基于語音辨識的自動數(shù)學(xué)出題系統(tǒng)--語音辨識和語音播報【畢業(yè)論文】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　基于語音辨識的自動數(shù)學(xué)出題系統(tǒng)--語音辨識和語音播報</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級

2、 電子信息工程 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要&l

3、t;/b></p><p>　　語音識別是機(jī)器通過識別和理解過程把語音信號變?yōu)橄鄳?yīng)的文本文件或命令的高技術(shù)。作為一個專門的研究領(lǐng)域，語音識別又是一門交叉學(xué)科，它與聲學(xué)、語音學(xué)、語音學(xué)、人工智能、數(shù)字信號處理理論、信息理論、模式識別理論、最優(yōu)化理論、計算機(jī)科學(xué)等眾多學(xué)科緊密相連。語音識別經(jīng)過四十多年的發(fā)展，已經(jīng)顯示出巨大的應(yīng)用前景，高性能的語音識別系統(tǒng)相繼問世。</p><p>　　本

4、文主要介紹一個基于語音辨識的自動出題系統(tǒng)該文統(tǒng)。本系統(tǒng)能根據(jù)用戶的不同設(shè)置給出不同級別的算術(shù)題，同時進(jìn)行語音播報，并提供顯示答案、糾錯等功能，另外，用戶可以通過語音命令進(jìn)行部分功能操作。系統(tǒng)自動完成出題功能，其功能還包括，校對答案功能，難度設(shè)置功能，運(yùn)算法則切換功能，同時系統(tǒng)能及時的發(fā)出各種提示音。對語言來說，聲音是第一性的。不管在人類語言發(fā)展方面，還是在言語的運(yùn)用記憶方面，語音都起著不可替代的作用。尤其是對于兒童，該系統(tǒng)不僅僅是一個學(xué)

5、習(xí)工具，更是一個有趣的玩具，大大的增加了兒童的學(xué)習(xí)興趣。</p><p>　　關(guān)鍵詞：語音識別技術(shù)；語音播報；數(shù)學(xué)出題系統(tǒng)；單片機(jī)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Speech recognition is the machine through the recognition and understa

6、nding speech signal into a corresponding process of text files or command high technology. As a special field of study, speech recognition is a cross-disciplinary, it and acoustics, phonetics, phonetics, artificial intel

7、ligence, digital signal processing theory, information theory, pattern recognition theory, optimization theory, computer science multitudinous discipline are closely linked. Speech recognition after forty years</p>

8、<p>　　This paper mainly introduces the automatic speech recognition based on a paper series title system. This system can according to different sets of users are different levels of arithmetic, simultaneously spe

9、ech broadcast, and providing display answers, error correction function, in addition, the user can through the voice commands partial functional operation. The system automatically complete set function, its features inc

10、lude proofreading, difficulty setting function answers function, algorith</p><p>　　Key Words：Voice recognition technology ;Speech broadcast; Mathematical cribbed system ;microcontroller </p><p>

11、<b>　　目 錄</b></p><p>　　1 引言- 1 -</p><p>　　1.1語音識別系統(tǒng)- 1 -</p><p>　　1.2語音播報- 2 -</p><p>　　2 總體設(shè)計- 3 -</p><p>　　2.1特定人語音識別- 3 -</p>&l

12、t;p>　　2.2基于不同芯片的設(shè)計- 3 -</p><p>　　2.2.1 基于WS—100芯片的設(shè)計- 3 -</p><p>　　2.2.2 基于RSC-4X系列芯片的設(shè)計- 4 -</p><p>　　2.2.3 基于凌陽的SPCE061A芯片的設(shè)計- 5 -</p><p>　　2.3課題內(nèi)容和功能- 6 -<

13、;/p><p>　　3硬件設(shè)計- 8 -</p><p>　　3.1 SPCE061A簡介- 8 -</p><p>　　3.2 SPCE061A主要性能和功能- 8 -</p><p>　　3.3 SPCE061A芯片模塊結(jié)構(gòu)- 8 -</p><p>　　3.3 SPCE061A芯片介紹- 9 -</p

14、><p>　　3.4 SPCE061A外圍電路- 10 -</p><p>　　3.4.1 電源- 10 -</p><p>　　3.4.2語音輸出電路- 11 -</p><p>　　3.4.3語音輸入電路- 12 -</p><p>　　3.4.4按鍵電路- 12 -</p><p>

15、　　3.4.5輔助電路- 13 -</p><p>　　3.4.6顯示模塊- 14 -</p><p>　　3.4.7數(shù)據(jù)存儲電路- 14 -</p><p>　　3.4.8主芯片I/O端口分配- 15 -</p><p>　　4軟件設(shè)計- 16 -</p><p>　　4.1 軟件開發(fā)工具- 16 -&l

16、t;/p><p>　　4.2軟件的程序- 17 -</p><p>　　4.2.1主程序- 17 -</p><p>　　4.2.2訓(xùn)練過程和識別過程- 19 -</p><p>　　4.2.3語音播放、顯示和運(yùn)算法則的流程圖- 21 -</p><p>　　4.2.4按鍵處理:- 26 -</p>

17、<p>　　5制作和調(diào)試- 27 -</p><p>　　5.1 硬件電路的設(shè)計和制作- 27 -</p><p>　　5.2 軟件的設(shè)計和調(diào)試- 28 -</p><p>　　6工作總結(jié)- 30 -</p><p>　　致 謝錯誤!未定義書簽。</p><p>　　參考文獻(xiàn)- 31 -<

18、;/p><p>　　附錄1 系統(tǒng)實(shí)物圖- 32 -</p><p>　　附錄2 實(shí)驗(yàn)原理- 33 -</p><p>　　附錄3 畢業(yè)設(shè)計作品的說明- 34 -</p><p>　　附錄4 儲存器中播報子程序- 35 -</p><p><b>　　1 引言</b></p>&l

