TOP6 基于ARM的非特定人語音識別系統電路模塊

　　微控制核心電路

　　系統采用ARM Cortex M3內核ST公司的32位高性能單片機STM32F103C8T6 為控制核心，該芯片可以達到72 MHz的工作頻率，內置高速存儲器（64 KB的閃存和20 KB的SRAM），擁有豐富的I/O口資源和鏈接到兩條APB 總線的外設。包括了12 b 的ADC、通用16 b 的定時器、還包括I2C、SPI、USART、USB、CAN等總線或串行通信接口，片內資源和擴展接口都十分豐富，該微控制核心是專門設計于滿足高穩定性、低功耗、實時性、高性價比的嵌入式產品應用。該內核芯片可以滿足非特定人語音識別的功能要求，利用相關電路構成STM32F103C8T6 的最小系統，在硬件PCB 中還集成了功能引針輸出接口、SD卡接口、USB下載\調試電路，用戶按鍵、電源電路等，核心系統電路圖如圖3所示，配合其他外圍擴展達到功能要求。

　　非特定人語音識別電路

　　本系統中選用IC Route公司生產的LD3320非特定人語音識別芯片，該芯片是非特定人語音識別的專用芯片，內部已經集成了語音識別處理器和一些信號調制電路，擁有高性能的A/D轉換器、D/A轉換器、麥克風音頻信號輸入接口、音頻解碼輸出接口等，用戶只需要用軟件編輯好待識別的關鍵詞列表，LD3320最大可以支持 50 條關鍵詞句，把這些列別以字符的形式傳送到芯片中，就可以對待識別的語音信號進行近似度分析，識別后輸出結果。

　　LD3320 整體工作電路如圖4 所示，總體上可以把電路圖分為8個部分，分別是LD3320基礎外圍電路、電源電路、外部晶體振蕩器電路、麥克風信號處理電路、去耦合濾波電路、解碼音頻去直流成分電路、功能引針輸出電路、狀態信號指示電路。語音識別單元對于電源供電電路的要求較高，電路中注重對供電純凈度的要求，由系統中的LDO芯片 LM1117-3.3 V為語音識別系統供電，加上電感、電容為供電進行濾波，RSTB為LD3320復位引腳，連接到主控制器進行復位控制。LD3320支持并行數據通信和串行數據通信，在本系統設計中考慮對主控I/O 資源的占用問題，故而選用串行通信方式對LD3320 進行數據傳送和控制，LD3320 的MD 引腳通過上拉電阻鉗位為高電平。SPI總線的SDI、SDO、SDCK和SCS引腳連接到主控芯片對應引腳。INTB為中斷信號引腳，遇到識別結果輸出或者是內部音頻文件解碼完成等狀態，該引腳會對應輸出電平狀態通知主控。MBS引腳作為麥克風偏置電壓輸入，連接了RC電路，保證產生一個浮動電壓供給麥克風信號。

　　嵌入式指紋處理系統模塊電路模塊

　　采用了MBF200的MCU模式獲取指紋圖像。它與DSP和CPLD的硬件連接如下：傳感器的8位數據線直接與TMS320VC5402 的低8位數據線相連，讀寫信號線由EPM3032AE控制，通過編程可將采集到的指紋圖像數據直接存儲到SRAM 四頁中的任意一頁或兩頁中， 由于SRAM 每頁最多只能提供48KW 的數據空間，為了后續編寫指紋識別程序的方便，編寫程序設置MBF200的寄存器將采集圖像數據控制在48KB以內，本文所采集的指紋圖像像素為 220×220，存于SRAM的第一頁。另外，需要注意的是MBF200的兩種起振方式：采用內部多諧振蕩器起振，將MBF200的FSET 管腳通過者外接晶體振蕩電路，使用外部時鐘時通過XTAL1．XTAL2連接晶體電路來產生時鐘信號。本文通過設置MBF200寄存器CTRLB的 XTALSEL位為低采用第一種起振方式。指紋采集部分的硬件連接如圖2所示。

　　圖2 指紋采集部分硬件連接圖

　　USB接口擴展電路模塊

　　考慮到模塊板可能需要外掛海量存儲器存儲指紋模版及與PC機等上位機進行通信，采用CH375擴展了系統的USB接口，它是一個USB總線的通用設備接口芯片，無需用戶編寫驅動程序，CH375以C語言子程序庫提供了USB存儲設備的文件級接口，這些應用層接ISIAPI包含了常用的文件級操作，可以方便移植并嵌入到各種常用的單片機程序中，這樣對USB 設備的通信就幾乎和訪問本地硬盤一樣。它具有8位數據總線（D0-D7）、讀（/RD）、寫（/WR）、片選控制線（/CS）以及中斷輸出（/INT），可以方便地與TMS320VC5402進行連接。另外CH375有一個地址線A0，它占用兩個地址位，當A0引腳為高電平時選擇命令端口，可以寫入命令; 當A0引腳為低電平時選擇數據端口，可以讀寫數據，其硬件連接如圖3所示。

　　圖3 USB擴展硬件連接圖

　　對于嵌入式指紋處理模塊硬件的構建，考慮到整個模塊所需實現的功能、成本和處理速度的要求，選用TI公司生產的DSP處理器TMS320VC5402作為整個模塊的核心處理芯片，它是TI公司推出的一款性價比極高的DSP處理器，其內部包括4KW 的ROM，16KW 片內DARAM，2個定時器，4個外部中斷，外部程序空間可擴展到1MW，并且它可工作在3種低功耗方式（IDLE1，IDLE2，IDLE3），能較好的滿足本模塊需要。指紋圖像采集芯片選擇FUJITSU公司推出的新一代固態指紋傳感器MBF200。它是一款專為嵌入式系統設計的高性能、低功耗的電容指紋傳感器。