基于单片机的语音控制开关设计毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机的语音控制开关设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

支持远程通信唤醒。 LD3320 是一颗由 ICRouat 公司生产的基于非特定人语音识别 (SIASR， Speaker Independent Automatic Speech Recognition)技术的语音识别 /声控芯片。 该芯片集成了语音处理器和一些外部电路，包括 AD、 DA 转换、麦克风接口、声音输出接口等， LD3320 芯片是一款“语音识别”专用芯片。 它内置有非特定语音识别的 DSP 算法，支持动态添加 50 条识别指令，该芯 片注重节能和高效因此无需外挂其他辅助器件，单一芯片即可完成语音识别。 它只需要一个 MCU 与其并行链接，写入识别短语，就可以对其进行语音控制。 并且关键词列表是可以任意编辑的 陕西理工学院毕业设计 第 5 页 共 56 页 所谓的非特定语音输入指的就是针对不同音色音调的的人，不需要对其进行语音训练，即使不同年龄不同性别的人，只要说出同一个设定的词语，它都可以识别。 识别准确率高达 95%。 继电器是我们生活中常用的一种控制设备，通俗的意义上来说就是开关， 在特定的条件下打开或者关闭。 继电器的开关特性在很多的控制系统 特别是在 离散的控制系 统中得到 非常 广泛的 使用。 从 其他方面来说 ， 因 为 一些其他 用途设计使用的电子电路， 最后多少都可能会 和 其他 机械设备相交互， 因此 继电器也 可以作为 电子设备和机械设备的接口。 本设计方案中只要是用单片机来实现对开关的控制，由于语音芯片和单片机的控制电压都为,所以触发电平必须是 ，设计初衷是应用到智能家居这一方面，所以选用交流继电器，SRS05VDCSL 是一款可以任意选择高电平或低电平触发的 5V 继电器。 由于继电器得出发电压为5V，而语音芯片提供的输出电压为 ，所以在输出端架三极管 NPN 做电压的放大。 可控制交流250V/3A，直流 30V/3A，完全可以满足此次设计任务的要求，故开关模块就选用 SRS05VDCSL 继电器对开关进行控制。 最佳主体方案 本课题设计语音智能开关采用了以单片机为语音智能控制开关的核心部件件，对语音芯片LD3320 的信息进行处理，并对开关进行控制，通过 LD3320 外界的麦克风采集声音信号，再通过LD3320 语音芯片进行频谱分析，在提取语音特征，之后和关键词语列表中的关键词进行对比匹配，最后找出得分最高的关键词作为识别结果输出给单片机，单片机进行处理后，再输出信号 来控制继电器，再通过继电器来控制开关工作，开关又可实现很多对电器的控制，从而实现语音智能控制，整个系统硬件设计合理软件设计可行，测试可表明，在环境背景的噪声不是太大，控制者发音不模糊的前提下，语音控制开关的语音语音识别系统能对语音指令做出智能反应，实现了预想中的功能。 陕西理工学院毕业设计 第 6 页 共 56 页 3 硬件设计及实现 本系统 硬件系统主要由电源语音识别系统，复位电路，单片机，时钟电路组成。 通过麦克风把语音信号收集进来，进行 A/D 转换，并能对声音进行识别，控制继电器输出实现电器开关功能，通过对声音指令的识别，来产生控制信号， 以控制外继电器的终端，以此来控制外部开关的动作。 STC11L08XE具有 44个引脚，其封装为 LQF44。 的内部结构如图 ，包含以下几个方面 ●一个八位微处理器 CPU ●片内数据存储器 RAM和特殊功能寄存器 SFR ●片内程序存储器 ROM ●两个定时 /计时器 T0,T1，可用作定时器，也可用作对外脉冲进行 ● 四个八位可编程的并行 I/O端口，每个端口即可做输入也可作输出 ●一个串行端口，用做数据的串行通信 ●中断系统 ●时钟电路 时 钟 电 路定 时 / 计数 器R O MS F R 和 R A MC P U系 统 总 线并 行 端 口 串 行 端 口 中 断 系 统时 钟 源T 0 T 1P 0 P 1 P 3P 2T X DR X DI N T 1I N T 0 图 STC11L08XE 单片机内部结构图 其引脚功能分别为 （ 1） 电源引脚 Vcc和 GND Vcc电源端接 + GND 接 1 （ 2）时钟电路引脚 XTAL1和 XTAL2 陕西理工学院毕业设计 第 7 页 共 56 页 XTAL1:接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是振荡器倒向放大器的入端，若使用外部 TTL 时钟时，该引脚必须接地。 