【正文】 器輸入通道還內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動增益控制(AGC)功能，并且相對于其它同類型單片機(jī)相比較，還具有一系列特點和優(yōu)點： (1) 內(nèi)部集成 了 D/A 和 A/D 電路，但價格低廉，耗電量小，運算效率高，速度快 (2) 對 IO 口操作方便，可以對 32個 IO口單獨進(jìn)行設(shè)置 (3) 利用凌陽公司開發(fā)的 IDE 編譯環(huán)境，可使用標(biāo)準(zhǔn) C 語言和匯編語言進(jìn)行編程，同時可將 C語言和匯編語言相互嵌入編程，并且 IDE 具有在線仿真和脫機(jī)仿真模式，在仿真時可對 IO 口、中斷系統(tǒng)、各寄存器等數(shù)值方便的監(jiān)視 (4) 在語音處理方面有 成熟的技術(shù)和 強(qiáng)大的優(yōu)勢，凌陽公司不但提供有系統(tǒng)的語音開發(fā)API，并配套提供了齊全的說明資料供開發(fā)者使用 61 單片機(jī)的封裝有 PLCC84 和 LQFP80 兩種封裝，其中， 80 腳封裝和 它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如 圖 。在 61 板上，已集成有麥克風(fēng)錄入電路，揚聲器放音電路等完成語音功能所需的標(biāo)準(zhǔn)模塊，并且將程序下載、在線仿真、鍵喚醒等功能的電路也集成在了一塊板子上，由于 61 板的設(shè) 圖 61 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及引腳圖 計合理，性能穩(wěn)定，單獨引出的 IO口引腳方便開發(fā)，所以，本次設(shè)計直接采用了凌陽 61板作為語音功能和控制功能部分的 模塊電路使用，這樣，大大節(jié)省了硬件電路的開發(fā)時間，能將精力主要集中于實現(xiàn)語音功能的軟件開發(fā)上，也能有更充分的時間深入了解軟硬件在現(xiàn)代相關(guān)音頻處理技術(shù)方面的一些基本原理和問題。這樣，在給 61板 5V的工作電壓下，音量可達(dá)到較好效果，并且在運放前端加上了 1K的精密可調(diào)電阻可調(diào)節(jié)音量的大小。 程序下載電路： 該電路以 74HC244 實現(xiàn)，同一般單片機(jī)下載電路，在此不再詳述。 61 單片機(jī)最小系統(tǒng)： SPCE061A 的最小系統(tǒng)包括系統(tǒng)鎖相環(huán) PLL、晶振電路和復(fù)位電路，可按照 61 單片機(jī)的引腳說明進(jìn)行連接，這里不再詳述，可參看附錄的 61 板原理圖。驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計與制作是比賽機(jī)器人創(chuàng)意與實踐的重要內(nèi)容。通常機(jī)器人驅(qū)動有電氣，液壓，氣壓三種方式。機(jī)器人比賽規(guī)則通常規(guī)定采用電池供電，即直流電。直流電機(jī)外部接通直流電就能旋轉(zhuǎn)；步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動原理復(fù)雜些，必須按照一定的通電順序給電機(jī)供電，電機(jī)才能旋轉(zhuǎn)。定子是固定在機(jī)身的圓桶狀部分，一般由永磁材料或能產(chǎn)生磁場的線圈制成。轉(zhuǎn)子的外沿有槽，槽內(nèi)有電流通過是，旋轉(zhuǎn)軸便開始旋轉(zhuǎn)。 直流電機(jī)有普通直流電機(jī)和直流伺服電機(jī)之分，兩者的區(qū)別主要體現(xiàn)在性能方面。從結(jié)構(gòu)上比較，兩者的區(qū)別在于電樞鐵心的長度與直徑之比，伺服電機(jī)較大，而氣隙較小。 直流電機(jī)的運行特性 對一般機(jī)器人用戶來說，驅(qū)動的任務(wù)僅僅是在確定了機(jī)械結(jié)構(gòu)并計算出所需要的速度和驅(qū)動力矩之后選擇合適的電機(jī)和相應(yīng)的控制方法，這就涉及到電機(jī)的運行特性問題。