自動(dòng)電梯語(yǔ)音控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc

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2015屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 自動(dòng)電梯語(yǔ)音控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 院 、 部： 電氣與信息工程學(xué)院 學(xué)生姓名： 王 夢(mèng) 晗 指導(dǎo)教師： 黃海波 職稱 實(shí)驗(yàn)師 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 電氣本1105班 完成時(shí)間： 2015年6月 16日 摘 要 在當(dāng)今發(fā)展速度日新月異的社會(huì)，高層建筑在日趨現(xiàn)代化的城市里面幾乎隨處可見(jiàn)，隨著高層建筑如雨后春筍般越來(lái)越多，對(duì)于電梯的需求也隨之越來(lái)越大，而考慮到安全因素，對(duì)于電梯的質(zhì)量的要求更是顯得尤為重要。在追求電梯質(zhì)量的同時(shí)，人們對(duì)于電梯的科技含量和人性化的表現(xiàn)也越來(lái)越重視，集自動(dòng)化技術(shù)、人工智能技術(shù)、機(jī)械技術(shù)于一身的語(yǔ)音電梯就是一個(gè)典型的例子。 自動(dòng)語(yǔ)音電梯的出現(xiàn)充分的體現(xiàn)了電梯的科技含量和人性化這兩點(diǎn)。人們不僅可以通過(guò)說(shuō)話的方式和電梯進(jìn)行交流，把自己的想法和下一步動(dòng)作告訴電梯，當(dāng)電梯接受你的指令后就可以把你送到你想要到達(dá)的樓層，還能通過(guò)電梯語(yǔ)音報(bào)層報(bào)站，讓人們更為便捷地到了解我們所需要到達(dá)的目的樓層，從而優(yōu)化了人們的生活方式。 論文根據(jù)AP7003系列語(yǔ)音芯片設(shè)計(jì)一個(gè)低成本的自動(dòng)語(yǔ)音電梯系統(tǒng)，而且可以和電梯原有的按鍵控制系統(tǒng)一起使用，在不影響電梯原有功能的情況下，使電梯可以通過(guò)語(yǔ)音控制，提高電梯的智能化。使用proteus對(duì)該設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真，通過(guò)按鍵模擬語(yǔ)音錄入的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯的開(kāi)關(guān)門(mén)、樓層的變更和語(yǔ)音播報(bào)。 關(guān)鍵詞：語(yǔ)音識(shí)別;自動(dòng)語(yǔ)音電梯;人性化 ABSTRACT In a society which currently develops at an amazing rate, high-rise buildings can be seen almost everywhere in the growing modernized cities and more and more elevators are needed as the high-rise buildings spring up like mushrooms. However, the quality of elevators plays a critical role when safety is taken into consideration. Meanwhile, people start to pay more and more attention to the high technologies and human-oriented designs of elevators when pursuing elevator qualities, and among this kind of elevators, the voice elevator which integrates the automated technology, artificial intelligence technology as well as mechanical technology into itself undoubtedly sets a typical example. The coming into being of automatic voice elevators has fully demonstrated the high-tech and human-orientation of elevators. On one hand, people can communicate with elevators by means of speaking. They tell their own ideas and next movements to the elevator and then they are carried to stories they are going when their instructions are accepted by the elevator. One the other hand, they can know their destination stories much more conveniently through the voice announcement of stories of the elevator