基于SPCE061A的语音遥控器

大庆石油学院课程设计2009年7月10日课程通信电子线路课程设计题目基于SPCE061A的语音遥控器_院系电气信息工程学院专业班级通信工程071班学生姓名赵勇学生学号070602140125指导教师张秀艳阚玲玲大庆石油学院课程设计任务书课程通信电子线路课程设计题目基于SPCE061A的语音遥控器专业通信工程姓名赵勇学号070602140125主要内容设计一个基于SPCE061A的语音遥控器，利用SPCE061A技术，红外识别以及MIC键盘输入技术基本要求工作电压CPUVDD为2436VI/OVDDH为2455V；系统处于备用状态下时钟处于停止状态，耗电仅为2A36V；14个中断源可来自定时器、时基、外部时钟源输入、键唤醒；7通道10位电压模数转换器和单通道声音模数转换器；声音模数转换器输入通道内置麦克风放大器和自动增益控制AGC功能；具有低电压复位LVR功能和低电压监测LVD功能；内置在线仿真电路ICEINCIRCUITEMULATOR接口；主要参考资料1边肇祺张学工模式识别M北京清华大学出版社2何立民单片机应用技术选编1M北京北京航空航天大学出版社完成期限2009、6、292009、7、10指导教师专业负责人2009年6月29日目录1设计要求12系统总体方案论证与比较13系统总开发231系统硬件设计232系统软件设计333系统程序设计54电路的工作原理75总结96系统需要的元器件清单97参考文献10通信电子线路课程设计（报告）11设计要求16位NSP微处理器；工作电压CPUVDD为2436VI/OVDDH为2455V；CPU时钟032MHZ49152MHZ；内置2K字SRAM；内置32KFLASH；系统处于备用状态下时钟处于停止状态，耗电仅为2A36V；2个16位可编程定时器/计数器可自动预置初始计数值；2个10位DAC数模转换输出通道；32位通用可编程输入/输出端口；14个中断源可来自定时器、时基、外部时钟源输入、键唤醒；具备触键唤醒的功能；7通道10位电压模数转换器和单通道声音模数转换器；声音模数转换器输入通道内置麦克风放大器和自动增益控制AGC功能；具备串行设备接口；具有低电压复位LVR功能和低电压监测LVD功能；内置在线仿真电路ICEINCIRCUITEMULATOR接口；具有保密能力；具有WATCHDOG功能由具体型号决定。2系统总体方案论证与比较方案一整个系统主要由键盘输入电路、MIC输入电路、语音输出电路、红外发射电路组成。通过分析按键命令或语音识别结果，利用正常的结果以红外指令码发出，控制电视机的运行，同时用语音提示。系统组成如图31。SPCE061A键盘输入MIC输入温度传感器语音输出红外发射图31。通信电子线路课程设计（报告）2方案中用到的单片机式凌阳的16位单片机SPCE061A，由于该CPU具有丰富的I/O口和丰富的时基信号，为我们提供了极大的方便，整个系统结构简单明了，易于批量生产。方案二运用传统的集成电路加之以多种辅助电路。但系统规模庞大，且复杂。易受多种因素影响，导致系统工作状况不稳定。这也是传统遥控器的通病。由于系统采用集成电路，携带器件多，耗电量巨大。不易于被消费者接受。方案的确定比较两种方案，运用方案二，劣势明显。而运用方案一，系统只用了单颗芯片来完成语音处理和控制功能，与专用的语音处理芯片相比，具有结构简单、成本低、易实现的特点，并且凌阳科技公司提供了丰富的C函数库和语音处理函数库，供用户调用，缩短了开发周期。3系统开发31系统硬件设计硬件电路如图41硬件上共设计了13个按键，采用44的行列式键盘，IOB0IOB3设置成输入口，IOB4IOB7设置成输出口，预留3个按键作为备用键。图41硬件电路通信电子线路课程设计（报告）3语音识别电路比较简单，MIC选用驻极体话筒。