【文章內(nèi)容簡介】 8 位 雙向三態(tài) I/O 口線 。 既可作為普通 I/O 口引腳 。 也可作為數(shù)據(jù) /低 8 位地址總線。 VCC(40) 電源電壓端。 GND(20) 地端。 RST(9) 復(fù)位輸入端。復(fù)位后，內(nèi)部專用寄存器及 I/O口的處置與 8051的情況一樣 。 而內(nèi)部的狀態(tài)保持不變。 XTAL1(19) 振蕩器反相放大器的輸入 。 內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2(20) 振蕩器反相放大器的輸出端。 ALE 地址鎖存允許，當(dāng)單片機(jī)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí) 。 該引腳的輸入信號(hào) ALE 用于鎖存 P0 的低 8位地址。 ALE 輸出的頻率為時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6。 PSEN 程序存儲(chǔ)器允許。輸出讀外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。取指令操作周期， PSEN的頻率為振蕩頻率的 1/6；若此期間有訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的操作 。 則有一個(gè)機(jī)器周期中的 PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 EA EA=0，單片機(jī)只訪問外部程序存儲(chǔ)器。對(duì) 8031 此引腳必須接地。 EA=1，單片機(jī)訪問外部程序存儲(chǔ)器。對(duì)內(nèi)部有程序存儲(chǔ)器的單片機(jī) 。 此引腳必須接高電平。 在這里需要注意的是， P3 口具有雙功能，介紹下它的第二功能， 以便設(shè)計(jì)者更好的利用單片機(jī)以完成本設(shè)計(jì)所需要的功能。 P3 口 的特殊功能 如下表 33 所示 。 表 33 P3 口 特殊功能 口線 特殊功能 RXD ( 串行口輸入端 ) TXD ( 串行口輸出端 ) /INT0 ( 外部中斷 0) /INT1 ( 外部中斷 1) T0 ( 定時(shí)器 0 外部輸入 ) T1 ( 定時(shí)器 1 外部輸入 ) 單片機(jī)的外圍電路 單片機(jī)的外圍電路包括復(fù)位電路和時(shí)鐘電路兩部分。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 7 復(fù)位電路的作用主要是，不管單片機(jī)遇到什么樣的不正常的操作，都可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的初始化，使它從某一確定的狀態(tài)重新開始運(yùn)行。上電復(fù)位 和 開關(guān)復(fù)位都 可以完成復(fù)位電路的作用，它們只是 2 種不同的形式。 上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。開關(guān)復(fù)位要求在電源接通的條件下，在單片機(jī)運(yùn)行期間，如果發(fā)生死機(jī)，用按鈕開關(guān)操作使單片機(jī)復(fù)位 [4]。復(fù)位電路如圖 31 所示 。 圖 31 RST 電路 其中 RST 端接 51 單片機(jī)的第 9 引腳，按下復(fù)位按鍵以后， PC 指向 0000H單元、 SP 指向 07H 單元、 P0 口為 FFH、 P1 口為 FFH、 P2 口為 FFH、 P3 口為FFH 以及其他的寄存器為 0。 51 單片機(jī)芯 片內(nèi)部有一高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器 .反相放大器的輸入端為 XTAL1，輸出端為 XTAL2， 在 XTAL XTAL2（第 1 18 引腳）兩端跨接一個(gè)石英晶體振蕩器，和兩個(gè)電容就構(gòu)成了穩(wěn)定自激諧振電路 ， 晶振頻率為 。 C12， C13 是兩個(gè)瓷片電容，與晶振 Y2 構(gòu)成了自激諧振電路 ，其電容的作用主要是對(duì)頻率進(jìn)行微調(diào)，一般取 3045PF 左右 ， 使用該電路可產(chǎn)生穩(wěn)定的 頻率，受外界的環(huán)境的干擾影響非常小 [5]。