語(yǔ)音識(shí)別控制燈

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)信息與電氣工程學(xué)院電子信息工程電子信息工程 CDIO 二級(jí)項(xiàng)目二級(jí)項(xiàng)目（2013/2014 學(xué)年第二學(xué)期）題 目 ： 語(yǔ)音識(shí)別控制燈 專業(yè)班級(jí) ： 電子信息 學(xué)生姓名 ： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師 ： 馬永強(qiáng)老師 設(shè)計(jì)周數(shù) ： 15 周 設(shè)計(jì)成績(jī) ： 2014 年 6 月 4 日精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)目目 錄錄 2.2. 2.1.2.1. 2.2. 2.2. 2.2. 2.2. 3.3. 3.3. 3.2.3.2. 3.2.3.2.2 23 3精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)1 1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)目的及任務(wù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)目的及任務(wù)要求完成一

2、個(gè)語(yǔ)音識(shí)別控制燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，基于 LD3320 芯片的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)。最基本的要求做到語(yǔ)音說(shuō)出一些簡(jiǎn)單的命令，系統(tǒng)會(huì)識(shí)別并且做出相應(yīng)地動(dòng)作或運(yùn)作，以此來(lái)控制燈的亮和滅。要求設(shè)計(jì)出原理圖，并且利用 proteus 軟件進(jìn)行了仿真試驗(yàn)。2 2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路 2.12.1 LD3320LD3320 芯片芯片 2.1.12.1.1 LD3320LD3320 芯片的功能芯片的功能語(yǔ)音識(shí)別是對(duì)基于生理學(xué)和行為特征的說(shuō)話者嗓音和的運(yùn)用。它與語(yǔ)言識(shí)別不同在于這項(xiàng)技術(shù)不對(duì)說(shuō)出的詞語(yǔ)本身進(jìn)行辨識(shí)。而是通過(guò)分析語(yǔ)音的唯一特性，例如發(fā)音的頻率，來(lái)識(shí)別出說(shuō)話的人。語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)使得人們可以通過(guò)說(shuō)話的嗓音來(lái)控制能

3、否出入限制性的區(qū)域。舉例來(lái)說(shuō)，通過(guò)電話撥入銀行、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)、購(gòu)物或語(yǔ)音郵件，以及進(jìn)入保密的裝置。語(yǔ)音識(shí)別與其他生物識(shí)別技術(shù)相比，不僅具有不會(huì)遺失和忘記、不需記憶、使用方便等特點(diǎn)，而且還具有程度高，聲音輸入設(shè)備造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)。由于涉及不到用戶的隱私問(wèn)題，所以可以方便的推廣應(yīng)用。LD3320 芯片是一款“語(yǔ)音識(shí)別”專用芯片。該芯片集成了語(yǔ)音識(shí)別處理器和一些外部電路，包括 AD、DA 轉(zhuǎn)換器、麥克風(fēng)接口、聲音輸出接口等。本芯片不需要外接任何的輔助芯片如 Flash、RAM 等，直接集成在現(xiàn)有的產(chǎn)品中即可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別/聲控/人機(jī)對(duì)話功能。并且，識(shí)別的關(guān)鍵詞語(yǔ)列表是可以任意動(dòng)態(tài)編輯的。該芯片不需要外接

4、任何的輔助芯片，直接集成在現(xiàn)有的產(chǎn)品中，即可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別，聲控，人機(jī)對(duì)話功能。LD3320 完成非特定人語(yǔ)音識(shí)別，每次識(shí)別最多可以設(shè)置 50 項(xiàng)候選識(shí)別語(yǔ)句，每個(gè)識(shí)別句可以是單字，詞組或短句，長(zhǎng)度為不超過(guò) 10 個(gè)漢字或者 79 個(gè)字節(jié)的拼音串。另一方面，識(shí)別句內(nèi)容可以動(dòng)態(tài)編輯修改，因此可由一個(gè)系統(tǒng)支持多種場(chǎng)景。芯片采用 48 腳 QFN 塑料封裝，工作供電為 3.3V。核心是語(yǔ)音識(shí)別運(yùn)算器，配合輸入和輸出，AD/DA 轉(zhuǎn)換等模塊，完成語(yǔ)音識(shí)別的功能。LD3320 芯片還支持并行和串口接口，串行方式可以簡(jiǎn)化與其他模塊的連接。 2.1.22.1.2 寄存器介紹寄存器介紹寄存器大部分都是有讀和寫(xiě)的

