大学生电子设计竞赛设计报告8051声控设计.doc

四川省大学生电子设计竞赛设 计 报 告题目：8051声控设计2006年11月摘 要整个声控设计系统采用51系列AT89C52单片机为（美国ATMEL公司研制）主控芯片，语音识别芯片为功能强大的RSC-300/364新型芯片，程序EPROM、FLASH内存等组成具有语音识别控制小车的设计和制作过程，该设计能控制小车的前进、后退、左转、右转等功能该8051声控设计电路结构简单，价格相对便宜，特别适合在独立的场合控制电子产品中应用，如声控家电、电子门锁、智能机器人等新颖电子电器产品以及工业自动化控制等众多领域目前，在电子领域尤其是自动化智能控制领域，由传统的分立元件或数字逻辑电路构成的控制系统所取代，单片机具有体积小、功能强、成本底、应用面广等优点，可以说智能控制与自动控制的核心就是单片机电脑业巨子比尔盖茨曾说: 语音科技不但是 Windows 的未来, 更是整个电脑界之未来而语音科技最主要的两个方面即是:语音合成和语音识别本设计结合以上两样核心技术完成语音识别自动控制实现电路功能在未来的科技发展领域中，语音控制技术将广泛应用于人们的生活中，带给人们更简便、快捷的生活方式关键词：AT89C2051; 单片机; RSC-364; RSC-300 ; 语音识别系统 Abstract（英 文：）Keywords：目 录1 系统设计 11.1 设计要求 11.2 总体设计方案 11.2.1 设计思路 11.2.2 方案论证与比较 11.2.3 方案选择 11.2.4 系统组成 12单元电路设计 32.1 51单片机主控电路设计 32.2 语音识别电路设计 42.3 串行接口电路设计 72.4 音频放大电路设计 72.5 直流电源稳压电路设计 82.6 电机驱动电路设计 93 软件设计 113.1 系统软件设计 113.2 系统程序设计 124 系统测试 134.1 硬件调试 134.2 软件调试 14结束语 15参考文献 16附 录 17附录1 8051声控设计板原理图 17附录2 8051声控设计板PCB图 18附录3 8051声控设计板3D正面图 19附录4 8051声控设计板3D反面图 20附录6 元件清单 221 系统设计 1.1 设计要求1.2 总体设计方案1.2.1 设计思路 声控技术是用来设计一台会听话的机器，只要对着麦克风说话，便可以指挥机器的动作，实现“芝麻开门”的声控梦想。

以声音来代替手动按键输入控制家用电子产品，不久的将来声控电脑、声控电视、声控汽车，将会变为现实新科技带来方便的新生活1.2.2 方案论证与比较 方案一：采用是ATMEL公司推出8051的高档8位AT89C2051单片机和美国Sensory Integrated Circuit是一颗为消费类电子产品应用的低价位的语音识别专用芯片（RSC-364/300），通过语音识别产生控制脉宽，控制小车的前进、后退、左转、右转等功能方案二：采用凌阳SPCE061A十六位单片机，利用单片机的IOB8、IOB9产生控制调速的脉宽和小车的正、反行使，用凌阳SPCE061A十六位单片机的TimeA和 TimeB很容易实现脉宽调制，这大大加强了用脉宽调制控制加减速的可选性，但对继电器要求较高1.2.3 方案选择通过对以上方案的论证可看出采用89C51+RSC-364/300的设计方案于设计要求相符合，设计更经济合理，所以采用第一方案完成设计1.2.4 系统组成本系统由Sensory Integrated Circuit声控芯片RSC-364/300为核心所设计的声控模块，来完成对小灯或小车的控制声控模块（图1）主要由：语音辨别芯片（RSC—364/300）、程序EPROM、FLASH ROM、 单芯片（AT89C2051）组成。

89C2051单片机FLASHROMEPROM+5V电源稳压器MAX-232串行接口串行接口TTL电平RSC-364/300 语音识别芯片按键输入控制LM386音频放大器模拟电路麦克风输入喇叭输出 图1 声控系统架构图整个系统架构采用主从双处理架构设计，由单芯片当着主控芯片，送出串行控制信号来控制辨认芯片完成相关的辨别此架构可从简化系统的软硬件设计，语音辨识的软硬件部分交由专用辨识芯片来处理，这些工作需要有效的算法及高速的硬件计算架构才能完成2单元电路设计2.1 51单片机主控电路设计AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案 图2 主控电路 主控电路如（图2）基本的三要素由电源、时钟振荡、复位电路组成，需要+5V电源，X2石英晶振产生12MHZ振荡频率，由R14、S6、C5、R6组成复位电路可自动复位也可按下S6手动复位。

