【正文】 。同時(shí)，該單片機(jī)的 MIC_ADC 通道具有自動(dòng)增益功能，使語(yǔ)音信號(hào)的采集更加方便。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告用紙 第 2 頁(yè) 共 58 頁(yè) 1 SPCE061A 單片機(jī) SPCE061A 芯片簡(jiǎn)介 SPCE061A 是凌陽(yáng)科技研發(fā)生產(chǎn)的性價(jià)比很高的一款 16位 單片機(jī)，使用它可以非常方便靈活的實(shí)現(xiàn)語(yǔ)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(dòng)增益電路 ,用于錄音。 SPCE061A 片內(nèi)還集成了一個(gè) ICE（在線仿真電路）接口，使得對(duì)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(yáng)科技提供的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（ unSP IDE）可以對(duì)芯片進(jìn)行仿真；而程序的下載（燒寫(xiě)）也是通過(guò)該接口進(jìn)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(yáng)科技的在線調(diào)試器、簡(jiǎn)易下載器。以識(shí)別單位分，有孤立詞識(shí)別、音素識(shí)別、音節(jié)識(shí)別、孤立句識(shí)別、連接詞識(shí)別、連續(xù)語(yǔ)音識(shí)別和語(yǔ)音理解等 ； 以識(shí)別規(guī)模分，有小詞匯量（ 10～ 50 個(gè)）、中詞匯量（ 50～ 200 個(gè)）、大詞匯量（ 200以上）等孤立詞識(shí)別，在所有的情況下，語(yǔ)音識(shí)別的識(shí)別率都隨單詞量的增加而下降；以服務(wù)對(duì)象分，有特定講話人（ SD）和非特定人（ SI 即無(wú)論是誰(shuí)的聲音都能夠識(shí)別）；以識(shí)別方法分，有模板匹配法、隨機(jī)模型法和概率語(yǔ)法分析方法。 每幀語(yǔ)音通過(guò)特征提取后，可以得到一個(gè) n維的特征矢量，該矢量可以看作是 n 維特征空間的一個(gè)點(diǎn)。而整個(gè)識(shí)別系 統(tǒng)的每個(gè)字音都具有其特定的碼本。 由于同一個(gè)人對(duì)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(duì)瞬時(shí)速度上必然存在一定的差異。 在 DTW 中，由于局部?jī)?yōu)化問(wèn)題的計(jì)算結(jié)果不需要重新計(jì)算，因而實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常簡(jiǎn)單。由于美國(guó)貝實(shí)驗(yàn)室的 Rbanier 等人在 20 世紀(jì) 80年代中期，對(duì)隱馬爾可夫模型深入淺出的介紹，才使世界各國(guó)從事語(yǔ)音信號(hào)處理的研究人員了解和熟悉，進(jìn)而成為一個(gè)公認(rèn)的研究熱點(diǎn)，也是目前語(yǔ)音識(shí)別等的主流研究途徑。 HMM 用隱含的狀態(tài)對(duì)應(yīng)于 聲學(xué)層各相對(duì)穩(wěn)定的發(fā)音單位，在生成一個(gè)單詞時(shí)，系統(tǒng)不斷地由一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)狀態(tài)，每一個(gè)狀態(tài)都產(chǎn)生一個(gè)輸出，直至整個(gè)單詞輸出完畢。這些不同的識(shí)別方法從不同角度利用 語(yǔ)音的某些特性、人腦的感知 過(guò)程、光驗(yàn)知識(shí)規(guī)律等信息進(jìn)行識(shí)別，起到了良好的作用。音樂(lè)與語(yǔ)音相對(duì)更規(guī)范一些，是符號(hào)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(chǔ)及 D/A 做成相應(yīng)的模塊，每個(gè)模塊都有其應(yīng)用程序接口 API，要實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音處理，只用了解每個(gè)模塊所要實(shí)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(guò)對(duì)信號(hào)趨 勢(shì)的預(yù)測(cè)和冗余信息處理，進(jìn)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(chēng)為聲源編碼，是將信源信號(hào)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(jìn)行傳輸。 壓縮分為無(wú)損壓縮和有損壓縮。凌陽(yáng)壓縮算法中 SACM_A20 SACM_S480、 SACM_S240 主要是用來(lái)放音，可用于語(yǔ)音提示，而 DVR 則用來(lái)錄音。 語(yǔ)音識(shí)別 API[2]介紹： BSR _Init Recognizer(int Audio Source)；初始化識(shí)別器 BSR _Train(int Word ID, int Train Mode)；語(yǔ)音訓(xùn)練 BSR _Delete SD Group(int SD Group No)；清除內(nèi)存 BSR _Pause Recognizer()；暫停識(shí)別，但不釋放中斷等資源 BSR _Resume Recognizer()；恢復(fù)被暫停的識(shí)別 BSR _Get Recognizer Score()；獲得識(shí)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(yǔ)音與特征模型的匹配度越高 BSR _Enable CPU Indicator()；開(kāi)啟 CPU 狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能。 返回值： 0：語(yǔ)音模塊初始化失敗。 參數(shù)： 無(wú) 返回值： 無(wú) 備注： 播放語(yǔ)音文件中數(shù)據(jù)，當(dāng)出現(xiàn) FF FF FFH 數(shù)據(jù)時(shí)便停止播放。 