so as to optimize their lifestyles. An automatic voice-controlled elevator system is designed in this paper according to the voice chips of the AP7003 series while it can be used together with the original button-controlled system of the elevator as well. In addition, the elevator intelligence can be improved by the voice-controlled system on the basis that the original functions of the elevator are not affected. Then simulate the design by proteus and then simulate means of voice recording through buttons so as to realize the opening, closing as well as change and voice announcement of stories of the elevator. Key words Speech recognition；Automatic speech；elevator humanized 目 錄 1 緒論 1 1.1 選題背景及意義 1 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 2 整體研究方案和硬件電路設(shè)計(jì) 3 2.1 設(shè)計(jì)方案的選擇 3 2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的確定 3 2.3 主電路的設(shè)計(jì)思路 3 2.4 語(yǔ)音識(shí)別芯片模塊的介紹 4 2.5 單片機(jī)模塊的介紹 6 2.6 液晶顯示模塊的介紹 11 2.7 各模塊電路的設(shè)計(jì) 14 3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 3.1 主控程序軟件設(shè)計(jì) 17 3.2 中斷程序設(shè)計(jì) 18 3.3 顯示器程序設(shè)計(jì) 19 3.4 I/O口擴(kuò)展程序設(shè)計(jì) 20 4 仿真結(jié)果 21 4.1 仿真軟件的使用 21 4.2 仿真的結(jié)果 21 結(jié)束語(yǔ) 24 參考文獻(xiàn) 25 致 謝 28 附 錄 29 1 緒論 1.1 選題背景及意義 語(yǔ)音識(shí)別是一個(gè)跨學(xué)科，語(yǔ)音識(shí)別正成為IT的人機(jī)界面，語(yǔ)音識(shí)別和語(yǔ)音合成技術(shù)的出現(xiàn)，讓人們擺脫了繁瑣的鍵盤(pán)操作，通過(guò)語(yǔ)音的方式來(lái)進(jìn)行操作。語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)成為一門(mén)新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。今天，在人機(jī)交互的語(yǔ)音識(shí)別產(chǎn)品的應(yīng)用已占到所占比例越來(lái)越大[1]。 人們與機(jī)器進(jìn)行自然語(yǔ)音的交流，讓機(jī)器明白你的想法，這是科學(xué)家近50年來(lái)孜孜不倦的研究方向。語(yǔ)音識(shí)別的技術(shù)就是讓機(jī)器通過(guò)自身的理解和識(shí)別過(guò)程將語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的指令和文本，通過(guò)指令來(lái)完成人們想要達(dá)到的效果。盡管人類在對(duì)語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)方面的研究取得了不錯(cuò)的進(jìn)展，但是我們還是清晰的看到，距離理想的目標(biāo)任重而道遠(yuǎn)[2]。從早期的播放器到世界上第一個(gè)可以識(shí)別10個(gè)英文數(shù)字發(fā)音的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)經(jīng)歷了數(shù)十載，然而傳統(tǒng)的播放器通常上是通過(guò)遠(yuǎn)程的控制和按鍵的控制來(lái)對(duì)播放器進(jìn)行控制。按鍵的控制（包括線控制）是通過(guò)直接的按鍵來(lái)改變電平發(fā)出的指令進(jìn)行控制。而遠(yuǎn)程的控制是通過(guò)紅外線控制或者藍(lán)牙控制等一些其他的遠(yuǎn)程控制設(shè)備對(duì)播放器發(fā)出指令[3]。 自動(dòng)電梯語(yǔ)音控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是專門(mén)致力于研究出可以通過(guò)語(yǔ)音控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯控制的一種方案，可以使電梯更加的方便、更加的人性化，以實(shí)現(xiàn)電梯的全自動(dòng)語(yǔ)音控制。