基于AVR单片机的自动语音欢迎系统.doc

1、 编号 本科生毕业 设计 基于 AVR 单片机的自动语音欢迎系统 Automatic Pronunciation System Based on AVR Processor 二一二年六月 毕业设计（论文）原创承诺书 1本人承诺：所呈交的毕业设计 基于 AVR 单片机的自动语音欢迎系统 ，是认真学习理解 学校的长春理工大学本科毕业设计（论文）工作条例 后，在教师的指导下，保质保量独立地完成了任务书中规定的内容，不弄虚作假，不抄袭别人的工作内容。 2本人在毕业设计（论文）中引用他人的观点和研究成果，均在文中加以注释或以参考文献形式列出，对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体均已在文中注明。 3在

2、毕业设计（论文）中对侵犯任何方面知识产权的行为，由本人承担相应的法律责任。 4本人完全了解学校关于保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交论文和相关材料的印刷本和电子版本；同意学校保留毕业设计（论文）的复印件和电子版本，允许被查阅和借阅；学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存毕业设计（论文），可以公布其中的全部或部分内容。 以上承诺 的法律结果将完全由本人承担！ 作 者 签 名： 年 月 日 长春理工大学本科毕业设计 I 摘 要 本 文主要阐述的是基于 AVR 单片机的自动语音欢迎系统，利用 ATmega16单片机作为控制器，实现对 ISD1400 语音芯片的控制 从而 实现语

3、音播放。 自动感应和自动控制是本设计的两个关键内容 。 自动感应和信号放大模块是热释电 红外 传感器将检测到的人体红外信号转换成电信号， 通过 专用电路OT0001 对信号二级放大。 自动控制模块是利用 AVR 单片机的外部中断引脚和数据控制引脚来实现语音芯片电路的控制。当单片机中断引 脚接受到的是高电平时 ,则通过控制程序控制语音芯片的语音回放 关键词：热释电 红外 传感器 OT0001 AVR 语音芯片 ISD1400 长春理工大学本科毕业设计 II Abstract This article focuses on the system of automatic speech welcom

4、ed based on the AVR microcontroller . The ATmega16 microcontroller as a micro controller co ntrol the ISD1400 voice chip to realisze voice broadcasting. Automatic sensing and automatic control are the two key elements of this design. Automatic sensing and signal amplifier module will turn the pyroel

5、ectric infrared sensor detection of the infrared signal to human body into electrical signal, through the special circuit OT0001 makes the signal level 2 enlarged. Automatic control module uses of AVR microcontroller external interruption pin and data control pin to achieve the control of the voice

6、chip circuit.When the microcontroller interrupt pin receives the high level, the microcontroller controls program to realisze voice broadcasting. Keywords: Pvroelectricinfraredsensor;OT0001 ;AVR; Pronunciation chip ISD1400 长春理工大学本科毕业设计 I 目 录 摘 要 . I ABSTRACT . II 第 1章 绪 论 . 1 1.1 课题意义 . 1 1.2 国内外研究现

7、状 . 1 1.3 本文主要内容 . 2 第 2章 系统方案设计 . 3 2.1 单片机选型 . 3 2.2 语音模块 . 4 2.3 传感器 . 5 第 3章 系统模块原理简介 . 6 3.1 ATMEGA16 单片机简介 . 6 3.1.1 芯片特点 . 6 3.1.2 工作模式 . 6 3.1.3 引脚图及介绍 . 6 3.1.4 AVR 单片机的复位和中断处理 . 7 3.2 热释电传感器介绍 . 10 3.2.1 菲涅尔透镜 . 10 3.2.2 热释电传感器的原理 . 10 3.2.3 热释电传感器的内部 结构 . 11 3.2.4 引脚说明 . 11 3.2.5 热释电传感器输出

8、特性 . 12 3.3 OT0001 信号处理集成芯片介绍 . 13 3.3.1 OT0001 芯片特点 . 13 3.3.2 OT0001 引脚 . 13 3.3.3 内部框图 . 13 3.3.4 工作原理 . 14 3.4 ISD1400 语音芯片介绍 . 15 3.4.1 概述 . 15 3.4.2 ISD1420 特性 . 15 3.4.3 功能描述 . 16 3.4.4 管脚图及描述 . 16 长春理工大学本科毕业设计 II 3.4.5 操作模式 . 18 第 4章 系统的硬件设计 . 21 4.1 ATMEGA16 最小系统 . 21 4.1.1 复位电路 . 22 4.1.2

