基于单片机调光调速仪毕业设计说明书文档格式.docx

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Abstract

Speechrecognitionisacrossdiscipline.Comenearlytwentyyears,thespeechrecognitiontechnologyhasmadesignificantprogress,startingfromthelaboratorytothemarket.Itisexpected,thenext10years,voicerecognitiontechnologywillentertheindustry,homeappliances,communications,automotiveelectronics,medical,familyservices,consumerelectronicsandotherfields.SpeechrecognitiondictationmachinetheapplicationinsomefieldsaretheUnitedStatespressin1997asoneoftheteneventsofcomputerdevelopment.

Alongwiththescienceandtechnologydevelopment,electronicproductchangerapidlydevelopment,voiceproductsusingrate,forhumanlifetobringtremendouschange,asinrecentyearsthedevelopmentofsignalprocessingtechnologyandpromotion,speechrecognitionapplicationhasreallycomeintopeople'

sdailylife,soundcontrolsystemapplicationisnolongerremoteand,householdappliancesoperating,nolongerneedtoremotecontrolkeyforvariouscontrolinterface,weusuallysayreplacesb.Withthemodetodrivehomeappliancesuchasavarietyofmovements,smartappliances,peoplehavenoneedforavarietyofcomplicatedoperationofremotecontrolandtrouble,peoplecanbeveryclearlooseoperatingvariouselectricalappliancesproducts,toachievemoreconsistentwithuser-friendlyinterfacedesign.Alongwiththespeechtechnologyunceasingdevelopment,peoplenotonlycanusespeechtocontrolthehouseholdappliances,voiceproductsareincreasinglywelcomedbythepeople,hasbecomeagreatprospectsfordevelopmentintwenty-firstCentury.

ThisgraduationdesignresearchcontentistostudyandmastertheSPCE061AMCUapplicationtechnology,usingitsadaptationfordigitalvoicerecognitionfeatures,basedonSCMvoicelightandspeedregulatingapparatusdesign.Throughthevoicecontrolsystem,toachievethebrightnessofthelampandthemotorspeedregulation,thesimultaneoususeof1602showsthecurrentlevelofbrightnesslevelandspeed.

Keywords:

SPCE061AMCU，Speechrecognition，Lightmodulation，Speedcontrol

引言

近年来,消费类电子产品中智能化趋势日益明显,其中语音识别技术的应用起到了关键的作用。

语音识别技术是实现人机通信的一种重要的技术手段，语音识别与语音合成技术的结合使人们能够摆脱键盘，通过语音命令实现控制功能。

语音技术的应用已经成为一个具有竞争性的新兴高技术产业，语音识别产品在人机交互应用中已经占到越来越大的比例。

从实现手段看,当前以电子技术为基础,实现语音识别可以利用单片机、数字信号处理器（DSP）或语音识别专用集成电路芯片来完成,从设计成本、功能实现程度等综合来看,利用单片机来实现语音识别是一种高性价比的方法。

