【正文】 。同時，該單片機的 MIC_ADC 通道具有自動增益功能，使語音信號的采集更加方便。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )報告用紙 第 2 頁 共 58 頁 1 SPCE061A 單片機 SPCE061A 芯片簡介 SPCE061A 是凌陽科技研發(fā)生產(chǎn)的性價比很高的一款 16位 單片機，使用它可以非常方便靈活的實現(xiàn)語音的錄放系統(tǒng)，該芯片擁有 八路 10 位 精度的 ADC，其中 一路 為音頻轉(zhuǎn)換通道，并且內(nèi)置有 自動增益電路 ,用于錄音。 SPCE061A 片內(nèi)還集成了一個 ICE（在線仿真電路）接口，使得對芯片的編程和仿真變得非常方便，而且 ICE 接口不占用芯片上的硬件資源，結(jié)合凌陽科技提供的集成開發(fā)環(huán)境（ unSP IDE）可以對芯片進行仿真；而程序的下載（燒寫）也是通過該接口進行下載。 61 板上有調(diào)試器接口（ Probe 接口）以及下載線接口（ EZ_Probe 接口），分別可接凌 陽科技的在線調(diào)試器、簡易下載器。以識別單位分，有孤立詞識別、音素識別、音節(jié)識別、孤立句識別、連接詞識別、連續(xù)語音識別和語音理解等 ； 以識別規(guī)模分，有小詞匯量（ 10～ 50 個）、中詞匯量（ 50～ 200 個）、大詞匯量（ 200以上）等孤立詞識別，在所有的情況下，語音識別的識別率都隨單詞量的增加而下降；以服務(wù)對象分，有特定講話人（ SD）和非特定人（ SI 即無論是誰的聲音都能夠識別）；以識別方法分，有模板匹配法、隨機模型法和概率語法分析方法。 每幀語音通過特征提取后，可以得到一個 n維的特征矢量，該矢量可以看作是 n 維特征空間的一個點。而整個識別系 統(tǒng)的每個字音都具有其特定的碼本。 由于同一個人對同一字音的兩次發(fā)音，在發(fā)音速度以及字音內(nèi) 部相對瞬時速度上必然存在一定的差異。 在 DTW 中，由于局部優(yōu)化問題的計算結(jié)果不需要重新計算，因而實現(xiàn)起來非常簡單。由于美國貝實驗室的 Rbanier 等人在 20 世紀 80年代中期，對隱馬爾可夫模型深入淺出的介紹，才使世界各國從事語音信號處理的研究人員了解和熟悉，進而成為一個公認的研究熱點，也是目前語音識別等的主流研究途徑。 HMM 用隱含的狀態(tài)對應(yīng)于 聲學(xué)層各相對穩(wěn)定的發(fā)音單位，在生成一個單詞時，系統(tǒng)不斷地由一個狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另一個狀態(tài)，每一個狀態(tài)都產(chǎn)生一個輸出，直至整個單詞輸出完畢。這些不同的識別方法從不同角度利用 語音的某些特性、人腦的感知 過程、光驗知識規(guī)律等信息進行識別，起到了良好的作用。音樂與語音相對更規(guī)范一些，是符號化了的聲音。此外，聲道的數(shù)目、相應(yīng)的音頻設(shè)備也是影響音頻質(zhì)量的原因。 SPCE061A 將 A/D、編碼算法、解碼算法、存儲及 D/A 做成相應(yīng)的模塊，每個模塊都有其應(yīng)用程序接口 API，要實現(xiàn)語音處理，只用了解每個模塊所要實現(xiàn)的功能及參數(shù)的內(nèi)容，然后調(diào)用該API 函數(shù)即可。所以要通過對信號趨 勢的預(yù)測和冗余信息處理，進行資料的壓縮，這樣就可以使我們用較少的資源建立更多的信息。 （ 2） 參數(shù)編碼 [2]，參數(shù)編碼又稱為聲源編碼，是將信源信號在頻率域或其它正交變換域提取特征參數(shù)，并將其變換成數(shù)字代碼進行傳輸。 壓縮分為無損壓縮和有損壓縮。凌陽壓縮算法中 SACM_A20 SACM_S480、 SACM_S240 主要是用來放音，可用于語音提示，而 DVR 則用來錄音。 語音識別 API[2]介紹： BSR _Init Recognizer(int Audio Source)；初始化識別器 BSR _Train(int Word ID, int Train Mode)；語音訓(xùn)練 BSR _Delete SD Group(int SD Group No)；清除內(nèi)存 BSR _Pause Recognizer()；暫停識別，但不釋放中斷等資源 BSR _Resume Recognizer()；恢復(fù)被暫停的識別 BSR _Get Recognizer Score()；獲得識別結(jié)果的可信度，返回值從 4096到 4096，數(shù)值越大表示輸入語音與特征模型的匹配度越高 BSR _Enable CPU Indicator()；開啟 CPU 狀態(tài)監(jiān)測功能。 返回值： 0：語音模塊初始化失敗。 參數(shù)： 無 返回值： 無 備注： 播放語音文件中數(shù)據(jù)，當(dāng)出現(xiàn) FF FF FFH 數(shù)據(jù)時便停止播放。 