語(yǔ)音機(jī)器人畢業(yè)論文

1、摘 要自從工業(yè)機(jī)器人投入應(yīng)用以來(lái)，它已經(jīng)在社會(huì)生產(chǎn)制造等許多領(lǐng)域中發(fā)揮了巨大的作用。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化已經(jīng)不再是一個(gè)新鮮的話題。目前，各種娛樂(lè)、示教、服務(wù)類型的機(jī)器人正在走進(jìn)我們的日常生活，它們也將為我們的生活帶來(lái)很多的方便和樂(lè)趣。語(yǔ)音一直是我們?nèi)粘Ｉ钭顟T常自然的信息交流方式，實(shí)現(xiàn)人機(jī)間語(yǔ)音通信就顯得必不可少，進(jìn)行語(yǔ)音控制的研究工作具有很強(qiáng)的現(xiàn)在意義和應(yīng)用前景。本文以凌陽(yáng)16位單片機(jī)SPCE061A為控制核心，根據(jù)語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，以輪式玩具機(jī)器人為控制對(duì)象，設(shè)計(jì)了一個(gè)語(yǔ)音控制機(jī)器人系統(tǒng)。首先，論述了目前語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)在機(jī)器人控制中的應(yīng)用前景；然后，進(jìn)行了系統(tǒng)總

2、體方案設(shè)計(jì)，進(jìn)行了各功能模塊的選型。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。最后，進(jìn)行了語(yǔ)音識(shí)別測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)器人前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等動(dòng)作的語(yǔ)音控制。本文設(shè)計(jì)的語(yǔ)音控制技術(shù)，也可以應(yīng)用到控制空調(diào)、電視、燈光、自動(dòng)窗簾等。關(guān)鍵詞：機(jī)器人，語(yǔ)音控制，語(yǔ)音識(shí)別，SPCE061A單片機(jī)The Design of Voice Control Robot AbstractSince the industrial robot has been put into applications，it has played all important role in many fields such as s

3、ocial production and manufacturing. Currently, all kinds of robots which provide entertainment，teaching，and service are stepping into our daily life，they will also bring many convenience and pleasure to usVoice has always be the most usual and natural ways of exchanging information in Our daily life

4、It is essential to achieve voice-communication between people and robots，studies of voicecontrolling have great practical significance and good application prospectsSunplus 16-bit microcontroller SPCE061A based on voice recognition technology, wheeled toy robot control object, the design of a voice

5、control robotic systems for the control of the core. First, it discusses the development status of the current speech recognition technology, voice recognition technology in robot control application prospects; then, the overall system design of each functional module selection. On this basis, the s

6、ystems hardware and software design. Finally, the speech recognition test, the robot forward, backward, turn left, turn right action of the voice control.In this paper, the design of the voice control technology can be applied to control air conditioning, TV, lights, automatic curtain.Key Words: rob

7、ot，voice control, speech recognition, SPCE061A目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc327785156 第一章 緒 論 PAGEREF _Toc327785156 h 1 HYPERLINK l _Toc327785157 1.1 論文選題背景及研究意義 PAGEREF _Toc327785157 h 1 HYPERLINK l _Toc327785158 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc327785158 h 2 HYPERLINK l _Toc327785159 1.3 論文研究的主要內(nèi)容 PA

8、GEREF _Toc327785159 h 3 HYPERLINK l _Toc327785160 第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc327785160 h 5 HYPERLINK l _Toc327785161 2.1 控制器的選擇 PAGEREF _Toc327785161 h 5 HYPERLINK l _Toc327785162 2.2 語(yǔ)音識(shí)別原理 PAGEREF _Toc327785162 h 8 HYPERLINK l _Toc327785163 2.3 機(jī)器人對(duì)象的選擇 PAGEREF _Toc327785163 h 10 HYPERLINK l _Toc327

9、785164 2.4 機(jī)器人電機(jī)調(diào)速及驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc327785164 h 10 HYPERLINK l _Toc327785165 2.5 系統(tǒng)總體方案 PAGEREF _Toc327785165 h 12 HYPERLINK l _Toc327785166 第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc327785166 h 13 HYPERLINK l _Toc327785167 3.1 控制單元電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc327785167 h 13 HYPERLINK l _Toc327785168 3.1.1 凌陽(yáng)單片機(jī)簡(jiǎn)介 PAGEREF _To