2. 通過(guò) 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(jì) (論文 )報(bào)告用紙 第 12 頁(yè) 共 58 頁(yè) 3 系統(tǒng) 硬件 方案設(shè)計(jì) 方案 總體 介紹 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 31 示 。 小車(chē)的運(yùn)動(dòng)控制采用語(yǔ)音控制和中斷定時(shí)控制相結(jié)合，通過(guò)語(yǔ)音觸發(fā)小車(chē)動(dòng)作，小車(chē)動(dòng)作之后，隨時(shí)可以通過(guò)語(yǔ)音指令改變小車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)左輪電機(jī)轉(zhuǎn)速高于右輪電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)小車(chē)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(guò)對(duì)32768Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘源分頻而提供了多種實(shí)時(shí)時(shí)鐘中斷源。用戶可以通過(guò)對(duì)P_SystemClock單元編程完成對(duì)系統(tǒng)時(shí) 鐘和 CPU時(shí)鐘頻率的定義。 CPU被喚醒后默認(rèn)的時(shí)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(dòng)復(fù)位。 SPY0029 是凌陽(yáng)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)。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(yǔ)音的播放。 61 板為 Probe 和 EZ_Probe 各自提供了一組接口，可通 過(guò) S5 跳線來(lái)選擇使用的接口類(lèi)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(yáng)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(guò)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(xiě)。對(duì)應(yīng)的引腳中 1 36 和 7 必須為 , 對(duì)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(guò)跳線 J5 來(lái)控制。 5V 電壓再通過(guò) SPY0029 穩(wěn)壓到。 復(fù)位是對(duì) 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(jì) (論文 )報(bào)告用紙 第 20 頁(yè) 共 58 頁(yè) 電機(jī)控制模塊 電機(jī)控制模塊是整個(gè)控制板的核心內(nèi)容，也是整個(gè)語(yǔ)音控制小車(chē)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(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，控制板原理圖如圖 。 電源的附近接上兩個(gè)一大一小的電容，以達(dá)到濾波的效果。 如圖所示， H 橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括 4 個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī)。例如，如圖 所示，當(dāng) Q1 管和 Q4 管導(dǎo)通時(shí)，電流就從電源正極經(jīng) Q1 從左至右穿過(guò)電機(jī)，然后再經(jīng)Q4 回到電源負(fù)極。當(dāng)三極管 Q2 和 Q3 導(dǎo)通時(shí)，電流將從右至左流過(guò)電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)沿另一方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)周?chē)募^表示為逆時(shí)針?lè)较颍；谏鲜鲈颍趯?shí)際驅(qū)動(dòng)電路中通常要用硬件電路方便地控制三極管的開(kāi)關(guān)。（與本節(jié)前面的示意圖一樣，圖 所示也不是一個(gè)完整的電路圖，特別是圖中與門(mén)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。可以方便的驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，或一個(gè)兩 相步進(jìn)電機(jī)。輸出電流可達(dá) 2． 5 A，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。 EnA， EnB 接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。同為低電平電機(jī)停止，同為高電平電機(jī)剎停。同理 VI＜ VRBF1 時(shí)，電機(jī)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(qiáng)在 VA， VB 所確定范圍之間 電機(jī)停轉(zhuǎn)（注意 VB＜ VRBF1＜ VA，如果不在這個(gè)范圍內(nèi)，系統(tǒng)不穩(wěn)定）。由上面可知，框圖 1 控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，框圖 2 控制爐體壓強(qiáng)的紋波大小。長(zhǎng)延時(shí)電路可把這兩種狀態(tài)區(qū)分出來(lái)。 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(shí)間， U7 在 C1充電后輸出低電平由與門(mén) U8 輸入到 L298N的 6 腳 ENA 端使電機(jī)停止。以下是小車(chē)的運(yùn)行對(duì)照說(shuō)明表。