語音交互式時間管理系統(tǒng)的設(shè)計摘要本設(shè)計完成并實現(xiàn)了一款基于單片機的人機語音交互的時間管理系統(tǒng)的設(shè)計。主要運用單片機與智能語音識別技術(shù)相結(jié)合，通過語音識別進(jìn)行識別客戶聲音，實現(xiàn)語音控制對作息時間進(jìn)行管理的系統(tǒng)。對于語音交互系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計的相關(guān)開發(fā)，根據(jù)要求設(shè)計了語音交互系統(tǒng)的完整的原理圖。本次設(shè)計最主要的功能為語音模塊，語音模塊主要用來語音接收，即用來接受用戶發(fā)出的信息。每個模塊都有特定的功能，單個模塊進(jìn)行獨立工作的同時在51單片機的主控制下，各個模塊進(jìn)行協(xié)同合作。在系統(tǒng)完成后借助Kill軟件和Proteus軟件對系統(tǒng)進(jìn)行仿真設(shè)計。最后，通過市場調(diào)查市場上已有的語音交互設(shè)計的相關(guān)系統(tǒng)，確定所設(shè)計的系統(tǒng)的功能需求和設(shè)計方案。在現(xiàn)代社會生活中，人們不論是工作的節(jié)奏還是生活的節(jié)奏的加快，以及對時間的管理不當(dāng)，導(dǎo)致日常生活中產(chǎn)生的時間不夠，時間不充足的不穩(wěn)定因素，本次設(shè)計的人機語音交互系統(tǒng)都可以對時間管理以及規(guī)劃。本系統(tǒng)設(shè)計的初衷是為人們?nèi)粘Ｉ钸M(jìn)行合理的時間規(guī)劃和高效的時間管理，來利用人機語音交互系統(tǒng)以達(dá)到充足的利用時間以及進(jìn)行管理時間。關(guān)鍵詞：單片機；語音交互；人機交互；Keil;ProteusDesignofvoiceinteractivemanagementsystemAbstractThisdesigncompletesandimplementsatimemanagementsystembasedonsingle-chipmicrocomputerhuman-machinevoiceinteraction.Itmainlyusesthecombinationofsingle-chipmicrocomputerandintelligentspeechrecognitiontechnologytoidentifycustomervoicethroughspeechrecognition,andrealizesthesystemofspeechcontroltomanageworkandresttime.Forthedevelopmentofthehardwaredesignandsoftwaredesignofthevoiceinteractionsystem,thecompleteschematicdiagramofthevoiceinteractionsystemisdesignedaccordingtotherequirements.Themainfunctionofthisdesignisthevoicemodule,whichismainlyusedforvoicereception,thatis,toaccepttheinformationsentbytheuser.Eachmodulehasaspecificfunction.Whileasinglemoduleworksindependently,eachmodulecooperatesunderthemaincontrolof51single-chipmicrocomputer.Afterthesystemiscompleted,thesystemissimulatedanddesignedwithKillsoftwareandProteussoftware.Finally,throughthemarketsurveyoftheexistingvoiceinteractiondesignrelatedsystemsinthemarket,thefunctionalrequirementsanddesignschemesofthedesignedsystemaredetermined.Inmodernsociallife,people,whetheritistherhythmofworkortherhythmoflife,aswellastheimpropermanagementoftime,leadtotheunstablefactorsofinsufficienttimeandinsufficienttimeindailylife.Thehuman-computervoiceinteractionsystemdesignedinthispapercanmanageandplantime.Theoriginalintentionofthissystemdesignistomakereasonabletimeplanningandefficienttimemanagementforpeople'sdailylife,tousethehuman-machinevoiceinteractionsystemtoachievesufficientusetimeandmanagementtime.Keywords:singlechipmicrocomputer;voiceinteraction;human-computerinteraction;keil;proteusIII緒論1.1語音交互的背景隨著電子技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛進(jìn)步，對于電子產(chǎn)品的開發(fā)和研究找到了更深層次的研究方向。智能家居產(chǎn)品已經(jīng)深入到我們的日常生活中，極大地提升了家居生活的便利性和舒適性，各種花樣的電子產(chǎn)品層出不窮，使人眼花繚亂。在傳統(tǒng)的鍵盤、鼠標(biāo)等人機交互方式已經(jīng)不能完全滿足現(xiàn)代社會的需求時，用戶對于能夠直接通過語音與設(shè)備進(jìn)行交互的需求日益強烈。利用語音使產(chǎn)品進(jìn)行工作的新的領(lǐng)域中，或許在不久的將來，語音識別技術(shù)將會被進(jìn)一步應(yīng)用在更加復(fù)雜的場景中[崇哲文,程昊鑫.基于單片機的智能語音燈光控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]崇哲文,程昊鑫.基于單片機的智能語音燈光控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2023,13(07):148-151.DOI:10.16667/j.issn.2095-1302.2023.07.037.