1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于SPCE061A單片機(jī)多功能電子醫(yī)藥盒 多功能電子醫(yī)藥盒摘 要20世紀(jì)中后葉，隨著大規(guī)模晶體管集成電路制造工藝的飛速發(fā)展，使計(jì)算機(jī)滲透進(jìn)城市的血液，成為人類社會(huì)生活中密不可分的一部分。越來(lái)越多種類的計(jì)算機(jī)投入社會(huì)生產(chǎn)，如果在人們的社會(huì)生活中所接觸到的計(jì)算機(jī)均使用不同的、自身特有的人機(jī)接口，就要求計(jì)算機(jī)使用者掌握多種計(jì)算機(jī)操作語(yǔ)言，這無(wú)疑成為人們使用計(jì)算機(jī)的一大障礙。因此人與計(jì)算機(jī)的溝通成為了擺在人類面前嶄新的課題。在音頻壓縮處理技術(shù)以及無(wú)線遠(yuǎn)程控制技術(shù)高速發(fā)展的局面下，人們開始考慮使用人類語(yǔ)言作為新的方式和計(jì)算機(jī)進(jìn)行無(wú)線遠(yuǎn)程對(duì)話。優(yōu)化人機(jī)接口，使計(jì)算機(jī)智能化，并且能聽懂遠(yuǎn)

2、處傳來(lái)的人類語(yǔ)言，以人類的方式思考，徹底擺脫復(fù)雜的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言和繁瑣的輸入方式是今后發(fā)展的一大方向。臺(tái)灣凌陽(yáng)科技推出的16位MCU-DSP混合處理器SPCE061A可以實(shí)現(xiàn)上述的語(yǔ)音識(shí)別、數(shù)據(jù)編碼等功能。因此一款全新設(shè)計(jì)的人性化智能電子藥盒，會(huì)說(shuō)話，能定時(shí)，更簡(jiǎn)單。設(shè)計(jì)為更多人帶來(lái)了便利，尤其是對(duì)于眾多不習(xí)慣于傳統(tǒng)復(fù)雜定時(shí)系統(tǒng)的人們ABSTRACTIn the 20th century, with the large after IC manufacturing process of the transistor, the rapid development of computer penetr

3、ate into the blood and become human cities in social life is part of it. More and more kinds of computer into social production, if the people's social life in contact with the computer use different, own human-machine interface, computer user requirements of computer language, mastering this un

4、doubtedly become an obstacle of people use computers. So people and computer communication has become set before the human beings. In audio compression processing technology and wireless remote control technology rapid development situation, people began to consider using human language as a new way

5、 for wireless remote dialogue with the computer. Optimize human-machine interface, computer intelligence, and understand the distant human language in human's thinking mode, and get rid thoroughly sophisticated computer language and trival input method is one of the future development direction.

6、 Taiwan sunplus technology of 16 MCU SPCE061A microprocessor - DSP mix can be realized the speech recognition, data coding etc. Function. Therefore, a new design of human intelligence, can speak, labels&tags electronic timing, can simpler.This design is more convenience, especially for many not

7、accustomed to traditional complex timing system of people use muti _ function electronic medicine boxes to improve people's lives for young people, efficiency: in the busy work can remind the medicine time, For the elderly, can remind medicine on time, the medicine safety. In the future, accordi

8、ng to the intelligent electronic medicine box design concept, can be transplanted into other household appliances with practical significance to the product. The relationship between human and computer in today's increasingly close, more convenient and more intelligent, humanized is undoubtedly

9、the man-machine dialogue mode in the new trend of development of science and technology.Key Words：humanityspeech recognition;time automatically open medicine cabinet;SPCE061A目 錄1 引言12 多功能電子醫(yī)藥盒設(shè)計(jì)概述32.1設(shè)計(jì)目的32.2設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)總體功能33 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案43.1設(shè)計(jì)總體功能圖43.2功能描述4能描述4開啟4件設(shè)計(jì)方案5 遙控器硬件設(shè)計(jì)方案53.3產(chǎn)品使用注意事項(xiàng)84 主要系統(tǒng)芯片及功能介紹94.1

10、凌陽(yáng)單片機(jī)的選擇94.2主要性能特點(diǎn)分析94.3系統(tǒng)主控制芯片及部件介紹10音遙控器主控制器SPCE061A介紹10機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N的介紹12音遙控器中SPCE061A的功能135 軟件設(shè)計(jì)部分及方案175.1凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)指令系統(tǒng)與開發(fā)環(huán)境175.2 ATMEGA16L單片機(jī)指令系統(tǒng)與開發(fā)環(huán)境18結(jié) 論19參考文獻(xiàn)20附錄1：電路圖21附錄2： 程序22致 謝411 引言隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字化時(shí)代的來(lái)臨，計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)將觸角伸入社會(huì)各行各業(yè)，滲入了城市的血液中，并且在一定程度上取代了人類繁瑣的機(jī)械的勞動(dòng)。世界也正面臨一場(chǎng)大規(guī)模的新的工業(yè)革命，又稱為信息革命。數(shù)字

11、化、智能化，已經(jīng)成為這場(chǎng)革命的主旋律。讓計(jì)算機(jī)像人類一樣動(dòng)作一樣思考，并擁有人的記憶和人的邏輯，使人類從繁瑣的鍵盤操作和按鍵輸入中解脫出來(lái)是電腦智能化面對(duì)的重要課題。在現(xiàn)代傳感器技術(shù)、音頻視頻壓縮解碼技術(shù)的跨越式發(fā)展，使計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了高度的集成化，功能也逐漸出現(xiàn)全能化、專門化以及智能化的分化發(fā)展方向。計(jì)算機(jī)的微處理器的功能也不僅僅局限于計(jì)算和處理數(shù)據(jù)，同時(shí)也將存儲(chǔ)和硬件解碼等外圍電路也集成到其中。也正是因?yàn)槿绱耍\(yùn)用單獨(dú)的處理器就可以實(shí)現(xiàn)智能化人機(jī)對(duì)話接口，讓計(jì)算機(jī)像人類一樣思考，通過(guò)人類的動(dòng)作和語(yǔ)言向計(jì)算機(jī)輸入指令，使計(jì)算機(jī)的操作方式發(fā)生根本性的變革，真正拉近人與計(jì)算機(jī)間的距離?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)的性