其接法如圖 32所示。 圖 32 外圍時(shí)鐘 電路 RST 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 8 單片機(jī) 的硬件電路 本設(shè) 計(jì) 最核心的器件是 51 單片機(jī)，它控制了整個(gè)系統(tǒng)，完成了語音信息的處理、紅外信號(hào)的發(fā)射以及紅外信號(hào) 的接收 。 它 的外圍電路如下圖 33 所示。 圖 33 51 單片機(jī)外圍電路 語音識(shí)別模塊 語音芯片 LD3320 的介紹 LD3320 芯片是一款 “語音識(shí)別 ”專用芯片，由 ICRoute 公司設(shè)計(jì)生產(chǎn) 。 該芯片集成了語音識(shí)別處理器和一些外部電路，包括 AD、 DA 轉(zhuǎn)換器、麥克風(fēng)接口、聲音輸出接口等，本芯片不需要外接任何的輔助芯片如 Flash、 RAM 等，直接集成在現(xiàn)有的產(chǎn)品中既可以實(shí)現(xiàn)語音識(shí)別、聲 控、人機(jī)對(duì)話功能，并且，識(shí)別的關(guān)鍵詞語列表是可以任意動(dòng)態(tài)編輯的 [6]。主要的特色功能有：非特定人語音識(shí)別技術(shù)、可動(dòng)態(tài)編輯的識(shí)別關(guān)鍵詞語列表、單芯片解決方案、高精度 A/D 和 D/A 通道、高準(zhǔn)確度和實(shí)用的語音識(shí)別效果、可自由編輯 50 條關(guān)鍵詞語 [7]。它的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖 34 所示。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 9 圖 34 LD3320 內(nèi)部結(jié)構(gòu)邏輯圖 LD3320 芯片有 48 個(gè)引腳，在圖中可以看到 20 個(gè)引腳，在本次設(shè)計(jì)中沒有使用所有的引腳。 MICP 和 MICN 分別接麥克風(fēng)的正負(fù)引腳、 CLK 接外部時(shí)鐘，頻率在 448HZ 之間、 GND 是接地端和 VDD 是電源端 。電源的 主要目的是給芯片供電，使它可以正常工作。 語音識(shí)別 的原理 語音識(shí)別技術(shù)是將人類語音中的詞匯內(nèi)容轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可讀的輸入。 科學(xué)家們利用語音數(shù)據(jù)庫里大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以 得到在統(tǒng)計(jì)概率最優(yōu)化意義上的各個(gè)基元語音特征。 并且將這些特征和語音模型轉(zhuǎn)化為硬件芯片。 語言識(shí)別原理主要是：科學(xué)家建立語言模型，分析語音特征，并將這些轉(zhuǎn)化為硬件芯片 LD3320。 最 先 將 相關(guān)命令的詞語 列表， 寫入芯片內(nèi) 。 其次通過麥克風(fēng)采集語音信號(hào)，并將得到的信號(hào)，送入芯片內(nèi)部。然后芯片將收到的信號(hào) 進(jìn)行頻譜分析，提取特征 ， 并根據(jù)它內(nèi)部的這種特殊的算法和編輯好的關(guān)鍵詞列表一一匹配，將匹配率最高的結(jié)果以串口的形式發(fā)回給單片機(jī)。 語音識(shí)別的過程，就是把用戶說出的內(nèi)容，通過頻譜轉(zhuǎn)換為語音特征，和這個(gè)關(guān)鍵詞語列表中的條目進(jìn)行一一匹配，最優(yōu)匹配的一條作為識(shí)別結(jié)果 [14]。 在本設(shè)計(jì)中語音識(shí)別列表是打開燈、關(guān)閉燈、打開熱水器、關(guān)閉熱水器、打開空調(diào)、關(guān)閉空調(diào)、全部打開、全部關(guān)閉燈等。 不論這個(gè)列表的條目內(nèi)容是什么，只需要唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 10 用戶設(shè)置相關(guān)的寄存器，就可以把相應(yīng)的待識(shí)別條目內(nèi)容以字符形式傳遞給識(shí)別引擎 [8]。 語音識(shí)別過程如下圖 35 所示 。 