語音交互的本質(zhì)是人機交互,機器通過人向它發(fā)送的語音信息進(jìn)行分析識別，系統(tǒng)再根據(jù)結(jié)果進(jìn)一步將所接收到的信息操作的過程。語音作為人與人間交流的主要方式,自科技的迅速發(fā)展,語音交互在過去幾十年里引起人們的極大關(guān)注,特別是隨著深度學(xué)習(xí)的興起,語音領(lǐng)域的各項任務(wù)如:說話人識別、情感識別、語音識別等得到充分的發(fā)展[徐東偉,房若塵,蔣斌等.語音對抗攻擊與防御方法綜述[J].信息安全學(xué)報,徐東偉,房若塵,蔣斌等.語音對抗攻擊與防御方法綜述[J].信息安全學(xué)報,2022,第7卷(1):126-144.然而，也需要注意的是，離線式語音識別芯片在智能家居產(chǎn)品中的應(yīng)用仍面臨一些挑戰(zhàn)。例如，如何提高識別率的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性、如何降低芯片的功耗和成本、如何確保與其他智能家居設(shè)備的兼容性和互聯(lián)互通等。解決這些問題需要技術(shù)創(chuàng)新和市場推廣的共同努力。1.2語音交互的設(shè)計內(nèi)容本設(shè)計主要研究的是語音交互式時間管理系統(tǒng)的設(shè)計。該系統(tǒng)主要由時鐘與人機交互技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)人機語音交互的時鐘定時、語音播報、語音識別、時間管理等控制功能。本設(shè)計分為了多個不同的部分，如51單片機作為主要的核心控制、語音識別去通過用戶的語音信息或者命令進(jìn)行分解辨別、蜂鳴器作為提醒，在當(dāng)前時間與用戶設(shè)置的一致時發(fā)出報警聲作為提醒、LCD1602顯示顯示當(dāng)前時間同時也可顯示始終是否定時成功、時鐘模塊保證時鐘的準(zhǔn)確性、同時為了用戶在體驗上能夠更加舒適本系統(tǒng)添加了按鍵，可以進(jìn)行傳統(tǒng)的人機交互等。本系統(tǒng)的運作方式的大致概括為以51單片機主控為核心，去控制其他模塊，調(diào)動其他的模塊共同工作，協(xié)同合作，可以使整個系統(tǒng)能夠正常的運行。用戶可以通過按鍵進(jìn)行時鐘操作，對時鐘進(jìn)行定時，設(shè)置定時時間，時鐘對于設(shè)置時間進(jìn)行報警提醒。整個系統(tǒng)的運作方式可以概括為：以51單片機為核心，通過協(xié)調(diào)控制各個模塊的工作，實現(xiàn)用戶與設(shè)備之間的交互和智能化操作。用戶可以通過語音或按鍵與設(shè)備進(jìn)行交互，設(shè)置定時任務(wù)或查詢當(dāng)前時間；設(shè)備則根據(jù)用戶的指令或預(yù)設(shè)的程序邏輯，執(zhí)行相應(yīng)的操作并通過顯示屏和蜂鳴器提供反饋。1.3語音交互的設(shè)計意義目前來說，未來的主要交互方式的是不確定的。在現(xiàn)代社會，這個快速發(fā)展的時代中，用戶更加喜歡使用更高效率、更加自然、更加接近于人本能的智能產(chǎn)品。語音交互研究的這一方向恰好符合當(dāng)代用戶的生活方式，也是未來交互的方向，在傳統(tǒng)的交互過程的基礎(chǔ)上增加了語音模式，也是在模擬人與現(xiàn)實的一種交互過程。離線式語音識別芯片具有無需聯(lián)網(wǎng)即可進(jìn)行語音識別的特點，這使得它在智能家居產(chǎn)品中的應(yīng)用具有天然的優(yōu)勢。首先，它可以保護用戶的隱私和信息安全，因為語音數(shù)據(jù)不會上傳到云端進(jìn)行處理，避免了數(shù)據(jù)泄露的風(fēng)險。其次，離線識別芯片可以確保語音識別的實時性和穩(wěn)定性，即使在網(wǎng)絡(luò)信號不佳或中斷的情況下，也能保持正常的語音識別功能。在智能家居產(chǎn)品中，離線式語音識別芯片可以應(yīng)用于多個場景。例如，用戶可以通過語音指令控制智能音箱播放音樂、查詢天氣、設(shè)置提醒等。在智能家電方面，用戶可以通過語音來控制空調(diào)的溫度、電視的頻道切換、燈光的開關(guān)等。此外，離線式語音識別芯片還可以應(yīng)用于智能安防設(shè)備，實現(xiàn)語音報警、語音控制安防系統(tǒng)等功能。隨著語音識別技術(shù)的不斷進(jìn)步和智能家居市場的不斷擴大，我們可以預(yù)見，離線式語音識別芯片在智能家居產(chǎn)品中的應(yīng)用將越來越廣泛。未來，這一技術(shù)可能會進(jìn)一步融合到更多類型的智能家居設(shè)備中，實現(xiàn)更加智能化、個性化的家居生活體驗。人機交互的發(fā)展歷程，是對機器的不斷升級，不斷進(jìn)化，以達(dá)到解放被傳統(tǒng)的機器束縛的過程。人機交互的各種不同的領(lǐng)域范疇中，越來越多的創(chuàng)新概念不斷的被提出。語言的識別、紅外線遙感、視頻的撲捉等等，必定會給人機交互技術(shù)帶來更多的創(chuàng)新革新與技術(shù)上的提高。新的人機交互技術(shù)不斷涌現(xiàn)，它能給人們帶來的是更多科學(xué)技術(shù)上的革新和期待[惠琪勛.計算機輔助工業(yè)設(shè)計中的人機交互[J].電腦知識與技術(shù),惠琪勛.計算機輔助工業(yè)設(shè)計中的人機交互[J].電腦知識與技術(shù),2012,(17):4244-4245.人機交互最終是機器或者產(chǎn)品和人的視覺、聽覺、觸覺等感官上進(jìn)行的交互，而人無論是視覺還是聽覺，所適應(yīng)的環(huán)境是在人類的不斷進(jìn)化中當(dāng)中和自然交互的一個過程。所以人和自然之間的交互是最具有效率、最便捷舒適的過程，因此，語音交互更加符合用戶在現(xiàn)在生活中的生活需要。所以現(xiàn)在的人機交互就要盡量模仿人與自然交互的這樣一個方式。人機語音交互的總體設(shè)計方案2.1重要選塊模型2.1.1單片機主控模塊在目前來說，最受歡迎的是電子時鐘的設(shè)計，主要通過是由一定規(guī)模的集成式電路去實現(xiàn)計時的效果、使用專用的電子鐘芯片配合外圍電路進(jìn)而達(dá)成電子時鐘設(shè)計去計時，或者用單片機作為主控制器去控制不同模塊運行去實現(xiàn)設(shè)計等。其中使用小規(guī)模的集成電路，在后續(xù)的功能擴展上困難且設(shè)計復(fù)雜。如果在產(chǎn)品設(shè)計中去使用電子鐘的專用芯片，可能會產(chǎn)生一系列的難以解決的問題，例如在維護修復(fù)的過程中出現(xiàn)困難或者出現(xiàn)維護價格昂貴的情況。