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正文內(nèi)容

基于凌陽單片機(jī)的語音遙控小車(已修改)

2025-07-05 08:54 本頁面
 

【正文】 1 引言 研究的背景及意義從這些數(shù)字可以看出,高科技含量的電子玩具已經(jīng)成為玩具行業(yè)發(fā)展的主流,發(fā)展科技型玩具是必然趨勢,不僅世界大玩具公司爭相開發(fā),世界電腦巨頭微軟、英特爾、IBM等,世界電器霸主松下、東芝、索尼也都垂青電子玩具,自己或與玩具廠商合作應(yīng)用半導(dǎo)體技術(shù)、數(shù)碼技術(shù)于玩具開發(fā)。他們把這叫做“面向明天的玩具”。 美國麻省理工學(xué)院就得到迪斯尼等四家大公司資助數(shù)百萬美元的研究開發(fā)經(jīng)費(fèi)。科技、教育與玩具制造業(yè)的結(jié)合,將會(huì)是玩具業(yè)在技術(shù)上的又一次革命,將使玩具更可愛、更吸引人 [1] 。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展根據(jù)美國玩具協(xié)會(huì)的調(diào)查統(tǒng)計(jì),近年來全球玩具銷量增幅與全球平均GDP增幅大致相當(dāng)。而全球玩具市場的內(nèi)在結(jié)構(gòu)比重卻發(fā)生了重大變化:傳統(tǒng)玩具的市場比重在逐步縮水,高科技含量的電子玩具則蒸蒸日上。美國玩具市場的高科技電子玩具的年銷售額2004年較2003年增長52%,而傳統(tǒng)玩具的年銷售額僅增長3%。英國玩具零售商協(xié)會(huì)選出的2001年圣誕最受歡迎的十大玩具中,七款玩具配有電子元件 [2] 。近幾年,歐洲電子玩具大幅增長[3] 。在英國,電子類玩具將成為英國增長最快和市場最大的玩具,2007年英國玩具市場將達(dá)到61億歐元;在德國,技術(shù)性玩具,如建筑、車輛和電子訓(xùn)練等玩具比其他歐洲國家更加流行[4] 。 可行性分析本設(shè)計(jì)的核心是凌陽的16位單片機(jī)(SPCE061A)。該單片機(jī)采用凌陽最新推出的181。’nSP 16 位微處理器內(nèi)核(以下簡稱181。’nSP)。SPCE061A內(nèi)嵌32K字(Word)閃存(FLASH),2K字(Word)SRAM,有多達(dá)十四個(gè)的中斷源等豐富的片內(nèi)資源。CPU最高可工作在49MHz的主頻下,較高的處理速度使181?!痭SP能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào),這使得SPCE061A具有靈活的語音處理能力??梢圆シ臩ACM A2000和SACM S480等格式的語音資料,而且還可以配置外部存儲(chǔ)器,可以存儲(chǔ)很長的聲音段。其兩個(gè)音頻DAC輸出口可以接喇叭,發(fā)聲系統(tǒng)很容易實(shí)現(xiàn)。該單片機(jī)擁有兩個(gè)16位的I/O口,對(duì)于系統(tǒng)要求的顯示時(shí)間、外接鍵盤、外接存儲(chǔ)器完全可以滿足。擁有14個(gè)中斷源,9個(gè)中斷向量,2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)是SPCE061A可以完成大量中斷子程序,方便系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。以上所述SPCE061A可以滿足該設(shè)計(jì)的要求。 借助于 SPCE061A的語音特色,我們開發(fā)出了這款語音控制小車。[5]小車不僅具有前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)停車等基本功能;同時(shí)配合 SPCE061A的語音特色,實(shí)現(xiàn)語音控制功能。2 語音控制小車設(shè)計(jì)要求 功能要求 語音控制小車是凌陽大學(xué)計(jì)劃推出的基于 SPCE061A 的代表性興趣產(chǎn)品,它配合 61 板推出,綜合應(yīng)用了 SPCE061A的眾多資源,打破了傳統(tǒng)教學(xué)中單片機(jī)學(xué)習(xí)枯燥和低效的現(xiàn)狀。小車采用語音識(shí)別技術(shù),可通過語音命令對(duì)其行駛狀態(tài)進(jìn)行控制。 語音控制小車的主要功能: 1. 