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智能语音提示器系统设计胡珍玉【摘要】文中设计的智能语音提示器系统涉及时钟芯片、语音芯片、显示电路等主要环节.针对该设计的功能要求,以AT89S51单片机为控制器,以实时时钟芯片DS1302及语音芯片ISD2560为核心器件,完成相应的硬件、软件的设计与调试.与传统语音处理系统相比,该系统具有操作方便、可靠性高、体积小、成本低等诸多特点,具有一定的推广价值.【期刊名称】《应用能源技术》【年(卷),期】2012(000)012【总页数】5页(P34-38)【关键词】AT89S51;语音芯片;ISD2560;时钟芯片;DS1302【作者】胡珍玉【作者单位】哈尔滨投资集团有限责任公司哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TP212.61 系统总体设计方案1.1 系统设计思路系统总体设计框图如图1所示。
根据设计要求，硬件结构主要由主控芯片AT89S51单片机作为核心控制部件，系统由实时时钟、语音录放控制、当前时间调整、提醒时间设置、LED译码/驱动、时间显示和语音处理等模块组成。
该系统利用实时时钟芯片DS1302产生年、月、日、时、分、秒等时间信息，通过单片机对时间信息进行处理后送数码管显示驱动电路;语音录放部分采用可擦除、可分段语音处理芯片ISD2560记录语音以及其他外围电路组成语音提示系统，在接收到放音命令后根据单片机发送过来的语音信息地址，对存放的语音数据进行组合，发出与时间相对应的语音信息，实现语音报时功能。
图1 系统总体设计框图1.2 核心器件选择1.2.1 控制器选择语音提示器系统的控制模块选用单片机AT89S51作为主控部件。
它是一款低功耗、高性能的8位单片机，并且与MSC-51引脚和指令系统完全兼容，芯片上的EEPROM允许在线重复编程1 000多次，非常适合在本系统的设计开发中使用。
1.2.2 时钟芯片选择语音提示器系统的时钟芯片选用DALLAS公司推出的DS1302，其片内含实时时钟旧历和31字节静态RAM的时钟芯片，通过串行接口与单片机进行通信。
学号：10446234 常州大学毕业设计（论文）（2014届）题目一种智能语音抢答器的设计学生朱京学院信息科学与工程学院专业班级电子102校内指导教师段仲麒专业技术职务讲师校外指导老师专业技术职务二○一四年六月一种智能语音抢答器的设计摘要：由公交车的报站系统得到启发，将报站系统经过修改将其移植到抢答器之上。
设计一款智能语音抢答器，其可以代替主持人完成提示选手进入抢答环节、语音随机出题及报号、提示抢答环节结束的功能。
这样的抢答环节由机器发声，具有统一的音色、语调，避免主持人个人的因素对选手带来的不公平性。
这款智能语音抢答器由控制芯片、液晶显示器、中文语音合成芯片、4*4矩阵键盘以及扬声器组成。
其中控制芯片选用的是STM32系列的stm32f103rbt6，其具有128kb的闪存，最高工作频率达到72MHz。
负责整个抢答器系统的按键扫描、发送数据给液晶、给语音合成芯片。
液晶显示器选用的是TFTLCD，常见于智能手机上。
具有强大的功能，可以改变字体颜色、设置文字的显示区域等。
中文语音合成芯片选用的是SYN6658，由北京宇音天下有限公司推出的。
可以对任意中文文本进行语音合成，甚至可以识别多音字及中文姓氏等非常规的读法。
关键词：公交车报站系统；智能语音；STM32；Design of an intelligent voice responderAbstract:Inspired by the bus stop reporting system, the newspaper station system after modification of the responder. Design of an intelligent voice responder, which can replace the host to complete tip into responder link, random and reported speech, clew vies to answer first link end function. Such a machine voice answer link, with a unified tone, intonation, avoid the unfair factors of host individuals to