基于單片機的語音遙控器課程設計

1、<p>　　課 程 設 計</p><p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>　　題目 基于SPCE061A的語音遙控器 </p><p><b>　　主要內(nèi)容：&

2、lt;/b></p><p>　　設計一個基于SPCE061A的語音遙控器，利用SPCE061A技術，紅外識別以及MIC鍵盤輸入技術.</p><p><b>　　基本要求：</b></p><p>　　·工作電壓(CPU) VDD為2.4~3.6V (I/O) VDDH為2.4~5.5V；·系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時鐘

3、處于停止狀態(tài))，耗電僅為2µA@3.6V；·14</p><p>　　1 邊肇祺 張學工 模式識別[M] 北京：清華大學出版社2 何立民 單片機應用技術選編(1)[M] 北京：北京航空航天大學出版社</p><p><b>　　目　錄</b></p><p><b>　　1.整體設計1</b>&l

4、t;/p><p><b>　　2系統(tǒng)總開發(fā)2</b></p><p>　　2.1系統(tǒng)硬件設計2</p><p>　　2.2系統(tǒng)軟件設計3</p><p>　　2.3系統(tǒng)程序設計------------------------------------------------------------------------

5、-----------5</p><p>　　4.電路的工作原理7</p><p><b>　　5.總結(jié)9</b></p><p>　　6.系統(tǒng)需要的元器件清單9</p><p><b>　　7.參考文獻10</b></p><p><b>　　1.整體設計

6、</b></p><p><b>　　設計要求</b></p><p>　　·16位µ’nSP?微處理器；·工作電壓(CPU) VDD為2.4~3.6V (I/O) VDDH為2.4~5.5V；·CPU時鐘：0.32MHz~49.152MHz ；·內(nèi)置2K字SRAM；·內(nèi)置32K FLAS

7、H；·系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時鐘處于停止狀態(tài))，耗電僅為2µA@3.6V；·2個16位可編程定時器/計數(shù)器(可自動預置初始計數(shù)值)；·2個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個中斷源可來自定時器、時基、外部時鐘源輸入、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；&

8、#183;聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風放大器和自動增益控制(AGC)功能；·具備串行設備接口；·具有低電壓復位(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功能(由具體型號決定)。</p><p>　　系統(tǒng)總體方案論證與比較</p>

9、;<p>　　方案一：整個系統(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，控制電視機的運行，同時用語音提示。系統(tǒng)組成如圖 3.1。</p><p>　　方案中用到的單片機式凌陽的16位單片機SPCE061A，由于該CPU具有豐富的I/O口和豐富的時基信號，為我們提供了極大的方便，整個系統(tǒng)結(jié)構簡單明了，易于批量生產(chǎn)

10、。</p><p>　　方案二：運用傳統(tǒng)的集成電路加之以多種輔助電路。但系統(tǒng)規(guī)模龐大，且復雜。易受多種因素影響，導致系統(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。不易于被消費者接受。</p><p>　　方案的確定：比較兩種方案，運用方案二，劣勢明顯。而運用方案一，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)構簡單

11、、成本低、易實現(xiàn)的特點，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。</p><p><b>　　2.系統(tǒng)開發(fā)</b></p><p><b>　　2.1系統(tǒng)硬件設計</b></p><p>　　硬件電路如圖 4.1：</p><p>　　硬件上共設計了13個按

12、鍵，采用4×4的行列式鍵盤，IOB0～IOB3設置成輸入口，IOB4～IOB7設置成輸出口，預留3個按鍵作為備用鍵。 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)構簡單、重量輕、體積小、無方向性、頻率響應寬、保真度好等優(yōu)點，它的偏壓由SPCE061A的VMIC管腳提供。SPCE061A提供了2個10位D/A輸出通道AUD1、AUD2，用于輸出語音信號，每個通道的輸出能力為3mA?？紤]到功耗，在這里采用

13、了單通道AUD1輸出。 通過IOB8輸出的PWM信號(IOB8、IOB9有特殊功能)可以作為紅外載波信號，其頻率由可編程定時器TimerA(或TimerB)的溢出頻率決定。 溫度傳感器采用普通負溫度系數(shù)熱敏電阻，熱敏電阻靈敏度高、價格便宜。m’nSP?內(nèi)核是一個通用的核結(jié)構。除此之外的其它功能模塊均為可選結(jié)構，亦即這種結(jié)構可大可小、可有可無。借助這種通用結(jié)構附加可選結(jié)構的積木式構成，可形成各種不同系列派生產(chǎn)品，以適合不同

14、場合的應用。這樣做無疑會使每一種派生產(chǎn)品具有更強的功能和更低的成本。</p><p><b>　　2.2系統(tǒng)軟件設計</b></p><p>　　在軟件設計方面，采用模塊化程序結(jié)構，當前方案包括初始化、鍵盤掃描、溫度采集、溫度播報、萬年歷時間計算、萬年歷播報、紅外發(fā)射、語音識別、語音播放等模塊，程序流程見圖5.1</p><p>　　系統(tǒng)初始化

15、的過程：先對系統(tǒng)時鐘、IO口、萬年歷、中斷(打開按鍵喚醒和2Hz中斷)進行初始化，然后掃描按鍵，如果有按鍵，進行相應處理，無按鍵則進入睡眠模式，萬年歷的計算在2Hz中斷服務程序中進行。 語音播放模塊應用凌陽科技提供的音頻編碼算法，首先在PC機上錄好提示語音文件(WAV文件)，并經(jīng)所提供的壓縮工具進行壓縮處理以形成二進制文件，加載到用戶程序中，編譯鏈接后存儲到單片機FLASH中，播放時再解壓縮送D/A還原出語音。對于應用u’nSP