圖 35 語音識(shí)別芯片識(shí)別過程框圖 語音識(shí)別模塊的硬件連接 該模塊由單片機(jī)、語音芯片以及麥克風(fēng)組成。單片機(jī)選用的是 51 單片機(jī)，語音芯片的型號(hào)是 LD3320。 單片機(jī)是語音模塊的核心控制平臺(tái)，并且它控制著語音芯片去完成對(duì)語音信號(hào)的采集和對(duì)比分析，同時(shí)將 對(duì)比得出的 一個(gè)最優(yōu)結(jié)果以串口中斷的方式傳回給單片機(jī)。最后通過紅外遙控模塊傳送給另一個(gè)單片，使繼電器的指示燈亮或者滅。 語音識(shí)別模塊與主控單片機(jī)的硬件連接如圖 36 所示。 圖 36 語音 識(shí)別 模塊 的 硬件連接 圖 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 11 紅外遙控模塊 紅外遙控模塊主要有兩部 分構(gòu)成，紅外發(fā)送部分和紅外接收部分，現(xiàn)在一一介紹這兩部分。這個(gè)模塊最大的優(yōu)點(diǎn)就是，不會(huì)干擾其他的信號(hào)，不影響其他設(shè)備的正常工作，而自己本身也不受其他信號(hào)的影響。 紅外發(fā)光二極管的介紹 紅外發(fā)射部分的主要元件為紅外發(fā)光二極管，實(shí)際上是一只特殊的發(fā)光二極管，由于其內(nèi)部材料不同于普通發(fā)光二極管，因而在其兩端施加一定電壓時(shí)，它便發(fā)出的是紅外線而不是可見光 [9]。在其實(shí)際應(yīng)用中要加上反向電壓，才可以正常工作，它發(fā)出的紅外線的波長在 940 毫米左右。在這需要注意的是 ： 在調(diào)試 時(shí) ，如果不知道紅外發(fā)光二極管是好是壞 ，能否正常工作，可以用萬用表的電阻檔量他的正反向電阻。 紅外發(fā)射部分的介紹 單片機(jī) 在空閑時(shí)候，功耗比較低，比較節(jié)能。 當(dāng)出現(xiàn)語音命令時(shí)，語音識(shí)別模塊會(huì)在觸發(fā)狀態(tài)下采集語音命令進(jìn)行分析，并將結(jié)果傳給單片機(jī)，產(chǎn)生串口中斷，這時(shí)單片機(jī)會(huì)調(diào)用命令函數(shù)關(guān)閉串口中斷，同時(shí)開啟定時(shí)器中斷，定時(shí)器T0 作為紅外線發(fā)射頻率控制器，當(dāng) T0 定時(shí)溢出時(shí)中斷程序使紅外管接口電平反轉(zhuǎn)一次，寫入定時(shí)器的初值不同，在輸出端口就得到不同的發(fā)射頻率 [14]。在語音識(shí)別模塊的論述中講到，語音芯片會(huì)將采集到的語音信號(hào)與放好的關(guān)鍵詞列表進(jìn)行 匹配得到最優(yōu)結(jié)果，這個(gè)結(jié)果會(huì)以串口的方式發(fā)送給單片。單片機(jī) 接收到這個(gè)最優(yōu)結(jié)果以后，會(huì)打開定時(shí)器，產(chǎn)生一個(gè)個(gè)的高低電平 。 即完成了發(fā)送信號(hào)的編碼，產(chǎn)生了一個(gè)脈沖串信號(hào)。 這個(gè)脈沖串信號(hào)載有相應(yīng)的信息，通過紅外發(fā)光二極管發(fā)射出去。 紅外發(fā)射部分硬件連接 這一部分 由 51 單片機(jī) 和 紅外發(fā)光二極管構(gòu)成。 用來發(fā)送二進(jìn)制信號(hào)經(jīng)過編碼以后的脈沖串信號(hào)。 它與單片機(jī)的連接方式如下圖 37 所示。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 12 圖 37 紅外發(fā)射部分的電路圖 HS0038 的介紹 紅外接收部分采用一體化接收器 HS0038。 HS0038 黑色 環(huán)氧樹脂封裝。一共有三個(gè)管腳：地端、電源端和信號(hào)輸出端。它可以不受其他光源的干擾，功耗低，而且靈敏度高。 HS0038 的抗干擾能力較強(qiáng)，成本低，完成對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、檢波、整形得到 TTL 電平的編碼信號(hào)，不需要其他外圍電路，最后將編碼信號(hào)傳送給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)解碼并執(zhí)行去控制相關(guān)對(duì)象 [15]。 