the player's.The intelligent voice answering device by the control chip, liquid crystal display, Chinese speech synthesis chip, 4*4 matrix keyboard and speakers. The control chip is used is the STM32 series of stm32f103rbt6, which has 128KB of flash memory, the maximum operating frequency is up to 72MHz. Responsible for the entire responder system key scanning, sends data to the LCD, gave a speech synthesis chip. Liquid crystal display, select TFTLCD, common in intelligent mobile phone. With powerful function, can change the font color, set the text display area etc.. Chinese speech synthesis chip select SYN6658, launched by the Beijing Yu sound world Co. ltd.. Can be the voice synthesis of arbitrary Chinese text, can even identify polyphone and Chinese surname and other non conventional pronunciation.Keywords:Bus stop reporting system ；intelligent voice；STM32；目录摘要 (I)Abstract (Ⅱ)1 前言 (1)1.1本课题的设计背景与意义 (1)1.2 目前抢答器的发展现状及趋势 (1)1.3 本课题的设计任务与目标 (1)2 系统开发平台和方案论证与选择 (3)2.1 开发平台 (3)2.1.1 软件平台：keil (3)2.1.2硬件平台：STM32开发板 (3)2.2方案选择与论证 (3)2.2.1系统图设计 (3)2.2.2控制芯片的选择 (4)2.2.3语音合成芯片的选择 (5)2.2.4 发声模块的选择 (5)3 系统总体设计 (6)3.1系统总体设计图 (6)3.2 硬件模块的设计 (6)3.2.1 STM32F103RBT6主控制模块的设计 (6)3.2.2 SYN6658语音模块的设计 (10)3.2.3 显示器的设计 (13)3.2.4键盘模块的设计 (18)3.2.5发声模块的设计 (19)3.3系统软件程序设计 (19)3.3.1系统程序流程图 (19)3.3.2语音合成程序流程图 (20)3.3.3显示系统控制流程图 (21)3.4系统功能函数设计 (22)4 系统调试 (24)4.1 硬件调试－J-Link (24)4.2 软件调试－keil3程序调试器 (25)5 系统实物图和成果图 (29)5.1 系统三大功能模块实物图 (29)5.2 系统成果图 (29)6 总结与展望 (34)6.1 总结 (34)6.2 展望 (34)参考文献 (36)致谢 (38)附录 (39)1 前言1.1本课题的设计背景与意义抢答器是一种应用极其广泛的基础设备，在各种知识竞赛、抢答环节等文体活动中，它能客观、及时、快速地分辨出首先获得抢答权的选手。
四小车避障发声设计1实验目的该实验能够实现当小车行驶至悬崖处时，可以自动报警哪边的悬崖如：左边悬崖，右边悬崖，并进行规避2实验器具ISD176芯片、 89c51芯片、mini扩音喇叭、导线若干具体硬件图如下：3实现流程在芯片的数据手册中得知，ISD1700系列支持2种录音方式：线录和麦克风录。
线录就是将音频文件（.mp3，.WAV）通过音频线输入到芯片的第9脚（Anala）麦克风录音就是外接一个小咪头，加上一些外围的元器件，从第10脚和第11脚录入。
如下图应用电路：启动录音也有两种方式：按键启动和SPI启动。
按键启动：就是按住REC按键，此时就开始录音了，待录音结束释放按键即可。
SPI启动：利用MCU发录音命令给语音芯片，语音芯片收到命令后开始录音。
