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1、语音控制小车摘 要本文主要以SPCE061A为基础介绍了如何应用SPCE061A芯片进行语音控制小车的硬件和软件设计。SPCE061A是一种16位nSP结构的微控制器。该芯片带有硬件乘法器，能够实现乘法运算、内积运算等复杂的运算。它不仅运算能力强，而且处理速度快，单周期最高可以达到49MHz。SPCE061A内嵌32K字的FLASH程序存储器以及2K的SRAM。同时该SOC芯片具有ADC和DAC功能，其MIC_ADC通道带有AGC自动增益环节，能够很轻松的将语音信号采集到芯片内部，两路10位的电流输出型DAC，只要外接一个功放就可以完成声音的播放。以上介绍的这些硬件资源使得该SPCE061A能
2、够单芯片实现语音处理功能。SPCE061A 是继nSP系列产品SPCE500A等之后凌阳科技推出的又一款16位结构的微控制器。与 SPCE500A不同的是，在存储器资源方面考虑到用户的较少资源的需求以及便于程序调试等功能，SPCE061A里只内嵌32K字的闪存（FLASH） 。较高的处理速度 使nSP能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号。因此，与 SPCE500A相比，以nSP为核心的SPCE061A微控制器是适用于数字语音识别应用领域产品的一种最经济的选择。借助于SPCE061A的语音特色，我们开发出了这款语音控制小车。小车不仅具有前进、后退、左转、右转停车等基本功能；同时配合SPCE0
3、61A的语音特色，实现语音控制功能。 目 录第一章 前言1第二章 语音控制小车设计要求22.1 功能设计要求 2 2.2 参数说明22.3 注意事项 22.4 备 注 3第三章 芯片特性简介 43.1 SPCE061A特性简介 43.2 精简开发板61板 5第四章 系统总体方案介绍 7 4.1 系统硬件方案 74.2 系统控制方案7第五章 系统硬件设计95.1 车体介绍 9 5.1.1 小车的行走原理 10 5.2 控制板原理图 11 5.2.1 全桥驱动原理 12 5.2.2 动力电机驱路 145.2.3 方向电机控制电路 14第六章 系统软件设计 176.1 系统的总体程序流程 176.2
4、 程序中需要说明的几个问题 24第七章连接与操作说明267.1 硬件连接 267.2 硬件模块连接图 26 7.3 功能说明 277.4 代码下载 277.5 训练小车 287.6 声控小车 297.7 重新训练 29结语30参考文献31致 谢32语音控制小车1前言语音处理技术是一门新兴的技术，它不仅包括语音的录制和播放，还涉及语音的压缩编码和解码，语音的识别等各种处理技术。做这方面的设计，一般有两个途径：一种方案是单片机扩展设计，另一种就是借助于专门的语音处理芯片。普通的单片机往往不能实现这么复杂的过程和算法，即使勉强实现也要加很多的外围器件。专门的语音处理芯片也比较多，像ISD系列、PM5
5、0系列等，但是专门的语音处理芯片功能比较单一，想在语音之外的其他方面应用基本是不可能的。 SPCE061A是一种16位nSP结构的微控制器。该芯片带有硬件乘法器，能够实现乘法运算、内积运算等复杂的运算。它不仅运算能力强，而且处理速度快，单周期最高可以达到49MHz。SPCE061A内嵌32K字的FLASH程序存储器以及2K的SRAM。同时该SOC芯片具有ADC和DAC功能，其MIC_ADC通道带有AGC自动增益环节，能够很轻松的将语音信号采集到芯片内部，两路10位的电流输出型DAC，只要外接一个功放就可以完成声音的播放。以上介绍的这些硬件资源使得该SPCE061A能够单芯片实现语音处理功能。借
6、助于SPCE061A的语音特色，我们设计出了这款语音控制小车。小车不仅具有前进、后退、左转、右转停车等基本功能；同时配合SPCE061A的语音特色，实现语音控制功能。 语音控制小车2第二章 语音控制小车设计要求2.1 功能设计要求语音控制小车是凌阳大学计划推出的基于SPCE061A的代表性兴趣产品，它配合61板推出，综合应用了SPCE061A的众多资源，打破了传统教学中单片机学习枯燥和低效的现状。小车采用语音识别技术，可通过语音命令对其行驶状态进行控制。语音控制小车的主要功能：1 可以通过简单的I/O操作实现小车的前进、后退、左转、右转功能； 2 配合SPCE061A的语音特色，利用系统的语音
7、播放和语音识别资源，实现语音控制的功能； 3 可以在行走过程中声控改变小车运动状态； 4 在超出语音控制范围时能够自动停车。 2.2 参数说明 车体：双电机两轮驱动 供电：电池（四节AA：1.2V4 或1.5V4） 工作电压：DC 4V6V 工作电流：运动时约200mA 2.3 注意事项 1 一定要注意电池的正负极性，切勿装反； 2 长期不用请将电池取出电池盒； 3 由于语音信号的不确定性，语音识别的过程会出现一定的误差和不准确性； 4 由于小车行动比较灵活，速度比较快，在使用时一定要注意保持场地足够大，且保证不会对周围的物体造成伤害； 语音控制小车35 不要让小车长时间运行在堵转状态（堵转状
