毕升杯设计分析报告 河北建筑工程学院.doc

毕升杯设计报告 河北建筑工程学院 作者： 日期：2 “毕昇杯”电子创新设计大赛项目技术报告项目名称：语音智能小车 报告人：黎赛明 李帅 赵文光 张津津 所在院系：电气工程学院 专业年级：电控12 电子12 指导教师：史进 联系电话电子信箱： of accountability, redress of orders and prohibitions. Strengthening the honesty and self-discipline of leading cadres honesty in politics and education work, enhance leaders ability to resist目录一、摘要.1二、概述.1三、设计要求.2四、系统简介.2 1 系统与方案.2 1.1系统.2 1.2 方案.2 2 模块种类及实现原理.3 2.1 单片机最小系统图.3 2.2 红外线LM324控制模块.4 2.2.1红外系统框图.5 2.2.2 红外线发射部分.6 2.2.3红外线接收部分.6 2.3智能避障系统.63 传感器部分.74 小车电机驱动模块.75 电平转换模块.86 电源模块.8 7 主要器件介绍LD3320.9 7.1功能介绍.9 7.2 电路说明.10 7.3管脚分布图 .125、 程序流程图.12六、特色与创新.141、 摘要摘要：语音交互系统是比较人性化的人机操作界面，它需要语音识别系统的支持。LD3320就是这样一款语音识别芯片。介绍了该芯片的工作原理及应用，给出了LD3320与微处理器的硬件接口电路及软件程序。随着高档MCU的不断出现，以MCU为核心的嵌入式语音交互系统会有非常好的应用前景。关键词：嵌入式芯片；语音识别；语音交互系统 中图分类号：TP393098 文献标识码：A Application of Embedded Speech Recognition System Based on LD3320 Hong Jiaping(College of Computer Science and Technology，Hubei Normal University，Huangshi 435002，China) Abstract：Voice interaction system is the HumanMachine Interface，and it requires the involvement of the voice recognition systemLD3320 is one such voice recognition chipIts principle and typical application are introduced in this article，and hardware and program flowchart of the interface of LD3320 and micro controller are provided The Voice interaction system with the MCU will have the good application prospect with the development of the top grade MCUKeywords：embedded chip；speech recognition；voice interaction system2、 概述语音识别以语音为研究对象,它是语音信号处理的一个重要研究方向,是模式识别的一个分支,涉及到生理学、心理学、语言学、计算机科学,以及信号处理等诸多领域,其最终目的是实现人与机器进行自然语言通信,用语言操纵计算机。在现代社会，“懒人科技”大行其道当面临众多繁琐的按键操作和菜单选择的时候，简单地说出指令，是最具有人情味的人机操作界面。让身边的各种电子设备可“听从”人类的语音，是从电影“星球大战”就开始的科技发展目标。虽然目前的科技还不能做到让计算机完全理解人类的所有自然语音，但是可以在一定程度上实现这个梦想。3、 要求1、用遥控器控制小车行进。在控制小车前进、左拐、右拐、倒退、停止时，若行进前方有障碍物时，小车能随时躲避障碍物。2、语音控制小车。通过人口语音对音响发出前进、左拐、右拐、倒退、停止命令时，小车能按照语音发出的命令，执行相应的动作。