基于LD3320的语音控制系统的设计

基于 LD3320的语音控制系统摘 要：本系统是基于 LD3320 的语音控制系统，以 LD3320 和单片机（STC11L08XE）系统的中央处理器，构成一个独立的语音控制模块。LD3320 芯片是一款“语音识别”专用芯片，由 ICRoute 公司设计生产。该芯片集成了语音识别处理器和一些外部电路，包括 AD、DA 转换器、麦克风接口、声音输出接口等。该芯片在设计上注重节能与高效，不需要外接任何的辅助芯片如Flash、RAM 等，直接集成在现有的产品中即可以实现语音识别、声控、人机对话功能。并且，识别的关键词语列表是可以任意动态编辑的。关键字：语音控制系统； LD3320； STC11L08XE1The voice control system based on LD3320Abstract：This system is based on the voice control system LD3320, LD3320 central processor and microcontroller (STC11L08XE) system, constitute an independent voice control module. LD3320 chip is a “voice recognition“ dedicated chip, designed and manufactured by the ICRoute company. The chip integrates a speech recognition processor and some external circuits, including AD, DA converters, microphone jack, audio output interface. The chip emphasis on energy conservation and efficiency in the design, does not require any external auxiliary chips such as Flash, RAM, etc., directly integrated in the existing products that can be implemented voice recognition, voice control, man-machine dialogue function. And identify a list of key words can be edited at any dynamic.Keywords：Voice control system;LD3320;STC11L08XEI目 录第 一 章 绪 论 .11.1 课 题 背 景 . .11.2 课 题 研 究 的 目 的 及 意 义 .11.3.1硬件部分. .11.3.2 软件部分. .2第 二 章 系 统 方 案 设 计 .3第 三 章 系 统 硬 件 电 路 设 计 .43.1 单 片 机 控 制 模 块 .43.2 语 音 识 别 模 块 -LD3320.43.2.1 LD3320特点介绍. .43.2.1 LD3320模块功能介绍. .53.3 系 统 电 源 . .6第 四 章 系 统 软 件 设 计 .84.1 系 统 整 体 流 程 图 .84.2 流 水 灯 设 计 理 念 .84.3 流 水 灯 设 计 方 法 .94.4 LED 显 示 原 理 .94.5 流 水 灯 花 样 设 计 .10第 五 章 系 统 整 机 调 试 及 功 能 测 试 .125.1 硬 件 调 试 .125.2 软 件 调 试 . .12第 六 章 设 计 总 结 及 技 术 展 望 .14参 考 文 献 .15II1第 一 章 绪 论1.1 课 题 背 景 .语言是人们传递信息的主要方法，其中语音识别技术是世界上最流行和最具发展前景的新的信息技术。使用语音识别作为人机接口设备可以具有简单、快速、灵便的优点，它起到了莫大的作用，在民用、军用和商用等领域，并将成为 21 世纪的新一代操作系统的连接端口。在智能语音控制汽车、自动售票系统、智能家电控制、GPS 导航和智能玩物等方面都有着极其广泛的运用。此篇文章设计中枢为嵌入式微处理器，采用 LD3320 语音识别芯片和相干电路，策划达成了语音控制彩灯花样流水灯的语音控制系统。由于 LD3320 芯片配置了语音识别 CPU 和外置电路，其中包括了 DA 以及 AD 转换器、MIC 输入端、音频输出等输出端，辅助的芯片如 Flash 等都不需要在外部重新衔接。在当前的电子产品中，直接配置就可以实现声音控制、人机交流、言语识别的功能，能够任意动态编辑识别的关键词语列表，因而满足了缩小芯片面积、降低机器功耗可通用的需求，综上所述，本声控系统有着非常广泛的应用前景。