它的勵磁磁通是恒定的。圖 4 .1 是電樞控制的原理圖。 式（ ）是電樞控制的靜態(tài)特性方程，即穩(wěn)定運行狀態(tài)方程，由 此可得直 流電機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié) 特性。由轉(zhuǎn)速公式可得到直流電機(jī)的機(jī)械特性，如圖 所示。特性曲線與縱軸的交點即為電磁轉(zhuǎn)矩等于零時的理想空載轉(zhuǎn)速 n0，即 n0＝ Ua/Ke 可以看出，空載時電機(jī)轉(zhuǎn)速與電樞電壓成正比。機(jī)械特性曲線與橫軸的交點為電機(jī)堵轉(zhuǎn)時（ n=0）的轉(zhuǎn)矩，即所謂的電機(jī)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 Td， Td=KtUa/Ra 在圖 中，機(jī)械特性曲線斜率 k 的絕對值為 k= tgα = n0/Td=Ra/KtKe 它表示機(jī)械特性的硬度，即電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩 Tem的改變而變化的程度。 （ 2） 調(diào)節(jié)特性 電 機(jī)的調(diào)節(jié)特性指電磁轉(zhuǎn)矩恒定時，轉(zhuǎn)速隨控制電壓變化的規(guī)律，如圖 所示。轉(zhuǎn)距一定時，若電機(jī)的控制電壓大于相應(yīng)的啟動電壓，電機(jī)便能 啟 動并達(dá)到所要求的轉(zhuǎn)速；反之，最大電磁轉(zhuǎn)距小于要求的轉(zhuǎn)距值，電機(jī)就無法啟動。死區(qū)電壓的大小與電磁轉(zhuǎn)距的大小成正比。動態(tài)特性用 n=f（ t）表示。直流電機(jī)產(chǎn)生過渡過程的原因在于電機(jī)存在兩種慣性，積機(jī)械慣性和電磁慣性。為了更好的理解直流電機(jī)的過度過程，可 將電機(jī)電刷回路等效于圖 來進(jìn)行分析。轉(zhuǎn)子的角速度ω的公式為 (t)=Ua(1e(t/τ m))/Ud = (1e(t/τ m)) () (a) 式中ω 0=Ua/Ud 為電機(jī)理想空載角速度，τ m為電機(jī)的機(jī)械時間常數(shù)，τ e為電機(jī)的電氣時間常數(shù)。 電機(jī)角速度隨時間變化的關(guān)系如圖 所示。因而可將電機(jī)的機(jī)械時間常數(shù)τ m定義為：電樞外加階躍電壓后，電機(jī)轉(zhuǎn)速從 0 上升到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的 %所需的時間。 能源選取 不需要太大的輸出扭矩，必須能靈活操控，而且要求體積小，重量輕、方便檢修 ，毫無疑問是蓄電池提供的直流電源外加直流電機(jī)。但他有其缺點就是蓄電池的重量太大，在要求不大的情況下我們可以采用鋰電池。 另外機(jī)器人還需要一類共給數(shù)字 IC，單片機(jī)，傳感器工作的電源，通常為 +5v，約數(shù)十到數(shù)幾百 mA。這樣可以使 CPU 供電更加穩(wěn)定。因此，軟件設(shè)計是整個設(shè)計過程中最重要的部分之一 ， 它關(guān)系到舞蹈動作的編輯、存儲和執(zhí)行，關(guān)系到舞蹈機(jī)器人舞姿的“優(yōu)美 ”與否。舞蹈動作的讀取、執(zhí)行和 避障 控制程序 兩大部分組成。機(jī)器人開始跳舞的開關(guān)，等于 1,表示機(jī)器人開始 跳舞，否則，機(jī)器人保持原來狀態(tài)。要使機(jī)器人跳出讓觀眾賞心悅目的舞蹈，就應(yīng)該很好的編排舞蹈動作，充分利用機(jī)器人的特點來展現(xiàn)其動作之美。 要設(shè)計舞蹈機(jī)器人的舞蹈動作，首先需要選擇合適的曲子，然后根據(jù)曲子的節(jié)拍進(jìn) 行動作編排。