語(yǔ)音控制家用電器系統電路設計 —電路圖天天讀（67）

　　智能電子技術(shù)在現實(shí)生活中的智能家居電子產(chǎn)品中得到廣泛應用。特別是計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)、信息控制技術(shù)的迅猛發(fā)展與提高，促使家庭實(shí)現了生活現代化，居住環(huán)境舒適化、安全化。智能家電通過(guò)處理電子技術(shù)， 來(lái)集成或控制家中的電子電器產(chǎn)品，讓家居生活更加舒適、安全、有效。與普通家電相比， 智能家電不僅具有傳統的家電功能， 還能根據人們的語(yǔ)音指揮， 由原來(lái)的被動(dòng)靜止結構轉變?yōu)榫哂兄鲃?dòng)識別語(yǔ)音執行的智慧工具， 優(yōu)化人們的生活方式， 幫助人們有效安排時(shí)間， 增強家居生活的安全性、舒適性。本文通過(guò)對傳統的家庭照明系統、電扇和電視機進(jìn)行改造， 使其成為具語(yǔ)音識別功能的智能家電，由于條件限制此次設計的智能控制系統由驅動(dòng)LED顯示來(lái)進(jìn)行仿真實(shí)現。

　　語(yǔ)音模塊

　　語(yǔ)音輸出電路如圖所示，其中VDDH為參考電壓，VSS是系統的模擬地。音頻信號由SPCE061A 的DAC引腳輸出送到電路的J4端，通過(guò)音量電位器R9的調節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內置2路10位精度的DAC，只需要外接功放電路即可完成語(yǔ)音的播放。圖中的SPY0030是凌陽(yáng)的一款音頻放大芯片，可以工作在2.4~6V范圍內，最大輸出功率可達700mW。 J5 都是語(yǔ)音輸出接口，；是兩針的插針外接喇叭，由DAC 輸出引腳經(jīng)語(yǔ)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，應用這一點(diǎn)，若將小信號注入基極，則集電極流過(guò)的電流會(huì )等于基極電流的β倍，然后將這個(gè)信號用隔直電容隔離出來(lái)，就得到了電流（或電壓）是原先的β倍的大信號，這現象稱(chēng)為三極管的放大作用。經(jīng)過(guò)電流與電壓的共同放大，就完成了功率放大。R14為可調電阻，當調節阻值大小事，即調節了基極的輸入信號，最終影響的就是輸出信號即語(yǔ)音輸出音量的大小。SPY0030的放大倍數固定為20倍。

　　語(yǔ)音輸入電路如圖所示，其中VMC提供傳聲器的電源，AVSS1是系統的模擬地，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(zhù)傳聲器講話(huà)時(shí)，1腳和2腳將隨著(zhù)傳聲器輸入的聲音產(chǎn)生變化的波形，并在SPCE061A的兩個(gè)端口處形成兩路反相的波形，送到SPCE061A控制器內部的運算放大器進(jìn)行音頻放大，經(jīng)過(guò)放大的音頻信號，通過(guò)ADC轉化器轉化為數字量，保存到相應的寄存器中。 SPCE061A的A/D轉換器有8個(gè)通道，其中有1個(gè)通道是MIC-NI輸入，它專(zhuān)門(mén)用于對語(yǔ)音信號進(jìn)行采樣。語(yǔ)音信號經(jīng)過(guò)MCI轉換成電信號，然后輸入至SPCE061A內部前置放大器。由于人們說(shuō)話(huà)時(shí)，麥克風(fēng)距離嘴邊的距離不同，語(yǔ)音信號的能量將會(huì )有很大的差異，此時(shí)，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內部就帶有自動(dòng)增益控制電路AGC能隨時(shí)跟蹤、監視前置放大器輸出的音頻信號電平，當輸入信號增大時(shí)AGC電路自動(dòng)減小放大器的增益；當輸入信號減小時(shí)，AGC電路自動(dòng)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(jìn)入戶(hù)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(zhuān)用ADC以及AGC放大電路，因為此芯片外部的電路比較簡(jiǎn)單。

　　MICP和MICN將隨著(zhù)MIC產(chǎn)生的波形變化，并在兩個(gè)端口處形成兩路反相波形，在經(jīng)過(guò)兩級運放放大，把放大的語(yǔ)音信號交給ADC轉換為數字量，這時(shí)就可以通過(guò)單片機編程對這些數據進(jìn)行處理，進(jìn)行語(yǔ)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(yǔ)音處理功能，如圖3-8所示，X1 是語(yǔ)音的MIC 輸入端，帶自動(dòng)增益（AGC）控制。

