基于61单片机的语音智能小车的毕设论文

沈阳理工大学学士学位论文

摘 要

随着电子业的发展，自动化已经不再是一个新鲜的话题，无人驾驶的小汽车也必将进入实用阶段，本设计模拟将来的智能小车。根据开始录制的语音命令来控制小车的启动、停止、返回等动作。本文介绍了一种基于SPCE061A单片机的语音遥控小车，重点讨论了其硬件与软件系统的设计与实现。本设计首先介绍了SPCE061A单片机和61实验板及其开发环境IDE；接着完成了总体方案设计、车体驱动设计、程序设计、语音辨识设计、功能模块的设计，最后对制作与调试过程做了较为详细的说明。测试表明，在环境背景噪音不太大和控制者的发音清晰的前提下，语音控制小车能对特定的语音指令做出反应，做出预想中的有限的一系列动作。

关键词：SPCE061A；61实验板；IDE；驱动小车；语音辨识；

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ABSTRACT

With the development of electronic industry, automation is no longer a new topic,

driverless cars will enter into the practical stage, this design will simulate the future intelligent car. According to the customized voice in the beginning, we can control the car to perform actions of advance,retreat,renturn,ect. This paper introduces a kind of speech control car which based on 61 microcomputer, and it focuses on the reality of hardware system and software system. This paper introduces the 61 single chip microprocessor,61 experiment board and its development environment IDE firstly, then it completed the general plan of design, body-driven design, programming, voice recognition design, function modules design, and finally, it describes the process of production and commissioning in detail. Tests have showed that the voice controlled car can respond to specific voice commands and make a series of limited actions when environmental background noise is not too large and the controller pronounces accurately.

Keywords：SPCE061A；61 test board；IDE；intelligent car；speech recognition；

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目 录

1 绪 论 .................................................................................................................................... 1

1.1 设计背景 .................................................................................................................... 1 1.2 凌阳SPCE061A单片机 ............................................................................................ 1 1.3 系统开发环境IDE .................................................................................................... 2 2 凌阳SPCE061A单片机 ...................................................................................................... 3

2.1 SPCE061A概述 ......................................................................................................... 3 2.2 SPCE061A性能 ......................................................................................................... 3 2.3 SPCE061A的结构及其特点 ..................................................................................... 4 2.4 61单片机的引脚排列 ............................................................................................... 5 2.5 SPCE061A最小系统 .................................................................................................... 5 3 61实验板 ............................................................................................................................. 7

3.1 硬件框图及简要说明 ................................................................................................ 7 3.2 61板的接口说明 ....................................................................................................... 7 3.3 61板的检测 ............................................................................................................... 9 4 总体方案设计 .................................................................................................................... 12

4.1 设计要求 .................................................................................................................. 12 4.2 系统总体方案设计 .................................................................................................. 12 4.3 系统控制方案 .......................................................................................................... 13 5 硬件电路设计 .................................................................................................................... 14

5.1 车体介绍 .................................................................................................................. 14 5.2 小车的行走原理 ...................................................................................................... 16 5.3 控制板电路及原理 .................................................................................................. 17 5.4 全桥驱动电路及其原理 .......................................................................................... 18 5.5 动力电机驱动电路 .................................................................................................. 19 5.6 方向电机控制电路 .................................................................................................. 19 6 系统软件设计 .................................................................................................................... 21

6.1 主程序设计 .............................................................................................................. 21 6.2 语音识别简介 .......................................................................................................... 22 6.3 子程序设计 .............................................................................................................. 23

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6.3.1 训练子程序 .................................................................................................... 23 6.3.2 语音识别子程序 ............................................................................................ 25 6.3.3 动作子程序 .................................................................................................... 25 6.3.4 中断子程序 .................................................................................................... 27 6.4 程序中的问题说明 .................................................................................................. 28 7 系统开发环境 ...................................................................................................................... 29

7.1 开发环境的使用 ...................................................................................................... 29 8 语音智能小车的使用 ........................................................................................................ 32

8.1 训练小车 .................................................................................................................. 32 8.2 语音智能小车的命令执行 ...................................................................................... 33 8.3 重新训练 .................................................................................................................. 33 结 论 ........................................................................................................................................ 34 致 谢 ........................................................................................................................................ 35 参考文献 .................................................................................................................................. 36 附录A 英文原文 .................................................................................................................. 37 附录B 中文翻译 .................................................................................................................. 46 附录C 语音控制小车源代码 .............................................................................................. 52

IV

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1 绪 论

1.1 设计背景

语音处理技术是一门新兴的技术，它不仅包括语音的录制和播放，还涉及语音的压缩编码和解码，语音的识别等各种处理技术。以往做这方面的设计，一般有两个途径：一种方案是单片机扩展设计，另一种就是借助于专门的语音处理芯片。普通的单片机往往不能实现这么复杂的过程和算法，即使勉强实现也要加很多的外围器件。专门的语音处理芯片也比较多，像 ISD 系列、PM50 系列等，但是专门的语音处理芯片功能比较单一，想在语音之外的其他方面应用基本是不可能的。

SPCE061A 是凌阳科技推出的一款16位μ'nSP结构的微控制器。该芯片带有硬件乘法器，能够实现乘法运算、内积运算等复杂的运算。它不仅运算能力强，而且处理速度快，单周期最高可以达到49MHz。SPCE061A 内嵌32K 字的FLASH 程序存储器以及2K 的SRAM。同时该SOC芯片具有ADC和DAC功能，其MIC_ADC 通道带有AGC自动增益环节，能够很轻松的将语音信号采集到芯片内部，两路10位的电流输出型 DAC，只要外接一个功放就可以完成声音的播放。以上介绍的这些硬件资源使得该 SPCE061A 能够单芯片实现语音处理功能。

本方案借助于SPCE061A 的语音特色，开发出了这款语音控制小车。小车不仅具有前进、后退、左转、右转停车等基本功能；同时配合 SPCE061A 的语音特色，实现语音控制功能。

1.2 凌阳SPCE061A单片机

SPCE061A 是继μ’nSP?(Microcontroller and Signal Processor)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。

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