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1、南京邮电大学南京邮电大学 开放实验项目报告开放实验项目报告项目名称：语音识别机器人专 业_学生姓名_班级学号_指导老师_指导单位_2011/2012 学年 第二学期基于凌阳 61 单片机的语音机器人设计 . 实习目的与意义实习目的与意义1.1 实习任务实习任务设计并制作一个智能小车，并具备语音遥控的功能设计并制作一个智能小车，并具备语音遥控的功能1.2 基本要求基本要求（1）、智能小车主控芯片任选一款单片机：）、智能小车主控芯片任选一款单片机：AT89S52 或或SPCE061A；（2）、人工遥控小车发车（语音遥控）；）、人工遥控小车发车（语音遥控）；（3）、能够识别语音控制的转弯，前进与后退
2、，以及实现再训练功能。）、能够识别语音控制的转弯，前进与后退，以及实现再训练功能。13 实习意义实习意义通过智能小车的设计及制作通过智能小车的设计及制作,巩固并掌握巩固并掌握 IDE2.0 的编程方法，学会利的编程方法，学会利用单片机进行程序设计并实现功能。通过在小车的设计与制作，将所用单片机进行程序设计并实现功能。通过在小车的设计与制作，将所学的知识体现出来，并应用于实际生活中，在设计过程中对小车功能学的知识体现出来，并应用于实际生活中，在设计过程中对小车功能的创新和改良，增强学生的创新意识和逻辑思维能力，提高学生的动的创新和改良，增强学生的创新意识和逻辑思维能力，提高学生的动手能力和研究主
3、动性。手能力和研究主动性。2. 实验内容和步骤实验内容和步骤2.1 车体设计车体设计2.1.1 61 板简介板简介61 板是板是 SPCE061A EMU BOARD 的简称，是以凌阳的简称，是以凌阳 16 位单片机位单片机SPCE061A 为核心的精简开发为核心的精简开发仿真仿真实验板，大小相当于一张实验板，大小相当于一张扑克牌，是扑克牌，是“凌阳大学计划凌阳大学计划”专为电子爱好者和高校大学生进行课程设专为电子爱好者和高校大学生进行课程设计、毕业设计及电子竞赛所设计的，也可作为单片机项目初期研发使计、毕业设计及电子竞赛所设计的，也可作为单片机项目初期研发使用。用。61 板除了具备单片机最小
4、系统电路外，还包括电源电路、音频电板除了具备单片机最小系统电路外，还包括电源电路、音频电路（含路（含 MIC 输入部分和输入部分和 DAC 音频输出部分）、复位电路等，使学生音频输出部分）、复位电路等，使学生在掌握软件设计的同时，熟悉单片机硬件的设计制作，锻炼动手能力，在掌握软件设计的同时，熟悉单片机硬件的设计制作，锻炼动手能力，也为单片机学习者和开发者创造了一个良好的学习条件和开发新产品也为单片机学习者和开发者创造了一个良好的学习条件和开发新产品的机会！的机会！2.1.2 SPCE061A 单片机简介单片机简介SPCE061A 是一款是一款 16 位结构的微控制器，下图是它的结构概览：位结构
5、的微控制器，下图是它的结构概览：SPCE061A 主要包括输入主要包括输入/输出端口、定时器输出端口、定时器/计数器、数计数器、数/模转换、模转换、模模/数转换、串行设备输入输出、通用异步串行接口、低电压监测和复数转换、串行设备输入输出、通用异步串行接口、低电压监测和复位等部分，并且内置在线仿真电路位等部分，并且内置在线仿真电路 ICE 接口，较高的处理速度使其能接口，较高的处理速度使其能够快速的处理复杂的数字信号。够快速的处理复杂的数字信号。SPCE061A 单片机应用领域广泛，例如应用在家用电器控制器、工业单片机应用领域广泛，例如应用在家用电器控制器、工业控制、通信产品、医疗设备以及电子书
