stm32基于pwm語音播報(bào)設(shè)計(jì)

1、 嵌入式設(shè)計(jì)論文 基于PWM的語音09數(shù)字播報(bào) 班 級(jí)： 1221201 專 業(yè)： 測(cè)控技術(shù)與儀器 姓 名： 朱宇杰 學(xué) 號(hào)： 201220120118 指導(dǎo)老師： 鐘老師 東華理工大學(xué)利用PWM進(jìn)行數(shù)字語音的播報(bào)設(shè)計(jì)摘要 隨著嵌入式領(lǐng)域的拓展，目前許多微控制器芯片一般都不具備數(shù)據(jù)一模擬的雙向通道，但幾乎都集成有PWM產(chǎn)生模塊。本文利用stm32單片機(jī)的PWM模塊，還原存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的聲音采樣數(shù)據(jù)，在幾乎不增加成本的情況下，實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用中的擴(kuò)展語音功能。關(guān)鍵詞stm32 PWM 語音低通濾波     STM32的PWM精講   &#

2、160;  通過對(duì)TIM1定時(shí)器進(jìn)行控制，使之各通道輸出插入死區(qū)的互補(bǔ)PWM輸出，各通道輸出頻率均為17.57KHz。其中，通道1輸出的占空比為50%，通道2輸出的占空比為25%，通道3輸出的占空比為12.5%。各通道互補(bǔ)輸出為反相輸出。  TIM1定時(shí)器的通道1到4的輸出分別對(duì)應(yīng)PA.08、PA.09、PA.10和PA.11引腳，而通道1到3的互補(bǔ)輸出分別對(duì)應(yīng)PB.13、PB.14和PB.15引腳，中止輸入引腳為PB.12。將這些引腳分別接入示波器，在示波器上觀查相應(yīng)通道占空比的方波配置好各通道后, 編譯運(yùn)行工程；點(diǎn)擊MDK 的Debug菜單

3、，點(diǎn)擊Start/Stop Debug Session；通過示波器察看PA.08、PA.09、PA.10、PB.13、PB.14、PB.15的輸出波形，其中PA.08和PB.13為第一通道和互補(bǔ)通道，PB.09和PB.14為第二通道和其互補(bǔ)通道，PB.10和PB.15為第三通道和其互補(bǔ)通道;第一通道顯示占空比為50%,第二通道占空比為25%,第三通道占空比為12.5%。      STM32處理器概述  STM32F103xx增強(qiáng)型系列產(chǎn)品中內(nèi)置了多達(dá)3個(gè)同步的標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)器。每個(gè)定時(shí)器都有一個(gè)16位的自動(dòng)加

4、載遞加/遞減計(jì)數(shù)器、一個(gè)16位的預(yù)分頻器和4個(gè)獨(dú)立的通道，每個(gè)通道都可用于輸入捕獲、輸出比較、PWM和單脈沖模式輸出，在最大的封裝配置中可提供最多12個(gè)輸入捕獲、輸出比較或PWM通道。它們還能通過定時(shí)器鏈接功能與高級(jí)控制定時(shí)器共同工作，提供同步或事件鏈接功能。在調(diào)試模式下，計(jì)數(shù)器可以被凍結(jié)。任一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)器都能用于產(chǎn)生PWM輸出。每個(gè)定時(shí)器都有獨(dú)立的DMA請(qǐng)求機(jī)制。   PWM概述 PWM是Pulse Width Modulation的縮寫，中文意思就是脈沖寬度調(diào)制，簡(jiǎn)稱脈寬調(diào)制。它是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非

5、常有效的技術(shù)，其控制簡(jiǎn)單、靈活和動(dòng)態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式，其應(yīng)用領(lǐng)域包括測(cè)量，通信，功率控制與變換，電動(dòng)機(jī)控制、伺服控制、調(diào)光、開關(guān)電源，甚至某些音頻放大器，因此研究基于PWM技術(shù)的正負(fù)脈寬數(shù)控調(diào)制信號(hào)發(fā)生器具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。 PWM是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直

6、流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。 多數(shù)負(fù)載(無論是電感性負(fù)載還是電容性負(fù)載)需要的調(diào)制頻率高10Hz，通常調(diào)制頻率為1kHz到200kHz之間。占空比是接通時(shí)間與周期之比；調(diào)制頻率為周期的倒數(shù)。 目前,運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)或電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)PWM的方法主要有傳統(tǒng)的數(shù)字電路方式、專用的PWM集成電路、單片機(jī)實(shí)現(xiàn)方式和可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)方式。用傳統(tǒng)的數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)PWM，電路設(shè)計(jì)較復(fù)雜，體積大，抗干擾能力差，系統(tǒng)的控制周期較長(zhǎng)。專用的PWM集成電路或帶有PWM的單片機(jī)價(jià)格較高。對(duì)于單片機(jī)中無PWM輸出功能的情況