12、能已經(jīng)相當(dāng)強(qiáng)大，運(yùn)算能力已經(jīng)不可限量，而且還在飛速發(fā)展。在日常生活的諸多領(lǐng)域，電腦已經(jīng)取代人類，從事大量繁瑣的、重復(fù)性的勞動(dòng)。但是在這些領(lǐng)域中，大型的計(jì)算機(jī)不能充分發(fā)揮自身性能，而且在成本方面也毫無(wú)經(jīng)濟(jì)性可言。所以，針對(duì)不同領(lǐng)域不同功能的專門性計(jì)算機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，其運(yùn)算處理能力并不一定非常強(qiáng)大，而是對(duì)于特別的應(yīng)用場(chǎng)合在其中整合特殊的功能，使其在特定的場(chǎng)合發(fā)揮最大的作用。嵌入式計(jì)算機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，嵌人式計(jì)算機(jī)作為計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。隨著信息技術(shù)發(fā)展所帶來(lái)應(yīng)用需求的增多，嵌人式計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍和需求越來(lái)越廣，性能不斷改進(jìn)，新的架構(gòu)不斷出現(xiàn)，各種單片機(jī)和數(shù)字信號(hào)處理器相繼面世。嵌人

13、式操作系統(tǒng)與PC操作系統(tǒng)相比，嵌人式操作系統(tǒng)不要求全能，但必須能夠依據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)格，高效率地發(fā)揮硬件的運(yùn)算能力，使產(chǎn)品達(dá)到效率價(jià)格比的優(yōu)化。本次設(shè)計(jì)是在運(yùn)用成品嵌入式計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)用人類的語(yǔ)言無(wú)線遙控單片機(jī)的運(yùn)作。為了更明確的顯示聲音對(duì)單片機(jī)的遙控作用，使單片機(jī)控制遠(yuǎn)處可開啟的藥盒，體現(xiàn)聲控單片機(jī)的運(yùn)行情況。對(duì)于多功能電子醫(yī)藥盒的設(shè)計(jì)，關(guān)鍵在于語(yǔ)音識(shí)別，語(yǔ)音處理技術(shù)是一門新興的技術(shù)，它不僅包括語(yǔ)音的錄制和播放，還涉及語(yǔ)音的壓縮編碼和解碼，語(yǔ)音的識(shí)別等各種處理技術(shù)。以往做這方面的設(shè)計(jì)，一般有兩個(gè)途徑：一種方案是單片機(jī)擴(kuò)展設(shè)計(jì)，另一種就是借助于專門的語(yǔ)音處理芯片。普通的單片機(jī)往往不能實(shí)現(xiàn)這么

14、復(fù)雜的過(guò)程和算法，即使勉強(qiáng)實(shí)現(xiàn)也要加很多的外圍器件。專門的語(yǔ)音處理芯片也比較多，像ISD系列、PM50系列等，但是專門的語(yǔ)音處理芯片功能比較單一，想在語(yǔ)音之外的其他方面應(yīng)用基本是不可能的。而無(wú)線通信技術(shù)現(xiàn)在多采用無(wú)線數(shù)字通信模塊，其通信協(xié)議可以自己設(shè)定，通信頻率可以在一定范圍內(nèi)可以改變，使傳輸數(shù)據(jù)的可靠性、安全性都大大提高。 基于上述要求本次設(shè)計(jì)擬采用三種設(shè)計(jì)方案。在芯片方面，ATMEGA16L微處理器和凌陽(yáng)SPCE061A微處理器以及二者的組合應(yīng)用是三種備選方案。兩種微控制器都具有豐富的片上系統(tǒng)資源，可以通過(guò)外加輔助電路的方式實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音辨識(shí)功能，從而滿足對(duì)控制指令的語(yǔ)音采集、壓縮、存儲(chǔ)、解壓和

15、辨識(shí)等一系列功能的要求。在指令系統(tǒng)方面，兩者都支持C語(yǔ)言，省去了繁瑣重復(fù)的堆棧操作，方便了程序員的編寫，和讀取。在確定設(shè)計(jì)使用單片機(jī)后，還應(yīng)對(duì)單片機(jī)加裝部分外圍電路才能使用，其中包括：電源電路、音頻電路、I/O電路等。使其保證單片機(jī)各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)。此外還有部分必須的功能電路，如：復(fù)位按鍵，狀態(tài)指示燈等等。在藥盒倉(cāng)體方面，采用三個(gè)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力來(lái)自驅(qū)動(dòng)后輪的直流電機(jī)，驅(qū)動(dòng)器采用意法半導(dǎo)體生產(chǎn)的L298N直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，整個(gè)藥盒由電源供電。語(yǔ)音指令的識(shí)別過(guò)程是利用單片機(jī)的特定人語(yǔ)音識(shí)別功能來(lái)實(shí)現(xiàn)的。首先對(duì)電子藥盒進(jìn)行訓(xùn)練，將語(yǔ)音命令轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)在單片機(jī)FLASH存儲(chǔ)器中。在需要控制藥倉(cāng)開

