TOP1 語音識別控制家用電器系統(tǒng)電路

　　語音識別技術是近年來十分活躍的研究領域。語音識別系統(tǒng)的實用化研究是語音識別研究的一個主要方向。以玩具市場為例，具有高科技含量的電子玩具、智能玩具發(fā)展迅猛，電子互動式、智能化玩具已經(jīng)成為玩具行業(yè)發(fā)展的主流。我國是玩具生產(chǎn)和出口大國，但在高科技玩具的發(fā)展方面和國外的差距很大，因此，及時投入精力廣泛開展這方面的研究，無論對技術創(chuàng)新應用，還是社會經(jīng)濟發(fā)展，都有巨大的現(xiàn)實意義。與機器進行語音交流，讓機器明白你說什么，這是人們長期以來夢寐以求的事情。語音識別技術就是讓機器通過識別和理解過程把語音信號轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳奈谋净蛎畹母呒夹g。近二十年來，語音識別技術取得顯著進步，開始從實驗室走向市場。語音識別功能大大增加了玩具使用的樂趣，并使玩具體現(xiàn)出一定的智能性，因此成為大部分電子玩具、智能玩具設計中使用的關鍵技術。

　　語音模塊

　　語音輸出電路如圖所示，其中VDDH為參考電壓，VSS是系統(tǒng)的模擬地。音頻信號由SPCE061A 的DAC引腳輸出送到電路的J4端，通過音量電位器R9的調(diào)節(jié)端送到集成音頻功率放大器SPY0030，經(jīng)音頻放大后，音頻信號從SPY0030輸出經(jīng) J2 端口外接揚聲器播放聲音。 SPCE061A內(nèi)置2路10位精度的DAC，只需要外接功放電路即可完成語音的播放。圖中的SPY0030是凌陽的一款音頻放大芯片，可以工作在 2.4~6V范圍內(nèi)，最大輸出功率可達700mW。 J5 都是語音輸出接口，；是兩針的插針外接喇叭，由DAC 輸出引腳經(jīng)語音集成。

　　放大器SPY0030 放大，然后輸出。SPY0030 是音頻功率放大器。因為聲音是不同振幅和不同頻率的波，即交流信號電流，三極管的集電極電流永遠是基極電流的β倍，β是三極管的交流放大倍數(shù)，應用這一點，若將小信號注入基極，則集電極流過的電流會等于基極電流的β倍，然后將這個信號用隔直電容隔離出來，就得到了電流（或電壓）是原先的β倍的大信號，這現(xiàn)象稱為三極管的放大作用。經(jīng)過電流與電壓的共同放大，就完成了功率放大。R14為可調(diào)電阻，當調(diào)節(jié)阻值大小事，即調(diào)節(jié)了基極的輸入信號，最終影響的就是輸出信號即語音輸出音量的大小。SPY0030的放大倍數(shù)固定為20倍。

　　語音輸入電路如圖所示，其中VMC提供傳聲器的電源，AVSS1是系統(tǒng)的模擬地，VCM為參考電壓，1腳和2腳分別是傳聲器X1的正極、負極的輸入引腳，連接SPCE061A的MICP、NICN管腳上。當對著傳聲器講話時，1腳和2腳將隨著傳聲器輸入的聲音產(chǎn)生變化的波形，并在SPCE061A的兩個端口處形成兩路反相的波形，送到SPCE061A 控制器內(nèi)部的運算放大器進行音頻放大，經(jīng)過放大的音頻信號，通過ADC轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，保存到相應的寄存器中。 SPCE061A的A/D轉(zhuǎn)換器有8個通道，其中有1個通道是MIC-NI輸入，它專門用于對語音信號進行采樣。語音信號經(jīng)過MCI轉(zhuǎn)換成電信號，然后輸入至SPCE061A內(nèi)部前置放大器。由于人們說話時，麥克風距離嘴邊的距離不同，語音信號的能量將會有很大的差異，此時，如果芯片的的輸入信號太大或是太小都將影響識別的精度。而SPCE06lA內(nèi)部就帶有自動增益控制電路AGC能隨時跟蹤、監(jiān)視前置放大器輸出的音頻信號電平，當輸入信號增大時AGC電路自動減小放大器的增益；當輸入信號減小時，AGC電路自動增大放大器的增益，從而以補償太小或是太大的信號，以便使進入戶A/D的信號保持在最佳電平，又可使削波減至最小。 SPCE061A芯片中已經(jīng)集成了音頻輸入專用ADC以及AGC放大電路，因為此芯片外部的電路比較簡單。

　　MICP和MICN將隨著MIC產(chǎn)生的波形變化，并在兩個端口處形成兩路反相波形，在經(jīng)過兩級運放放大，把放大的語音信號交給ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，這時就可以通過單片機編程對這些數(shù)據(jù)進行處理，進行語音處理識別等功能。 正如我們在前面介紹的61 板具有強大的語音處理功能，如圖3-8所示，X1 是語音的MIC 輸入端，帶自動增益（AGC）控制。

　　SPR4096外擴Flash模塊

　　在本系統(tǒng)中，當我們對系統(tǒng)進行訓練、識別、操作時，有一些語音提示，由于SPCE061A內(nèi)部只有32k字的flash空間，除了一部分空間作為程序的存儲之后，剩下的用來存儲語音數(shù)據(jù)時遠遠不夠的，于是系統(tǒng)外擴了flash。SPR4096與SPCE061A的連接方式為：SCK與SPCE061A的 IOB0接，SDA與SPCE061A的IOB1口接。SPR4096按串行接口模式工作，要把CF2~CF0均接高電平。CF7為低電平時選中 FLASH，高電平時選中SRAM。 SPR4096是一個高性能的4M-bit（512×8-bit）FLASH，分為256個扇區(qū)。每個扇區(qū)2Kbyte。SPR4096還內(nèi)置了以個 4K×8bit的SRAM。在進行FLASH的編程/擦除時，可以并發(fā)執(zhí)行SRAM的讀/寫。SPR4096內(nèi)置了一個總線存儲器接口和一個串行接口，它允許單片機通過8-bit并行模式或者1-bit的串行模式訪問FLASH/SRAM存儲區(qū)。 SPR4096串行接口的工作頻率可達到5MHz。SPR4096有兩個電源輸入端VDDI和VDDQ。VDDI是給內(nèi)部FLASH和控制邏輯供電的；VDDQ是專門為I/O供電的。

　　供電電壓VDDQ:2.25V~3.6V。SPR4096最大讀電流為2mA，最大編程/擦除電流為6 mA 。SPR4096模塊包括總線存儲接口，串行接口，SRAM，編程與擦除控制器和一個4M的FLASH。選擇串行接口時，SCLK作為時鐘信號線，SDA 作為1-bit的數(shù)據(jù)線。如果接收到FLASH的讀指令或者SRAM的讀/寫指令，串口會把這些指令傳給編程和擦除控制器，讓編程和擦除控制器去完成相應操作。 串行接口模式的選中是通過CF2~CF0來實現(xiàn)的。當CF2~CF0均接高電平時，選中的就是串行接口模式，在串行接口模式下，CF7為低電平時選中 FLASH，高電平時選中SRAM。該芯片有SIF（Serial Interface）和BMI（Busmenory Interface）兩種工作方式，但DIP24只支持SIF方式。

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