這時可以把動作數(shù)據(jù)表下載到單片機(jī)中，由單片機(jī)來控制各個關(guān)節(jié)，順序執(zhí)行動作表中的各個動作。要設(shè)計出一套完整的舞蹈動作，使機(jī)器人能夠像舞蹈演員那樣在舞臺上表演是相當(dāng)繁瑣的過程，需要反復(fù)調(diào)試 ，還要通過對人類動作行為作出的細(xì)致入微的觀察，并能根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)，把人類動作轉(zhuǎn)變成對機(jī)器人關(guān)節(jié)的控制，才能獲得完美的控制效果。 本設(shè)計 采用 C語言按模塊化的編程思想編寫。主程序中，首先對單片機(jī)進(jìn)行初始化，接著調(diào)用脈寬調(diào)速函數(shù)，使相應(yīng)電機(jī)獲得應(yīng)有的速度。 主程序主要負(fù)責(zé)設(shè)置堆棧指針和中斷向量 .對所 用到的特殊寄存器進(jìn)行初始化和舞蹈動作初始化 .主程序軟件框圖如下： 子程序 設(shè)計 最主要的是考慮到電機(jī)控制信號的產(chǎn)生，采用定時器每隔一定的時間 中斷以產(chǎn)生控制信號和加載舞蹈動作。 通 過外部中斷，對機(jī)器人前后左右四個方向上的碰撞做出處理，以使機(jī)器 人不會因為碰撞影響以后動作的執(zhí)行。只要對直流電機(jī)的控制數(shù)據(jù)設(shè)置恰當(dāng)，就完全可以滿足要 求，使其不影響以后動作的執(zhí)行。 temp_595=temp。j16 。 SDATA_595=CY 。 //上升沿發(fā)生移位 SCLK_595=0 。 _nop_() 。 //上升沿將數(shù)據(jù)送到輸出鎖存器 RCK_595=0 。 OUT_595()。 } /********************************************************/ /* 0關(guān)電機(jī) //關(guān)某位用 1 或，其他位為 0 */ /* 1正轉(zhuǎn) //開某位用 0 與，其他位為 1 */ /* 2反轉(zhuǎn) */ /********************************************************/ void moto0(unsigned char s0) { switch(s0) { case 0: {temp_0=temp。 temp=temp_0。 //關(guān)電機(jī) case 1: {temp_0=temp。=0xfffe。} break 。 temp_0amp。 temp=temp_0。 //反轉(zhuǎn) } } /********************************************************/ //反饋信號讀入 void scan(void) { state0_B=state0_A。 if(state0_A!=state0_B) //判斷是否有電平跳變 { count_0++。 start_595()。 num。 } } } 語音輸入 特征提取 語音特征模型 訓(xùn)練階段 語音輸入 特征提取 識別階段 匹配校驗 識別結(jié)果 編程準(zhǔn)備 由于控制機(jī)器人動作的電機(jī)共有 7 個，將占用單片機(jī)的 14 個 IO 口，控制 ISD2590的 IO 口為三個，用于重新訓(xùn)練的按鍵也占用 1 個 IO 口，所以一共要用單片機(jī)的 18 個IO 口，另外還應(yīng)考慮機(jī)器人可擴(kuò)展的傳感器模塊等其它功能模塊接口，所以首先對單片機(jī) IO 口進(jìn)行分配，在分配過程中要注意以下問題： (1) 光耦電路輸入引腳為每六個腳一組，對應(yīng)三個電機(jī)，因為與單片機(jī) IO 口引腳為排線相連，所以應(yīng)考慮連線位置 (2) 檢測重新訓(xùn)練鍵是否按下用到單 片機(jī)的 IOA 口的 3 腳，所以 IOA 口 07 腳只作輸入的 IO 口用 (3) 控制 ISD2590 的三個 IO 口也應(yīng)考慮聯(lián)線過程中不與上面兩者沖 突 所以單片機(jī) IO 口具體分配見表 ： 表 ： IO 口分配表 IOA 15 ISD2590 啟動 IOA 14 ISD2590 停止 IOA 7 ISD2590 的 EOM 輸入信號 IOA 2 重新訓(xùn)練按鍵 子程序的編寫 語音識別程序 語音識別可分為特定語音識別和非特定語音識別兩種，特定語音識別需要使用者先進(jìn)行訓(xùn)練，非特定語音識別可識別任何人的聲音， 鑒于開發(fā)時間和難度，本次設(shè)計采用特定語音識別的方式。 