根据对说话人依赖程度的不同,语音识别技术可以分为特定发音人识别和非特定人语音识别,前者只能识别特定训练人的语音命令,后者则可以识别一群人的语音命令。

另外,根据识别词汇量的大小,语音识别系统可以分为小字表、中字表、大字表以及无限字表的识别系统。

根据对说话方式的要求,又可以分为连续语音识别系统、连接词语音识别系统以及孤立词语音识别系统。

本文研究了基于凌阳SPCE061A单片机的孤立词、小字表、特定发音人语音识别技术,并成功地将其应用于语音控制调光调速仪的设计中。

1任务要求

1.1设计任务

本课题主要内容为设计一个基于单片机的声控调光调速仪。

（1）利用单片机作为核心对语音信号进行处理和控制；

（2）能对相应的语音信号进行调光调速的调节。

1.2设计要求

（1）利用凌阳单片机开发板上的语音识别模块，灯的控制实现亮度的调节，同时控制电机的转速实现对转速的控制

（2）灯光调节分为10个等级，转速调节分为5个等级。

（3）使用lcd1602显示灯光亮度等级和转速等级。

2方案论证

2.1方案比较

方案一：

系统采用MCS-51单片机AT89S52作为控制核心，由单片机自带计数器计数来完成频率、脉宽的测量，计数值再由单片机读取，单片机完成运算、控制及显示功能。

同时用麦克风采集语音信息，将采集到的语音信息转换成数字信号储存到flash内存芯片。

然后在利用麦克风采集需要识别的语音信息与储存在FlASH内存芯片进行比较。

该方案的特点是硬件电路复杂，同时工作速度低，精度差，难以达到设计要求。

方案二：

系统采用PC作为控制核心，利用一块DSP56F805芯片对语音信号采集并传至PC作为语音识别的模板。

用另一块DSP56F805芯片作为输出控制信号。

该方法方案的特点是硬件电路简单，但是不便于携带，输出端口少，难以达到设计要求。

方案三：

系统采用MCS-51单片机凌阳SPCE061A单片机控制核心，其内集成FLASH存储器、SRAM数据存储器、通用I/O端口、定时器/计数器、中断控制、CPU时钟、模-数转换器A/D、DAC输出等。

该方案由于采用单片机技术，使其具有智能化的特点，简化了硬件电路，提高了测量精度，同时也能利用软件对测量误差进行补偿，并能方便地对系统进行功能扩展与改进。

2.2方案确定

分析以上三种方案的优缺点，方案三具有更大的优越性、灵活性，因此采用方案三作为具体实施的方案。

3系统框图介绍

在本次设计中，主要用凌阳SPCE061A单片机做为主要芯片，用于处理语音数据和输出控制信号。

如图3.1所示，这是本设计的整体框图，分为三个部分。

语音输入和输出部分，SPCE061A单片机处理部分，功能实现部分。

图3.1系统框图

语音识别主要分为两部分，第一是语音学习，通过麦克风输入语音，让凌阳SPCE061A单片机接收语音数据，并存储在Flash存储器。

另一部分是语音识别，在语音学习完成后，通过麦克风再次输入语音信号，凌阳SPCE061A单片机接收到语音信号与储存在Flash储存器的语音数据进行比对，比对成功后输出相对应的动作信号。

SPCE061A是继μ’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μ’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μ’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。

功能实现主要是能对灯的亮度和电机的转速进行调整，在这次设计中，使用的是直流电机，并用LCD1602显示亮度和转速等级。

4硬件系统介绍

4.1凌阳SPCE061A单片机学习开发板

凌阳SPCE061A单片机学习开发板简称“61板”，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、音频电路（含MIC输入部分和DAC音频输出部分）、复位电路等，采用电池供电。

4.1.1“61板”硬件框图及简要说明

106mm

如图4.1所示，为“61板”硬件框图。

POWER

K4

RESET

PLL

SLEEP

PORTB

PORTA

PROBE

72mm

OSC

74HC244

S5

SPCE061A

（PLCC84）

EZ_

SPY0030

VRT

J3

K3

R/C

K1

K2

MIC

图4.1“61板”框图

下面说明“61板”框图的各个部分。

表4.1框图说明

POWER

5v&

3.3V供电电路

PLL

锁向环外部电路

Power－电源指示灯

Sleep－睡眠指示灯

复位电路

K4

复位按键

PROBE

在线调试器串行5pin

S5

EZ_PROBE和PROBE切换的3PIN单排针

J3

2pin喇叭插针

EZ_PROBE

下载线的5pin接口

DAC

一路音频输出电路

MIC

麦克风输入电路

OSC

32768晶振电路

VRT

A/D转换外部参考电压输入接口

R/C

其他外围电阻电容

K1~K3

扩展的按键：

接IOA0~IOA2

PORTA/B

32个I/O口

SPCE061A

61板核心：

16位微处理器

4.1.2SPCE061A单片机介绍

随着单片机功能集成化的发展，其应用领域也逐渐地由传统的控制，扩展为控制处理、数据处理以及数字信号处理（DSP，DigitalSignalProcessing）等领域。

SPCE061A是一款16位结构的微控制器。

它的CPU内核采用凌阳最新推出的16位微处理器芯片（以下简称µ

’nSP™）。

围绕µ

’nSP™所形成的16位µ

’nSP™系列单片机（以下简称µ

’nSP™家族）采用的是模块式集成结构，它以µ

’nSP™内核为中心集成不同规模的ROM、RAM和功能丰富的各种外设接口部件。

SPCE061A主要包括输入/输出端口、定时器/计数器、数/模转换、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够快速的处理复杂的数字信号。