相反，如果將單片機作為電子時鐘的芯片去代替專用的芯片，通過去控制單片機的定時計數(shù)器就可以達(dá)到時、分、秒的計數(shù)。相較于準(zhǔn)用的電子時鐘的芯片，單片機不僅在設(shè)計上更加簡單方便，代碼的變成也更容易簡單和靈活，使用的成本也相較來說更低、更容易維護。在本次設(shè)計中，采用STC89C51單片機作為電子時鐘的主要芯片，51單片機簡單易操作，在使用上運算能力強，軟件的編程靈活多樣，同時也兼具了低廉的價格、功耗低、體積小I/O端口豐富、不易出錯等優(yōu)點。單片機時鐘在本次的設(shè)計中，采用了內(nèi)部實現(xiàn)的方式作為時鐘的定時，同時也設(shè)置了不同的電路模塊去實現(xiàn)不同的功能，為了便捷使用也增加了物理按鍵，使本設(shè)計的實用性大大的提高。對于本系統(tǒng)的設(shè)計，ST89C51單片機是一個合適的選擇。STC89C51是一款常見的51系列單片機，具有低成本、高性能和豐富的外設(shè)資源[周浩.基于STC89C52單片機的小球滾落計時系統(tǒng)設(shè)計[J].輕工科技,周浩.基于STC89C52單片機的小球滾落計時系統(tǒng)設(shè)計[J].輕工科技,2024,40(01):109-112+語音模塊語音交互（VUI）指的是人類與設(shè)備通過自然語言進(jìn)行信息的傳遞。使用語音輸入與傳統(tǒng)的鍵盤輸入相比來說，語音輸入的方式在輸入的速度及輸入的準(zhǔn)確率方面更具有優(yōu)勢。如果是輸入更加復(fù)雜的信息時，特別是在輸入的方式有限制的情況下，語音交互具有更加的高效、也能夠解放雙手和雙眼、使用門檻低、傳遞聲學(xué)信息等優(yōu)點。同樣的，語音交互還具有一些其他優(yōu)勢。例如，它降低了對視覺的依賴，使得用戶在視線受阻或雙手不便操作的情況下仍能進(jìn)行有效的交互。同時，語音交互也更加符合人類的自然交流習(xí)慣，使得用戶與設(shè)備之間的交互更加自然、直觀。語音識別模塊與單片機的I/O口相連接，由單片機控制其運作，能夠方便的與主控芯片進(jìn)行通訊，以便能夠?qū)⒂脩舻男畔?zhǔn)確傳達(dá)，達(dá)到交互的目的。2.1.3顯示模塊在電子時鐘的設(shè)計中，為了給用戶更好的體驗感，本系統(tǒng)配備了顯示屏，在查找資料與日常的生活當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，LCD1602顯示屏更加收歡迎。顯示屏顯示當(dāng)前時間，以便用戶能夠清晰地了解到自己設(shè)置的時間情況，顯示格式為時、分、秒。LCD1602是一種點陣型液晶模塊，它被廣泛用于各種電子設(shè)備和系統(tǒng)中，以顯示字母、數(shù)字、符號等。與數(shù)碼管相比，LCD1602液晶模塊具有一些顯著的優(yōu)勢：呈現(xiàn)的內(nèi)容更多，更加的豐富。LCD1602的顯示效果清晰，顯示內(nèi)容豐富，文字和圖形都可以一目了然；同時，LCD1602也具有抗干擾；低功耗，節(jié)能環(huán)保，使用壽命長；更加法和當(dāng)下社會的簡約簡潔的審美。2.2系統(tǒng)總體設(shè)計本設(shè)計利用單片機計時,在傳統(tǒng)的用按鍵控制時鐘的基礎(chǔ)上,通過連接語音識別模塊和語音合成模塊,增加了人機對話形式的語音控制方式,因而無需再使用遙控器,只要說出相應(yīng)的口令即可[楊曉龍.基于單片機可語音控制和報時的數(shù)字時鐘的設(shè)計[J].機械工程與自動化,楊曉龍.基于單片機可語音控制和報時的數(shù)字時鐘的設(shè)計[J].機械工程與自動化,2019,(3):183-185.整個系統(tǒng)的各個模塊分別配備不同的功能，主控系統(tǒng)是由51單片機作為主控模塊、整個系統(tǒng)的主要核心功能為語音識別模塊、由時鐘在運行結(jié)果對用戶反饋的功能為蜂鳴器模塊、同時為了更好的增加觀感配備了顯示模塊、時鐘模塊等，去實現(xiàn)人機語音交互的語音識別、蜂鳴器報警、時間控制、時間管理等功能。系統(tǒng)的總體設(shè)計框如圖2-1所示。圖2-1系統(tǒng)總設(shè)計框圖在系統(tǒng)開始運作時，首先對單片機內(nèi)部電路以及所有的外部電路進(jìn)行初始化，初始化完成后，DS1302時鐘芯片將讀取的當(dāng)前時間通過單片機傳輸給顯示屏進(jìn)行顯示，用戶使用按鍵電路或語音控制時鐘進(jìn)行設(shè)置。主要完成的功能有以下幾點：語音控制設(shè)置鬧鐘時間，鬧鐘時間與設(shè)置時間一致時鬧鐘對用戶提醒，用戶可以通過系統(tǒng)的提醒來規(guī)劃時間，收到反饋用語音控制鬧鐘是否不再提醒或延遲提醒。其中語音模塊用來進(jìn)行對于因的接受和播報以便用戶能更方便的獲得信息；顯示模塊用來顯示時間以及定時時間；時鐘模塊用來對事件進(jìn)行定時。系統(tǒng)硬件設(shè)計本系統(tǒng)的整體仿真是由Proteus軟件進(jìn)行的原理圖的繪制。proteus是一款電子電路的仿真軟件，主要的作用是電路的設(shè)計仿真和錯誤調(diào)試。從不同種類的原理圖的設(shè)計、程序編程代碼的調(diào)試到單片機與外部連接電路的仿真，配合顯示以及輸出，建立了完整的電子設(shè)計開發(fā)的環(huán)境。系統(tǒng)仿真原理圖如圖3-1所示.圖3-1語音交互式時間管理系統(tǒng)的設(shè)計的仿真圖本設(shè)計中的硬件設(shè)計是通過立創(chuàng)EDA軟件來完成的，它是一款功能強大的電子設(shè)計自動化軟件，它為用戶提供了從原理圖設(shè)計到PCB布局、布線以及仿真驗證等一站式的設(shè)計解決方案。立創(chuàng)EDA的出現(xiàn)，極大地簡化了電子工程師的設(shè)計流程，提高了工作效率。由于軟件對于用戶開放了永久免費服務(wù)使個人用戶或者小型團隊都能以零成本的方式享受到專業(yè)的電子設(shè)計自動化服務(wù)；同時還有云端與離線的兩種不同的使用模式能夠滿足不同用戶的需求；優(yōu)秀的開源硬件平臺以及操作較為簡單等一系類的優(yōu)點，受到不同越來越多的使用者的廣為好評與強烈歡迎[周云艷,趙年順,孫太明等.基于立創(chuàng)EDA的場效應(yīng)管性能分析及應(yīng)用[J].遼寧科技學(xué)院學(xué)報,周云艷,趙年順,孫太明等.基于立創(chuàng)EDA的場效應(yīng)管性能分析及應(yīng)用[J].遼寧科技學(xué)院學(xué)報,2022,第24卷(6):26-29，67.