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摘 要: 結合實(shí)際研制開(kāi)發(fā)工作介紹了多功能語(yǔ)音電子電話(huà)號碼簿的性能與特點(diǎn)，給出了該系統的軟、硬件設計方案和系統組成，討論了MCU與DSP、DSP與CODEC的接口技術(shù)以及整個(gè)系統的供電技術(shù)。 國內現有的電子電話(huà)號碼簿皆采用鍵盤(pán)拼音輸入方式進(jìn)行查詢(xún)，且無(wú)撥號功能，使用不便，不易被消費者接受。1998年底在西方發(fā)達國家剛剛問(wèn)世的語(yǔ)音電子電話(huà)號碼簿為英語(yǔ)語(yǔ)音提示，對使用漢語(yǔ)的中國人極為不便，且功能單一，價(jià)格昂貴，不適宜中國的消費者使用。我們研制的功能強、性能優(yōu)、價(jià)格低廉、識別率高的適合中國國情的中文多功能語(yǔ)音電子電話(huà)號碼簿，在擁有數億消費者的中國具有廣泛的市場(chǎng)前景，該產(chǎn)品的研制成功對我國的語(yǔ)音識別算法研究、語(yǔ)音產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等具有特別重要的意義。 使用者只要說(shuō)出被查詢(xún)人的中文姓名或單位名稱(chēng)，語(yǔ)音電子電話(huà)號碼簿利用語(yǔ)音識別、語(yǔ)音合成等高新技術(shù)可以回放和顯示出相應的電話(huà)號碼并進(jìn)行自動(dòng)撥號。 １ 語(yǔ)音電子電話(huà)號碼簿的功能 · 語(yǔ)音電話(huà)號碼簿功能 它能存儲200個(gè)名字800個(gè)電話(huà)號碼?熋扛雒?字下可有32位的4個(gè)電話(huà)號碼 。它具有查找、撥號、修改、刪除、長(cháng)途區號自動(dòng)過(guò)濾、語(yǔ)音提示、語(yǔ)音回放、顯示、電池告警、電源自動(dòng)啟閉等功能。 · 語(yǔ)音記事簿功能 它有兩個(gè)語(yǔ)音記事定時(shí)提醒功能，每當語(yǔ)音記事定時(shí)提醒時(shí)刻到來(lái)時(shí)，能自動(dòng)播放１分鐘的用戶(hù)錄音，以提醒用戶(hù)。 
· 日歷／時(shí)鐘功能 能顯示年、月、日、時(shí)、分、秒、星期。 · 計算器功能 ２ 系統構成 該系統由主、從功能模塊組成。主功能模塊包括MCU、鍵盤(pán)以及LCD；從功能模塊包括DSP、CODEC、ROM、FLASH和音頻放大器等，如圖1所示。系統各模塊功能如下。 （１）DSP的主要功能是接收MCU發(fā)送來(lái)的命令，并按照其命令完成語(yǔ)音訓練、語(yǔ)音識別、語(yǔ)音合成、DTMF撥號、號碼簿管理、記事簿管理等功能。由于A(yíng)D公司的ADSP2181具有功能強大的數字信號處理能力和各種外圍接口以及高性能價(jià)格比。 （２） CODEC是用來(lái)完成語(yǔ)音信號的D／A（模擬語(yǔ)音信號轉換為數字語(yǔ)音信號）和D／A（數字語(yǔ)音信號轉換為模擬語(yǔ)音信號）的。由于A(yíng)D公司的AD73311 具有諸多優(yōu)良性能，如內含16位信噪比為75dB的A／D 和信噪比為70dB的D／A，采樣頻率和輸入輸出增益均可程控，自帶參考電壓和低功耗以及串行輸入輸出接口等。 （３）ROM是用來(lái)存放DSP程序和語(yǔ)音提示所需的數據。 （４）FLASH用來(lái)存儲電話(huà)號碼簿的200個(gè)詞條數據以及記事簿所需的兩段1分鐘的記事錄音數據等參數。