初始化 RAM N 開始 執(zhí)行訓(xùn)練 ,獲得訓(xùn)練結(jié)果 返回 Y 定時 采集語音 開始 返回 初始化識別器 N 開始 獲得識別結(jié)果 返回 Y 執(zhí)行相應(yīng)動作 訓(xùn)練成功 識別成功 語音特征模型 圖 語音識別原理 61 單片機(jī)實現(xiàn)語音識別的過程包括 訓(xùn)練部分與識別部分，以及在訓(xùn)練、識別過程中的 中斷的情況 ，可見圖 。 在語音訓(xùn)練的程序中 主要用到兩個 API函數(shù)， 分別為 : (1) BSR_Train()。 BSR_Train函數(shù) 在 訓(xùn)練語音 時使用 ，帶有兩個參數(shù)：所訓(xùn)練的該條語音的序號和需訓(xùn)練的次數(shù)。 語音識別的程序主要用四個 API 函數(shù)，分別為： (1) BSR_InitRecognizer()。 (3) BSR_DeleteSDGroup(int SDGroupNo)。 其中， BSR_InitRecognizer 函數(shù)用于初始化辨識器，該函數(shù)在主程序中被調(diào)用時，辨識器便打開 8K 采樣率的 FIQ_TMA 中斷并開始將采樣的語音數(shù)據(jù)填入辨識器的數(shù)據(jù)隊列中。 BSR_ImportSDWord 的作用同 BSR_ExportSDWord 相類似， 是將已訓(xùn)練過的一組語音特征模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入到數(shù)組 BSR_SDModel[]中，采樣結(jié)果在這里與原特征模型數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配校驗。 圖 多條語音識別流程 這種通過不同的觸發(fā)命令載入相應(yīng)的分組數(shù)據(jù)進(jìn)行識別的方法在理論上可以達(dá)到識別任意條語音命令，本次設(shè)計中做了 15 條語音命令的識別。 8 系統(tǒng)功能測試 硬件檢測 做好機(jī)器人的硬件部分和軟件部分之后，要讓機(jī)器人實現(xiàn)軟硬結(jié)合，就必須經(jīng)過調(diào)試，才能夠達(dá)到課題的要求。 載入第一組命令 命令一 命令二 載入第二 組命令 載入第三 組命令 命令 a 命令 b ?? 命令 c 命令 c 命令三 載入第四 組命令 ?? ?? ?? （ 2） 由于單片機(jī)的工作電壓是 5V，所以先接入 5V 的電壓看硬件電路板中的發(fā)光二極管是否亮來判斷電路是否接好。為了提高效率，我先編簡單的程序只控制 直流 電機(jī)前進(jìn)跟后退。調(diào)試時先不接 電機(jī)驅(qū)動部分 ，而是把光耦的輸出接到 LED 發(fā)光二極管，看 LED 是否會閃動。于是我判斷是光耦的問題，換了一個新的，通電后十二個LED 都會閃動，說明電路正常了，接上 電機(jī)驅(qū)動部分 ，把 直流電機(jī) 的接線接好，通電后直流 電機(jī)成功實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)。 軟件調(diào)試 完成以上的檢測之后就進(jìn)行軟件的調(diào)試。因此在調(diào)試過程中把編好的每個子程序分別進(jìn)行調(diào)試。 在所有電源開啟后，系統(tǒng)即進(jìn)入給定時間倒計時狀態(tài)，而倒計時完畢之后，有時電機(jī)不能正常啟動。此時，