此时录音也不会自动停止，所以需要在录音结束时还需要发一个STOP命令过去。
如果麦克风录音，按住录音按键直接对麦克风讲话就可以了。
放也有两种方式：按键播放和SPI按键就是按一下播放按键，语音芯片就会播放当前音段（所谓当前语音段，就是播放指针指向的那一段语音段）。
录音完后，播放地址默认指向最后一段。
而按一下下一段按键（接在第26脚），就能使播放指针指向下一段，从而播放下一段语音段。
所以按键播放也是只能循环顺序播放。
因此，大多数基于ISD1700的语音系统都是采用SPI通信，才能够灵活播放指定的任意语音段。
而知道每个语音段的始末地址则变成了这个问题的关键粗略的计算方式如下：以ISD1760为例，通过芯片的数据手册得知，1760芯片在标准8KHz的采样率下，能够录制60S的语音时长1760最大的存储地址是0x01EF。
需要注意的是，录音地址是从0x0010开始，并不是从0x0000开始。
所以整个芯片可用的录音地址是：0x01EF - 0x0010 = 0x01DF。
所以每个地址单元可录制的时长为：60S / 0x01DF = 0.0125S。
假设录了一段2S长的语音段，则占用了2/0.0125 = 160个地址单元。
调频无线话筒发射电路分析小功率语音调频发射电路广泛应用于无线话筒（无线麦克风）、无线教学扩声器、无绳电话及对讲机等设备。
专业调频无线话筒发射器电路具有一定的代表性，它综合了本模块各单元电路知识，通过学习掌握调频发射基本组成与原理。
无线话筒因摆脱了传输电缆的束服，使用灵活方便而被广泛采用。
其基本组成框图如图2-3-14所示，实物如图2-3-15所示。
图2-3-14 一种调频无线话筒发射电路组成框图图2-3-15 调频无线话筒发射器由于调频占用频带较宽，国内典型的调频无线话筒工作频率常选在甚高频VHF频段的169-260MHz和特高频UHF频段690-960MHz上。
这里介绍的无线话筒工作在甚高频VHF的180-260MHz。
下面结合附录调频无线话筒电原理图分析图2-3-14中各部分的作用：1．音频放大部分话筒音频放大选用MC358集成运放，因领夹话筒线也作发射天线，L1、L2为隔离高频信号的电感，对音频信号感抗较小可视为短路，C1为预加重电容，进行高频提升。
2．压缩电路压缩扩展是一种依靠“掩蔽”效应来提高无线系统信噪比的双重音频处理过程。
它由DBL5020专用信号处理IC电路实现音频信号的压缩，压缩比率为2：1，在接收机中的扩展器以1：2的反比率放大以恢复音频信号的原始动态。
压缩扩展电路用于提高无线话筒系统的信噪比。
3．音码电路在无线话筒发射音频信号的同时，加入一个听不见的32KHz超声波导频信号。
由32kHz晶体Y2和MC358集成运放组成超声波振荡器。
接收机中的静噪电路能识别这个导频信号，接收机只有在检测到这个导频信号时才输出音频，从而有效的防止来自其他发射器的无用信号、噪声以及来自无线话筒电源通断时产生的射频噪声。
业界常称此导频信号为音码。
4．锁相环压控振荡调频电路无线话筒要保证在温度、湿度、供电电压、振动、冲击等各种环境因素变化下稳定工作和获得良好的音质，发射机的载波频率稳定度是最重要的基本条件。
语音提示器电路设计青岛科技大学本科毕业设计（论文）前言随着计算机新技术不断地涌现和VLSI（超大规模集成电路）设计技术的迅猛发展，计算机无论在系统体系结构还是在性能上都发生了巨大的变化。
计算机一方面向着高速、智能化的巨型机方向发展，另一方面向着嵌入式微型机的方向发展。
其中，微型计算机以其性能和容量不断提高，而价格不断下降的趋势，使其在社会各个领域乃至家庭生活中发挥着越来越大的作用。
然而单片机的出现可以说是对计算机技术的又一次飞跃。
单片机出现至今才短短20年时间，纵观20年来单片机发展里程可以看出，单片机技术的发展以微处理器（MPU）技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域拉动，表现出较微处理器更具个性的发展趋势。
单片机以其寿命长、运行速度快、低电压、低功耗、低噪音、技术可靠等许多的优势已经逐渐成为了市场上的主力部队。
同时随着微电子技术的高速发展，许多技术应运而生。
其中，各种语音处理系统不断被开发出来，在各行业得到广泛应用，如语音报站器、自动解说装置、采访录音笔等等，为人类的生产、生活提供了极大的便利。
随着电子技术的快速发展，语音处理技术越来越多地在工业，交通，通信等领域得到应用。
语音处理的理论和技术也日趋完善和成熟。
人们对语音技术的实际需求也越来越迫切，使得语音处理实用化产品不断出现。