9、晶振电路 . 22 4.2 信号放大电路 . 23 4.3 语音控制电路 . 23 4.4 电源电路 . 24 第 5章 自动语音欢迎系统软件设计 . 25 5.1 主程序流程 . 25 5.2 中断服务程序流程 . 26 5.3 语音播放流程 . 26 结 论 . 27 致 谢 . 28 参考文献 . 29 附录 . 30 长春理工大学本科毕业设计 1 第 1 章 绪 论 1.1 课题意义 在电子技术与数字化技术发展的今天，开发这种服务 质量好、智能化程度高、 经济实用的自动 语 音欢迎 系统，不仅便于统一管理，而且能减少人力资源，还对环境改善、提高经济效益都有着显著的效果。 给我们的生活带

10、来极大的便利。 自动语音欢迎系统是通过热释电传感器将人体 发出特定波长 10m 左右的红外线 转化为电信号，经过 热释电红外线传感信号处理器对信号进行两次放大，产生对 AVR 单片机的触发信号，使 AVR 单片机产生中断，控制 ISD1400 语音芯片实现语音回放。 1.2 国内外研究现状 随着科学技术的进步， 现代电子技术几乎在各个领域受到青睐。近年来，西方发达国家运用电子技术研制出各类，广泛 欢迎系统， 用于家庭，办公室 和工厂，成为有效的 欢迎器 件。我国自改革开放以来， 由于商品经济迅速发展和人民生活日益改善，人们对于先进的电子技术实现迎宾的兴趣和需求 与日俱增， 当前市场上迫 切 需

11、要一种适 合 我国国情，价格低廉，性能可靠的 欢迎 装置 ， 具有结构简 单 、成本低廉、调整方便等特点。 适 合在 家庭、宾馆、商店、仓库、办公室及其它机关部门 等 使用 的 新颖感应 欢 迎器 5。 自动语音欢迎系统的前身就是 电子防盗报警器，事先人们用它来防盗的，但后来因为电子防盗报警器发出的声音是刺耳的报警声，对进店的顾客产生消极的影响，后来演变成比较悦耳的声音，特别是：叮咚 声，您好，欢迎光临，音效特受用户的青睐，顾客一进门就报出欢迎语音，起到了礼貌问候，从而做到提醒店员有人进店和迎宾的两重作用。 近年来 欢迎系统 有 光感应式 ，它 原理是： 利用人体反射光线，光敏电阻得到足够大变

12、化的光线， 使 电路产生变化电流触发电路， 其 灵敏度跟物体反射率有关 。 虽然光感的价格比较便宜，但误报率高，黑暗情况下不能正常使用。 目前 热释电 红外 传感器 是应用在欢迎系统中最普遍的 ，在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为 710um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由 滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器 。 优点 是 误报极少，加上前面的菲涅尔透镜窗口，从而将误报率降至最低。 这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外，还能将灯光、阳光和其它长春理工大学本科毕业设计 2 红外辐射拒之门外，它已

13、迅速成为 现代欢迎系统 的主流。 总之，未来几年 自动欢迎系统 的发展趋势是：产品技术将在数字化、无线化、集成化的前提下力求突破。而在应用市场上，它将朝更细化的方向前进 针对不同市场，推出不同产品。以成长最快的公共场合超市为例，已经有专为超市设计的定向适合这种场合用的无线红外 欢迎 系统。而除 了 商店，家庭，办公室等，室外应用更是具有广阔的拓展空间 1.3 本文主要内容 自动欢迎系统 的实现主要是 通 过探测人体的红外信号经热释电红外传感器处理，处理后的信号送到主控模块单片机，单片机根据触发信号控制语音模块的语音播放。 该系统的主要选用其它器件有： 热释电红外传感器 它能以非接触方式检测出来

14、自人体发出的红外辐射，将其转化成电信号输出，并可有效控制人体辐射以外的干扰辐射 ATmega16 它可以利用精简的机器级指令，而使运行速度更快。优化硬件控制意味着在机器级指令集中提供了方便简捷的指令，使控制 I/O设备变的更 简单，容易。 ISD1400 是一种采用 ChipCorder 专利技术的语音芯片。片内集成了晶体振荡器、麦克前置放大器、自动增益控制等，只要很少的外围器件，就可以构成一个完整声音录放系统。 OT0001 传感信号处理集成电路是对热释电传感器的感应信号进行二级放大。 长春理工大学本科毕业设计 3 第 2 章 系统 方案设计 自动语音欢迎 系统 主要 由 探测 模块， 控制