圖3-2語音交互式時間管理系統(tǒng)的設(shè)計的仿真圖3.1單片機主控制硬件設(shè)計51單片機作用與整個系統(tǒng)的設(shè)計，控制所有電路的整成運作，各司其職，作為系統(tǒng)控制器的CPU方案。單片機算術(shù)運算功能強，軟件編程靈活、自由度大，可以用軟件編程實現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點，使其在各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[景維斌.基于AT89C51單片機的數(shù)字時鐘電路設(shè)計與實踐景維斌.基于AT89C51單片機的數(shù)字時鐘電路設(shè)計與實踐[J].電子測試,2021,(1):27-28，20.在整個系統(tǒng)中，控制芯片，51單片機對各個不同的元件進(jìn)控制，通過不同程序發(fā)送不同指令，高效合作；時鐘芯片，在使用DS1302時，通常需要對單片機的I/O口與DS1302的相應(yīng)引腳進(jìn)行連接，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和控制。單片機可以通過特定的指令和協(xié)議，對DS1302進(jìn)行初始化、時間設(shè)置、讀取時間等操作；按鍵，外部按鍵在系統(tǒng)中起到了人機交互的作用，用戶可以通過按鍵對DS1302進(jìn)行外部設(shè)置，比如設(shè)置初始時間，調(diào)整時間，等。案件的財季方手機有多種，包括并行采集、串行采集可模擬AD；采集等；語音識別，通過對于用戶語音信息或者命令等進(jìn)行工作；語音識別，系統(tǒng)通過對用戶所發(fā)出的語音信息或者語音命令進(jìn)行分析；顯示屏，使用LCD1602顯示屏顯示時間，時、分、秒等，能夠更方便的查看時間。51單片機原理圖如3.3所示。圖3.351單片機原理圖51單片機是一種廣泛應(yīng)用的8位微控制器，其CPU能夠處理8位的二進(jìn)制數(shù)或代碼。這種單片機因其簡單、穩(wěn)定且成本低廉而被廣泛使用在各種嵌入式系統(tǒng)中。51單片機內(nèi)部集成有時鐘電路，它用于產(chǎn)生單片機運行所需的時鐘信號。時鐘信號是單片機執(zhí)行指令和操作的基礎(chǔ)。系統(tǒng)允許的最高晶振頻率為12MHz，這意味著單片機在最高時鐘頻率下可以非?？焖俚貓?zhí)行指令。51單片機通常具有128B（字節(jié)）的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM，RAM用于存放可以讀/寫的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括運算的中間結(jié)果、最終顯示的數(shù)據(jù)、變量的值等。在開發(fā)51單片機應(yīng)用時，需要合理管理和使用這些有限的內(nèi)部資源，以確保程序的正確運行和高效執(zhí)行。同時，還需要注意時鐘頻率的選擇和配置，以確保單片機能夠在滿足性能要求的同時保持穩(wěn)定運行。51單片機芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3-4所示、圖3-4單片機芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖在本設(shè)計中AT89C51單片機周圍有多項模塊電路，不同的I/O端口可以連接不同的模塊，控制其運行。除此之外，單片機周圍還有晶振電路，復(fù)位電路和電容組成的穩(wěn)壓電路。3.2時鐘電路的設(shè)計在時鐘電路的設(shè)計上，為了讓時鐘產(chǎn)生相應(yīng)的時鐘信號，需要設(shè)置晶振電路，從而完成對于時間的計時和時分秒的累加[孫鳳乾,鄭太恒,劉海英等.基于STC89C51單片機的數(shù)字時鐘設(shè)計孫鳳乾,鄭太恒,劉海英等.基于STC89C51單片機的數(shù)字時鐘設(shè)計[J].齊魯工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2021,第35卷(3):47-51.時鐘模塊采用DS1302芯片與AT24C512，DS1302芯片是一個專門為計時而設(shè)計的硬件模塊，它具有高度的精確性和穩(wěn)定性。該芯片內(nèi)部集成了時鐘電路和相關(guān)的計時邏輯，時鐘電路可以向單片機提供的實時信息，包括年、月、時、分、秒等，并可對月末日期、閏年條目數(shù)自動進(jìn)行調(diào)整[鐘鵬程.基于51單片機的多功能數(shù)字鐘設(shè)計[J].電子制作,2019,(7):17-19.]。時鐘芯片內(nèi)部包含實時時鐘和靜態(tài)RAM，通過簡單的接口與單片機進(jìn)行信息交換鐘鵬程.基于51單片機的多功能數(shù)字鐘設(shè)計[J].電子制作,2019,(7):17-19.當(dāng)系統(tǒng)第一次運行時，執(zhí)行DS1302函數(shù)，并將一個數(shù)據(jù)寫入到AT24C512的某個地址中；當(dāng)系統(tǒng)再次運行時，首先將數(shù)據(jù)從AT24C512中讀取出來，判斷是否已經(jīng)寫入，如果已經(jīng)寫入，則不再進(jìn)行初始化。DS1302與單片機之間的通信可以通過串行方式進(jìn)行，這要求兩者之間的連接僅通過三根線：RES（復(fù)位）、I/O（數(shù)據(jù)線）和SCLK（串行時鐘）。這種通信方式簡單有效，并且減少了單片機I/O端口的占用。以下是DS1302與單片機之間串行通信的基本步驟：1、復(fù)位（RES）在開始任何操作之前，單片機需要將RES線拉低，以復(fù)位DS1302。復(fù)位期間，SCLK和I/O線應(yīng)處于高電平狀態(tài)。復(fù)位操作完成后，DS1302將準(zhǔn)備接收來自單片機的指令。2、讀取數(shù)據(jù)開始讀取時序：單片機首先將I/O線拉低，然后釋放I/O線以進(jìn)入讀取狀態(tài)。DS1302響應(yīng)：DS1302通過拉高或拉低I/O線來表示“1”或“0”。單片機通過檢測I/O線的電平狀態(tài)來讀取數(shù)據(jù)。時鐘同步在讀取每一位數(shù)據(jù)時，單片機需要產(chǎn)生相應(yīng)的SCLK脈沖來同步數(shù)據(jù)。DS1302會在每個SCLK脈沖的上升沿更新IO線的狀態(tài)。單片機利用外部12MHZ晶振構(gòu)成振蕩電路作為時鐘源，時鐘電路的原理圖如圖3-3，DS1302引腳圖3-4，時鐘晶振原理圖3-5所示。圖3-5時鐘電路原理圖DS1302具有兩個電源輸入引腳：VCC1和VCC2。這兩個電源引腳的設(shè)計是為了確保時鐘芯片的穩(wěn)定性和可靠性，尤其是在電源不穩(wěn)定或發(fā)生意外斷電的情況下。