萬年歷語音播報系統(tǒng)

趙尹

摘要：本文通過對萬年歷和語音播報技術(shù)的結(jié)合，實現(xiàn)現(xiàn)代生活經(jīng)常使用的萬年歷的語音報時技術(shù)。其內(nèi)容包括系統(tǒng)原理分析、硬件平臺搭建闡述、軟件平臺設(shè)計等。該系統(tǒng)主要是基于STC系列的89C51芯片、WT558D語音芯片并結(jié)合美國DALLAS公司推出實時時鐘芯片DS1302來實現(xiàn)本次論文的設(shè)計。利用Keil uVision4 進行了代碼的編寫、程序開發(fā)以及調(diào)試。為了方便，燒錄是采用普中的一款I(lǐng)SP軟件來進行hex文件的燒錄，避免的燒錄時的冷啟動，大大提高了調(diào)試效率。

關(guān)鍵詞：單片機系統(tǒng)；實時時鐘；語音播報；冷啟動

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2019）06-0237-05

The Design and Implementation of Voice Broadcast System

ZHAO Yin

（Anhui University of Science and Technology， School of Computer Science and Engineering， Huainan 232001，China）

Abstract：The combination of calendar and voice broadcast technology， implementation of modern life often use calendar voice broadcast technology. Its content includes system principle analysis， hardware platform， software platform design， etc.. The system is mainly based on 89C51 chip STC series， WT558D voice chip and American Dallas company launched the trickle charge current capability， low power consumption real-time clock chip DS1302 has to realize the system design. Use uVision4 Keil to carry out the preparation of the code， the program development and debugging. In order to facilitate， burn is using the software of a ISP in the S & P to hex file burn， avoid the burning of the cold start， greatly improving the debugging efficiency.

Key words：single chip microcomputer system； real time clock； voice broadcast； cold start

近年來，單片機技術(shù)在全世界范圍內(nèi)得到飛速發(fā)展，日本的單片機研究機構(gòu)對于單片機語音控制報警系統(tǒng)的研究取得重大突破，語言對于日常信息傳遞交流過程有著重大意義，相信伴隨著單片機技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的更新發(fā)展，萬年歷語音報時系統(tǒng)也會得到不斷更新和發(fā)展。因此本次設(shè)計也會有著廣闊的更新發(fā)展空間，能夠做到與時俱進。

在現(xiàn)代快速發(fā)展的社會，萬年歷是人們生活中不可缺少的生活用品，但是對于視力不好的老年人和生活不便的盲人來說，在需要時間信息的時候想要獲取信息就有一定的困難，但是如果使用萬年歷的語音報時功能就很方便地解決了這個問題。

現(xiàn)代人所追求高效率，簡潔，方便，語音系統(tǒng)可以很好地滿足人們的需要。例如手機語音的控制功能，現(xiàn)在家庭的燈光、暖氣、窗簾等家具器具都在語音功能的控制上做著很大的進步和創(chuàng)新，所以語音技術(shù)的發(fā)展有很大的空間和創(chuàng)新的水平。本系統(tǒng)采用萬年歷的技術(shù)和語音播報相結(jié)合，響應(yīng)了現(xiàn)代需求，更符合現(xiàn)代人對現(xiàn)代技術(shù)的需求。

1 系統(tǒng)原理分析

1.1 時鐘系統(tǒng)原理分析

此系統(tǒng)主要采用的是時鐘芯片，它巧妙地利用了DS1302的大部分優(yōu)點，例如高性能、低功耗、自帶RAM。DS1302芯片在工作過程中對精確到秒的時間單位進行計時，不僅具有閏年的補償功能，還可以運用了它的另外兩個優(yōu)點，即三線的接口模式與利用CPU進行同步通信，在傳送多個字節(jié)的時鐘信號是更是利用了突發(fā)的方式，使其一次性地進行傳送。

