单片机语音处理系统的研制.doc

单片机语音处理系统的研制本文由坠入繁华贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 河北科技师范学院学报第 18 卷第 4 期, 2004 年 12 月 Jour nal of Hebei N orm al U n ivers ity of S cien ce & T echnol og y V ol. 18 N o. 4 D ecem ber 2004 单片机语音处理系统的研制 闫忠文, 陈秀敏, 祝美宁, 刘景汇 ( 河北科技师范学院 计算机系, 河北 秦皇岛, 066600) 摘 要: 介绍 了利 用单 片机 处理 语音 的设 计思 路, 语 音处 理 系统 硬件 设 计及 软件 实 现, AT 89C51 单 片 机与 ISD1420 语音组合精灵板硬件的连接。 关键词: 单片机; 语音处理系统; 硬件; 软件 中图分类号: T P368. 1文献标识码: A 文章编号: 16727983( 2004) 04000904 随着芯片技术的发展, 语音芯片技术也在不断提高, 对声音的处理变得越来越让人满意, 其功能包 括语言分析、 存储、 再生、 合成、 识别等, 这些芯片在单片机应用系统中, 可作为一个新型的人机接口技术 手段。 许多电子产品好象缺少“ 人情味”不能把一些信息用语音的形式提供给人们, 这使得在某些方面给 , 人们带来不便。比如在粮库温、 湿度检测, 工业控制中的湿度检测, 雏鸡的孵化温度控制, 往往是只把测 量数据显示出来, 不能给人们以语音的形式提供, 如果不及时对超限的情况采取措施, 有可能会造成一 些损失。 传统的由单片机控制的测量系统中, 单片机接收由传感器、 放大器、 / D 转换器测得的数据, 并对 A 该数据进行处理, 转换成控制数码管发光的段码后, 将这些段码通过接口传送给数码管, 控制数码管显 示测量结果。 而本系统设计思路是在传统单片机控制测量系统的基础上, 对单片机由 A/ D 转换器接收到的测量 数据进行处理, 获得 ISD 1420 语音组合精灵板所能识别的语 音段码, 然后通过串口将该段 码发送给 本系统的方框 ISD1420 语音组合精灵板, 控制 ISD1420 语音组合精灵板播放出语音形式的测量结果来。 图如图 1 所示。 图 1单片机语音处理系统方框图 1硬件连接及数据流向 1. 1硬件连接 整个系统由传感器、 放大器、 D 转换器 AT 89C51 单片机、 A/ ISD1420 语音精灵板和一些必要的接 口电路如串口等部分组成。 语音处理电路主要由 AT 89C51 单片机、 数据接口电路、 ISD1420 语音精灵板 等部分组成。数据流向为传感器测量的信号经放大器放大后连接到接口电路 A / D 转换器, 将测得的模 拟信号转换成单片机容易处理的数字信号以后, 在单片机 AT 89C 51 的处理下, 将这些信号转换成具有 现实意义的数据。由于考虑整个系统的多方面性能, 如精度、 速度等方面的要求, 不同的系统 A/ D 转换 器的精度也不一样, 经 A/ D 转换器转换后获得的数据有时并不一定就是以用户最终需要的测量单位形 式表示的数据, 所以首先单片机要对 A / D 转换器转换后的数据进行处理, 得到能够作为最后的符合实 际要求的测量单位形式的数据后, 再将这个数据分别转换成控制数码管显示的显示段码和转换成用于 控制 ISD 1420 语音精灵板的语音段码, 之后再分别把两种段码分别通过接口送给数码管和语音芯片, 收稿日期: 2004- 22; 修改稿收到日期: 2004-11-17 09- 10 河北科技师范 学院学报18 卷 控制二者分别显示测量结果和播放测量结果。 1. 2数据流向 1. 2. 1数据采集及处理部分首先要将单片机从 A/ D 转换器获得的数据转换成用“ 表示的数据, 伏” 将它保存起来。然后这个数据值还要根据语音播放的要求, 拆分成一个一个的数字, 按一定顺序放在内 存的一个缓冲区中。比如, 测得的数据经处理得到的是 225. 0 伏, 那么就应该将它拆成“ 二、 二、 正、 百、 十、 点、 伏” 为了方便计算机表示和处理, 将其中的“ 百、 点、 采用一定的技巧进行处理, 五、 零、 , 正、 十、 伏” 比如利用一些测量结果中不可能出现的值来表示。 1. 