它的引腳及功能如下圖 38 所示。 圖 38 HS0038 的引腳及功能圖 在此需要注意，判斷 HS0038 是否可以正常工作時(shí)，需要在把上圖的第二和第三引腳之間連接一個(gè)二極管和一個(gè)發(fā)光二極管，手拿遙控器對(duì)著接收頭按下任意鍵， 如果發(fā)光二極管閃爍，可以證明 HS0038 可以正常工作。 紅外接 收 過程及硬件連接 紅外接收就是對(duì)紅外信號(hào)的接收、放大、檢波、整形，之后解調(diào)出紅外遙控編碼脈沖的一種過程 [16]。 注意的是接收的波長為 750~1150 納米之間。 它的具體實(shí)現(xiàn)過程如下圖 39 所示。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 13 圖 39 紅外遙控的實(shí)現(xiàn)過程圖 紅外接收部分只需要 HS0038 就可以完成所需要的功能，不需要外加其他設(shè)備， HS0038 與單片機(jī)的連接方式如下圖 310 所示。 圖 310 紅外接收電路 圖 整體實(shí)物圖 模擬智能家居系統(tǒng)的實(shí)物連接如下圖 311 所示。 圖 311 整體實(shí)物圖 單片機(jī) 紅外發(fā)射電路 一體化紅外 接收頭 單片機(jī) 輸出調(diào)制 發(fā)送 接收解調(diào) 解碼 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 14 4 智能家居系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 語音識(shí)別模塊 語音識(shí)別模塊的 整體的流程圖如圖 41 所示。 圖 41 語音模塊流程圖 N 開始 是否為觸發(fā)狀態(tài) 采集語音命令 識(shí)別語音命令 傳送相應(yīng)的語音命令 系統(tǒng)是否繼續(xù)識(shí)別 結(jié)束 Y N Y 串口初始化 芯片通用初始化 語音識(shí)別初始化 寫列表 等待語音輸入 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 15 由圖 35 可以知道，語音芯片通過 與 51 單片機(jī)相連接。在送入語音命令之前，所要做的準(zhǔn)備工作如下 ： 把所連接的串口、語音芯片以及一些寄存器初始化 ； 把所需要的關(guān)鍵詞列表寫入到語音芯片中 ； 等待語音信號(hào)的輸入。 當(dāng) 麥克風(fēng)收集到語音命令時(shí) ， 在語 音芯片內(nèi)部會(huì)以一定的算法將關(guān)鍵詞列表與該語音信號(hào)進(jìn)行對(duì)比匹配。 將 最終的 結(jié)果通過 送入單片機(jī)。要注意的是：對(duì)語音芯片、所連接的串口的各種操作都必須通過寄存器的操作來完成，包括設(shè)置標(biāo)志位、讀取狀態(tài)、向 FIF0 寫入數(shù)據(jù)等 [16]。 通用初始化 讓芯片還原最初的方式和狀態(tài)，等待語音命令的輸入，這樣會(huì)更好的識(shí)別信息，完成操作。參考程序如下 ： Void LD_init_Common( ) { bMp3play=0。 LD_ReadReg(0x06)。 /*soft reset.*/ LD_WriteReg(0x1F,0x0)。 Delay(10)。 LD_WriteReg(0x89,0x03)。 LD_WriteReg(0xCF,0x43)。 LD_WriteReg(0xCB,0x02)。 /*PLL setting*/ LD_WriteReg(0x11,LD_PLL_11)。 If (nLD_Mode==LD_MODEMP3) { LD_WriteReg(0x1E,0x00)。 LD_WriteReg(0x19,LD_PLL_19)。 LD_WriteReg(0x1B,LD_PLL_1B)。 LD_WriteReg(0x1D,LD_PLL_1D)。 LD_WriteReg(0x79,LD_LEDMTR_FREQ)。 } ELSE { LD_WriteReg(0x1E,0x00)。 LD_WriteReg(0x19,0x3f)。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 16 LD_WriteReg(0x1D,0x1f)。 LD_WriteReg(0x1B,0x08)。 } LD_WriteR