基于FPGA的语音定时提醒系统Word格式文档下载.docx
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学生姓名:
王彦文
指导教师:
曲芳讲师
二〇〇七年六月
天津工程师范学院本科生毕业设计
Thesystemofthepronunciationtimingandreminding
专业班级:
应电0201班
王彦文
曲芳讲师
系别:
电子工程系
2007年6月
摘要
随着信息时代的来临,人们的生产、生活正以一种全新的方式展现在人们的面前。
多媒体教育的出现更是具有标志性的意义,它能够提供理想的教学环境,使师生交流更为便利,有助于提高学习和教学效率。
语音定时提醒系统是多媒体系统中的一类重要产品,基于FPGA的EDA技术的发展和应用领域的扩大与深入,EDA技术在电子信息、通信、自动控制及计算机应用等领域的重要性日益突出。
在EDA设计中有限状态机是非常关键技术,它及其设计技术是实用数字设计中的重要组成部分,也是实现高效率高可靠逻辑控制的重要途径。
用有限状态来实现时钟的计时和调节功能可以使电路简单并且提高其准确性。
在日常的生活和学习中时钟显示和语音提醒是我们必不可少的一部分。
因此,语音定时提醒系统具有一定的理论价值和十分重要的实际意义。
本文叙述了一种应用VHDL语言对FPGA芯片进行控制实现计时、定时功能并结合单片机来实现系统的整体功能。
本文介绍了系统的主要功能、硬件的组成和软件的设计。
整个系统简单可靠、操作方便、性能价格比高,较好地满足了一般情况下的需要。
关键词:
FPGA;
VHDL;
AT89S52;
ISD2560
ABSTRACT
Alongwiththeinformationtimecoming,people’sproductionandthelifeisunfoldingbyonebrand-newwayinpeople’sfront.Themultimediaeducationappearancehasthesignofsignificance,itcanprovidetheidealteachingenvironment,causestheteachersandstudentstoexchangeconveniently,ishelpfultotheenhancementstudyandtheteachingefficiency.Thesystemofthepronunciationfixedtimeandremindingisamultimediasystemthatiskindofimportantproduct,basedonexpansionandthoroughofFPGAEDAtechnologydevelopmentandapplication,andEDAtechnologyisprominentdaybydayonelectronicinformation,correspondence,automaticcontrolandcomputer.ItistheextremelyessentialtechnologyinthelimitedconditionoftheEDAdesign,itanditsdesigntechnologyistheimportantpartofpracticaldigitaldesign,andistheimportantapproachtorealizethehighefficiencyandhighreliablelogiccontroller.Dependontheclocktimeandtheadjustmentfunctionwiththelimitedconditionmaymaketheelectriccircuittobesimpleandenhancesitsaccuracy.Inthedailylifeandlearning,thedisplayofclockandthereminderofpronunciationareouressentialpartoflife.So,thesystemofpronunciationfixedtimeandremindinghasthecertainprincipletodeterminepricewiththeextremelyimportantpracticalsignificance.ThisthesisintroducesonekindofusingtheVHDLlanguagethatprocessesthecontrolofrealizationtimeandfixedtimewiththemonolithicintegratedcircuitrealizesthefunctionofthesystemlanguagetotheFPGAchip.Thisthesisintroducesthemostlyfunctions,thecompositionofthehardwareandthedesignofthesoftwaretothesystem.Thewholeofthesystemissimpletorealize,andreliable,iteasetooperate,andtheperformancepricearehigher,hasmettheneedsoftheordinarycircumstanceswell.