16、啟的時(shí)候，單片機(jī)通過(guò)采集聲音信號(hào)，并量化處理為數(shù)字信號(hào)后，與存儲(chǔ)器中預(yù)先存儲(chǔ)的控制命令進(jìn)行辨識(shí)，結(jié)果以字節(jié)數(shù)據(jù)方式從無(wú)線模組發(fā)出，藥盒接收到控制指令后，控制驅(qū)動(dòng)芯片和舵機(jī)，使電子藥盒完成響應(yīng)動(dòng)作。這些操作都是由預(yù)先編寫并燒錄在單片機(jī)中的C語(yǔ)言程序控制的。在整個(gè)設(shè)計(jì)中，兩個(gè)難點(diǎn)在于單片機(jī)外圍電路的設(shè)計(jì)和控制程序的編寫。如果能很好的解決這兩個(gè)方面的問(wèn)題，電子藥盒的工作應(yīng)該會(huì)比較順利。2 多功能電子醫(yī)藥盒設(shè)計(jì)概述隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，針對(duì)生活節(jié)奏的加快和社會(huì)老齡化的趨勢(shì)，結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要，設(shè)計(jì)出了多功能語(yǔ)音電子醫(yī)藥盒。使用多功能電子醫(yī)藥盒提高了人們的生活效率：針對(duì)年輕人，可以在忙碌的工作時(shí)提醒吃藥

17、的時(shí)間；針對(duì)老年人，可以提醒按時(shí)吃藥、安全吃藥。采用凌陽(yáng)單片機(jī)的語(yǔ)音技術(shù)，傳動(dòng)技術(shù)，記憶與存儲(chǔ)技術(shù)。性能指標(biāo)：1語(yǔ)音提示后，倉(cāng)蓋開啟和閉合的時(shí)間：12s；2藥倉(cāng)數(shù)量：4倉(cāng)設(shè)計(jì)；3能根據(jù)人的提示進(jìn)行藥物的選擇；4人性化設(shè)計(jì)與友好的人機(jī)界面；524小時(shí)內(nèi)任意設(shè)定提醒7四倉(cāng)設(shè)計(jì)，分為底倉(cāng)、固定倉(cāng)與常動(dòng)倉(cāng)，介紹如下：底倉(cāng)：為藥物備用倉(cāng)；固定倉(cāng)：針對(duì)家庭中常常需要服用藥物的人所設(shè)計(jì)，服藥時(shí)間、數(shù)量等可進(jìn)行自行設(shè)定。常動(dòng)倉(cāng)（分兩層）：針對(duì)生活中的易發(fā)性疾病所設(shè)計(jì)，服藥時(shí)間、數(shù)量等可進(jìn)行自行設(shè)定，具備語(yǔ)音識(shí)別功能，可根據(jù)語(yǔ)音提示，自動(dòng)進(jìn)行藥物的選擇。8具有時(shí)間的記憶功能。3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案能描述時(shí)間調(diào)整鍵

18、：可對(duì)現(xiàn)在時(shí)間及設(shè)定時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，可實(shí)現(xiàn)5路定時(shí)提醒：對(duì)于時(shí)間調(diào)整，可進(jìn)行年月日小時(shí)分的設(shè)定。設(shè)定藥物鍵：通過(guò)此鍵可進(jìn)行服藥位置、時(shí)間及數(shù)量（最大為4）的設(shè)定，對(duì)于服藥位置，可進(jìn)行層數(shù)（最大為3）與格數(shù)（最大為6）的設(shè)定。采用默認(rèn)鍵：通過(guò)此鍵無(wú)需設(shè)定，即可享用標(biāo)準(zhǔn)方案：位置：一層2格；時(shí)間：早上8時(shí)，數(shù)粒：2粒。開啟當(dāng)時(shí)鐘計(jì)時(shí)達(dá)到預(yù)定時(shí)間，液晶自動(dòng)顯示藥品位置、種類及服用量，語(yǔ)音播報(bào)液晶屏上顯示的信息。同時(shí)，單片機(jī)控制直流電機(jī)迅速轉(zhuǎn)動(dòng)，自動(dòng)開啟藥盒。件設(shè)計(jì)方案根據(jù)需要，系統(tǒng)硬件擬使用兩塊PCB板設(shè)計(jì)。其中一塊為語(yǔ)音遙控器，用于搭載凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)、電源電路、音頻電路、I/O電路等外圍

19、電路。另一塊為車體控制板，用于搭載接口電路，電源電路及電機(jī)驅(qū)動(dòng)。調(diào)整“現(xiàn)在時(shí)間”及定時(shí)：1）接通電源時(shí)為默認(rèn)狀態(tài)；2）當(dāng)前時(shí)間顯示：12：00；3）定時(shí)顯示：08：00；4）數(shù)量顯示：2粒；5）當(dāng)前位置顯示：第一層。 遙控器硬件設(shè)計(jì)方案在無(wú)線語(yǔ)音遙控智能電子醫(yī)藥盒的設(shè)計(jì)中，凌陽(yáng)SPCEO61A單片機(jī)作為遙控器的主控制器，需要增加一系列的外圍電路的支持才能實(shí)現(xiàn)音頻輸入輸出和識(shí)別，以及語(yǔ)音命令的輸出等功能。需要增加的外圍電路有：電源電路、MIC輸入電路、音頻輸出電路、無(wú)線傳輸電路、復(fù)位電路、I/O接口電路。 凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)內(nèi)核電源電壓要求為3.3V，其他邏輯器件要求5V供電，設(shè)計(jì)中采用

