基于LD3320的語音控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

安徽三聯(lián)學(xué)院畢業(yè)論文第二章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)對于上面所描述的當(dāng)代所擁有的技術(shù)，我們以單片機(jī)為中央控制單位，采集聲音信息到LD3320，將語音信息轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)在LED小燈上展示結(jié)果，可達(dá)到語音控制的目的。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1輸出單片機(jī)LD3320芯片處理電路輸出單片機(jī)LD3320芯片處理電路非特定人語音輸入圖1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖此次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是以LD3320語音控制為核心，設(shè)計(jì)一個(gè)LED小燈花樣流水變換的系統(tǒng)，其變換內(nèi)容有六個(gè)：小燈全部點(diǎn)亮；小燈全部熄滅；單號的小燈點(diǎn)亮；雙號的小燈點(diǎn)亮；小燈從左至右依次點(diǎn)亮；小燈從右至左依次點(diǎn)亮。我們對系統(tǒng)采用的是語音口令操作，讓芯片自動(dòng)識別并執(zhí)行相應(yīng)的操作，而識別過程中，是不需要提前訓(xùn)練的，識別的關(guān)鍵詞語是以字符串的形式存儲在芯片中，我們事先將需要識別的語句傳入到芯片中即可。其識別的過程就是將我們所說的語音和關(guān)鍵詞語列表進(jìn)行一一匹配，選取最精確最相似的一條匹配結(jié)果，并執(zhí)行相應(yīng)操作。本系統(tǒng)以LD3320為核心，結(jié)合MCU，LED燈，MIC等外圍設(shè)備構(gòu)成一個(gè)完整的語音識別系統(tǒng)。第三章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)控制模塊.MCU采用STC11L08XE單片機(jī)。STC11L08XE單片機(jī)是高抗干擾、新極速、微功耗的新型的8051芯片，早先的8051代碼被其完整兼容，并且提速十倍左右。里面集成度高，并且復(fù)位電路可靠，針對極速通信，智能控制，高干擾場景，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。基本滿足控制LD3320芯片的需求。3.2語音識別模塊LD3320.3.2.1LD3320特點(diǎn)介紹.LD3320這款芯片（圖2）是由ICRoute公司設(shè)計(jì)并出產(chǎn)的“語音識別”指定芯片。此款芯片由語音識別CPU和部分外置電路組成，包括DA和AD轉(zhuǎn)換器、MIC音頻輸入、音頻輸出端口等。此款語音識別芯片在設(shè)計(jì)上注重節(jié)約能源以及提高效率，不用再外部另接Flash等其他的輔助芯片，在當(dāng)前的產(chǎn)品中直接配置就可以完成聲音控制、言語識別、人機(jī)交流功能，并且，此款芯片的識別關(guān)鍵詞語庫是可以任意動(dòng)態(tài)編輯的。圖2LD3320外圍電路3.2.1LD3320模塊功能介紹.該芯片公司創(chuàng)新了獨(dú)特的快而穩(wěn)的精簡算法，通過此算法，即可達(dá)到與說話者無關(guān)的語言識別，并且不需要使用者提前訓(xùn)練和錄音，識別精準(zhǔn)度高達(dá)百分之九十五。不需要任何外部輔助閃存芯片，內(nèi)存芯片和AD芯片，即可以達(dá)到識別語音的功用。確切的提供了一種用于語音識別的單芯片解決方案。單次的識別候選語句的設(shè)置都不能超過五十項(xiàng)，識別語句可以是單獨(dú)的漢子，單詞，或者小短句，但不能超過八十個(gè)字節(jié)的拼音串或者十個(gè)漢字。另一方面，句子的內(nèi)容識別可以動(dòng)態(tài)修改，因此可以由一個(gè)系統(tǒng)支持各種場景。內(nèi)部的芯片設(shè)計(jì)已經(jīng)配備了16位D/A轉(zhuǎn)換器、16位A/D轉(zhuǎn)換器和功放電路，MIC音頻輸入、單聲道喇叭和立體聲耳機(jī)能夠非常便捷地和芯片的管腳相銜接。立體聲耳機(jī)能夠產(chǎn)生清楚嘹亮的音響，最為難得的是它的輸出端口的功率才20mW。