四、系统简介1 系统与方案1.1系统整个系统的硬件电路主要包括核心主控制和语音识别两个部分。主控制部分为STC公司的STC89C52单片机，次控制部分为STC公司的STC10L08XE单片机，语音识别部分为LD3320语音识别片。系统的具体实现方框图如图1所示 ： 图1 系统总体结构框图1.2 方案首先将 LD3320 语音识别控制版安装在小车上，发出“前进 ”命令时 ，汽车会立即按相应的程序向前移动。图中的直线轨迹为汽车向前移动时的实际移动路线。由于跟地面的摩擦阻力和汽车身体结构的不平衡 ，汽车并不是像程序设计的那样走很精确的直线，而是前进200em 时会向右偏离10.7cm ，此类 问题有待以后进一步改进 。类似地 ，对于小车的其它动作(如左转、右转和倒退等 ) 的控制如图2中所示。 图2 语音控制小车路线图2 模块种类及实现原理2.1 单片机最小系统图此小车系统采用的STC89C52最小系统板为主控芯片，其最小系统图及原理图如下图3和图4所示。图3 单片机最小系统图 4 单片机最小系统原理图2.2 红外线 LM324控制模块通用红外遥控系统由发射和接收两部分组成。应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作。发射部分包括键盘、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。LM324内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用, 也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、 直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。如图5和图6所示：图 5 图6 LM3242.2.1红外系统框图（图7）：1、红外遥控器及其编码主控设备（编码、调制）输入设备键盘输出设备红外发光管：图72、红外发送协议：引导码+用户码1+用户码2+操作码+操作反码3、硬件电路的设计（图8）：图82.2.2 红外线发射部分红外线发射电路通过单片机的控制，输出调制信号向前方发射，如果遇到障碍物后，红外光线被障碍物返回，被红外接收头接收，在其3脚输出250HZ方波信号，而其3脚和单片机的ITN0连接在一起，故当遇到障碍物后，会给单片机一个外部中断0信号，通过外部中断0程序，来控制小汽车的左转或者右转。从而实现避障功能。图9所示为红外线发射原理图。P2.1输入的是250HZ的方波，P2.0输入的是38K的载波，D0处发射的就是调制好的发射信号。 图9 红外线发射部分 图10 红外线接收部分2.2.3红外线接收部分红外线接收电路如图10所示，红外线接收头在没有接收到红外信号时，INT0输出高电平，单片机不中断。在接收到信号时输出低电平，单片机中断。接收头采用一体化接收探头，其内部集成了输入部分、自动增益控制部分、控制电路、带通滤波器和解调电路。2.3智能避障系统采用红外线避障。利用单片机来产生38KHz信号，并用250HZ的方波对红外线发射管进行调制发射，发射出去的红外线遇到避障物的时候反射回来，红外线接收管对反射回来信号进行解调，输出TTL电平。避障电路采用红外线发射与接收原理，利用单片机产生250HZ和38KHz信号，并利用单片机的中断对红外线发射管进行调制发射，发射距离远近由RW调节，由于本设计的小汽车行驶速度较快，所以调节避障距离为20CM左右。发射出去的红外线遇到避障物的时候反射回来，红外线接收管对反射回来信号进行解调，输出TTL电平。利用单片机的中断系统，在遇障碍物时控制电机并使小车转弯。如图11所示： 图 11 红外线避障示意图3 传感器部分传感器模块由红外发射管和红外接收管组合而成，传感器模块用于蔽障部分。其原理为：红外发射管一直处于发射红外线状态，当前方有障碍物时，能将发射出去的红外管发射回来给红外接收管，红外接收管将接收的信号传送给单片机，从而使单片机发出相应的信号，执行蔽障功能，如图12所示： 图 12 传感器原理图分析4 小车电机驱动模块电机驱动模块采用两个L293芯片，L293电机驱动模块的输出电压分7.2v。本设计为四轮智能小车，每个电机驱动模块提供两个电机的工作电压。