XTAL2:接外部晶振和微调电容的另一端，在片内它是振荡器倒向放大器的出端，若使用外部 TTL 时钟时，该引脚为外部时钟 的输入端。 （ 3） 复位信号 RST 该信号高电平有效，在输入端保持两个周期的高电平后，完成复位操作。 （ 4） 地址锁存允许 ALE 系统扩展时， ALE 用于控制地址锁存器锁存 P0 口输出的低 8 位地址，从而实现了 P0 口数据与低位地址的复用 （ 5）最小系统 单片机最小系统包括 CPU、供电系统、时钟系统、复位系统。 （ 6） I/O口功能 STCL1108XE共有五组 I/O端口，每组八路，共 40 根 I/O口线。 ◆ P0口。 P0口共 8根 I/O口线，分别为： ，做一般 I/O口使用。 ◆ P1 口。 P1 口共 8 根 I/O 口线，分别为： ，其中 ， ， 具有复用功能，具体如表 1所示。 ◆ P2口。 P2口共 8根 I/O口线，分别为： ，做一般 I/O口使用。 ◆ P3口。 P3口共 8根 I/O口线，分别为： ，每一位都具有复用功能，具体如表 2所示。 ◆ P4口。 P4 口共 8 根 I/O口线，分别为： ，其中 、 P4， 7 具有复用功能。 具体如表3所示。 表 1 p1 口的 复 用功 能 端口引脚 复用功能 CLKOUT2：可编程时钟输出引脚 2，利用独立波特率发生器 BRT 的益处 作为时钟输出 INT :扩展外部中断触发或节电模式的唤醒引脚，可设置为外部下降沿中断，并可在停机、省电模式时，将 MCU唤醒 RXD:可设置为串行口的数据接收端，用作第二串口 TDX:可设置为串行口的数据发送，用做第二串口 表 3 P3 口的复用功能 端口引脚 复用功能 ALE：访问片外数据存储器的地址锁存 端 冲输 出 端 RST：片外复位信号输入端 陕西理工学院毕业设计 第 8 页 共 56 页 表 2 P2 口的复用功能 端口引脚 复用功能 INT :扩展外部中断触发或节电模式的唤醒引脚，可设置为外部下降沿中断，并可在停机、省电模式时，将 MCU唤醒 RXD:可设置为串行口的数据接收端，用作第二串口 TXD：串行口的默认数据发送端 0INT :外部中断 0 中断请求输入端 1INT :外部中断 1 请求输入端 CLKOUT0:可编程时钟输出引脚 0，利用 T0 的益处作为时钟的输出 INT :扩展外部中断触发或节电模式的唤醒引脚，可设置为外部下降沿中断，并可在停机、省电模式时将 MCU 唤醒 CLKOUT1:可编程时钟输出引脚 1，利用 T1 的益处作为时钟的输出 INT :扩展外部中断触发或节电模式的唤醒引 脚，可设置为外部下降沿中断，并可在停机、省电模式时将 MCU 唤醒 WR:扩展外数据存储器的写扩展端 RD:扩展片外数据存储器的读控制端 语音控制部分 说明： IO方向 : I表示输入 O表示输出 AD分类 : A表示模拟信号 D表 示数字信号 陕西理工学院毕业设计 第 9 页 共 56 页 表 4 LD3320部分管脚说明 管脚标号 管脚名称 IO 方向 AD 方向 说明 31 CLK I D 时钟输入 448MHZ 3438 P7P3 I/O D 并行口连接上拉电阻 39 P2/SDCK I/O D 并行口第 2 位共用 SPI 时钟， 上拉电阻 40 P1/SDO I/O D 并行口第 1 位，公用 SPI 输出 41 P0/SDI I/O D 并行口第 0 位，公用 SPI 输入 42 WRB/SPIS I D 写允许低电平有效， 公用 SPI 允许连接上拉电阻 43 CSB/SCS I D 并行方式片选信号， 公用 SPI 片选信号连接上拉电阻 44 A0 I D 地址或数据选择。 