【導(dǎo)讀】語(yǔ)音識(shí)別是一門交叉學(xué)科，正逐步成為信息技術(shù)中人機(jī)接口的。音識(shí)別系統(tǒng)和以專用芯片為核心的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)。本課題主要闡述了一種。陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)的語(yǔ)音遙控小車。論文同時(shí)介紹了凌陽(yáng)公司提供的集成開發(fā)環(huán)境µ?用已有的語(yǔ)音識(shí)別算法，根據(jù)語(yǔ)音命令實(shí)現(xiàn)了小車運(yùn)動(dòng)方向的控制。較快的運(yùn)算速度、較高的識(shí)別率，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的語(yǔ)音識(shí)別。提示功能為人機(jī)交流提供了一個(gè)良好的界面。

　　

【正文】 A PLCC84 封裝排列圖 圖 SPCE061A PLCC84 正反面實(shí)物圖 在 PLCC84 封裝中，有 15 個(gè)空 余腳，用戶使用時(shí)這 15 個(gè)空余腳懸浮。在 LQFP80封裝中有 9 個(gè)空余腳，用戶使用時(shí)這 9 個(gè)空余腳接地。表 以 LQFP80 封裝管腳功能介紹。 管腳名稱 管腳編號(hào) 類型 描述 IOA[15： 8] 4639 輸入輸出 IOA[15： 8]：雙向 IO 端口 IOA[7： 0] 3427 輸入輸出 IOA[7： 0]：通過編程，可設(shè)置成喚醒腳 IOA[6： 0]：與 ADC Linein 輸入共用 IOB[15： 11] IOB10 IOB9 IOB8 IOB7 5054 57 58 59 60 輸入輸出 輸入輸出 輸入輸出 輸入輸出 輸入輸出IOB[15： 11]：雙向 IO端口。 IOB100除用做作普通的 IO 端口，還可作為： IOB10：通用異步串行數(shù)據(jù)發(fā)送管腳 Tx IOB9： TimerB 脈寬調(diào)制管腳 BPWMO IOB8： TimerA 脈寬調(diào)制管腳 APWMO IOB7：通用異步串行數(shù)據(jù)發(fā)送管腳 Rx 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 管腳名稱 管腳編號(hào) 類型 描述 IOB6 IOB5 IOB4 IOB3 IOB2 IOB1 IOB0 61 62 63 64 65 66 67 輸入輸出 輸入輸出輸入輸出 輸入輸出 輸入輸出 輸入輸出 IOB6：雙向 IO 端口 IOB5：外部中斷源 EXT2 的反饋管腳 IOB4：外部中斷源 EXT1 的反饋管腳 IOB3：外部中斷源 EXT2 IOB2：外部中斷源 EXT1 IOB1：串行接口的數(shù)據(jù)傳送管腳 IOB0：串行接口的時(shí)鐘信號(hào) DAC1 12 輸出 DAC1 數(shù)據(jù)輸出管腳 DAC2 13 輸出 DAC2 數(shù)據(jù)輸出管腳 X321 2 輸入 32768Hz 晶振輸入管腳 X320 1 輸出 32768Hz 晶振輸出管腳 VCOIN 70 輸入 PLL 的 RC 濾波器連接管腳 AGC 16 輸入 AGC 的控制管腳 MICN 19 輸入 麥克風(fēng)的負(fù)向輸入管 腳 MICP 21 輸入 麥克風(fēng)的正向輸入管腳 V2VREF 14 輸出 電壓源 2V 產(chǎn)生 5mA 的驅(qū)動(dòng)電流，可以做外部 ADC 的 Linein 通道的最高參考輸入電壓，不可作為電壓源使用 MICOUT 18 輸出 麥克風(fēng) 1階放大器輸出管腳，管腳外接電阻決定 AGC 增益系數(shù) OPI 17 輸入 麥克風(fēng) 2 階放大器輸入管腳 VEXTREF 23 輸入 ADC Linein 通道的最高參考輸入電壓管腳 VMIC 25 輸出 買克風(fēng)電源 VADREF 22 輸出 AD 參考電壓 VDD 5， 69 輸入 邏輯電源 的正向電壓 VSS 10， 26， 71 輸入 邏輯電源和 IO 的參考地 VDDIO 37， 38， 56 輸入 IO 端口的正向電壓管腳 VSSIO 35， 36， 48 輸入 IO 端口的參考地 AVDD 24 輸入 模擬電路（ A/D， D/A）正向電壓 AVSS 15 輸入 模擬電路（ A/D， D/A）參考地 68 輸入 低電平有效的復(fù)位管腳 RESET SLEEP 49 輸出 睡眠模式（高電平激活） ICE 7 輸入 激活 ICE（高電平激活） ICECLK 8 輸入輸出 ICE 串行接口時(shí)鐘 管腳 