【正文】 完成系統(tǒng)操作。 語(yǔ)音控制微波爐系統(tǒng) 3 二、 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 線 本項(xiàng)目詳細(xì)分析微波爐控制器的原理和組成結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)一個(gè)語(yǔ)音識(shí)別控制的具有定時(shí)和信息顯示功能的微波爐控制器。微波控制器系統(tǒng)可由以下五個(gè)電路模塊組成：語(yǔ)音識(shí)別控制模塊：其功能是識(shí)別微波爐工作過(guò)程中語(yǔ)音指令并執(zhí)行操作；顯示模塊：其功能是顯示各種工作模式、微波爐火力檔的設(shè)定、預(yù)約時(shí)間和工作時(shí)間等等圖文復(fù)雜的信息；語(yǔ)音電路模塊，其功能是在按鍵模式工作時(shí)，芯片可以通過(guò) LED 管腳給出信號(hào)來(lái)提示芯片的工作狀態(tài)，并且伴隨有提示音，用戶(hù)也可自定 4 種提示音效； 計(jì)時(shí)電路，其功能是對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，提供烹調(diào)完成時(shí)的狀態(tài) 信號(hào)；顯示譯碼電路，其功能是顯示微波爐控制器的各狀態(tài)信息。 設(shè)計(jì)一個(gè)語(yǔ)音識(shí)別控制的具備定時(shí)和信息顯示功能的微波爐控制器。 要求： （ 1） 該微波爐控制器能夠在任意時(shí)刻取消當(dāng)前工作，復(fù)位為初始狀態(tài)。 （ 2） 可以根據(jù)需要設(shè)置烹調(diào)時(shí)間的長(zhǎng)短，系統(tǒng)最長(zhǎng)的烹調(diào)時(shí)間為 59 分 59 秒；開(kāi)始烹調(diào)后能 夠顯示剩余時(shí)間的多少。 （ 3） 顯示微波爐控制器的烹調(diào)狀態(tài)。 （ 4） 語(yǔ)音通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別芯片和單片機(jī)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)輸出控制，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控制微波爐各種操作。 （ 5） 設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)耐鈬娐罚?實(shí)現(xiàn)微波爐系統(tǒng)功 能 。 4 實(shí)現(xiàn)功能 （ 1） 語(yǔ)音識(shí)別 菜單 功能： 識(shí) 別微波爐工作過(guò)程中語(yǔ)音指令并執(zhí)行操作。例如：語(yǔ)音輸入命令：“上”、“下”、“左”、“右”、“確定”、“返回”可語(yǔ)音識(shí)別控制液晶顯示屏選擇對(duì)應(yīng)的模式，確定烹飪模式和火力大小，調(diào)節(jié)定時(shí)并開(kāi)始微波。 （ 2） 烹飪功能： 烹飪模式有幾種可選：有燒烤、解凍、湯類(lèi)、蒸菜模式，同時(shí)人性化的增加了自定義模式，可自行選擇適合的模式進(jìn)行微波?？赏ㄟ^(guò)語(yǔ)音識(shí)別或加、減按鍵和確定鍵來(lái)對(duì)時(shí)間進(jìn)行設(shè)置或預(yù)約，首先是對(duì)時(shí) 間 的設(shè)置，按確定鍵再對(duì)分進(jìn)行設(shè)置，接著對(duì)秒進(jìn)行設(shè)置，每次設(shè)置完就要按 一次確定鍵，以完成對(duì)時(shí)間的設(shè)置。時(shí)間設(shè)置完畢返回等待系統(tǒng)開(kāi)始烹飪。 （ 3） 火力調(diào)節(jié)功能： 火力模式有對(duì)應(yīng)的烹飪模式中有固定的火力大小，也可自定義選擇火力大小。固定的烹飪模式的火力大小有：燒烤模式 6 檔火力、解凍模式 3 檔火力、湯類(lèi)模式 7 檔火力、蒸菜模式 5 檔火力?？