5、功能，有的是接受數(shù)據(jù)的，有的是設(shè)置開(kāi)關(guān)和狀態(tài)的。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)寄存器的地址空間為 8 位，可能的值為 00H 到 FFH。 ASR: 自動(dòng)語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)（Automatic Speech Recognition） 。 FIFO:英文 First In First Out 的縮寫(xiě)，是一種先進(jìn)先出的數(shù)據(jù)緩存器， 它與普通存儲(chǔ)器的區(qū)別是沒(méi)有外部讀寫(xiě)地址線，這樣使用起來(lái)非常簡(jiǎn)單。 LD3320 芯片內(nèi)部有 2 個(gè) FIFO，分別是： FIFO_EXTFIFO_DATA FIFO_DATA 主數(shù)據(jù)處理 FIFO 緩存器，ASR 或者 MP3 的主數(shù)據(jù)區(qū) FIFO_EXT 語(yǔ)音識(shí)

6、別添加關(guān)鍵詞用 FIFO 緩存器 MCU： 本文檔中專指外部電路板的主控芯片，對(duì) LD3320 芯片進(jìn)行控制的微處理器。 DSP：本文檔中專指本芯片 LD3320 內(nèi)部的專用 DSP，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別和語(yǔ)音播放的算法。 2.1.32.1.3 寄存器的操作寄存器的操作本芯片的各種操作，都必須通過(guò)寄存器的操作來(lái)完成。比如設(shè)置標(biāo)志位、讀取狀態(tài)、向 FIFO 寫(xiě)入數(shù)據(jù)等。寄存器讀寫(xiě)操作有 2 種方式，即標(biāo)準(zhǔn)并行方式和串行 SPI 方式。（1）并行方式第 46 腳（MD）接低電平時(shí)按照此方式工作，寫(xiě)和讀的時(shí)序圖如下：圖 1 并行方式寫(xiě)時(shí)序精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)圖 2 并行方式讀時(shí)序由時(shí)序

7、圖可以看到，A0 負(fù)責(zé)通知芯片是數(shù)據(jù)段還是地址段。A0 為高時(shí)是地址，而 A0 為低時(shí)是數(shù)據(jù)。發(fā)送地址時(shí) CSB*和 WRB*必須有效，寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)同樣 CSB*和 WRB*必須有效，而讀數(shù)據(jù)時(shí) CSB*和 RDB*必須有效。 （2）串行 SPI 方式第 46 腳（MD）接高電平，且第 42 腳（SPIS*）接地時(shí)按照此方式工作。寫(xiě)和讀的時(shí)序如圖3：圖 3 SPI 方式寫(xiě)時(shí)序?qū)懙臅r(shí)候要先給 SDI 發(fā)送一個(gè) “寫(xiě)”指令（04H） ，然后給 SDI 發(fā)送 8 位寄存器地址，再給 SDI 發(fā)送 8 位數(shù)據(jù)。在這期間，SCS*必須保持在有效（低電平） 。 圖 4 SPI 方式讀時(shí)序精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你

8、奉上專心-專注-專業(yè)寫(xiě)的時(shí)候要先給 SDI 發(fā)送一個(gè) “讀”指令（05H） ，然后給 SDI 發(fā)送 8 位寄存器地址，再?gòu)?SDO 接受 8 位數(shù)據(jù)。在這期間，SCS*必須保持在有效（低電平） 。 2.1.42.1.4 驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)程序（1）芯片復(fù)位就是對(duì)芯片的第 47 腿（RSTB*）發(fā)送低電平?？砂凑找韵马樞颍?void LD_reset() RSTB =1; delay(1); RSTB =0; delay(1); RSTB =1; delay(1)是延遲 1 毫秒的意思，為了更穩(wěn)定地工作。芯片初始化一般在程序的開(kāi)始進(jìn)行，如果有時(shí)芯片的反應(yīng)不太正常，也可用這個(gè)方法恢復(fù)芯片的初始狀態(tài)。（2

9、）語(yǔ)音識(shí)別語(yǔ)音識(shí)別的操作順序是： 通用初始化語(yǔ)音識(shí)別用初始化寫(xiě)入識(shí)別列表開(kāi)始識(shí)別， 并準(zhǔn)備好中斷響應(yīng)函數(shù)，打開(kāi)中斷允許位。 如果不用中斷方式，也可以通過(guò)查詢方式工作。在“開(kāi)始識(shí)別”后，讀取寄存器 B2H 的值，如果為 21H 就表示有識(shí)別結(jié)果產(chǎn)生。在此之后讀取候選項(xiàng)等操作與中斷方式相同。（3）寫(xiě)入識(shí)別列表列表的規(guī)則是，每個(gè)識(shí)別條目對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的編號(hào)（1 個(gè)字節(jié)） ，不同的識(shí)別條目的編號(hào)可以相同，而且不用連續(xù)。本芯片最多支持 50 個(gè)識(shí)別條目，每個(gè)識(shí)別條目是標(biāo)準(zhǔn)普通話的漢語(yǔ)拼音（小寫(xiě)） ，每 2 個(gè)字（漢語(yǔ)拼音）之間用一個(gè)空格間隔。編號(hào)可以相同，可以不連續(xù)，但是數(shù)值要小于 256（00HFFH）