ICESDA 9 輸入 ICE 串行接口數(shù)據(jù)管腳 TEST 3 輸入 測(cè)試模式時(shí)接高電平，正常模式接地 ROMT 47 輸入 測(cè)試閃爍存儲(chǔ)器，正常模式時(shí)懸浮 N/C 55 輸入 正常使用時(shí)接地 N/C 4 輸入 正常使用時(shí)接地 N/C 6 輸入 正常使用時(shí)接地 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 管腳名稱 管腳編號(hào) 類型 描述 PFUSE，PVIN【 1】 20， 11 輸入 程序保密設(shè)定腳 【 1】可將 PFUSE 接 5V, PVIN 接 GND 并維持 1s 以上即可將內(nèi)部保險(xiǎn)絲熔化，此后就無法讀取和向閃存加載數(shù)據(jù)。 表 LQFP80 管腳描述表 SPCE061A系統(tǒng) 特性參數(shù) SPCE061A 系統(tǒng)的特性參數(shù)如表 所示。 特性參數(shù) 說明 工作電壓 （ CPU） VDD 為 ，（ I/O） VDDH 為 CPU 工作頻率 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ SRAM） 2k Word SRAM 程序存儲(chǔ)器（ ROM） 32k Word FLASH Rom I/O端口 2 組 16 位可編程輸入 /輸出端口（ IOA150， IOB150） 中斷 14 個(gè)中斷源， FIQ 和 IRQ 兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)， TimerA/B 時(shí)基信號(hào)發(fā)生器，外部中斷 喚醒源 IOA70，其他中斷源 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 兩組 16位可編程定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，雙通道 PWM輸出 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器 7 通道 10 位電壓模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器（ ADC）和單通道 10 位聲音模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器（ ADC） 數(shù) /模轉(zhuǎn)換器 2 個(gè) 10 位 DAC 輸出通道 UART 1 個(gè)全雙工通用異步串行接口 SIO 1 個(gè)同步串行設(shè)備接口 節(jié)電功能 具備弱振方式和睡眠方式 WatchDog 功能 具備清除時(shí)間周期為 的看門狗 其它功能 低電壓復(fù)位、低電壓監(jiān)測(cè)、保密功能、上電復(fù)位、觸鍵喚醒、中斷控制、內(nèi)置 ICE 接口等 表 系統(tǒng)特性參數(shù)表 61 板介紹 SPCE061A精簡(jiǎn)開發(fā)板（簡(jiǎn)稱 61板），是以凌陽(yáng) 16位單片機(jī) SPCE061A為核心的精簡(jiǎn)開發(fā) 仿真實(shí)驗(yàn)板，作為單片機(jī)項(xiàng)目初期研發(fā)使用。 61板的結(jié)構(gòu)和功能 61板除了具備單片機(jī)最小系統(tǒng)電路外，還包括 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。 61板上有調(diào)試器 （ PROBE） 接口 以及下載線（ EZ_PROBE） 接口，分別可接凌陽(yáng)科技的在線調(diào)試器、簡(jiǎn)易下載線，配合 181。?nSP IDE，可方便地在板上 實(shí)現(xiàn)程序的下載、在線仿真調(diào)試。圖 61板（ ）的實(shí)物圖。 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 圖 61 板實(shí)物 圖 片 61 板的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 。 