赏ㄟ^(guò)語(yǔ)音識(shí)別或加、減鍵來(lái)設(shè)置烹飪時(shí)間，最高是 8 檔，最低是 1 檔，流程同預(yù)約時(shí)間的設(shè)置相同，時(shí)間設(shè)置完畢就直接開(kāi)始烹飪 （ 4） 液晶顯示功能： 液晶顯示屏使用 12864 顯示屏，液晶顯示子程序顯示各模式的工作狀態(tài)，如顯示火力模式、烹飪模式、預(yù)約時(shí)間和烹飪時(shí)間、 也可顯示“作者名”和“歡迎使用 語(yǔ)音控制微波爐系統(tǒng)”。液晶顯示器采用的是并行通訊的工作方式。 （ 5） 定時(shí)服務(wù)功能： 程序檢測(cè)系統(tǒng)是否開(kāi)始烹飪，當(dāng)系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入烹飪狀態(tài)，定時(shí)服務(wù)子程序開(kāi)始工作，首先通過(guò)按鍵掃描判斷預(yù)約時(shí)間標(biāo)志按鍵是否被按下，當(dāng)有按鍵按下進(jìn)入預(yù)約時(shí)間的定時(shí)服務(wù)，如果沒(méi)有按鍵按下，直接進(jìn)入烹飪時(shí)間的定時(shí)服務(wù)。各固定烹飪模式的定時(shí)時(shí)間為燒烤模式定時(shí)十分鐘、解凍模式定時(shí)五分鐘、湯類(lèi)模式定時(shí)一分三十秒、蒸菜模式定時(shí)八分鐘。 語(yǔ)音控制微波爐系統(tǒng) 5 三、 總體方案論證與比較 芯片選擇 方案一 ：采用數(shù)字邏輯芯片 本系統(tǒng)有功能 設(shè)置、數(shù)據(jù)裝入、定時(shí)、顯示、音響控制多個(gè)功能模塊。各個(gè)狀態(tài)保持或轉(zhuǎn)移的條件依賴(lài)于鍵盤(pán)控制信號(hào)。由于鍵盤(pán)控制信號(hào)繁多，系統(tǒng)的邏輯狀態(tài)以及相互轉(zhuǎn)移更是復(fù)雜，用純粹的數(shù)字電路或小規(guī)模的可編程邏輯電路實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)有一定的困難，需要用中大規(guī)模的可編程邏輯電路。這樣，系統(tǒng)的成本就會(huì)急劇上升〔相對(duì)于方案二〕。因此，本設(shè)計(jì)并未采用這種方案。 方案二： 采用單片機(jī)作為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心 鑒于市場(chǎng)上常見(jiàn)的 51 系列 8 位單片機(jī)的售價(jià)比較低廉，我們的設(shè)計(jì)采用了P89V51RB2FN 單片機(jī)作為主控制器， AT89C52 是一款微控制器，包含 16kB Flash 和256 字節(jié)的數(shù)據(jù) RAM ， 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 8 個(gè)中斷源， 4 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)， 2 個(gè)DPTR 寄存器 [3]；主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的控制與協(xié)調(diào)工作。具體方案如下：首先，利用單片機(jī)檢測(cè)各種模擬信號(hào)，通過(guò)接收鍵盤(pán)送來(lái)的命令，確認(rèn)功能設(shè)置，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)裝入和實(shí)時(shí)監(jiān)控，其次，根據(jù) CPU 發(fā)出的信號(hào)控制語(yǔ)音播報(bào)、顯示等功能，用軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)定時(shí)功能，節(jié)省了硬件成本的開(kāi)銷(xiāo)。這樣的設(shè)計(jì)使安裝和調(diào)試工作可以并行進(jìn)行，極大地縮短了總體設(shè)計(jì)和制造的時(shí)間，綜合考慮以上因素。 