基于單片機(jī)的語音終端設(shè)計(jì)

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1、基于單片機(jī)的語音終端設(shè)計(jì) 摘　要： 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：LCD顯示終端； 雙工通話； 單片機(jī)；異步串口電路；話音編碼 中圖分類號(hào)：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)： 在某些工業(yè)場(chǎng)所，經(jīng)常需要本地終端與主機(jī)終端之間進(jìn)行語音通話及文本的數(shù)據(jù)交流，使用復(fù)雜設(shè)備過于繁瑣且成本較高。為適應(yīng)簡(jiǎn)便遠(yuǎn)程通信和顯示功能，本系統(tǒng)采用單片機(jī)和液晶顯示器(LCD)顯示終端組成的系統(tǒng)，下面介紹基于單片機(jī)的LCD顯示終端設(shè)計(jì)。1. 功能要求a．微控制器用Rs-422與遠(yuǎn)程主控機(jī)通信；b. 能夠建立任意兩個(gè)終端的雙工話音通信；c．用單色320240 LCD模塊作為顯示部件：d．能夠顯示任意l、2級(jí)漢字庫的漢字；

2、e．設(shè)備本身在出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)能夠自行恢復(fù)。2. 設(shè)計(jì)分析分析上述功能要求，確定6點(diǎn)設(shè)計(jì)原則。a．為保證設(shè)計(jì)開發(fā)速度和生產(chǎn)成本．考慮使用較為通用的微控制器，如：?jiǎn)纹瑱C(jī)。b．設(shè)備本身必須包含l、2級(jí)漢字和標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼字庫的圖形點(diǎn)陣信息。根據(jù)需要確定用1616點(diǎn)陣漢字字庫，字庫文件用軟件生成的現(xiàn)實(shí)代碼數(shù)據(jù)。c．本系統(tǒng)工作時(shí)，各個(gè)終端和主機(jī)之間有大量有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)和控制指令，對(duì)于遠(yuǎn)程終端接收方來說，數(shù)據(jù)相應(yīng)必須及時(shí)有效，不得存在數(shù)據(jù)阻塞等情況發(fā)生，故而在編寫系統(tǒng)程序時(shí)要有規(guī)劃，響應(yīng)要及時(shí)。d。本系統(tǒng)要求具有短信息傳輸、接收、編輯等功能，作為顯示終端現(xiàn)實(shí)屏幕必然會(huì)出現(xiàn)中西文字混排、編輯、顯示等問題。另外需編

3、寫拼音輸入法，這些也許要處理。e．本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)任意兩個(gè)終端、主機(jī)和終端機(jī)語音通話、短信顯示編輯存儲(chǔ)等功能。對(duì)于要實(shí)現(xiàn)全部功能要求，尤其是需要能夠較快增加軟件功能的設(shè)計(jì)要求，因此，任務(wù)功能相對(duì)獨(dú)立、簡(jiǎn)單，便于快速設(shè)計(jì)開發(fā)和調(diào)試。f．開發(fā)中使用單片機(jī)默認(rèn)IDE軟件開發(fā)系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用方便與單片機(jī)配合較好。3. 電路設(shè)計(jì)針對(duì)功能要求并接合設(shè)計(jì)原則，得出本系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。圖1 遠(yuǎn)程控制終端硬件結(jié)構(gòu)整個(gè)硬件系統(tǒng)包含以下幾個(gè)主要組成部件。a. 微控制器(單片機(jī))。在系統(tǒng)中采用C8051F120單片機(jī)。該處理器是流水線指令結(jié)構(gòu)；70%的指令的執(zhí)行時(shí)間為一個(gè)或兩個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期；使用內(nèi)部集成

4、PLL時(shí)速度可達(dá) 100 或 50MIPS。 b. LCD模塊接口。硬件設(shè)計(jì)采用帶顯示控制器(SEDl335)的單色320240 STN LCD模塊(型號(hào)為QY3202401)，該模塊直接掛接在系統(tǒng)總線上，微控制器通過端口直接向SEDl335傳輸命令和數(shù)據(jù)。 c．通信電路。采用MAX3064芯片實(shí)現(xiàn)TTL電平和RS-422電平的信號(hào)轉(zhuǎn)換，使用OX16C954B串口芯片用總線與單片機(jī)相連，使得本終端可掛接在外部總線擴(kuò)展了串口鏈接數(shù)目。異步串口速率設(shè)計(jì)為100kbit/s。傳輸距離為1000米。d. 話音編碼芯片采用CMX638全雙工編碼芯片，CMX638是一款高集成，高性能全雙工語音編解碼器，采

5、用魯棒的先進(jìn)低復(fù)雜性波形插入技術(shù)，提供超低位速率下長(zhǎng)話級(jí)音質(zhì)性能，且具有FEC(前向糾錯(cuò))、SDD(軟決策解碼)、DTX(非連續(xù)發(fā)送檢測(cè))、VAD(語音激活檢測(cè))、CNG(舒適噪聲發(fā)生)、STD和DTMF信號(hào)檢測(cè)功能。CMX638先進(jìn)的低復(fù)雜性波形插入編碼算法：多種壓縮速率模式，速率為2 050 b／s，2 400 b／s、2 750 b／s或3 600 b／s(帶FEC功能)；集成16位A/D和D／A轉(zhuǎn)換器、模擬增益放大器和數(shù)字低通濾波器，數(shù)據(jù)包壓縮時(shí)間長(zhǎng)度分20 ms，40 ms，60 ms和80 ms；具有VAD、CNG、STD和DTMF功能；系統(tǒng)確定使用CMX638編碼生成的2.4Kb