（５）單片機系統中的MCU主要是接受鍵盤(pán)命令，向DSP發(fā)送控制命令，接收DSP的反饋信息，并將一些信息顯示在LCD上；同時(shí)負責日歷／時(shí)鐘的產(chǎn)生和計算器等功能。SUMSUNG公司的KS57C2308單片機具有40個(gè)I／O 引腳，能直接驅動(dòng)16位8段LCD；2～5.5Ｖ的寬電壓；低功耗低價(jià)位等諸多特點(diǎn)。 （６）電源模塊的主要功能是為系統中各功能模塊提供電源，通過(guò)它可手動(dòng)或自動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉從功能模塊的電源。 ３ 接口電路設計 ３．ｌ ADSP2181與MCU之間的接口設計 ADSP2181是作為一個(gè)Slave芯片工作的，它能隨時(shí)接收和處理MCU發(fā)送來(lái)的命令，并返回給MCU狀態(tài)信息和數據。ADSP2181與MCU之間的接口可分為串行方式和并行方式兩種。但由于串行接口方式的軟硬件設計較為簡(jiǎn)單，且占用DSP和MCU的硬件資源較少，故本系統選用串行接口方式，如圖2 所示。
將ADSP2181的SPOPT1設置成串口方式，通過(guò)五根線(xiàn)與MCU相連接，其中SCLK1為串行時(shí)鐘輸出端；RFS1和TFS1分別為接收幀同步和發(fā)送幀同步信號線(xiàn)，它們用于指明串行數據字的開(kāi)始；DR1和DT1分別為串行數據的接收和發(fā)送信號線(xiàn)，數據位與串行時(shí)鐘SCLK1同步。另外有２根控制信號線(xiàn)IRQE和／RESET，MCU的P4.3連至ADSP2181的IRQE端，ADSP2181接收到中斷信號后立即退出IDLE狀態(tài)開(kāi)始接收MCU發(fā)送來(lái)的命令。P4.2連至ADSP2181的／RESET端，用于控制DSP的復位。DSP程序啟動(dòng)后先進(jìn)行有關(guān)的初始化工作，然后進(jìn)入IDLE狀態(tài)等待 MCU的中斷信號。 ３．２ ADSP2181與CODEC之間的接口以及CODEC的模擬輸入輸出接口設計 ADSP2181與CODEC之間的接口以及CODEC的模擬輸入輸出接口電路如圖3所示。
CODEC AD73311的左邊為模擬輸入輸出接口。模擬輸入接口采用的是單端方式，模擬輸出接口采用的是差分雙端輸出方式，R2（100）Ω 和C4 (0.047μＦ 構成了輸入端的反混迭濾波器，由于采用了過(guò)采樣，故單極點(diǎn)的RC濾波器就足夠了。AD73311輸出端的最小負載電阻為150Ω，由于使用的是32Ω的喇叭，所以喇叭之前加一級運放LM386作為功率放大之用。AD73311的右邊為與ADSP2181的數字接口，／RESET為復位端，SCLK為串行時(shí)鐘輸出端；SDO、SDOＦ為串行數據輸出端和同步信號端；SDIF、SDI為串行輸入同步信號端和數據端；SE為串行端口使能端。 SDI、SDO和SCLK分別與ADSP2181串口0的DTO、DRO和SCLKO對接；MCLK為外部主頻時(shí)鐘輸入端，來(lái)自于外部的晶振，其頻率為 16.384MHz，我們采用過(guò)采樣的方法經(jīng)抽取和濾波以獲取較高的信噪比，AD73311的采樣頻率為Fad＝32kHz；我們采用發(fā)送接收幀同步信號異步方式，使ADSP的TFSO分別與AD73311的SDIFＳ、SDOFS相連。 ３．３ 系統供電電路設計 系統的供電電路如圖4所示。 由于該系統為消費類(lèi)手掌機，從體積、重量、價(jià)位等諸多因素出發(fā)，該產(chǎn)品采用3節7號電池供電。為了延長(cháng)電池的使用時(shí)間，應降低系統的功耗，故本系統選用了低功耗的DSP和CODEC芯片，并對它們實(shí)行3.3V供電。本系統選用了TI公司的TPS7233微功耗低落差電壓穩壓器，／EN為穩壓器的使能端，高電平將關(guān)斷穩壓器使其進(jìn)入微功耗睡眠方式；PG為功耗正常狀態(tài)輸出端，當其輸出電壓降至其正常值的95％時(shí)，輸出變?yōu)榈碗娖�，它可用作電池欠電壓指示。為了使AD73311模擬輸出通道中的音頻放大器能獲得足夠大的功率和提高系統的抗干擾能力，故供給LM386的電源應從TPS7233的前端Vcc2引出。為了正常地進(jìn)行日歷／時(shí)鐘顯示，MCU電源直接從電池端Vcc1引出，為了節省電量，MCU