7、，實(shí)現(xiàn)PWM將消耗大量的時(shí)間，大大降低了CPU的效率，而且得到的PWM信號(hào)精度不太高數(shù)字播報(bào)設(shè)計(jì)思路如安全報(bào)警應(yīng)用中，系統(tǒng)通常已經(jīng)包含了一塊微控制器(用來處理人機(jī)交互以及系統(tǒng)的控制等)，當(dāng)發(fā)出警報(bào)時(shí)，可以是“BB”或“當(dāng)當(dāng)”的蜂鳴聲；當(dāng)然，更好的做法是發(fā)出清晰的語音。    用PWM產(chǎn)生聲音的基本原理，是使用存儲(chǔ)在Flash中的音頻采樣數(shù)據(jù)或通過某種算法產(chǎn)生的聲音數(shù)據(jù)，來控制PWM每個(gè)波形的占空比；接下來通過一低通濾波器濾波，就可將聲音從PWM的脈沖波里分離出來，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。1 從WAV文件中提取聲音采樣數(shù)據(jù)    一般來說，

8、可以從WAV文件中提取聲音數(shù)據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)的WAV格式的聲音文件含有聲音的采樣數(shù)據(jù)和文件頭。文件頭描述了后面聲音數(shù)據(jù)的一些信息，如通道數(shù)、采樣頻率、采樣位數(shù)以及數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度等。我們先對(duì)09這幾個(gè)數(shù)字進(jìn)行發(fā)音，通過器件進(jìn)行采集，轉(zhuǎn)化為WAV格式。    通道數(shù)，是指聲音的采樣路數(shù)，如單聲道、立體聲等。采樣頻率，是指每秒鐘對(duì)聲音的采樣次數(shù)，采樣頻率越高，還原出來的聲音越接近原始聲音，如表l所列。要精確還原出某種頻率的波形，其最小采樣率應(yīng)為該波形的2倍。    采樣位數(shù)，指的是每次采樣的采樣精度。采樣位數(shù)越高，還原出來的聲音的量化噪聲越小，波形也越

9、接近原波形。WAV文件的文件頭定義：       提取聲音數(shù)據(jù)時(shí)，請(qǐng)注意采樣頻率、采樣位數(shù)、存儲(chǔ)容量與存儲(chǔ)時(shí)間的關(guān)系，如表2所列。通常，11025 kHz的采樣頻率和8位的采樣位數(shù)可獲得清晰的語音以及較好的音樂聲，并且占有較少的存儲(chǔ)空間。    通過了解和分析WAV文件的格式，可以將文件中的聲音采樣數(shù)據(jù)讀取出來，并轉(zhuǎn)換為C語言格式的數(shù)組結(jié)構(gòu)，以便和其他程序一并編譯和下載到芯片中去。例如：    2 產(chǎn)生PWM波形    要還原聲音，最低要求是HC

10、Sl2系列微控制器具備一個(gè)PWM模塊，芯片選擇的另一個(gè)細(xì)節(jié)是要有足夠的Flash存儲(chǔ)容量，來存儲(chǔ)聲音的采樣數(shù)據(jù)。MC9S12DP256具有一個(gè)16位的PWM模塊可產(chǎn)生16位解析精度的PWM波形，這意味著nr以使用16位的采樣數(shù)據(jù)來產(chǎn)生PWM。MC9S12DP256還具備256 KB的Flash，能夠存儲(chǔ)23 78 s八位11025 kHz的采樣數(shù)據(jù)。    產(chǎn)生PWM波形的步驟：設(shè)置定時(shí)器產(chǎn)生定時(shí)中斷：如采樣率為ll.025 kHz則設(shè)置定時(shí)器的定時(shí)中斷頻率為11.025 kHz。初始化PWM模塊，產(chǎn)生11025kHz的PWM波形。等待定時(shí)器中斷，在中斷處理程序中

11、取采樣數(shù)據(jù)，并設(shè)置PWM占空比寄存器，判斷聲音是否播放完成。若完成，則關(guān)定時(shí)器巾斷，并停止PWM輸出。        3 低通濾波PWM輸出后須通過低通濾波器濾波，才能還原成人耳能識(shí)別的聲音。低通濾波器的類型和參數(shù)取決于聲音的采樣頻率和價(jià)格預(yù)算。最簡(jiǎn)單的要數(shù)RC濾波器。這種濾波器的優(yōu)點(diǎn)是儀需要兩個(gè)元件，另一種是有源濾波器，濾波效果好，但相對(duì)復(fù)雜。濾波器截止頻率的選擇，對(duì)于音頻輸出是非常重要的，推薦設(shè)置在采樣頻率的一半。若要獲得更佳的濾波器截止頻率，就要進(jìn)一步對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出最大具有有效聲音數(shù)據(jù)的頻率。當(dāng)然，在一般應(yīng)用中并沒有要求這么嚴(yán)格，甚至在某些場(chǎng)合中，即使用參數(shù)不非常明確的元件也能獲得很好的聲音輸出，這時(shí)RC濾波器將是最好的選擇。 推薦使用圖1所示的濾波器，其截止頻率為55 kHz(11025 kHz2)。這個(gè)設(shè)計(jì)中，使用了2個(gè)運(yùn)算放大器，足夠驅(qū)動(dòng)一小型揚(yáng)聲器。&