【正文】 為L ( i, j ) (對應(yīng)設(shè)計(jì)中為LPCC 系數(shù)), 歸一化得s ( i, j )。相鄰兩幀的特征差為:平均特征差為:式中: N 為語音幀數(shù)。然后, 從后向前依次檢查t( j ),凡大于平均特征差的剔除, 直到小于平均特征差為止,以去除語意少的結(jié)束段。數(shù)據(jù)幀數(shù)減為設(shè)累計(jì)特征差閾為:為保留的關(guān)鍵幀數(shù), 通常每個(gè)字音取8, 則雙字孤立詞取16。然后選出關(guān)鍵幀: 第1幀必選。 依次加t ( i ), 大于△的幀為又一關(guān)鍵幀, 直到選出M 個(gè)關(guān)鍵幀。再分段線性化, 將兩個(gè)關(guān)鍵幀之間的特征值差取平均, 作為最后的語音特征向量。學(xué)習(xí)過程中, 這些特征向量作為模板保存。識別過程中, 這些特征向量與模板相比較, 計(jì)算距離, 在距離閾內(nèi)最小距離者為識別結(jié)果。3方案論證及硬件選擇 方案論證 采用DSP+FPGA方案語音識別根據(jù)實(shí)際需要和應(yīng)用場合的不同，可以分為孤立詞識別和連續(xù)語音識別、特定人識別和非特定人識別。語音識別追求的主要指標(biāo)為高識別率、實(shí)時(shí)性和大詞匯量；而對于一個(gè)語音識別系統(tǒng)，還應(yīng)考慮軟硬件設(shè)計(jì)簡單、價(jià)格低廉、外圍控制靈活、人機(jī)交互便捷等特點(diǎn)?，F(xiàn)在應(yīng)用于語音識別的芯片主要為DSP(數(shù)字信號處理器)芯片：如TI公司的TMS320系列。然而, 將DSP 芯片用于小型語音識別系統(tǒng)中, 其不足之處是很明顯的：引腳多、 價(jià)格貴、 使用繁瑣?？刂乒δ苋?，常需要與單片機(jī)或FPGA (現(xiàn)場可編程門陣列)結(jié)合, 來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。 常需要外接A /D 轉(zhuǎn)換芯片；引腳為3. 3 V，與單片機(jī)、FPGA、F lash 存儲(chǔ)器等連接時(shí)，要考慮電平匹配。這些將使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大,設(shè)計(jì)繁瑣。 采用凌陽61方案SPCE061A是凌陽科技推出的一個(gè)16位結(jié)構(gòu)的微控制器。CPU時(shí)鐘頻率為0．32～49．152 MHz，具有較高的處理速度，可使μ’n SPTM能夠非常容易、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號；擁有可編程音頻處理；內(nèi)置2 K Word的SRAM和32 K Word的FLASH；2個(gè)16位可編程定時(shí)器／計(jì)數(shù)器(可自動(dòng)預(yù)置初始計(jì)數(shù)值)，2個(gè)10位DAC輸出通道，32位通用可編程輸入／輸出端口。它是數(shù)字語音識別應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品中的一種比較經(jīng)濟(jì)的選擇。本案采用采用SPCE061A實(shí)現(xiàn)語音控制小車方案。 系統(tǒng)的硬件方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下： 凌陽SPCE061A單片機(jī)方向控制電路MIC 語音輸入電路方向電機(jī) 驅(qū)動(dòng)電機(jī) 音頻放大電路SPK驅(qū)動(dòng)控制電路KEY61板系統(tǒng)組成主要包括以下兩部分：SPCE061A精簡開發(fā)板、語音小車控制電路板。 圖中的語音輸入部分MIC_ IN、按鍵輸入KEY、聲音輸出部分的功率放大環(huán)節(jié)等已經(jīng)做到了精簡開發(fā)板——61 板上，為我們使用提供了很大的方便。在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方面，采用全橋驅(qū)動(dòng)技術(shù)，利用四個(gè)I/O端口分為兩組分別實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電機(jī)的正傳、反轉(zhuǎn)和停三態(tài)運(yùn)行。 