【文章內(nèi)容簡介】 數(shù)轉(zhuǎn)換接口 ■ SPI 接口 ■ IIS 數(shù)字音頻輸入 /輸出接口 ■ 10M 以太網(wǎng)接口 ■ 4個板上輕觸鍵外部中斷或 I/O 輸入 ■ 4個 LED指示燈及 2個電源指示燈 ■ EXBUS 全擴展接口 6 電路方框圖及說明 主控元件采用凌陽 SPCE061A 單片機，屬于凌陽 u‘ 16 位結(jié)構(gòu)的微控制器。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(diào)試等功能， SPCE061A 里只內(nèi)嵌 32K 字的閃存（ FLASH），但用在此系統(tǒng)上已經(jīng)綽綽有余。較高的處理速度使 u‘ 、快速地處理復雜的數(shù)字信號。因此以 u‘ 核心的 SPCE061A 微控制器也適用在數(shù)字語音識別應(yīng)用領(lǐng)域。 SPCE061A 在 ~ 工作電壓范圍內(nèi)的工作速度范圍為 ~，較高的工作速度使其應(yīng)用領(lǐng)域更加拓寬。 2K 字 SRAM 和 32K 字 FLASH 僅占一頁存儲空間， 32位可編程的多功能 I/O 端口；兩個 16 位定時器 /計數(shù)器； 32768Hz 實時時鐘；低電壓復位 /監(jiān)測功能； 8通道 10位模 數(shù)轉(zhuǎn)換輸入功能并具有內(nèi)置自動增益控制功能的麥克風輸入方式；雙通道 10 位 DAC 方式的音頻輸出功能，這就為本系統(tǒng)的特定人辨識和語音播報打下了基礎(chǔ)。 各部分電路設(shè)計 SPCE061A I/O 圖 為了要模擬機器人說話，因此要加入聲音與閃光同步，即說活時頭部燈同時閃亮。機器人頭內(nèi)部安裝一個 LED 燈，當 IOB1 有輸出時， LED 燈閃亮。 AT89S51 I/O 圖 機器人下肢行走時是由一個直流電機驅(qū)動，而凌陽 SPCE061A 單片 機的輸出電流只有 10mA 左右，而直流電機的額定電流是大于 1A，因此用一個 L289IC 來驅(qū)動直流電機，下面是接線圖。 麥克錄音輸入及 AGC 電路 凌陽的 SPCE061A 是 16 位單片機，具有 DSP 功能，有很強的信息處理能力，最高時鐘可達到 49M，具備運算速度高的優(yōu)勢等等，這為語音的播放、錄放、合成及辨識提供了條件。本系統(tǒng)接入 MIC電路如圖示， MIC 為錄制語音辨識命令服務(wù)。 下圖是簡化的語音識別原理如圖 ，其中實線部分成為訓練模塊，虛線部分為識嵌入式 Linux 遠程控制機器人 7 別模塊。辨認特定的使用者即特定語者 (Speaker Dependent， SD)模式，使用者可針對特定語者辨認詞匯 (可由使用者自行定義，如人名聲控撥號 )，即在啟動小車前，系統(tǒng)將會提示輸入語音命令作簡單快速的訓練紀錄，在這里輸入“啟動”“停止”“返回”和“模式切換”四個語音命令，通過使用者的聲音特性來加以辨認。隨著技術(shù)的成熟，進入語音適應(yīng)階段 SA(speaker adaptation),使用者只要對于語音辨識核心，經(jīng)過一段時間的口音訓練后，即可擁有不錯的辨識率。 注：此圖中的實線部分成為訓練模塊，虛線部分為識別模塊 圖 語音識別原理圖 電路語音播報電路 音頻部分的原理圖 所示，在圖 9 中可以看到兩個跳線，其作用在于可以測量 DAC的輸出波形；另外拔掉跳線，可以斷開 DAC到喇叭放大的通路，使得 DAC 通道處于開路狀態(tài)。這樣便于用 DAC 做其他用途，用戶可以用過這個跳線來加入自己的外圍電路。 凌陽音頻壓縮算法根據(jù)不同的壓縮比分為以下幾種： SACMA2020：壓縮比為 8:１， 8:， 8: SACMS480： 壓縮比為 80:3， 80: SACMS240： 壓縮比為 80: 按音質(zhì)排序： A2020S480S240 用凌陽 Compress Tool 事先把所需要的語音信號錄制好，本系統(tǒng)共包括十多個語音資源，整個語音信號經(jīng)凌陽 SACM_S480 壓縮算法壓縮只占有 存儲空間， SPCE061A圖注：小五號宋體，置于圖題之上 8 單片機具有 32k 閃存，使用內(nèi)部 flash 即可滿足要求。凌陽 SPCE061A 單片機自帶雙通道 DAC 音頻輸出， DAC DAC2 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)動喇叭放音，放大電路如圖 9(只列出了 DAC1,DAC2 類似 )，這為單片機的音頻設(shè)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，音頻的具體功能主要通過程序來實現(xiàn)。 圖 音頻原理圖 聲音是一種很難識別的信號，同一個字在不同的人口里發(fā)出來會出現(xiàn)不同波長和振幅，如圖 ，因此要看硬件的精度有多高確定識別聲音的精度。 