基于單片機的語音終端設計

基于單片機的語音終端設計摘要：關鍵詞：關鍵詞：LCD顯示終端； 雙工通話； 單片機；異步串口電路；話音編碼中圖分類號：TP311文獻標識碼：A文章編號：在某些工業(yè)場所，經(jīng)常需要本地終端與主機終端之間進行語音通話及文本的數(shù)據(jù)交流，使用復雜設備過于繁瑣且成本較高。為適應簡便遠程通信和顯示功能，本系統(tǒng)采用單片機和液晶顯示器(LCD)顯示終端組成的系統(tǒng)，下面介紹基于單片機的LCD顯示終端設計。1. 功能要求a微控制器用Rs-422與遠程主控機通信；b. 能夠建立任意兩個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級漢字庫的漢字；e設備本身在出現(xiàn)錯誤時能夠自行恢復。2. 設計分析分析上述功能要求，確定6點設計原則。a為保證設計開發(fā)速度和生產(chǎn)成本考慮使用較為通用的微控制器，如：單片機。b設備本身必須包含l、2級漢字和標準ASCII碼字庫的圖形點陣信息。根據(jù)需要確定用1616點陣漢字字庫，字庫文件用軟件生成的現(xiàn)實代碼數(shù)據(jù)。c本系統(tǒng)工作時，各個終端和主機之間有大量有遠程數(shù)據(jù)和控制指令，對于遠程終端接收方來說，數(shù)據(jù)相應必須及時有效，不得存在數(shù)據(jù)阻塞等情況發(fā)生，故而在編寫系統(tǒng)程序時要有規(guī)劃，響應要及時。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)實屏幕必然會出現(xiàn)中西文字混排、編輯、顯示等問題。另外需編寫拼音輸入法，這些也許要處理。e本系統(tǒng)可以實現(xiàn)任意兩個終端、主機和終端機語音通話、短信顯示編輯存儲等功能。對于要實現(xiàn)全部功能要求，尤其是需要能夠較快增加軟件功能的設計要求，因此，任務功能相對獨立、簡單，便于快速設計開發(fā)和調試。f開發(fā)中使用單片機默認IDE軟件開發(fā)系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用方便與單片機配合較好。3. 電路設計針對功能要求并接合設計原則，得出本系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)結構圖，如圖1所示。圖1 遠程控制終端硬件結構整個硬件系統(tǒng)包含以下幾個主要組成部件。a. 微控制器(單片機)。在系統(tǒng)中采用C8051F120單片機。該處理器是流水線指令結構；70%的指令的執(zhí)行時間為一個或兩個系統(tǒng)時鐘周期；使用內部集成PLL時速度可達 100 或 50MIPS。 b. LCD模塊接口。硬件設計采用帶顯示控制器(SEDl335)的單色320240 STN LCD模塊(型號為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芯片實現(xiàn)TTL電平和RS-422電平的信號轉換，使用OX16C954B串口芯片用總線與單片機相連，使得本終端可掛接在外部總線擴展了串口鏈接數(shù)目。異步串口速率設計為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，采用魯棒的先進低復雜性波形插入技術，提供超低位速率下長話級音質性能，且具有FEC(前向糾錯)、SDD(軟決策解碼)、DTX(非連續(xù)發(fā)送檢測)、VAD(語音激活檢測)、CNG(舒適噪聲發(fā)生)、STD和DTMF信號檢測功能。CMX638先進的低復雜性波形插入編碼算法：多種壓縮速率模式，速率為2 050 bs，2 400 bs、2 750 bs或3 600 bs(帶FEC功能)；集成16位A/D和DA轉換器、模擬增益放大器和數(shù)字低通濾波器，數(shù)據(jù)包壓縮時間長度分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2.4Kbit語音數(shù)據(jù)。e字庫。字庫保存有漢字1、2級漢字的點陣數(shù)據(jù)。為存儲數(shù)據(jù)，使用一片SST39VF040芯片實現(xiàn)。該芯片直接和單片機總線相連接，單片機直接完成對存儲芯片的讀取操作。 f電源管理電路。負責整個系統(tǒng)用電、開機關機等功能。4. 程序設計4.1 任務分解根據(jù)系統(tǒng)要求，為了提高程序設計效率、移植性、維護性，將程序設計分為若干的子項，每個子項完成一個特定功能，從而簡化程序設計。aLCD_HANDLE。該子項負責對項目屏幕初始化的功能。顯示模塊負責完成對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、和中文、中文符號，另外完成從ASC碼到顯示數(shù)據(jù)偏移地址計算等功能。bAUDIO_HANDLE。聲碼子項用于處理對聲碼器件初始化和操作使用的功能。系統(tǒng)終端之間實現(xiàn)雙工語音通信，必將使用高壓縮率聲碼算法，對基帶模擬信號進行高速采樣，采樣后的數(shù)據(jù)直接進行壓縮編碼，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)時序關系將編碼后的數(shù)據(jù)通過有線信道傳輸給對方終端。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。cSERIAL_HANDLE。數(shù)據(jù)傳輸子項，系統(tǒng)終端之間所有信息聯(lián)系都依靠RS422異步串口完成。異步串口速率設計為100kbit/s。數(shù)據(jù)傳輸子項用于數(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，數(shù)據(jù)傳輸子項對這些數(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)傳輸子項同時負責接收對方發(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。dKEY_HANDLE。輸入控制子項，數(shù)據(jù)終端具有中英文輸入、數(shù)字輸入、中英文標點輸入等要求，另外對按鍵的輸入應該進行應有的響應功能。eMAIN_HANDLE。主處理模塊，該模塊負責各個子項之間調度控制和數(shù)據(jù)傳遞，對人機工作進行響應。完成系統(tǒng)總體功能實現(xiàn)。4.2 任務工作流程在軟件設計過程過，根據(jù)系統(tǒng)需求，任務的執(zhí)行按照一定的方式運行。任務執(zhí)行的流程示意圖見圖2。圖2遠程控制終端軟件模塊系統(tǒng)上電后，首先進行自身初始化工作，完成處理器的啟動。隨后進行開機自檢工作，查看遠程終端是否進入系統(tǒng)連接狀態(tài)。如果開機時有異常情況發(fā)生顯示自檢信息。自檢完成進入MAIN_HANDLE主處理模塊，對各個外部設備進行初始化，隨后進入工作模式。主處理模塊接收各種激勵信息后，調用各個模塊完成相應工作。5. 結論系統(tǒng)采用Silicon Lab公司微處理器開發(fā)的遠程控制終端，該終端可實現(xiàn)遠程雙工通話、文本短信、遠程控制等功能。結合LCD顯示器，可以很好的完成遠程控制信息交流等要求，解決了基于C8051F120單片機對漢字、ASCII尋址、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：【1】 郭強，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。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。Rev D/608_18_38/9 ,May 2009。