电机驱动模块的电路图（图13）如下：图135 电平转换模块 AT89C51单片机的驱动电压是5V，而LD3320语音芯片的驱动电压是3.3v.为了能使LD3320语音芯片的输出信号能作为AT89C51单片机的输入信号，则必须采用电平转换模块。电平转换模块的电路（图14）图如下：图146 电源模块本设计采用四节干电池共10v ,电源有两个作用：一、提供AT89C51单片机5v的工作电压 二：提供四个电动机7.2v的工作电压电源供电系统采用7805芯片，输出电压分别为5v和7.2v。电压模块的电路图（图15）如下：图157主要器件介绍LD3320LD3320芯片（如下图）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。本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。 图16 图177.1功能介绍l 通过ICRoute公司特有的快速而稳定的优化算法，完成非特定人语音识别。不需要用户事先训练和录音，识别准确率95%。l 不需要外接任何辅助的Flash芯片，RAM芯片和AD芯片，就可以完成语音识别功能。真正提供了单芯片语音识别解决方案。l 每次识别最多可以设置50项候选识别句，每个识别句可以是单字，词组或短句，长度为不超过10个汉字或者79个字节的拼音串。另一方面，识别句内容可以动态编辑修改，因此可由一个系统支持多种场景。l 芯片内部已经准备了16位A/D转换器、16位D/A转换器和功放电路，麦克风、立体声耳机和单声道喇叭可以很方便地和芯片管脚连接。立体声耳机接口的输幽功率为20mW，而喇叭接口的输出功率为550mW，能产生清晰响亮的声音。l 支持并行和串行接口，串行方式可以简化与其他模块的连接。l 可设置为休眠状态，而且可以方便地激活。l 支持MP3播放功能，无需外围辅助器件，主控MCU将MP3数据依次送入LD3320芯片内部就可以从芯片的相应PIN输出声音。产品设计可以选择从立体声的耳机或者单声道喇叭来获得声音输出。支持MPEGI(ISO/IEC11172-3), MPEG2(ISO/IEC13818-3)和MPEG 2.5 layer 3等格式。l 工作供电为3. 3V，如果用于便携式系统，使用3节AA电池就可以满足供电需要。7.2 电路说明图18图19语音模块的电路图如图18所示：内部电路的简单逻辑如图19所示：详细说明如下：电压要求：VDD 数字电路用电源输入 3. 0 V - 3. 3 VVDDIO 数字1/0电路用电源输入 1. 65 V - VDDVDDA 模拟电路用电源输入 3. 0 V - 4. 0 V建议用户可以用统一的3. 3v电压输入以简化设计。数字电压和模拟电压进行隔离可以使得芯片有更好的效果。芯片管脚输入电压范围：高电压（逻辑“1”）：0. 7；lcVDDIOVDDIO 低电压（逻辑“0”）：00. 3VDDIO因此，开发者需要保证自己使用的主控MCU同样工作在3.3v，保证主控MCU向LD3320的管脚输出的高电压不超过3.3V。v 时钟(Clock)芯片必须连接外部时钟，可接受的频率范围是4-48MHz；而芯片内部还有PLL频率合成器，可产生特定的频率供内部模块使用。v 复位对芯片的复位信号（RSTB：1：）必须在VDD/VDDA/VDDIO都稳定后进行。无论芯片正在进行何种运算，复位信号都可以使它恢复初始状态，并使各寄存器复位。如果没有后续的指令（对寄存器的设置），复位后芯片将进入休眠状态。此后，一个CSB：1：信号就可以重新激活芯片进入工作状态。v 并行接口本芯片可通过并行方式和外部主CPU连接，此时使用8根数据线（PO-P7），4个控制信号（WRB#，RDB#，CS冰，AO），以及一个中断返回信号（INTB#）。v 串行接口串行接口通过SPI协议和外部主CPU连接，首先要将MD接高电平，而将（SPIS：1：）接地。此时只使用4个管脚：片选（SCS冰）、SPI时钟(SDCK)、SPI输入(SDI)和SPI输出(SDO)。v 寄存器对芯片的设置和命令，包括传送数据和接受数据，都是通过对寄存器的操作来完成的。例如进行语音识别时，设置识别的关键词语列表，设定芯片的识别模式，谀别完成后获得识别结果都是通过读写寄存器来完成。播放声音时，就是将MP3格式的数据循环放入FIFO对应的寄存器。（识别结果是通过寄存器返回识别出的关键词语在关键词语列