【正文】 為L ( i, j ) (對應設計中為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,以去除語意少的結束段。數(shù)據(jù)幀數(shù)減為設累計特征差閾為:為保留的關鍵幀數(shù), 通常每個字音取8, 則雙字孤立詞取16。然后選出關鍵幀: 第1幀必選。 依次加t ( i ), 大于△的幀為又一關鍵幀, 直到選出M 個關鍵幀。再分段線性化, 將兩個關鍵幀之間的特征值差取平均, 作為最后的語音特征向量。學習過程中, 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, 計算距離, 在距離閾內最小距離者為識別結果。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)實際需要和應用場合的不同，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為高識別率、實時性和大詞匯量；而對于一個語音識別系統(tǒng)，還應考慮軟硬件設計簡單、價格低廉、外圍控制靈活、人機交互便捷等特點?，F(xiàn)在應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、 價格貴、 使用繁瑣?？刂乒δ苋?，常需要與單片機或FPGA (現(xiàn)場可編程門陣列)結合, 來實現(xiàn)人機交互。 常需要外接A /D 轉換芯片；引腳為3. 3 V，與單片機、FPGA、F lash 存儲器等連接時，要考慮電平匹配。這些將使整個系統(tǒng)結構龐大,設計繁瑣。 采用凌陽61方案SPCE061A是凌陽科技推出的一個16位結構的微控制器。CPU時鐘頻率為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、快速地處理復雜的數(shù)字信號；擁有可編程音頻處理；內置2 K Word的SRAM和32 K Word的FLASH；2個16位可編程定時器／計數(shù)器(可自動預置初始計數(shù)值)，2個10位DAC輸出通道，32位通用可編程輸入／輸出端口。它是數(shù)字語音識別應用領域產品中的一種比較經(jīng)濟的選擇。本案采用采用SPCE061A實現(xiàn)語音控制小車方案。 系統(tǒng)的硬件方案系統(tǒng)結構框圖如下： 凌陽SPCE061A單片機方向控制電路MIC 語音輸入電路方向電機 驅動電機 音頻放大電路SPK驅動控制電路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。在電機的驅動方面，采用全橋驅動技術，利用四個I/O端口分為兩組分別實現(xiàn)兩個電機的正傳、反轉和停三態(tài)運行。 系統(tǒng)控制方案 小車的運動控制采用語音控制和中斷定時控制相結合，通過語音觸發(fā)小車動作，小車動作之后，隨時可以通過語音指令改變小車的運動狀態(tài)。在每一次動作觸發(fā)的同時啟動定時器，如果小車由于某些原因不能正常的接收語音指令，則只要定時時間到，中斷服務程序會發(fā)出指令讓小車停下來。 詳細的控制過程請參看程序設計部分。 SPCE061A芯片特性簡介SPCE061A是一種十六位單片機，使用它可以非常方便靈活的實現(xiàn)語音的錄放，該芯片擁有8路10位精度的ADC，其中一路為音頻轉換通道，并且內置有自動增益電路。這為實現(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。另外十六位單片機具有一套易學易用的指令系統(tǒng)和集成開發(fā)環(huán)境，在此環(huán)境中，它支持標準C語言編程，也支持C語言與匯編語言的互相調用。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I/O口，并集成了AD/DA功能強大的16位微處理器，它還擁有豐富的語音處理功能，為小車的功能擴展提供了相當大的空間。只要按照該單片機的要求對其編制程序就可以實現(xiàn)很多不同的功能。SPCE061A 是繼amp。micro?！痭SP?系列產品SPCE500A等之后凌陽科技推出的又一款16位結構的微控制器。與SPCE500A不同的是，在存儲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試等功能，SPCE061A里只內嵌32K字的閃存（FLASH）。較高的處理速度使amp。micro。’nSP?能夠非常容易地、快速地處理復雜的數(shù)字信號。因此，與SPCE500A相比，以amp。micro。’nSP?為核心的SPCE061A微控制器是適用于數(shù)字語音識別應用領域產品的一種最經(jīng)濟的選擇。SPCE061A特性： u 16 位μ’nSP 微處理器；u 工作電壓：內核工作電壓 VDD為 ~(CPU)，I/O口工作電壓 VDDH為 VDD~(I/O)；u CPU時鐘：~；u 內置 2K字 SRAM；u 內置 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(時鐘處于停止狀態(tài))，耗電小于 2μA@；u 2 個 16 位可編程定時器/計數(shù)器(可自動預置初始計數(shù)值)；u 2 個 10 位 DAC(數(shù)模轉換)輸出通道；u 32 位通用可編程輸入/輸出端口；u 14 個中斷源可來自定時器 A / B，時基，2 個外部時鐘源輸入，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)時鐘信號； u 32768Hz 實時時鐘； u 7 通道 10 位電壓模數(shù)轉換器(ADC)和單通道聲音模數(shù)轉換器； u 聲音模數(shù)轉換器輸入通道內置麥克風放大器和自動增益控制(AGC)功能； u 具備串行設備接口；u 低電壓復位(LVR)功和低電壓監(jiān)測(LVD)功能； u 內置在線仿真板另外，SPCE061A單片機具有易學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，支持標準C語言，可以實現(xiàn)C語言與凌陽匯編語言的互相調用，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SPCE061A為核心的精簡開發(fā)－仿真－實驗板，是“凌陽科技大學計劃”專為大學生、電子愛好者等進行電子實習、課程設計、畢業(yè)設計、電子制作及電子競賽所設計的，也可作為單片機項目初期研發(fā)使用。