SPCE061A的结构如图4.2所示：

图4.2SPCE061A的结构

4.2电机驱动系统

4.2.1电机电路的设计

使用步进电机，可以利用凌阳“61”单片机本身自带的PWM功能输出端口对步进电机的控制，其特点是电路简单，但是要用到单片机PWM功能就要不断地调用中断来控制脉宽。

这会影响到不断进行的语音识别的中断系统，所以这个方案会影响到整个系统的稳定性。

使用的是直流电机。

所以选择利用数字电阻控制集成电路LM2679获得性价比较高的可调电压电源用来驱动直流电机。

虽然这个方案所涉及到的电路设计较复杂，但只用想LM2679集成电路输出高低电平就能控制直流电机的转动，降低了整个系统的不稳定性。

所以通过以上两个方案的比较，我选择第二个方案，因为第二个方案较易实现保持整个系统的稳定性。

在这次设计中的电机驱动系统中主要用了数字电阻控制集成电路LM2679芯片用来获得可调的电压，用来调节直流电机的转数，同时使用JQC-16F继电器来控制直流电机的转向。

还有用7805稳压模块稳定电机驱动系统输出电压的稳定。

4.2.2电机驱动硬件框图及简要说明

如图4.3所示，为电机驱动硬件框图，下面说明电机驱动硬件框图的各个部分。

图4.3电机驱动硬件框图

表4.2框图说明

8v~40V供电电路

J1

外部信号出入端

L1

去抖动电感

S1

电源开关

J5

信号输出端

LM2679

数字电阻控制集成电路LM2679芯片

JQC-16F

继电器

4.2.3LM2679集成电路

LM2679单片集成电路是一种电压变换器，它有较高的变换效率，最大输出电流可达5A，输出电压可以为固定电压3.3V、5V、12V或可调。

LM2679系列产品具有过热保护和限流短路保护功能。

它的输出电压精度优于±

2％。

由于电压转换器的内部由少量的元器件组成，并采用了高频振荡技术，使得该芯片的体积小、速率高、功能强。

在DC/DC电源设计中，选用LM2679单片集成电路可以大大简化设计步骤和减少外围元器件的个数。

　LM2679系列产品可分为定压输出和可调压输出两种，本设计中用到的是可调压输出的LM2679，典型的电路连接如图4.4所示。

它的各引脚定义说明如下：

图4.4LM2679典型的电路连接图

引脚1——接入电感。

去电压抖动，使得输出到直流电机的电压能够稳定在一个固定的电压值。

　引脚2——电源电压输入端。

它除了对负载提供能量外，也为LM2679的内部电路系统提供偏压，输入电压在8V～40V之间。

同时接入电容，用来稳定电压和滤掉高频信号。

在实际应用中，电容离引脚2越近越好，其滤高频信号的效果越好。

　引脚3——升压电容端，一般使用情况下此电容值为0.01μF。

　引脚4——接地端。

在画板时尽量画粗，且尽量靠近输出端。

　引脚5——电流调整端。

在这个端口上连接一个电阻，其电阻值决定了整个系统的输出电流的最大值

　引脚6——反馈端。

反馈电压输入到双向高增益放大器，用于驱动PWM控制器。

对于固定电压输出（3.3V、5V、12V输出），将引脚6接到输出端。

对于可调电压输出，需接两个外部电阻器以控制直流输出电压。

其中，输出电压的调节，实际上是通过改变反馈端和输出端之间电阻上的分压实现的。

反馈端通过R2和输出电压相连，同时通过R1与地相连。

假设输出端负载上的电压为Vout，反馈端的电压为Vref，器件手册上给出的值为1.21V，则根据图3.17可得到其关系为：

Vout=1.21*（1+R1/R2）V。

引脚7——软启动端。

这个端口可连接一个电容，可形成一个缓慢导通的稳压开关器。

电容的大小决定了电源导通的时间。

这可以大大减少的很大的电流突然流入带来的伤害。

如果不需要软启动的话，该引脚悬空。

　LM2679集成电路芯片具体在本设计中的应用见附件1电机驱动板电路原理图，其使用原理如上诉所说。

本设计中的直流电机主要是通过单片机控制LM2679的引脚6，也就是反馈端，的电阻变化来达到LM2679输出端电压变化，进而控制直流电机的转速。

4.2.4JQC-16F继电器

在本次设计中使用的是JQC-16F双继电器，其主要用途是控制电机的转向。

JQC-16F继电器主要特性有：

1、超小型；

2、可提供双继电器静音型；

3、转换型触点；

4、单击电器、双继电器可供选择；

5、符合RoHS、HLV指令。

JQC-16F双继电器顾名思义就是期中包含了两个继电器，可以通过同时控制这两个继电器来获得四个输出状态。

JQC-16F双继电器管脚接线图如图4.5所示，其中管脚1，2，3，4，5为一组继电器；