圖 61 板硬件結(jié)構(gòu)框圖 上圖中的各部分硬件說明如表 所示 名稱 說明 POWER 5V 和 供電電路 S4 復(fù)位按鍵 S5 EZ_PROBE 和 PROBE 切換的 3pin 排針 EZ_PROBE 下載線的 5pin 接口 MIC 麥克風(fēng)輸入電路 VRT A/D 轉(zhuǎn)換外部參考電壓輸入接口 K1K3 擴(kuò)展的按鍵，接 IOA0IOA2 PLL 鎖相環(huán)外 部電路 RESET 復(fù)位電路 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 名稱 說明 PROBE 在線調(diào)試器 5pin 接口 J3 2pin 喇叭插針 OSC 32768Hz 晶振電路 PORTA/B 32 個(gè) I/O 口 表 61板各部分硬件說明 61板的硬件電路大體上可分為 SPCE061A最小系統(tǒng)、電源電路、音頻電路、 ICE 接口等模塊，下面分別介紹 61板的各部分電路。 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(fù)位電路（ RESET）、指示燈（ LED）等，如圖 。 圖 SPCE061A最小系統(tǒng) （ 1）電源電路 圖 ，由電池盒提供的 SPY0029后產(chǎn)生 給整個(gè)系統(tǒng)供電。 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)太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 電流低、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、線性調(diào)整出色等特點(diǎn)。圖中的 VDDH3為 SPCE061A的 I/O電平參考，如果該點(diǎn)接 SPCE061A（ PLCC84封裝，下面的介紹中當(dāng)出現(xiàn) SPCE061A的引腳描述時(shí)，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[6]。 圖 電源電路圖 （ 2）音頻電路 音頻電路由音頻輸出和音頻輸入兩部分組成。圖 。 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。圖中的 SPY0030是凌陽(yáng)的一款音頻放大芯片，可以工作在 ，最大輸出功率可達(dá) 700mW[6]。 圖 音頻輸出電路 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(jiǎn)單，圖 61板的音頻輸入電路模塊。 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 音頻輸入模塊 （ 3） ICE 接口電路 SPCE061A芯片內(nèi)部集成了 ICE（在線仿真）接口， PC機(jī)通過 PROBE（在線調(diào)試器）或 EZ_PROBE（簡(jiǎn)易下載線）與 61板相連，就可以方便地完成程序的下載、調(diào)試等。 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。ICE接口部分電路如圖 。 圖 ICE接口電路 SPCE061A開發(fā)方法 PROBE方式 SPCE061A的開發(fā)是通過在線調(diào)試器 PROBE實(shí)現(xiàn)的。它既是一個(gè)編程器（即程序燒太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 寫器），又是一個(gè)實(shí)時(shí)在線調(diào)試器。用它可以替代在單片機(jī)應(yīng)用項(xiàng)目的開發(fā)過程中常用的軟件工具 ——硬件在線實(shí)時(shí)仿真器和程序燒寫器。它利用了 SPCE061A內(nèi)置在線仿真電路 ICE（ In Circuit Emulator）接口和 凌陽(yáng)公司的在線串行編程技術(shù)。 PROBE工作于凌陽(yáng) IDE集成開發(fā)環(huán)境軟件包下，其 5芯的仿真頭直接連接到目標(biāo)電路板上 SPCE061A相應(yīng)管腳，直接在目標(biāo)電路板上的 CPU——SPCE061A調(diào)試、運(yùn)行用戶編制的程序。 PROBE的另一頭是標(biāo)準(zhǔn) 25針打印機(jī)接口，直接連接到計(jì)算機(jī)打印口與上位機(jī)通訊，在計(jì)算機(jī)IDE集成開發(fā)環(huán)境軟件包下，完成在線調(diào)試功能。這種開發(fā)方式適合產(chǎn)品研發(fā)使用。計(jì)算機(jī)、 PROBE、用戶目標(biāo)板三者之間的連接如圖 ，在線調(diào)試器如圖 ，實(shí)物連接圖如圖 。 