我們采用了方案二，本方案的基本原理如 圖 1 所示，控制系統(tǒng)的原理圖見(jiàn)附錄。 6 語(yǔ)音 識(shí)別 模塊選擇 語(yǔ)音識(shí)別模塊選用 LD3320 語(yǔ)音識(shí)別模塊 （圖 2） ，該模塊有 16 個(gè)單片機(jī) IO 口，其中有一組 8 位 IO 擴(kuò)展接口、 1 個(gè)定時(shí)器、 1 個(gè)外部中斷，可做為單片機(jī)最小系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制功能， 可 配套其他單片機(jī) 也可 獨(dú)自完成工作 。 LD3320 芯片 （圖 3） 是一款“語(yǔ)音識(shí)別”專(zhuān)用芯片，由 ICRoute 公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)。該芯片集成了語(yǔ)音識(shí)別處理器和一些外部電路，包括 AD、 DA 轉(zhuǎn)換器、麥克風(fēng)接口、聲音輸出接口等。本芯片在設(shè)計(jì)上注重 節(jié)能與高效，不需要外接任何的輔助芯片如 Flash、 RAM 等，直接集成在現(xiàn)有的產(chǎn)品中即可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別／聲控／人機(jī)對(duì)話功能。并且，識(shí)別的關(guān)鍵詞語(yǔ)列表是可以任意動(dòng)態(tài)編輯的。 單片機(jī)及外圍電路 交流輸入 整流慮波 輸出 調(diào)整 單元 液 晶顯 示模 塊 圖 1 系統(tǒng)原理框圖 掉 電 存 儲(chǔ) 模 塊 鍵盤(pán)模塊 語(yǔ)音模塊 語(yǔ)音控制微波爐系統(tǒng) 7 圖 2 語(yǔ)音識(shí)別模塊 圖 3 語(yǔ)音識(shí)別芯片 功能介紹 （ 1） 通過(guò) ICRoute 公司特有的快速而穩(wěn)定的優(yōu)化算法，完成非特定人語(yǔ)音識(shí)別。不需要用戶(hù)事先訓(xùn)練和錄音，識(shí)別準(zhǔn)確率 95%。 （ 2） 不需要外接任何輔助的 Flash 芯片， RAM 芯片和 AD 芯片，就可以完成語(yǔ)音識(shí)別功能。真正提供了單芯片語(yǔ)音識(shí)別解決方案。 （ 3） 每次識(shí)別最多可以設(shè)置 50 項(xiàng)候選識(shí)別句，每個(gè)識(shí)別句可以是單字，詞組或短句， 8 長(zhǎng)度為不超過(guò) 10 個(gè)漢字或者 79 個(gè)字節(jié)的拼音串。另一方面，識(shí)別句內(nèi)容可以動(dòng)態(tài)編輯修改，因此可由一個(gè)系統(tǒng)支持多種場(chǎng)景。 （ 4） 芯片內(nèi)部已經(jīng)準(zhǔn)備了 16 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、 16 位 D/A 轉(zhuǎn)換器和功放電路，麥克風(fēng)、立體聲耳機(jī)和單聲道喇叭可以很方便地和芯片管腳連接。立體聲耳機(jī)接口的輸幽功率為20mW，而喇叭接口的輸出功率為 550mW，能產(chǎn)生清晰響亮的聲音。 （ 5） 支持并行和串行接口，串行方式可以簡(jiǎn)化與其他模塊的連接。 （ 6） 支持 MP3 播放功能，無(wú)需外圍輔助器件，主控 MCU 將 MP3 數(shù)據(jù)依次送入 LD3320芯片內(nèi)部就可以從芯片的相應(yīng) PIN 輸出聲音。產(chǎn)品設(shè)計(jì)可以選擇從立體聲的耳機(jī)或者單聲道喇叭來(lái)獲得聲音輸出。支持 MPEGI(ISO/IEC111723), MPEG2(ISO/IEC138183)和MPEG layer 3 等格式。 （ 7） 工作供電為 3. 3V，如果用于便攜式系統(tǒng)，使用 3 節(jié) AA 電池就可以滿(mǎn)足供電需 要。 電路說(shuō)明 圖 4 內(nèi)部電路的簡(jiǎn)單邏輯圖 語(yǔ)音控制微波爐系統(tǒng) 9 （ 1） 電壓要求： VDD 數(shù)字電路用電源輸入 3. 