2.2 语音识别电路设计RSC-300/364由美国Sensory Integrated Circuit公司开发，是一片以8位MCU为核心的CMOS器件，片上还集成了ROM、RAM、A/D、D/A、前端放大器及功率放大器件因此，可以说它是一颗片上系统（SOC），只要加上很少的外围元件就可以组成一个语音识别系统其运算能力为4MIPS， 为了提高运算能力，片上包括了一个24位×24位的乘法器图3 RSC—364/300语音识别模块框图RSC-364语音处理器是语音识别模块如（图3）所示中最核心的大规模集成电路，它内含话筒放大器、语音特征数据存储器、24*24位乘法器、两个计时器、外部存储器接口、A/D、D/A转换器和PWM输出直接驱动扬声器、语音识别算法电路、内建64K字节ROM、2.5K字节RAM、16个I/O控制口和8位微处理器等单元电路外围元件少，一个完整的识别系统仅由RSC-364和少量外部元件组成：电池、扬声器、驻极体话筒、音频输入的支持电路工作电压为2.4-5.5V；工作电流为10mA，待机电流小于5uA 图4 RSC-364/300语音识别模块平板图RSC-364模块的各主要器件位置平板图如（图4）所示，采用39SF020 0000H-0FFFF作为程序存储空间，用来存储控制程序、SD语音识别模板及提示音数据， 29EE020作为数据存储空间，用来存储SD/SV（特定人语音识别技术和身份识别）语音命令识别模板、SD语音命令及RP的录音，以及其他应用数据。

39SF020既可以存储语音识别模块又可以存储语音录音，29EE020只可以用来存储语音识别模板，通常每个SD/SV语音命令时间长2.5s，语音命令识别模块大小为128Byte，语音录音有三种压缩率：4067byte/s,3389byte/s和2711byte/s，该模式用于提示音数据较少，可以与控制程序一起放在程序存储空间该模式用于提示音数据较少，可以与控制程序一起放在程序存储空间图5为RSC—364/300语音识别电路图5 RSC—364/300语音识别电路2.3 串行接口电路设计系统设计要求控制系统能同PC联机通信，已利用PC机由于AT89C2051串行口为TTL电平，PC串行口为RS232电平，使用一片MAX232为电平转换驱动通信速率为9600波特率数据5秒传输一次电路如（图6） 图6 串行接口电路2.4 音频放大电路设计 LM386是用于低电压功率放大器内部设定增益为20dB，当在1与8引出端外接电容与电阻时，其增益增加可达200dB以内的任何值当输出自动偏置到电源电压一半，输入端参考地6V电源工作时静态功率只有24mW  该集成电路由于外接元件少、电源电压VCC使用范围宽（VCC=4-12V）、静态功耗低（VCC= 6V时为24mW），因而在便携式无线电设备、收音机、录音机、小型放大设备中得到广泛应用。

  如（图7）当1脚和8脚之间开路时，电压增益为26dB；若在1脚和8脚之间接阻容串联元件，则增益可达46dB，改变阻容值则增益可在26dB-46dB之间任意选取电阻值越小增益越大图7 LM386音频放大电路从语音识别芯片D/A转换电路输出的模拟音频信号通过LM386功率放大器，驱动喇叭完成语音播放2.5 直流电源稳压电路设计图8 电源框图LM7805 有三只接脚:IN、 OUT、 GND 分别接到输出, 输出及地线. 输出的电压固定.输出 +5 V，输出端并联 0.1 uF 电容的目的是要降低高频阻抗, 改善 “瞬时反应” (transient response). 使用时, 输入端也常常加上一个 0.33uF 以上的电容电源部分（如图9）分为两路：一路直接提供9伏的直流电源，另一路通过三端稳压芯片7805稳压成5伏直流电源提供给单片机系统使用，右边两个电容是5伏电源的滤波电容，电阻R8和红色的LED(D2)组成5伏电源的工作指示电路，只要电源部分正常，红色的LED就会点亮，可以根据这个LED来判断整个电源部分是否工作正常图9 LM7805稳压电源电路2.6 电机驱动电路设计电机的驱动采用双向PWM脉宽调制方式控制。

采用这种控制方式可以方便地实现电机的正反转和转速变化电机驱动电路如图10所示其工组原理为当P1.0端口为高电平、P1.1端口为低电平时，三极管Q5导通，Q5导通又导致Q3和Q2导通，则电流从电源通过Q2、直流电机和Q3构成回路；当P1.0端口为低电平、P1.1端口为高电平时，三极管Q6导通，Q6导通又导致Q4和Q1导通，则电流从电源通过Q1、直流电机和Q4和Q1导通，则电流从电源通过Q1、直流电机 和Q4构成回路，且电流方向和前面相反，即电机转向发生变化通过控制P1.0口和P1.1口电平的高低和高电平导通的时间，就可以控制电机的正、反转和转速 图10 电机驱动电路3 软件设计3.1 系统软件设计图11 主程序控制流程图通过对小车前进、后退、左转、右转和运转时间设置指令程序在单片机里，单片机输出相对应的指令电平控制前进、后退、左转、右转的继电器，控制小车的运行情况 3.2 系统程序设计提示音制作过程说明WAV\ 目录中是我们制做的Spkrdep演示程序的中文提示音，现就其制作过程进行说明：（1）录音并分割wav文件，得到许多wav文件。

   （2）编辑voice.txt文件，给所有wav文件排序   （3）运行setpath.bat,设置路径（具体路径视你的提示音制作软件的存放位置而定）   （4）运行make.bat,生。