這個(gè)設(shè)計(jì)不單單是為了解決殘障人士日常使用傳統(tǒng)電梯困難的煩惱，還是為了將研究語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于單片機(jī)中，特別是通過(guò)AP7003系列語(yǔ)音芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)在單片機(jī)中的應(yīng)用，設(shè)計(jì)出具有語(yǔ)音控制功能的自動(dòng)語(yǔ)音電梯[4]。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的開(kāi)端是由貝爾實(shí)驗(yàn)室在20世紀(jì)50年代發(fā)明的一款名為Audrey的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)。 直到20世紀(jì)的60年代語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的研究才真正的取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，并且作為一個(gè)比較重要的問(wèn)研究課題。這次語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，主要是因?yàn)閷＜野l(fā)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別的實(shí)現(xiàn)提供了硬件和軟件語(yǔ)音信號(hào)的線性預(yù)測(cè)的編碼和動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整的技術(shù)。 上世紀(jì)90年代后，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)逐漸成為研究語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的另一條途徑，該技術(shù)的各種特性都表現(xiàn)出了很大的潛力，在各個(gè)方面的研究方面都取得非常關(guān)鍵的進(jìn)展，從而奠定了語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)從實(shí)驗(yàn)室走向了人們的視線中。 我國(guó)的語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的研究起始于上世紀(jì)50年代末，是由中科院的聲學(xué)研究所利用電子管電路來(lái)識(shí)別10個(gè)元音，由于當(dāng)時(shí)我國(guó)的條件限制，該研究項(xiàng)目一直處在擱淺的狀態(tài)下。 直到1986年，我國(guó)啟動(dòng)了863計(jì)劃，語(yǔ)音識(shí)別的技術(shù)作為研究計(jì)算機(jī)系統(tǒng)重要的組成部分被列為研究課題，從此語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)在我國(guó)進(jìn)入了一個(gè)前所未有的發(fā)展階段[5]。 2 整體研究方案和硬件電路設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)方案的選擇 自動(dòng)電梯語(yǔ)音控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要使用語(yǔ)音的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)功能，所以選擇兩種語(yǔ)音芯片進(jìn)行了對(duì)比，分別是PM50系列和AP7003系列的語(yǔ)音芯片。 PM50系列的語(yǔ)音芯片特點(diǎn)是控制較為方便，有20秒到400秒的選擇，成本較高。 AP7003系列的語(yǔ)音芯片特點(diǎn)是控制較為方便，識(shí)別12組每組1.5秒的字詞，成本較低。 經(jīng)過(guò)選擇最終確定選用AP7003系列的語(yǔ)音芯片，AP7003系列語(yǔ)音芯片基本符合語(yǔ)音電梯的基本要求，而且成本較為廉價(jià)。 2.2 總體設(shè)計(jì)方案的確定 按照AP7003語(yǔ)音芯片的特征，設(shè)計(jì)出一個(gè)低成本的自動(dòng)語(yǔ)音電梯系統(tǒng)，而且可以和電梯原有的按鍵控制系統(tǒng)一起使用，在不影響電梯原有功能的情況下，使電梯可以通過(guò)語(yǔ)音控制，提高電梯的智能化。 2.3 主電路的設(shè)計(jì)思路 主電路的設(shè)計(jì)思路是采用語(yǔ)音錄入的方式發(fā)送語(yǔ)音信號(hào)給AP7003芯片，接著AP7003系列語(yǔ)音芯片將語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，把識(shí)別后的語(yǔ)音信號(hào)傳送到AT89S51系列單片機(jī)中，AT89S51單片機(jī)進(jìn)行語(yǔ)音信號(hào)的處理，如果語(yǔ)音信號(hào)正確，再把語(yǔ)音信號(hào)指令反饋給顯示屏進(jìn)行提示，最后進(jìn)行輸出控制，如圖1所示。 圖1 主電路設(shè)計(jì)思路圖 主電路是由語(yǔ)音錄入、語(yǔ)音控制、信號(hào)輸出、單片機(jī)、語(yǔ)音信號(hào)接入和1602液晶顯示等組成。 