圖 用戶目標(biāo)板、 PROBE、計(jì)算機(jī)三者之間的連接圖 圖 在線調(diào)試器 用戶目標(biāo)板 5V 電源 (當(dāng) I/O口外接 5V 器件時(shí)用 ) 電源 32678Hz 晶振 外圍接口電路 SPCE061A VDD(15) XICE(16) ICECLK(17) ICESDA(18) VSS(19) 在線調(diào)試器 PROBE (1)VDD (2)XICE (3)ICECLK (4)ICESDA (5)VSS 25 針 計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)并行接口 PC 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 圖 PROBE方式實(shí)物連接圖 EZ_PROBE方式 將 61板上的數(shù)據(jù)緩沖電路和下載線（如圖 ）統(tǒng)稱為 EZ_PROBE，具體連接如圖。 EZ_PROBE與 PROBE不同的是在硬件連接和 IDE集成環(huán)境下需要選擇是哪一種方式進(jìn)行調(diào)試，如圖 ，其中默認(rèn)狀態(tài)下 Body Name是采用 PROBE調(diào)試，在使用下載線時(shí)一定要選擇 SPCE061AEZ_PROBE即可。但此時(shí)要注意：（ 1）要將下載線插在板子上標(biāo)注有 EZ_PROBE的位置，避免插錯(cuò)；（ 2）在使用 EZ_PROBE時(shí)，要將短路跳線將 S5的 3腳短路，下載完畢后將 S5的 3腳短路跳線拔下即可脫機(jī)運(yùn)行。這種開發(fā)方式適合學(xué)生和初學(xué)者使用。此次設(shè)計(jì)選用的是 EZ_PROBE開發(fā)方式。 圖 下載線 圖 EZ_PROBE（下載線）的硬件連接圖 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 圖 PROBE和 EZ_PROBE（下載線）的硬件連接區(qū)別 圖 PROBE和 EZ_PROBE（下載線）的軟件選 擇區(qū)別 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 第四章 SPCE061A單片機(jī)的語(yǔ)音處理 概述 隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，從單純的控制發(fā)展為控制處理、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)字信號(hào)處理等領(lǐng)域。在這樣的趨勢(shì)下，凌陽(yáng)公司推出了帶有 DSP功能的16位單片機(jī) SPCE061A。 凌陽(yáng)的 SPCE061A有很強(qiáng)的信息處理能力，它內(nèi)置了專用的 MIC輸入通道和音頻輸出 DAC，并具有較高的處理速度最高時(shí)鐘頻率可達(dá)到 49MHz，因此非常適合對(duì)音頻信號(hào)的處理，如語(yǔ)音播放、語(yǔ)音錄制等。 在本設(shè)計(jì)中需要音控小車對(duì)不同的 語(yǔ)音命令作出相應(yīng)的語(yǔ)音應(yīng)答并執(zhí)行對(duì)應(yīng)的指令，這就要求單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)語(yǔ)音的控制如放音、合成及辨識(shí)等功能。下面將從凌陽(yáng)音頻編碼算法和語(yǔ)音識(shí)別算法來介紹語(yǔ)音識(shí)別在在 SPCE061A單片機(jī)中的具體實(shí)現(xiàn)。 凌陽(yáng)常用的 音頻形式和壓縮 方 法 音頻形式和壓縮算法 凌陽(yáng) SPCE061A單片機(jī)對(duì)語(yǔ)音的處理過程如圖 。 圖 單片機(jī)對(duì)語(yǔ)音處理過程 本次設(shè)計(jì)中小車應(yīng)答所用的語(yǔ)音文件是事先由電腦制作完成后作為語(yǔ)音資源下載入單片機(jī)的 Flash存儲(chǔ)器中，再由相應(yīng)的放音程序調(diào)用相應(yīng)的語(yǔ)音資源來實(shí)現(xiàn)應(yīng)答聲的播放。 由麥克風(fēng)輸入所生成的未經(jīng)處理的音頻資源數(shù)據(jù)量很大，對(duì)于單片機(jī)來說，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸都比較困難，這使得音頻壓縮編碼成為音頻處理的重要環(huán)節(jié)。為方便用戶將SPCE061A應(yīng)用于語(yǔ)音產(chǎn)品，凌陽(yáng)公司提供了多種 音頻編解碼算法及其 API函數(shù)庫(kù)，即SACMLIB。