KeyWords:
FPGA;
VHDL;
AT89S52;
ISD2560
1引言
目前市面上的计时提醒产品种类繁多,从设计方式看有机械型、电子型;
从外观方面看有传统型、可爱型;
从显示方面看有数码管显示型,有液晶显示型等等,但大多数的提醒铃声都比较单调、刺耳。
由于时间是我们每个人时时都在关注,一刻也离不开的问题,所以数字闹钟是我们生活中必不可少的产品,可是数字闹钟在提醒铃声设计这方面又有些欠缺,例如:
不能在提醒时间到来时提醒用户要做的是什么事情及提醒铃声过于单一等问题,本文介绍的定时语音提醒系统主要是针对改进提醒铃声设计的。
具有精确度高、提醒铃声可随时更新、铃声更新方便、调试方便、实用性强等特点。
该设计可将其稍作修改或完善形成产品推向市场。
本文介绍的计时提醒系统主要是应用FPGA和单片机相结合的技术来实现的语音录放提醒、定时功能。
FPGA(FiledProgrammableGateArray)可编程逻辑器件是设计最新一代数字系统的逻辑器件[3]。
数字逻辑器件通常分为三大类[5]:
一是通用的标准数字集成电路,即由基本逻辑门和触发器构成的中小规模集成逻辑器件,如74系列、4000系列;
二是由软件组态的大规模集成器件[12],如微处理器、单片机等,它们本身也只作为通用芯片,其特殊功能是通过用户用汇编语言或高级语言编写程序而实现的[4],执行不同的软件可以实现不同的逻辑功能;
另一类就是专用集成电路ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit),即为某一数字系统专门设计的芯片[13]。
从分类上看,可编程逻辑器件是ASIC[10]的一个重要分支。
FPGA是用户自行定义逻辑功能的逻辑器件[15],它与传统定制器件的主要区别是它的可编程性[11],而传统逻辑器件的功能是固定的。
可编程逻辑器件[14]是由厂家提供通用芯片,由用户自行根据实际应用,对器件进行编程定义其逻辑功能的高级逻辑器件[6,8],是继74系列TTL和CMOS等中小规模通用数字逻辑器件之后发展起来的新技术。
它不是特指某个名称、某个型号的某种芯片,而是泛指具有某些共性和特点的一个集成电路群。
它不但具有高速度、高集成度性能,而且用户可以通过VHDL(VeryhighspeedintegratedcircuitHardwareDescriptionLanguage)等硬件描述语言重复定义逻辑功能(即可重复编程)[1],因而它能够适应各种应用的需要,使数字系统的设计非常灵活,大大缩短系统研制的周期,大大减小系统的体积和所用芯片的品种,提高系统可靠性和可维护性[9]。
单片机自问世以来,性能不断提高和完善,其资源又能满足很多应用场合的需要,加之单片机具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等特点[2],因此,在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信系统、高级计算器、家用电器等领域的应用日益广泛,并且正在逐步取代现有的多片微机应用系统。
单片机的潜力越来越被人们所重视。
特别是当前用CMOS工艺制成的各种单片机,由于功耗低,使用的温度范围大,抗干扰能力强、能满足一些特殊要求的应用场合,更加扩大了单片机的应用范围,也进一步促使单片机性能的发展。
ATMEL89S52单片机以其可靠性高、体积小、价格低、功能全等优点,广泛地应用于各种智能仪器中,这些智能仪器的操作在进行仪器校核以及测量过程的控制中,达到了自动化,传统仪器面板上的开关和旋钮被键盘所代替,测试人员在测量时只需按需要的键,省掉很多烦琐的人工调节,智能仪器通常能自动选择量程,自动校准。
有的还能自动调整测试点,这样不仅方便了操作,也提高了测试精度。
虽然单片机的引入使控制系统大大“软化”,但与其它计算机应用问题相比,单片机控制应用中的硬件内容仍然较多,所以说单片机控制应用有软硬件相结合的特点[7]。
为此,在单片机的应用设计中需要软、硬件统筹考虑,设计者不但要熟练掌握汇编语言等编程技术,而且还要具备较扎实的单片机硬件方面的理论和实践知识。
2课题任务及方案论证
2.1主要任务
该课题中计时功能是最基本功能,实现每隔一秒钟计时一次,并在显示屏上显示当前的时、分、秒时间;
闹钟提醒功能是通过人为设定提醒时间,如果当前时间与所设定的提醒时间相同,则扬声器发出蜂鸣声;
语音功能是通过按下语音录放键使其进行语音录入,也可以对语音进行存储和回放,同时可以将录入的语音作为时钟音乐进行语音提醒。
2.2方案论证
2.2.1计时功能
方案一采用单片机控制日历时钟芯片DS12887来实现时钟信号的产生,但由于单片机的I/O资源较少(例如51系列只有P1口完全为用户开放),在一些场合下,如使用键盘及LED数码管显示时,就必须外扩接口电路才能满足系统要求,在本例中若只使用单片机进行控制,需10根以上的端口与DS12887进行通信,而驱动六个数码管需要采用静态方式的四个端口,这样设计增加了设计成本。
方案二采用分立的电子元器件4060、7447、7490、7408等来实现时钟信号的产生,但分立元件焊接比较复杂,调试容易出错,而且不够稳定,跟单片机等硬件的兼容性不好。
方案三采用以EDA技术为基础FPGA数字发展实验系统为辅助工具完成计时,整个过程中以软件设计为核心,使用计算机进行自动编译、分析、综合、仿真,验证无误后下载到FPGA芯片中使用。
通过EDA技术来实现时钟信号的产生,FPGA在系统编程及有丰富的I/O口资源方面有
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