VCC2是DS1302的主電源引腳，用于在正常工作情況下為芯片提供穩(wěn)定的電源。為了確保芯片的正常運行和精度，VCC2通常需要穩(wěn)定的電壓供應(yīng)，如+5V,以保證時鐘芯片的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。VCC1是DS1302的備用電源引腳，也稱為VBAT。它連接到一個電池，通常是一個低自放電的紐扣電池（如+3V的鋰錳電池）。當(dāng)主電源VCC2突然斷電或電源不穩(wěn)定時，VCC1將自動接管，為DS1302提供電源，確保時鐘的連續(xù)性。這樣，即使主電源失效，DS1302也能繼續(xù)運行，保存當(dāng)前的時間和日期信息。在本系統(tǒng)中使用了+5V為VCC2供電，并用+3V電池為VCC1供電，確保DS1302穩(wěn)定運行和防止數(shù)據(jù)丟失。此外，將單片機的P^2.2、P^2.3、P^2.4分別連接到DS1302的RST（復(fù)位）、SCLK（串行時鐘）、I/O（數(shù)據(jù)線）引腳。這是DS1302與單片機進(jìn)行串行通信所必需的連接。其中SCLK用來產(chǎn)生DS1302的讀寫信號,I/O用來和單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸[石浩志,楊陽蕊.基于STC89C52單片機時鐘的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子制作,2020,(Z1):96-98.DOI:10.16589/11-3571/tn.2020.z1.036.]。通過這些連接，可以使用單片機來控制DS1302，包括設(shè)置時間、讀取時間、以及進(jìn)行其他各種操作。同時，DS1302的備用電源功能確保了即使主電源失效，時鐘也能繼續(xù)運行，從而保護系統(tǒng)免受電源問題的影響。DS1602引腳石浩志,楊陽蕊.基于STC89C52單片機時鐘的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子制作,2020,(Z1):96-98.DOI:10.16589/11-3571/tn.2020.z1.036.表3.6DS1302引腳功能表引腳號引腳名稱功能1VCC1備用電源主電源2VCC2主電源3RST復(fù)位/片選端4SCLK串行時鐘輸入端5I/O串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端6X1,X2震蕩源,外接32.768KHZ晶振7GND接地數(shù)字電路是現(xiàn)代電子設(shè)備中的核心部分，它依賴于精確和穩(wěn)定的時鐘信號來確保各個模塊之間的同步和計數(shù)器的正常計數(shù)。為了產(chǎn)生這樣的時鐘信號，我們通常使用電子振蕩電路，其中晶振是關(guān)鍵的元件。晶振，即晶體振蕩器，是一種能夠產(chǎn)生穩(wěn)定頻率的電子設(shè)備。它基于壓電效應(yīng)，當(dāng)施加電壓時，晶體會產(chǎn)生機械振動，反之亦然。這種振動在電路中表現(xiàn)為穩(wěn)定的電信號，其頻率取決于晶體的物理特性。晶振的頻率范圍非常廣，可以達(dá)到幾兆赫茲（MHz）甚至幾十兆赫茲（幾十MHz）。在數(shù)字電路中，晶振產(chǎn)生的原始振蕩信號可能需要進(jìn)行調(diào)整以滿足不同模塊的需求，通常通過電子調(diào)頻的方式保持同步。在本設(shè)計的電子時鐘中，為了讓各個部分保持同步，該電子時鐘共用一個晶振，利用該晶振提供基本的時鐘信號[金士豪.基于單片機的電子時鐘設(shè)計[J].無線互聯(lián)科技,2023,第20卷金士豪.基于單片機的電子時鐘設(shè)計[J].無線互聯(lián)科技,2023,第20卷(1):22-24.圖3-7時鐘晶振原理圖通過使用DS1302時鐘芯片，系統(tǒng)可以擺脫對單片機內(nèi)部時鐘源的依賴，大大提高計時的精度和穩(wěn)定性。同時，由于DS1302具有獨立的電源供電系統(tǒng)（包括VCC2主電源和VCC1備用電源），即使在單片機掉電或重啟的情況下，它也能繼續(xù)運行，保持時間的連續(xù)性。因此，在需要對時鐘精度要求較高的場合，采用DS1302時鐘芯片是一個理想的選擇。通過與單片機的配合，可以構(gòu)建一個既穩(wěn)定又精確的計時系統(tǒng)，滿足各種應(yīng)用的需求。芯片外接32.768kHz晶振，由該晶振單獨提供時鐘輸入，精度較高，計時準(zhǔn)確，同時芯片還提供兩個電源管腳，其中VCC1為后備電源，VCC2為主電源，在主電源掉電的情況下，由備用電源供電，保證時鐘的持續(xù)運行[丁春霞.基于51單片機的丁春霞.基于51單片機的LCD數(shù)字鐘設(shè)計與制作[J].中國科技信息,2013,(18):87，95.3.3語音交互的設(shè)計語音交互基于社會認(rèn)知理論，用戶使用行為被看作是個體在個人信念支配以及外界環(huán)境交互作用下的產(chǎn)物，是個體接觸新事物并選擇吸收的過程。用戶通常為獲取資訊和發(fā)出指令等而使用智能語音交互。在使用智能語音交互的過程中，由于用戶的語音習(xí)慣、智能語音交互理解與反饋能力等存在偏差，導(dǎo)致用戶對智能語音交互反饋信息的接受程度也略有不同[王晰巍,趙可軼,劉宇桐等.智能語音交互用戶使用影響因素及使用行為組態(tài)分析[J].圖書館論壇,王晰巍,趙可軼,劉宇桐等.智能語音交互用戶使用影響因素及使用行為組態(tài)分析[J].圖書館論壇,2023,第43卷(12):147-160.語音交互技術(shù)方案主要由語音增強、語音喚醒、語音識別、語義理解、語音合成這幾大核心技術(shù)組成。3.3.1.語音增強語音增強是語音交互中的核心技術(shù)之一，主要在于提高語音信號的質(zhì)量和清晰度。這一技術(shù)涵蓋了多個方面，首先是降噪技術(shù)，通過消除背景噪聲，使語音信號更為清晰。降噪算法可以識別并過濾掉來自環(huán)境的不必要聲音，提升語音識別的準(zhǔn)確性。其次是回聲消除，處理語音信號中的回聲，避免在通信中出現(xiàn)回音問題。這對于實時通話和語音助手應(yīng)用尤為關(guān)鍵，確保用戶的聲音不會被回音影響；再者是語音增益控制，調(diào)整語音信號的音量，使其在不同錄制條件下保持一致。這有助于用戶在各種環(huán)境中都能清晰地與語音系統(tǒng)進(jìn)行交互。還有頻譜平衡，平衡語音信號的頻譜，確保在傳輸和處理過程中不丟失重要聲音信息。