平時(shí)工作于IDLE狀態(tài)。為了有效地抑制噪聲，CODEC的模擬電源從AVdd端引出，而DSP、FLASH、ROM以及CODEC的數字電源從Vdd端引出。當需進(jìn)入電話(huà)號碼簿工作而按下／OPEN鍵時(shí)，MCU的P2.2輸出低電平使能TPS7233，由于／OPEN鍵按下瞬間的低電平使Q1飽和，同時(shí) P2.1輸出的高電平又保證了Q2的飽和，這樣就打開(kāi)了從功能模塊的電源，而進(jìn)入號碼簿工作狀態(tài)。當需要關(guān)斷從功能模塊的電源時(shí)?? MCU的P2.1輸出低電平，使Q2截止，從而Q1也截止而關(guān)斷其電源。當記事簿的定時(shí)語(yǔ)音提醒時(shí)刻到來(lái)時(shí)，MCU的P2.2和P2.0輸出低電平， P2.1輸出高電平，也打開(kāi)了從功能模塊的電源，從而進(jìn)入了記事簿工作狀態(tài)。在記事簿或號碼簿工作狀態(tài)下，若電池欠電壓，則PG由高電平變?yōu)榈碗娖蕉霈F一個(gè)下降沿，向MCU申請中斷，MCU在中斷1服務(wù)程序中將關(guān)斷從功能模塊的電源，同時(shí)LCD顯示出電池欠電壓標志，提醒用戶(hù)及時(shí)更換電池。 ４ 軟件設計 軟件系統包括DSP軟件和MCU軟件兩大模塊，DSP的軟件主要是根據語(yǔ)音信號數字處理技術(shù)完成語(yǔ)音識別、語(yǔ)音合成等功能，由于篇幅有限，在此不予介紹。MCU的軟件采用結構化的程序設計方法，各模塊均有一定的獨立功能，便于系統的功能擴充和維護。
４．１基本定時(shí)器中斷服務(wù)程序模塊 流程圖如5所示，該服務(wù)程序每7.82ms被執行一次。它完成鍵盤(pán)掃描功能，當連續20次檢測到同一鍵值的鍵按下時(shí)，將該鍵值放于鍵盤(pán)緩沖區中；它也完成日歷／時(shí)鐘計時(shí)功能，當連續兩次檢測到時(shí)鐘定時(shí)器的中斷標志位IRQW為1時(shí)，時(shí)鐘的秒加1。若該中斷發(fā)生時(shí)的程序工作于IDLF模式下，此時(shí)LCD應顯示日歷／時(shí)鐘信息，且中斷正常返回；若工作于電話(huà)號碼簿或記事簿功能程序，在2min內無(wú)鍵按下，則應關(guān)斷從功能模塊的電源且非正常中斷返回到某一初始化地址處，否則從功能模塊電源已關(guān)斷，若正常中斷返回到原斷點(diǎn)地址處，必定要死機。 ４．２ 主控模塊 該模塊是基于系統的操作流程設計的，如圖6所示。程序首先判斷是否有功能鍵按下，若無(wú)功能鍵按下，且記事簿的語(yǔ)音定時(shí)提醒時(shí)刻尚未到來(lái)時(shí)，則CPU的時(shí)鐘切換為副時(shí)鐘并關(guān)閉主時(shí)鐘，置IDLE＿FLAG為1并進(jìn)入IDLF狀態(tài)�；径〞r(shí)器中斷后，主程序將退出IDLE狀態(tài)，在無(wú)功能鍵按下的情況下，重復上述過(guò)程。若有功能鍵按下，清IDLE＿FLAG為0，并執行相應的功能模塊程序。 總之，與美國Sensory公司生產(chǎn)的具有國際領(lǐng)先水平的同類(lèi)產(chǎn)品相比，我們研制的語(yǔ)音電子電話(huà)號碼簿具有以下優(yōu)點(diǎn)?? ·識別率大于99％，提高了兩個(gè)百分點(diǎn)； ·增加了記事簿、計算器、日歷／時(shí)鐘顯示、本地長(cháng)途區號過(guò)濾等功能； ·既有語(yǔ)音又有鍵控操作； ·體積小、重量輕，價(jià)格為其二分之一。 |