而且它的狀態(tài)可以設(shè)置成為休眠，并且可以便捷地喚醒。它也支持MP3的播放音頻功用，不需要外圍設(shè)備，掌握單片機(jī)的MP3數(shù)據(jù)將被發(fā)送到3320芯片可以從相應(yīng)的語音芯片的輸出引腳送入。獲得音頻輸出可以從立體聲耳機(jī)或者揚(yáng)聲器來選擇該產(chǎn)品設(shè)計(jì)。工作供電為3.3伏特，三節(jié)常用的AA電池既可以達(dá)到便攜移動(dòng)系統(tǒng)的供電需求。3.3系統(tǒng)電源.LD3320需要工作在3.3V電壓下，考慮LD3320I/O口需要與單片機(jī)I/O口直接相連接，顧采用3.3單片機(jī)，使得高電壓的單片機(jī)控制的3320引腳不超過3.3伏特的電壓。常用USB供電都是5V顧采用AMS1117芯片及以下電路完成對系統(tǒng)的供電。圖3AMS1117芯片電路圖3.4通信.LD3320芯片可以運(yùn)用并行的方法以及串行的方法和外部中央處理器銜接，并行的時(shí)候，采用四個(gè)控制信號和八個(gè)數(shù)據(jù)線，加上一個(gè)中斷返回信號。串行接口，通過SPI協(xié)議和外部CPU銜接，MD接高電平，那么（SPIS：1：）再接到地面。而此刻用到四個(gè)管腳：一是片選（SCS冰），二是SPI時(shí)鐘(SDCK)，三是SPI輸入(SDI)，四是SPI輸出(SDO)。由于MCU的I/O口數(shù)量充足，且串行通信相對麻煩，故系統(tǒng)采用并行通信方式。3.5LED外圍設(shè)備.選用LED流水燈是為了方便觀察語音控制結(jié)果且相對直觀。其電路圖如下：圖4LED流水燈設(shè)計(jì)電路圖第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)整體流程圖.中央控制器流程如圖4.1所示MCUMCU讀取LD3320的寄存器LD3320音頻采樣并識別根據(jù)STC10LO8XE單片機(jī)里編好的程序進(jìn)行具體判斷LD3320音頻處理結(jié)果存儲在LD3320中的寄存器圖5中央控制器流程4.2流水燈設(shè)計(jì)理念.本課題使用STC11L08XE單片機(jī)時(shí)無須外擴(kuò)存儲器。此次設(shè)計(jì)的單片機(jī)最小運(yùn)用系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)中，彩燈部分的設(shè)計(jì)配備的發(fā)光二極管一共用了八個(gè)，其他的由晶振、復(fù)位、供電等電路和必備的軟件部分構(gòu)成。如果想連接到LED1打開P1.0端口，因此只需把P1.0端口變?yōu)榈碗娖郊纯桑环炊灾?，假使連接到LED1熄滅P1.0端口，只需把P1.0端口變?yōu)楦唠娖骄涂梢粤?；由此可知，另外七個(gè)LED彩燈在p1.1到p1.7端口的打開和關(guān)閉的方法和LED1是一樣的。同理可得，要實(shí)現(xiàn)彩燈流水變化，我們僅需將彩燈LED1到LED8逐一打開或關(guān)閉，八個(gè)LED燈就可以一明一暗的進(jìn)行流水變換了。因?yàn)槿祟愌劬Φ囊曈X暫留效應(yīng)，再加上單片機(jī)執(zhí)行每個(gè)命令所耗費(fèi)的時(shí)間周期非常短，因而在控制彩燈開關(guān)的時(shí)候需要延遲一定的時(shí)長，否則我們就無法實(shí)現(xiàn)“流水”的效果了。4.3流水燈設(shè)計(jì)方法.（1）循環(huán)移位法.在以上設(shè)計(jì)編程中我們運(yùn)用的方法是逐一控制引腳端口的來達(dá)到目的的，所以程序會變的復(fù)雜，我們可以采用循環(huán)移位指令的方法，編程方面運(yùn)用循環(huán)程序結(jié)構(gòu)。在程序最初的時(shí)候，發(fā)送給P1.0口一個(gè)數(shù)，該數(shù)原本就讓P1.0先低，另外的位都是高位，接著保持一段時(shí)長，再讓數(shù)據(jù)向高位去移動(dòng)，P1口接受輸出，這樣就實(shí)現(xiàn)“流水”效果啦。實(shí)際編程中我們先在ACC命令數(shù)據(jù)向左移動(dòng)或者向右移動(dòng)，接著將ACC移動(dòng)數(shù)據(jù)再輸出到P1口，即可以達(dá)到“流水”的設(shè)計(jì)成果。詳細(xì)的編程規(guī)劃在下方，確實(shí)簡化了程序結(jié)構(gòu)。（2）查表法.通過檢查流水燈程序，達(dá)到任何方式都可以進(jìn)行流動(dòng)變化，以及無限的流動(dòng)模式，只要流水表不斷變更，就可以完成多種樣式的設(shè)計(jì)，實(shí)實(shí)在在的達(dá)到任意變化的流水燈花樣效果。