最后是自適應(yīng)性技術(shù)，使系統(tǒng)能夠根據(jù)環(huán)境變化和語音輸入的動態(tài)性進(jìn)行實時的調(diào)整，提供更穩(wěn)定和適應(yīng)性強的語音增強效果。這些語音增強技術(shù)共同促使語音交互系統(tǒng)更加可靠、清晰，提升用戶體驗并確保有效的語音指令識別。3.3.2.語音喚醒語音喚醒其主要目標(biāo)是在設(shè)備處于待機狀態(tài)時，通過語音命令喚醒系統(tǒng)。為了在設(shè)備待機時實現(xiàn)語音喚醒，關(guān)鍵是采用低功耗的處理技術(shù)。這包括使用專門的低功耗處理器或采用深度學(xué)習(xí)模型的輕量級版本，以在待機狀態(tài)下執(zhí)行喚醒過程。環(huán)境噪聲過濾，有效處理來自周圍環(huán)境的噪聲，以確保喚醒詞能夠在各種聲音背景下被準(zhǔn)確地檢測到。系統(tǒng)還需要智能判斷最佳的喚醒時機，以平衡靈敏度和功耗。這通常涉及優(yōu)化算法，確保在降低誤賴醒率的同時，保持高效的喚醒性能。通過用戶反饋和數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)，以提高系統(tǒng)喚醒性能并適應(yīng)不同語音環(huán)境和用戶發(fā)音特點。這些技術(shù)共同確保語音喚醒功能在實際使用中既能夠高效工作，又能夠最小化對設(shè)備電池的消耗。3.3.3.語音識別語音識別又稱為ASR(AutomaticSpeechRecognition),能夠?qū)Σ煌年P(guān)鍵詞發(fā)回相應(yīng)的識別碼。語音是被技術(shù)就是讓機器或者智能設(shè)備能夠聽懂人類的語言，將語音中所包含的信息能夠轉(zhuǎn)化為機器所能理解的信息，這項技術(shù)使得用戶能夠通過語音與鬧鐘進(jìn)行交互。語音識別系統(tǒng)首先接用戶的語音輸入，然后利用先進(jìn)的語音處理算法和模型，將語音信號轉(zhuǎn)換成文本形式，轉(zhuǎn)化的文本結(jié)果可以被時鐘系統(tǒng)理解和執(zhí)行相應(yīng)的操作。關(guān)鍵的技術(shù)包括深度學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和聲學(xué)模型，以便系統(tǒng)能夠更準(zhǔn)確地捕捉語音信號中的特征，適應(yīng)不同的語音環(huán)境和口音。3.3.4.語義理解語音交互的語義理解是人機交互的重要組成部分。這一研究涵蓋了多個關(guān)鍵方面，對提高交互的智能性、個性化和適應(yīng)性具有重要意義。首先，語義理解涉及對用戶語音指令的深層次理解，而不僅僅是簡單的語音識別。通過引入自然語言處理(NLP)技術(shù)，系統(tǒng)能夠更好地理解用戶的原圖、情感和上下文，從而更精準(zhǔn)地執(zhí)行相應(yīng)操作。在研究方面,深度學(xué)習(xí)和自然語言處理的相互結(jié)合成為關(guān)鍵趨勢。采用預(yù)訓(xùn)練的語言模型,如BERT(BidrectionalEncoderRepresentationsfromTransformers)等,有助于捕捉更復(fù)雜的語義關(guān)系，提高對話系統(tǒng)的智能水平。3.3.5.語音合成語音合成又稱為TTS(TextToSpeech),表示將文本轉(zhuǎn)化成一種能夠輸出的信息，從而經(jīng)過處理加工后能夠從揚聲器輸出。語音合成技術(shù)則是利用模型和算法生成自然流暢的語音輸出[何逸,何明輝,宋夢婷.人工智能在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)與戰(zhàn)略應(yīng)用：案例分析與未來趨勢[J].信息產(chǎn)業(yè)報道,2023,(5):106-108.]，使得時鐘系統(tǒng)能夠以語音的方式與用戶進(jìn)行溝通。近年來，深度學(xué)習(xí)方法，尤其是生成對抗網(wǎng)絡(luò)(GANs)何逸,何明輝,宋夢婷.人工智能在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)與戰(zhàn)略應(yīng)用：案例分析與未來趨勢[J].信息產(chǎn)業(yè)報道,2023,(5):106-108.本次實驗的語音交互系統(tǒng)與時鐘相結(jié)合，在用戶對時鐘進(jìn)行語音控制后，時鐘接收到用戶發(fā)出的信息，時鐘進(jìn)行語音識別，ASR能夠把語音信息轉(zhuǎn)換為機器能夠理解的信息；NPL則是機器去理解用戶所傳遞的信息，然后去解析用戶寫作與說話的方式的能力。SKill就是對用戶的一項進(jìn)行處理，做出每一個階段相應(yīng)的反饋；TTS將用戶信息處理完成后，達(dá)到預(yù)期目的然后輸出的過程，即讓機器說話的過程。語音交互流程圖如3-8所示圖3-8語音交互流程圖3.4LCD顯示屏的設(shè)計LCD1602顯示屏是一個常見且實用的液晶顯示模塊，它廣泛應(yīng)用于各種基于單片機的系統(tǒng)中。這款顯示屏能夠顯示最多兩行，每行16個字符（共32個字符），因此可以支持32個數(shù)字或字符的顯示。通過點陣形式，它可以清晰地顯示字母、數(shù)字、符號等，因此被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。在消費電子領(lǐng)域，LCD顯示技術(shù)被用于智能穿戴、工業(yè)及醫(yī)療領(lǐng)域的手持設(shè)備等。在中小型固定產(chǎn)品領(lǐng)域，如汽車液晶屏、固定儀器顯示屏、智能家居顯示屏等，LCD顯示屏也發(fā)揮著重要作用。此外，LCD顯示屏還常見于公共場所的廣告機、顯示屏幕等。這種顯示屏具有點陣型結(jié)構(gòu)，可以清晰地顯示字母、數(shù)字、符號等。其刷新率可以通過軟件編程進(jìn)行自由調(diào)整，以滿足不同的應(yīng)用需求。LCD1602主要分為背光顯示器與非背光顯示器兩種，背光顯示器厚度大，該設(shè)計使用非背光顯示器，它是一款工業(yè)數(shù)碼液晶顯示器[胡秋霞,田杰,陳諾.基于STM32的智能語音藥盒設(shè)計[J].電子設(shè)計工程,2023,第31卷(4):43-46，52.]胡秋霞,田杰,陳諾.基于STM32的智能語音藥盒設(shè)計[J].電子設(shè)計工程,2023,第31卷(4):43-46，52.圖3.9LCD1602原理圖在整個系統(tǒng)的設(shè)計中，LCD1602的主要任務(wù)是將時間顯示出來，與用戶觀看和對時間進(jìn)行合理的規(guī)劃，顯示器不僅有體積小但能承載大量信息的特點，同時也具有高亮度、高對比度的特點，在使用方面也具有良好的顯示效果，更加的便于攜帶和節(jié)省電能的消耗等優(yōu)點。