驻极体话筒具有结构简单、重量轻、体积小、无方向性、频率响应宽、保真度好等优点，它的偏压由SPCE061A的VMIC管脚提供。SPCE061A提供了2个10位D/A输出通道AUD1、AUD2，用于输出语音信号，每个通道的输出能力为3MA。考虑到功耗，在这里采用了单通道AUD1输出。通过IOB8输出的PWM信号IOB8、IOB9有特殊功能可以作为红外载波信号，其频率由可编程定时器TIMERA或TIMERB的溢出频率决定。温度传感器采用普通负温度系数热敏电阻，热敏电阻灵敏度高、价格便宜。MNSP内核是一个通用的核结构。除此之外的其它功能模块均为可选结构，亦即这种结构可大可小、可有可无。借助这种通用结构附加可选结构的积木式构成，可形成各种不同系列派生产品，以适合不同场合的应用。这样做无疑会使每一种派生产品具有更强的功能和更低的成本。32系统软件设计在软件设计方面，采用模块化程序结构，当前方案包括初始化、键盘扫描、温度采集、温度播报、万年历时间计算、万年历播报、红外发射、语音识别、语音播放等模块，程序流程见图51NNNY开始系统初始化键盘扫描有键温度播报键温度采集温度播报进入睡眠报时键时间播报语音识别器触发语音识别红外发射图51通信电子线路课程设计（报告）4N系统初始化的过程先对系统时钟、IO口、万年历、中断打开按键唤醒和2HZ中断进行初始化，然后扫描按键，如果有按键，进行相应处理，无按键则进入睡眠模式，万年历的计算在2HZ中断服务程序中进行。语音播放模块应用凌阳科技提供的音频编码算法，首先在PC机上录好提示语音文件WAV文件，并经所提供的压缩工具进行压缩处理以形成二进制文件，加载到用户程序中，编译链接后存储到单片机FLASH中，播放时再解压缩送D/A还原出语音。对于应用UNSPTM内核的SPCE系列芯片，向用户提供三种不同压缩率的算法，各种压缩算法的名称及编码率类型列在表51。表51压缩算法名称语音压缩编码率类型SACM_A200016KBITS/S、20KBITS/S、24KBITS/SSACM_S48048KBITS/S、72KBITS/SSACM_S24024KBITS/S这三种压缩算法的区别在于压缩率和音质的不同。SACM_A2000算法的压缩率相对较小，音质较好，相应地，占用的资源较多。SACM_S240算法的压缩率最大，音质相对较差。SACM_S480算法介于这两者之间。每种算法都有完整的供程序调用的库函通信电子线路课程设计（报告）5数，软件编写非常方便。33系统程序设计本语音遥控器采用SACM_S480算法。语音提示背景播放程序SACM_S480_INITIAL1/播放硬件资源初始化ACM_S480_VOLUME15/初始化音量SACM_S480_PLAYRESULT,3,3/播放函数WHILESACM_S480_STATUS/播放服务函数SACM_S480_STOP/停止播放主播放函数SACM_S480_PLAYINTINDEX,INTCHANNEL,INTRAMP_SET有三个参数1INDEX播放索引号；2CHANNEL播放通道。1通过DAC1通道播放，2通过DAC2通道播放，3通过DAC1和DAC2通道播放；3RAMP_SET消除开始放音时的“啵”声。语音识别电路的基本结构如图52。语音识别分为特定发音人识别SPEAKERDEPENDENT和非特定发音人识别SPEAKERINDEPENDENT两种方式。特定发音人识别是指语音样板由单个人训练，对训练人的语音命令识别准确率较图52音滤除噪音预加重滤波器组PACRCOR系数、线性预测系数、过零次数、能量相关函数等模式匹配词典语音分析通信电子线路课程设计（报告）6图53流程图初始化识别器选择样板库调BSR_GETRESULT（函数）函数返回值识别结果处理其他处理高，而其他人的语音命令识别准确率较低或不识别。非特定发音人识别是指语音样板由不同年龄、不同性别、不同口音的人进行训练，可以识别一群人的命令。