多功能語(yǔ)音電子電話(huà)號(hào)碼薄的研制

摘 要: 結(jié)合實(shí)際研制開(kāi)發(fā)工作介紹了多功能語(yǔ)音電子電話(huà)號(hào)碼簿的性能與特點(diǎn)，給出了該系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)方案和系統(tǒng)組成，討論了MCU與DSP、DSP與CODEC的接口技術(shù)以及整個(gè)系統(tǒng)的供電技術(shù)。

關(guān)鍵詞: 語(yǔ)音識(shí)別 語(yǔ)音提示 語(yǔ)音回放 語(yǔ)音撥號(hào) DSP CODEC

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的電子電話(huà)號(hào)碼簿皆采用鍵盤(pán)拼音輸入方式進(jìn)行查詢(xún)，且無(wú)撥號(hào)功能，使用不便，不易被消費(fèi)者接受。1998年底在西方發(fā)達(dá)國(guó)家剛剛問(wèn)世的語(yǔ)音電子電話(huà)號(hào)碼簿為英語(yǔ)語(yǔ)音提示，對(duì)使用漢語(yǔ)的中國(guó)人極為不便，且功能單一，價(jià)格昂貴，不適宜中國(guó)的消費(fèi)者使用。我們研制的功能強(qiáng)、性能優(yōu)、價(jià)格低廉、識(shí)別率高的適合中國(guó)國(guó)情的中文多功能語(yǔ)音電子電話(huà)號(hào)碼簿，在擁有數(shù)億消費(fèi)者的中國(guó)具有廣泛的市場(chǎng)前景，該產(chǎn)品的研制成功對(duì)我國(guó)的語(yǔ)音識(shí)別算法研究、語(yǔ)音產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等具有特別重要的意義。

使用者只要說(shuō)出被查詢(xún)?nèi)说闹形男彰騿挝幻Q(chēng)，語(yǔ)音電子電話(huà)號(hào)碼簿利用語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音合成等高新技術(shù)可以回放和顯示出相應(yīng)的電話(huà)號(hào)碼并進(jìn)行自動(dòng)撥號(hào)。

１ 語(yǔ)音電子電話(huà)號(hào)碼簿的功能

· 語(yǔ)音電話(huà)號(hào)碼簿功能

它能存儲(chǔ)200個(gè)名字800個(gè)電話(huà)號(hào)碼每個(gè)名字下可有32位的4個(gè)電話(huà)號(hào)碼。它具有查找、撥號(hào)、修改、刪除、長(zhǎng)途區(qū)號(hào)自動(dòng)過(guò)濾、語(yǔ)音提示、語(yǔ)音回放、顯示、電池告警、電源自動(dòng)啟閉等功能。

· 語(yǔ)音記事簿功能

它有兩個(gè)語(yǔ)音記事定時(shí)提醒功能，每當(dāng)語(yǔ)音記事定時(shí)提醒時(shí)刻到來(lái)時(shí)，能自動(dòng)播放１分鐘的用戶(hù)錄音，以提醒用戶(hù)。

· 日歷／時(shí)鐘功能

能顯示年、月、日、時(shí)、分、秒、星期。

· 計(jì)算器功能

２ 系統(tǒng)構(gòu)成

該系統(tǒng)由主、從功能模塊組成。主功能模塊包括MCU、鍵盤(pán)以及LCD；從功能模塊包括DSP、CODEC、ROM、FLASH和音頻放大器等，如圖1所示。系統(tǒng)各模塊功能如下。

（１）DSP的主要功能是接收MCU發(fā)送來(lái)的命令，并按照其命令完成語(yǔ)音訓(xùn)練、語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音合成、DTMF撥號(hào)、號(hào)碼簿管理、記事簿管理等功能。由于AD公司的ADSP2181具有功能強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理能力和各種外圍接口以及高性能價(jià)格比。

（２） CODEC是用來(lái)完成語(yǔ)音信號(hào)的D／A（模擬語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)）和D／A（數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬語(yǔ)音信號(hào)）的。由于AD公司的AD73311具有諸多優(yōu)良性能，如內(nèi)含16位信噪比為75dB的A／D 和信噪比為70dB的D／A，采樣頻率和輸入輸出增益均可程控，自帶參考電壓和低功耗以及串行輸入輸出接口等。

（３）ROM是用來(lái)存放DSP程序和語(yǔ)音提示所需的數(shù)據(jù)。

（４）FLASH用來(lái)存儲(chǔ)電話(huà)號(hào)碼簿的200個(gè)詞條數(shù)據(jù)以及記事簿所需的兩段1分鐘的記事錄音數(shù)據(jù)等參數(shù)。

