听话小精灵智能玩具的开发.doc

听话小精灵智能玩具的开发 计算机科学与技术专业 学生：张瑜 指导教师：陈坚祯 摘 要：设计基于凌阳16位SPCE061A单片机，采用语音识别技术，设计完成了一款能够执行语音指令，并能够与人进行简单语音对话的交互式智能语音处理系统——听话小精灵智能玩具。系统的设计主要包括硬件和软件两个方面，系统硬件部分基于凌阳SPCE061A精简开发板；而软件方面主要包括语音资源库的建立和系统的程序设计包括语音辨识和中断技术。系统在事先通过训练之后能够实现唱歌、背诵唐诗、简单特定对话等交互功能，富含趣味性。SPCE061A单片机还可按要求实现内部资源的更新具有较大的灵活性和软硬件可扩展性。 关键词：语音识别；单片机；SPCE061A 1 引言 随着全球经济和科技的迅猛发展，玩具市场的玩具也越来越智能化、人性化。而且语音识别技术日趋成熟，使用语音识别技术便可以实现人与玩具的互动。机器通过识别和理解把语音信号转变为相应的命令的技术为语音识别技术，通过语音命令人们能够对其进行操作。语音识别技术和处理软硬件技术的快速发展, 使得智能玩具的开发技术更加成熟。 凌阳公司提供的SPCE061A单片机具有十六位单片机的所有特征，又有语音处理技术方面的独特优势，所以设计以凌阳SPCE061A精简开发板为控制核心实现了智能玩具听话小精灵的设计。 2 设计技术基础 2.1硬件平台 SPCE061A精简开发板，是以凌阳16位SPCE061A单片机为核心的精简开发－仿真－实验板， SPCE061A含2K字的SRAM和32K字闪存容量。闪存在CPU正常运行状态下均可通过程序擦除或写入，可用来存储程序与数据。SPCE061A单片机为音频输出提供两个DAC通道：DAC1和DAC2，分别经由DAC1和DAC2引脚输出。61单片机的A/D转换器有8个通道，其中有1个是MIC-IN输入，它专门用于语音信号采样。还含2路10位精度的D/A只需要外接功放LM386电路，即可完成语音的播放。硬件框图如图2-1所示： 图2-1 SPCE061A结构图 2.2软件开发环境 μ’nSP IDE是凌阳公司提供的一种支持16位系列单片机的集成开发环境。它既支持C、汇编C语言和汇编合编程μ’nSP IDE集项目管理、 图2-2 μ’nSP IDE开发界面 2.3听话小精灵音频资源系统 2.3.1语音录制及语音压缩分类 玩具的开发，首先是语音资源的建立，第一步便是语音文件的录制，用Windows xp自带的录音机进行语音的录制，录制时wav文件的属性必须为“8K 16位 单声道”。 凌阳音频压缩算法根据不同的压缩比分为以下几种：压缩比 SACM-A2000 8:1，8:1.25，8:1.5 SACM-S480 80:3，80:4.5 中 SACM-S240 80:1.5 16KHz 差 2.3.2语音压缩工具 录制的语音资源内存较大，而61板内存小。所以必须对语音进行压缩。凌阳公司专门提供了一款语音压缩工具Compress Tool（如图2-3所示），这是一款界面简单、操作方便、实用的语音压缩软件，其压缩比较大，压缩格式多样，而且语音压缩后的效果比较好。 图2-3语音压缩工具Compress Tool 2.4语音识别原理 小精灵的语音识别由特定人语音识别SD（speaker dependent）技术实现，分为训练和识别两个阶段，借助于凌阳提供的API语音函数来实现。语音的识别取材于凌阳语音库bsrv222SDL.lib及相关头文件，如bsrSD.h。语音原理参看图：凌阳公司提供了一系列的音频函数库，函数库是由一组或多组函数集组成的文件。函数库是二进制文件，程序代码是不可见的。在使用函数库时，只有被使用的函数集才会真正与工程连接，而函数库中的其他函数集不会占用硬件资源。函数库组织结构如图2-5所示： 图2-5函数库组织结构图 设计所用的Sacmv26e.lib函数库包括语音录制、播放函数集；语音识别函数库bsrv222SDL.lib则包括包含特定人语音训练、识别，语音特征模型的导入、导出函数函数集。 3 听话小精灵系统硬件设计及实现 3.1 SPCE061A小精灵硬件系统 SPCE061A最小系统中，包括SPCE061A芯片外围的基本模块，有：晶振输入模块、锁相环外围电路、复位电路、指示灯等，有关SPCE061A 单片机的最小系统的各个模块都做在61板当中。如图所示图3-1 SPCE061A最小系统图 3.2听