19、t;p><b>　　1.1語音識別系統(tǒng)</b></p><p>　　語音識別技術(shù)，也被稱為自動語音識Automatic Speech Recognition(ASR)，其目標(biāo)是將人類的語音中的詞匯內(nèi)容轉(zhuǎn)換為計算機(jī)可讀的輸入，例如按鍵、二進(jìn)制編碼或者字符序列。與說話人識別及說話人確認(rèn)不同，后者嘗試識別或確認(rèn)發(fā)出語音的說話人而非其中所包含的詞匯內(nèi)容[1]。如圖1-1即為語音識別的原理圖。&

20、lt;/p><p>　　圖1-1 語音識別原理圖</p><p>　　語音識別技術(shù)的市場前景無量，它的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，有聲控電話交換、語音撥號系統(tǒng)、信息網(wǎng)絡(luò)查詢、家庭服務(wù)、賓館服務(wù)、旅行社服務(wù)系統(tǒng)、訂票系統(tǒng)、聲控智能玩具、醫(yī)學(xué)服務(wù)、銀行服務(wù)、股票查詢服務(wù)、聽寫機(jī)、計算機(jī)控制、工業(yè)控制、語音通信系統(tǒng)等等，幾乎涉及日常生活的每一個領(lǐng)域[2]。它在一些應(yīng)用領(lǐng)域中正迅速地成為一個關(guān)鍵的、而且具有競

21、爭力的技術(shù)，并且必將改變?nèi)藗兊娜粘Ｉ睢?lt;/p><p>　　現(xiàn)在市場上智能語音對話娃娃非常的受歡迎，它能夠與人實(shí)現(xiàn)一定的對話。（比如：“我給你唱歌吧” ，你回答：“好啊” ，她會開始唱歌；如果你說：“不好” ，他會轉(zhuǎn)移話題。）該智能語音對話娃娃就是采用最新的語音識別技術(shù)研發(fā)成功的，具有良好的識別效果超強(qiáng)的抗噪性（在商場，公交車，馬路等地方照常演示識別）。圖1-2為對話娃娃工作的基本框圖。</p>

22、<p>　　圖1-2 對話娃娃識別的基本框圖</p><p><b>　　1.2語音播報</b></p><p>　　在智能儀器儀表或自動控制設(shè)備中，增加語音功能能極大的提高人機(jī)界面的人性化，更方便用戶的操作。在許多場合，設(shè)計者需要將語音系統(tǒng)和單片機(jī)結(jié)合在一起。目前語音服務(wù)行業(yè)越來越廣，如電腦語音鐘、語音型數(shù)字萬能表、手機(jī)話費(fèi)查詢系統(tǒng)、排隊機(jī)以及公共汽車報

23、站器等[3]。而且這其中很多用到語音自動播放系統(tǒng)。自動語音播放系統(tǒng)可以通過簡單的單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制。再通過控制鍵盤、顯示模塊實(shí)現(xiàn)命令輸入、人機(jī)交流、通過控制儲存、錄放、時鐘模塊實(shí)現(xiàn)其錄制、播報、編程等功能。圖1-3是語音自動播報的系統(tǒng)原理圖。</p><p>　　圖1-3 語音自動播報的系統(tǒng)原理圖</p><p><b>　　2 總體設(shè)計</b></p

24、><p>　　2.1特定人語音識別</p><p>　　本課題的基本要求就是數(shù)學(xué)出題系統(tǒng)中要求可以完成對特定人（即語言經(jīng)過訓(xùn)練）的語言識別，在用戶發(fā)出“出題”，系統(tǒng)自動完成出題功能。目前，常用的說話人識別方法有模板匹配法、統(tǒng)計建模法、聯(lián)接主義法(即人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)) [4]?？紤]到條件的不足，所以采用模板匹配法（如圖2-1）。</p><p>　　圖2-1 模板匹配法

25、框圖</p><p>　　預(yù)處理：包括語音信號的采樣、反混疊濾波、語音增強(qiáng)。</p><p>　　特征提?。河靡詮恼Z音信號波形中提取一組或幾組能夠描述語音信號特征的參數(shù)。</p><p>　　構(gòu)建參考模塊：詞表中每個詞對應(yīng)一個參考模式，它由這個詞重復(fù)發(fā)音多遍，再經(jīng)特征提取和某種訓(xùn)練中得到。

26、 </p><p>　　模式匹配：按照一定的準(zhǔn)則求取待測語音特征參數(shù)和語音信息與模式庫中相應(yīng)模板之間的失真測度，最匹配的就是識別結(jié)果[5]。</p><p>　　2.2基于不同芯片的設(shè)計</p><p>　　2.2.1 基于WS—100芯片的設(shè)計</p><p>　　WS

27、—100芯片，16位MCU,高速處理語音信號，語音識別時沒有一點(diǎn)延時感覺；芯片內(nèi)潛入了公司開發(fā)的特定人語音識別引擎，對特定人可識別200條語音命令，識別率高達(dá)98%； 整套系統(tǒng)具有一定的抗噪性能，在有一些背景噪音的環(huán)境下，仍具有很高的識別率； 芯片在語音識別后，能夠返回大量豐富的提示音，能讓使用者和芯片交流更親切[6]。</p><p>　　圖2-2 基于WS—100芯片的設(shè)計框圖</p><

28、;p>　　WS-100是一個16 位結(jié)構(gòu)的微控制器，在存儲器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以及便于程序調(diào)試等功能。較高的處理速度使其能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號，適用在數(shù)字語音識別應(yīng)用領(lǐng)域。WS-100 是數(shù)字聲音和語音識別產(chǎn)品的一種最經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用。</p><p>　　2.2.2 基于RSC-4X系列芯片的設(shè)計</p><p>　　RSC-4X系列是新一代嵌入式語音識