操作方便、定时准确、多功能化的语音提示定时器也随之被广泛关注。
传统的定时器功能单一已不能满足现代化生产生活的需要，本设计中的语音提示定时器是基于凌阳SPCE061A单片机而设计的，具有操作方便、定时准确、语音实时提示等优点。
凌阳SPCE061A是一款16位单片机，它包含了DSP功能，有很强的信息处理能力，具备运算速度高的优势[1]。
同时它提供了各种音频压缩编码的算法API函数库，使得编程变得简单明了。
凌阳SPCE061A的这些特性为处理语音信号提供了极大的方便，使得其在数字录音系统、语音提示、语音报警、语音信箱等领域中有着广泛地应用。
设计目的及背景随着科学技术的飞速发展、科技的进步、生活水平的提高以及生活节奏的加快，人们对于时间的定时、报时等功能的要求越来越高，人们把工作重心放在了一个特定的时间段内，希望得到一个特定、恒定的工作时间段，电子产品 1语音提示定时器电路设计及其所采用的元器件于是不断更新换代以满足人们的需求。
当今，语音提示定时器以其操作方便，定是准确，可多功能化等优点而被广泛应用。
最先用于定时的装置是古时的沙漏和水漏，这种粗糙的定时装置已经可以满足当时日常生活的需求了。
沙漏最在出现于14世纪的欧洲很普遍，那时的人们随身携带，作为钟表使用。
但是到了现在，沙漏在作为工艺品的同时，却很难满足精确计时的要求了。
人们为了达到准确控制时间的目的，便开始改进这种定时器，于是便诞生了钟表。
有记载的最古老的机械钟出现于13世纪90年代，那时的钟面只有小时和刻的刻度。
1876年，英国外科医生索加发明了一种定时装置，这种装置每周上一次发条，作为用机械钟的动力，然后用机械钟来控制控制煤气阀门的开关。
现在发条式机械钟仍然很普遍，包括怀表、闹铃。
到了1918年，人们发明了电子时钟后，就不用上发条来作为动力了。
起初，人们最先用电能代替机械能，发明出了石英指针式电子钟。
1965年，日本青年山崎淑夫发明了液晶显示数字式电子钟。
而现在，高级的电子时钟的误差几乎从不超过一秒。
而为了得到精准的时间，科学家们用“原子钟”作为世界时间的计量具。
这个量具的基本单位是原子时秒，即铯原子基态的两个超精细能级间在零磁场下跃迁辐射9,192,631,770周所持续的时间。
然而这个“终极装置”过于精确，以至于只能适用于理论科学上，世界上绝大多数人对此仅仅是了解而已。
而且这个标准在相当一段时间内不会应用到定时器上。
无论是沙漏、水漏，还是机械钟、电子钟，这些装置都是定时器的前身。
近代战争时期，科技迅速发展，军队需要定点、定时地对敌人进行打击，完成任务。
于是人们将定时器用在了军事方面，制成了定时炸弹，定时雷管。
这种武器可以得到出敌不被、意想不到的打击效果，而定时器的功能却因此深入人心。
在我看来，“定时炸弹”却是用来解释定时器的最好方式：规定的时限一到，即被触发！定时器的出现确实是一项了不起的发明，使相当多需要人控制时间的工作变得简单了许多。
到了现在，为了满足人们日常生活中更多的需求，定时器开始走入了普通家庭。
不少家用电器都安装了定时器来控制开关或工作时间，像洗衣机的定时搅拌、微波炉的定时烘烤、空调机和电冰箱的定时供冷以及电视机和PC机的定时关机等等，这些功能使人们的生活愈发简单、便捷了许多。
2青岛科技大学本科毕业设计（论文）1．核心部件和开发平台1.1 凌阳SPCE061A单片机简介1.1.1 SPCE061A模块结构随着计算机技术的发展和在控制系统中的广泛应用，以及设备向小型化、智能化发展，作为高新技术之一的单片机以其体积小、功能强、价格低廉、使用灵活等优势，显示出了很强的生命力。
进入21世纪以来，开发推出单片机的公司很多，各种高性能单片机芯片市场也异常活跃，新技术的不断采用，更加使单片机的种类、性能以及应用领域不断扩大和提高。
随着单片机集成的发展，其应用领域的不断扩展台湾凌阳科技公司推出的一种新型16位单片机SPCE061A。
该单片机的问世，使得16位单片机的科技含量及应用跃上一个新的台阶。
SPCE061A是一款16位结构的微控制器，其结构和组成概览如图1-1、图1-2所示。
SPCE061A主要包括输入/输出端口、定时器/计数器、数/模转换、模/数转换、串行设备输入输出、通用异步串行接口、低电压监测和复位等部分，并且内置在线仿真电路ICE接口，较高的处理速度使其能够快速的处理复杂的数字信号。
3语音提示定时器电路设计4青岛科技大学本科毕业设计（论文）图1-2 SPCE061结构框图Fig.1-2 The Block Diagram of SPCE061A5语音提示定时器电路设计1.1.2芯片管脚排列及功能芯片管脚排列如图1-3所示，管脚功能如列表1-1所示。