2.4 語(yǔ)音識(shí)別芯片模塊的介紹 設(shè)計(jì)采用的是AP7003系列的語(yǔ)音芯片，AP7003系列語(yǔ)音芯片是一款性能優(yōu)良、成本廉價(jià)的語(yǔ)音識(shí)別集成電路芯片，內(nèi)置有麥克風(fēng)、I/O控制器、語(yǔ)音處理器和轉(zhuǎn)換器，可識(shí)別12組不同的字詞，每組1.5秒時(shí)長(zhǎng)，可連詞或單詞識(shí)別。并且有非常高的I/O可編程性，使用方法非常的簡(jiǎn)單方便，可廣泛應(yīng)用于各種語(yǔ)音設(shè)備領(lǐng)域[6]。 芯片的功能框圖如圖2所示。 圖2 AP7003功能框圖 AP7003語(yǔ)音的主要特征： （1）內(nèi)置擁有A/D轉(zhuǎn)換器； （2）內(nèi)置擁有麥克風(fēng)放大器； （3）DIP40雙列直插式封裝； （4）可以識(shí)別12組，每組1.5秒時(shí)長(zhǎng)的字詞； （5）I/O口有2個(gè)普通輸進(jìn)、4個(gè)出發(fā)輸進(jìn)、2個(gè)輸出口和2個(gè)LED驅(qū)動(dòng)； （6）指令優(yōu)化方便用戶的使用； （7）其工作電壓為2.4V到4.5V，并且具有低功耗模式。 AP7003語(yǔ)音芯片采用的是DIP40的封裝，它的應(yīng)用電路如圖3所示。 圖3 AP7003應(yīng)用接線圖 2.4.1 AP7003功能說(shuō)明 AP7003具備兩種工作形式：語(yǔ)音形式和識(shí)別形式。在使用識(shí)別形式的時(shí)候，先把目標(biāo)錄入芯片內(nèi)。該芯片內(nèi)部的12個(gè)存儲(chǔ)體用于存儲(chǔ)不同的字句，每個(gè)存儲(chǔ)體都可以存儲(chǔ)1.5秒時(shí)長(zhǎng)的字詞，可通過(guò)鍵盤(pán)或按程序編制的順序?qū)⒛繕?biāo)詞錄入及存放在存儲(chǔ)體中。通過(guò)麥克風(fēng)可將語(yǔ)音錄入芯片內(nèi)，數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)芯片整理后保存于存儲(chǔ)體中[7]。 當(dāng)用戶指令錄入芯片后，系統(tǒng)就自動(dòng)把工作形式切換為識(shí)別形式，運(yùn)行時(shí)芯片把當(dāng)前的語(yǔ)音指令與已儲(chǔ)存好的語(yǔ)音相比較,如果語(yǔ)音信號(hào)正確，則系統(tǒng)芯片的輸出端口會(huì)輸出高電平或低電平。當(dāng)沒(méi)有語(yǔ)音指令時(shí)芯片就進(jìn)入省電形式，當(dāng)有語(yǔ)音指令時(shí)芯片就進(jìn)入運(yùn)行形式[8]。 2.4.2 AP7003-02的應(yīng)用 AP7003-02是由串行口和微控制器連接的，芯片內(nèi)共有22個(gè)輸入指令和15個(gè)輸出指令。AP7003-02應(yīng)用電路圖如圖4所示。 系統(tǒng)上電后必需先給芯片發(fā)送排除指令，用來(lái)將12個(gè)存儲(chǔ)體內(nèi)的內(nèi)容清除,接著發(fā)送一個(gè)保存指令將目標(biāo)詞錄入芯片相應(yīng)的保存體內(nèi)。當(dāng)LED1工作時(shí),示意芯片準(zhǔn)備好錄入目標(biāo)詞[9]。通過(guò)兩種識(shí)別模式進(jìn)行識(shí)別：（1）Set R_Mode1為單詞識(shí)別模式，該模式下完成識(shí)別操作后,芯片進(jìn)入省電模式；（2）Set R_Mode2為連詞識(shí)別模式，該模式下完成識(shí)別操作后，芯片返回語(yǔ)音錄入模式[10]。 圖4 AP7003-02應(yīng)用電路圖 2.4.3 應(yīng)注意的問(wèn)題 影響辨別率高低的重要因素是語(yǔ)音識(shí)別前設(shè)置的匹配度，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要根據(jù)使用的環(huán)境和使用的要求等多種情況來(lái)進(jìn)行多次的實(shí)驗(yàn)才能確定最佳值。 2.4V～4.5V為芯片的工作電壓。如果應(yīng)用系統(tǒng)的工作電壓超過(guò)4.5V，建議通過(guò)一個(gè)二極管給芯片供電，以確保系統(tǒng)可靠地運(yùn)行，也有利于降低功耗。 本語(yǔ)音識(shí)別電路中應(yīng)選用56dB的麥克風(fēng)才能達(dá)到最好的成效[11]。 2.5 單片機(jī)模塊的介紹 本設(shè)計(jì)中采用的是AT89S51型單片機(jī)，如圖5所示，它具有如下優(yōu)點(diǎn)： 具有較完整的外部擴(kuò)展總線，能夠通過(guò)這些外部擴(kuò)展總線方便地?cái)U(kuò)展外圍單元和外圍接口。 該單片機(jī)內(nèi)部的FLASH ROM程序存儲(chǔ)器空間有4K字節(jié)和256字節(jié)的RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，完全可以滿足程序的要求。由于該芯片可電擦寫(xiě)，所以能夠重復(fù)使用。如果需要改動(dòng)的程序內(nèi)容，可以將芯片拿下重新燒寫(xiě)[12]。 圖5 AT89S51單片機(jī) 2.5.1 單片機(jī)的主要功能 (1) 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器； (2) 32個(gè)雙向I/O口；1288位內(nèi)部RAM； (3) 2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷，時(shí)鐘頻率0-24MHz； (4) 可編程串行通道； (5) 5個(gè)中斷源； (6) 2個(gè)讀寫(xiě)中斷口線； (7) 低功耗的閑置和掉電模式； (8) 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。 