29、別處理器集成電路，它具有集成度高、外圍電路簡單、功耗低、不怕掉電、使用方便等特點(diǎn)。一個完整的語音識別系統(tǒng)僅由RSC-4X系列芯片及少量外部器件（揚(yáng)聲器、麥克風(fēng)、音頻輸入/輸出電路、儲存器和電池或整流穩(wěn)壓電源）等組成[7]。</p><p>　　圖2-3 基于RSC-4X系列芯片的設(shè)計框圖</p><p>　　RSC-4X系列芯片適用美國SENSORY公司的7.0語音識別技術(shù)。SENSOR

30、Y 7.0語音識別技術(shù)充分利用RSC-4X系列芯片新增的硬件電路，它包括一個帶有雙向直接存儲器的向量處理器、16位A/D轉(zhuǎn)換器、10位D/A轉(zhuǎn)換器、主晶振鎖相環(huán)、帶自動增益控制的麥克風(fēng)前置放大器、低電池干擾的PWM揚(yáng)聲器驅(qū)動電路、兩個獨(dú)立的計時加單獨(dú)的看門狗電路、4個比較器輸入及24個I/O口。</p><p>　　該芯片的語音識別微處理器內(nèi)嵌入一套先進(jìn)精確的識別算術(shù)運(yùn)算法，支持第七語音，能運(yùn)用在復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技

31、術(shù)中，增強(qiáng)了識別率的正確度，對于單獨(dú)語音識別的SI識別率超過97%以上， 對于多路語音識別的SD識別率也超過99%以上。而且RSC-4X系列芯片具有精確和高質(zhì)量的語音識別能力，外部存儲器總線為20位地址和8位數(shù)據(jù)線，無須通過ROM存放功能實(shí)現(xiàn)代碼安全，語音識別速度加快，高抗噪性能及低電磁干擾設(shè)計，低數(shù)據(jù)率語音合成以及更多智能化控制特征。但該芯片因?yàn)楣I(yè)化的批量生產(chǎn)，所以一些維護(hù)工作比較困難。</p><p>　　

32、2.2.3 基于凌陽的SPCE061A芯片的設(shè)計</p><p>　　凌陽的SPCE061A是16位單片機(jī)，它屬于系統(tǒng)級芯片，而且用戶使用方便，外圍電路簡單，很容易就能實(shí)現(xiàn)語音信號的輸入和輸出功能，</p><p>　　本系統(tǒng)總體框圖如圖2-2。主要有單片機(jī)控制模塊、按鍵模塊、顯示模塊、語音播報模塊、語音識別模塊。</p><p>　　圖2-4 基于凌陽的SPCE

33、061A芯片的設(shè)計框圖</p><p>　　具有DSP功能，有體積小、集成度高、易擴(kuò)展、可靠性高、功耗低、中斷處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)，有很強(qiáng)的信息處理能力，最高時鐘頻率可達(dá)到49MHz，具備運(yùn)算速度高的優(yōu)勢等等，這些都無疑為語音的播放、錄放、合成及辨識提供了條件。較高的處理速度使μ’nSP?能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號。適用于數(shù)字語音識別應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品的一種經(jīng)濟(jì)的選擇。而且具備強(qiáng)大的內(nèi)置庫函數(shù)，編程便捷，價格

34、便宜，善于處理語音信號；但擴(kuò)展性比較一般，很少用于工業(yè)上。</p><p>　　2.3課題內(nèi)容和功能</p><p>　　本課題采用凌陽16位SPCE061A單片機(jī)，SPCE061A是凌陽科技研發(fā)生產(chǎn)的性價比很高的一款十六位單片機(jī)，它的CPU內(nèi)核采用的是unSP?16位微處理器芯片，最主要優(yōu)點(diǎn)是具有DSP功能和語音特色，并且開發(fā)系統(tǒng)集開發(fā)板仿真器和編程器于一體，IDE集成開發(fā)環(huán)境兼容C語言

35、和匯編語言，大大方便了程序的編寫和調(diào)試。</p><p>　　題目是基于語音辨識的自動數(shù)學(xué)出題系統(tǒng)，本系統(tǒng)主要有控制模塊、語音識別模塊、語音播報模塊。系統(tǒng)在用戶發(fā)出“出題”，系統(tǒng)自動完成出題功能，其功能還包括，校對答案功能，難度設(shè)置功能，運(yùn)算法則切換功能，同時系統(tǒng)應(yīng)能及時的發(fā)出各種提示音。隨著科技的不斷進(jìn)步，該系統(tǒng)有很大的提升空間。相信在一些有小孩子的家庭會是一個很大的市場。通過這個課題的制作本人不僅可以增強(qiáng)對單

36、片機(jī)的制作，還增強(qiáng)了實(shí)際中對軟件和硬件的調(diào)式能力，這對將來的綜合設(shè)計工作有很大的幫助。</p><p>　　全文共分6章，各章的主要內(nèi)容如下：</p><p>　　第一章：引言。介紹本次設(shè)計的課題來源和一些本課題主要運(yùn)用到的技術(shù)。</p><p>　　第二章：總體設(shè)計。介紹本設(shè)計的總體思想和其他一些方案。</p><p>　　第三章：硬件設(shè)計

37、。介紹本系統(tǒng)各個部分的實(shí)現(xiàn)其原理與過程。</p><p>　　第四章：軟件設(shè)計。介紹軟件的工作環(huán)境，本課題的的軟件總體設(shè)計及個個部分的實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　第五章：制作與調(diào)式。簡略介紹系統(tǒng)制作的方法，遇到的問題及測試、調(diào)試結(jié)果。 第六章：工作總結(jié)?？偨Y(jié)設(shè)計制作過程中的心得體驗(yàn)。</p><p><b>　　3硬件設(shè)計</b><