6、it語音數(shù)據(jù)。e．字庫。字庫保存有漢字1、2級(jí)漢字的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)。為存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，使用一片SST39VF040芯片實(shí)現(xiàn)。該芯片直接和單片機(jī)總線相連接，單片機(jī)直接完成對(duì)存儲(chǔ)芯片的讀取操作。 f．電源管理電路。負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)用電、開機(jī)關(guān)機(jī)等功能。4. 程序設(shè)計(jì)4.1 任務(wù)分解根據(jù)系統(tǒng)要求，為了提高程序設(shè)計(jì)效率、移植性、維護(hù)性，將程序設(shè)計(jì)分為若干的子項(xiàng)，每個(gè)子項(xiàng)完成一個(gè)特定功能，從而簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)。a．LCD_HANDLE。該子項(xiàng)負(fù)責(zé)對(duì)項(xiàng)目屏幕初始化的功能。顯示模塊負(fù)責(zé)完成對(duì)顯示屏幕的輸出功能，能夠根據(jù)參數(shù)，選擇顯示位置，和英文、英文符號(hào)、和中文、中文符號(hào)，另外完成從ASC碼到顯示數(shù)據(jù)偏移地址計(jì)算等功能。b．A

7、UDIO_HANDLE。聲碼子項(xiàng)用于處理對(duì)聲碼器件初始化和操作使用的功能。系統(tǒng)終端之間實(shí)現(xiàn)雙工語音通信，必將使用高壓縮率聲碼算法，對(duì)基帶模擬信號(hào)進(jìn)行高速采樣，采樣后的數(shù)據(jù)直接進(jìn)行壓縮編碼，然后傳輸入處理器。處理器將CMX638編碼生成的2.4Kbit語音數(shù)據(jù)，根據(jù)時(shí)序關(guān)系將編碼后的數(shù)據(jù)通過有線信道傳輸給對(duì)方終端。接收方終端從有線信道接收到數(shù)據(jù)后送與聲碼器解碼，解碼器進(jìn)行語音編碼的解碼工作，隨后通過自帶的D/A模塊將還原的基帶語音信道還原送出。c．SERIAL_HANDLE。數(shù)據(jù)傳輸子項(xiàng)，系統(tǒng)終端之間所有信息聯(lián)系都依靠RS422異步串口完成。異步串口速率設(shè)計(jì)為100kbit/s。數(shù)據(jù)傳輸子項(xiàng)用于

8、數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂?。系統(tǒng)將聲碼器編碼完成后的數(shù)據(jù)和終端之間的控制指令、短信息等交給數(shù)據(jù)傳輸子項(xiàng)，數(shù)據(jù)傳輸子項(xiàng)對(duì)這些數(shù)據(jù)經(jīng)行打包整理，將多種數(shù)據(jù)合成整齊數(shù)據(jù)包發(fā)往目的終端。數(shù)據(jù)傳輸子項(xiàng)同時(shí)負(fù)責(zé)接收對(duì)方發(fā)來的數(shù)據(jù)幀，將數(shù)據(jù)幀先存入緩存區(qū)，然后拆解數(shù)據(jù)幀將各種數(shù)據(jù)信息傳給主控制模塊。d．KEY_HANDLE。輸入控制子項(xiàng)，數(shù)據(jù)終端具有中英文輸入、數(shù)字輸入、中英文標(biāo)點(diǎn)輸入等要求，另外對(duì)按鍵的輸入應(yīng)該進(jìn)行應(yīng)有的響應(yīng)功能。e．MAIN_HANDLE。主處理模塊，該模塊負(fù)責(zé)各個(gè)子項(xiàng)之間調(diào)度控制和數(shù)據(jù)傳遞，對(duì)人機(jī)工作進(jìn)行響應(yīng)。完成系統(tǒng)總體功能實(shí)現(xiàn)。4.2 任務(wù)工作流程在軟件設(shè)計(jì)過程過，根據(jù)系統(tǒng)需求，任務(wù)的執(zhí)行按照

9、一定的方式運(yùn)行。任務(wù)執(zhí)行的流程示意圖見圖2。圖2遠(yuǎn)程控制終端軟件模塊系統(tǒng)上電后，首先進(jìn)行自身初始化工作，完成處理器的啟動(dòng)。隨后進(jìn)行開機(jī)自檢工作，查看遠(yuǎn)程終端是否進(jìn)入系統(tǒng)連接狀態(tài)。如果開機(jī)時(shí)有異常情況發(fā)生顯示自檢信息。自檢完成進(jìn)入MAIN_HANDLE主處理模塊，對(duì)各個(gè)外部設(shè)備進(jìn)行初始化，隨后進(jìn)入工作模式。主處理模塊接收各種激勵(lì)信息后，調(diào)用各個(gè)模塊完成相應(yīng)工作。5. 結(jié)論系統(tǒng)采用Silicon Lab公司微處理器開發(fā)的遠(yuǎn)程控制終端，該終端可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程雙工通話、文本短信、遠(yuǎn)程控制等功能。結(jié)合LCD顯示器，可以很好的完成遠(yuǎn)程控制信息交流等要求，解決了基于C8051F120單片機(jī)對(duì)漢字、ASCII尋址、

10、數(shù)據(jù)通信、雙工通話等問題。工業(yè)成本低、可靠性高。參考文獻(xiàn)：【1】 郭強(qiáng)，王辛之，EPSON圖形液晶顯示控制器系列SEDl35x和SEDl374。北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2000?！?】 新華龍電子有限公司。C8051F120/1/2/3/4/5/6/7，Mixed Signal ISP Flash MCU Family控制器數(shù)據(jù)手冊(cè)。Preliminary Rev. 1.4 December 2005。【3】 CML Microcircuits公司。CMX608/CMX618/CMX638 RALCWI Vocoders 語音編解碼芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)。Rev D/608_18_38/9 ,May 2009。