2.5.2 單片機(jī)的引腳介紹 電源引腳：電源引腳連接到微控制器的工作電源，VCC是+5V電源和接地，GND是接地。 時(shí)鐘引腳：XTAL1和XTAL2分別是片內(nèi)振蕩器反相放大器和時(shí)鐘發(fā)生器電路的輸入端和輸出端。 復(fù)位RST：在振蕩器運(yùn)行的時(shí)侯，當(dāng)引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)振蕩周期）以上的高電平時(shí)，單片機(jī)將會(huì)復(fù)位，只要這個(gè)腳保持在高電平的范圍內(nèi)，芯片便會(huì)循環(huán)復(fù)位。 EA/VPP：EA為外部程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)允許的控制端。當(dāng)它是高電平時(shí)，單片機(jī)讀片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，在PC值超過(guò)0FFFH后將會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部程序存儲(chǔ)器。當(dāng)它為低電平時(shí)，只限定在外部程序存儲(chǔ)器，地址為0000H~FFFFH。VPP為該引腳的第二功能，為編程電壓輸入端[13]。 單片機(jī)引腳圖如圖6所示。 圖6 單片機(jī)引腳圖 2.5.3 單片機(jī)的中斷介紹 AT89S51一共有5個(gè)中斷向量，分別是：2個(gè)外中斷（INT0和INT1），2個(gè)定時(shí)中斷（Timer0和Timer1）和一個(gè)串行中斷。 中斷向量其實(shí)就是程序存儲(chǔ)器的一個(gè)地址，表明一個(gè)中斷的服務(wù)程序從這里開(kāi)始存放，中斷發(fā)生后要通過(guò)它引導(dǎo)CPU轉(zhuǎn)向相應(yīng)的中斷服務(wù)。正因?yàn)樗哂兄赶蛐?，所以稱其為中斷向量。 電平方式的中斷請(qǐng)求是低電平有效。只要單片機(jī)在中斷請(qǐng)求引入端上采樣到有效的低電平信號(hào)，即為中斷請(qǐng)求。 脈沖方式的中斷請(qǐng)求則是脈沖的下降沿有效。在兩個(gè)相鄰機(jī)器周期所進(jìn)行的兩次采樣中，若前一次為高，后一次為低，即為中斷請(qǐng)求信號(hào)。為此，脈沖方式的中斷請(qǐng)求信號(hào)的高、低電平狀態(tài)都應(yīng)至少維持一個(gè)機(jī)器周期，才能確保負(fù)脈沖的跳變能被采樣到。 定時(shí)器中斷是為滿足定時(shí)或計(jì)數(shù)的需要而設(shè)置的。在單片機(jī)芯片內(nèi)部有2個(gè)定時(shí)器和計(jì)數(shù)器T0、T1，所以定時(shí)器中斷也有2個(gè)：定時(shí)器1中斷和定時(shí)器0中斷。當(dāng)計(jì)數(shù)器溢出時(shí)，表明定時(shí)時(shí)間到或計(jì)數(shù)值滿，這是內(nèi)部電路就產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。由于中斷請(qǐng)求是在芯片內(nèi)部發(fā)生的，因此，在芯片上沒(méi)有對(duì)應(yīng)的中斷請(qǐng)求引入端。 穿行中斷只有1個(gè)，擔(dān)憂2個(gè)中斷源：串行發(fā)送中斷和串行接受中斷。它們對(duì)應(yīng)同一個(gè)中斷向量0023H。串行中斷是為串行數(shù)據(jù)傳送而設(shè)置的。每當(dāng)串行口發(fā)送或接收完一幀串行數(shù)據(jù)時(shí)，就產(chǎn)生相應(yīng)的中斷請(qǐng)求。同樣因?yàn)橹袛嗾?qǐng)求是在芯片內(nèi)部自動(dòng)發(fā)生的，所以也不需要在芯片上設(shè)置中斷請(qǐng)求引腳[14]。 單片機(jī)中斷圖如圖7所示。 圖7 中斷源方框圖 2.5.4 單片機(jī)的Flash存儲(chǔ)器 Flash存儲(chǔ)器的編程如圖8所示。 圖8 Flash存儲(chǔ)器的編程 Flash存儲(chǔ)器的校驗(yàn)如圖9所示。 圖9 Flash存儲(chǔ)器的校驗(yàn) 2.5.5 單片機(jī)的晶振電路 AT89S51芯片中的高增益反相放大器，其輸入端為引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。通過(guò)這兩個(gè)引腳在芯片外并接石英晶體振蕩器和兩只電容器（電容C1和C2一般去30pF）。石英晶體為一感性元件，與電容構(gòu)成振蕩回路，為片內(nèi)放大器提供正反饋和振蕩所需的相移條件，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。 除了使用石英晶體振蕩器外，若對(duì)時(shí)鐘頻率要求不高，還可以用電感或陶瓷振蕩器，但使用陶瓷振蕩器時(shí)要把電容的容量稍微提高一些。 2.5.6 單片機(jī)的復(fù)位電路 目前，在單片機(jī)系統(tǒng)中供使用過(guò)4種類型的復(fù)位電路，分別為：積分電路型、微分電路型、比較醒和看門(mén)狗型。