（５）單片機(jī)系統(tǒng)中的MCU主要是接受鍵盤(pán)命令，向DSP發(fā)送控制命令，接收DSP的反饋信息，并將一些信息顯示在LCD上；同時(shí)負(fù)責(zé)日歷／時(shí)鐘的產(chǎn)生和計(jì)算器等功能。SUMSUNG公司的KS57C2308單片機(jī)具有40個(gè)I／O 引腳，能直接驅(qū)動(dòng)16位8段LCD；2～5.5Ｖ的寬電壓；低功耗低價(jià)位等諸多特點(diǎn)。

（６）電源模塊的主要功能是為系統(tǒng)中各功能模塊提供電源，通過(guò)它可手動(dòng)或自動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉從功能模塊的電源。

３ 接口電路設(shè)計(jì)

３．ｌ ADSP2181與MCU之間的接口設(shè)計(jì)

ADSP2181是作為一個(gè)Slave芯片工作的，它能隨時(shí)接收和處理MCU發(fā)送來(lái)的命令，并返回給MCU狀態(tài)信息和數(shù)據(jù)。ADSP2181與MCU之間的接口可分為串行方式和并行方式兩種。但由于串行接口方式的軟硬件設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，且占用DSP和MCU的硬件資源較少，故本系統(tǒng)選用串行接口方式，如圖2所示。

將ADSP2181的SPOPT1設(shè)置成串口方式，通過(guò)五根線(xiàn)與MCU相連接，其中SCLK1為串行時(shí)鐘輸出端；RFS1和TFS1分別為接收幀同步和發(fā)送幀同步信號(hào)線(xiàn)，它們用于指明串行數(shù)據(jù)字的開(kāi)始；DR1和DT1分別為串行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送信號(hào)線(xiàn)，數(shù)據(jù)位與串行時(shí)鐘SCLK1同步。另外有２根控制信號(hào)線(xiàn)IRQE和／RESET，MCU的P4.3連至ADSP2181的IRQE端，ADSP2181接收到中斷信號(hào)后立即退出IDLE狀態(tài)開(kāi)始接收MCU發(fā)送來(lái)的命令。P4.2連至ADSP2181的／RESET端，用于控制DSP的復(fù)位。DSP程序啟動(dòng)后先進(jìn)行有關(guān)的初始化工作，然后進(jìn)入IDLE狀態(tài)等待MCU的中斷信號(hào)。

３．２ ADSP2181與CODEC之間的接口以及CODEC的模擬輸入輸出接口設(shè)計(jì)

ADSP2181與CODEC之間的接口以及CODEC的模擬輸入輸出接口電路如圖3所示。

CODEC AD73311的左邊為模擬輸入輸出接口。模擬輸入接口采用的是單端方式，模擬輸出接口采用的是差分雙端輸出方式，R2（100）Ω和C4(0.047μＦ構(gòu)成了輸入端的反混迭濾波器，由于采用了過(guò)采樣，故單極點(diǎn)的RC濾波器就足夠了。AD73311輸出端的最小負(fù)載電阻為150Ω，由于使用的是32Ω的喇叭，所以喇叭之前加一級(jí)運(yùn)放LM386作為功率放大之用。AD73311的右邊為與ADSP2181的數(shù)字接口，／RESET為復(fù)位端，SCLK為串行時(shí)鐘輸出端；SDO、SDOＦ為串行數(shù)據(jù)輸出端和同步信號(hào)端；SDIF、SDI為串行輸入同步信號(hào)端和數(shù)據(jù)端；SE為串行端口使能端。SDI、SDO和SCLK分別與ADSP2181串口0的DTO、DRO和SCLKO對(duì)接；MCLK為外部主頻時(shí)鐘輸入端，來(lái)自于外部的晶振，其頻率為16.384MHz，我們采用過(guò)采樣的方法經(jīng)抽取和濾波以獲取較高的信噪比，AD73311的采樣頻率為Fad＝32kHz；我們采用發(fā)送接收幀同步信號(hào)異步方式，使ADSP的TFSO分別與AD73311的SDIFＳ、SDOFS相連。