20、DC9V供電，直流電壓先通過(guò)LM7805得到5V直流電源為邏輯電路供電，然后通過(guò)SPY0029穩(wěn)壓到3.3V，為整個(gè)單片機(jī)內(nèi)核供電。另外，在LM7805的前端入一個(gè)二極管，目的在于防止電源接反而對(duì)整個(gè)電路造成損壞。電路如圖3-1所示。圖3-1 電源電路1 MIC輸入電路在使用SPCE061A的語(yǔ)音訓(xùn)練和聲音控制的時(shí)候，需要使用MIC輸入電路將語(yǔ)音信號(hào)接收，并傳送至SPCE061A進(jìn)行處理。為提高輸入的聲音質(zhì)量，MIC輸入電路還應(yīng)具備一定的濾波降噪功能。電路中的性濾波器就能很好的實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。同時(shí)使入電路可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益（AGC）控制。原理如圖3-2其中X1是語(yǔ)音的MIC輸入端。圖3-2 MIC

21、輸入電路2 DAC輸出電路在語(yǔ)音訓(xùn)練的過(guò)程中，凌陽(yáng)SPCE061ASPCE061A自帶雙通道DAC音頻輸出， DAC1、DAC2轉(zhuǎn)換輸出的模擬量電流信號(hào)分別通過(guò)和管腳輸出， DAC輸出為電流型輸出，所以DAC輸出經(jīng)過(guò)SPY0030音頻放大，以驅(qū)動(dòng)喇叭放音這為單片機(jī)的音頻設(shè)計(jì)提供了極大方便。在接一個(gè)，圖3-3 DAC輸出電路接口電路凌陽(yáng)SPCE061AI/O接口引出，因?yàn)橐话氵壿嬰娐范际?位并行總線，所以SPCE061A的I/O接口分為4組，每組8個(gè)端口加兩個(gè)電源線，電源電壓可由雙刀雙擲選擇為3.3V或5V。另外，串口和IOB7及IOB10復(fù)用，在此設(shè)計(jì)中用該資源將語(yǔ)音命令傳輸給串口nRF240

22、1模組進(jìn)行無(wú)線發(fā)射。原理圖如圖3-4。圖3-4 I/O接口電路 在一些情況下，需要對(duì)SPCE061A進(jìn)行硬件復(fù)位，有阻容電路完成上電復(fù)位功能，通電就自動(dòng)復(fù)位，另外，還可以按鍵外部復(fù)位，原理圖如圖4.5。 圖 3-5 復(fù)位電路1.在使用本產(chǎn)品時(shí)禁止藥物混放，同時(shí)，若在已放過(guò)藥物的小格重新裝藥時(shí)，及時(shí)清洗小格，保證小格干凈清潔，防止藥物污染。2.本產(chǎn)品應(yīng)放在小孩接觸范圍之外。3.本產(chǎn)品應(yīng)在遮光，通風(fēng)，干燥處保存。4 主要系統(tǒng)芯片及功能介紹MCS51單片機(jī)+語(yǔ)音芯片的不足：1集成性較低：MCS51單片機(jī)與語(yǔ)音芯片之間的連線與外圍器件較多；2可編程性差，較難理解：在看懂時(shí)序圖的前提下才能理解其工作原理

23、；3語(yǔ)音效果一般；4性價(jià)比較低，不易于接受和推廣。凌陽(yáng)單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：1.集成性好，語(yǔ)音信號(hào)的實(shí)時(shí)采集：采用模塊式集成結(jié)構(gòu)，片內(nèi)集成了2KB RAM、32KB Flash、ADC、DAC、并行I/O等，特別適合語(yǔ)音信號(hào)處理2個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器4個(gè)中斷源定時(shí)器、外部時(shí)鐘輸入、鍵喚醒等7通道10位ADC內(nèi)置麥克風(fēng)放大和自動(dòng)增益控制功能24小時(shí)內(nèi)任意設(shè)定提醒用戶在吃藥的第一天或前幾天大多會(huì)記得按時(shí)吃藥，在吃藥同時(shí)按動(dòng)一下智能藥盒上按鍵，智能藥盒就自動(dòng)記住這個(gè)時(shí)間，以后每天同樣的時(shí)間就會(huì)響鈴、閃光和語(yǔ)音提示說(shuō)話（hello，remember me）提醒用戶吃藥，每天如此。）nSP?的指令系統(tǒng)提

24、供具有較高運(yùn)算速度的16位*16位的乘法運(yùn)算指令和內(nèi)積運(yùn)算指令，增添了DSP功能，使得nSPTM系列運(yùn)用在復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理方面既很便利，又比專用的DSP芯片廉價(jià)。凌陽(yáng)內(nèi)嵌32K字的Flash和2K字的SRAM，ROM和RAM統(tǒng)一編址，屬于馮諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)，這樣的設(shè)計(jì)在制作中方便了對(duì)語(yǔ)音指令的壓縮和存儲(chǔ)。實(shí)物如圖4-1。圖4-1 凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī) 圖4-2 ATMEGA16L管腳圖 SPCE061A的主要性能：116位nSP?核心高檔微控制器；2工作電壓：VVD為2.6V-3.6V（CPU）,VDDH為VDD-5.5V（I/O）；3CPU時(shí)鐘：0.32MHz-49.152MHz；4

25、內(nèi)置2K字SRAM；5內(nèi)置32K字FLASH；6可編程音頻控制器；7晶體振蕩器；8.系統(tǒng)處于設(shè)備狀態(tài)。耗電小雨2mA 3.6V；9.2個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（可自動(dòng)預(yù)置初始計(jì)數(shù)值）；10.2個(gè)10位DAC；11.32位通用可編程輸入/輸出端口；12.14個(gè)中斷源可來(lái)自定時(shí)器A/B，時(shí)基，2個(gè)外部時(shí)鐘源輸；13.具備觸鍵喚醒功能；14.使用凌陽(yáng)音頻編碼SACM_S240方式（2.4Kbps），能容納210s的語(yǔ)音數(shù)據(jù)；15.鎖相環(huán)PLL振蕩器提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)；16.32768Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘；17.7通道10位電壓數(shù)模轉(zhuǎn)換器（ADC）和單通道聲音模數(shù)轉(zhuǎn)換器；18.聲音模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克

