*10ms MOV R6,#50 D1： MOV R7,#100 DJNZ R7,$ DJNZ R6,D1 DJNZ R5,DELAY RET ；- - LED_BL： ；工作指示灯闪烁 MOV R4,#4 LE1： CPL WLED ；位反向 MOV R5,#5 ；延时 50ms CALL DELAY DJNZ R4,LE1 RET ；- - INIT_RS232： ；通信协议：9600 N 8 1 毕业论文 14 MOV SCON,#50H ；设置串行接口工作于模式 1 MOV TMOD,#20H ；设置定时器 1 工作于模式 2 MOV TH1,#0FDH ；设置波特率为 9600bps SETB TR1 ；启动定时期 1 开始记数 SETB T1 ；设置串行传送中断产生标志 RET ；- - TX_CHAR： ；传送一个字节数据 JNB T1,$ ；等待传送中断标志产生 CLR T1 ；清除串行传送中断产生标志 MOV SBUF,A ；由串行端口传送出数据 RET ；- - RECOG： MOV A,#CREEC ；送出聆听句柄 CALL TX_CHAR ；VCM ENTER RECOG MODE MOV 5,#100 ；等待一秒使 VCMM 做辨认处理 CALL DELAY ；WAIT FOR ANSWER. CALL RXA ；接受辨认结果 CALL OP ；做出反应 RET ；- - ；O/P SIGNAL ；执行辨认反应动作 OP： MOV A,ANS CJNE A,#0,01 ；传回码不是 0 则继续比较 CPL P1.0 ；LED 位反向 RET 毕业论文 15 01：CJNE A,#1,02 ；传回码不是 1 则继续比较 CPL P1.1 ；LED 位反向 RET 02：CJNE A,#2,03 ；传回码不是 2 则继续比较 CPL P1.2 ；LED 位反向 RET 03：CJNE A,#3,04 ；传回码不是 3 则继续比较 CPL P1.3 ；LED 位反向 RET 04： CJNE A,#4,05 ；传回码不是 4 则继续比较 CPL P1.4 ；LED 位反向 RET 05： RET ；- - TEST_LED： ；测试 LED 指示灯的组合 MOV P1,#0 ；LED 全亮 MOV R5,#50 CALL DELAY MOV P1,30FFH ；LES 全灭 RET ；- - ； RX ANSWER 0x x=ANSWER INDEX NO 04 ； WAIR DOR OR X TOEXIT RXA： ；等待 VCMM 传回辨认结果 MOV ANS,#255 ；重置辨认结果 ； WAIR FOX OR X ；等待接受或是X JNB RI,$ ；判断是否数据接收准备好 CLR RI ；清除 RI 标志 MOV A,SUBF ；由串行端