16、TM內(nèi)核的SPCE系列芯片，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。</p><p><b>　　表 5.1</b></p><p>　　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算法的壓縮率相對較小，音質(zhì)較好，相應地，占用的資源較多。SACM_S240算法的壓縮率最大，音質(zhì)相對較差。SACM_S480算法介

17、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。</p><p><b>　　2.3系統(tǒng)程序設計</b></p><p>　　本語音遙控器采用SACM_S480算法。語音提示背景播放程序：</p><p>　　SACM_S480_Initial(1); //播放硬件資源初始化 ACM_S480_Volume(1

18、5); //初始化音量 SACM_S480_Play(result,3,3); //播放函數(shù) while((SACM_S480_Status()&0x0001)==1) //播放狀態(tài) { SACM_S480_ServiceLoop(); //播放服務函數(shù) }SACM_S480_Stop(); //停止播放主播放函數(shù)SACM_S480_Play(int Ind

19、ex,Int Channel,Int Ramp_Set)有三個參數(shù)：1. Index：播放索引號；2. Channel：播放通道。1—通過DAC1通道播放，2—通過DAC2通道播放，3—通過DAC1和DAC2通道播放；3. Ramp_Set：消除開始放音時的“?！甭?。</p><p>　　語音識別電路的基本結(jié)構如圖 5.2。</p><p>　　語音識別分為特定發(fā)音人識別(Spea

20、ker Dependent)和非特定發(fā)音人識別(Speaker Independent)兩種方式。 特定發(fā)音人識別是指語音樣板由單個人訓練，對訓練人的語音命令識別準確率較高，而其他人的語音命令識別準確率較低或不識別。 非特定發(fā)音人識別是指語音樣板由不同年齡、不同性別、不同口音的人進行訓練，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練和語音識別兩個

21、過程。我們將標準模式的存儲空間稱之為“詞庫”，而把標準模式稱之為“樣板”。所謂語音樣板訓練，就是將待識別的命令進行頻譜分析，提取特征參數(shù)作為識別的標準模式。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行，語音識別流程見圖 5.3：</p><p><

22、b>　　3.電路的工作原理</b></p><p>　　目前所設計的電視語音遙控器，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、語音報溫和報時功能。SPCE061A有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。前者能用來進行語音識別、錄音等的語音信號的輸入，在本遙控器里用

23、來采集語音信號，進行語音識別；后者中，選擇其中1路進行溫度采集，由按鍵控制溫度的播報。有豐富的時基信號，采用2Hz的時鐘進行計數(shù)，并進行萬年歷計算，由按鍵控制播報時間。</p><p>　　工作原理如下圖所示：</p><p>　　語音信號處理的基礎是對語音信號進行數(shù)字化，并采樣存儲。SRCE061A內(nèi)置專門用于語音信號采集的自動增益控制放大器（AGC）的麥克風輸入通道（MIC_IN）。語

24、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AGC能隨時跟蹤、監(jiān)視前置放大器輸出的音頻信號電平，當輸入信號增器時，AGC電路自動減小放大器的增益；當輸入信號減小時，AGC電路自動增大放大器的增益，以便使進入A/D的信號保持在最佳電平，又可使諧波減至最小。</p><p>　　ADC初始化程序如下：</p><p><

25、b>　　INT OFF；</b></p><p>　　R1=0x0030；</p><p>　　[P_TimerA_Ctrl]=R1；</p><p>　　//時鐘頻率為CLKA的fosc/2</p><p>　　R1=0xfa00；</p><p>　　[P_TimerA_Data]=R1；<

26、/p><p>　　//采樣率為16kHz</p><p>　　R1=0x003d;</p><p>　　[P_ADC_Ctrl]=R1； //設置AGC功能</p><p>　　R1=0x00A8;</p><p>　　[P_DAC_Ctrl]=R1; //采用自動方式且通過MIC_IN通道輸入，通過定時器A的溢出鎖存數(shù)據(jù)

27、，ADC為自動方式</p><p>　　R1=0x1000;</p><p>　　[P_INT_Ctrl]=R1； //開中斷IRQ1_TM</p><p><b>　　INT IRQ；</b></p><p>　　4.總結(jié) 上面介紹了采用SPCE061A來完成紅外遙控、語音識別、語音報溫、報時等綜合功能的語

28、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)構簡單、成本低、易實現(xiàn)的特點，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、錄像機等電器；利用SPCE061A的語音處理優(yōu)勢可組成語音應答系統(tǒng)、語音合成系統(tǒng)、互動式玩具等，具有廣闊的市場前景。</p><p>　　6.系統(tǒng)需要的元器件清單&

29、lt;/p><p><b>　　表1 元器件清單</b></p><p><b>　　7.參考文獻</b></p><p>　　1 邊肇祺 張學工 模式識別[M] 北京：清華大學出版社2 何立民 單片機應用技術選編(1)[M] 北京：北京航空航天大學出版社</p><p>　　3 張毅剛?。畣纹瑱C

30、原理及應用[M]．北京：高等教育出版社　．2003年4 吳金戌?。?051單片機實踐與應用[M] ． 北京：清華大學出版社　．2002年5 張立科 ． 單片機典型模塊設計實例導航[M] ．北京：人民郵電出版社 ．2004年6 李光飛 ．單片機C程序設計實例指導[M]．北京：北京航空航天大學出版社?。?005年7 侯振鵬　．嵌入式Ｃ語言程序設計[M]．北京：人民郵電出版社 ．200６年8 戴　佳?。?1單片機Ｃ語言應用程序設計[