26、風(fēng)放大器和自動(dòng)增益控制（AGC）功能；19.具備串口設(shè)備接口；20.具有低電壓復(fù)位（LVR）功能和低電壓監(jiān)測(cè)（LVD）功能；21.內(nèi)置在線仿真電路ICE（In-Circuit Emulator）；22.具有保密能力；23.具有Watch Dog功能。主控制器ATMEGA16L的介紹AVR內(nèi)核具有豐富的指令集和32個(gè)通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算邏單元 ALU 相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問(wèn)兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10倍的數(shù)據(jù)吞吐率。管腳圖如圖3.2。ATmega16L有如下特點(diǎn):1.16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程

27、Flash 具有同時(shí)讀寫的能力，即RWW ；2.512 字節(jié)EEPROM，1K 字節(jié)SRAM；3.32 個(gè)通用I/O 口線；4.32 個(gè)通用工作寄存器； 5.用于邊界掃描的JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程；6.三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器 T/C ；7.片內(nèi)/外中斷，片內(nèi)經(jīng)過(guò)標(biāo)定的RC 振蕩器；8.可編程串行USART，有起始條件檢測(cè)器的通用串行接口；9.8路10位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益 TQFP 封裝 的ADC；10.具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器；11.一個(gè)SPI 串行端口；12.四通道PWM，兩路8位，兩路16位；13.六個(gè)可以通過(guò)軟件進(jìn)行選擇的省電模式：空閑模式

28、、ADC 噪聲抑制模式;14.省電模式、掉電模式、Standby 模式以及擴(kuò)展的Standby 模式15.速度等級(jí)：0 - 8 MHz；16.工作電壓：2.7 - 5.5V。機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N的介紹L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片的主要特點(diǎn)是:工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46V;輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A；內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器、線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作；有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電

29、路部分在低電壓下工作；可以外接檢測(cè)電阻，將變化量反饋給控制電路。其管腳圖和實(shí)物圖分別如圖4-1、圖4-2所示，管腳功能如表4-3所示。 圖4-1 L298N管腳圖 圖4-2 L298N實(shí)物圖表4-2 L298N引腳功能表引 腳符 號(hào)功 能115SENSING ASENSING B此兩端與地連接電流檢測(cè)電阻，并向驅(qū)動(dòng)芯片反饋檢測(cè)到的信號(hào)23OUT 1OUT 2此兩腳是全橋式驅(qū)動(dòng)器A的兩個(gè)輸出端，用來(lái)連接負(fù)載4Vs電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源輸入端57IN 1IN2輸入標(biāo)準(zhǔn)的TTL邏輯電平信號(hào)，用來(lái)控制全橋式驅(qū)動(dòng)器A的開關(guān)611ENABLE AENABLE B使能控制端.輸入標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)；低電平時(shí)全橋式

30、驅(qū)動(dòng)器禁止工作。8GND接地端，芯片本身的散熱片與8腳相通9Vss邏輯控制部分的電源輸人端口1012IN 3IN 4輸入標(biāo)準(zhǔn)的TTL邏輯電平信號(hào)，用來(lái)控制全橋式驅(qū)動(dòng)器B的開關(guān)1314OUT 3OUT 4此兩腳是全橋式驅(qū)動(dòng)器B的兩個(gè)輸出端，用來(lái)連接負(fù)載音遙控器中SPCE061A的功能在本次設(shè)計(jì)中，關(guān)鍵地問(wèn)題之一在于人聲的A/D轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)與識(shí)別，SPCE061A提供了語(yǔ)音輸入壓縮以及辨識(shí)的先進(jìn)技術(shù)。1. 語(yǔ)音指令的輸入。凌陽(yáng) SPCE061A利用麥克風(fēng)的指令輸入系統(tǒng)，SPCE061A內(nèi)置由DA轉(zhuǎn)換器 DACO和逐次逼近寄存器SAR組成的逐次逼近式8通道10位AD轉(zhuǎn)換器，以及采樣保持電路。其中7個(gè)通道

31、用于將模擬量信號(hào)（電壓信號(hào)）轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)，可以直接通過(guò)引線 IOA 0-IOA 6）輸人 Line_Inl-Line_ln7 另外一個(gè)通道只用于語(yǔ)音輸人，即通過(guò)內(nèi)置自動(dòng)增益控制放大器的麥克風(fēng)通道（MIC-In）輸人，是語(yǔ)音采集專用通道，也可設(shè)置為普通A/D輸入。2語(yǔ)音指令的訓(xùn)練。語(yǔ)音遙控器作為機(jī)器，一定是不能先天理解人類的語(yǔ)言的，所以，必須教會(huì)它人類語(yǔ)言的含義。即語(yǔ)音訓(xùn)練，內(nèi)容是將人類的語(yǔ)言事先已訓(xùn)練的方式經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)在凌陽(yáng)SPCE061A的FLASH中，并指定每一條語(yǔ)音所要指向的操作，以便在日后的使用中將采集來(lái)的語(yǔ)音與存儲(chǔ)的語(yǔ)音相比對(duì)，以確定單片機(jī)需要進(jìn)行的操作。凌陽(yáng)SPCE061A