2. 2分段寻址部分将测量结果拆分成符合发音处理需要的小单位并存在内存中, 目的是将来要根 据这些数字寻址到单片机存储器中的语音段码表( 这个语音段码表是通过软件存放在单片机存储器中 的) 中相应的位置, 取出它所对应的段码, 将构成测量数值所需的所有数字的段码都取出来, 按照将来的 播放顺序放在内存的另外一个缓冲区, 同时还要在这个缓冲区首加上语音引导码 AAH AAH , 在这个 缓冲区的结尾加上结束码 FF H, 将这个缓冲区称为语音播报缓冲区。 1. 2. 3自动报数部分当需要报数时, 从语音播报缓冲区取出段码( 包括引导码和结束码) , 按顺序通 过串口送往 ISD1420 语音精灵板, 控制 ISD1420 语音精灵板播放语音形式的测量结果。例如: 当测到 的225. 0 伏时, 单片机 AT 89C51 即可根据处理好的数据, 分段调出如引导码、 正” “ 、 百” “ 、 “ 、 二”“ 、 二” “ 、 五” “ 、 零” “ 、 十” “ 、 点” “ 、 伏” 结束码 等语音 段码, 送往 ISD 1420 语 音精灵 板, 当 发送 完结 束码后, 正二百二十五点零伏” 所要连接的线路如图 2 所示。 。 在这一部分主 ISD1420 语音精灵板开始播放语音“ 要实现了 AT 89C51 单片机与 ISD1420 语音组合精灵板的硬件连接。 用单片机 AT 89C51 的串行输出口 ( T XD) 向 ISD1420 语音组合精灵板的串行输入口( RX 端) 发送语音段码号。ISD1420 语音组合精灵板 T X 端空闲 为高电平, 语音合 成放引 期间为 低电平 输出。SD 1420 语 音组合 精灵板 外接喇 叭, 并 把 ISD1420 语音组合精灵板接地端接地, 采用单片机 A T 89C 51 实现所有的软件功能。 图 2单片机语音处理系统硬件连接示意图 2软件部分的设计 本系统软件设计完成控制硬件以语音准确报出如电压、 电流、 电阻的测量值。 2. 1语音报数的软件实现 在程序中多处用到查表功能, 比如控制数码管显示测量结果所需要的是显示段码, 此时需根据测量 结果不断的查询显示段码表, 又如控制 ISD 1420 语音精灵板播放语音所需要的是语音段码, 此时也要 4 期闫忠文等单片机语音处理系统的 研制 11 查询需要播放的各语音单词对应的语音段码。 因为整个系统实现的程序部分比较复杂, 需要考虑很多小 问题, 程序太长, 所以这里举一个查表程序的例子。 有一个巡回监测报警装置, 需对 16 路输入值进行比较, 当每一路输入值超过该路的报警值时, 实现 报警。下面根据这一要求, 编制一个查表程序。 用 X i 表示路数, 查表时按 0, 1, 2, , 15( n = 15) 取数, Y i 为最大值, 二字节数, 依 X i 顺序列成表格 放在 T AB 1 中。进入查表程序前, 路数 X i 放在 R 2 中, 查表后最大值放在 R 3, R 4 中。 查表程序如下: T B1: M OV A , R2; 路数 X i R2 ; R2* 2A ADD A , R 2 M OV R3, A ; 保存路数 X i 值 ADD A, # T AB( rel) M OVC A , A + PC XCH A , R3 M OVC A, A+ PC M OV R 4, A RET T AB: DW 05F0H , OE 89H, A695H, 1EAAH DW OD9BH, 7F93H, 0373H, 26D7H DW 2710H , 9E 3FH , 1A 66H , 22E 3H DW 1174H, 16EFH , 33E4H, 6CA0H 根据前面所述, 通过查语音段码表, 将播报所需的语句中各个词的段码号按顺序放入语音播报缓冲 区中, 在缓冲区的首尾填入引导码 AAH AAH 和结束码 F FH , 然后在播报时, 依次通过串口发送给精 灵板。 下面是一个实用的语音播报控制程序, 语音播报缓冲区的首址在 R 0 中。 