8、态：由于小车所受阻力过大，造成小车电机加电但并不转动的现象），这样会造成很大的堵转电流，有可能会损坏小车的控制电路。 2.4 备注 可以自行添加各种传感器，实现避障、循迹、跟踪等功能。语音控制小车4第三章 核心器件简介3.1 SPCE061A 特性简介 SPCE061A是一种十六位单片机，使用它可以非常方便灵活的实现语音的录放，该芯片拥有8路10位精度的ADC，其中一路为音频转换通道，并且内置有自动增益电路。这为实现语音录入提供了方便的硬件条件。两路10位精度的DAC，只需要外接功放（SPY0030A）即可完成语音的播放。另外十六位单片机具有一套易学易用的指令系统和集成开发环境，在此环境中，它
9、支持标准C语言编程，也支持C语言与汇编语言的互相调用。另外还提供了语音录放的库函数，只要了解库函数的使用，就可以很容易的完成语音的录放、识别等功能，这些都为软件开发提供了方便的条件。SPCE061是一款拥有2KRAM、32KFlash、32个I/O口，并集成了AD/DA功能强大的16位微处理器，它还拥有丰富的语音处理功能，为小车的功能扩展提供了相当大的空间。只要按照该单片机的要求对其编制程序就可以实现很多不同的功能。SPCE061A 是继nSP系列产品SPCE500A等之后凌阳科技推出的又一款16位结构的微控制器。与 SPCE500A不同的是，在存储器资源方面考虑到用户的较少资源的需求以及便于
10、程序调试等功能，SPCE061A里只内嵌32K字的闪存（FLASH） 。较高的处理速度使 nSP能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号。因此，与 SPCE500A相比，以nSP为核心的SPCE061A微控制器是适用于数字语音识别应用领域产品的一种最经济的选择。SPCE061A特性： 16位nSP微处理器； 工作电压：内核工作电压VDD为3.0V3.6V(CPU)，I/O口工作电压VDDH为VDD5.5V(I/O)； CPU时钟：0.32MHz49.152MHz； 内置2K字SRAM； 内置32K闪存ROM； 语音控制小车5可编程音频处理； 晶体振荡器； 系统处于备用状态下(时钟处于停止状态)
11、，耗电小于2A3.6V； 2个16位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)； 2个10位DAC(数-模转换)输出通道； 32位通用可编程输入/输出端口； 14个中断源可来自定时器A / B，时基，2个外部时钟源输入，键唤醒； 具备触键唤醒的功能； 使用音频编码SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容纳210秒的语音数据； 锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号； 32768Hz实时时钟； 7通道10位电压模-数转换器(ADC)和单通道声音模-数转换器； 声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器和自动增益控制(AGC)功能； 具备串行设备接口； 低电压复位(LVR)功和低电压监测(LVD
12、)功能； 内置在线仿真板(IC E，In- C ircuit E m ulator)接口。3.2 精简开发板61板 “61板”是SPCE061A EMU BOARD的简称，是以凌阳16位单片机SPCE061A为核心的精简开发仿真实验板，大小相当于一张扑克牌。 “61板”除了具备单片机最小系统电路外，还包括有电源电路、复位电路、ICE电路、音频电路（含MIC输入部分和DAC音频输出部分）等，“61板”可以采用电池供电。图3-1所示为该精语音控制小车6简开发板的实物图。 图3-1 61板实物图 语音控制小车7第四章 系统总体方案4.1 系统硬件方案 系统的结构框图如图4-1示。 图4-1 系统结构
13、框图系统组成主要包括以下两部分：SPCE061A精简开发板、语音小车控制电路板。图中的语音输入部分MIC_ IN、按键输入KEY、声音输出部分的功率放大环节等已经做到了精简开发板61板上，为我们使用提供了很大的方便。在电机的驱动方面，采用全桥驱动技术，利用四个I/O端口分为两组分别实现两个电机的正传、反转和停三态运行。4.2 系统控制方案 语音控制小车8小车的运动控制采用语音控制和中断定时控制相结合，通过语音触发小车动作，小车动作之后，随时可以通过语音指令改变小车的运动状态。在每一次动作触发的同时启动定时器，如果小车由于某些原因不能正常的接收语音指令，则只要定时时间到，中断服务程序会发出指令让小车停下来。 详细的控制过程请参看第6节程序设计部分。 语音控制小车9第五章 系统硬件设计小车驱动电机一般利用现成的玩具小车上的配套直流电机。考虑到小车必须能够前进、倒退、停止，并能灵活转向，在左右两轮各装一个电机分别进行驱动。当左轮电机转速高于右轮电机转速时小车向右转，反之则向左转。为了能控制车轮的转速，可以采取PWM调速法，即由