6、籍等诸多方面。控制、通信产品、医疗设备以及电子书籍等诸多方面。2.1.3 电源电源61 板采用板采用 3 节节 5 号电池进行供电，由号电池进行供电，由 J10 接入。其中的前后两组电接入。其中的前后两组电容用来去耦滤波，使其供给芯片的电源更加干净平滑。为了获得标准容用来去耦滤波，使其供给芯片的电源更加干净平滑。为了获得标准的的 3.3V 电压，在扳子上加入电压，在扳子上加入 SPY0029A 三端稳压器。三端稳压器。两个二极管，是为了防止误将电源接反造成不必要损失而设置的，在两个二极管，是为了防止误将电源接反造成不必要损失而设置的，在操作过程中千万不要将电源接反，因为反向电压超过一定的值，二
7、极操作过程中千万不要将电源接反，因为反向电压超过一定的值，二极管将会被损坏，达不到保护的目的。后面的零电阻及其电源、地分成管将会被损坏，达不到保护的目的。后面的零电阻及其电源、地分成不同的几路是为了减少电磁干扰设置的。不同的几路是为了减少电磁干扰设置的。2.1.4 程序下载区程序下载区ICE 基本运作方式是通过控制基本运作方式是通过控制 CLOCK 及通过及通过 ICE 喂入指令方式，来喂入指令方式，来控制控制 CPU 的运行及缓存器资料和内存资料的存取，因此必须透过控制的运行及缓存器资料和内存资料的存取，因此必须透过控制缓存器值的设定来控制目前缓存器值的设定来控制目前 CPU 的动作。的动作
8、。每个相连接的不同每个相连接的不同 ICE 模块都拥有自己独特的模块都拥有自己独特的 3bitID，当，当 PC 在传在传送送 control 信号时都会先传送该信号时都会先传送该 3bitID，只有，只有 ICE 本身的本身的 ID 和和control 信号的信号的 ID 相同时才会执行该命令或回传资料。相同时才会执行该命令或回传资料。61 板上的板上的74HC244 主要在我们选用下载线的时候起作用，主要奇缓存的作用和主要在我们选用下载线的时候起作用，主要奇缓存的作用和完成完成 SDA 是作为数据回送还是数据下传的选择。是作为数据回送还是数据下传的选择。22 语音控制小车概述语音控制小车概
9、述2.2.1 功能要求功能要求语音控制小车是凌阳大学计划推出的基于语音控制小车是凌阳大学计划推出的基于 SPCE061A 的代表性兴趣的代表性兴趣产品，它配合产品，它配合 61 板推出，综合应用了板推出，综合应用了 SPCE061A 的众多资源，打破的众多资源，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，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。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：语音控制小车的主要功能：可以通过简单的可以通过简单的 I/O 操作实现小车的前进、后退、左转、右转功能；操作实现小
10、车的前进、后退、左转、右转功能；配合配合 SPCE061A 的语音特色，利用系统的语音播放和语音识别资源，的语音特色，利用系统的语音播放和语音识别资源，实现语音控制的功能；实现语音控制的功能；可以在行走过程中声控改变小车的运动状态；可以在行走过程中声控改变小车的运动状态；2.2.2 车体结构车体结构车体结构图图车体结构图图 3、4 所示。语音控制小车为三轮结构，车的结构示意图所示。语音控制小车为三轮结构，车的结构示意图如下图所示。其中前轮为万向轮，被动调节小车前进方向。在自然状如下图所示。其中前轮为万向轮，被动调节小车前进方向。在自然状态下，前轮保持中间位置并正前方运动。后面两个车轮由各自的电
11、机态下，前轮保持中间位置并正前方运动。后面两个车轮由各自的电机驱动，为整个小车提供动力。驱动，为整个小车提供动力。 整个小车分为三大部分：车体部分、整个小车分为三大部分：车体部分、61 板、驱动板。板、驱动板。车体部分：小车车体主要为两个电机驱动装置，分左轮驱动和右车体部分：小车车体主要为两个电机驱动装置，分左轮驱动和右轮驱动。在车体的中间有一个可以安装轮驱动。在车体的中间有一个可以安装 3 节节 AA 电池的电池盒，整个电池的电池盒，整个小车的电源就是由它来提供的。小车的电源就是由它来提供的。61 板：板：61 板是小车的核心部分，它负责整个小车控制信号的产生，板是小车的核心部分，它负责整个