其中前3種是在芯片外面用分立元件或集成電路芯片搭建的，而最后一種位于芯片內(nèi)部，是單片機(jī)芯片的一部分。對(duì)于片外復(fù)位電路，無(wú)論哪種類型，加電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位都是必不可少的基本功能[15]。 2.6 液晶顯示模塊的介紹 2.6.1 液晶顯示的簡(jiǎn)介 1602液晶顯示另可稱其為1602字符型液晶，如圖10所示，它是一種點(diǎn)陣型液晶模塊，專門(mén)用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等等。它是由幾許5X11或5X7等點(diǎn)陣字符位組成的，每一個(gè)字符都由一個(gè)點(diǎn)陣字符位顯示，為了起到字符間距和行間距的作用，每位乃至每行之間都有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，而這樣也導(dǎo)致了它不能很好地顯示圖形（即使用自定義CGRAM，顯示效果也并不顯著）。1602液晶顯示是指顯示的內(nèi)容為顯示兩行，每行有16個(gè)字符的液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。目前市面上大部分的字符液晶都是基于HD44780液晶芯片，其控制原理完全相同，因此以HD44780為基礎(chǔ)寫(xiě)出的控制程序，可以非常便利地為市面上絕大部分的字符型液晶所用[16]。 在日常生活中，液晶顯示器對(duì)于我們而言已為大眾所常見(jiàn)。對(duì)于很多電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)液晶顯示已成為必備器件，我們?cè)诤芏嚯娮赢a(chǎn)品中可以看到液晶顯示，以顯示數(shù)字、專用符號(hào)和圖形為主。在單片機(jī)的人機(jī)交流界面中，常見(jiàn)的輸出方式有發(fā)光管、LED數(shù)碼管和液晶顯示器。 圖10 1602液晶顯示器 晶液顯示器作為單片機(jī)系統(tǒng)的輸出器件的優(yōu)點(diǎn)有： 顯示質(zhì)量高：由于液晶顯示器不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣，需要不間斷地刷新新亮點(diǎn)，它是恒定發(fā)光的，每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就持續(xù)保持那種色彩和亮度。因此，液晶顯示器畫(huà)質(zhì)高并且不會(huì)閃爍。 數(shù)字式接口：液晶顯示器和單片機(jī)系統(tǒng)的接口操作方便簡(jiǎn)單。液晶顯示器通過(guò)顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示，它的體積較小，而在重量上也比傳統(tǒng)的顯示器要輕許多。相對(duì)其他顯示器而言，液晶顯示器主要在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)IC上消耗功耗，因而耗電量也很低[17]。 2.6.2 液晶顯示原理 利用液晶的物理特性是液晶顯示的原理，通過(guò)電壓對(duì)顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，以此來(lái)顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、顯示內(nèi)容豐富的特點(diǎn)，目前，在筆記本電腦和移動(dòng)通信工具等領(lǐng)域已廣泛應(yīng)用。液晶顯示的顯示方式有：段式、字符式和點(diǎn)陣式等。液晶顯示器不僅有黑白顯示，還有多灰度有彩色顯示等。而根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式來(lái)分的話則可以分為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)、單純矩陣驅(qū)動(dòng)和主動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)三種。 液晶顯示器各種圖形的顯示原理: MN個(gè)顯示單元組成的點(diǎn)陣圖形式液晶。 液晶顯示器顯示的方式分為兩種，一種是字符的顯示，另一種則是漢字的顯示。字符的顯示是一種比較復(fù)雜的顯示方式，因?yàn)榧纫业斤@示屏幕上的對(duì)應(yīng)位置的顯示區(qū)的8字節(jié)，還要使每個(gè)字節(jié)的不同位為“1”。而漢字的顯示一般是采用圖形的方式得以實(shí)現(xiàn)[18]。 2.6.3 液晶顯示的基本參數(shù)及引腳功能 1602液晶顯示分為兩種：帶背光和不帶背光，HD44780基于大部分的控制器，在應(yīng)用中有無(wú)背光并沒(méi)有什么區(qū)別，只是不帶背光的比帶背光的薄。 1602液晶顯示的主要技術(shù)參數(shù)： （1） 162個(gè)字符為液晶顯示的容量； （2） 4.5—5.5V為芯片的工作電壓； （3） 2.0mA(5.0V)為芯片的工作電流； （4） 5.0V為模塊最佳工作電壓； （5） 2.954.35(WH)mm為字符的尺寸。 