基于单片机的语音终端设计

基于单片机的语音终端设计摘要：关键词：关键词：LCD显示终端； 双工通话； 单片机；异步串口电路；话音编码中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：在某些工业场所，经常需要本地终端与主机终端之间进行语音通话及文本的数据交流，使用复杂设备过于繁琐且成本较高。为适应简便远程通信和显示功能，本系统采用单片机和液晶显示器(LCD)显示终端组成的系统，下面介绍基于单片机的LCD显示终端设计。1. 功能要求a微控制器用Rs-422与远程主控机通信；b. 能够建立任意两个终端的双工话音通信；c用单色320240 LCD模块作为显示部件：d能够显示任意l、2级汉字库的汉字；e设备本身在出现错误时能够自行恢复。2. 设计分析分析上述功能要求，确定6点设计原则。a为保证设计开发速度和生产成本考虑使用较为通用的微控制器，如：单片机。b设备本身必须包含l、2级汉字和标准ASCII码字库的图形点阵信息。根据需要确定用1616点阵汉字字库，字库文件用软件生成的现实代码数据。c本系统工作时，各个终端和主机之间有大量有远程数据和控制指令，对于远程终端接收方来说，数据相应必须及时有效，不得存在数据阻塞等情况发生，故而在编写系统程序时要有规划，响应要及时。d。本系统要求具有短信息传输、接收、编辑等功能，作为显示终端现实屏幕必然会出现中西文字混排、编辑、显示等问题。另外需编写拼音输入法，这些也许要处理。e本系统可以实现任意两个终端、主机和终端机语音通话、短信显示编辑存储等功能。对于要实现全部功能要求，尤其是需要能够较快增加软件功能的设计要求，因此，任务功能相对独立、简单，便于快速设计开发和调试。f开发中使用单片机默认IDE软件开发系统，该系统使用方便与单片机配合较好。3. 电路设计针对功能要求并接合设计原则，得出本系统的硬件系统结构图，如图1所示。图1 远程控制终端硬件结构整个硬件系统包含以下几个主要组成部件。a. 微控制器(单片机)。在系统中采用C8051F120单片机。该处理器是流水线指令结构；70%的指令的执行时间为一个或两个系统时钟周期；使用内部集成PLL时速度可达 100 或 50MIPS。 b. LCD模块接口。硬件设计采用带显示控制器(SEDl335)的单色320240 STN LCD模块(型号为QY3202401)，该模块直接挂接在系统总线上，微控制器通过端口直接向SEDl335传输命令和数据。 c通信电路。采用MAX3064芯片实现TTL电平和RS-422电平的信号转换，使用OX16C954B串口芯片用总线与单片机相连，使得本终端可挂接在外部总线扩展了串口链接数目。异步串口速率设计为100kbit/s。传输距离为1000米。d. 话音编码芯片采用CMX638全双工编码芯片，CMX638是一款高集成，高性能全双工语音编解码器，采用鲁棒的先进低复杂性波形插入技术，提供超低位速率下长话级音质性能，且具有FEC(前向纠错)、SDD(软决策解码)、DTX(非连续发送检测)、VAD(语音激活检测)、CNG(舒适噪声发生)、STD和DTMF信号检测功能。CMX638先进的低复杂性波形插入编码算法：多种压缩速率模式，速率为2 050 bs，2 400 bs、2 750 bs或3 600 bs(带FEC功能)；集成16位A/D和DA转换器、模拟增益放大器和数字低通滤波器，数据包压缩时间长度分20 ms，40 ms，60 ms和80 ms；具有VAD、CNG、STD和DTMF功能；系统确定使用CMX638编码生成的2.4Kbit语音数据。e字库。字库保存有汉字1、2级汉字的点阵数据。为存储数据，使用一片SST39VF040芯片实现。该芯片直接和单片机总线相连接，单片机直接完成对存储芯片的读取操作。 f电源管理电路。负责整个系统用电、开机关机等功能。4. 程序设计4.1 任务分解根据系统要求，为了提高程序设计效率、移植性、维护性，将程序设计分为若干的子项，每个子项完成一个特定功能，从而简化程序设计。aLCD_HANDLE。该子项负责对项目屏幕初始化的功能。显示模块负责完成对显示屏幕的输出功能，能够根据参数，选择显示位置，和英文、英文符号、和中文、中文符号，另外完成从ASC码到显示数据偏移地址计算等功能。bAUDIO_HANDLE。声码子项用于处理对声码器件初始化和操作使用的功能。系统终端之间实现双工语音通信，必将使用高压缩率声码算法，对基带模拟信号进行高速采样，采样后的数据直接进行压缩编码，然后传输入处理器。处理器将CMX638编码生成的2.4Kbit语音数据，根据时序关系将编码后的数据通过有线信道传输给对方终端。接收方终端从有线信道接收到数据后送与声码器解码，解码器进行语音编码的解码工作，随后通过自带的D/A模块将还原的基带语音信道还原送出。cSERIAL_HANDLE。数据传输子项，系统终端之间所有信息联系都依靠RS422异步串口完成。异步串口速率设计为100kbit/s。数据传输子项用于数据传输的控制。系统将声码器编码完成后的数据和终端之间的控制指令、短信息等交给数据传输子项，数据传输子项对这些数据经行打包整理，将多种数据合成整齐数据包发往目的终端。数据传输子项同时负责接收对方发来的数据帧，将数据帧先存入缓存区，然后拆解数据帧将各种数据信息传给主控制模块。dKEY_HANDLE。输入控制子项，数据终端具有中英文输入、数字输入、中英文标点输入等要求，另外对按键的输入应该进行应有的响应功能。eMAIN_HANDLE。主处理模块，该模块负责各个子项之间调度控制和数据传递，对人机工作进行响应。完成系统总体功能实现。4.2 任务工作流程在软件设计过程过，根据系统需求，任务的执行按照一定的方式运行。任务执行的流程示意图见图2。图2远程控制终端软件模块系统上电后，首先进行自身初始化工作，完成处理器的启动。随后进行开机自检工作，查看远程终端是否进入系统连接状态。如果开机时有异常情况发生显示自检信息。自检完成进入MAIN_HANDLE主处理模块，对各个外部设备进行初始化，随后进入工作模式。主处理模块接收各种激励信息后，调用各个模块完成相应工作。5. 结论系统采用Silicon Lab公司微处理器开发的远程控制终端，该终端可实现远程双工通话、文本短信、远程控制等功能。结合LCD显示器，可以很好的完成远程控制信息交流等要求，解决了基于C8051F120单片机对汉字、ASCII寻址、数据通信、双工通话等问题。工业成本低、可靠性高。参考文献：【1】 郭强，王辛之，EPSON图形液晶显示控制器系列SEDl35x和SEDl374。北京：北京航空航天大学出版社，2000。【2】 新华龙电子有限公司。C8051F120/1/2/3/4/5/6/7，Mixed Signal ISP Flash MCU Family控制器数据手册。Preliminary Rev. 1.4 December 2005。【3】 CML Microcircuits公司。CMX608/CMX618/CMX638 RALCWI Vocoders 语音编解码芯片数据手册。Rev D/608_18_38/9 ,May 2009。