38、;/p><p>　　3.1 SPCE061A簡介</p><p>　　SPCE061A 是繼μ’nSP?（Microcontroller and Signal Processor）系列產(chǎn)品SPCE500A等之后凌陽科技推出的又一款16位結(jié)構(gòu)的微控制器。與SPCE500A不同的是，在存儲器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以及便于程序調(diào)試等功能，SPCE061A里只內(nèi)嵌32K字的閃存（FLASH

39、）[8]。較高的處理速度使μ’nSP?能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號。因此，與SPCE500A相比，以μ’nSP?為核心的SPCE061A微控制器是適用于數(shù)字語音識別應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品的一種經(jīng)濟(jì)的選擇[9]。</p><p>　　3.2 SPCE061A主要性能和功能</p><p>　　16位&micro;’nSP?微處理器，工作電壓(CPU) VDD為2.4～3.6V (I

40、/O) VDDH為2.4～5VCPU時鐘：0.32MHz～49.152MHz ；內(nèi)置2K字SRAM；內(nèi)置32K FLASH； 可編程音頻處理； 晶體振蕩器；2個16位可編程定時器/計數(shù)器(可自動預(yù)置初始計數(shù)值)；2個10位DAC(數(shù)-模轉(zhuǎn)換)輸出通道； 32位通用可編程輸入/輸出端口；14個中斷源可來自定時器A / B，時基，2個外部時鐘源喚醒； 具備觸鍵喚醒的功能；使用凌陽音編碼SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容納10秒的

41、語音數(shù)據(jù)；鎖相環(huán)PLL振蕩器提供系統(tǒng)時鐘信號；32768Hz實(shí)時時鐘；7通道10位電壓模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器[10]。</p><p>　　3.3 SPCE061A芯片模塊結(jié)構(gòu)</p><p>　　SPCE061A型單片機(jī)組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖3-1所示。其主要功能模塊有并行口I/O端口、模/數(shù)轉(zhuǎn)換ADC、數(shù)/模轉(zhuǎn)換DAC、存儲器RAM&FLASH、定時器/計

42、數(shù)器T/C（脈寬調(diào)制輸出PWM）、WatchDog、異步串行通信口UART、指令寄存器IR、設(shè)備串行口SIO、低電壓檢測LVD（低電壓復(fù)位）等[11]。</p><p>　　3.3 SPCE061A芯片介紹</p><p>　　SPCE061A芯片管腳功能描述：</p><p>　　IOA[15～8]：雙向IO端口。</p><p>　　IO

43、A[7～0]：通過編程可設(shè)置成喚醒管腳。</p><p>　　IOA[6～0]：與ADC、Line_IN輸入共用。</p><p>　　IOB2：除用作普通輸入口外, 外部中斷源EXT1。</p><p>　　VDD：邏輯電源的正向電壓。</p><p>　　VSS：邏輯電源和IO口的參考地。</p><p>　　RE

44、SET：低電平有效的復(fù)位管腳。</p><p>　　圖3-2 SPCE061A芯片原理圖</p><p>　　3.4 SPCE061A外圍電路</p><p><b>　　3.4.1 電源</b></p><p>　　SPCE061A芯片內(nèi)部電壓需要3.3V。單片機(jī)I/O端口電平選擇為5V。16位單片機(jī)供電的電源在4.5

45、V～5.5V，具體的電路圖見3-3。</p><p>　　圖3-3 電源電路圖</p><p>　　3.4.2語音輸出電路 </p><p>　　圖3-4是音頻輸出部分的原理圖，輸出的聲音經(jīng)過SPY0030放大后通過喇叭輸出。SPY0030是凌陽公司開發(fā)的專門用于語音放大的芯片。</p><p>　　圖中的SPY0030也是凌陽公司的產(chǎn)品。

46、SPY0030還具有下述優(yōu)勢的，比如LM386工作電壓需在4V以上, SPY0030僅需2.4V即可工作(兩顆電池即可工作)；LM386輸出功率100mW以下, SPY0030約700mW[12]。SPY0030的輸入電壓是2.4V-6.0V，這個電路中采用的電壓是3.3V。SPY0030芯片的管腳說明（圖3-5）</p><p>　　圖3-4 音頻電路圖</p><p>　　表3-1

47、SPY0030管腳</p><p>　　3.4.3語音輸入電路 </p><p>　　在SPCE061A芯片中具有聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換通道，內(nèi)置了麥克風(fēng)放大電路和自動增益控制（AGC）功能。AGC是自動曾以補(bǔ)償功能（Automatic Gain Control），AGC可以自動調(diào)麥克風(fēng)的收音量，使聽者受到一定的音量水平，不會應(yīng)發(fā)言者與麥克風(fēng)的距離改變時，聲音有忽大忽小的缺點(diǎn)。</p>

48、<p>　　SPCE061A中集成了麥克風(fēng)前端運(yùn)算放大電路，而運(yùn)算放大電路的基本結(jié)構(gòu)就是有輸入級、中間級、輸出級三大部分組成。輸入級由差分電路組成，它是運(yùn)算電路的關(guān)鍵組成部分，差分放大電路有兩個輸入端，這樣的組成能為信號的輸入提供多種方式，并能有效的抑制共模干擾信號，放大有效信號的作用。</p><p>　　圖3-6所示的電路中,MICP和MICN將隨著MIC產(chǎn)生的波形變化，并在兩個端口處形成兩路相

49、反的的波形，再經(jīng)過兩級運(yùn)算放大，把放大的語音信號交給ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，這個時候可以通過單片機(jī)編程的簡單處理比如識別樣本，和數(shù)據(jù)壓縮等。</p><p>　　圖3-6 音頻輸入外圍電路圖</p><p>　　3.4.4按鍵電路 </p><p>　　圖3-7按鍵部分原理圖，4×4的行列式鍵盤，即鍵盤排列為4行、4列，共16個按鍵，分別定義這16個按鍵盤為

