基于凌阳SPCE061A的简易语音计算器.pdf

发布时间：2022-06-14 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.37M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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基于凌阳S P C E O 6 1 A的简易语音计算器 (1解放军炮兵学院电子信息工程系38队2．解放军炮兵学院电子信息工程系电子工程教研室) 卢仁义1李毅2 摘要：文章介绍了凌阳SPCE061A的芯片特点及其语音特色，并以凌阳SPCE061A为控制核心，设计制作一款带有语音的简易计算器的硬件结构和软件实现。经过测试，该计算器语音播报清晰。关键词：语音，凌阳单片机，SPCE061A，计算器中图分类号：TN41 文献标识码：A A SIMPLE CALCULATOR WITH VOlCE BASED ON SPCE061 A (1．The 38th team,Department of E1ectroniC and Information Engineering。the Artillery Lu Renyil Li Yi2 Academy of PLA．) (2．Department of Electronic and Information Engineering．the Artillery Academy of PLA) Abstract：The characteristic of SPCE061A and its specialty in vioce process iS introduced．Then the hardware simple calculator with voice using the SPCE061A as controller core iS described in detail． As a result the calculator’S VOice iS svllabify． Microcontr01ler the software realization frame and of a Keyword： Voice。SunplUS and Signal Processot，SPCE06IA， CalCUl ator 0．引言电子计算器是许多嵌入式终端设备的基本组成部分，研究基于单片机的语音计算器，对于人机交换的智能系统开发具有重要价值。目前常用的单片机中，带有语音处理功能的大多需要外挂专用的语音处理芯片，增加了开发的成本和周期。凌阳SPCE061A芯片不仅具有一般单片机的功能，还具有DSP功能。其强大的信息处理能力，可达49MHz的最高时钟频率，16位×16位高速乘法运算指令以及内积指令(乘加运算)为语音处理提供了必要的软硬件条件。 1．系统硬件设计一个具有输入、输出及语音播报功能的系统，除了具有强大功能的主控制器外，还需要输入设备、显示设备和语音电路等，系统采用SPCE061A单片机作为主控器， 4×4键盘输入参加运算数值，液晶、扬声器用来显示和播报运算表达式及其结果。系统硬件结构如图1所示：图l系统硬件结构万方数据 24 SPCE061A主控制器负责键盘扫描、键值处理、液晶驱动及语音播放。 1．1 SPCE061A芯片的特点 1．1．1 SPCE061A芯片简介 SPCE061A是一款基于u’nSP内核的16位单片机，其芯片特性如下： ●工作电压：内核工作电压VDD为3．0～3．6V(CPU)， I／0口工作电压VDDH为VDD～5．5V(1／o)； ●CPU时钟：0．32MHz～49．152MHz： ●内置2K字SRAM和32K闪存ROM； ●系统处于备用状态下(时钟处于停止状态)，耗电小于2“A@3．6V； ●具备触键唤醒的功能； ●32位通用可编程输入／输出端口； ●2个16位可编程定时器／计数器(可自动预置初始计数值)； ●7通道10位电压模一数转换器(ADC)和单通道声音模一数转换器； ●2个10位DAC(数一模转换)输出通道： ●14个中断源可来自定时器A／B，时基，2个外部时钟源输入，键唤醒； ●具备串行设备接口； ●低电压复位(LVR)功和低电压监测(LVD)功能： ●内置在线仿真(ICE，In-Circuit Emulator)接口。 1．1．2 SPCE061A芯片的语音特色语音处理大致可分为A／D、编码处理、存储、解码处理以及D／A等。针对麦克风输入所生成WAVE文件占用

