基于單片機(jī)的語音遙控器課程設(shè)計(jì)

1、濱州學(xué)院課程設(shè)計(jì)題 目 基于SPCE061A的語音遙控器院 系 自動化系專業(yè)班級07機(jī)械本科二班學(xué)生姓名 婁倩學(xué)生學(xué)號2009030096指導(dǎo)教師劉寶民濱州學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題目基于SPCE061的語音遙控器專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)姓名 李倩 學(xué)號2009030096主要內(nèi)容：設(shè)計(jì)一個(gè)基于SPCE061A勺語音遙控器，利用SPCE061部術(shù)，紅外識別以及MIC鍵盤 輸入技術(shù).基本要求：工作電壓(CPU) VDD為2.43.6V (I/O) VDDH 為2.45.5V ;系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時(shí)鐘處于停止?fàn)顟B(tài))，耗電僅為2 03.6V141邊肇祺 張學(xué)工 模式識別M北京：清華大學(xué)出版社2何立

2、民單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編(1)M北京：北京航空航天大學(xué)出版社完成期限 2011、6、292011、7、10指導(dǎo)教師劉寶民專業(yè)負(fù)責(zé)人2011年6月29日1 .整體設(shè)計(jì) 12系統(tǒng)總開發(fā) 21.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 21.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 31.3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)54 .電路的工作原理 75 .總結(jié) 96 .系統(tǒng)需要的元器件清單 97 .參考文獻(xiàn) 101.整體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求16位nsp?微處理器；工作電壓（CPU） VDD為2.43.6V （I/O） VDDH 為2.45.5V ;CPU寸鐘:0.32MHz49.152MHz;內(nèi)置2K字SRAM內(nèi)置 32K FLASH系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下（時(shí)鐘處于停止?fàn)顟B(tài)），耗電

3、僅為2 PA3.6V2個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（可自動預(yù)置初始計(jì)數(shù)值）；2個(gè)10位DAC數(shù)-模轉(zhuǎn)換）輸出通道；32位通用可編程輸入/輸出端口；14個(gè)中斷源可來自定時(shí)器、時(shí)基、外部時(shí)鐘源輸入、鍵喚醒；具備觸鍵喚醒的功能；7通道10位電壓模-數(shù)轉(zhuǎn)換器和單通道聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器；聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動增益控制（AGC必能；具備用行設(shè)備接口 ；具有低電壓復(fù)位（LVR）功能和低電壓監(jiān)測（LVD）功能；內(nèi)置在線仿真電路ICE（In- Circuit Emulator） 接口 ；具有保密能力；具有 WatchDog®能（由具體型號決定）。系統(tǒng)總體方案論證與比較方案一：整個(gè)

4、系統(tǒng)主要由鍵盤輸入電路、MIC輸入電路、語音輸出電路、紅外發(fā)射電路組成。通過分析按鍵命令或語音識別結(jié)果，利用正常的結(jié)果以紅外指令碼發(fā)出，控制 電視機(jī)的運(yùn)行，同時(shí)用語音提示。系統(tǒng)組成如圖3.1。語音輸出紅外發(fā)射萬案中用到的單片機(jī)式凌陽的16位單片機(jī)SPCE061A由于該CPUM有豐富的I/O 和 豐富的時(shí)基信號，為我們提供了極大的方便，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單明了，易于批量生產(chǎn)。方案二：運(yùn)用傳統(tǒng)的集成電路加之以多種輔助電路。但系統(tǒng)規(guī)模龐大，且復(fù)雜。易受 多種因素影響，導(dǎo)致系統(tǒng)工作狀況不穩(wěn)定。這也是傳統(tǒng)遙控器的通病。由于系統(tǒng)采用集 成電路，攜帶器件多，耗電量巨大。不易于被消費(fèi)者接受。方案的確定：比較兩種方

5、案，運(yùn)用方案二，劣勢明顯。而運(yùn)用方案一，系統(tǒng)只用了單 顆芯片來完成語音處理和控制功能，與專用的語音處理芯片相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本 低、易實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，并且凌陽科技公司提供了豐富的 C函數(shù)庫和語音處理函數(shù)庫，供用 戶調(diào)用，縮短了開發(fā)周期。2 .系統(tǒng)開發(fā)2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)硬件電路如圖4.1 :SPCE061AVMCMICPMICHMICOUTOPIIO Al 5ICAOAUDIIOBS76543 210BBBBB B B B o oo o o o OO _i I I I T1 Tx I T1圖4.1硬件電路硬件上共設(shè)計(jì)了 13個(gè)按鍵，采用4M的行列式鍵盤，IOB0IOB破置成輸入口， IOB4I

