語(yǔ)音識別機器人系統電路設計

　　目前制造業(yè)市場(chǎng)上，工業(yè)機器人具有相當大的市場(chǎng)潛力，要使工業(yè)機器人真正應用于生產(chǎn)線(xiàn)上的各個(gè)方面，滿(mǎn)足人們日益增長(cháng)的需求，就離不開(kāi)高性能的語(yǔ)音識別控制系統。隨著(zhù)計算機軟硬件技術(shù)、半導體技術(shù)、電子技術(shù)、通訊技術(shù)等的飛速發(fā)展人類(lèi)已經(jīng)進(jìn)入后PC時(shí)代。語(yǔ)音識別技術(shù)得到了迅猛發(fā)展， 支持語(yǔ)音識別的各種產(chǎn)品紛紛面世。人類(lèi)實(shí)現了語(yǔ)音命令控制空調、電視、燈光、自動(dòng)窗簾等的使用，讓人們的生活“隨音所欲”，更加舒適，更加便捷?；诹桕?yáng)16位SPCE061A單片機設計了一個(gè)具有語(yǔ)音識別功能的機器人。在經(jīng)過(guò)訓練后使機器人對訓練人的命令做出應答，完成跳兩首舞曲、走步、轉向、轉頭、發(fā)射飛盤(pán)等動(dòng)作。

　　語(yǔ)音識別可劃分為訓練和識別兩個(gè)過(guò)程。在第一階段，語(yǔ)音識別系統對人類(lèi)的 語(yǔ)言進(jìn)行學(xué)習，把學(xué)習內容組成語(yǔ)音庫存儲起來(lái)，在第二階段就可以把當前輸入的語(yǔ)音在語(yǔ)音庫中查找相應的詞義或語(yǔ)義。凌陽(yáng)16位SPCE061A單片機內嵌32K字閃存，2K字SRAM，內置10位ADC、DAC，有多達14個(gè)的中斷源。它的CPU內核采用16位具有DSP功能的微處理器芯片， 而且CPU可最高工作在49MHz的主頻下，能夠非常容易地、快速地處理復雜的數字信號，因此與其他類(lèi)型的單片機相比，在數字語(yǔ)音處理方面SPCE061A更具有優(yōu)勢?；赟PCE061A設計了一個(gè)具有語(yǔ)音識別功能的機器人。經(jīng)過(guò)訓練，訓練人可使用各種命令讓機器人完成許多有趣的動(dòng)作，使得人機交互更具智能化。

　　SPCE061A最小系統

　　SPCE061A最小系統中，含有SPCE061A芯片外圍的基本模塊，其主要由晶體輸入模塊（OSC）、鎖相環(huán)外圍電路（PLL）、復位電路（RESET）、指示燈（LED）等組成，參看圖 4-1。在OSC32O、OSC32I端口接上晶體振蕩器和諧振電容，在VCOIN端口接上相對應的電容和電阻后即可工作。在其他不用的VDD端口和GND端口也不能懸空應該接上0.1uF的耦合電容以提高抗干擾能力。 圖4-1SPCE061A最小系統。

　　時(shí)鐘電路設計

　　日常生活中的鐘表、實(shí)時(shí)時(shí)鐘延時(shí)以及其他與時(shí)間相關(guān)產(chǎn)品所采用的是32768Hz的實(shí)時(shí)時(shí)鐘。在SPCE061A時(shí)鐘電路中使用的是晶體振蕩器，采用頻率為32768Hz外接晶體，SPCE061A時(shí)鐘電路的連線(xiàn)圖可參看圖。

　　鎖相環(huán)電路設計

　　鎖相環(huán)（Phase Lock Loop）是將32768Hz的實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）進(jìn)行倍頻，調整至49.152MHz、40.96MHz、32.768MHz、24.576MHz或20.480MHz的系統時(shí)鐘Fosc參看圖。
　　LTE測試資訊與技術(shù)文章，可參閱電子發(fā)燒友Designs of week欄目——“化解4G質(zhì)量難題？LTE測試出狠招！”

　電源模塊

　　電源輸入端口是61板的能源供應中心，整塊板子的電源都是由此提供進(jìn)去，可采用電池或穩壓電源提供5V輸入，并且必須至少保證電流在50mA以上，否則會(huì )造成系統無(wú)法倍頻和下載出錯。SPCE061A的內核供電為3.3V，由于I/O端口可接3.3V也可以接5V，所以在電源模塊中有一個(gè)端口電平選擇跳線(xiàn)J5用于選擇端口電壓，電源模塊參看圖，如下：

　　由于此系統需要的端口高電平為5V，所以圖當中的J5跳線(xiàn)需要跳到1和2上。

　　放音電路設計

　　將HM628128A中存儲的語(yǔ)音數據順序取出，解碼后，以8kHz的速率進(jìn)行D/A轉換輸出，語(yǔ)音數據經(jīng)電容濾波恢復成原始語(yǔ)音波形，最后用三極管驅動(dòng)揚聲器放音。SPCE061A音頻輸出共有兩個(gè)DAC通道，DAC1和DAC2輸出的模擬電信號通過(guò)DAC1和DAC2引腳輸出。DAC的輸出范圍是0x0000～0xFFFF。DAC1和DAC2的輸出數據應寫(xiě)入P_DAC1和P_DAC2單元。上電復位以后，兩個(gè)DAC均被自動(dòng)打開(kāi)，此時(shí)會(huì )消耗少量的電流（幾個(gè)毫安）。如若不需要，盡量關(guān)閉DAC輸出（將P_DAC_Ctrl單元的第一位置為1）。而且DAC的直流電壓必須保持平穩地變化，否則可能由于電壓的突變引起揚聲器產(chǎn)生雜音。為減緩電壓的變化幅度，從而輸出高質(zhì)量的音頻數據可以采用ramp up/down技術(shù)。其應用條件是：被喚醒/上電復位后首次使用DAC時(shí)，上電復位功能應在被關(guān)閉/進(jìn)入睡眠狀態(tài)之前。 放音利用的是SPCE061A內部的DAC，電路參看圖4-8。圖中的SPY0030是凌陽(yáng)公司的產(chǎn)品。和LM386相比，在工作電壓上，LM386需在4V以上，而SPY0030僅需2.4V（兩節電池）即可工作；在輸出功率上，LM386僅在100mW以上，而SPY0030可達700mW。

　　機器人硬件驅動(dòng)電路

　　機器人驅動(dòng)電路采用功率較大的三極管搭成H橋來(lái)驅動(dòng)電機從而實(shí)現電機的正向旋轉與電機的反向旋轉，本系統中使用H橋驅動(dòng)的電機包括兩個(gè)用于走路的電機與一個(gè)頭部轉向的電機。同時(shí)用了一個(gè)三極管驅動(dòng)單向旋轉的電機，如加速電機與發(fā)射電機。

　　語(yǔ)音處理技術(shù)本身就是一門(mén)理論性強、實(shí)用面廣而且難度較大的綜合學(xué)科。而開(kāi)發(fā)出具有語(yǔ)音功能的單片機也是相當困難的。凌陽(yáng)unsp系列16位單片機，就是適應這種需求而設計的。凌陽(yáng)SPCE061A實(shí)現語(yǔ)音識別其獨特之處在于：硬件電路簡(jiǎn)單，因為SPCE061A是一款專(zhuān)門(mén)為語(yǔ)音信號處理設計的單片機，麥克風(fēng)和喇叭可以直接接入，接放大電路可不用外接。具有一套高效的指令系統，軟件編程容易，有相應的API函數，可直接調用。