较大存储空间的问题，凌阳单片机SPCE061A采用了凌阳公司自行开发的具有音频编解码及各种语音压缩算法。各种算法相应的程序模块存放在语音算法库SCAM—L 中，表1列出了SCAM L SCAM—L IB中的每个模块都有其相应的程序接口API，用户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API函数，即可很方便地实现语音合成、语音播放、录音、识别等功能。 IB库中的模块及其算法类型。 IB SPCE061A的音频输出有两种方式，一种是音调输出方式，另一种是语音输出方式，两者的区别在于输出的控制机理不同。前者是通过控制定时器溢出所产生的不同频率来决定声波振动次数，从而决定发出的声音音调的高低；后者是用与声音数据采样率相同的速率将声音数据通过数模转换通道还原成音频电压或电流输出，其中声音数据采样率决定了声音音质的好坏，并决定了声音数据所需要占据的存储空间。本系统采用SACM A2000自动方式播放语音，该压缩算法压缩比较小(8：1)，具有高质量、高码率的特点，适用于高保真音乐和语音。表1 SCAM—L IB库中模块及其算法类型 ●算名弄矗膏压■■玛事举一 ■■果忤●7地 S^d—础∞O s^xm_s41m s7∞ {桶，7，．T 2曲j● i^叫一S240 SACd_邮 f乐音嚏r16功／·20 n71) 16 b·的鹰I；．采样●，8函，，的采样奉用于柚c丑t最量功t 1．2系统硬件电路系统硬件电路包括SPCE061A单片机最小系统电路及由其控制的语音功放电路、液晶显示电路和键盘电路。 1．2．1 SPCE061A的最小系统电路 SPCE06IA的最小系统接线如图2所示，在0SC320、 0SC321端接上相对应的电容和电阻，不用的VDD端和GND 端接上0．1uF的耦合电容以提高抗干扰能即可。 1．2．2语音功放电路 SPCE061A为音频输出提供了两个DAC通道，DACI和 DAC2输出的模拟信号通过DACl乖NDAC2 I脚输出，输出信号经滤波、功放电路进行放大，驱动扬声器播放语音。外围语音功放电路如图3所示。图3语晋功放电路图中的SPY0030芯片为凌阳公司研发，其功能不仅包含了LM386的所有功能，还具有更好的高保真特性。 1．2．3 TSl602-1液晶显示电路 TSl602-I为16×2的字符液晶，具有8位并行和4位并行两种数据传输方式，TSl602一l液晶引脚图及和单片机的接线图如图4所示：图4 TSl602—15l脚及镁线圈系统采用TSl 602—1的8位并行方式传输数据， DBO-DB7为数据引脚，V0为偏压端，可直接接地；Rs为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器；Rw为读写判断信号，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作；E为使能引脚，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 TSl602-i的操作时序极为简单：首先使能端置高，选择寄存器，然后把需要写入的数据或命令送到数据传输HDB0、DB7，再给使能端清零，这样便完成一次写入， 1．2．4键盘电路系统输入设备采用了通用的4×4键盘，其电路图如 l 图5所示。图2 SPCE061A的最小系统电路图5键盘电路万方数据 25

2．系统的软件设计系统软件程序采用汇编语言和C语音混合编写， SPCE061A型单片机汇编语言和C语言可以互相调用，且可读性好、可靠性高。系统的开发平台是凌阳IDE集成开发环境软件包，其开发通过在线调试器PROBE实现(它既是一个编程器，又是一个实时在线调试器，代替了在单片机应用项目的开发过程中常用的软件工具～硬件在线实时仿真器和程序烧写器)。 2．1系统的主程序语音计算器能实现表达式的输入、运算、实时语音播报和显示结果，保存的计算结果能根据用户需要参加下～次运算，系统主程序流程如图6所示。其中初始化主要包括：(1)连接外围器件的10口初始化；(2)液晶显示初始化；(3)音频输出初始化。 ( 开始 ) ◆ 初始化』输入表达式』计算表达式上输出结果 |．』结束 ) ( 图6主程序流程图 2．2输入表达式子程序键盘输入给单片机的表达式是一系列由数字和运算符号组成的字符串，不能直接参与计算。这就要求在程序中对字符串做出适当的处理，将其转换成只包含浮点数和运算符号的表达式。程序中采用了分段转换，两运算符号之间为一段。把同一段输入的数字和小数点存储到一个数组中，并判断输入的有效性。当检测到有效符号输入时程序便把存储到数组中字符串转换成一个浮点数并保存。在此子程序中还对输入的有效数字和符号进行实时输出。其中符号处理子程序需完成对符号是否有效的判定、符号的显示和播报以及启动从字符串到浮点数的转换等；数字和小数点的处理则在数值处理子程序中完成。 2．3计算表达式子程序要求判断计算优先级，针对不同的优先级进行不同顺序的计算。