50、KEY1-16。鍵盤主要實(shí)現(xiàn)的功能是開始、出題、難易度調(diào)節(jié)、答題等。</p><p>　　圖3-7 4*4按鍵電路圖</p><p>　　3.4.5輔助電路 </p><p>　　在系統(tǒng)最小系統(tǒng)中我們用到的主要輔助電路有鎖相環(huán)（PLL）電路、晶振電路和復(fù)位電路如圖3-8所示。</p><p>　　PLL電路的作用是將系統(tǒng)提供的實(shí)時時鐘的基頻

51、(32768Hz)進(jìn)行倍頻，系統(tǒng)默認(rèn)的PLL自激振蕩頻率為24.576MHz。系統(tǒng)時鐘的信號源為PLL振蕩器。</p><p>　　16位單片機(jī)時鐘電路采用晶體振蕩器，這里我們采用32768HZ，其中的諧振電容分別是C2（20P）和C9（20P）。在這里的OSC部分作用就是作為CPU時鐘的振源。</p><p>　　復(fù)位就是對芯片內(nèi)部的硬件初始化，芯片本身也具有上電復(fù)位功能，即通電就自動復(fù)

52、位，另外，還具有外部復(fù)位電路，即在引腳6上外加一個低電平就可令其復(fù)位。</p><p>　　圖3-8 輔助電路圖</p><p>　　3.4.6顯示模塊 </p><p>　　液晶顯示模組上提供了液晶顯示器的接口，及其所需的復(fù)位電路等；并把對液晶模組的操作 接口引出，方便用戶使用；此外還提供有背光、電源指示燈。圖3-9為液晶顯示模塊與單片機(jī)的連接圖。</p&

53、gt;<p>　　圖3-9 液晶顯示模塊與單片機(jī)的連接圖</p><p>　　3.4.7數(shù)據(jù)存儲電路 </p><p>　　在系統(tǒng)設(shè)計中因?yàn)榇鎯Φ恼Z言量大所以我們用SPR4096用于對SPCE061A單片機(jī)存儲器擴(kuò)展。針對凌陽科技公司的存儲器芯SPR4096/SPR1024，開發(fā)的簡易燒寫器。該燒寫器配合PC機(jī)ResWriter工具，通過 EZ_Probe下載線，完成對 S

54、PR4096/1024存儲器芯片的擦除、寫入、校驗(yàn)等功能。并且在SPR模組上留有與SPCE061A單片機(jī)的接口，可以實(shí)現(xiàn)SPR模組與SPCE061A單片機(jī)的組成系統(tǒng)。圖3-10為存儲電路圖。</p><p>　　圖3-10 存儲電路圖</p><p>　　3.4.8主芯片I/O端口分配</p><p>　　表3-2 系統(tǒng)I/O端口分配表</p>&l

55、t;p><b>　　4軟件設(shè)計</b></p><p>　　4.1 軟件開發(fā)工具</p><p>　　我們所用的開發(fā)環(huán)境叫做集成開發(fā)環(huán)境（也稱IDE）,軟件是用于程序開發(fā)環(huán)境的應(yīng)用程序，一般包括代碼編輯器、編譯器、調(diào)試器和圖形用戶界面工具。就是集成了代碼編寫功能、分析功能、編譯功能、debug功能等一體化的開發(fā)軟件套。除上面的幾個功能外還可以組織多個程序文件形成

56、一個系統(tǒng)開發(fā)的項(xiàng)目，這樣更有利于一些大型系統(tǒng)的開發(fā)和各功能模塊的模塊化。同時它還結(jié)合16位單片機(jī)的硬件提供各類在線調(diào)試窗口，使調(diào)試程序變得更加直觀和簡單。除此之外，它還提供一些軟件模擬16位單片機(jī)仿真的功能，在沒有硬件的情況下也可以完成一些簡單程序的調(diào)試。可以通過集成開發(fā)環(huán)境使用C 語言[13]和匯編語言對16位單片機(jī)[14]進(jìn)行編程。unSP IDE集成開發(fā)環(huán)境如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1

57、IDE集成開發(fā)環(huán)境</p><p><b>　　4.2軟件的程序</b></p><p><b>　　4.2.1主程序 </b></p><p>　　主程序流程圖4-2。語音識別先進(jìn)行初始化，然后調(diào)用訓(xùn)練模塊，再進(jìn)入識別模塊，進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控最后進(jìn)行辨別處理。</p><p>　　圖4-2 主程序流程圖

58、</p><p><b>　　主函數(shù)部分：</b></p><p>　　int main(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　初始化IOA口為帶下拉電阻輸入口</p><p>　　#include BSR_DeleteSDGroup(0

59、); //初始化存儲器RAM</p><p>　　#include "key.h"//聲明鍵盤相關(guān)操作函數(shù)</p><p>　　#include "spce061a.h"//聲明spce061a的寄存器</p><p>　　#include "speech.h"//聲明語音

60、相關(guān)操作函數(shù)</p><p>　　#include "SPR4096_User.h"//聲明spr4096相關(guān)操作函數(shù)</p><p>　　BS_Flag=*(unsigned int *)0xe000;//讀存儲單元0xe000</p><p>　　if(BS_Flag==0xffff)//沒有經(jīng)過訓(xùn)練（0xe000內(nèi)容為0xfff

61、f）</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TrainSD();//訓(xùn)練</p><p>　　StoreSD();//存儲訓(xùn)練結(jié)果（語音模型）</p><p><b>　　}</b></p><p>　　else //經(jīng)過訓(xùn)練（0x