6、OB7設(shè)置成輸出口，預(yù)留3個(gè)按鍵作為備用鍵。語音識別電路比較簡單，MIC選用駐極體話筒。駐極體話筒具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、 體積小、無方向性、頻率響應(yīng)寬、保真度好等優(yōu)點(diǎn)，它的偏壓由 SPCE061A勺VMIC管腳 提供。SPCE061Al供了 2個(gè)10位D/A輸出通道AUDI AUD2用于輸出語音信號，每個(gè)通道的輸 出能力為3mA考慮到功耗，在這里采用了單通道 AUD輸出。通過IOB8俞出的PWIMI號（IOB8、IOB9t特殊功能）可以作為紅外載波信號，其頻率 由可編程定時(shí)器TimerA（或TimerB）的溢出頻率決定。溫度傳感器采用普通負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，熱敏電阻靈敏度高、價(jià)格便宜。m

7、9;nSP? 內(nèi)核是一個(gè)通用的核結(jié)構(gòu)。除此之外的其它功能模塊均為可選結(jié)構(gòu)，亦即這種結(jié)構(gòu)可大 可小、可有可無。借助這種通用結(jié)構(gòu)附加可選結(jié)構(gòu)的積木式構(gòu)成，可形成各種不同系列 派生產(chǎn)品，以適合不同場合的應(yīng)用。這樣做無疑會使每一種派生產(chǎn)品具有更強(qiáng)的功能和 更低的成本。2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)在軟件設(shè)計(jì)方面，采用模塊化程序結(jié)構(gòu)，當(dāng)前方案包括初始化、鍵盤掃描、溫度采 集、溫度播報(bào)、萬年歷時(shí)間計(jì)算、萬年歷播報(bào)、紅外發(fā)射、語音識別、語音播放等模塊, 程序流程見圖5.1系統(tǒng)初始化的過程：先對系統(tǒng)時(shí)鐘、IO 口、萬年歷、中斷(打開按鍵喚醒和2Hz中 斷)進(jìn)行初始化，然后掃描按鍵，如果有按鍵，進(jìn)行相應(yīng)處理，無按鍵則進(jìn)入

8、睡眠模式， 萬年歷的計(jì)算在2Hz中斷服務(wù)程序中進(jìn)行。語音播放模塊應(yīng)用凌陽科技提供的音頻編碼算法，首先在PC機(jī)上錄好提示語音文件(WAVC件)，并經(jīng)所提供的壓縮工具進(jìn)行壓縮處理以形成二進(jìn)制文件，加載到用戶程 序中，編譯鏈接后存儲到單片機(jī) FLASHY,播放時(shí)再解壓縮送D/A還原出語音。對于應(yīng) 用u'nSPTM內(nèi)核的SPCEK列芯片，向用戶提供三種不同壓縮率的算法，各種壓縮算法 的名稱及編碼率類型列在表5.1 。表5.1壓縮算法名稱語音壓縮編碼率類型SACM_A200016KBits/s、20KBits/s、24KBits/sSACM_S4804.8KBits/s 、7.2KBits/sS

9、ACM_S2402.4KBits/s這三種壓縮算法的區(qū)別在于壓縮率和音質(zhì)的不同。SACM_A2000法的壓縮率相對較小，音質(zhì)較好，相應(yīng)地，占用的資源較多。SACM_S240法的壓縮率最大，音質(zhì)相對較差。SACM_S480法介于這兩者之間。每種算法都有完整的供程序調(diào)用的庫函數(shù)，軟件 編寫非常方便。2.3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)本語音遙控器采用SACM_S480法。語音提示背景播放程序：SACM_S480_Initial(1); /播放硬件資源初始化ACM_S480_Volume(15); / 初始化音量SACM_S480_Play(result,3,3); /播放函數(shù)while(SACM_S480_Sta

10、tus()&0x0001)=1) /播放狀態(tài)SACM_S480_ServiceLoop(); /播放服務(wù)函數(shù)SACM_S480_Stop(); /停止播放主播放函數(shù) SACM_S480_Play(int Index,Int Channel,Int Ramp_Set)有三個(gè)參數(shù)：1. Index :播放索引號；2. Channel:播放通道。1通過DAC通道播放，2通過DAC通道播放，3通過 DAC和DAC通道播放；3. Ramp_Set:消除開始放音時(shí)的“哦”聲。語音識別電路的基本結(jié)構(gòu)如圖5.2 。圖5.2語音識別分為特定發(fā)音人識別(Speaker Dependent)和非特定發(fā)音人識