圖 聲音波形圖 語音識別電路 凌陽的 SPCE061A 是 16 位單片機，具有 DSP 功能，有很強的信息處理能力，最高時鐘頻率可達到 49MHz，具備運算速度高的優(yōu)勢等等，這些都無疑為語音的播放、錄放、合成 及辨識提供了條件。 凌陽壓縮算法中 SACM_A20 SACM_S480、 SACM_S240 主要是嵌入式 Linux 遠程控制機器人 9 用來放音，可用于語音提示，而 DVR 則用來錄放音。 對于語音辨識主要有以下兩種： （ 1）特定發(fā)音人識別 SD（ Speaker Dependent）：是指語音樣板由單個人訓練， 也只能識別訓練人的語音命令，而他人的命令識別率較低或幾乎不能識別。 （ 2）非特定發(fā)音人識別 SI（ Speaker Independent）：是指語音樣板由不同年齡、不同性別、不同口音的人進行訓練，可以識別一群人的命令。 圖 語 音識別電路圖 10 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 系統(tǒng)開發(fā)模式 前后臺模式：分為前臺程序 (任務(wù)級 )和后臺程序（事件處理級）。其中中斷服務(wù)子程序（ Interrupt Service Routine,ISR）負責處理異步事件屬于前臺程序 (Foreground)，而后臺程序（ Background）一般是一個無限的循環(huán)，負責管理整個嵌入式系統(tǒng)軟硬件資源的分配，管理以及任務(wù)的調(diào)度，是一個管理調(diào)度程序。 系統(tǒng)總流程圖 圖 系統(tǒng)總流程圖 嵌入式 Linux 遠程控制機器人 11 模塊設(shè)計 聲音播放模塊 凌陽的 SPCE061A 播放 聲音時，先將聲音資源以隊列的形式存放（順序存放在32Kflash 中），每個資源都有一個地址（編號），然后在調(diào)用播放子函數(shù)時進行中斷聲音取資源地址（ FIQ 快速中斷），進行播放。 播放流程圖 圖 播放流程圖 12 播放中斷程序圖 圖 播放中斷程序圖 聲音識別模塊 SPCE061 的特定語者辨識 SD（ Speaker Dependent）， SD 即語音樣板由單個人訓練，也只能識別訓練某人的語音命令，而他人的命令識別率較低或幾乎不能識別。 語音辨識的一個整體框圖 圖 語音辨識圖 在程序中我們通過語句的訓練演示特定人連續(xù)音識別，訓練完畢開始辨識當識別出觸發(fā)名稱后，開始發(fā)布命令，則會聽到自己設(shè)置的應(yīng)答。 嵌入式 Linux 遠程控制機器人 13 LED 閃亮與下肢行走模塊 SPCE061A 提供了位控制結(jié)構(gòu)的 I/O 端口，每一位都可以被單獨定義用于輸入或輸出數(shù)據(jù)。通常，對某一位的設(shè)定包括以下 3個基本項：數(shù)據(jù)向量 Data、屬性向量 Attribution和方向控制向量 Direction。 3 個端口內(nèi)每個對應(yīng)的位組合在一起，形成一個控制字，用來定義相應(yīng) I/O 口位的輸入輸出狀態(tài)和方式。例如，假設(shè)需要 IOA0 是下拉 輸入管腳，則相應(yīng)的 Data、 Attribution 和 Direction 的值均被置為“ 0”。如果需要 IOA1 是帶喚醒功能的懸浮式輸入管腳，則 Data、 Attribution 和 Direction 的值被置為“ 010”。與其它的單片機相比，除了每個 I/O 端口可以單獨定義其狀態(tài)外，每個對應(yīng)狀態(tài)下的 I/O端口性質(zhì)電路都是內(nèi)置的，在實際的電路中不需要再次外接。例：設(shè)端口 A口為帶下拉電阻的輸入口，在連接硬件時無需在片外接下拉電路。此模塊用到 IOB 口（與 A同理）。 圖 下肢行走模塊圖 Qt/Embedded 和 Qtopia 介紹及其開發(fā)環(huán)境的建立 目前嵌入式 Linux 的主流 GUI 系統(tǒng)主要有 MiniGUI、 Microwindows、 OpenGUI、Qt/Embedded，這些 GUI 在接口定義、體系結(jié)構(gòu)、功能特性存在很大差別，采取的技術(shù)路線也有所不同。 MiniGUI 是建立在比較成熟的圖形引擎之上，開發(fā)的重點在于窗口系統(tǒng)，其小巧精致并且盡量與 Win32 兼容。 MicroWindows 目前開發(fā)的重點在底層的圖形引擎，窗口系統(tǒng)和圖形接口方面功能比較欠缺，與 Win32 和 X Windows 窗口系統(tǒng)保持兼容，提供了相對完善 的圖形功能。 OpenGUI 基于一個用匯編實現(xiàn)的 x86 圖形內(nèi)核，提供了一個高層的 C/C++圖形 /窗口接口，它的資源消耗小，可移植性差，不支持多進程。 14 Qt/Embedded 是一個多平臺的 C++圖形用戶界面應(yīng)用程序框架，其對象容易擴展，可