32、對(duì)于不同的辨識(shí)能力提供以下兩種語(yǔ)音訓(xùn)練方式：1）特定發(fā)音人識(shí)別SD（Speaker Dependent），是指語(yǔ)音樣板由單個(gè)人訓(xùn)練，可用于語(yǔ)音提示，而DVR用來(lái)錄音和放音；2）非特定發(fā)音人識(shí)別SI（Speaker Independert）。是指語(yǔ)音樣板由不同年齡、不同性別、不同口音的人訓(xùn)練，可以識(shí)別一群人的命令；在本次設(shè)計(jì)中，需要向小車訓(xùn)練：向前、向后、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止等幾項(xiàng)語(yǔ)音指令，以供控制小車時(shí)的辨識(shí)使用。值得注意的是，使用非特定發(fā)音人識(shí)別需要利用大量的DVR存儲(chǔ)不同人訓(xùn)練的語(yǔ)音，但是凌陽(yáng)SPCE061A并不能提供大量的內(nèi)存空間供存儲(chǔ)使用，由于設(shè)計(jì)條件有限，無(wú)法擴(kuò)展必要的存儲(chǔ)芯片完成存儲(chǔ)語(yǔ)

33、音的功能，故選擇使用特定發(fā)音人識(shí)別。其訓(xùn)練具體流程參看后文內(nèi)容。3對(duì)訓(xùn)練的語(yǔ)音指令的存儲(chǔ)。將經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)壓縮存儲(chǔ)，SPCEO61A單片機(jī)的16位DSP有很強(qiáng)的信息處理能力，最高時(shí)鐘頻率達(dá)49.152 MHz，具備運(yùn)算速度高等優(yōu)勢(shì)。這些為語(yǔ)音的錄放、合成及辨識(shí)提供了條件。凌陽(yáng)壓縮算法中DVR可用于錄、放音。語(yǔ)音的編碼、存儲(chǔ)、解碼處理是通過(guò)操作麥克風(fēng)輸人所生成的WAVE文件完成的，但在這個(gè)環(huán)節(jié)上會(huì)出現(xiàn)的一個(gè)問(wèn)題為其占用的存儲(chǔ)空間很大，對(duì)SPCEO61A單片機(jī)的32K FLASH來(lái)說(shuō)想要存儲(chǔ)大量的信息顯然是不可能的。而SPCE061A提出了解決方法：SACMV25LIB。該庫(kù)將A/D、編碼、

34、解碼、存儲(chǔ)及DA做成相應(yīng)的模塊，對(duì)于每個(gè)模塊都有其應(yīng)用程序接口API，所以只須了解每個(gè)模塊所要實(shí)現(xiàn)的功能及其參數(shù)的內(nèi)容，然后調(diào)用該API函數(shù)即可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換之前，從MIN_IN輸入的模擬信號(hào)要經(jīng)過(guò)緩沖器和放大器，AGC功能將通過(guò)MICIN通道輸入的模擬信號(hào)放大值控制在一定范圍內(nèi)，然后放大信號(hào)經(jīng)采樣-保持模塊送入比較器參與A/D轉(zhuǎn)換值得確定。4. SPCE061A的語(yǔ)音辨識(shí)。語(yǔ)音辨識(shí)是一種以語(yǔ)音模型為指令基礎(chǔ)的控制方式，語(yǔ)音模型的質(zhì)量直接影響辨識(shí)操作的速度和準(zhǔn)確率。具體步驟是經(jīng)過(guò)兩次語(yǔ)音采集，即訓(xùn)練和發(fā)布指令。系統(tǒng)經(jīng)復(fù)雜的函數(shù)操作將發(fā)布指令與預(yù)先訓(xùn)練的一音模型進(jìn)行比對(duì)，如與語(yǔ)音

35、模型相匹配，則輸出控制信號(hào)。具體原理如圖4-3。圖 4-3 語(yǔ)音辨識(shí)原理簡(jiǎn)圖凌陽(yáng)16位微處理器的SPCE061A核心實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)連接采用有線方案，通過(guò)并口將預(yù)先設(shè)計(jì)的小車控制程序燒寫到SPCE061A單片機(jī)，以識(shí)別各種語(yǔ)音指令系統(tǒng)的處理過(guò)程為：當(dāng)向控制器發(fā)出語(yǔ)音命令時(shí)，聲波通過(guò)MIC輸入，將相應(yīng)的信號(hào)傳遞到SPCE061A處理芯片，在芯片中通過(guò)相關(guān)的程序與預(yù)先訓(xùn)練好的語(yǔ)音模型進(jìn)行比較、識(shí)別及處理，根據(jù)識(shí)別的結(jié)果進(jìn)行判斷、轉(zhuǎn)換，然后發(fā)出相應(yīng)的控制指令到無(wú)線模組，無(wú)線發(fā)送語(yǔ)音指令。圖 4-4 語(yǔ)音辨識(shí)流程使用特定人語(yǔ)音辨識(shí)的語(yǔ)音樣板由單個(gè)人訓(xùn)練和識(shí)別處理組成，如圖3.8。值得注意的是，凌陽(yáng)SPCE

36、O61A在接收到控制語(yǔ)音指令后，并不是直接用其進(jìn)行辨識(shí)。為了提辨識(shí)的正確率，語(yǔ)音信號(hào)要經(jīng)過(guò)語(yǔ)音識(shí)別電路，將語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波器降噪、加重等處理后進(jìn)行預(yù)測(cè)、量化等一系列操作進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，以數(shù)字形式進(jìn)行過(guò)零次數(shù)能量相關(guān)函數(shù)等方法進(jìn)行匹配運(yùn)算，輸出辨識(shí)結(jié)果。5語(yǔ)音指令的發(fā)送和回應(yīng)。在對(duì)遙控器發(fā)出語(yǔ)音指令后凌陽(yáng)SPCEO61A將人發(fā)出的。指令與訓(xùn)練時(shí)的音頻進(jìn)行辨識(shí)后確定指令，由串口無(wú)線模組nRF2401發(fā)射。車上控制器接收到相應(yīng)指令后，設(shè)置動(dòng)作標(biāo)志位，返回回應(yīng)數(shù)據(jù)，同時(shí)控制L298N和舵機(jī)，使藥盒做出開倉(cāng)閉倉(cāng)的動(dòng)作。SPCE061A接收到響應(yīng)數(shù)據(jù)后，可知電子藥盒已經(jīng)響應(yīng)了語(yǔ)音指令，便語(yǔ)音播報(bào)當(dāng)前電子藥盒