0 V 3. 3 V VDDIO 數(shù)字 1/0 電路用電源輸入 1. 65 V VDD VDDA 模擬電路用 電源輸入 3. 0 V 4. 0 V 芯片管腳輸入電壓范圍：高電壓（邏輯“ 1”）： 0. 7； lcVDDIO39。VDDIO 低電壓（邏輯“ 0”）： 039。0. 3~VDDIO （ 2） 時(shí)鐘 (Clock) 芯片必須連接外部時(shí)鐘，可接受的頻率范圍是 448MHz；而芯片內(nèi)部還有 PLL 頻率合成器，可產(chǎn)生特定的頻率供內(nèi)部模塊使用。 （ 3） 復(fù)位 對(duì)芯片的復(fù)位信號(hào)（ RSTB： 1： ）必須在 VDD/VDDA/VDDIO 都穩(wěn)定后進(jìn)行。無(wú)論芯片正在進(jìn)行何 種運(yùn)算，復(fù)位信號(hào)都可以使它恢復(fù)初始狀態(tài)，并使各寄存器復(fù)位。如果沒(méi)有后續(xù)的指令（對(duì)寄存器的設(shè)置），復(fù)位后芯片將進(jìn)入休眠狀態(tài)。此后，一個(gè) CSB： 1：信號(hào)就可以重新激活芯片進(jìn)入工作狀態(tài)。 （ 4） 并行接口 本芯片可通過(guò)并行方式和外部主 CPU 連接，此時(shí)使用 8 根數(shù)據(jù)線（ POP7）， 4 個(gè)控制信號(hào)（ WRB， RDB， CS 冰， AO），以及一個(gè)中斷返回信號(hào)（ INTB） 。 （ 5） 串行接口 串行接口通過(guò) SPI 協(xié)議和外部主 CPU 連接，首先要將 MD 接高電平，而將（ SPIS：1： ）接地。此時(shí)只使用 4 個(gè)管腳：片選（ SCS 冰）、 SPI 時(shí)鐘 (SDCK)、 SPI 輸入 (SDI)和SPI 輸出 (SDO)。 （ 6） 寄存器 對(duì)芯片的設(shè)置和命令，包括傳送數(shù)據(jù)和接受數(shù)據(jù)，都是通過(guò)對(duì)寄存器的操作來(lái)完成的。例如進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別時(shí)，設(shè)置識(shí)別的關(guān)鍵詞語(yǔ)列表，設(shè)定芯片的識(shí)別模式，諛別完成后獲得識(shí)別結(jié)果都是通過(guò)讀／寫(xiě)寄存器來(lái)完成。播放聲音時(shí)，就是將 MP3 格式的數(shù)據(jù)循環(huán)放入 FIFO 對(duì)應(yīng)的寄存器。（識(shí)別結(jié)果是通過(guò)寄存器返回識(shí)別出的關(guān)鍵詞語(yǔ)在關(guān)鍵詞語(yǔ)列表中的排列序號(hào) Index 數(shù)值，該 Index 數(shù)值是在設(shè)置關(guān)鍵詞語(yǔ)列表時(shí)指定）。 10 （ 7） 喇叭音量的外部控制 除了特定寄存器來(lái)控制 音量以外，芯片外部的電路可以控制喇叭的音量增益。使用的是 EPI、 EP EP3 對(duì)應(yīng)的管腳。 管腳分布圖 圖 5 管腳分布圖 顯示模塊方案選擇 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)最常用的顯示器是 LED（發(fā)光二極管顯示器）和 LCD（液晶顯示器）[2]。這兩種顯示器可顯示數(shù)字、字符及系統(tǒng)的狀態(tài)。它們的驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)且價(jià)格低廉，因此得到了廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在就這兩種顯示模塊進(jìn)行分析，選擇符合微波爐控制器的模塊。 語(yǔ)音控制微波爐系統(tǒng) 11 方案一：數(shù)碼管 LED 顯示模塊 常用的 LED顯示器有 LED狀態(tài)顯示器（俗稱(chēng)發(fā)光二極管）、 LED七段顯示器 （俗稱(chēng)數(shù)碼管）和 LED十六段顯示器。發(fā)光二極管可顯示兩種狀態(tài)，用于系統(tǒng)狀態(tài)顯示；數(shù)碼管用于數(shù)字顯示； LED十六段顯示器用于字符顯示。