３．３ 系統(tǒng)供電電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的供電電路如圖4所示。

由于該系統(tǒng)為消費(fèi)類(lèi)手掌機(jī)，從體積、重量、價(jià)位等諸多因素出發(fā)，該產(chǎn)品采用3節(jié)7號(hào)電池供電。為了延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間，應(yīng)降低系統(tǒng)的功耗，故本系統(tǒng)選用了低功耗的DSP和CODEC芯片，并對(duì)它們實(shí)行3.3V供電。本系統(tǒng)選用了TI公司的TPS7233微功耗低落差電壓穩(wěn)壓器，／EN為穩(wěn)壓器的使能端，高電平將關(guān)斷穩(wěn)壓器使其進(jìn)入微功耗睡眠方式；PG為功耗正常狀態(tài)輸出端，當(dāng)其輸出電壓降至其正常值的95％時(shí)，輸出變?yōu)榈碗娖剑捎米麟姵厍冯妷褐甘尽榱耸笰D73311模擬輸出通道中的音頻放大器能獲得足夠大的功率和提高系統(tǒng)的抗干擾能力，故供給LM386的電源應(yīng)從TPS7233的前端Vcc2引出。為了正常地進(jìn)行日歷／時(shí)鐘顯示，MCU電源直接從電池端Vcc1引出，為了節(jié)省電量，MCU平時(shí)工作于IDLE狀態(tài)。為了有效地抑制噪聲，CODEC的模擬電源從AVdd端引出，而DSP、FLASH、ROM以及CODEC的數(shù)字電源從Vdd端引出。當(dāng)需進(jìn)入電話(huà)號(hào)碼簿工作而按下／OPEN鍵時(shí)，MCU的P2.2輸出低電平使能TPS7233，由于／OPEN鍵按下瞬間的低電平使Q1飽和，同時(shí)P2.1輸出的高電平又保證了Q2的飽和，這樣就打開(kāi)了從功能模塊的電源，而進(jìn)入號(hào)碼簿工作狀態(tài)。當(dāng)需要關(guān)斷從功能模塊的電源時(shí) MCU的P2.1輸出低電平，使Q2截止，從而Q1也截止而關(guān)斷其電源。當(dāng)記事簿的定時(shí)語(yǔ)音提醒時(shí)刻到來(lái)時(shí)，MCU的P2.2和P2.0輸出低電平，P2.1輸出高電平，也打開(kāi)了從功能模塊的電源，從而進(jìn)入了記事簿工作狀態(tài)。在記事簿或號(hào)碼簿工作狀態(tài)下，若電池欠電壓，則PG由高電平變?yōu)榈碗娖蕉霈F(xiàn)一個(gè)下降沿，向MCU申請(qǐng)中斷，MCU在中斷1服務(wù)程序中將關(guān)斷從功能模塊的電源，同時(shí)LCD顯示出電池欠電壓標(biāo)志，提醒用戶(hù)及時(shí)更換電池。

４ 軟件設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)包括DSP軟件和MCU軟件兩大模塊，DSP的軟件主要是根據(jù)語(yǔ)音信號(hào)數(shù)字處理技術(shù)完成語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音合成等功能，由于篇幅有限，在此不予介紹。MCU的軟件采用結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)方法，各模塊均有一定的獨(dú)立功能，便于系統(tǒng)的功能擴(kuò)充和維護(hù)。

４．１基本定時(shí)器中斷服務(wù)程序模塊

流程圖如5所示，該服務(wù)程序每7.82ms被執(zhí)行一次。它完成鍵盤(pán)掃描功能，當(dāng)連續(xù)20次檢測(cè)到同一鍵值的鍵按下時(shí)，將該鍵值放于鍵盤(pán)緩沖區(qū)中；它也完成日歷／時(shí)鐘計(jì)時(shí)功能，當(dāng)連續(xù)兩次檢測(cè)到時(shí)鐘定時(shí)器的中斷標(biāo)志位IRQW為1時(shí)，時(shí)鐘的秒加1。若該中斷發(fā)生時(shí)的程序工作于IDLF模式下，此時(shí)LCD應(yīng)顯示日歷／時(shí)鐘信息，且中斷正常返回；若工作于電話(huà)號(hào)碼簿或記事簿功能程序，在2min內(nèi)無(wú)鍵按下，則應(yīng)關(guān)斷從功能模塊的電源且非正常中斷返回到某一初始化地址處，否則從功能模塊電源已關(guān)斷，若正常中斷返回到原斷點(diǎn)地址處，必定要死機(jī)。

４．２ 主控模塊

該模塊是基于系統(tǒng)的操作流程設(shè)計(jì)的，如圖6所示。程序首先判斷是否有功能鍵按下，若無(wú)功能鍵按下，且記事簿的語(yǔ)音定時(shí)提醒時(shí)刻尚未到來(lái)時(shí)，則CPU的時(shí)鐘切換為副時(shí)鐘并關(guān)閉主時(shí)鐘，置IDLE＿FLAG為1并進(jìn)入IDLF狀態(tài)。基本定時(shí)器中斷后，主程序?qū)⑼顺鯥DLE狀態(tài)，在無(wú)功能鍵按下的情況下，重復(fù)上述過(guò)程。若有功能鍵按下，清IDLE＿FLAG為0，并執(zhí)行相應(yīng)的功能模塊程序。

總之，與美國(guó)Sensory公司生產(chǎn)的具有國(guó)際領(lǐng)先水平的同類(lèi)產(chǎn)品相比，我們研制的語(yǔ)音電子電話(huà)號(hào)碼簿具有以下優(yōu)點(diǎn)

·識(shí)別率大于99％，提高了兩個(gè)百分點(diǎn)；

·增加了記事簿、計(jì)算器、日歷／時(shí)鐘顯示、本地長(zhǎng)途區(qū)號(hào)過(guò)濾等功能；

·既有語(yǔ)音又有鍵控操作；

·體積小、重量輕，價(jià)格為其二分之一。