2. 通過 DAC2 通道播放。 2. 僅允許音量減調(diào)節(jié)。 ⑶ 中斷服務(wù)子程序中 F_FIQ_Service_SACM_S4800 必須放在TMA_FIQ 中斷向量上。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )報告用紙 第 12 頁 共 58 頁 3 系統(tǒng) 硬件 方案設(shè)計 方案 總體 介紹 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 31 示 。 小車的運動控制采用語音控制和中斷定時控制相結(jié)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)。當(dāng)左輪電機轉(zhuǎn)速高于右輪電機轉(zhuǎn)速時小車向右轉(zhuǎn)，反之則向左轉(zhuǎn)。 61 板芯片電路圖如圖 所示。 SPCE061A通過對32768Hz實時時鐘源分頻而提供了多種實時時鐘中斷源。用戶可以通過對P_SystemClock單元編程完成對系統(tǒng)時 鐘和 CPU時鐘頻率的定義。 CPU被喚醒后默認的時鐘頻率為 Fosc/8，用戶可以根據(jù)需要調(diào)整該值。 PLL的電路框圖如圖 。 61 板本身具有上電復(fù)位功能，即只要一通電就自動復(fù)位。 SPY0029 是凌陽公司設(shè)計的電壓調(diào)整 IC，采用 CMOS工藝，具有靜態(tài)電流低、驅(qū)動能力強、線性調(diào)整出色等特點。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。 61 板為 Probe 和 EZ_Probe 各自提供了一組接口，可通 過 S5 跳線來選擇使用的接口類型。 如圖 所示。非懸浮輸入又可以設(shè)置為上拉輸入或是下拉輸入。 SPY0030 是凌陽的芯片，相當(dāng)于LM386，但是比 386 音質(zhì)好。這樣，就不需要再用仿真器和 編程器了，只要 將其 正確 連接好，就可以通過它在 PC 機上調(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。對應(yīng)的引腳中 1 36 和 7 必須為 , 對于 I/O 端口的電壓 55 75 可以是 也可以是 5V，這兩種電平的選擇通過跳線 J5 來控制。 5V 電壓再通過 SPY0029 穩(wěn)壓到。 復(fù)位是對 61 板內(nèi)部的硬件初始化。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )報告用紙 第 20 頁 共 58 頁 電機控制模塊 電機控制模塊是整個控制板的核心內(nèi)容，也是整個語音控制小車的核心部分。 控制板主要包括：接口電路、電源電路和兩路電機的驅(qū)動電路，控制板原理圖如圖 。 電源的附近接上兩個一大一小的電容，以達到濾波的效果。 如圖所示， H 橋式電機驅(qū)動電路包括 4 個三極管和一個電機。例如，如圖 所示，當(dāng) Q1 管和 Q4 管導(dǎo)通時，電流就從電源正極經(jīng) Q1 從左至右穿過電機，然后再經(jīng)Q4 回到電源負極。當(dāng)三極管 Q2 和 Q3 導(dǎo)通時，電流將從右至左流過電機，從而驅(qū)動電機沿另一方向轉(zhuǎn)動（電機周圍的箭頭表示為逆時針方向）。基于上述原因，在實際驅(qū)動電路中通常要用硬件電路方便地控制三極管的開關(guān)。（與本節(jié)前面的示意圖一樣，圖 所示也不是一個完整的電路圖，特別是圖中與門和三極管直接連接是不能正常工作的。比如常用的 L293D、 L298N、 TA7257P、 SN754410等?？梢苑奖愕尿?qū)動兩個直流電機，或一個兩 相步進電機。輸出電流可達 2． 5 A，可驅(qū)動電感性負載。 EnA， EnB 接控制使能端，控制電機的停轉(zhuǎn)。同為低電平電機停止，同為高電平電機剎停。同理 VI＜ VRBF1 時，電機反轉(zhuǎn)。根據(jù)工藝要求，我們可自行規(guī)定 VA，VB 的值，只要爐體壓強在 VA， VB 所確定范圍之間 電機停轉(zhuǎn)（注意 VB＜ VRBF1＜ VA，如果不在這個范圍內(nèi)，系統(tǒng)不穩(wěn)定）。由上面可知，框圖 1 控制電機正反轉(zhuǎn)，框圖 2 控制爐體壓強的紋波大小。長延時電路可把這兩種狀態(tài)區(qū)分出來。 U5A 輸出電平與 555 的 3 腳輸出電平經(jīng) U7 相或，如果 U5A輸出低電平大于 C1充電時間， U7 在 C1充電后輸出低電平由與門 U8 輸入到 L298N的 6 腳 ENA 端使電機停止。以下是小車的運行對照說明表。必要時還要有對應(yīng)的輸入端設(shè)置和 PWM 端口設(shè)置等。