11、別(Speaker Independent)兩種方式。特定發(fā)音人識別是指語音樣板由單個(gè)人訓(xùn)練，對訓(xùn)練人的語音命令識別準(zhǔn)確率較高，而其他人的語音命令識別準(zhǔn)確率較低或不識別。非特定發(fā)音人識別是指語音樣板由不同年齡、不同性別、不同口音的人進(jìn)行訓(xùn)練，可以識別一群人的命令。語音樣板的提取非常重要。語音遙控器就是采用非特定發(fā)音人 識別方式。語音識別分為語音樣板訓(xùn)練和語音識別兩個(gè)過程。我們將標(biāo)準(zhǔn)模式的存儲空間稱之 為“詞庫”，而把標(biāo)準(zhǔn)模式稱之為“樣板”。所謂語音樣板訓(xùn)練，就是將待識別的命令進(jìn) 行頻譜分析，提取特征參數(shù)作為識別的標(biāo)準(zhǔn)模式。語音識別的過程就是提取語音命令的 特征參數(shù)，與詞庫中的樣板比較，取相似度

12、最好的樣板命令序號作為識別結(jié)果。凌陽科技公司提供語音樣板訓(xùn)練工具和語音識別庫函數(shù)，每次可以識別30條語音命令，命令較多的話可以分多組進(jìn)行，語音識別流程見圖5.3 :圖5.3流程圖3 .電路的工作原理目前所設(shè)計(jì)的電視語音遙控器，主要由鍵盤輸入電路、MIC輸入電路、溫度采集電路、 語音輸出電路、紅外發(fā)射電路組成。用戶通過按鍵，完成遙控功能保留按鍵功能、語音報(bào)溫和報(bào)時(shí)功能。SPCE061At 1路專用于采集語音信號的 A/D轉(zhuǎn)換電路（MIC輸入） 和7路用于其它功能的A/D轉(zhuǎn)換電路。前者能用來進(jìn)行語音識別、錄音等的語音信號的 輸入，在本遙控器里用來采集語音信號，進(jìn)行語音識別；后者中，選擇其中1路進(jìn)行

13、溫度采集，由按鍵控制溫度的播報(bào)。有豐富的時(shí)基信號，采用2Hz的時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)，并進(jìn)行萬年歷計(jì)算，由按鍵控制播報(bào)時(shí)間語音信號處理的基礎(chǔ)是對語音信號進(jìn)行數(shù)字化，并采樣存儲。SRCE061內(nèi)置專門用于語音信號采集的自動增益控制放大器（AGC的麥克風(fēng)/&入通道（MIC_IN）。語音信號 經(jīng)麥克轉(zhuǎn)換成電信號，由隔離電容隔掉直流成分，然后輸入至內(nèi)部前置放大器。SPCE061A 內(nèi)部自動增益控制電路AGCtt隨時(shí)跟蹤、監(jiān)視前置放大器輸出的音頻信號電平，當(dāng)輸入 信號增器時(shí)，AGC電路自動減小放大器的增益；當(dāng)輸入信號減小時(shí)，AGC電路自動增大放大器的增益，以便使進(jìn)入 A/D的信號保持在最佳電平，又可使諧波

14、減至最小ADC0始化程序如下：INT OFF;R1=0x003QP_TimerA_Ctrl=R1 ；/時(shí)鐘頻率為CLKAB fosc/2R1=0xfa00;P_TimerA_Data=R1 ；/采樣率為16kHzR1=0x003d;P_ADC_Ctrl=R1 ; / 設(shè)置 AGg能R1=0x00A8;P_DAC_Ctrl=R1; 采用自動方式且通過 MIC_IN通道輸入，通過定時(shí)器 A的溢出 鎖存數(shù)據(jù)，ADE自動方式R1=0x1000;P_INT_Ctrl=R1 ; / 開中斷 IRQ1_TM INT IRQ;4 .總結(jié)上面介紹了采用 SPCE061AB完成紅外遙控、語音識別、語音報(bào)溫、報(bào)時(shí)等

15、綜合功能的語音遙 控器。功能的語音遙控器。系統(tǒng)只用了單顆芯片來完成語音處理和控制功能，與專用的 語音處理芯片相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、易實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，并且凌陽科技公司提供了 豐富的C函數(shù)庫和語音處理函數(shù)庫，供用戶調(diào)用，縮短了開發(fā)周期。本品稍作改動，就 可以用來控制空調(diào)機(jī)、錄像機(jī)等電器；利用SPCE061A勺語音處理優(yōu)勢可組成語音應(yīng)答系統(tǒng)、語音合成系統(tǒng)、互動式玩具等，具有廣闊的市場前景。6 .系統(tǒng)需要的元器件清單表1元器件清單序號兀器件規(guī)格數(shù)量備注1凌陽SPCE061甲片機(jī)工作電壓（CPU） VDD 為2.43.6V （12溫度傳感器八3聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器14聲控晶體管I5高智能開關(guān)17 .參考文獻(xiàn)1邊肇祺 張學(xué)工 模式識別M北京：清華大學(xué)出版社2何立民 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)