61板”除了具備單片機最小系統(tǒng)電路外，還包括有電源電路、復位電路、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試器、簡易下載線，配合 unSP IDE，可方便地在板上實現(xiàn)程序的下載、在線仿真調試。 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復位電路K4復位按鍵PROBE在線調試器串行5 針接口S5EZPROBE 和PROBE 切換的撥斷開關J1J3耳機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麥克風輸入電路OSC32768 晶振電路VREFA/D 轉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擴展的按鍵：接IOA0~IOA2SPCE061A61 板核心：16 位微處理器PORTA/B32 個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I/O 口IOA0~IOA15，IOB0~IOB15 全部引出，對應的引腳為：A 口，41~4554~60；B 口，5~81~768~64。而且該I/O 口是可編程的，即可以設置為輸入或輸出。設置為輸入時，分為懸浮輸入或非懸浮輸入。非懸浮輸入又可以設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；設置為輸出時，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，帶自動增益（AGC）控制。J12 和J3 都是語音輸出接口，一個是耳機插孔；另一個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，相當于LM386，但是比386 音質好。~，最大輸出功率可達700mW（LM386 必須工作在4V 以上，而且功率只有100mW）。（圖沒有?。。? 在線調試器（PROBE）和EZPROBE 接口. 為PROBE 的接口，該接口有5 針，其中兩個分別是地（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 機上調試程序、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，我們提供一根轉接線用作EZPROBE 的下載，一端連接PC 機的25 針并口，另外一端連接61 板的5 針 EZPROBE 接口。圖 6PROBE/連接線、計算機三者之間的連接圖 本章對聲控小車方案進行確認，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合。語音控制：通過語音觸發(fā)小車動作。中斷控制:通過設置小車行駛時間來控制小車中斷。4 系統(tǒng)硬件設計 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 后產生 。SPY0029 是凌陽公司設計的電壓調整 IC，采用 CMOS 工藝，具有靜態(tài)電流低、驅動能力強、線性調整出色等特點， VDDH3 為 SPCE061A的 I/O電平參考，如果該點接 SPCE061A（PLCC84 封裝，下面的介紹中當出現(xiàn) SPCE061A的引腳描述時，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置的，注意在操作過程中千萬不要將電源接反，因為反向電壓超過一定的值，二極管將會被損壞，達不到保護的目的。 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，最大輸出功率可達 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產生的波形變化，并在兩個端口處形成兩路反相的波形，再經(jīng)過兩級運放放大，把放大的語音信號交給ADC轉換為數(shù)字量，這個時候就可以通過單片機編程對這些數(shù)據(jù)進行處理，比如說進行語音數(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)摸轉換電路凌陽SPCE061A單片機自帶雙通道DAC音頻輸出，DACDAC2轉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，以驅動喇叭放音，放大電路如圖54(只列出DAC1,DAC2類似)，這為單片機的音頻設計提供了極大方便。在它們后面接一個簡單的音頻放大電路和喇叭即可實現(xiàn)語音播報功能。 數(shù)模轉換電路 按鍵、LED和復位電路此電路主要是對電源和睡眠指示作用以及復位重新訓練小車等作用如圖示。 LED電路 復位電路 下載線接口電路和在線調制電路此電路主要是下載程序代碼和在線調試程序，為其那片機提供靈魂。 MCU連接電路微處理電路即其小系統(tǒng)電路如圖58所示，也是整個設計的核心部分，此單片機是16位單片機具