62、e000內(nèi)容為0x0055）</p><p><b>　　{</b></p><p>　　LoadSD();//語音模型載入識別器</p><p><b>　　}</b></p><p>　　PlaySnd(S_START,3);//開始識別提示</p><p&

63、gt;　　BSR_InitRecognizer(BSR_MIC);//初始化識別器</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　Result = BSR_GetResult();//獲得識別結(jié)果</p><p&g

64、t;　　if(Result>0)//有識別結(jié)果？</p><p>　　{ switch(Result)</p><p>　　{ 語音識別結(jié)果為1：執(zhí)行命令（0x01）；發(fā)送鍵號"1"，當(dāng)語音智能出題子系統(tǒng)接受到該鍵號，執(zhí)行出題程序。其他命令類似。</p><p><b>　　}</b></

65、p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　4.2.2訓(xùn)練過程和識別過程 </p><p>　　圖4-3 訓(xùn)練過程和識別過程流程圖</p><p><b>　　訓(xùn)練和識別子程序：</b></p>

66、<p>　　int main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　int res,timeCnt=0,random_no=0;</p><p>　　BSR_DeleteSDGroup(0); //初始化儲存器RAM</p><p>　　PlayRespond(RSP_INT

67、R); //播放開始訓(xùn)練的提示音</p><p>　　//………訓(xùn)練名稱…………………………………………………..</p><p>　　(因?yàn)橐?xùn)練多條命令)</p><p>　　while(TrainWord(NAME_ID,1)!=0);</p><p>　　//………訓(xùn)練第一條命令（“出題”）…………………………………….</

68、p><p>　　while(TrainWord(NAME_ID,2)!=0);</p><p>　　//……………訓(xùn)練第二條命令（“法則”）…………………………………….</p><p>　　while(TrainWord(NAME_ID,3)!=0);</p><p>　　//…………訓(xùn)練第三條條命令（“級別”）…………………………………….&

69、lt;/p><p>　　while(TrainWord(NAME_ID,4)!=0);</p><p>　　//…………訓(xùn)練第四條條命令（“結(jié)果”）…………………………………….</p><p>　　//………………開始識別指令……………………………………………</p><p>　　LoadSD();//語音模型載入識別器</p>

70、;<p><b>　　}</b></p><p>　　PlaySnd(S_START,3);//開始識別提示</p><p>　　BSR_InitRecognizer(BSR_MIC);//初始化識別器</p><p><b>　　while(1)</b></p><p

71、><b>　　{</b></p><p>　　Result = BSR_GetResult();//獲得識別結(jié)果</p><p>　　if(Result>0)//有識別結(jié)果？</p><p>　　{ switch(Result)</p><p>　　{ 語音識別結(jié)果為1：執(zhí)行

72、命令（0x01）；發(fā)送鍵號"1"，當(dāng)語音智能出題子系統(tǒng)接受到該鍵號，執(zhí)行出題程序。其他命令類似。</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　4.2.3語音播放、

73、顯示和運(yùn)算法則的流程圖</p><p>　　首先由算法自動生成子系統(tǒng)產(chǎn)生兩個隨機(jī)的數(shù)據(jù)輸入到下面的等式：Randnum[i]=rand [i]%9000+1000</p><p>　　然后這兩個數(shù)根據(jù)不同的難度進(jìn)行運(yùn)算。因?yàn)槌朔ê统y度較高，所以我們之設(shè)置了4個級別。而加減法我們有7個級別。難度的設(shè)置和數(shù)字的數(shù)量、法則如表4-1所示。</p><p>　　表4-1

74、 難度的設(shè)置和數(shù)字的法則表</p><p>　　最后一個隨機(jī)的算法將被顯示出來并且播報出來。圖4-4為系統(tǒng)的流程圖。</p><p>　　圖4-4 系統(tǒng)的流程圖</p><p>　　顯示、運(yùn)算、播報的子程序：</p><p><b>　　{</b></p><p>　　//unsigned in

75、t num1bit[3],num2bit[4],randtemp[2],i;</p><p>　　clr_result();</p><p>　　for (i=0;i<300;i=i+8){LCD501_Bitmap(i,20,(unsigned int *)encoding_0d);}//清空</p><p><b>　　seed1();</

76、b></p><p>　　srand(seed);</p><p>　　randtemp[0]=rand();</p><p>　　randtemp[1]=rand();</p><p>　　randnum[0]=randtemp[0]%9000+1000;</p><p>　　randnum[1]=randte

77、mp[1]%9000+1000; </p><p>　　count1=0; answer=0; </p><p>　　switch (DifFlag)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　case 0: </b></p><p>　

78、　{ FirData=randnum[0]/1000; SecData=randnum[1]/1000;yusuan();fuhaobit=16;</p><p>　　num1bit[0]=FirData; num2bit[0]=SecData;</p><p>　　LCD501_PutChar(0,20, 48+num1bit[0]); //顯示第一個數(shù)</p><

79、;p>　　showfuhao();</p><p>　　LCD501_PutChar(32,20, 48+num2bit[0]);//顯示第二個數(shù)</p><p>　　LCD501_PutChar(48,20, 61);//顯示等號</p><p>　　PlaySnd_Auto(num1bit[0],3);</p><p>　　boba

80、ofuhao();</p><p>　　PlaySnd_Auto(num2bit[0],3);</p><p>　　showbit=48;</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　case

81、 1: </b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　FirData=randnum[0]/100;SecData=randnum[1]/1000;yusuan();fuhaobit=24;</p><p>　　num1bit[0]=FirData%10;</p><p>　　num1

82、bit[1]=FirData/10%10;</p><p>　　LCD501_PutChar(0,20, 48+num1bit[1]);//顯示第一個數(shù)</p><p>　　LCD501_PutChar(8,20, 48+num1bit[0]);//顯示第一個數(shù)</p><p>　　showfuhao();</p><p>　　num2bit