系統(tǒng)控制方案 小車的運(yùn)動(dòng)控制采用語音控制和中斷定時(shí)控制相結(jié)合，通過語音觸發(fā)小車動(dòng)作，小車動(dòng)作之后，隨時(shí)可以通過語音指令改變小車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在每一次動(dòng)作觸發(fā)的同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器，如果小車由于某些原因不能正常的接收語音指令，則只要定時(shí)時(shí)間到，中斷服務(wù)程序會(huì)發(fā)出指令讓小車停下來。 詳細(xì)的控制過程請參看程序設(shè)計(jì)部分。 SPCE061A芯片特性簡介SPCE061A是一種十六位單片機(jī)，使用它可以非常方便靈活的實(shí)現(xiàn)語音的錄放，該芯片擁有8路10位精度的ADC，其中一路為音頻轉(zhuǎn)換通道，并且內(nèi)置有自動(dòng)增益電路。這為實(shí)現(xiàn)語音錄入提供了方便的硬件條件。兩路10位精度的DAC，只需要外接功放（SPY0030A）即可完成語音的播放。另外十六位單片機(jī)具有一套易學(xué)易用的指令系統(tǒng)和集成開發(fā)環(huán)境，在此環(huán)境中，它支持標(biāo)準(zhǔn)C語言編程，也支持C語言與匯編語言的互相調(diào)用。另外還提供了語音錄放的庫函數(shù)，只要了解庫函數(shù)的使用，就可以很容易的完成語音的錄放、識別等功能，這些都為軟件開發(fā)提供了方便的條件。SPCE061是一款擁有2KRAM、32KFlash、32個(gè)I/O口，并集成了AD/DA功能強(qiáng)大的16位微處理器，它還擁有豐富的語音處理功能，為小車的功能擴(kuò)展提供了相當(dāng)大的空間。只要按照該單片機(jī)的要求對其編制程序就可以實(shí)現(xiàn)很多不同的功能。SPCE061A 是繼amp。micro?！痭SP?系列產(chǎn)品SPCE500A等之后凌陽科技推出的又一款16位結(jié)構(gòu)的微控制器。與SPCE500A不同的是，在存儲(chǔ)器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以及便于程序調(diào)試等功能，SPCE061A里只內(nèi)嵌32K字的閃存（FLASH）。較高的處理速度使amp。micro?！痭SP?能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號。因此，與SPCE500A相比，以amp。micro?！痭SP?為核心的SPCE061A微控制器是適用于數(shù)字語音識別應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品的一種最經(jīng)濟(jì)的選擇。SPCE061A特性： u 16 位μ’nSP 微處理器；u 工作電壓：內(nèi)核工作電壓 VDD為 ~(CPU)，I/O口工作電壓 VDDH為 VDD~(I/O)；u CPU時(shí)鐘：~；u 內(nèi)置 2K字 SRAM；u 內(nèi)置 32K閃存 ROM；u 可編程音頻處理；u 晶體振蕩器；u 系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時(shí)鐘處于停止?fàn)顟B(tài))，耗電小于 2μA@；u 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(可自動(dòng)預(yù)置初始計(jì)數(shù)值)；u 2 個(gè) 10 位 DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換)輸出通道；u 32 位通用可編程輸入/輸出端口；u 14 個(gè)中斷源可來自定時(shí)器 A / B，時(shí)基，2 個(gè)外部時(shí)鐘源輸入，鍵喚醒；u 具備觸鍵喚醒的功能；u 使用凌陽音頻編碼 SACM_S240 方式()，能容納 210 秒的語音數(shù)據(jù)；u 鎖相環(huán) PLL 振蕩器提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號； u 32768Hz 實(shí)時(shí)時(shí)鐘； u 7 通道 10 位電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道聲音模數(shù)轉(zhuǎn)換器； u 聲音模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動(dòng)增益控制(AGC)功能； u 具備串行設(shè)備接口；u 低電壓復(fù)位(LVR)功和低電壓監(jiān)測(LVD)功能； u 內(nèi)置在線仿真板另外，SPCE061A單片機(jī)具有易學(xué)易用的效率較高的一套指令系統(tǒng)和集成開發(fā)環(huán)境。