引言

　　目前，在自動取款機、自動售貨機、工業(yè)報警系統(tǒng)、公路收費系統(tǒng)、汽車防撞系統(tǒng)、智能玩具等領域具有語音輸出功能的儀器設備越來越多。我們的工作和生活環(huán)境更加人性化、智能化。但在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，數(shù)碼輸出的手持式測量儀器得到大量應用，給測量人員讀取測量結果帶來了極大的方便。但是具體操作時，測量人員需要將儀器置于便于觀察測量結果的地方，然后手持測量探頭進行測量，由于測量環(huán)境的復雜性，特別是在狹窄的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，既便于實施測量作業(yè)又便于觀測測量結果，二者有時不能兼顧。此時，如果儀器具有語音輸出結果的功能，將會給測量工作人員帶來極大的方便。筆者設計了一個基于單片機STC89C52RC、DS18B20溫度傳感器、語音芯片ISD1730構成的語音溫度測量系統(tǒng)，給出了語音的分段錄入、各段語音存放地址的確定、各段語音的修正、多段語音組合輸出等環(huán)節(jié)的詳細設計過程。

　　1 系統(tǒng)結構及軟硬件設計

　　1．1 系統(tǒng)結構及工作原理

　　具有語音輸出功能的單片機測量、顯示系統(tǒng)結構框圖如圖1所示。系統(tǒng)主要由傳感器輸入、STC89C52RC及其外圍電路、顯示電路、語音電路和電源電路構成。設計時將需要播報的語音段(或字)錄入語音芯片(系統(tǒng)失電后語音信息并不會丟失)，系統(tǒng)工作時STC89C52RC會對傳感器的信號進行采集，通過處理后一方面將結果輸出顯示，另一方面分析需要播報哪些語音段，指令語音模塊將需要播報的語音段按要求組合進行播報。

　　1．2 系統(tǒng)硬件電路

　　1．2．1 數(shù)據(jù)采集與顯示部分

　　單片機及其外圍電路由STC89C52RC、復位電路、振蕩電路等構成單片機最小系統(tǒng)；數(shù)字溫度傳感器DS18B20以一線形式與STC89C52RC的P3．7端口連接；采用4位數(shù)碼管顯示，顯示數(shù)據(jù)通過STC89C52RC的P0口，經(jīng)過74LS573鎖存驅(qū)動后對數(shù)碼管段控制，P2．0～P2．2通過74LS 138譯碼后對數(shù)碼管的字控制，實現(xiàn)動態(tài)掃描顯示。

　　1．2．2 語音電路設計

　　語音芯片采用美國Winbond公司的ISD1730，工作電壓范圍為2．4～5．5V，適合與單片機共用電源。該芯片適用于需要多段語音存儲與回放的各種高端電子系統(tǒng)，根據(jù)其外接振蕩電阻的大小不同，可以存儲20～60s的信息。語音電路如圖2所示。在電路中，振蕩電阻為80kΩ，最小存儲分辨率為125 ms，可以存放30 s的語音。信號以自然語音的形式按行存儲在其內(nèi)部的多級固態(tài)存儲器內(nèi)，可以通過指令中的11位地址對每一行的信息精確尋址，存儲的語音信息斷電后不會丟失，理論上可以保持一百年，存儲10萬次。

　　對該芯片的操作有獨立按鍵和微控制器SPI接口2種方式。當按鍵方式操作時，通過將圖中的S1～S4分別接地，就可以實現(xiàn)對ISD1730芯片復位、語音刪除、語音錄入、語音回放等操作，這些操作也可以通過STC89C52RC實現(xiàn)。ISD1730提供了4線(SCLK、MOSI、MISO等)SPI接口與STC89C52RC連接，系統(tǒng)采用了STC89C52RC的P1．0、P1．1、P1．2、P1．3口模擬SPI時序?qū)SD1730進行操作。語音輸出方式有2種，系統(tǒng)以PWM的形式驅(qū)動一個8Ω的D級揚聲器(SPEAKER)，也可以配置成AUD(電流)或AUX(電壓)單端輸出的方式驅(qū)動外部的音頻放大器。