12、小车控制信号的产生，以及语音的播放和识别功能实现的。在不使用小车时可以将以及语音的播放和识别功能实现的。在不使用小车时可以将 61 板从小板从小车上拆下来，车上拆下来，61 板仍然是完整的，可以用它来做其它的实验或开发。板仍然是完整的，可以用它来做其它的实验或开发。控制板：控制板负责将来自控制板：控制板负责将来自 61 板的控制信号转化为能够驱动电动机板的控制信号转化为能够驱动电动机的信号。的信号。驱动板：核心驱动电路驱动板：核心驱动电路2.2.4 硬件框图硬件框图小车控制系统硬件结构比较简单，主要分为两个部分：一个是小车控制系统硬件结构比较简单，主要分为两个部分：一个是SPCE061A 精简
13、开发板（即精简开发板（即“61”板）如图板）如图 5 所示，另外一个是电所示，另外一个是电机控制板如图机控制板如图 6 所示。电机控制板的工作就是根据所示。电机控制板的工作就是根据 61 板的输出新板的输出新高去启动和停止相应的电机，以及调整电机的正反转方向。正是通高去启动和停止相应的电机，以及调整电机的正反转方向。正是通过开启和关闭相应的电机，使电机在不同的组合状态运转，最终来过开启和关闭相应的电机，使电机在不同的组合状态运转，最终来实现小车的前进，倒退等功能。实现小车的前进，倒退等功能。2.3 小车方案及程序分析小车方案及程序分析2.3.1 小车方案小车方案可以通过简单的可以通过简单的 I
14、/O 操作实现小车的前进、后退、左转、右转操作实现小车的前进、后退、左转、右转功能；配合功能；配合 SPCE061A 的语音特色，利用系统的语音播放和语音的语音特色，利用系统的语音播放和语音识别资源，实现语音控制的功能；可以在行走过程中声控改变小车识别资源，实现语音控制的功能；可以在行走过程中声控改变小车的运动状态；实现能自动往返于起跑线与终点线间的智能流程，并的运动状态；实现能自动往返于起跑线与终点线间的智能流程，并具备人工遥控（我们选用语音控制）的功能。具备人工遥控（我们选用语音控制）的功能。2.3.2 程序流程图程序流程图1、语音识别总流程图、语音识别总流程图语音识别小车的主程序流程如图
15、语音识别小车的主程序流程如图 7 所示，分为四大部分：初始化部所示，分为四大部分：初始化部分、训练部分、识别部分、重训操作。初始化部分：初始化操作将分、训练部分、识别部分、重训操作。初始化部分：初始化操作将IOB8IOB11 设置为输出端，用以控制电机。必要时还要有对应的设置为输出端，用以控制电机。必要时还要有对应的输入端设置和输入端设置和 PWM 端口设置等。训练部分：训练部分完成的工作端口设置等。训练部分：训练部分完成的工作就是建立语音模型。程序一开始判断小车是否被训练过，如果没有就是建立语音模型。程序一开始判断小车是否被训练过，如果没有训练过则要求对其进行训练，并且会在训练成功之后将训练
16、的模型训练过则要求对其进行训练，并且会在训练成功之后将训练的模型存储到存储到 FLASH，在以后使用时不需要重新训练；如果已经训练过，在以后使用时不需要重新训练；如果已经训练过会把存储在会把存储在 FLASH 中的模型调出来装载到辨识器中。识别部分：中的模型调出来装载到辨识器中。识别部分：在识别环节当中，如果辨识结果是名字，则进入自动往返流程状态。在识别环节当中，如果辨识结果是名字，则进入自动往返流程状态。如果辨识结果为动作指令小车会语音告知相应动作并执行该动作。如果辨识结果为动作指令小车会语音告知相应动作并执行该动作。重训操作：考虑到有重新训练的需求，设置了重新训练的按键（重训操作：考虑到有重新训练的需求，设置了重新训练的按键（61板的板的 KEY3），循环扫描该按键，一旦检测到此键按下，则将擦除），循环扫描该按键，一旦检测到此键按下，则