首先顯示的數(shù)據(jù)流模式是建立在一個(gè)標(biāo)簽，標(biāo)簽的數(shù)據(jù)表，然后通過查表指令后，將“-+DPTR-”送到累加器A中。（3）位控法.它是一種無技術(shù)含量但又最容易通曉的方式，采用的結(jié)構(gòu)是順序程序，與一個(gè)指揮和控制各輸出級P1口，可控制相應(yīng)的LED燈的亮滅。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們采取循環(huán)移位方法以及查表方法，兩種手段比位置控制方法更繁瑣，但是程序更容易。4.4LED顯示原理.LED矩陣板就是LED點(diǎn)陣顯示器的另一種說法,其特點(diǎn)是高亮度、均勻發(fā)亮、高可靠性等優(yōu)點(diǎn),可以組合成任意尺寸的LED顯示屏幕。正因如此,它被大量運(yùn)用顯示屏，儀器表以及各種設(shè)備中，展示出來的效果普遍得到認(rèn)可。而且它的顯示體系非常的節(jié)能，再加上它靈巧的使用，可以拼裝成大型LED顯示體系。由Ed點(diǎn)陣構(gòu)成的LED屏，其普通型號為p2158a。它是基于發(fā)光二極管像素,顯示裝置和按行和列的順序,一行一行或一列一列的掃描模式，一個(gè)脈沖峰值較大的驅(qū)動(dòng)，連續(xù)不斷的選通顯示屏的每行，在同一時(shí)間，脈沖信號的圖形或文字信息發(fā)送到每列，重復(fù)上面操作，可以顯示各種圖形和文本信息。此設(shè)計(jì)中LED燈的顯示為動(dòng)態(tài)顯示。我們采用的是共陰極LED燈，在“0”時(shí)LED燈發(fā)光，反之“1”的時(shí)候關(guān)閉，我們改變每個(gè)接口的“0”，“1”狀態(tài)，開啟或關(guān)閉，從而完成整個(gè)LED燈系統(tǒng)，使其流水狀的明滅。我們還可以采用各種不同顏色的LED燈，使我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加絢麗多彩，增加視覺效果。4.5流水燈花樣設(shè)計(jì).（1）說出語音指令“從上亮”，芯片接受指令之后，彩燈依次從上至下點(diǎn)亮循環(huán)；（2）說出語音指令“從下亮”，芯片接受指令之后，彩燈依次從下至上點(diǎn)亮循環(huán)；（3）說出語音指令“單號亮”，芯片接受指令之后，彩燈單號依次點(diǎn)亮循環(huán)；（4）說出語音指令“雙號亮”，芯片接受指令之后，彩燈雙號依次點(diǎn)亮循環(huán)；（5）說出語音指令“全部亮”，芯片接受指令之后，彩燈全部亮；（6）說出語音指令“全部滅”，芯片接受指令之后，彩燈全部熄滅。彩燈用8個(gè)發(fā)光二極管代替?？刂齐娐伏c(diǎn)亮了燈右移，左移，全部點(diǎn)亮或者全部熄滅，代替了原始的按鍵操作，兩個(gè)彩燈之間的移動(dòng)間隙設(shè)置為半秒。LED彩燈的流水花樣設(shè)計(jì)非常豐富，結(jié)合LD3320語音控制模板，可以實(shí)現(xiàn)各種花樣的控制，語音指令設(shè)計(jì)非常便捷，單次的識別候選語句的設(shè)置都不能超過五十項(xiàng)，識別語句可以是單獨(dú)的漢子，單詞，或者小短句，但不能超過八十個(gè)字節(jié)的拼音串或者十個(gè)漢字。另一方面，句子的內(nèi)容識別可以動(dòng)態(tài)修改，因此可以由一個(gè)系統(tǒng)支持各種場景，系統(tǒng)控制多種流水花樣的變換。

第五章系統(tǒng)整機(jī)調(diào)試及功能測試5.1硬件調(diào)試.常見故障：1、邏輯錯(cuò)誤：這是由于在設(shè)計(jì)的過程中而產(chǎn)生的錯(cuò)誤所導(dǎo)致的，這方面的錯(cuò)誤主要指線路連接錯(cuò)誤。2、元器件失效：原因來自兩個(gè)方面，第一點(diǎn)是由于元器件性能不達(dá)標(biāo)，或者是元件本身就已經(jīng)受到無法正常工作的損壞；二是由一個(gè)組件失效引起的裝配誤差。3、可靠性差：可靠性不好的原因非常多，例如芯片的質(zhì)量直接影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定，類似此類的外部原因都可能造成實(shí)驗(yàn)的不成功。4、供電因素：如果電源供電方面存在問題，則芯片可能會因電壓過高而燒掉，或者電壓過低，無法帶動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)。