可以通過簡單的 I/O操作實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)功能; 2. 配合 SPCE061A的語音特色,利用系統(tǒng)的語音播放和語音識(shí)別資源,實(shí)現(xiàn)語音控制的功能; 3. 可以在行走過程中聲控改變小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài); 4. 在超出語音控制范圍時(shí)能夠自動(dòng)停車。 功能說明1. 小車運(yùn)動(dòng)控制: 通過 SPCE061A的 I/O端口,驅(qū)動(dòng)控制板的 H橋電路,進(jìn)而控制前輪電機(jī)和后輪電機(jī)。 2. 聲控功能: 利用特定人語音識(shí)別實(shí)現(xiàn)小車的名稱和動(dòng)作訓(xùn)練,并根據(jù)相應(yīng)的語音指令輸入執(zhí)行前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停車等動(dòng)作。 3. 定時(shí)控制功能: 利用時(shí)基定時(shí)器設(shè)定運(yùn)行時(shí)間,小車運(yùn)行同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器,時(shí)間到小車停止運(yùn)行。車體:雙電機(jī)兩輪驅(qū)動(dòng) 供電:電池(四節(jié) AA:4 或 4) 注:由于語音信號(hào)的不確定性,語音識(shí)別的過程會(huì)出現(xiàn)一定的誤差和不準(zhǔn)確性; 由于小車行動(dòng)比較靈活,速度比較快,在使用時(shí)一定要注意保持場地足夠大,且保證不會(huì)對(duì)周圍的物體造成傷害; 不要讓小車長時(shí)間運(yùn)行在堵轉(zhuǎn)狀態(tài)(堵轉(zhuǎn)狀態(tài):由于小車所受阻力過大,造成小車電機(jī)加電但并不轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象),這樣會(huì)造成很大的堵轉(zhuǎn)電流,有可能會(huì)損壞小車的控制電路。可以自行添加各種傳感器,實(shí)現(xiàn)避障、循跡、跟蹤等功能。3 芯片特性簡介 SPCE061A簡介 隨著單片機(jī)功能集成化的發(fā)展,其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸地由傳統(tǒng)的控制,擴(kuò)展為控制處理、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)字信號(hào)處理(DSP,Digital SignalProcessing)等領(lǐng)域。凌陽的16位單片機(jī)就是為適應(yīng)這種發(fā)展而設(shè)計(jì)的。它的CPU內(nèi)核采用凌陽最新推出的181?!痭SP?(Microcontroller and Signal Processor)16位微處理器芯片(以下簡稱181?!痭SP?)。圍繞181。’nSP?所形成的16位181。’nSP?系列單片機(jī)(以下簡稱181。’nSP?家族)采用的是模塊式集成結(jié)構(gòu),它以181?!痭SP?內(nèi)核為中心集成不同規(guī)模的ROM、RAM和功能豐富的各種外設(shè)接口部件。 181?!痭SP?家族的模塊式結(jié)構(gòu)181。’nSP?內(nèi)核是一個(gè)通用的核結(jié)構(gòu)。除此之外的其它功能模塊均為可選結(jié)構(gòu),亦即這種結(jié)構(gòu)可大可小或可有可無。借助這種通用結(jié)構(gòu)附加可選結(jié)構(gòu)的積木式的構(gòu)成,便可形成各種不同系列派生產(chǎn)品,以適合不同的應(yīng)用場合。這樣做無疑會(huì)使每一種派生產(chǎn)品具有更強(qiáng)的功能和更低的成本。181?!痭SP?家族有以下特點(diǎn): 體積小、集成度高、可靠性好且易于擴(kuò)展181?!痭SP?家族把各功能部件模塊化地集成在一個(gè)芯片里,內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu),因而減少了各功能部件之間的連線,提高了其可靠性和抗干擾能力。另外,模塊化的結(jié)構(gòu)易于系統(tǒng)擴(kuò)展,以適應(yīng)不同用戶的需求。 具有較強(qiáng)的中斷處理能力181?!痭SP?