37、的響應(yīng)。5 軟件設(shè)計(jì)部分及方案凌陽(yáng)SPCEO61A單片機(jī)采用nSP?內(nèi)核指令系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)支持匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言編寫。在編程中也可以使用匯編偽指令，這樣能使句子所表達(dá)的意思的結(jié)構(gòu)更加清晰，能夠增強(qiáng)可讀性，使匯編器的編譯效率提高。nSP?內(nèi)核對(duì)支持ANSI-C中使用的基本數(shù)據(jù)類型，并且可以在C程序中調(diào)用匯編函數(shù)提高代碼效率，并使其具有較好的實(shí)時(shí)性。聲控小車的各種動(dòng)作，以及指令以及工作方式都要通過(guò)C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言編寫，并進(jìn)行摸擬，調(diào)試等操作。為減少繁瑣的堆棧操作和提高程序可讀性，在本次設(shè)計(jì)中采用C語(yǔ)言編寫辨識(shí)程序。在編程工作結(jié)束后，將會(huì)對(duì)聲控小車進(jìn)行程序的輸入。使用凌陽(yáng)科技提供的一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境nS

38、P? IDE，它能完成程序的編輯、編譯、鏈接、調(diào)試和仿真等功能。使用它的的軟件仿真功能可以在不連接仿真板的情況下通過(guò)模擬硬件的部分功能來(lái)調(diào)試程序。并使用在線調(diào)試器PROBE對(duì)SPCEO61A程序進(jìn)行寫入，它既是一個(gè)程序燒寫器人又是一個(gè)實(shí)時(shí)在線調(diào)試器。它利用了SPCE06lA片內(nèi)置的在線仿真電路ICE InCircuit Emulator）接口和凌陽(yáng)公司的在線串行編程技術(shù)。PROBE工作于凌陽(yáng)IDE集成開發(fā)環(huán)境軟件包下，其5芯的仿真頭直接連接到目標(biāo)電路板上SPCEO61A相應(yīng)引腳，直接對(duì)目標(biāo)電路板上的SPCEO61A調(diào)試，運(yùn)行編寫好的程序。PROBE的另一頭是標(biāo)準(zhǔn)25針打印機(jī)接口，直接連接到計(jì)算

39、機(jī)打印口與微機(jī)通信，在計(jì)算機(jī)IDE集成開發(fā)環(huán)境軟件包下，實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試。圖5-6 計(jì)算機(jī)，PROBE和用戶目標(biāo)板三者之間的連接示意圖5.2 ATMEGA16L單片機(jī)指令系統(tǒng)與開發(fā)環(huán)境為了獲得最高的性能以及并行性， AVR 采用了Harvard 結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的數(shù)據(jù)和程序總線。程序存儲(chǔ)器里的指令通過(guò)一級(jí)流水線運(yùn)行。CPU 在執(zhí)行一條指令的同時(shí)讀取下一條指令 在本文稱為預(yù)取 。這個(gè)概念實(shí)現(xiàn)了指令的單時(shí)鐘周期運(yùn)行。程序存儲(chǔ)器是可以在線編程的FLASH。AVRStudio是Atmel公司推出的AVR單片機(jī)集成開發(fā)環(huán)境。源程序的編輯可采用匯編語(yǔ)言，其匯編級(jí)編譯器（AVR Assembler）是免費(fèi)提供的。

40、AVRStudio也可采用C語(yǔ)言編程，支持第三方C編譯器。AVRStudio還集成有軟件調(diào)試（AVR Studio）和實(shí)時(shí)在線仿真器（JTAG ICE）以及AVRProg下載等功能。用凌陽(yáng)SPCE061A十六位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。SPCE061AnSP?內(nèi)核微處理器，其內(nèi)部集成語(yǔ)音集成了2K字的RAM、32K字的Flash需要外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器和RAM由于采用了高性能的MCU，省掉了大量的外圍器件，使硬件結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，提高了系統(tǒng)的可靠性。凌陽(yáng)SPCE061A實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音辨識(shí)和一系列職能動(dòng)作。的軟件編程采用C和匯編混合編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，集兩種語(yǔ)言之優(yōu)點(diǎn)于一體，它們的完美結(jié)合極大限度地簡(jiǎn)化了編程過(guò)程，豐富了編程思想，給

41、開發(fā)者帶來(lái)了莫大的方便。采用別的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)所有功能一般要兩個(gè)單片機(jī)，硬件電路也更加復(fù)雜。若要實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播報(bào)功能和語(yǔ)音辨識(shí)，不是多用幾個(gè)別的類型的單片機(jī)就可實(shí)現(xiàn)的，而凌陽(yáng)單片機(jī)提供了很好的語(yǔ)音播放和錄制機(jī)制以及簡(jiǎn)單的API接口編程。使用SPCE061A開發(fā)產(chǎn)品不僅給開發(fā)者耳目一新的感覺(jué)更給用戶以振奮的性能。凌陽(yáng)科技大學(xué)計(jì)劃侯媛彬凌陽(yáng)單片機(jī)原理及其畢業(yè)設(shè)計(jì)精選科學(xué)出版社附錄2： 程序#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int/* 延時(shí)程序 *void delayms unsigned int n /延時(shí)