如果辨識結(jié)果為動作指令小車會語音告知相應(yīng)動 桂林電子科技大學(xué)。程序一開始判斷小車是否被訓(xùn)練過，如果沒有訓(xùn)練過則要求對其進行訓(xùn)練，并且會在訓(xùn)練成功之 后將訓(xùn)練的模型存儲到 Flash，在以后使用時不需要重新訓(xùn)練；如果已經(jīng)訓(xùn)練過會把存儲在Flash 中的模型調(diào)出來裝載到辨識器中。 表 輸入與小車的運動狀態(tài)對照表 IOB11 IOB10 IOB9 IOB8 后電機 前電機 小車 0 1 1 0 正轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 右后轉(zhuǎn) 1 0 1 0 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 左后轉(zhuǎn) 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )報告用紙 第 27 頁 共 58 頁 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)的總體程序流程 系統(tǒng)的總體程序流程如圖 41所示： 圖 41 系統(tǒng)總體程序流程圖 語音識別小車的主程序流程如圖 51 所示，分為四大部分：初始化部分、訓(xùn)練部分、識別部分、重訓(xùn)操作。長延時電路吸收電機啟動過流電壓波形，從而使電機正常啟動 。 當(dāng) C1 上充電電壓，即 6 腳電壓超過 2／ 3 VCC， 555 電路復(fù)位，輸出低電平。 電機轉(zhuǎn)數(shù) N 為 0，電機的電流急劇增加，時間過長將會使電機燒壞。 U5A 是一個比較器， Rs1 是采樣電阻， VRBF2是電機過流電壓。 （ 2）虛線框圖 2 中， U3A， U4A 兩個比較器組成雙限比較器，當(dāng) VB＜ VI＜ VA 時輸出低電平，當(dāng) VI＞ VA， VI＜ VB 時輸出高電平。 下面是 3 個虛線框圖功能： （ 1）虛線框圖 1 控制電機正反轉(zhuǎn)， U1A， U2A 是比較器， VI 來自爐體壓強傳感器的電壓。 In3， In4 的邏輯圖與表 1 相同。 L298 可驅(qū)動 2 個電動機， OUT1， OUT2 和 OUT3， OUT4 之間可分別接電動機，本實驗裝置我們選用驅(qū)動一臺電動機。 L298N 可接受標準 TTL 邏輯電平信號 VSS， VSS 可接 4． 5～ 7 V 電壓。以下是 L298N 的工作原理。如果 DIR－ L 信號為 0， DIR－ R 信號為 1，并且使能信號是 1，那么三極管 Q1 和 Q4 導(dǎo)通，電流從左至右流經(jīng)電機（如圖 所示）；如果 DIR－ L 信號變?yōu)?1，而 DIR－ R 信號變?yōu)?0，那么 Q2 和 Q3 將導(dǎo)通，電流則反向流過電 機。 4 個與門同一個 “使能 ”導(dǎo)通信號相接，這樣，用這一個信號就能控制整個電路的開關(guān)。如果三極管 Q1 和 Q2 同時導(dǎo)通，那么電流就會從正極穿過兩個三極管直接回到負極。當(dāng)三極管 Q1 和 Q4 導(dǎo)通時，電流將從左至右流過電機，從而驅(qū)動電機按特定方向轉(zhuǎn)動（電機周圍的箭頭指示為順時針方向）。根據(jù)不同三極管對的導(dǎo)通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機，從而控制電機的轉(zhuǎn)向。電路得名于 “H 橋驅(qū)動電路 ”是因為它的形狀酷似字母 H。電源部分：整個小車有 2 個電源信號： 4 個 電池電源 用于給 控制板 和 61 板工作電源， 61 板的 I/O 輸出電源。方向控制單元負責(zé)小車電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止三態(tài)控制，速度控制單元是擴展單元，是為了適應(yīng)不同的場合需求而設(shè)置的。另外，還具有外部復(fù)位電路，即在引腳 6 上外加一個低電平就可令其復(fù)位。此時整個板子只有 電壓， I/O 端口電壓此時只有一種選擇。 5V 直流電壓直接通過 SPY0029（相當(dāng)于一般 穩(wěn)壓器）穩(wěn)壓到 ，為整個 61 板提供了 和 兩種電平的電壓。 圖 中 J10 是電源接口， 61 板的內(nèi)核 SPCE061A 電壓要求為 ，而 I/O 端口的電壓可以選擇 也可以選擇 5V。 器（ PROBE）和 EZPROBE 接口 圖 中 J4 為 PROBE 的接口，該接口有 5 針，其中兩個分別是地（ VSS）和 電源（ VCC）。 /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 所示， X1 是語音的 MIC 輸入端，帶自動增益（ AGC）控制。而且該 I/O 口是可編程的，即可以設(shè)置為輸入或輸出。