液晶顯示的引腳功能說(shuō)明： 1602液晶顯示采用的的標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)背光14腳或帶背光16腳接口，芯片的各引腳接口說(shuō)明： （1） VSS是電源地； （2） VDD是電源正極； （3） VL是液晶顯示的偏壓； （4） R/W是讀或?qū)懙倪x擇，高電平進(jìn)行讀操作，低電平進(jìn)行寫(xiě)操作； （5） RS是數(shù)據(jù)或命令存儲(chǔ)器的選擇，高電平和低電平的存儲(chǔ)器選擇不同，高電平選擇數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，低電平選擇命令存儲(chǔ)器； （6） E是使能信號(hào)，當(dāng)使能信號(hào)由高電平變成低電平的時(shí)候，液晶模塊會(huì)執(zhí)行命令； （7） D0到D7為8位雙向數(shù)據(jù)； （8） BLA是背光源的正極； （9） BLK背光源的負(fù)極[19]。 2.6.4 1602液晶顯示的指令說(shuō)明及時(shí)序 1602液晶顯示內(nèi)部的控制器共有11條控制指令分別是： （1） 清顯示，指令碼為高電平，復(fù)位到地址低電平； （2） 光標(biāo)的返回，返回到地址低電平； （3） 顯示開(kāi)關(guān)的控制； （4） 置輸入的模式； （5） 字符或光標(biāo)的移位； （6） 置功能，高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線； （7） 置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址； （8） 置字符發(fā)生存儲(chǔ)器的地址； （9） 讀忙標(biāo)志或地址； （10） 寫(xiě)數(shù)到圖像定義或顯示數(shù)據(jù)隨機(jī)存儲(chǔ)器中； （11） 從圖像定義到顯示數(shù)據(jù)隨機(jī)存儲(chǔ)器中的讀數(shù)。 液晶顯示的讀操作時(shí)序圖如圖11所示。 圖11 液晶顯示讀操作時(shí)序圖 寫(xiě)操作時(shí)序圖如圖12所示。 圖12 液晶顯示寫(xiě)操作時(shí)序圖 2.7 各模塊電路的設(shè)計(jì) 2.7.1 語(yǔ)音錄入電路的設(shè)計(jì) 語(yǔ)音錄入電路的設(shè)計(jì)如圖13所示。 圖13 語(yǔ)音錄入電路圖 通過(guò)按鍵錄入語(yǔ)音的方式將語(yǔ)音錄入到語(yǔ)音識(shí)別芯片當(dāng)中。 2.7.2 語(yǔ)音控制電路的設(shè)計(jì) 語(yǔ)音控制電路是由AP7003-2系列語(yǔ)音芯片為電路的語(yǔ)音控制電路。通過(guò)內(nèi)置麥克風(fēng)放大器將語(yǔ)音錄入到芯片中進(jìn)行識(shí)別控制，語(yǔ)音識(shí)別完畢后，將語(yǔ)音信號(hào)輸出。 語(yǔ)音控制電路的設(shè)計(jì)如圖14所示。 圖14 語(yǔ)音電路圖 2.7.3 語(yǔ)音信號(hào)接入電路的設(shè)計(jì) 語(yǔ)音信號(hào)接入電路的設(shè)計(jì)如圖15所示。 圖15 語(yǔ)音信號(hào)接入電路 語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)入到一個(gè)與門(mén)電路，將語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算。P32是單片機(jī)的P32口，一旦有語(yǔ)音信號(hào)識(shí)別就會(huì)進(jìn)行中斷處理[20]。 2.7.4 晶振和復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 晶振電路和復(fù)位電路的設(shè)計(jì)如圖16所示。 圖16 晶振電路和復(fù)位電路圖 晶振電路是提供時(shí)鐘信號(hào)，一旦時(shí)間停止，語(yǔ)音信號(hào)就切換不了。復(fù)位電路是控制單片機(jī)的復(fù)位狀態(tài)，一旦單片機(jī)卡死，復(fù)位電路會(huì)將單片機(jī)復(fù)位到初始狀態(tài)。 2.7.5 液晶顯示電路的設(shè)計(jì) 液晶顯示電路的設(shè)計(jì)如圖17所示。 圖17 液晶顯示電路 液晶顯示電路是顯示信號(hào)接口和輸出信號(hào)提示的作用。 3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 主控程序軟件設(shè)計(jì) 自動(dòng)電梯語(yǔ)音控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用的keil編程軟件進(jìn)行編程。 主控程序的設(shè)計(jì)如圖18所示。 圖18 主程序流程圖 語(yǔ)音錄入后將進(jìn)行液晶顯示的初始化，然后液晶顯示會(huì)顯示出所需要的指令進(jìn)行語(yǔ)音信號(hào)的識(shí)別，如果信號(hào)正確，將會(huì)輸出控制信號(hào)，如果信號(hào)不正確將返回到語(yǔ)音錄入前。主控程序的設(shè)計(jì)見(jiàn)附錄。 3.2 中斷程序設(shè)計(jì) 中斷程序的設(shè)計(jì)如圖19所示。 圖19 中斷程序流程圖 中斷程序的設(shè)計(jì)見(jiàn)附錄。 3.3 顯示器程序設(shè)計(jì) 顯示器程序的設(shè)計(jì)如圖20所示。 圖20 顯示器程序流程圖 顯示器程序的設(shè)計(jì)見(jiàn)附錄。 3.4 I/O擴(kuò)展程序設(shè)計(jì) I/O擴(kuò)展程序的設(shè)計(jì)如圖21所示。 圖21 I/O口擴(kuò)展程序流程圖 4 仿真結(jié)果 4.1 仿真軟件的使用 設(shè)計(jì)采用的是proteus仿真軟件，由于條件限制，所以用按鍵模擬的方式來(lái)進(jìn)行模擬仿真。 