DS1302是內(nèi)部包括一個實時時鐘或者是日歷的靜態(tài)RAM充電的時鐘芯片，這種芯片本智能儀器廣泛使用，因為它具有體積小和功耗低在現(xiàn)代事事要求效率方便的情況下很適用，并且它的接口容易以及占用CPU I/O口線少，還有遇到閏年的時候他就可以主動改正，不會存在“千年蟲”的情況，所以它在現(xiàn)代社會中普遍使用。

RAM是字節(jié)帶后備電池的，它作用在數(shù)據(jù)存儲串行I/O口上，其芯片引腳數(shù)量相比較其他品種來說相對較少。傳送方式包含2種：1 單子界傳送方式 2突發(fā)模式傳送。八腳DIP封裝方式簡單的三線接口與TIL電平兼容。其正常的工作模式下溫度范圍在-40攝氏度至85攝氏度。

在編寫的程序上，采用一維數(shù)組來存放對應(yīng)的年月日時分秒，在時鐘芯片工作的時候方便用來存儲對應(yīng)的數(shù)據(jù)，最后但卻很重要的一點，時鐘芯片的技術(shù)采用的是十六進制計數(shù)法，但在語音播報的系統(tǒng)其只能識別十進制數(shù)，所以在通過1602液晶現(xiàn)實的時候要做出對應(yīng)的進制數(shù)轉(zhuǎn)換。

1.2液晶顯示原理與分析

1602字符型液晶屏是應(yīng)用很廣的一種液晶模塊，主要被用來顯示字母、數(shù)字、符號。這種模塊由幾個點陣字符位組成，一個字符由一個點陣字符表示出來，每位只有有一個點距的間隔，每行之間也有間隔。所以在編寫代碼的時候要注意對其二進制指令的應(yīng)用，更值得注意的是，1602液晶可以顯示十六進制數(shù)，故在讀取1302時鐘芯片的記數(shù)時無須改變其進制數(shù)。

1.3語音播報系統(tǒng)原理和分析

WT588D語音芯片不僅僅是在功能實現(xiàn)還是在工作狀態(tài)中都具有很多強大的優(yōu)點。這種芯片打破了傳統(tǒng)語音芯片的桎梏，讓語音芯片不再為控制方式而困擾，從而去為了滿足傳統(tǒng)芯片的缺陷去尋找合適的外圍單片機電路。這種語音芯片是支持可重復(fù)擦除燒寫的，利用了高度集成的單片機技術(shù)。芯片可以隨便調(diào)用一種控制模式，把信息down到SPI-Flash上就行了，操作方式簡單明了，包括了語音組合的技術(shù)，又大大提高了語音編輯的效率。它的優(yōu)點幫助解決了很多在燒錄程序中可能遇到的不必要的麻煩，完全支持在線下載，就是在WT588D通電的狀況下，也是能夠利用下載器給相關(guān)的SPI-Flash下載可利用的信息，如果想要更新到初始的下載模式，給WT588D的語音芯片的電路復(fù)位就可以了。

經(jīng)過改換存儲器的內(nèi)存的步驟來迎合不同容量大小的語音片段的需求，芯片同樣支持2Mbit～32Mbit容量的SPI-Flash（注：1byte=8bit）。

本文使用WT588D-20SS語音芯片當(dāng)作主控中心，內(nèi)嵌了能夠讓語音表現(xiàn)的獨特悅耳的人聲處理器，并具有能夠直接啟動0.5W/8Ω揚聲器的PWM的輸出，能夠使電流較為充盈，并且支持DAC/PWM的兩種輸出方式以及按鍵控制和一線串口控制以及三線串口控制三種不同的模式 。

2 硬件平臺設(shè)計

2.1 MCU的選取

采用了STC89C51系列的單片機，集高效，低耗，抗干擾三種優(yōu)點于一身的一種單片機，它的指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051單片機。其片上可集成512字節(jié)RAM，可以將代碼放到RAM中執(zhí)行，從而獲得更快的調(diào)試和運行速度。