另外一组管脚为另一组继电器的控制接口。

图4.5JQC-16F双继电器管脚接线图

4.2.57805稳压模块

7805稳压模块是三端正电源稳压电路，他的封装形式为TO-220。

它有一系列固定的电压输出，应用非常的广泛，每种类型由于内部电流的限制，以及过热保护和安全工作区的保护，使它基本上不会损坏。

如果能提供足够的散热片，它就能够提供大于1.5A的输出电流。

虽然是按照固定电压值来设计的，但是当接入适当的外部器件后，就能获得各种不同的电压和电流。

4.3LCD1602

在本次设计中使用的是LCD1602用来显示整个系统的运作的状态，其主要显示LED灯的亮度和直流电机的转数等级，这能使用户更好的，直观的了解整个系统运作的状态。

4.3.1LCD1602简介

1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。

1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。

4.3.2LCD1602管脚功能

LCD1602管脚如图4.6所示，

图4.6LCD1602管脚图

1602LCD采用标准的16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表3.3所示

表4.31602LCD，各引脚接口说明

编号

符号

引脚说明

1

VSS

电源地

9

D2

数据

2

VDD

电源正极

10

D3

3

VL

液晶显示偏压

11

D4

4

RS

数据/命令选择

12

D5

5

R/W

读/写选择

13

D6

6

E

使能信号

14

D7

7

D0

15

BLA

背光源正极

8

D1

16

BLK

背光源负极

4.4LDE灯

在本设计中主要通过点亮LED的个数来实现控制亮度的改变。

LED灯实际上是一个二极管，它的特点是当电流通过二极管时，二极管会发出可见光，反之则不发光。

在这次设计中将凌阳“61”单片机的IO端口设置为默认的高电平，将LED的正极通过一个电阻接入+5V电压，然后LED的负极接到凌阳“61”板上的IO口，所以只要设置IO端口为低电平就可以点亮LED灯，其LED灯原理图如图4.7所示。

图4.7LED灯原理图

在图4.7中，J11是一个型号为A102J排阻，其作用是作为LED灯的上拉电阻。

保证LED不会因为LED两端电压差过大而导致损坏。

5系统软件介绍

SPCE061A单片机属于系统级芯片（SOC），用户使用非常方便，涉及到必需的外围电路也非常简单。

例如其内置有自动增益放大模块（AGC），使MIC输入模块只需要外接3个电阻和3个电容即可。

而功放和喇叭输出模块只需要三极管，2个电阻和1个电容。

因此，这里重点从软件设计（主要是函数调用）的角度介绍该实现过程。

有必要指出的是，凌阳公司为了便于开发者利用SPCE061A单片机来设计语音系统，在其集成开发环境（IDE）中专门设计了语音处理函数库，语音样本的训练、被识别语音数据的采集和相关处理以及识别结果的输出等都是靠调用库函数完成的，所以完全可以将精力放在如何正确地进行函数调用上，而不必过于关心语音处理函数本身，大大节省了开发设计的时间。

同时，将通过训练将声音转换成数字信号储存在SPCE061A单片机的32k的Flash内存中。

所以当整个系统中在掉电的状态下也能保存声音信息，不用每次上电后重新训练。

从实现过程的时序来看，可将语音识别在单片机上的实现过程分为４个主要阶段：

初始化、训练、辨识和辨识结果输出。

其过程框图如图5.1所示。

图5.1语音识别过程框图

5.1初始化

在第一次输入程序后或者上电复位后，整个系统要进行一次初始化。

初始化主要有以下动作：

（1）初始化语音播放状态为空闲，其程序语句如下：

SetPlayStatus（plNULL）

（2）打开2Hz时基中断,设置R_InterruptStatus变量以防止放音程序将中断关闭，其程序语句如下：

*P_INT_Ctrl=*P_INT_Ctrl_New|0x0004;

//打开2Hz时基中断

SetInterruptStatus（0x0004）;

//设置R_InterruptStatus变量以防止放音程序将中断关闭

（3）初始化A,BIO口,设置A，B的IO口为输出，同向，初始默认为高电平。

其IO口设置初始化程序如下：

voidIo_init（void）

{

*P_IOB_Dir