10、 。編號(hào) 字符串 1 bei jing 1 shou du 精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)4 shang hai 6 tian jin 8 chong qing 編號(hào)可以相同，可以不連續(xù)，但是數(shù)值要小于 256（00HFFH） 。例子中的“北京”和“首都”對(duì)應(yīng)同一編號(hào)，說(shuō)這兩個(gè)詞會(huì)有相同的結(jié)果返回。流程圖如下：圖 5 語(yǔ)音識(shí)別流程圖（4）開(kāi)始識(shí)別設(shè)置幾個(gè)相關(guān)的寄存器，就可以控制 LD3320 芯片開(kāi)始語(yǔ)音識(shí)別。單片機(jī)程序中，一般會(huì)用一個(gè)全局變量記錄和控制當(dāng)前狀態(tài)在編程時(shí)一定要把對(duì)該狀態(tài)的設(shè)置語(yǔ)句放在LD3320 芯片正式開(kāi)始識(shí)別以前。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)（5）

11、響應(yīng)中斷 如果麥克風(fēng)采集到聲音，不管是否識(shí)別出正常結(jié)果，都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)。而中斷程序要根據(jù)寄存器的值分析結(jié)果。 讀取 BA 寄存器的值，可以知道有幾個(gè)候選答案，而 C5 寄存器里的答案是得分最高、最可能正確的答案。 例如發(fā)音為“上?！辈⒈怀晒ψR(shí)別（無(wú)其他候選） ，那么 BA 寄存器里的數(shù)值是 1，而C5 寄存器里的值是對(duì)應(yīng)的編碼 3。流程圖如下：圖 6 中斷響應(yīng)流程圖 2.1.52.1.5 播放聲音播放聲音播放聲音的操作順序是： 通用初始化MP3 播放用初始化調(diào)節(jié)播放音量開(kāi)始播放聲音， 并準(zhǔn)備好中斷響應(yīng)函數(shù)，打開(kāi)中斷允許位。 精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)（1） 通用初始化 和

12、語(yǔ)音識(shí)別部分一樣，按指定序列設(shè)置寄存器。 （2） 聲音播放用初始化（3） 調(diào)節(jié)播放音量 需要修改寄存器 8E。 音量分為 16 級(jí)，用 4 位二進(jìn)制表示，范圍是 0-15。設(shè)置音量時(shí)，將(15-音量值) 設(shè)給寄存器 8E 的第 2-5 位。 （4） 開(kāi)始播放聲音 開(kāi)始播放位置清零（自定義變量 Mp3Pos=0） ； 寄存器 1B 的第 3 位設(shè)為 1（按位或 0 x08） ； 循環(huán)執(zhí)行： while（【播放條件】=true） 順序?qū)?MP3 數(shù)據(jù)放入寄存器 01(每次一個(gè)字節(jié))； Mp3Pos 增加 1 【播放條件】為下面條件都成立，有一個(gè)不滿足就跳出循環(huán)：讀取寄存器 06，第 3 位=0；M

13、p3Pos MP3 文件的總長(zhǎng)度。 修改 BA 、17 等寄存器；開(kāi)放中斷允許。開(kāi)始播放的流程圖如下：精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)圖 7 開(kāi)始播放流程圖（5）中斷響應(yīng)。 開(kāi)始播放可以把聲音數(shù)據(jù)的最初部分送入芯片，等到芯片播放這一段后會(huì)發(fā)出中斷請(qǐng)求。而中斷函數(shù)里會(huì)不斷的送入數(shù)據(jù)，直到 FIFO_DATA 裝滿或聲音數(shù)據(jù)結(jié)束。由于 LD3320 芯片只有一只管腳負(fù)責(zé)中斷請(qǐng)求輸出，所以一般情況下用一個(gè)中斷響應(yīng)函數(shù)處理 2 種中斷。中斷處理函數(shù)里，播放聲音部分流程圖如下：精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)圖 8 播放聲音流程圖精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)3 3 設(shè)計(jì)