調(diào)試方法：包括多級調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試。調(diào)試時(shí)，需要我們細(xì)心觀察，細(xì)心檢查，對問題逐一進(jìn)行排除檢查，找到原因并且排除故障。硬件調(diào)試的時(shí)候，對于存在的問題進(jìn)行了認(rèn)真分析和細(xì)心糾正，這樣做，才可以讓實(shí)驗(yàn)的最終設(shè)計(jì)得以完成，并達(dá)到設(shè)計(jì)的效果。硬件調(diào)試時(shí)，可以用PC進(jìn)行電子調(diào)試，將MCU串口通過串口線聯(lián)接到PC機(jī)，利用PC端打開串口調(diào)試助手，通過對芯片喊話，在芯片識別后通過MCU串口發(fā)送到電腦端，在屏幕上顯示相對應(yīng)的漢字，因而達(dá)到語音識別的調(diào)試結(jié)果。若顯示結(jié)果無誤，則設(shè)計(jì)及編程沒有錯(cuò)誤；若顯示內(nèi)容與語音口令的內(nèi)容不一致，則需檢查電路，并修改程序，再次進(jìn)行調(diào)試。5.2軟件調(diào)試.軟件調(diào)試一般分為以下四個(gè)階段：1、編寫程序并初步檢查錯(cuò)誤；2、在匯編語言的編譯系統(tǒng)中編譯源程序；3、編制程序的鏈接，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)程序中存在的錯(cuò)誤；4、改正錯(cuò)誤。對于軟件的調(diào)試過程，對于存在的問題進(jìn)行了認(rèn)真分析和細(xì)心糾正，這樣做，才可以讓實(shí)驗(yàn)的最終設(shè)計(jì)得以完成，并達(dá)到設(shè)計(jì)的效果。該系統(tǒng)可以通過調(diào)整語音控制口令的改進(jìn)而控制流水燈的轉(zhuǎn)移，變速，改變亮度，當(dāng)然，這是比較繁瑣的一項(xiàng)設(shè)計(jì)。通過向芯片喊話，實(shí)現(xiàn)不同種類的花樣流水燈，這樣就可以直觀的展示語音控制的魅力了。也基本實(shí)現(xiàn)了語音控制的目的。5.3設(shè)計(jì)效果調(diào)試實(shí)驗(yàn)整體設(shè)計(jì)結(jié)束后，我們開始對實(shí)驗(yàn)成品進(jìn)行最終調(diào)試，LD3320語音控制LED流水燈設(shè)計(jì)的展示。對著MIC音頻輸入裝置發(fā)送語音口令指示，觀察流水燈的花樣展示是否與我們當(dāng)初的設(shè)計(jì)一致。（1）說出語音指令“從上亮”，設(shè)計(jì)成品在接受指令之后，8個(gè)彩燈依次從上至下點(diǎn)亮循環(huán)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)一致；（2）說出語音指令“從下亮”，設(shè)計(jì)成品在接受指令之后，8個(gè)彩燈依次從下至上點(diǎn)亮循環(huán)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)一致；（3）說出語音指令“單號亮”，設(shè)計(jì)成品在接受指令之后，8個(gè)彩燈單號依次點(diǎn)亮循環(huán)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)一致；（4）說出語音指令“雙號亮”，設(shè)計(jì)成品在接受指令之后，8個(gè)彩燈雙號依次點(diǎn)亮循環(huán)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)一致；（5）說出語音指令“全部亮”，設(shè)計(jì)成品在接受指令之后，8個(gè)彩燈全部亮，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)一致；（6）說出語音指令“全部滅”，設(shè)計(jì)成品在接受指令之后，8個(gè)彩燈全部熄滅，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)一致。到此，實(shí)驗(yàn)整體調(diào)試全部結(jié)束，設(shè)計(jì)完成，模塊稍加裝飾即可成為一個(gè)獨(dú)立的語音控制LED流水燈花樣變換的最小系統(tǒng)。