　　1．3 對語音信息的操作

　　1．3．1 語音信號錄入

　　可以采用商業(yè)的語音拷貝機或手動錄入方式，將語音信號錄入語音芯片；手動錄入時，首先借助于聲音魔法師、文語轉(zhuǎn)換小精靈或其他的文字轉(zhuǎn)聲音軟件，在電腦上將需要錄入的文字轉(zhuǎn)換成多段語音信息，然后將電腦的耳機輸出口與如圖2所示的Analn引腳連接，也可以將發(fā)音設備對準MIC；閉合S33鍵，打開音源，進行錄制，錄制時指示燈LED閃亮；松開S33鍵則該段語音錄制結束，LED熄滅，一段語音錄制完成。同理可錄制下一段；全部語音錄制完成后，閉合S44鍵并保持，器件將會依次將錄制的語音全部播放出來，如果錄制不理想，可以刪除重來；閉合S33鍵并保持，LED閃爍7次，錄制的信息將全部刪除。

　　1．3．2 各段語音在芯片內(nèi)地址的確定

　　語音錄制完成后，要實現(xiàn)對多段語音組合輸出，還必須知道每段語音的存儲地址。STC89C52RC與ISD1730之間采用SPI通信協(xié)議，TC89 C52RC通過MOSI引腳發(fā)送指令給ISD1730，ISD1730語音芯片通過MISO引腳返回給STC89C52RC指令執(zhí)行的情況和自己內(nèi)部的狀態(tài)，每一個SPI指令執(zhí)行時都會從ISD1730返回2個字節(jié)的數(shù)據(jù)反映出芯片的狀態(tài)，這2個字節(jié)的D5～D15位反映了存儲器中當前語音段的開始存放地址，因此通過軟件查詢就可以將存儲器中各段語音的存儲地址找出來。下面是其主要程序片段：

　　當系統(tǒng)初始化完成后，執(zhí)行以上程序，利用串口調(diào)試程序可以觀察到返回的是每段語音存放的開始行的地址。其結束行的地址為下一段語音開始行的前一行地址，這樣就可以得到每段語音存放的開始和結束地址。

　　1．3．3 指定地址段語音的檢查和播報地址的確定

　　知道每段語音的存放地址后，還必須對每段語音進行檢查，屏蔽多余的部分。將每段語音的開始地址和結束地址放在一個數(shù)組里面，執(zhí)行下面的程序可以將指定段語音播放出來：

　　采用手動錄制的語音，由于抖動和操作者的快慢影響，錄制的語音段的前后部分可能存在盲音或者不需要的信息。通過執(zhí)行上面的程序可以檢測出來，然后修改該段語音在數(shù)組里的開始和結束地址，繼續(xù)執(zhí)行上面的程序，反復幾次使效果達到滿意，確定最終的播報地址，播報時就屏蔽了不需要的部分。

　　1．3．4 多段語音回放

　　確定了每段語音的播放地址后，需要將多段語音組合，流利、自然的播放出來。該系列的語音芯片內(nèi)部有一個先進先出的緩沖存儲器，可以存放2段語音的存放地址。當?shù)?段語音播放完后，忽略其結束標志(EOM)繼續(xù)播第2段語音，同時將第3段語音的地址裝入緩沖存儲器。這樣，可以減小播放2段信息之間的時間，使語音更流暢，就像播放一段語音一樣。圖3是連續(xù)播放3段語音的流程圖。當需要播放更多段語音時，簡單修改即可。

　　結語

　　介紹了基于單片機STC89C52RC控制的多段語音組合輸出設計過程中的幾個關鍵步驟。

　?、偬貏e是錄音時，并不需要知道各段語音的確切地址和精確時間，便于單位和個人制作，并研制了語音測溫儀經(jīng)測試，該測溫儀語音播報流暢、連貫、準確。

　　值得注意的是：

　　在硬件設計中，數(shù)字地和模擬地要單獨走線，最后一點接地。

　　②注意測量數(shù)據(jù)的顯示與語音播報之間的協(xié)調(diào)，由于顯示的速度比播報的速度快得多，在播報語音時，顯示數(shù)據(jù)可能不連續(xù)，解決方法是將顯示數(shù)據(jù)鎖存或者在播報指定段信息的等待期間插入顯示程序。

　?、墼谶x擇單片機STC89C52RC與語音芯片ISD1730的連接端口時，由于各端口的內(nèi)部結構不一樣，帶負載的能力不同，選擇P1口可靠性較好。