此系統(tǒng)采用的單片機，在同樣晶振的情況下，這種芯片的速度是普通51單片機的8～12倍，有8路10位AD，多了兩個定時器，帶PWM功能，有SPI接口，有EEPROM，有1K內(nèi)部擴展RAM，有WATCH_DOG，多一個串口，IO口可以定義，有四種狀態(tài)等特點。

2.4 WT558D-U語音模塊介紹

2.4.1 特點

功能多音質(zhì)好應(yīng)用范圍廣性能穩(wěn)定是WT588D系列語音單片機的特長， 彌補了以往各類語音芯片應(yīng)用領(lǐng)域狹小的缺陷，MP3控制模式、按鍵控制模式、按鍵組合控制模式、并口控制模式、一線串口控制模式、三線串口控制模式以及三線串口控制I/O口擴展輸出模式，讓應(yīng)用人員能將產(chǎn)品投放在幾乎可以想象得到的場所。作為一款以語音為基礎(chǔ)的芯片，對音質(zhì)的追求當(dāng)然也是精益求精的，完全支持6K～20K采樣率的音頻加載，芯片的獨到之處便是將加載的音頻音質(zhì)幾乎完整無損地展現(xiàn)出來。

1）28腳模塊封裝，能夠利用替換存儲器來獲取不同長度的語音存儲時間；

2）支持2Mbit～32Mbit容量的SPI-Flash（注：1byte=8bit）；

3）采用WT588D-20SS語音芯片當(dāng)作主控核心；

4）PWM輸出可直接推動0.5W/8Ω揚聲器，推挽電流充沛；

5）支持DAC/PWM兩種輸出方式；

6）支持三種控制模式；

7）220段即0～219位可控制地址位，每一個地址位又能夠加載128段語音，地址位內(nèi)的語音組合播放。

2.4.3 控制方式

WT558D模塊是一種較為高檔次的語音控制模塊，語音系統(tǒng)可以很好地滿足人們的需要。例如手機語音的控制功能，現(xiàn)在家庭的燈光、暖氣、窗簾等家具器具都在語音功能的控制上做著很大的進步和創(chuàng)新，所以語音技術(shù)的發(fā)展有很大的空間和創(chuàng)新的水平。本系統(tǒng)采用萬年歷的技術(shù)和語音播報相結(jié)合，響應(yīng)了現(xiàn)代需求，更符合現(xiàn)代人對現(xiàn)代技術(shù)的需求。

WT588D由三條通信線組成，通過三線串口三線串口控制模式由片選 CS、時鐘 CLK 和數(shù)據(jù) DATA 腳這三線組成，所以很容易地就想到它名字的由來了。

說明：復(fù)位信號僅僅是在外因滋擾較強烈的情況下使用，如果不是特殊的工業(yè)場合，不必要發(fā)送此復(fù)位信號，可直接的發(fā)送片選和時鐘和數(shù)據(jù)信號就可以。

3 系統(tǒng)軟件介紹

3.1編程軟件及語言的選擇

51編程軟件可以使用Keil uVision4進行程序編程及仿真。Keil C 51軟件是許多的單片機應(yīng)用開發(fā)的優(yōu)秀的軟件其中的一個。它集編輯，編譯，仿真于一體。支持匯編以及PLM語言和C語言的程序設(shè)計，界面友好，簡單易學(xué)。