無(wú)論是單個(gè) LED（發(fā)光二極管）還是 LED七段碼顯示器（數(shù)碼管），都不能顯示字符（含漢字）及更為復(fù)雜的圖形信息，這主要是因?yàn)樗鼈儧](méi)有足夠的信息顯示單位。所以，在一些要求顯示圖文的系統(tǒng)中，不適宜用LED顯示模塊。 方案二：液晶顯示器 LCD 模塊 LCD 是一種被動(dòng)顯示器，具有功耗低，顯示信息大，壽命長(zhǎng)和搞干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，它不僅省電，而且能顯示大量的信息如文字、曲線、圖形等，其顯示界面 較之?dāng)?shù)碼管有了質(zhì)的提高，在低功耗的單片機(jī)系統(tǒng)中得到大量使用。 [4]隨著液晶顯示技術(shù)的發(fā)展， LCD顯示器的規(guī)格眾多，其專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片也相互配套，使 LCD 在控制和儀表系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用提供了極大的方便。 本微波爐控制器系統(tǒng)要顯示各種工作模式、微波爐火力檔的設(shè)定、預(yù)約時(shí)間和工作時(shí)間等等圖文復(fù)雜的信息，故選擇液晶顯示器作為顯示模塊。本系統(tǒng)采用的是FYD128640402B[17]型號(hào)的液晶顯示器。 FYD128640402B 液晶顯示器是一種具有 4 位 /8 位并行、 2 線或 3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文 字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 128 64, 內(nèi)置 8192 個(gè) 16*16 點(diǎn)漢字，和 128 個(gè) 16*8 點(diǎn) ASCII 字符集 .利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示 8 4 行 16 16 點(diǎn)陣的漢字，也可完成圖形顯示；低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。 [6]由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類(lèi)型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。 本系統(tǒng)中，液晶顯示的工作方式是采用并行的工作方式。 12 鍵盤(pán)模 塊選擇 方案一：獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu) 獨(dú)立式按鍵是直接用 I/O 口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，其特點(diǎn)是每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根 I/O 口線，每個(gè)按鍵的工作不會(huì)影響其它 I/O 口線的狀態(tài)。獨(dú)立式按鍵的典型應(yīng)用如圖 所示。圖中按鍵輸入均采用低電平有效，些外，上拉電阻保證了按鍵斷開(kāi)時(shí)，I/O 口線有確定的高電平。當(dāng) I/O 口線內(nèi)部有上拉電阻時(shí)，外電路可不接上拉電阻。 獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但每個(gè)按鍵必須占用一根 I/O 口線，因此，在按鍵較多時(shí)， I/O 口線浪費(fèi)較大，不宜采用。 [12] 方案二：矩陣式按鍵 單片機(jī)系統(tǒng)中，若使 用按鍵較多時(shí)，通常采用矩陣式（也稱(chēng)行列式）鍵盤(pán)。矩陣式鍵盤(pán)由行線和列線組成，按鍵位于行、列線的交叉點(diǎn)上。 一個(gè) 4*4 的行、列結(jié)構(gòu)可