電路采用LCD1602作為顯示器件，可以顯示2行16個字符，通過發(fā)送八位數(shù)據(jù)確定顯示數(shù)據(jù)的位置，再通過發(fā)送八位數(shù)據(jù)判斷輸出的數(shù)據(jù)。引腳功能表如表3.10所示。表3.10LCD1602引腳功能表編號符號引腳1GND電源地2VCC電源正極3VL液晶顯示偏壓4RS數(shù)據(jù)/命令選擇5RW讀/寫選擇6EN使能信號7-14D0-D7數(shù)據(jù)端15BLA背光源正極16BLK背光源負(fù)極單片機通過P0口與LCD1602的D0-D7數(shù)據(jù)引腳相連，單片機可以發(fā)送數(shù)據(jù)和指令給LCD顯示屏。同時，通過RS、RW和EN三條控制線，單片機可以精確地控制數(shù)據(jù)的讀寫和LCD顯示屏的使能狀態(tài)。在數(shù)據(jù)寫入的時候，RS為數(shù)據(jù)/指令選擇線，RS=1表示D0-D7輸入數(shù)據(jù)通過D0-D7發(fā)送的數(shù)據(jù)將被視為要顯示在LCD上的字符或數(shù)據(jù)。RS=0表示D0-D7輸入指令通過D0-D7發(fā)送的數(shù)據(jù)將被視為控制LCD操作的指令，如設(shè)置顯示模式、光標(biāo)位置等。RW為讀操作，RW=1單片機從LCD1602讀取數(shù)據(jù)，通常用于讀取LCD的狀態(tài)或之前寫入的數(shù)據(jù)，RW=0寫操作，單片機向LCD1602寫入數(shù)據(jù)或指令。EN為使能端，EN=1表示LCD1602使能，LCD1602會響應(yīng)RS和RW的設(shè)置，并執(zhí)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)或指令操作，EN=0時，無論RS和RW如何設(shè)置，LCD1602都不會執(zhí)行任何操作。3.5蜂鳴器模塊的設(shè)計蜂鳴器是一種廣泛應(yīng)用的警示類電子元器件，它在許多產(chǎn)品中扮演著發(fā)聲警示的重要角色。隨著產(chǎn)品智能化和微型化趨勢的加劇，蜂鳴器的規(guī)格也相應(yīng)地向小型化方向發(fā)展，以滿足現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計的需求。蜂鳴器采用直流電壓供電，作為執(zhí)行元件與控制系統(tǒng)結(jié)合，實現(xiàn)產(chǎn)品的發(fā)聲警示功能[袁利祥.基于馬蹄形的蜂鳴器裝配機設(shè)計研究[J].企業(yè)科技與發(fā)展,袁利祥.基于馬蹄形的蜂鳴器裝配機設(shè)計研究[J].企業(yè)科技與發(fā)展,2020,(4):44-45.常用的蜂鳴器有兩種，一種是無源蜂鳴器，可以視為一個小型揚聲器或喇叭。它的優(yōu)點在于價格相對便宜，且聲音頻率可以通過外部電路的控制實現(xiàn)可調(diào)性。然而，由于其工作原理依賴于外部提供的振蕩電流來驅(qū)動，因此在使用時需要配合相應(yīng)的振蕩電路或單片機來產(chǎn)生所需的驅(qū)動信號。同時，通過調(diào)整引腳輸出的高電平占空比，還可以控制蜂鳴器的音量大小。另一種是有源蜂鳴器，則內(nèi)部集成了振蕩器，因此無需外部提供振蕩電流。它只需接上直流電源即可發(fā)聲，這使得有源蜂鳴器在使用上更為簡便。由于內(nèi)部振蕩器的存在，有源蜂鳴器的聲音頻率通常是固定的，因此在需要固定頻率警示的場合中更為適用。蜂鳴器原理圖如圖3-11所示。圖3-11蜂鳴器原理圖當(dāng)單片機的P1.7引腳輸出低電平時，三極管導(dǎo)通，允許電流從電源通過三極管流向蜂鳴器，使其發(fā)聲。通過這種方式，可以利用單片機的程序邏輯來控制蜂鳴器的發(fā)聲，例如在特定時間或條件下觸發(fā)鬧鈴功能。當(dāng)P1.7引腳輸出高電平時，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。3.6按鍵模塊的設(shè)計在很多電子設(shè)備中，按鍵模塊是常用的一個組件，用于用戶與設(shè)備之間的交互操作。本次設(shè)計為了更加方便的使用時鐘，在設(shè)計語音控制模式的基礎(chǔ)上同時也設(shè)置了使用按鍵來控制時鐘定時。一個完整的系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)不只只有一個按鍵，應(yīng)配備多個按鍵去適應(yīng)不同的需求。因此，設(shè)計一個單片機的按鍵模塊需要考慮以下需求：支持多個按鍵：每個按鍵有獨立的標(biāo)識，具有不同的功能。穩(wěn)定性：具有良好的抗干擾能力，可以穩(wěn)定的檢測用戶的按鍵操作。高效性：具有較快的響應(yīng)速度，能夠技術(shù)傳遞按鍵所發(fā)出的信息。易用性：按鍵模塊應(yīng)該簡單易用，能夠方便地配置和使用。按鍵的一端通常通過一個公共線（通常是地線）連接在一起。按鍵的另一端分別連接到單片機的P^3.4到P^3.7端口。當(dāng)按鍵未按下時，它與單片機IO端口之間的電路是斷開的。單片機的IO端口具有雙向功能，既可以作為輸出使用，也可以作為輸入使用。當(dāng)按鍵按下時，它會閉合電路，將單片機的IO端口與地線相連。在檢測按鍵時，需要將相關(guān)的IO端口配置為輸入模式。在開始時，單片機給IO端口賦予高電平（通常是邏輯1）。然后，單片機通過軟件不斷檢測這些IO端口的狀態(tài)。當(dāng)按鍵被按下時，按鍵所在的電路閉合，導(dǎo)致對應(yīng)的IO端口電平變?yōu)榈停ㄟ壿?）。單片機一旦檢測到某個IO端口電平發(fā)生變化（由高變低），就會認(rèn)為對應(yīng)的按鍵被按下。按K1進(jìn)入定時設(shè)置的頁面，按K2可以指示當(dāng)前要修改定時的是時還是分（秒暫時不給設(shè)置），當(dāng)設(shè)置哪個值時就可以按K3和K4來加或減它們，設(shè)置好以后再按K1回到初始顯示時鐘時間的頁面。你可以設(shè)置好定時時間以后，到點了蜂鳴器會響5秒后停止。按鍵原理圖如圖3-12所示。圖3-12按鍵原理圖系統(tǒng)在運行的途中，一般使用的按鍵為機械彈性的開關(guān)按鍵，由于機械彈性的原因，按鍵在被使用時，不會立刻發(fā)生相應(yīng)的反應(yīng)，會長生按鍵抖動，按鍵抖動的時間一般為5ms到10ms。在單片機使用按鍵時，抖動會使單片機多次讀取輸入信息，為了防止信息的重復(fù)接收，所以要進(jìn)行消抖處理。消抖的方法一般會分為硬件消抖和軟件消抖兩種，本次使用的是軟件消抖。常用的軟件消抖方法：流程圖如圖3-13所示。