程序語言使用的是The C Programming Language，這是一種通用的計算機編程語言，這種程序語言編寫起來很靈活、簡單，對電腦性能的要求要不高，C語言有豐富的運算符、數(shù)據(jù)類型以及靈活的表達方式，這對程序的編寫再一次提供的方便，增添了靈活性，而且其中包含大量特殊工具有利于程序效率的提高；這種語言不僅擁有高級程序語言的功能，而且囊括了一些低級程序語言的優(yōu)點，因為它可以允許直接進入物理地址進行訪問，對電腦硬件進行操作。另外，在不同的計算機上，這種語言編程出來的代碼大部分是公共的，所以同一個程序可以在不同的環(huán)境下進行運行使用，不需要對其進行修改或者只需要修改一點點，綜上所述，編寫程序使用這種語言可以省去許多不必要的麻煩，很大程度上提高的編程的效率和降低了復(fù)雜度。編寫的程序上，采用一維數(shù)組來存放對應(yīng)的年月日時分秒，在時鐘芯片工作的時候方便用來存儲對應(yīng)的數(shù)據(jù)，最后但卻很重要的一點，時鐘芯片的技術(shù)采用的是十六進制計數(shù)法，但在語音播報的系統(tǒng)其只能識別十進制數(shù)，所以在通過1602液晶現(xiàn)實的時候要做出對應(yīng)的進制數(shù)轉(zhuǎn)換。

3.2 燒錄軟件

燒錄時我習(xí)慣使用普中的燒錄軟件“PZISP自動下載軟件”，使用這款軟件比較方便的是，在燒錄程序時，不需要冷啟動就可以方便地把HEX文件燒錄到單片機中，界面直接美觀，大方得體。

5 總結(jié)

本次設(shè)計讓我更加了解了單片機的應(yīng)用，結(jié)合每一個芯片的理論知識和實踐應(yīng)用，充分認識產(chǎn)品的每一部分構(gòu)造和實際應(yīng)用的優(yōu)點，將謹慎的思考貫穿設(shè)計中的每一個環(huán)節(jié)。在產(chǎn)品設(shè)計的每一個環(huán)節(jié)中，結(jié)合以前學(xué)到的電工，單片機和語言的知識，使我認識到了做出一件產(chǎn)品是需要很豐富的知識儲備才能實現(xiàn)的。而且在WT558D封裝制造和焊接中，使我深刻的意識到理論知識必須結(jié)合實踐，才能更好地掌握以前學(xué)習(xí)到的知識。這次單片機課程設(shè)計時長幾個月時間非常充足，首先主要查閱資料，設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，基本選擇使用器材模塊，查找相關(guān)器材模塊資料。然后我主要進行查資料選擇最優(yōu)設(shè)計實現(xiàn)方案并設(shè)計相關(guān)原理圖和完善方案。通過這兩周的課程設(shè)計，我學(xué)到了很多在教室里學(xué)不到的東西即“動手操作能力”。

對于我們計算機信息工程專業(yè)的學(xué)生來說，動手能力是非常重要的，很多在課堂上學(xué)的理論都是需要靠我們通過實驗來驗證的，而做實驗就是鍛煉我們的實際操作能力。我們學(xué)過的東西要經(jīng)常拿出來用，學(xué)以致用。用keil軟件編寫一些簡單的程序并調(diào)試，練習(xí)使用軟件，雖然過程中出現(xiàn)了一些錯誤，但是正是這些錯誤讓我意識到研究出一個產(chǎn)品是一個嚴謹仔細的過程，在不斷的出錯中才能找到最適合產(chǎn)品的解決方案和實踐方法。

參考文獻：

[1] 李群芳，肖看.單片機原理、接口及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[2] 譚浩強.C語言程序設(shè)計.北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[3] 張?zhí)旆?51單片機C語言開發(fā)詳解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[4] 鄔寬明.單片機外圍器件實例手冊[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.

[5] 白延敏.51單片機典型系統(tǒng)開發(fā)實例精講[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[6] 周麗娜.Protel99SE電路設(shè)計技術(shù)[M].北京：中國鐵道出版社，2009.

[7] 王為青，程國鋼.單片機Keil[M].C×51應(yīng)用開發(fā)技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2007.

[8] 江志紅.51單片機技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)案例精選[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.

[9] Muhammad Ali Mazidi，Janice Gillispie，Rolin Mckinlay[M].The 8051 Microcontroller and Embedded Systems：Using Assembly and C，Second Edition.Pearson Education，2006.

[10] K.Alexander， N.O.Sadiku Fundamentals of electric Circuits[M]Tsinghua university press，2000.

【通聯(lián)編輯：唐一東】