1.2 课 题 研 究 的 目 的 及 意 义 .由于各种机器被人们创造出来并运用到生活中，我们就希望能够让机器理解人类语言和口头命令、人类的行动，以实现人机交流，让机器“活”起来。人类实现这一梦想是从语音控制技术出现之后。使机器经过理解和识别之后，把语言信号变换为对应的文字或指令的进程，就叫做语音识别的过程，这门技能，就叫语音识别。作为低成本语音芯片以及消费类电子产品的需求高倍稳定的增加，使得其从 PC 平台转移到了移动和嵌入式设备中，识别精准度达到百分之九十八以上对于现在嵌入式非特定语音识别系统来说非常轻松。基于上面描述社会的发展现状，我们对此有更为完美的设计概念的语音控制系统。1.3 系 统 设 计 主 要 任 务 .本文利用 LD3320 模块与单片机 STC11L08XE 和若干 LED 小灯设计制作一款2语音控制 LED 的变换系统。系统的设计内容包括有：硬件方面的设计与调试以及软件方面的编写与调试。 1.3.1硬件部分.语音控制系统其硬件部分主要由以下三大部分构成：(1)控制单元。单片机(STC11L08XE)作为整个体系中控制方面最重要的元件，它与控制单位组合，形成控制功能的部分。(2)语音识别系统。语音识别芯片（LD3320）通过对语句的识别的编辑，供给用户掌管操作。(3)LED 灯组。MCU 通过语音芯片识别的数据来控制 LED 实现花样流水变换，完成语音控制的设计目的。1.3.2 软件部分.语音控制其软件识别命令的设计主要由以下两大操作构成；(1)语音芯片底层驱动。语音芯片接口定义，方便主程序调用。 (2)MCU 主程序。通过接收语音芯片数据完成目的功能。3第 二 章 系 统 方 案 设 计对于上面所描述的当代所拥有的技术，我们以单片机为中央控制单位，采集声音信息到 LD3320，将语音信息转换成数据，实时在 LED 小灯上展示结果，可达到语音控制的目的。系统设计框图如图 1图 1 系统总体结构框图此次设计的内容是以 LD3320 语音控制为核心，设计一个 LED 小灯花样流水变换的系统，其变换内容有六个：小灯全部点亮；小灯全部熄灭；单号的小灯点亮；双号的小灯点亮；小灯从左至右依次点亮；小灯从右至左依次点亮。我们对系统采用的是语音口令操作，让芯片自动识别并执行相应的操作，而识别过程中，是不需要提前训练的，识别的关键词语是以字符串的形式存储非特定人语音输入处理电路 LD3320芯片单片机 输出4在芯片中，我们事先将需要识别的语句传入到芯片中即可。其识别的过程就是将我们所说的语音和关键词语列表进行一一匹配，选取最精确最相似的一条匹配结果，并执行相应操作。本系统以 LD3320 为核心，结合 MCU，LED 灯，MIC 等外围设备构成一个完整的语音识别系统。第 三 章 系 统 硬 件 电 路 设 计3.1 单 片 机 控 制 模 块 .MCU 采用 STC11L08XE 单片机。STC11L08XE 单片机是高抗干扰、新极速、微功耗的新型的 8051 芯片，早先的 8051 代码被其完整兼容，并且提速十倍左右。里面集成度高，并且复位电路可靠，针对极速通信，智能控制，高干扰场景，指令代码完全兼容传统 8051。基本满足控制 LD3320 芯片的需求。3.2 语 音 识 别 模 块 -LD3320.3.2.1 LD3320特点介绍.LD3320 这款芯片（图 2）是由 ICRoute 公司设计并出产的“语音识别”指定芯片。此款芯片由语音识别 CPU 和部分外置电路组成，包括 DA 和 AD 转换器、MIC 音频输入、音频输出端口等。此款语音识别芯片在设计上注重节约能源以及提高效率，不用再外部另接 Flash 等其他的辅助芯片，在当前的产品中直接配置就可以完成声音控制、言语识别、人机交流功能，并且，此款芯片的识别关键词语库是可以任意动态编辑的。5图 2 LD3320外围电路3.2.1 LD3320模块功能介绍.该芯片公司创新了独特的快而稳的精简算法，通过此算法，即可达到与说话者无关的语言识别，并且不需要使用者提前训练和录音，识别精准度高达百分之九十五。不需要任何外部辅助闪存芯片，内存芯片和 AD 芯片，即可以达到识别语音6的功用。确切的提供了一种用于语音识别的单芯片解决方案。单次的识别候选语句的设置都不能超过五十项，识别语句可以是单独的汉子，单词，或者小短句，但不能超过八十个字节的拼音串或者十个汉字。另一方面，句子的内容识别可以动态修改，因此可以由一个系统支持各种场景。内部的芯片设计已经配备了 16 位 D/A 转换器、16 位 A/D 转换器和功放电路，MIC 音频输入、单声道喇叭和立体声耳机能够非常便捷地和芯片的管脚相衔接。立体声耳机能够产生清楚嘹亮的音响，最为难得的是它的输出端口的功率才 20mW。而且它的状态可以设置成为休眠，并且可以便捷地唤醒。它也支持 MP3 的播放音频功用，不需要外围设备，掌握单片机的 MP3 数据将被发送到 3320 芯片可以从相应的语音芯片的输出引脚送入。获得音频输出可