在此環(huán)境中，支持標(biāo)準(zhǔn)C語言，可以實(shí)現(xiàn)C語言與凌陽匯編語言的互相調(diào)用，并且提供了語音錄放的庫函數(shù)，只要了解庫函數(shù)的使用，就會(huì)很容易完成語音錄放，這些都為軟件開發(fā)提供了方便的條件。 ——61 板 SPCE061A精簡開發(fā)板（簡稱 61 板，SPCE061A EMU BOARD的簡稱），是以凌陽16 位單片機(jī)SPCE061A為核心的精簡開發(fā)－仿真－實(shí)驗(yàn)板，是“凌陽科技大學(xué)計(jì)劃”專為大學(xué)生、電子愛好者等進(jìn)行電子實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、電子制作及電子競賽所設(shè)計(jì)的，也可作為單片機(jī)項(xiàng)目初期研發(fā)使用。61板”除了具備單片機(jī)最小系統(tǒng)電路外，還包括有電源電路、復(fù)位電路、ICE 電路、音頻電路（含 MIC 輸入部分和 DAC 音頻輸出部分）等?！?1 板”可以采用電池供電。1 SPCE061A功能 61板上有調(diào)試器接口（Probe 接口）以及下載線（EZ_Probe）接口，分別可接凌陽科技的在線調(diào)試器、簡易下載線，配合 unSP IDE，可方便地在板上實(shí)現(xiàn)程序的下載、在線仿真調(diào)試。 SPCE061 板硬件框圖表 框圖說明POWER5Vamp。3V 供電電路PLL鎖向環(huán)外部電路Power－電源指示燈Sleep－睡眠指示燈RESET復(fù)位電路K4復(fù)位按鍵PROBE在線調(diào)試器串行5 針接口S5EZPROBE 和PROBE 切換的撥斷開關(guān)J1J3耳機(jī)插孔和兩針喇叭插針DAC一路音頻輸出電路，采用SPY0030 集成音頻放大器MIC麥克風(fēng)輸入電路OSC32768 晶振電路VREFA/D 轉(zhuǎn)換外部參考電壓輸入接口R/C芯片其他外圍電阻、電容電路K1~K1~K3擴(kuò)展的按鍵：接IOA0~IOA2SPCE061A61 板核心：16 位微處理器PORTA/B32 個(gè)I/O 口61 板接口說明圖： SPCE061 板接口說明圖2 61 板輸入/輸出（I/O）接口61 板將SPCE061A 的32 個(gè)I/O 口IOA0~IOA15，IOB0~IOB15 全部引出，對應(yīng)的引腳為：A 口，41~4554~60；B 口，5~81~768~64。而且該I/O 口是可編程的，即可以設(shè)置為輸入或輸出。設(shè)置為輸入時(shí)，分為懸浮輸入或非懸浮輸入。非懸浮輸入又可以設(shè)置為上拉輸入或是下拉輸入。在5V 情況下，上拉電阻為150K，下拉電阻為110K；設(shè)置為輸出時(shí)，可以選擇同向輸出或者反相輸出。3 音頻輸入/輸出接口正如我們在前面介紹的 61 板具有強(qiáng)大的語音處理功能，如圖 2 所示，X1 是語音的MIC 輸入端，帶自動(dòng)增益（AGC）控制。J12 和J3 都是語音輸出接口，一個(gè)是耳機(jī)插孔；另一個(gè)是兩針的插針外接喇叭，由DAC 輸出引腳21 或22 經(jīng)語音集成放大器SPY0030 放大，然后輸出。SPY0030 是凌陽的芯片，相當(dāng)于LM386，但是比386 音質(zhì)好。~，最大輸出功率可達(dá)700mW（LM386 必須工作在4V 以上，而且功率只有100mW）。（圖沒有?。。? 在線調(diào)試器（PROBE）和EZPROBE 接口. 為PROBE 的接口，該接口有5 針，其中兩個(gè)分別是地（VSS） 電源（VCC）。此接口與PROBE 的5 針接口相連，PROBE 的另一端接PC 機(jī)25 針并口。這樣，就不需要再用仿真器和編程器了，只要按圖 3 所示將其連接好，就可以通過它在PC 機(jī)上調(diào)試程序、在線仿真、最后將程序下載到芯片中，完成程序的燒寫。圖 是EZPROBE 的接口，我們提供一根轉(zhuǎn)接線用作EZPROBE 的下載，一端連接PC 機(jī)的25 針并口，另外一端連接61 板的5 針 EZPROBE 接口。圖 6PROBE/連接線、計(jì)算機(jī)三者之間的連接圖 本章對聲控小車方案進(jìn)行確認(rèn)，最終確定以凌陽61板為主板，小車控制板為輔助板。