表达式中的运算符号保存到一个数组中，程序运行过程中，将对所有符号逐个比较，找出其中的运算优先级，并计算。万方数据 26 2．4输出结果子程序我们知道，液晶显示数据和语音播报数字是逐位进行的，而表达式计算结果为浮点数，要正确输出计算结果，程序中需要把浮点数转换成字符串，去除无效位之后再逐位输出。在C语言中可用系统自带的sprintf0函数实现，其形式如下： sprintf(addr，”％．f”，result)： sprintf0函数被说明在stdio．h中。它的作用类似于printf()函数，但它把结果写到字符串而并非显示器上，函数中的参数addr即为转换后字符串的首地址。此函数的执行过程为：先把需要转换的数result转换成被％．f限制格式的变量，再把中间变量逐位转换为字符存储在以addr为首地址的存储空间中，格式限制也可为其它类型。 2．5 SACM-A2000自动播音子程序在语音播放过程中可以将需要播放的不同语音压缩文件按顺序加入到系统资源中，每次播放只需给出播放序号，程序就会自动把相对应的语音播放完。系统用到的SACM—A2000 的部分相关函数及其参数说明如下； VOid SACM—A2000一Initial(int Init-Index)：此函数为SACM-A2000播放之前的初始化。若Init-Inde=O，表示手动方式，若Init-Inde：l表示自动方式，该函数用于对定时器、中断SHDAC等的初始化。 Void SACM—A2000一PLAY(i ntSpeech—Index，int Ramp—Set)，此函数实现对资源中SACM— Channel，，int A2000语音或与乐曲进行播放。Speech—Index表示语音索引号，Channel，表示播放通道，Ramp—Set为音量调节控制。 ASM：Call F FIQ ServiCe SACM A2000，此函数用作SACM-A2000语音背景程序的中断服务子程序。通过前台子程序对语音资料进行解码，然后将其送入DAC通道播放。 SACM—A2000自动播放语音方式，采用了自动获取语音数据并解码，等待中断播放，其中断函数如下： asm(”external F—FIQ—Service—SACM—A2000”)： void FIO(void) { if(木P INT Ctrl&Ox2000)／／定时器A中断 { ，IcP—INT—Clear=C—FIO—TMA： asm(”call F FIO Service SACM A2000”)：／／调用 A2000中断服务函数 } else if(木P—INT—Ctrl&Ox0800)／／定时器B中断术P～INT—C l ear=C—FIQ—TMB： else／／PWM中断术P～INT—Clear=C—FIQ—PWM： ) 3．结束语简易语音计算器系统以功能强大的凌[j日SPCE061A为核心，充分发挥了其较强的数字处理和语音处理功能特

性，在精确完成表达式计算的基础上，实了现语音播报和液晶显示。系统除了计算的快速性，显示和播报的及时性，还具备了输入错误时的语音提示功能。．此外，系统还有需要完善的功能，例如增加按键的数目，实现更多更为复杂的计算。于隆箍疑∞州统厶Y 戤¨汁耕设 E1的与剑十 ▲▲．1 LE辑实载观张兰云张高伟参考文献 [1]凌阳大学计划．凌阳16位单片机c语言程序设计．www．unsp．com．cn [2]罗亚非．凌阳16位单片机应用基础．北京：北京航空航天大学出版．2005，5 [3]李晶姣．嵌入式语音技术及凌阳16位单片机应用[M]．北京：北京航空航天大学出版社．2003，11 [4][美]M．Waite，S．Prata著．范植华，樊莹译．新编c语言大全．清华大学出版社．1995，4 作者简介：卢仁义，男，江西，工学军事学双学士在读，解放军炮兵学院电子信息工程系38队，主要研究方向：单片机，FPGA。李毅，男，湖北洪湖，工学硕士，讲师，解放军炮兵学院电子信息工程系电子工程教研室，主要研究方向：嵌入式操作系统，数字信号处理等。 (中国科学技术大学信息科学技术学院自动化系) 摘要：在结合全球卫星定位系统(GPS)和通用分组无线业务(GPRS)的基础之上，利用嵌入式开发技术，设计开发了一个基于ARM和Linux的车载终端及监控中心服务器系统，着重分析了车载监控系统的硬件结构和系统软件设计。测试表明，此系统运行稳定，定位精度高，数据传输及时可靠，实现了监控的基本功能，可以满足实用化要求。 ‘关键词：GPS，GPRS，嵌入式，车辆监控 Design and Realization of Vehicle Supervision System Based on GPS and GPRS Zhang Lanyun Zhang Gaowei (Department of Automation，School of Information Science and Technology，University of Science and Technology of China) Abstract：Based on ARM and Linux operating system,by using GPS，GPRS and embedded technology，this paper designs a vehicle terminal and supervision center it server concerns about the hardware structure and software．The functiorL Especially powerful system with that the proves practice precision of performance is function and satisfies the practical request． stable，the high，and the real—time good．The system has real ized the basic orientation is nmning is ■ Keyword：GPS，GPRS，Embedded，ehicle Supervision 0．引言随着我国道路交通的不断完善，机动车辆日益增多，各行业为了实现和改善对机动车辆的监控和管理，各方面对车辆监控系统提出了更新更高的要求。随着嵌入式技术的不断研究和发展，嵌入式技术已应用到很多方面，其技术变得越来越成熟，其成本在不断降低。采用嵌入式技术开发车载监控系统，一方面能增强控制能力，提高汽车电子的智能化程度，另一方面也为将来进一步增强汽车电子的功能提供了扩展空间。本文设计了一个基于GPS和无线GPRS网络的车载监控系统。本车载监控系统的工作过程可描述为：GPS模块接收来自GPS卫星的定位信息，传送给ARM处理器监控终端，监控终端对数据解析后将位置信息与电子地图匹配并显示在监控终端的LCD屏上，同时将位置、速度等信息传送给 GPRS模块，利用简单的AT指令就可以控$0GPRS模块与监控中心的连接以及大量数据的传输。在系统的工作过程中需要实时的将大量数据传输到 Internet上，因此可以充分发挥GPRS通用无线分组网络的优势[1]：一是网络信号覆盖面广、接入范围大，系统构建便捷、运行成本较低；二是传输速率高；兰是登录时间迅万方数据 27

基于凌阳SPCE061A的简易语音计算器作者：卢仁义，李毅， Lu Renyi， Li Yi 作者单位：卢仁义,Lu Renyi(解放军炮兵学院,电子信息工程系38队)，李毅,Li Yi(解放军炮兵学院 ,电子信息工程系电子工程教研室) 刊名：电子技术英文刊名： ELECTRONIC TECHNOLOGY 年，卷(期)： 2008，45(3) 0次被引用次数：参考文献(4条) 1.凌阳大学凌阳16位单片机C语言程序设计 2.罗亚非凌阳16位单片机应用基础 2005 3.李晶姣嵌入式语音技术及凌阳16位单片机应用 2003 4.M.waite,S.Prata.范植华.樊莹新编C语言大全 1995 相似文献(10条) 1.期刊论文杨旭方.李慧基于凌阳单片机实现的办公电器语音控制系统 -科教文汇2008(8) 本文应用凌阳单片机SPCE061A语音技术及其相关算法,以电灯、计算机、风扇等常用办公电器为被控对象,设计了一套办公电器语音控制系统,并以此来展开凌阳单片机语音技术的实际应用. 2.期刊论文李战胜.郝国法.方康玲.付旭基于凌阳单片机的瓦斯数据采集报警系统 -工矿自动化2004(5) 利用凌阳单片机(SPCE061A)语音处理的功能,设计出具有语音编辑播报功能的瓦斯数据采集报警系统.实验结果表明,该系统实现简单、操作灵活、运行可靠. 3.期刊论文黄磊.杨育霞.任雪梅.郭少凡具有语音播报功能的温度与光线测控仪 -科技创新导报2009(3) 以凌阳单片机SPCE061A作为控制板,配合传感器模组对周围环境温度和光线进行测量,并白动调节光线强度,通过人性化的语音提示和播报功能,成功地实现了温度与光线测控仪的设计.给出了系统的硬件组成,并具体阐述了软件设计过程. 4.期刊论文葛林.邸彩芸.艾建军基于凌阳单片机的语音播报智能化燃气灶设计 -中国高新技术企业2010(5) 文章以凌阳公司16位单片机SPCE061A为核心,与传统电子燃气灶结合,设计出家庭厨房应用的语音播报智能化燃气灶.该智能燃气灶具有时钟显示、两段定时关机、熄火自动保护、语音播报以及自动控制吸油烟机等功能.在硬、软件设计中,系统采用SPCE061A型单片机为控制核心,使用C语言为编程语言 ,提高了系统整体的稳定性. 