数据传送过程中, 每取一 个字节先判断是否结束码, 若不是则继续传送, 若是, 则传送完结束码后, 停止传送并退出, 程序如下: PL AY: ORL T M OD, # 20H ; 定时器 1, 工作方式 2 自动装入的 8 位计数器 ; 波特率 4800bit / s, 一位起始位 M OV T H 1, # 0F AH M OV T L 1 , # 0F AH SET B T R1 M OV SCON , # 50H ORL PCON , # 80H OUT 0: M OV A, R0 CJNE A, # 0FF H, OUT 2 M OV SBU F , A OUT 1: JBC T I OUT 1 RET OUT 2: M OV SBU F , A OUT 3: JBC T I OUT 3 INC R0 SJM P OUT 0 2. 2语音报数系统显示部分软件实现 为了获得控制数码管的显示段码, 首先将 09 和“ ” . 这些数字和符号对应的显示段码按一定的地 址特点组织起来, 形成显示段码表, 放在单片机的内存缓冲区中。然后再根据前面所述由单片机处理得 到的测量结果按显示的需要进行拆分, 拆成对应每个数码管的一个一个的数字, 放在内存缓冲区中。如 ; 不是结束码则发送后继续去取数据 ; 地址加 1 取下一个数据 8 位数据位一位停止位 ; 设置计数器开始计数 ; 设置串口方式 1, 允许接收 ; 系统晶振为 11. 0592M ; 取一字节 ; 判是否结束码 ; 是的话送到缓冲区 ; 是结束码则发完后退出 ; 加上表首偏移量 ; 查第一字节 ; 第一字节给 R3 ; 查第二字节 ; 第二字节给 R4 ADD A, # T AB( REL ) + 1 ; 加上表首偏移量 12 河北科技师范 学院学报18 卷 “ 0 伏” 225. 分别拆成“ 、二” 五” “ 、 零”然后从显示段码表中取出它们分别对应的段码, 通过 二”“ “ 、 点” “ , 接口送往分别代表百位、 十位、 个位、 小数点、 十分位的数码管, 控制这几个数码管显示“ 0” 225. 。 20 世纪 80 年代以来, 随着微电子技术和大规模集成电路技术的迅速发展, 微处理机芯片的处理功 能不断提高, 价格不断降低, 这种条件促进了计算机技术的一个新的广阔应用领域, 即嵌入式应用( Em仪表中, 与它们合成一体, 使这 bedded Application ) 。这种应用的特点是将微处理芯片嵌入到各种设备、 些设备、 仪表智能化, 一方面加强设备、 仪表的功能处理能力( 如就地操作、 显示、 控制功能) , 一方面使其 使用方便, 精确度提高, 加强了数据处理能力。 参考文献: 1 杨睿, 周湘峻 . 应用 ISD 语音合成组件实现矿井监测系统的语音播报 J . 电子世界, 2001, ( 6) : 12-13. 2 周湘峻 . 新型 ISD 语音组合电 路设计与应用 J . 电子世界, 1999, ( 4) : 2526. 3 沙占有 . 语音处理器综述 J . 电测与仪表, 1995, ( 10) : 12-14. 4 郭子娟, 王英栋, 乔梁 . 智能数字万用表 J . 信息技术, 2000, ( 4) : 1314. 5 王南阳, ISD1400 系 列单片不怕掉电语音录放电路 J . 实用无线电, 1994, ( 6) : 9-12. 6 何立民 . M CS-51 系列单片及应用系统设计 M . 北京: 北京航空航天大学出版社, 2002. 作者简介: 闫忠文( 1966-) , 男, 副教授。 ( 责任编辑: 朱宝昌) On Devel oping a Pronunciati on Processing System of the Onechip Computer YAN Zhong - en, CHEN Xiu-min, ZHU M eiw ning , L IU Jing -hui ( Dept of Co mput er Science , HNUST , Qinhuang dao Hebei, 066600, China ) Abstract: T he design idea of processing pro nunciatio n, the hardw are design of pronunciat ion processing sy st em and sof t w ar e realizat ion w it h o ne-chip computer w ere int roduced, and the connect io n of t he sm art board har dw are w ith AT 89C51 one-c