14、電路設(shè)計(jì)電路 3.13.1 仿真電路仿真電路圖 1 原理圖 3.23.2 電路工作原理分析電路工作原理分析 3.2.13.2.1 程序流程程序流程語(yǔ)音識(shí)別的操作流程：（1）語(yǔ)音識(shí)別用初始化，在此步驟中，對(duì)各寄存器進(jìn)行初始化設(shè)置；（2）寫(xiě)入識(shí)別列表。LD3320 是一個(gè)基于詞庫(kù)的語(yǔ)音識(shí)別芯片， 。應(yīng)將待識(shí)別的短語(yǔ)寫(xiě)入識(shí)別列表，每個(gè)識(shí)別條目對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的字節(jié)，不同的識(shí)別條目的字節(jié)可以相同，而且不用連續(xù)，但是數(shù)值要小于 256；（3）開(kāi)始識(shí)別，并準(zhǔn)備好中斷響應(yīng)函數(shù)，打開(kāi)中斷允許位；（4）響應(yīng)中斷。如果麥克風(fēng)采集到聲音，不管是否識(shí)別出正常結(jié)果，都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)，而中斷程序要根據(jù)寄存器的值分析結(jié)果。

15、讀取 BA 寄存器的值，可以知道有幾個(gè)候選答案，而 C5 寄存器里的答案是得分最高，最可能正確的答案。 如果不用中斷方式，也可以通過(guò)查詢方式工作。 開(kāi)始識(shí)別后，讀取寄存器 B2H 的值，如果 21H 就表示有識(shí)別結(jié)果產(chǎn)生。在此之后讀取精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)候選項(xiàng)等操作與中斷方式相同。 LD3320 芯片還具有 MP3 播放的功能。 3.2.23.2.2 原理說(shuō)明原理說(shuō)明LD3320 的基本應(yīng)用電路由一個(gè)微控制器（MCU）和 LD3320 組成。電路中的主控 MCU 芯片，是為了完成對(duì) LD3320 芯片寄存器的操作。對(duì) LD3320 芯片的各種操作，都必須通過(guò)寄存器的操作來(lái)

16、完成。其寄存器可以分為，F(xiàn)IFO 數(shù)據(jù)緩存器、語(yǔ)音識(shí)別控制寄存器、音量調(diào)節(jié)、模擬電路和其他的輔助寄存器。寄存器讀寫(xiě)操作有兩種方式，即標(biāo)準(zhǔn)并行方式和串行 SPI 方式。LD3320 寄存器的地址空間為 8位，編號(hào)從 00H 到 FFH。 4 4 項(xiàng)目設(shè)計(jì)心得項(xiàng)目設(shè)計(jì)心得本學(xué)期學(xué)習(xí) LD3320 的時(shí)間很短,芯片設(shè)計(jì)掌握的深度不夠，但通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，卻改變了很多， 首先，對(duì)于硬件電路的工作原理有了進(jìn)一步的學(xué)習(xí)，同樣就有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)；其次，軟件方面，在程序的設(shè)計(jì)，程序的調(diào)試方面都學(xué)到了很多東西。在大學(xué)課堂的學(xué)習(xí)只是純理論的專業(yè)知識(shí)，而我們應(yīng)該把所學(xué)的用到現(xiàn)實(shí)生活中去，此次的 LD3320 設(shè)計(jì)語(yǔ)

17、音控制燈給我奠定了一個(gè)實(shí)踐基礎(chǔ)，我會(huì)在以后的學(xué)習(xí)、生活中磨練自己，使自己適應(yīng)社會(huì)激烈的競(jìng)爭(zhēng)。在這次的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，無(wú)論是在理論學(xué)習(xí)階段，還是在設(shè)計(jì)的選題、資料查詢和撰寫(xiě)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，我都得到到了許多人的悉心的指導(dǎo)和幫助。學(xué)習(xí)單片機(jī)要有一定的基礎(chǔ)：電子技術(shù)方面要有數(shù)字電路和模擬電路等方面的理論基礎(chǔ)，特別是數(shù)字電路；編程語(yǔ)言要求匯編語(yǔ)言或。要想成為單片機(jī)高手，建議初學(xué)者首先學(xué)習(xí)，學(xué)的差不多的時(shí)候，轉(zhuǎn)入 C 語(yǔ)言學(xué)習(xí)。盡管匯編語(yǔ)言屬于低級(jí)語(yǔ)言，編程效率低，但是較 C 語(yǔ)言具有簡(jiǎn)短，占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快等優(yōu)點(diǎn)，更重要的是能使初學(xué)者盡快熟悉單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并能對(duì)其進(jìn)行精確的控制。匯編語(yǔ)言在單片機(jī)教材里面都會(huì)涉及，不需要單獨(dú)購(gòu)買教材和學(xué)習(xí)。設(shè)計(jì)