1，首先要確定I/O口的電平，由于開發(fā)板上I/O口有上拉電阻，默認(rèn)I/O口為高電平。2，程序會周期性地讀取IO口的電平狀態(tài)，以檢測是否有按鍵按下。如果檢測到I/O口電平從高變低，說明可能有按鍵被按下。3，由于按鍵在按下和釋放過程中可能會產(chǎn)生快速的電平變化（即抖動），直接讀取I/O口電平可能會導(dǎo)致誤判。因此，在檢測到可能的按鍵按下事件后，程序會引入一個短暫的延時（幾毫秒），等待按鍵穩(wěn)定。。4，延時結(jié)束后，程序會再次讀取I/O口的電平。如果此時I/O口仍然為低電平，那么可以比較確信按鍵確實被按下，而不是由于抖動造成的誤判。。5，執(zhí)行相應(yīng)操作。圖3-13消抖流程圖四、軟件設(shè)計4.1單片機主要程序設(shè)計在對于語音交互式時間管理的設(shè)計中，單片機主要程序設(shè)計包括下列幾個方面：（1）系統(tǒng)初始化：在程序開始執(zhí)行之前，需要對時鐘模塊、串口、中斷控制器、顯示屏初始化。（2）讀取顯示時間：在系統(tǒng)初始化之后，程序開始執(zhí)行，系統(tǒng)LCD屏開始讀取時間，將時間顯示在LCD屏上，以便能夠更好的確認(rèn)時間。（3）定時控制模式：為了能夠?qū)ο到y(tǒng)更方便的操作，本次設(shè)計了兩個不同的控制模式，語音控制和按鍵控制。（4）判斷時間顯示：當(dāng)定時完成后，顯示屏顯示當(dāng)前時間。（45）判斷定時時間：系統(tǒng)程序在時間的不停變換中不斷掃描，判斷當(dāng)前時間與設(shè)置時間是否一致，若一致則進(jìn)行下一步，若不一致，返回上一步繼續(xù)掃描。（6）蜂鳴器響：在始終時間與預(yù)定時間一致后，蜂鳴器開始工作，保證時間的準(zhǔn)確性以及時鐘蜂鳴器能夠及時響鈴提醒。主要程序流程圖如圖4-1所示。圖4-1單片機主要程序流程圖4.2LCD1602顯示模塊程序設(shè)計對于LCD1602的初始化、讀、寫、光標(biāo)設(shè)置等，都是通過單片機的寫入命令字來實現(xiàn)的。對于LCD1602顯示屏流程圖如圖4-2所示。初始化：在使用顯示屏之前，需要對整個模塊進(jìn)行初始化設(shè)置。發(fā)送字符串：初始化后，系統(tǒng)發(fā)送字符串，然后去進(jìn)行下一步的執(zhí)行和進(jìn)行相應(yīng)的操作。判斷讀取結(jié)果：接收到字符串后，會對字符串進(jìn)行讀取判斷，讀取成功則會執(zhí)行下一步操作；若讀取不成功，則返回初始化循環(huán)進(jìn)行。判斷數(shù)據(jù)是否發(fā)送：當(dāng)讀取成功后，LCD顯示屏?xí)懭胍炎x取的字符串，然后發(fā)送數(shù)據(jù)，同時也會對于發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，成功則執(zhí)行下一步操作，失敗則返回初始化。LCD1602接收顯示：當(dāng)以上步驟全部完成后，將所有數(shù)據(jù)收集，運行起來，顯示屏顯示所輸出的數(shù)據(jù)。圖4-2顯示函數(shù)流程圖4.3語音模塊的設(shè)計每次系統(tǒng)啟動時，從機都會將需要識別的關(guān)鍵詞拼音和與關(guān)鍵詞對應(yīng)的識別碼發(fā)送給語音識別模塊，當(dāng)模塊識別到某個關(guān)鍵詞后會通知從機識別已完成，然后從機從LD3320芯片的相應(yīng)寄存器內(nèi)提取識別到的關(guān)鍵詞所對應(yīng)的識別碼，再通過串口發(fā)送給主機[楊曉龍.基于單片機可語音控制和報時的數(shù)字時鐘的設(shè)計[J].機械工程與自動化,2019,(3):183-185.]楊曉龍.基于單片機可語音控制和報時的數(shù)字時鐘的設(shè)計[J].機械工程與自動化,2019,(3):183-185.ASR初始化：ASR又稱為語音識別，在系統(tǒng)程序等工作開始執(zhí)行之前需要對于語音識別進(jìn)行初始化，以保證各個模塊能夠成功運行。啟動ASR運算：在語音識別系統(tǒng)初始化之后，系統(tǒng)會對于即將發(fā)送的待識別的關(guān)鍵詞拼音以及所對應(yīng)的識別碼啟動語音識別的運算。中斷通知識別：語音識別運算啟動后，系統(tǒng)程序開始進(jìn)行系統(tǒng)中斷程序，從而中斷通知會從系統(tǒng)中識別，識別完畢后反饋給下一步。關(guān)鍵詞識別：語音識別能夠?qū)Σ煌年P(guān)鍵詞發(fā)回相應(yīng)的識別碼，當(dāng)系統(tǒng)接收到用戶語句中的關(guān)鍵詞時，系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)鍵詞識別匹配。系統(tǒng)對于關(guān)鍵詞匹配結(jié)果，如果檢測到關(guān)鍵詞識別后，會進(jìn)行下一步從機讀取識別結(jié)果寄存器獲取識別碼并發(fā)送給主機；如果系統(tǒng)沒有檢測到關(guān)鍵詞，則系統(tǒng)返回ASR初始化，繼續(xù)發(fā)送待識別關(guān)鍵詞拼音和所對應(yīng)識別碼啟動ASR運算。圖4-3語音識別流程圖對于交互時鐘而言，不僅傳統(tǒng)的有通過按鍵控制時鐘進(jìn)行定時交互，也有通過語音控制時鐘的語音交互。隨著科技的發(fā)展，時代的進(jìn)步，語音交互已經(jīng)在智能家居中屢見不鮮，本次的時鐘設(shè)計就是采用語音交互進(jìn)行人機交互，會使用戶在使用過程中更加便捷。語音流程圖如圖4-4所示。（1）系統(tǒng)初始化：在系統(tǒng)程序等工作開始執(zhí)行之前需要對于語音識別進(jìn)行初始化，以保證各個模塊能夠成功運行。（2）語音喚醒：在設(shè)備處于待機狀態(tài)時，通過語音命令喚醒系統(tǒng)，使系統(tǒng)進(jìn)入工作模式。（3）語音識別：語音識別系統(tǒng)首先接用戶的語音輸入，然后利用先進(jìn)的語音處理算法和模型，將語音信號轉(zhuǎn)換成文本形式，轉(zhuǎn)化的文本結(jié)果可以被時鐘系統(tǒng)理解和執(zhí)行相應(yīng)的操作。（4）語義理解：通過引入自然語言處理(NLP)技術(shù)，系統(tǒng)能夠更好地理解用戶的原圖、情感和上下文，從而更精準(zhǔn)地執(zhí)行相應(yīng)操作。當(dāng)系統(tǒng)將用戶語音進(jìn)行處理，如果語音能夠進(jìn)行處理完成，則將語義發(fā)送給下一個環(huán)節(jié)，如果沒有成功，則返回上一步，繼續(xù)進(jìn)行語言能識別。（5）語音合成：語音合成技術(shù)旨在生成自然流暢的語音輸出，使得時鐘系統(tǒng)能夠以語音的方式與用戶進(jìn)