必要時(shí)還要有對(duì)應(yīng)的輸入端設(shè)置和 PWM 端口設(shè)置等。如果辨識(shí)結(jié)果為動(dòng)作指令小車(chē)會(huì)語(yǔ)音告知相應(yīng)動(dòng) 桂林電子科技大學(xué)。程序一開(kāi)始判斷小車(chē)是否被訓(xùn)練過(guò)，如果沒(méi)有訓(xùn)練過(guò)則要求對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練，并且會(huì)在訓(xùn)練成功之 后將訓(xùn)練的模型存儲(chǔ)到 Flash，在以后使用時(shí)不需要重新訓(xùn)練；如果已經(jīng)訓(xùn)練過(guò)會(huì)把存儲(chǔ)在Flash 中的模型調(diào)出來(lái)裝載到辨識(shí)器中。 表 輸入與小車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)照表 IOB11 IOB10 IOB9 IOB8 后電機(jī) 前電機(jī) 小車(chē) 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(jì) (論文 )報(bào)告用紙 第 27 頁(yè) 共 58 頁(yè) 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 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(yǔ)音識(shí)別小車(chē)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(shí)別部分、重訓(xùn)操作。長(zhǎng)延時(shí)電路吸收電機(jī)啟動(dòng)過(guò)流電壓波形，從而使電機(jī)正常啟動(dòng) 。 當(dāng) C1 上充電電壓，即 6 腳電壓超過(guò) 2／ 3 VCC， 555 電路復(fù)位，輸出低電平。 電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù) N 為 0，電機(jī)的電流急劇增加，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)將會(huì)使電機(jī)燒壞。 U5A 是一個(gè)比較器， Rs1 是采樣電阻， VRBF2是電機(jī)過(guò)流電壓。 （ 2）虛線框圖 2 中， U3A， U4A 兩個(gè)比較器組成雙限比較器，當(dāng) VB＜ VI＜ VA 時(shí)輸出低電平，當(dāng) VI＞ VA， VI＜ VB 時(shí)輸出高電平。 下面是 3 個(gè)虛線框圖功能： （ 1）虛線框圖 1 控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)， U1A， U2A 是比較器， VI 來(lái)自爐體壓強(qiáng)傳感器的電壓。 In3， In4 的邏輯圖與表 1 相同。 L298 可驅(qū)動(dòng) 2 個(gè)電動(dòng)機(jī)， OUT1， OUT2 和 OUT3， OUT4 之間可分別接電動(dòng)機(jī)，本實(shí)驗(yàn)裝置我們選用驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。 L298N 可接受標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號(hào) 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(hào)為 0， DIR－ R 信號(hào)為 1，并且使能信號(hào)是 1，那么三極管 Q1 和 Q4 導(dǎo)通，電流從左至右流經(jīng)電機(jī)（如圖 所示）；如果 DIR－ L 信號(hào)變?yōu)?1，而 DIR－ R 信號(hào)變?yōu)?0，那么 Q2 和 Q3 將導(dǎo)通，電流則反向流過(guò)電 機(jī)。 4 個(gè)與門(mén)同一個(gè) “使能 ”導(dǎo)通信號(hào)相接，這樣，用這一個(gè)信號(hào)就能控制整個(gè)電路的開(kāi)關(guān)。如果三極管 Q1 和 Q2 同時(shí)導(dǎo)通，那么電流就會(huì)從正極穿過(guò)兩個(gè)三極管直接回到負(fù)極。當(dāng)三極管 Q1 和 Q4 導(dǎo)通時(shí)，電流將從左至右流過(guò)電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)按特定方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)周?chē)募^指示為順時(shí)針?lè)较颍?。根?jù)不同三極管對(duì)的導(dǎo)通情況，電流可能會(huì)從左至右或從右至左流過(guò)電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。電路得名于 “H 橋驅(qū)動(dòng)電路 ”是因?yàn)樗男螤羁崴谱帜?H。電源部分：整個(gè)小車(chē)有 2 個(gè)電源信號(hào)： 4 個(gè) 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(fù)責(zé)小車(chē)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止三態(tài)控制，速度控制單元是擴(kuò)展單元，是為了適應(yīng)不同的場(chǎng)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(gè)低電平就可令其復(fù)位。此時(shí)整個(gè)板子只有 電壓， I/O 端口電壓此時(shí)只有一種選擇。 5V 直流電壓直接通過(guò) SPY0029（相當(dāng)于一般 穩(wěn)壓器）穩(wěn)壓到 ，為整個(gè) 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(gè)分別是地（ VSS）和 電源（ VCC）。 /輸 出接口 正如我們?cè)谇懊娼榻B的 61 板具有強(qiáng)大的語(yǔ)音處理功能，如圖 所示， X1 是語(yǔ)音的 MIC 輸入端，帶自動(dòng)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。