4.2 仿真的結(jié)果 仿真模擬語(yǔ)音開(kāi)門(mén)的現(xiàn)象如圖22所示。 按下P0B1信號(hào)會(huì)輸入到語(yǔ)音控制電路，LED1處于常閉的狀態(tài)，進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別后，輸送到單片機(jī)中，此時(shí)進(jìn)行語(yǔ)音信號(hào)的輸出。 圖22 模擬語(yǔ)音開(kāi)門(mén)的現(xiàn)象 仿真模擬語(yǔ)音開(kāi)門(mén)的變化現(xiàn)象如圖23所示。 此時(shí)信號(hào)輸出后LED1會(huì)處于常開(kāi)狀態(tài)，運(yùn)行完畢后LED1會(huì)再次處于常閉狀態(tài)，則完成模擬語(yǔ)音開(kāi)門(mén)的仿真過(guò)程。 圖23 模擬語(yǔ)音開(kāi)門(mén)的變化現(xiàn)象 仿真模擬語(yǔ)音關(guān)門(mén)的現(xiàn)象如圖24所示。 按下P0B2信號(hào)會(huì)輸入到語(yǔ)音控制電路，進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別后，輸送到單片機(jī)中，此時(shí)進(jìn)行信號(hào)的輸出。 圖24 模擬語(yǔ)音2的現(xiàn)象 仿真模擬語(yǔ)音關(guān)門(mén)的變化現(xiàn)象如圖25所示。 此時(shí)信號(hào)輸出后LED2會(huì)處于常開(kāi)狀態(tài)，運(yùn)行完畢后LED2會(huì)再次處于常閉狀態(tài)，則完成模擬語(yǔ)音開(kāi)門(mén)的仿真過(guò)程。 圖25 模擬語(yǔ)音2的變化現(xiàn)象 仿真模擬樓層變更的現(xiàn)象如圖26所示。 按下P0B4信號(hào)會(huì)輸入到語(yǔ)音控制電路，LED4處于常閉的狀態(tài)，進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別后，輸送到單片機(jī)中，此時(shí)進(jìn)行語(yǔ)音信號(hào)的輸出。信號(hào)輸出后LED4會(huì)處于常開(kāi)狀態(tài)，運(yùn)行完畢后LED4會(huì)再次處于常閉狀態(tài)，則完成模擬語(yǔ)音樓層變更的仿真過(guò)程。 圖26 模擬語(yǔ)音樓層變更的現(xiàn)象 結(jié)束語(yǔ) 自動(dòng)電梯語(yǔ)音控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)與當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展是十分貼切的，高速發(fā)展的今天，各種各樣的高科技日新月異，語(yǔ)音識(shí)別就是其中一項(xiàng)，所以該課題的研究具有相當(dāng)大的意義。 在設(shè)計(jì)該課題的初期對(duì)語(yǔ)音識(shí)別這一塊幾乎一點(diǎn)都不了解，也請(qǐng)教了黃海波老師這方面的問(wèn)題，黃海波老師也提供了一些資料去了解，后來(lái)上網(wǎng)查閱了相關(guān)的資料，也閱讀了一些關(guān)于語(yǔ)音識(shí)別這一方面的書(shū)籍和文檔，對(duì)語(yǔ)音識(shí)別這一方面有了一定的了解后，選擇了很多種種類的語(yǔ)音識(shí)別芯片進(jìn)行了對(duì)比，考慮到了本次設(shè)計(jì)的目的，和功能性、經(jīng)濟(jì)性，最后選擇了AP7003系列的語(yǔ)音芯片作為本設(shè)計(jì)的語(yǔ)音芯片。 在選擇單片的類型的時(shí)候，查閱了各類型號(hào)的單片機(jī)，將其進(jìn)行對(duì)比，最后選擇采用的是AT89S51單片機(jī)，AT89S51單片機(jī)擁有豐富的外接接口，完全滿足書(shū)寫(xiě)程序的要求，且功能較為全面，價(jià)格也比較低廉。 在設(shè)計(jì)主電路系統(tǒng)的時(shí)候遇到了不小的困難，因?yàn)閷?duì)這方面的知識(shí)沒(méi)有掌握好，所以請(qǐng)教了老師和同學(xué)很多問(wèn)題，老師和同學(xué)也都耐心的講解了這些問(wèn)題。 在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，認(rèn)識(shí)到了自己有很多不足，所以每一個(gè)環(huán)節(jié)都認(rèn)真對(duì)待，對(duì)自己嚴(yán)格要求，遇到不懂的地方便會(huì)向老師請(qǐng)教。平日里也會(huì)有同學(xué)的幫助，和大家一起交流，確實(shí)收獲不少，受益匪淺。經(jīng)過(guò)論文的設(shè)計(jì)過(guò)也程深刻地意識(shí)到了理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要性，同時(shí)，對(duì)于動(dòng)手能力也得到了質(zhì)的飛躍，這成為以后步入社會(huì)工作奠定了一定的基礎(chǔ)。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的并不完美，但這段日子所學(xué)到的一切都將是一生受用的寶貴財(cái)富。  參考文獻(xiàn) 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