42、10×n毫秒程序 unsigned int i,j; for i 0;i n;i+ for j 0;j 2000;j+ ; void delay unsigned int m /延時(shí)程序 unsigned int i,j; for i 0;i m;i+ for j 0;j 10;j+ ; void Delay void uint del; del 800; while del- ; void delay1ms unsigned int count /1MS延時(shí)子程序 unsigned char i,j,k; for k count;k 0;k- for i 32;i 0;i- for

43、 j 248;j 0;j- ; /*語(yǔ)音模塊*/sbit s1 P13;sbit s2 P14;sbit reshi P15;void speak2 void delay1ms 50 ; s2 1; delay1ms 50 ; s2 0; delay1ms 2 ; s2 1; /s2 1; /*LCD液晶*/ #define LCD_CS_CLR P1& 0xfb#define LCD_SCK_CLR P1& 0xfd#define LCD_SDA_CLR P1& 0xfe#define LCD_SDA_IN P1 & 0x01 sbit key1 P30;/定

44、義按鍵位置sbit key2 P31;sbit key3 P32;sbit key4 P33;sbit SCK P36;sbit SDA P34;sbit RST P35; / DS1302復(fù)位/*電機(jī)*/unsigned char code F_Rotation4 0x01,0x02,0x04,0x08 ;/正轉(zhuǎn)表格unsigned char code B_Rotation4 0x08,0x04,0x02,0x01 ;/反轉(zhuǎn)表格void Delaymotor unsigned int i /延時(shí) while -i ; void oneblock char w unsigned char i,

45、j; for j 0;j 120;j+ for i 0;i 4;i+ /4相 if w P2 B_Rotationi; /輸出對(duì)應(yīng)的相 可以自行換成反轉(zhuǎn)表格 else P2 F_Rotationi; Delaymotor 1000 ; /改變這個(gè)參數(shù)可以調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速 unsigned char l_tmpdate7 0,0,12,14,11,3,9 ;/秒分時(shí)日月周年08-05-15 12:00:00unsigned char l_tmpdisplay8;code unsigned char write_rtc_address7 0x80,0x82,0x84,0x86,0x88,0x8a,0x

46、8c ; /秒分時(shí)日月周年 最低位讀寫位code unsigned char read_rtc_address7 0x81,0x83,0x85,0x87,0x89,0x8b,0x8d ; unsigned char weizhi6 0,0,0 ;unsigned char shuliang3 0,0,0 ;unsigned char shijian7 0,1,12,14,11,3,9 ;char a 0,f 0;/*/void Write_Ds1302_Byte unsigned char temp unsigned char i; for i 0;i 8;i+ /循環(huán)8次 寫入數(shù)據(jù) SCK

47、0; SDA temp&0x01; /每次傳輸?shù)妥止?jié) temp 1; /右移一位 SCK 1; void Write_Ds1302 unsigned char address,unsigned char dat RST 0;_nop_ ; SCK 0;_nop_ ; RST 1; _nop_ ; /啟動(dòng) Write_Ds1302_Byte address ;/發(fā)送地址 Write_Ds1302_Byte dat ;/發(fā)送數(shù)據(jù) RST 0; /恢復(fù) /*/unsigned char Read_Ds1302 unsigned char address unsigned char i,tem

48、p 0x00; RST 0;_nop_ ; SCK 0;_nop_ ; RST 1;_nop_ ; Write_Ds1302_Byte address ; for i 0;i 8;i+ /循環(huán)8次 讀取數(shù)據(jù) if SDA temp| 0x80;/每次傳輸?shù)妥止?jié)SCK 0;temp 1;/右移一位 SCK 1; RST 0;_nop_ ;/以下為DS1302復(fù)位的穩(wěn)定時(shí)間 RST 0;SCK 0;_nop_ ;SCK 1;_nop_ ;SDA 0;_nop_ ;SDA 1;_nop_ ;return temp ;/返回 /*/void Read_RTC void /讀取 日歷 unsigned

49、char i,*p; p read_rtc_address; /地址傳遞 for i 0;i 7;i+ /分7次讀取 秒分時(shí)日月周年 l_tmpdatei Read_Ds1302 *p ; p+; /*/void Set_RTC void /設(shè)定 日歷 unsigned char i,*p,tmp;for i 0;i 7;i+ /BCD處理tmp l_tmpdatei/10;l_tmpdatei l_tmpdatei%10;l_tmpdatei l_tmpdatei+tmp*16; Write_Ds1302 0x8E,0X00 ; p write_rtc_address;/傳地址 for i

50、0;i 7;i+ /7次寫入 秒分時(shí)日月周年 Write_Ds1302 *p,l_tmpdatei ; p+; Write_Ds1302 0x8E,0x80 ; /* 發(fā)送字節(jié) *void send_byte uchar s_data uchar i; LCD_SCK_CLR; for i 0; i 8; i+ if s_data & 0x80 LCD_SDA_SET; else LCD_SDA_CLR; LCD_SCK_SET; s_data s_data 1; _nop_ ;_nop_ ;_nop_ ;_nop_ ;_nop_ ; LCD_SCK_CLR; /* 接收字節(jié) *uch

51、ar receive_byte void uchar i,r_data 0; LCD_SCK_CLR; for i 0; i 8; i+ r_data r_data 1; LCD_SCK_SET; _nop_ ;_nop_ ; LCD_SCK_CLR; if LCD_SDA_IN r_data | 0x01; /0x02 _nop_ ;_nop_ ;_nop_ ;_nop_ ;_nop_ ; return r_data ; /* 向LCD發(fā)送指令 *void LCD_W_Comm uchar CMD LCD_SDA_SET; LCD_CS_SET; _nop_ ;_nop_ ; send_byte 0xf8 ; /0xF8 1111 1000,發(fā)送指令 send_byte CMD & 0x