表1-1 SPCE061A管脚功能表Tab 1-1 The Pin Function Table of SPCE061A6青岛科技大学本科毕业设计（论文）1.1.3 SPCE061A特点凌阳单片机有以下特点[1]：(1)体积小、集成度高、可靠性好且易于扩展在SPCE061A把各功能部件模块化地集成在1个芯片里，内部采用总线结构，因而减少了各功能部件之间的连线，提高了其可靠性和抗干扰能力。
另外，模块化的结构易于系列扩展，以适应不同用户的需求；(2)低功耗、低电压SPCE061A采用CMOS制造工艺，同时增加了软件激发的弱振方式、空闲方式和掉电方式，极大地降低了其功耗。
另外，SPCE061A的工作电压范围大（2.6 ～3.6 V），能在低电压时正常工作，且能用电池供电。
这对于其在野外作业等领域中的应用具有特殊的意义；(3)高性能价格比SPCE061A片内带有高寻址能力的ROM、静态RAM和多功能的I/O口。
另外，凌阳科技CPU的指令系统提供出具有较高运算速度的16位×16位的乘法运算指令和内积运算指令，使得SPCE061A运用在复杂的数字信号处理方面既很便利，又比专用的DSP芯片廉价；(4)具有较强的中断处理能力SPCE061A中断系统支持10个中断向量及10余个中断源，适合实时应用领域；(5)功能强、效率高的指令系统SPCE061A的指令系统,指令格式紧凑，执行迅速。
为缩短开发产品商品化的时间，指令结构提供出对高级语言的良好支7语音提示定时器电路设计持。
1.1.4 SPCE061A的应用随着单片机功能集成的发展，其应用领域也逐渐地由传统的控制扩展为控制处理、数据处理以及DSP等领域，凌阳科技的16位单片机SPCE061A 就是为此而设计的。
SPCE061A的全双工异步通讯的串行接口，可实现多机通讯，组成了分布式控制系统。
A/D、D/A转换接口与CPU的DSP运算功能结合在一起，可实现语音识别功能，使其方便地运用于数字声音和语音识别应用领域。
具体在下列应用领域大有用武之地：语音识别类产品、智能语音交互式玩具、高级亦教亦乐类玩具、儿童电子故事书类产品、通用语音合成器类产品、需较长语音持续时间类产品等。
1.2集成开发环境IDE凌阳科技将软件编译、链接以及下载SPCE061A程序代码的各种工具集成在一个Windows操作系统下，做成了一个功能强大的集成开发环境μ'nSPTM IDE（integrated development environment）。
μ'nSPTM IDE 在Windows环境下操作，支持C语言和汇编语音，集编译、编程、链接、调试和仿真为一体，且集成开发环境IDE具有友好的交互界面、下拉菜单、快捷键和快速访问命令列表等，使编程、调试操作更加方便且高效。
此外，它的软件仿真功能可以在不连接仿真板的情况下模拟硬件的各项功能来调试程序。
μ'nSPTM IDE具有项目管理功能。
它能为用户建立一个项目文件，里面可以包含不同的元组和文件，提供用户程序及资源文档的编辑和管理，并提供环境要素的设置途径，为用户最后的程序及库的编制（包括编译、汇编以及链接等）提供了一个良好的调试环境。
μ'nSPTMIDE对项目进行了编制后，还能对程序进行无误及优化处理。
用户程序中的语法错误通过编译而排除后，便可借助μ'nSPTMIDE的集成调试器来运行、调试程序，从而查找出程序中存在的逻辑错误。
在调试器中用户能够以连续、单步及断点等运行方式来运行程序，并借助一些调试窗口来查看变量、寄存器及内存等，以观察或了解程序运行的各个细节、判断程序的正误。
[2]8青岛科技大学本科毕业设计（论文）2．系统总体方案设计2.1 定时器的工作原理定时器是单片机系统中最基本、最常用的部件之一。
在单片机中，定时器其实充当了闹钟的角色，用来精确的确定某一时间间隔。
定时器的出现使我们拥有了既可精确计时，又能及时提醒的“闹钟”，这就大大简化了单片机编程设计。
定时器中包含一个计数部件，CPU每隔一定时间自动向这个计数部件发出一个信号，使它的数值加1（或减1）。
计数部件可以记录的最大数值时有限的，例如，一个8位的定时器，其最大的计数值是255，如果计数达到了最大值，当CPU再次发出计数信号时，计数将会发生溢出，从最大值变回0（也可以通过设置使其溢出后变成一个非0的数）。
由于计数的过程是CPU自动控制的，无需程序的干预，因此只需设定一个计数频率（也就是设置CPU每隔多长时间发出一个计数信号），就可以根据计数值来判断和控制某段过程的执行时间了[6]。