小車的控制采用語音控制和中斷控制相結(jié)合。語音控制：通過語音觸發(fā)小車動(dòng)作。中斷控制:通過設(shè)置小車行駛時(shí)間來控制小車中斷。4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) SPCE061A 最小系統(tǒng)SPCE061A 最小系統(tǒng)中，包括 SPCE061A 芯片及其外圍的基本模塊，其中外圍的基本模塊有：晶振輸入模塊（OSC） 、鎖相環(huán)外圍電路（PLL） 、復(fù)位電路（RESET） 、指示燈（LED）等。 61板最小系統(tǒng)電源部分的電路，由電池盒提供的 SPY0029 后產(chǎn)生 。SPY0029 是凌陽公司設(shè)計(jì)的電壓調(diào)整 IC，采用 CMOS 工藝，具有靜態(tài)電流低、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、線性調(diào)整出色等特點(diǎn)， VDDH3 為 SPCE061A的 I/O電平參考，如果該點(diǎn)接 SPCE061A（PLCC84 封裝，下面的介紹中當(dāng)出現(xiàn) SPCE061A的引腳描述時(shí)，均指此封裝的芯片）的 51 腳，可使 I/O輸出高電平為 ；VDDP為PLL鎖相環(huán)電源， 接SPCE061A的7腳； VDD和VDDA分別為數(shù)字電源與模擬電源， 分別接SPCE061A的15腳和36腳； AVSS1是模擬地， 接SPCE061A的24腳； VSS是數(shù)字地， 接SPCE061A的38腳； AVSS2接音頻輸出電路的 AVSS2。圖中前后兩組電容用來去耦濾波，使其供給芯片的電源更加干凈平滑。，加入SPY0029A三端穩(wěn)壓器。兩個(gè)二極管D3和D4，是為防止誤將電源接反造成不必要損失而設(shè)置的，注意在操作過程中千萬不要將電源接反，因?yàn)榉聪螂妷撼^一定的值，二極管將會(huì)被損壞，達(dá)不到保護(hù)的目的。 圖 音頻電路音頻電路由音頻輸出和音頻輸入兩部分組成。SPCE061A內(nèi)置 2路10 位精度的 DAC，只需要外接功放電路即可完成語音的播放。圖中的 SPY0030 是凌陽的一款音頻放大芯片，可以工作在 ~6V范圍內(nèi)，最大輸出功率可達(dá) 700mW。 SPCE061A 芯片中已經(jīng)集成了音頻輸入專用 ADC 以及 AGC 放大電路，因此芯片外部的電路比較簡單。 音頻電路音頻輸入部分如圖 ，MICP和MICN將隨著MIC產(chǎn)生的波形變化，并在兩個(gè)端口處形成兩路反相的波形，再經(jīng)過兩級運(yùn)放放大，把放大的語音信號交給ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，這個(gè)時(shí)候就可以通過單片機(jī)編程對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，比如說進(jìn)行語音數(shù)據(jù)壓縮、語音識別等。 音頻輸出部分SPY0030A是凌陽公司開發(fā)的專門用于語音信號放大的芯片，它的增益為：Gain = 2 * 5000 / ( 5000 + R1 )，圖 。 SPY0030A工作原理圖 數(shù)摸轉(zhuǎn)換電路凌陽SPCE061A單片機(jī)自帶雙通道DAC音頻輸出，DACDAC2轉(zhuǎn)換輸出的模擬量電流信號分別通過AUD1和AUD2管腳輸出，DAC輸出為電流型輸出，所以DAC輸出經(jīng)過SPY0030音頻放大，以驅(qū)動(dòng)喇叭放音，放大電路如圖54(只列出DAC1,DAC2類似)，這為單片機(jī)的音頻設(shè)計(jì)提供了極大方便。在它們后面接一個(gè)簡單的音頻放大電路和喇叭即可實(shí)現(xiàn)語音播報(bào)功能。 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路 按鍵、LED和復(fù)位電路此電路主要是對電源和睡眠指示作用以及復(fù)位重新訓(xùn)練小車等作用如圖示。 LED電路 復(fù)位電路 下載線接口電路和在線調(diào)制電路此電路主要是下載程序代碼和在線調(diào)試程序，為其那片機(jī)提供靈魂。 MCU連接電路微處理電路即其小系統(tǒng)電路如圖58所示，也是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心部分，此單片機(jī)是16位單片機(jī)具