摘要：隨著智能化程度的不斷提高，智能儀表的應用也越來越廣泛。為了使儀表裝置的功能更強、更完善，我們在儀表中加入了語音系統(tǒng)，增加了儀表的智能化。在儀表中加入語音系統(tǒng)，使儀表裝置的功能更強、效率更高、適用性更好。這種設計方法已經(jīng)運用到棒球速度測試中，它可以讀出擊球速度并且告知怎樣調(diào)整擊球姿勢，極大地方便了新手學習棒球。
　　
　　引言
　　
　　隨著智能化程度的不斷提高，智能儀表的應用也越來越廣泛。為了使儀表裝置的功能更強、更完善，我們在儀表中加入了語音系統(tǒng)，增加了儀表的智能化。
　　
　　語音系統(tǒng)的原理圖如圖1所示，分錄音和放音兩部分。系統(tǒng)利用單片機進行數(shù)據(jù)采集，經(jīng)處理轉(zhuǎn)換成判斷語音芯片放哪段音的判斷信號。同時，單片機提供控制信號給語音芯片，使其正常工作。在語音芯片輸出端接一個功放電路，使喇叭聲音足夠大。　　　　
　　1、錄音功能的實現(xiàn)
　　
　　1.1ISD25系列語音芯片
　　
　　ISD25系列語音芯片[2]是華邦（Winbond）公司的專門產(chǎn)品，該芯片采用模擬數(shù)據(jù)直接在半導體存儲器中存儲的技術(shù)，不需經(jīng)過A/D或D/A轉(zhuǎn)換。因此能夠非常真實、自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)和效果聲，避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和“金屬聲”。
　　
　　ISD25系列語音芯片具有如下特點：使用簡單，單片存儲，錄放音方便；高音質(zhì)，聲音自然；有60/75/90/120s多個時間檔次可選；手動操作/微控制器控制兼容；放音時可用邊沿觸發(fā)或電平觸發(fā)；可以循環(huán)放音；具有自動節(jié)電控制，節(jié)電時靜態(tài)電流為1μA；信息存儲無需后備電源；地址豐富，能進行多端信息處理；片內(nèi)信息可保存100年；存儲單元可反復錄音十萬次；內(nèi)置時鐘源；放音可用單片機編程來控制；單電源工作；有PDIP、SOIC和TSOP封裝。
　　
　　1.2錄音電路及其原理
　　
　　錄音電路見圖2所示，ISD25120錄音既可以手動操作，也可以單片機控制操作，在這里我們采用手動方式。地址發(fā)生電路用來控制A8~A2的地址端輸入。片選信號發(fā)生電路用來控制每一段的錄音持續(xù)時間。/CE變低后，允許進行錄音操作。芯片在/CE的下降沿鎖存地址線的狀態(tài)。錄音時，由地址端提供起始地址，錄音持續(xù)到/CE變高。　　　　
　　1.3語音信號的存儲
　　
　　ISD25120可以進行多段信息處理，它分為600段，每段的存儲時間為0.2s。因此ISD25120的每個地址對應的存儲時間為0.2s，手動操作很難達到這樣的精度。由于單片機的I/O口有限，為了在放音時減少作為地址信號的I/O口，我們把zui低兩位的地址置零（A1A0=00），把zui高位的地址也置零（A9=0），這樣手動控制的zui小精度為0.2×4=0.8s。
　　
　　在錄音前，先分配每段音的初始地址，每段音的預留存儲時間比實際存儲的時間大約多2s，以防止溢出情況的發(fā)生。信息何時結(jié)束在錄音時進行設定。只要/CE端上升沿到來，錄音就停止，此時ISD25120芯片會在內(nèi)部的一個獨立的EEPROM單元內(nèi)設置一個信息結(jié)束標志EOM。當由/CE端脈沖觸發(fā)放音時，放音持續(xù)到EOM位為止。ISD芯片存儲陣列的每一行都可以獨立尋址，每一行中均勻地布置4個EOM定位點，由于每行的尋址時間為0.2s，故EOM的分辨率為50ms。這樣，從信息結(jié)束到EOM信號輸出的zui大延時是50ms。EOM上升沿實際上標志信息的結(jié)束，因此語音在EOM處于低電平時仍繼續(xù)從芯片輸出，而在上升沿時則停止。
　　
　　2、放音功能的實現(xiàn)
　　
　　2.1ST7通用單片機
　　
　　ST公司單片機[3]采用了XFLASH技術(shù)、EEPROM電可擦除技術(shù)、低功耗技術(shù)、高可靠性技術(shù)、抗干擾技術(shù)等，因而使單片機在性能、結(jié)構(gòu)、品質(zhì)上都有明顯的優(yōu)勢。它具有電壓工作范圍寬、豐富的片上外設、存儲器結(jié)構(gòu)與一般計算機相同、多種可編程低功耗方式和開發(fā)方便等優(yōu)點。
　　
　　我們選用ST7LITE29單片機，它有8KB的程序存儲器，384B的RAM，256B的帶讀出保護功能的數(shù)據(jù)EEPROM。
　　
　　2.2放音電路及其原理
　　
　　放音電路如圖3所示。　　　　
　　單片機ST7LITE29通過PB0、PB1、PB2端口采集數(shù)據(jù)，并對采集的數(shù)據(jù)進行處理，產(chǎn)生判斷語音芯片讀取哪段錄音的變量，單片機根據(jù)這些變量送相應的初始地址給ISD25120，然后用PB3輸出一個低脈沖給/CE，讓語音芯片讀取的錄音，并把聲音經(jīng)輸出端（SP+，SP-）送到功放電路放大，再通過喇叭發(fā)出經(jīng)放大的聲音信號。
　　
　　2.3功放電路
　　
　　如果直接把喇叭接到ISD25120的聲音輸出端（SP+，SP-），發(fā)出的聲音太小，因此要在聲音輸出端接一個功放電路后再接到喇叭上，使其發(fā)出的聲音足夠大。
　　
　　功放電路主要用MC34119P[4]來實現(xiàn)。MC34119P是MOTOROLA公司的一種聲頻放大器，它能在低的工作電壓下（zui小為2V）增大聲音輸出端的電壓擺幅，以達到放大聲音的目的。MC34119P的特點如下：①工作電壓范圍大（2～16V）；②當用電池提供工作電壓時，靜態(tài)工作電流低（2.7mA）；③有節(jié)電控制端；④節(jié)電時的靜態(tài)電流很低（65μA）；⑤驅(qū)動的負載電阻范圍大（大于8Ω）；⑥接32Ω喇叭的輸出功耗為250mW；⑦總畸變失真值低（0.5%）；⑧聲音帶寬的增益可從小于0dB到大于46dB調(diào)整；⑨僅需要少量的外部器件。
　　
　　功放電路如圖4所示。　　
　　我們?nèi)1=5μF，C3=0.1μF，R1=3.3K，R2=50K，R3=50K。
　　
　　電壓放大倍數(shù)為　　
　　得到電壓放大倍數(shù)的可調(diào)范圍約為30到60。
　　
　　Av=54時得到的聲音放大效果。
　　
　　2.3軟件實現(xiàn)
　　
　　流程圖如圖5所示。該程序用CosmicC實現(xiàn)，并在Sof Tec Microsy stemsin DARTforST7上編譯通過。　　
　　3、結(jié)束語
　　
　　在儀表中加入語音系統(tǒng)，使儀表裝置的功能更強、效率更高、適用性更好。這種設計方法已經(jīng)運用到棒球速度測試中，它可以讀出擊球速度并且告知怎樣調(diào)整擊球姿勢，極大地方便了新手學習棒球。