15、模块 ，语音模块 ，供电模块 等四 部分组成， 探测模块只要有 通过菲涅耳透镜 和热释电 传感器 完成，实现对人体红外的探测同时执行光电信号转换和信号放大，处理后的信号触发以 AVR 控制 模块，这时 AVR 单片机 会产生中断，根据相应中断 控制语音模块的语音 ， 进行门内或门外语音回放。 系统的整体思路 如图 2-1 给出系统的整体框图 所示 ： 供 电 源红 外 热 释 电（ 门 内 门 外 ）A V R单 片 机语 音芯 片光 转 电信 号 放 大录 音喇 叭菲 涅 尔 透 镜图 2-1 系统框图 2.1 单片机选型 方案一 ：采用 AT89C51 单片机，其主要功能为， 8 位 CP

16、U4kbytes 程序存储器 (ROM) (52 为 8K)， 256bytes 的数据存储器 (RAM) （ 52 有 384bytes 的 RAM，32 条 I/O 口线 111 条指令，大部分为单字节指令 ， 21 个专用寄存器 ， 2 个可编程定时 /计数器 ， 5 个中断源， 2 个优先级（ 52 有 6 个） ， 一个全双工串行通信口 ， 外部数据存储器寻址空间为 64kB， 外部程序存储器寻址空间为 64kB， 逻辑操作位寻址功能 双列直插 40PinDIP 封装 ， 单一 +5V 电源供电 ， CPU：由运算和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器 ； RAM

17、：用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及 要 显示的数据； ROM：用以存放程序、一些原始数据和表格； I/O 口：四个 8 位并行 I/O 口，既可用作输入，也可用作输出； T/C： 两个定时 /记数器，既可以工作在定时模式，也 可以工作在记数模式；五个中断源的中断控制系统；一个全双工 UART（通用异步接收发送器）的串行 I/O 口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信；片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接。最高振荡频率为长春理工大学本科毕业设计 4 12M。 方案二：采用 ATmega16 单片机 ,其特点为， 16K 字节的系统内可编程Flas

18、h(具有同时读写的能力，即 RWW)， 512 字节 EEPROM， 1K 字节 SRAM，32 个通用 I/O 口线， 32 个通用工作寄存器，用于边界扫描的 JTAG 接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的 定时器 / 计数器 (T/C),片内 /外中断，可编程串行 USART，有起始条件检测器的通用串行接口， 8 路 10 位具有可选差分输入级可编程增益 (TQFP 封装 ) 的 ADC ，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器 ，一个 SPI 串行端口，以及六个可以通过 软件 进行选择的省电模式 。 51单片机， ARM， DSP都是嵌入式系统的核心芯片的类型，现在的嵌入式系统

19、都是高度面向对象的。项目规模、对效率的要求以及成本问题很大程度上决定了对单片机类型的选用。基于对系统的整体设计和硬件资源的要求，电路设计中采用的微处理器电路相对模拟系统更为 简单，可实现较复杂的控制算法，有一定的数据存储空间，灵活适应性强，控制精度高，无零点漂移。可见普通的 51系列单片机因为资源缺乏而无法满足设计要求。 ARM系列处理器价格昂贵且在本系统设计中使用，会浪费资源。 DSP系列往往注重数字信号的处理也不适合。根据单片机的对比，系统设计应该选用 8位机中性能优越的单片机。所以选择由ATMEL公司制作 AVR系列芯片中的 ATmega16作为本次设计的处理单元。 2.2 语音模块 方

20、案一：选用 ISD2500 系列。 ISD2500 系列具有抗断电、音质好，使用方便等优点。它的最大特点在于 片内 E2PROM 容量为 480K(1400 系列为 128K)，所以录放时间长；有 10 个地址输入端（ 1400 系列仅为 8个），寻址能力可达 1024位；最多能分 600 段；设有 OVF（溢出）端，便于多个器件级联。 方案二 ：选用 ISD1400。 ISD1400 系列是单片，高质量，短周期的录放音电路。采用 CMOS 工艺，内部包含片上时钟，麦克前置放大器，自动增益控制，带通滤波器，平滑滤波器和功率放大器。 ISD1400 系列提供 6.4K 和 8.OK 取样频率，用户可以根据语音质量加以选择。取样的语音直接存储到片内的不挥发存储器内部， 不需要数字化和压缩的其它手段。直接模拟存储能提供真实自然的语音，音乐，声音，不像其它的固态数字录音质量要受到影响。 考虑 语音芯片由于主要应用到服务领域，由于酒店，宾馆等高级场所需要有高质量的服务，所以，要求能回放出度清晰度的语音，所以在语音芯片的选用方案二， 选择采样率高的语音芯片。由于 ISD1400 的特性，在语音模块这部分ISD1420 采样率在 6.4 8，有 20秒录音功能的 ISD1420 语音录放芯片。选用该芯片语音回放的效果很好。