機器人語(yǔ)音識別系統的設計

3．4 語(yǔ)音識別程序的DSP開(kāi)發(fā)

DSP的開(kāi)發(fā)環(huán)境為CCS3．1及。DSP／BIOS，將語(yǔ)音識別和訓練程序分別做成模塊，定義為不同的函數，在程序中調用。定義語(yǔ)音識別器函數為int Recognizer(int Micin)，識別結果輸出函數為int Result(void)，語(yǔ)音訓練器函數為int Train(int Tmode，int Audiod)，動(dòng)作指令輸入函數為int Keyin(int Action)。

語(yǔ)音識別器的作用是將當前語(yǔ)音輸入變換成語(yǔ)音特征向量，并對語(yǔ)音庫的模板進(jìn)行匹配并輸出結果，語(yǔ)音應答輸出函數將獲取的語(yǔ)音識別結果對應的語(yǔ)音應答輸出，語(yǔ)音訓練是將多個(gè)不同年齡、不同性別、不同口音的人語(yǔ)音指令輸入轉化為訓練庫的模板。為防止樣本錯誤，每個(gè)人的語(yǔ)音指令需要訓練2次，對于2次輸入用用歐氏距離去進(jìn)行模式匹配，若2次輸入相似度達到95％，則加入樣本集。語(yǔ)音應答輸入函數是為每個(gè)語(yǔ)音庫中模板輸入對立的語(yǔ)音輸出，以達到語(yǔ)言應答目的。系統工作狀態(tài)為執行語(yǔ)言識別子程序，訓練時(shí)執行外部中斷，執行訓練函數，取得數據庫模板，訓練完畢返回。程序框圖如圖3所示。

4 機器人的動(dòng)作控制系統設計

4．1 FPGA邏輯設計

系統通過(guò)語(yǔ)音控制機器人頭部動(dòng)作，頭部運動(dòng)分為上下和左右運動(dòng)2個(gè)自由度，需要2個(gè)步進(jìn)電機控制，DSF完成語(yǔ)音識別以后，輸出相應的動(dòng)作指令，動(dòng)作執行結束后，DSP發(fā)出歸零指令，頭部回到初試狀態(tài)。FPGA的作用是提供DSP接口邏輯，設置存儲DSP指令的RAM塊，同時(shí)產(chǎn)生步進(jìn)電機驅動(dòng)脈沖控制步進(jìn)電機轉動(dòng)方向和角度。

FPGA器件為動(dòng)作指令控制單元，設計采用FLEXlOKE芯片，接收DSP數據后并行控制2路步進(jìn)電機。FPGA內部結構邏輯如圖4所示，FPGA內部設置2個(gè)元件為電機脈沖發(fā)生器，控制電機的工作脈沖以及正反轉。AO～A7為DSP數據輸入端口，WR為數據寫(xiě)端口，P1，P2為2個(gè)步進(jìn)電機驅動(dòng)芯片脈沖輸入口，L1，L2為電機正反轉控制口，ENABLE為使能信號。

RAM1和RAM2分別為2個(gè)步進(jìn)電機的指令寄存器，電機脈沖發(fā)生器發(fā)出與RAM中相應數量的方波脈沖。DSP通過(guò)DO～D8數據端輸出8位指令，其中。 D8為RAM選擇，為1時(shí)選擇RAM1，為0時(shí)選擇RAM0，DO～D7為輸出電機角度，電極上下和左右旋轉角度為120°，精度為1°，初始值都為 60°，DO～D7的范圍為00000000～11111000，初始值為00111100。FPGA作為步進(jìn)脈沖發(fā)生器，通過(guò)時(shí)鐘周期配置控制電機轉速，與初始值對應坐標決定正反轉。系統動(dòng)作指令程序如圖5所示。

其中R1為DSP指令寄存器，R2為當前坐標寄存器，通過(guò)DSP的輸出坐標與FPGA的當前坐標進(jìn)行差值運算來(lái)確定步進(jìn)電機的旋轉方向和旋轉角度，優(yōu)點(diǎn)是可以根據新的輸入指令的變化，結束當前動(dòng)作以運行新的指令，指令執行完畢后，系統清零，步進(jìn)電機回到初始狀態(tài)。

4．2 FPGA邏輯仿真

FPGA以MAX-PLUSⅡ開(kāi)發(fā)平臺，用語(yǔ)言為VHDL語(yǔ)言對上述邏輯功能進(jìn)行設計，并通過(guò)JTAG接口進(jìn)行了調試，FLEXl0KE芯片能夠根據DSP輸出指令輸出正確的正反轉信號和脈沖波形。

4．3 步進(jìn)電機驅動(dòng)設計

FPGA通過(guò)P1，L1，P2，L2輸出控制控制步進(jìn)電機驅動(dòng)芯片。步進(jìn)電機驅動(dòng)采用的是東芝公司生產(chǎn)的單片正弦細分二相步進(jìn)電機驅動(dòng)專(zhuān)用芯片TA8435H，FPGA與TA8435H電路連接如圖6。

由于FLEX1OKE和TMS320VC5509工作電壓為3．3 V，而TA8435H為5 V和25 V，所以管腳連接使用光電耦合器件TLP521，使兩邊電壓隔離。CLK1為時(shí)鐘輸入腳，CW／CCW為正反轉控制腳，A，A，B，B為二相步進(jìn)電機輸入。

5 結 語(yǔ)

系統充分利用了DSP的高處理速度和可擴展的片外存儲空間，具有高速、實(shí)時(shí)、識別率高的特點(diǎn)并支持大的語(yǔ)音庫，FPGA的使用使系統電路獲得簡(jiǎn)化，一片 FLEXl0KE芯片可以完成2個(gè)步進(jìn)電機的時(shí)序控制。雖然在處理速度和語(yǔ)音庫的存儲容量上與PC機系統具有一定的差距，但在機器人的微型化、低功耗和特定功能實(shí)現上，以DSP和FPGA為核心的嵌入式系統無(wú)疑具有廣闊的前景。