第六章設(shè)計(jì)總結(jié)及技術(shù)展望目前的語音口令控制體系的成本還是偏高，如果普及的話，并不是很受歡迎，而我們的設(shè)計(jì)，將各個(gè)功能模塊有機(jī)的完美的結(jié)合起來，構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)，并為它創(chuàng)新的更為智能化，更為人性化，符合21世紀(jì)的節(jié)能環(huán)保理念，高性價(jià)比，配置方便，安裝便捷，適合于各種場合的推廣，也可應(yīng)用于高要求高配置的場所。系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)在于：使用語音控制，摒棄了以往枯燥的按鍵式控制，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)的交互，同樣也是在開發(fā)過程中所攻克的技術(shù)難關(guān)。語音控制系統(tǒng)給電子產(chǎn)品帶來了全新的變革，一句簡單的口令就可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，為智能家居、智能辦公等提供了高效的方式?，F(xiàn)代人的生活理念就是智能生活，不少的電影里，都展現(xiàn)出人們對智能化的設(shè)計(jì)藍(lán)圖，隨著科技的加速發(fā)展，在未來，更有可能實(shí)現(xiàn)人機(jī)結(jié)合，人們在機(jī)甲內(nèi)，通過口令的發(fā)送，完成各種動(dòng)作，在當(dāng)代，美國、中國、日本等科技大國都在不斷的進(jìn)行這種人機(jī)結(jié)合的設(shè)計(jì)研究，越來越多的智能化機(jī)器不斷誕生，更為精致，便捷，高效，低能耗的機(jī)器不斷撩撥人們的眼球。就拿最貼近生活的手機(jī)來說，智能化的手機(jī)設(shè)計(jì)理念不斷完善，不斷改變，人們開車時(shí)不方便打電話，只需說出電話號碼，手機(jī)就會貼心的為您撥出號碼。還有更為便捷的導(dǎo)航功能，就如同電視廣告所說的，您只需說出目的地，手機(jī)即可自動(dòng)為你計(jì)算出導(dǎo)航地圖，規(guī)劃出最快的駕駛路線。一個(gè)小小的手機(jī)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互的最大化，只需一句話，就可以代替雙手，完成你想要的操作，這就是控制系統(tǒng)的優(yōu)勢所在。就當(dāng)代的情景來看，語音控制系統(tǒng)仍然處于一個(gè)不斷研究探索的過程，還是需要不斷地完善其功能，才能更好的適應(yīng)社會未來的發(fā)展要求。參考文獻(xiàn)[1]ThangTatVu,MaiChiLuong,SatoshiNakamura.AnHMM-basedVietnameseSpeechSynthesisSystem[C].ProceedingsoftheOriental-COCOSDA,2009:116-121.[2]趙九.語音信號處理[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.[3]DumansH,BonafonieA,KainA,vanSantenJ.Includingdynamicandphoneticinformationinvoiceconversionsystems.InTERSPEECH2004:1193-1196.[4]譚浩強(qiáng).新世紀(jì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育叢書.C程序設(shè)計(jì)[M].清華大學(xué)出版社,2007[5]萬福君，潘松峰.單片微機(jī)原理系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M].合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2001[6]李波,王成友.語音轉(zhuǎn)換及相關(guān)技術(shù)綜述[J].通信學(xué)報(bào).2004,5.[7]胡航.語音信號處理[M].第4版,哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2009.[8]馮志偉.語音合成中文本的歸一化問題[J].北華大學(xué)學(xué)報(bào),2010,第11卷,第2期:41-49.[9]譚浩強(qiáng).新世紀(jì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育叢書.C程序設(shè)計(jì)[M].清華大學(xué)出版社,2007[10]萬