83、[0]=SecData;</p><p>　　LCD501_PutChar(40,20, 48+num2bit[0]);//顯示第二個數(shù)LCD501_PutChar(56,20, 61);//顯示等號</p><p>　　if(num1bit[1]!=1)PlaySnd_Auto(num1bit[1],3);PlaySnd_Auto(10,3);</p><p>

84、　　if(num1bit[0]!=0)PlaySnd_Auto(num1bit[0],3);</p><p>　　bobaofuhao();</p><p>　　PlaySnd_Auto(num2bit[0],3);</p><p>　　showbit=56;</p><p><b>　　break;</b></p

85、><p><b>　　}</b></p><p>　　…………//后面的級別類似………… </p><p><b>　　}</b></p><p>　　void yusuan(void)</p><p><b>　　{</b></p><

86、p>　　switch (waveflag)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　case 0: Jieguo=FirData+SecData;break;</p><p><b>　　case 1:</b></p><p><b>　　{</b>&

87、lt;/p><p>　　if (FirData<SecData)</p><p>　　{temp=FirData;</p><p>　　FirData=SecData;</p><p>　　SecData=temp; </p><p><b>　　}</b></p><p&g

88、t;　　Jieguo=FirData-SecData; </p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　case 2: Jieguo=FirData*SecData;break;</p><p><b>　　case

89、 3: </b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　if (FirData<SecData)</p><p>　　{temp=FirData;</p><p>　　FirData=SecData;</p><p>　　SecData=temp;

90、 </p><p><b>　　}</b></p><p>　　FirData=FirData-FirData%SecData;</p><p>　　Jieguo=FirData/SecData;</p><p><b>　　break;}</b></p><p>　　de

91、fault:break;</p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void PlaySnd_Auto(unsigned int uiSndIndex,unsigned int uiDAC_Channel)</p><p><b&

92、gt;　　{</b></p><p>　　SACM_S480_Initial(1);//初始化為自動播放方式</p><p>　　SACM_S480_Play(uiSndIndex,uiDAC_Channel,3);//播放</p><p>　　while((SACM_S480_Status() & 0x0001) != 0)</p&

93、gt;<p>　　{</p><p>　　//判斷播放狀態(tài)，如還在播放則繼續(xù)循環(huán)</p><p>　　SACM_S480_ServiceLoop();//播放系統(tǒng)服務(wù)程序</p><p>　　*P_Watchdog_Clear = 0x0001;</p><p><b>　　}<

94、/b></p><p>　　SACM_S480_Stop();//停止播放</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void showfuhao(void)</p><p>　　{switch (waveflag) //顯示符號</p><

95、p><b>　　{</b></p><p>　　case 0: LCD501_Bitmap(fuhaobit,20,(unsigned int *)encoding_08);break;</p><p>　　case 1: LCD501_Bitmap(fuhaobit,20,(unsigned int *)encoding_09);break;</p>

96、;<p>　　case 2: LCD501_Bitmap(fuhaobit,20,(unsigned int *)encoding_0a);break;</p><p>　　case 3: LCD501_Bitmap(fuhaobit,20,(unsigned int *)encoding_0b);break;</p><p>　　default:break;</p&g

97、t;<p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　4.2.4按鍵處理:</p><p>　　switch (KeyValue)</p><p>　　case 0~9: //為輸入答案鍵 </p><p>　　ca

98、se 10: //為退格鍵，取消輸入的數(shù)字 </p><p>　　case 11: dis_result();break; //</p><p>　　case 12: wavechange();break; // wavechange為改變法則函數(shù)</p><p>　　case 13: ChangeDif();break; // ChangeDif為改變

99、難度函數(shù)</p><p>　　case 14: start();break; // start為自動出題函數(shù)</p><p>　　case 15: resultcom();break;// resultcom為結(jié)果比較函數(shù)</p><p>　　default:break;</p><p>　　根據(jù)不同的輸入的鍵盤值，進(jìn)入不同的函數(shù)進(jìn)行處理

100、，完成系統(tǒng)的功能。</p><p><b>　　5制作和調(diào)試</b></p><p>　　5.1 硬件電路的設(shè)計和制作</p><p>　　本系統(tǒng)電路板的設(shè)計是在Protel 99SE里完成的。Protel 99SE是澳大利亞Protel Technology公司推出的一個全32位的電路板設(shè)計軟件，其功能模塊包括設(shè)計電路原理圖、畫元件圖、設(shè)計電

101、路板圖、畫元件封裝圖和電路仿真等。設(shè)計電路板的過程可以分為三個主要步驟：首先是設(shè)計編輯電路原理圖，然后由電路原理圖文件產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表，最后再根據(jù)網(wǎng)絡(luò)表進(jìn)行印制電路板的布線。</p><p>　　本課題設(shè)計電路分為二個主要步驟：首先是構(gòu)思電路原理圖，然后根據(jù)電路原理圖文件進(jìn)行印制電路板的布線。 在設(shè)計印刷電路板之前，需要先從網(wǎng)絡(luò)表中獲得電氣連接以及封裝形式，并通過這些封裝形式及網(wǎng)絡(luò)表內(nèi)記載的元件電氣連接特性，將

102、元件的管腳用信號線連接起來，然后再使用手動或自動布線，完成PCB板的制作。</p><p><b>　　原理圖的設(shè)計步驟：</b></p><p>　　1.設(shè)置好原理圖所用的圖紙大小。最好在設(shè)計之處就確定好要用多大的圖紙。雖然在設(shè)計過程中可以更改圖紙的大小和屬性，但養(yǎng)成良好的習(xí)慣會在將來的設(shè)計過程中受益。</p><p>　　2.制作元件庫中沒