语音样板的提取非常重要。语音遥控器就是采用非特定发音人识别方式。语音识别分为语音样板训练和语音识别两个过程。我们将标准模式的存储空间称之为“词库”，而把标准模式称之为“样板”。所谓语音样板训练，就是将待识别的命令进行频谱分析，提取特征参数作为识别的标准模式。语音识别的过程就是提取语音命令的特征参数，与词库中的样板比较，取相似度最好的样板命令序号作为识别结果。凌阳科技公司提供语音样板训练工具和语音识别库函数，每次可以识别30条语音命令，命令较多的话可以分多组进行，语音识别流程见图534电路的工作原理目前所设计的电视语音遥控器，主要由键盘输入电路、MIC输入电路、温度采集电路、语音输出电路、红外发射电路组成。用户通过按键，完成遥控功能保留按键功能、语音报温和报时功能。SPCE061A有1路专用于采集语音信号的A/D转换电路MIC输入和7路用于其它功能的A/D转换电路。前者能用来进行语音识别、录音等的通信电子线路课程设计（报告）7语音信号的输入，在本遥控器里用来采集语音信号，进行语音识别；后者中，选择其中1路进行温度采集，由按键控制温度的播报。有丰富的时基信号，采用2HZ的时钟进行计数，并进行万年历计算，由按键控制播报时间。工作原理如下图所示语音信号处理的基础是对语音信号进行数字化，并采样存储。SRCE061A内置专门用于语音信号采集的自动增益控制放大器（AGC）的麦克风输入通道（MIC_IN）。语音信号经麦克转换成电信号，由隔离电容隔掉直流成分，然后输入至内部前置放大器。SPCE061A内部自动增益控制电路AGC能随时跟踪、监视前置放大器输出的音频信号电平，当输入信号增器时，AGC电路自动减小放大器的增益；当输入信号减小时，AGC电路自动增大放大器的增益，以便使进入A/D的信号保持在最佳电平，又可使谐波减至最小。ADC初始化程序如下INTOFF；R10X0030；P_TIMERA_CTRLR1；图54通信电子线路课程设计（报告）8/时钟频率为CLKA的FOSC/2R10XFA00；P_TIMERA_DATAR1；/采样率为16KHZR10X003DP_ADC_CTRLR1；/设置AGC功能R10X00A8P_DAC_CTRLR1/采用自动方式且通过MIC_IN通道输入，通过定时器A的溢出锁存数据，ADC为自动方式R10X1000P_INT_CTRLR1；/开中断IRQ1_TMINTIRQ；5总结上面介绍了采用SPCE061A来完成红外遥控、语音识别、语音报温、报时等综合功能的语音遥控器。功能的语音遥控器。系统只用了单颗芯片来完成语音处理和控制功能，与专用的语音处理芯片相比，具有结构简单、成本低、易实现的特点，并且凌阳科技公司提供了丰富的C函数库和语音处理函数库，供用户调用，缩短了开发周期。本品稍作改动，就可以用来控制空调机、录像机等电器；利用SPCE061A的语音处理优势可组成语音应答系统、语音合成系统、互动式玩具等，具有广阔的市场前景。6系统需要的元器件清单表1元器件清单序号元器件类型元器件规格数量备注1凌阳SPCE061A单片机工作电压CPUVDD为2436V12温度传感器若干3声音模数转换器14声控晶体管若干通信电子线路课程设计（报告）95高智能开关17参考文献1边肇祺张学工模式识别M北京清华大学出版社2何立民单片机应用技术选编1M北京北京航空航天大学出版社3张毅刚单片机原理及应用M北京高等教育出版社2003年4吴金戌8051单片机实践与应用M北京清华大学出版社2002年5张立科单片机典型模块设计实例导航M北京人民邮电出版社2004年6李光飞单片机C程序设计实例指导M北京北京航空航天大学出版社2005年7侯振鹏嵌入式语言程序设计M北京人民邮电出版社200年8戴佳51单片机语言应用程序设计M北京电子工业出版社2006年大庆石油学院课程设计成绩评价表课程名称通信电子线路课程设计题目名称基于SP