家族的中斷系統(tǒng)支持10個(gè)中斷向量及10余個(gè)中斷源,適合實(shí)時(shí)應(yīng)用領(lǐng)域。 高性能價(jià)格比181?!痭SP?家族片內(nèi)帶有高尋址能力的ROM、靜態(tài)RAM和多功能的I/O口。另外,181?!痭SP?的指令系統(tǒng)提供具有較高運(yùn)算速度的16位16位的乘法運(yùn)算指令和內(nèi)積運(yùn)算指令,為其應(yīng)用增添了DSP功能,使得181?!痭SP?家族運(yùn)用在復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理方面既很便利,又比專用的DSP芯片廉價(jià)。 功能強(qiáng)、效率高的指令系統(tǒng)181?!痭SP?指令系統(tǒng)的指令格式緊湊,執(zhí)行迅速,并且其指令結(jié)構(gòu)提供了對(duì)高級(jí)語言的支持,這可以大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)時(shí)間。 低功耗、低電壓181?!痭SP?家族采用CMOS制造工藝,同時(shí)增加了軟件激發(fā)的弱振方式、空閑方式和掉電方式,極大地降低了其功耗。另外,181。’nSP?家族的工作電壓范圍大,能在低電壓供電時(shí)正常工作,且能用電池供電。這對(duì)于其在野外作業(yè)等領(lǐng)域中的應(yīng)用具有特殊的意義?!PCE061A是一款 16 位μ39。nSP結(jié)構(gòu)的微控制器。該芯片帶有硬件乘法器,能夠?qū)崿F(xiàn)乘法運(yùn)算、內(nèi)積運(yùn)算等復(fù)雜的運(yùn)算。它不僅運(yùn)算能力強(qiáng),而且處理速度快,單周期最高可以達(dá)到 49MHz。SPCE061A 內(nèi)嵌 32K 字的 FLASH 程序存儲(chǔ)器以及 2K 的SRAM。同時(shí)該 SOC 芯片具有 ADC 和 DAC 功能[6],其 MIC_ADC 通道帶有AGC自動(dòng)增益環(huán)節(jié),能夠輕松將語音信號(hào)采集到芯片內(nèi)部,兩路 10 位的電流輸出型DAC,只要外接一個(gè)功放就可以完成聲音的播放。以上介紹的這些硬件資源使得該SPCE061A 能夠單芯片實(shí)現(xiàn)語音處理功能[7] 。為實(shí)現(xiàn)語音播報(bào)功能SPCE061A精簡開發(fā)板是最主要的部分,所有的設(shè)計(jì)都是圍繞它展開的,它為播報(bào)的實(shí)現(xiàn)提供了理論基礎(chǔ)。SPCE061A精簡開發(fā)板(簡稱61板),是以凌陽16位單片機(jī)SPCE061A精簡開發(fā)-仿真-實(shí)驗(yàn)板,大小相當(dāng)于一張撲克牌,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、音頻電路(含MIC輸入部分和DAC音頻輸出部分)、復(fù)位電路等,采用電池供電,方便隨身攜帶!使我們在掌握軟件的同時(shí),熟悉單片機(jī)硬件的設(shè)計(jì)制作,鍛煉我們的動(dòng)手能力,也為單片機(jī)學(xué)習(xí)者和開發(fā)者創(chuàng)造了一個(gè)良好的學(xué)習(xí)條件和開發(fā)新產(chǎn)品的機(jī)會(huì)!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[8]。61板上的主要功能模塊如下: SPCE061A單片機(jī)最小系統(tǒng)外圍電路模塊; 電源輸入模塊; 音頻電路(DAC音頻功放輸出)模塊; 按鍵模塊; I/O端口接口模塊; 調(diào)試、下載接口模塊;16位181?!痭SP?微處理器;電壓(CPU) ~ (I/O) ~;時(shí)鐘:~ ;內(nèi)置2K字SRAM;內(nèi)置32K FLASH;可編程音頻處理;晶體振蕩器;系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時(shí)鐘處于停止?fàn)顟B(tài)),耗電僅為2181。A@;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(數(shù)模轉(zhuǎn)換)輸出通道;32位通用可編程輸入/輸出端口;14個(gè)中斷
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