103、有的原理圖符號。但學(xué)校給的資源還是很豐富的，基本上的都有了。</p><p>　　3.對電路圖的元件進(jìn)行構(gòu)思。在放置元件之前，需要先大致地估計一下元件的位置和分布，如果忽略了這一步，有時會給后面的工作造成意想不到的困難！</p><p>　　4.元件布局。這是繪制原理圖最關(guān)鍵的一步。</p><p>　　5.對原理圖內(nèi)的圖件進(jìn)行電氣連接。這里提到的線路可以是導(dǎo)線、接

104、點(diǎn)或者總線及其分支線。如果元件布局完美的話，這步就相對輕松了很多。</p><p>　　6.如果你想當(dāng)合格的電路設(shè)計人員，最后的仔細(xì)檢查我覺得是必須的。</p><p>　　圖5-1 系統(tǒng)PCB圖</p><p>　　5.2 軟件的設(shè)計和調(diào)試</p><p>　　跟做硬件比較軟件部分對于我來說難了很多。在軟件中我主要任務(wù)是語音識別和語音播報，

105、其中語音識別是重點(diǎn)也是難點(diǎn)。首先進(jìn)行一些小程序的調(diào)試，比如語音播報。先把unSP IDE 2.6.2D與凌陽61板相連，在unSP IDE 2.6.2D開發(fā)環(huán)境上編寫程序，然后進(jìn)行載入，主程序如下：</p><p>　　int main(void)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　while(1)&

106、lt;/b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　PlaySnd_Auto(0,1);//調(diào)用播放程序，播放第0段語音，采用DAC1播放</p><p>　　laySnd_Auto(1,1);//調(diào)用播放程序，播放第1段語音，采用DAC1播放</p><p>　　*P_Watchdo

107、g_Clear = 0x0001;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void PlaySnd_Auto(unsigned int uiSndIndex,unsigned int uiDAC_Channel)</p><p><

108、b>　　{</b></p><p>　　SACM_A2000_Initial(1);//初始化語音播放，自動方式</p><p>　　SACM_A2000_Play(uiSndIndex,uiDAC_Channel,3);//播放語音</p><p>　　while((SACM_A2000_Status() & 0x0001)

109、!= 0)//判斷當(dāng)前是否在播放？返回最低位為1則表示當(dāng)前在播放</p><p><b>　　{</b></p><p>　　SACM_A2000_ServiceLoop();//服務(wù)程序</p><p>　　*P_Watchdog_Clear = 0x0001;</p><p><b>　

110、　}</b></p><p>　　SACM_A2000_Stop();//停止</p><p><b>　　}</b></p><p>　　在編寫語音播報函數(shù)的過程中，添加語音文件時發(fā)現(xiàn)不是什么文件都可以用，只能播放24k結(jié)尾的語音壓縮文件，在仔細(xì)研究之后原來里面有語音驅(qū)動程序，只要添加相關(guān)的驅(qū)動程序就可以播放相應(yīng)的

111、語音壓縮文件，如72K，48K的。</p><p>　　還有主要的問題就是在錄制聲音的時候。錄制的時候語速不能太快，盡量放慢一點(diǎn)。這其中還要注重一個小技巧，在錄制第一遍后，要聽到“嘀”的一聲后再錄制第二遍。這聲音很小，但仔細(xì)聽還是能聽的出來的。之前不知道，失敗了還不知道原因，在老師的指導(dǎo)后才明白。錄制語音時電腦的設(shè)置也很重要，首先打開電腦上錄音機(jī)，并將其屬性設(shè)置為8KHz，16位，單聲道。錄好后保存。利用凌陽語音

112、壓縮工具（Compress Tool）壓縮語音，采用的壓縮方法是A2000 16Kbits。會產(chǎn)生兩個文件，一個是“.16K”文件一個是“.OUT”。其中OUT文件是不需要的。然后打開IDE新建一個工程，把語音資源復(fù)制到這工程的文件夾中。并且把A2000的H文件、INC文件和hardware的H文件、INC文件、ASM文件也復(fù)制到工程文件夾中，并且添加到工程。</p><p>　　在編寫程序中，遇到的問題很多。編

113、寫數(shù)學(xué)運(yùn)算程序，編寫完成后發(fā)現(xiàn)運(yùn)算得數(shù)3位以上實(shí)物個位顯示和語音錯誤，在仔細(xì)查看之后發(fā)現(xiàn)取位的程序取個位時應(yīng)該要把得數(shù)先逐個取余。經(jīng)調(diào)試實(shí)現(xiàn)原來預(yù)定的目標(biāo)。找出錯誤所在，重新修改，經(jīng)過老師的耐心指導(dǎo)和本人不懈的努力，終于解決了軟件設(shè)計部分所出現(xiàn)的各種問題，實(shí)現(xiàn)了本課題所需要的功能。</p><p><b>　　6工作總結(jié)</b></p><p>　　制造一臺機(jī)器的目的

114、是為了使人們能夠更快、更好、最效率的去完成一個項(xiàng)目?？萍嫉倪\(yùn)用遍布我們身邊的每一處，人們對生活的要求越來越高?，F(xiàn)在很多電子產(chǎn)品還是需要手動操作的，為了能夠更省力的去工作。我覺得語音識別和語音播報技術(shù)在未來的電子產(chǎn)品中的運(yùn)用會越來越多。所以對于這個課題的學(xué)習(xí)和研究是非常有意義的。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容繁多，過程繁瑣但我的收獲是巨大的。這是一次非常難得的理論與實(shí)際結(jié)合的機(jī)會。在完成課題的過程中遇到了很

115、多的困難，充分的意識到自己對知識的不充足。雖然一個課題學(xué)到的大學(xué)不是很多、很廣，但在完成本次的課題中最大的收獲是提高了我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范以及電腦軟件的運(yùn)用等其他專業(yè)能力水平。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] D.G.Stork ，M.E.Hennecke.Editors Speechreading by Hum

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