主從式語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘 要：語(yǔ)音識(shí)別是最快捷的人機(jī)互動(dòng)方式，其應(yīng)用隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及相關(guān)理論的完善日益廣泛。基于計(jì)算機(jī)平臺(tái)的識(shí)別側(cè)重于學(xué)科研究，嵌入式系統(tǒng)上的實(shí)現(xiàn)更注重實(shí)用。文章設(shè)計(jì)基于TMS320VC5402的DSP單片機(jī)和STC89LE516芯片的51單片機(jī)組成的主從式系統(tǒng)作為語(yǔ)音識(shí)別的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，充分發(fā)揮前者的運(yùn)算能力和后者的控制優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：TMS320VC5402；51；HPI；McBSP

語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)在人機(jī)互動(dòng)，人工智能等多個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[1][2]，本設(shè)計(jì)以DSP和51單片機(jī)構(gòu)建主從式系統(tǒng)為平臺(tái)，以TMS320VC5402為核心處理芯片，實(shí)現(xiàn)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的處理，以51單機(jī)為主控制單位，控制外部設(shè)備。

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 TMS320VC5402芯片

TMS320VC5402（簡(jiǎn)稱VC5402）是TI公司推出的C54X系列定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器。采用哈佛結(jié)構(gòu)，程序空間、數(shù)據(jù)空間和I/O空間互相獨(dú)立存儲(chǔ)，片內(nèi)共有8條總線，具有功耗小、高度并行等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足眾多領(lǐng)域?qū)崟r(shí)處理要求。

多通道緩存串口是TI公司DSP產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)串口的增強(qiáng)版本，具有標(biāo)準(zhǔn)串口的功能，同時(shí)支持多種串行通信的方式和協(xié)議。本設(shè)計(jì)中，通過(guò)McBSP軟件模擬I2C總線，實(shí)現(xiàn)C5402和PCF8591之間的通信。

HPI是TMS320VC54X系列芯片中用于與主機(jī)或者其他CPU進(jìn)行通信的并行接口，通過(guò)片內(nèi)存儲(chǔ)器與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，分為8位標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)HPI接口、8位增強(qiáng)型HPI接口和16位增強(qiáng)型HPI接口，本設(shè)計(jì)中通過(guò)HPI接口實(shí)現(xiàn)與51單片機(jī)的主從式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1.2 STC89LE516芯片

STC89LE516是增強(qiáng)型51單片機(jī)芯片，使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。系統(tǒng)可編程FLASH程序存儲(chǔ)字節(jié)為64K，足以應(yīng)付大多數(shù)工程的程序存儲(chǔ)，RAM為1280K。本設(shè)計(jì)中與DSP組成主從式系統(tǒng)，對(duì)片外器件的操控。

1.3 語(yǔ)音信號(hào)采集系統(tǒng)

語(yǔ)音采集單元包括麥克風(fēng)，LM386功率放大器和PCF8591芯片。

LM386是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，增益可調(diào)整，工作電壓范圍寬4-12V，主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類產(chǎn)品。PCF8591芯片是具有I2C總線接口的8位數(shù)據(jù)獲取器件，用于A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程，實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)字化。

1.4 主從式系統(tǒng)

VC5402的HPI為8位主機(jī)接口（HPI8），DSP和51單片機(jī)通過(guò)DSP的HPI口組成主從式系統(tǒng)，51單片機(jī)作為HPI口的主控者可以通過(guò)HPI8口直接訪問(wèn)DSP的存儲(chǔ)空間本。在DSP上進(jìn)行算法運(yùn)算，同時(shí)將識(shí)別結(jié)果作為51單片機(jī)操控片外設(shè)備的指令，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)，提高工作效率。通過(guò)單片機(jī)板可以下載系統(tǒng)程序，訪問(wèn)和控制DSP的RAM、IO等資源。

本設(shè)計(jì)選取的芯片引腳電壓都是3.3V，因此DSP和51單片機(jī)之間不用電平轉(zhuǎn)換，在數(shù)據(jù)交換速度、程序運(yùn)行等方面都有一定的優(yōu)勢(shì)。

1.5 控制部分

STC89LE516的引腳電壓為3.3V，高電平時(shí)的驅(qū)動(dòng)拉電流不到1mA，低電平時(shí)的灌電流為10mA左右，因此直接驅(qū)動(dòng)能力非常弱，可以間接通過(guò)繼電器模塊驅(qū)動(dòng)更大級(jí)別的設(shè)備實(shí)現(xiàn)。

2 軟件設(shè)計(jì)

在軟件設(shè)計(jì)中，需要特別注意兩處，分別是通過(guò)McBSP模仿I2C總線和主從式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。信號(hào)采集模塊得到的數(shù)據(jù)通過(guò)I2C總線傳輸給DSP。

2.1 軟件模仿I2C總線

I2C總線協(xié)議用于CPU與被控IC之間、IC與IC之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的雙向傳送，只需一根數(shù)據(jù)總線SDA和時(shí)鐘總線SCL即可構(gòu)成串行接口，總線上的數(shù)據(jù)傳送的啟動(dòng)、結(jié)束和有效狀態(tài)都由SDA、SCL的電平狀態(tài)完成。TMS320VC5402并沒(méi)有專門的I2C總線接口，通過(guò)軟件的方式在多通道緩沖串行接口（McBSP）模擬I2C總線，實(shí)現(xiàn)與PCF8591的連接。

McBSP的發(fā)送時(shí)鐘CLKX、接收時(shí)鐘CLKR、接收幀同步FSR和發(fā)送幀同步FSX為雙向腳，因此可以通過(guò)設(shè)置McBSP的控制寄存器SPCR1、SPCR2和引腳控制寄存器PCR的相應(yīng)位，實(shí)現(xiàn)通用I/O腳功能，模擬I2C總線。

2.2 主從式系統(tǒng)通信

主從式設(shè)計(jì)中，51單片機(jī)為HPI接口的主動(dòng)方。數(shù)據(jù)的傳輸分為51單片機(jī)和HPI寄存器之間的外部傳輸，和HPI和DSP內(nèi)部RAM之間的內(nèi)部傳輸。51單片機(jī)通過(guò)HPI訪問(wèn)DSP片內(nèi)RAM需要四個(gè)步驟：檢查內(nèi)部傳輸是否已經(jīng)完成，設(shè)置HPI控制寄存器（HPIC），寫(xiě)地址寄存器（HPIA），寫(xiě)讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)寄存器（HPID）。

3 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了一個(gè)以TMS320VC5402和STC89LE512為核心的語(yǔ)音識(shí)別與控制系統(tǒng)，根據(jù)語(yǔ)音識(shí)別的結(jié)果間接和直接控制外部器件，以語(yǔ)音識(shí)別結(jié)果作為控制指令。充分利用了兩種單片機(jī)的特長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)了完美的算法運(yùn)算和片外控制。

參考文獻(xiàn)

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