在 WRB 有效时， 高电平表示 P0P7 是地址， 而低电平表示 P0P7 是数据 45 RDB I D 读允许低电平有效连接上拉电阻 46 MD I D 0：并行工作方式 1：串行工作方式 连接上拉电阻 47 RSTB I D 复位信号低电平有效 连接上拉电阻 48 INTB O D 中断输出信号低电平有效 连接上拉电 阻 25 根据电路原理图连接上拉电阻 12 MBS A 麦克风偏置 18 VREF A 声音信号参考电压 陕西理工学院毕业设计 第 10 页 共 56 页 LD3320是一颗基于非特定人语音识别 (SIASR， Speaker Independent Automatic Speech Recognition)技术的语音识别 /声控芯片。 LD3320 芯片是“语音识别”专用芯片。 芯片包括 了语音识别处理器和一些外部电路， 有 ADC、 DAC 转换器、麦克风 接口、声音输出接口等。 LD3320芯 片可以不连接 任何 外部 的辅助芯片如 Flash、 RAM 等，直接集成在 自身 的产品中 就能完成 语音识别 /声控 /人机对话功能。 而且 ， 语音芯片的 关键词语列表 能够被随意的 动态 改变的 的 ,本文介绍如何编写程序实现芯片的功能 LD3320完成非特定人语音识别，每次识别 能 设置 50项候选 句以供识别参考 ，单字、词组或短句 都可以作为识别的句子 ， 每个是别句的 长度 应该少于 10个汉字 或 79个字节的拼音串。 另外 ，识别句内容 是能随意 动态编辑修改 的 ， 所以 一个系统 能完成 多种场景。 芯 用 片采用 48脚QFN塑料封装，工作 供电 固定 为。 芯片内部电路 图描述 如图。 芯片的主旨就是 是语音识别运算器， 加上 输入、输出、 AD/DA转换等模块，完成语音识别的功能。 LD3320还支持并行和串行接口与其他模块的连接。 LD3320内部集成了快速稳定的优化算法，因此不需要外接 Flash和 RAM等存储设备，并且也不需要用户事先经过语音训练和录音来完成非特定的语音识别，所以 LD3320的识别率比较高，也比较稳定。 M B SV R E FM U XA D CD A CMUXD A CMUXC l o c kP L L语 音 识 别 运 算 器并 行 和 串 行 （ S P I ） 接 口输 入电 源H P O LL O U T LE Q 1E Q 2E Q 3L O U T RV D D V D D I OV D D AP 0 P 7控 制 信 号 图 LD3320 内部电 路的逻辑框图 时钟（ Clock）芯片必须连接外部时钟，可接受的频率范围是 2— 34MHz,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。 对芯片的复位信号（ RSTB*）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*信号就可以重新激活芯片进入工作状态。 并行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（ P0P7）， 4 个控制信号 （ WRB*, RDB*, CS*， A0）， 以及一个中断返回信号（ INTB*）。 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*）接地。 此时只使用 4 个管脚：片选（ SCS*）、 SPI 时钟（ SDCK）、 SPI 输入 (SDI)和 SPI输出（ SDO）。 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 控制来完成的。 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，识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对应陕西理工学院毕业设计。