　　SPR4096外擴Flash模塊

　　在本系統中，當我們對系統進(jìn)行訓練、識別、操作時(shí)，有一些語(yǔ)音提示，由于SPCE061A內部只有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(lái)存儲語(yǔ)音數據時(shí)遠遠不夠的，于是系統外擴了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(shí)選中FLASH，高電平時(shí)選中SRAM。 SPR4096是一個(gè)高性能的4M-bit（512&TImes;8-bit）FLASH，分為256個(gè)扇區。每個(gè)扇區2Kbyte。SPR4096還內置了以個(gè)4K&TImes;8bit的SRAM。在進(jìn)行FLASH的編程/擦除時(shí)，可以并發(fā)執行SRAM的讀/寫(xiě)。SPR4096內置了一個(gè)總線(xiàn)存儲器接口和一個(gè)串行接口，它允許單片機通過(guò)8-bit并行模式或者1-bit的串行模式訪(fǎng)問(wèn)FLASH/SRAM存儲區。 SPR4096串行接口的工作頻率可達到5MHz。SPR4096有兩個(gè)電源輸入端VDDI和VDDQ。VDDI是給內部FLASH和控制邏輯供電的；VDDQ是專(zhuān)門(mén)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(xiàn)存儲接口，串行接口，SRAM，編程與擦除控制器和一個(gè)4M的FLASH。選擇串行接口時(shí)，SCLK作為時(shí)鐘信號線(xiàn)，SDA作為1-bit的數據線(xiàn)。如果接收到FLASH的讀指令或者SRAM的讀/寫(xiě)指令，串口會(huì )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(guò)CF2~CF0來(lái)實(shí)現的。當CF2~CF0均接高電平時(shí)，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(shí)選中FLASH，高電平時(shí)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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　　系統電源電路設計

　　SPCE061A采用低電壓供電方式，這可以大大降低芯片的功率損耗。其中，SPCE06lA的電源分兩種，即內核電源（VDD）和I/O口電源（VDDH）。I/O口電源采用5V電壓，而內核電源則為3.3V或者更低。降低芯片內核電壓的目的主要還是降低芯片的功耗，同時(shí)也可以降低芯片的工作溫度，延長(cháng)芯片使用壽命。盡管這種語(yǔ)音芯片的工作電壓范圍很大，但是為了使芯片內核運行更加穩定，同時(shí)又保證I/O口及外部擴展部件的工作電壓要求，電源電路采用芯片7805和SPY0029分別提供5V和3.3V電壓完成對整個(gè)系統供電。 7805芯片電路中正常工作是，輸入、輸出電壓差為2～3V。電路中靠近引腳處接入電容C40、C41用來(lái)實(shí)現頻率補償，防止穩壓器產(chǎn)生高頻自激震蕩和抑制電路引入的高頻干擾，C39是電解電容，以減小穩壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾。

　　6是保護二級管，當輸入端短路時(shí)，給輸出電容器C39一個(gè)放電通路，防止C39兩端電壓作用于調整管的be結，造成調整管be結擊穿而損壞。

　　控制與結果顯示電路

　　鍵盤(pán)模組可直接用排線(xiàn)與61單片機I/O口相連。1*8KEY 的8 列分別定義為COL1~COL8，1 行定義為ROW1。如圖3-11所示。 按鍵分別和SPCE061A的IOA0~IOA7相連，他們的作用分別為1個(gè)系統開(kāi)關(guān)鍵，1個(gè)系統復位鍵，1個(gè)單個(gè)命令訓練按鍵，1個(gè)所有語(yǔ)句循環(huán)訓練按鍵，剩余4個(gè)初步設定為L(cháng)CD功能控制按鍵。每個(gè)按鍵的按下與抬起都會(huì )送給IOA口一個(gè)電壓值，當按鍵按下使相應的IOA口得到一個(gè)高電壓。相反，則為低電壓。單片機則根據IO口的電壓值進(jìn)行相應的操作。

　　LED模組

　　利用LED顯示來(lái)測試是否達到控制電器目標。利用數碼管顯示數字的不同來(lái)模擬驗證是否能達到對家用電器的控制。 LED和LCD電路作為系統的顯示部分，以顯示當前的系統狀況及識別結果以便檢驗實(shí)驗結果和提示用戶(hù)進(jìn)行下一步操作。LCD部分在實(shí)驗階段可不接入。 計劃采用內置SPLC0501點(diǎn)陣式圖形液晶顯示模塊由液晶驅動(dòng)控制器SPLC501、LCD顯示器和外部設備的接口等幾部分組成，液晶驅動(dòng)控制器SPLC501集行、列驅動(dòng)器、顯示數據存儲器（DDRAM，Display Data RAM）和控制器與一體，廣泛用于小規模液晶顯示模塊。內置SPLC501點(diǎn)陣式圖形液晶顯示模塊的管腳排列和SPEC061A接線(xiàn)方法如圖所示。

電子發(fā)燒友網(wǎng)技術(shù)編輯點(diǎn)評分析：

　　雖然實(shí)現了語(yǔ)音控制家用電器，但是總的來(lái)說(shuō)系統界面不是很友好。為此，我們可以充分利用計算機和通信技術(shù)，并用VB等軟件開(kāi)發(fā)友好的管理界面，將數據和其他信息通過(guò)計算機統一進(jìn)行管理和控制。 隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展，人們物質(zhì)文化需求日益增長(cháng)，智能家居系統必將受到人們的青睞。它能大大提高人們的生活品質(zhì)，為人們帶來(lái)高度智能化的生活。相信這種界面友好功能強大的單片機系統會(huì )有廣闊的應用和發(fā)展前景。
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