該函數(shù)庫(kù)將 A/D、編碼、解碼、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，只需了解每個(gè)模塊所要實(shí)現(xiàn)的功能及其參數(shù)的內(nèi)容，然后調(diào)用該 API 函數(shù)即可實(shí)現(xiàn)該功能。 凌陽(yáng)音頻壓縮 算法處理的語(yǔ)音信號(hào)的范圍是 200Hz－ 。壓縮算法分類如表 。 壓縮方式 壓縮比 所應(yīng)用文件 無損壓縮 2： 14： 1 磁盤文件 有損壓縮 100： 1 音／視頻文件 表 凌陽(yáng)音頻壓縮方式分類 存儲(chǔ) 編解碼處理 D/A轉(zhuǎn)換 A/D 轉(zhuǎn)換 麥克風(fēng) 喇叭 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 凌陽(yáng)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： 8： 、 8： ； SACMS480，壓縮比為 80： 80： ； SACMS240，壓縮比為 80：。按音質(zhì)排序： A2020S480S240[9]。具體算法類型、壓縮碼率類型及采 樣率如表 。 模塊名稱 語(yǔ)音壓縮編碼率類型 編碼方法 數(shù)據(jù)采樣率 /kHz SACMA2020 16kb/s， 20kb/s， 24kb/s SUBBAND 16 SACMS480/S270 ,SACMS240/S120 SACMMS01 音樂合成（ 16kb/s， 20kb/s， 24kb/s） FM 16 SACMDVR（ A2020） 16kb/s的數(shù)據(jù)率， 8kb/s的采樣率，用于 ADC通道錄音功能 SUBBAND 16 表 SACMlib庫(kù)中模塊及算法類型 各個(gè)模塊中的子程序和函數(shù)功能都類似，僅壓縮編碼類型數(shù)據(jù)采集率不同，所以可以將每個(gè)應(yīng)用程序接口用一個(gè)共用的 API模塊來表示。在模板的 API格式中只要將其中的 Model_Index段換成表中列出的具體模塊名稱接口即可。 SCAMLib庫(kù)中相關(guān) API函數(shù)如下所示： void Model_Index_Initial(int Init_Index) //初始化 void Model_Index_ServiceLoop(void) //獲取語(yǔ)音資料，填入譯碼隊(duì)列 void Model_Index_Play(int Speech_Index,int Channel,int Ramp_Set) //播放 void Model_Index_Stop(void) //停止播放 void Model_Index_Pause(void) //暫停播放 void Model_Index_Resume(void) //暫停后恢復(fù) void Model_Index_Volume(Volume_Index) //音量控制 unsigned int Model_Index_Status(void) //獲取模塊狀態(tài) void Model_Index_InitDecode(int Channel) //譯碼初始化 void Model_Index_Decode(void) //譯碼 void Model_Index_FillQueue(unsigned int encodeddata) //填充隊(duì)列 unsigned int Model_Index_TestQueue(void) //測(cè)試隊(duì)列 Call F_FIQ_Service_Model_Index //中斷服務(wù)函數(shù) 下面分別對(duì)各個(gè)函數(shù)進(jìn)行具體介紹： （ 1）【 API 格式】 C： void Model_Index_Initial(int Init_Index) ASM： R1=[Init_Index] Call F_ Model_Index_Initial 【功能說明】 Model_Index語(yǔ)音播放之前的初始化。 【參 數(shù)】 Init_Index=0表示手動(dòng)方式； Init_Index=1則表示自動(dòng)方式。對(duì)于SACMMS01模塊， Init_Index=0， 1， 2， 3，他們 PWM音頻輸出方式，以及 DAC音頻輸出方式下 24kb/s、 20 kb/s及 16 kb/s播放率 。 【返 回 值】語(yǔ)音模塊初始化失敗返回 0，否則返回 n（ n=0， 1， 2， 3， 4， 500）代表Model_Index語(yǔ)音模塊初始化成功。 【備 注】該函數(shù)用于 Model_Index語(yǔ)音解碼的初始化。對(duì)于 SACMMS01模塊，進(jìn)行太原理工