5.学位论文袁霞音控小车控制系统的研究 2006 自从人类可以制造和使用各种机器以来，人们就有一个理想，那就是让各种机器能听懂人类的语音并能按人的口头命令来行动，从而实现人机的语言交流。随着科学技术的不断发展，语音识别(SpeechRecogntion)技术的出现，使人类的这一理想得以实现。语音识别识别技术就是让机器通过识别和理解把语音信号转变为相应的文本或命令的高技术。语音识别是一门交叉学科，它正逐步成为信息技术中人机接口的关键技术，语音技术的应用已成为一个具有竞争性的新兴高科技产业。当今，语音识别产品在人机交互应用中已经占到越来越大的比例。本文首先介绍了语音识别的定义、分类、方法、意义及国内外发展状况，并简要说明了语音识别的基本原理。其次，根据语音识别系统的基本原理构成模型，介绍了预处理、端点检测到模板生成及模板管理和模板匹配各部分所涉及到的语音数字信号处理、模式识别等方面的基本原理。接着，本文介绍了使用VisualC++6.0和MATLAB，根据DTW(动态时间弯折)模型的语音识别训练和识别的基本方法，在Windows操作系统上实现的一个简单的特定人、小词汇量、孤立词语音识别系统。系统的组成模块与语音识别系统的基本构成模型基本一致，在训练过程中，从语音库中的波形文件中读取采样数据，分帧计算出由LPCC、MFCC倒谱系数构成的特征矢量，并按照鲁棒性训练法进行训练，得到后续语音识别时需要的模板，存放于模板库中。识别时，计算出输入语音的特征矢量参数，依据模板匹配的方法与模板库中的语音模板逐一进行比较，得出最佳匹配模板。然后对凌阳单片机作了详细介绍后，将程序下载到凌阳单片机中，由单片机发出电信号给控制板，然后通过控制板来实现控制玩具小车的运转。最后对系统性能进行了小结，指出了该系统的改进方向。通过对实际语音识别系统的测试和研究，为进一步开发实用性语音识别系统做了基础性的研究工作。 6.期刊论文张震宇.王华.ZHANG ZHENYU.WANG HUA 基于凌阳单片机的语音识别技术及应用 -微计算机信息 2007,23(23) 介绍了一种以凌阳SPCE061A单片机为基础的语音识别技术,分析了语音识别过程的基本原理,具体阐述了语音识别在该单片机上的实现过程.最后,在智能小车实验平台上对这种语音识别技术成功地进行了验证. 7.期刊论文郝丽丽.马小军.张娟.Hao Lili.Ma Xiaojun.Zhang Juan 便携式多参数环境监测仪的设计 -计算机测量与控制2006,14(6) 便携式仪表是单片机研究的一个重要分支,介绍了一种基于凌阳单片机实现便携式要求的多参数环境监测仪,描述了系统组成各个模块的硬件实现,并给出了相应的软件设计方案,该装置能够测量温度、湿度等环境参数值,精度分别为1℃和2%,同时具有显示和语音功能. 8.期刊论文胡峻辉.王蓓蕾.李晶皎基于凌阳单片机的语音信号实时采集 -单片机与嵌入式系统应用2003(1) 语音信号采集是语音信号处理的基础.本文利用凌阳公司16位单片机--SPCE061A所具有的数字信号处理(DSP)功能及其所提供的音频压缩函数库来实现语音信号的实时采样与压缩;通过RS232接口,将采集到的语音信号实时上传到PC机中存储. 9.期刊论文王红军多功能数字转速表设计及实现 -电脑知识与技术2009,5(32) 该系统采用凌阳十六位单片机SPCE061A实现转速测量,转速信号由LTH1650红外反射光电传感器和放大电路、滤波电路、整形电路提供.通过M/T算法

实现对电机转速的实时测量,具有转速最大值,最小值,平均值的数字语音播报和显示,加速度显示;另外还有转速超限报警功能,通过键盘手工输入转速上限值,当所测量的转速超过这个值,发出报警声音;为了便于与其它数字仪、计算机通讯或构成闭环系统,同时还留有异步串行通讯口与上位机连接. 10.期刊论文薛梅 SPCE061A在周界防入侵报警集中管理系统中的应用 -安防科技2010(2) 本文介绍了一种以凌阳16住单片机SPCE061A为核心的带语音报警提示的小区周界防入侵报警集中管理系统.本系统紧紧抓住了凌阳单片机的优点,围绕它设计了系统的核心控制部分.该系统充分利用单片机强大的编程、语音处理、中断以及多功能输入/输出口,具有电路结构简单、功耗少、可靠性高、效率高等优点. 本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_dzjs200803006.aspx 授权使用：重庆大学(cqdx)，授权号：94dc0923-7c79-4f33-aac4-9e9300a8ea97 下载时间：2011年2月23日

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