10、c327785168 h 13 HYPERLINK l _Toc327785169 3.1.2 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc327785169 h 16 HYPERLINK l _Toc327785170 3.1.3 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc327785170 h 16 HYPERLINK l _Toc327785171 3.1.4 SPCE061SA最小系統(tǒng) PAGEREF _Toc327785171 h 17 HYPERLINK l _Toc327785172 3.1.5 61開發(fā)板簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc327785172 h 17 HYPERLINK

11、l _Toc327785173 3.2 機(jī)器人電機(jī)控制電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc327785173 h 18 HYPERLINK l _Toc327785174 3.3 語(yǔ)音信號(hào)采集電路 PAGEREF _Toc327785174 h 18 HYPERLINK l _Toc327785175 3.4 系統(tǒng)供電電源電路 PAGEREF _Toc327785175 h 20 HYPERLINK l _Toc327785176 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc327785176 h 21 HYPERLINK l _Toc327785177 4.1 系統(tǒng)工作過(guò)程 PAGEREF

12、_Toc327785177 h 21 HYPERLINK l _Toc327785178 4.1.1 系統(tǒng)工作過(guò)程 PAGEREF _Toc327785178 h 21 HYPERLINK l _Toc327785179 4.1.2 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)方案選擇 PAGEREF _Toc327785179 h 21 HYPERLINK l _Toc327785180 4.1.3 編程語(yǔ)言的選擇 PAGEREF _Toc327785180 h 23 HYPERLINK l _Toc327785181 4.2 主程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc327785181 h 24 HYPERLINK l _To

13、c327785182 4.3 中斷服務(wù)子程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc327785182 h 26 HYPERLINK l _Toc327785183 4.4 語(yǔ)音訓(xùn)練程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc327785183 h 26 HYPERLINK l _Toc327785184 4.5 語(yǔ)音識(shí)別程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc327785184 h 27 HYPERLINK l _Toc327785185 第五章 全文總結(jié) PAGEREF _Toc327785185 h 28 HYPERLINK l _Toc327785186 致 謝 PAGEREF _Toc327785186 h

14、29 HYPERLINK l _Toc327785187 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc327785187 h 30 HYPERLINK l _Toc327785188 附錄1 部分程序清單 PAGEREF _Toc327785188 h 32 HYPERLINK l _Toc327785189 附錄2 系統(tǒng)總體電路圖 PAGEREF _Toc327785189 h 41第一章 緒 論1.1 論文選題背景及研究意義機(jī)器人(Robot)是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置，它可以執(zhí)行植入的編排好的程序，也可以接受我們發(fā)給它的命令，也可以利用人工智能技術(shù)給它制定原則綱領(lǐng)行動(dòng)。在某些領(lǐng)域機(jī)器人能取代或協(xié)助人

15、類更好地工作，目前制造業(yè)、建筑業(yè)，深海火山探險(xiǎn)中都可以見到機(jī)器人的身影。著名機(jī)器人專家恩格爾伯格于1958年成立了一家命名為Unimation的機(jī)器人公司，并在1959年推出了世界上最早的一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)上獲得了很大的成功，工業(yè)機(jī)器人的需求同漸增長(zhǎng)。然而1983年，恩格爾伯格卻將Unimation公司賣給了西屋公司，和他的同事創(chuàng)建了TRC公司，它是一家研制服務(wù)機(jī)器人的公司。 語(yǔ)言是人類交流的最自然、最方便的手段，隱刺也必然成為人與計(jì)算機(jī)之間交流最自然、最方便的手段之一。隨著語(yǔ)音技術(shù)的法杖和成熟，利用語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)進(jìn)行各種設(shè)備的控制已成為當(dāng)今識(shí)別技術(shù)的研究前沿課題 和發(fā)展方向之

16、一。語(yǔ)音技術(shù)近幾年來(lái)的飛速發(fā)展，無(wú)論是語(yǔ)音識(shí)別的識(shí)別效果、識(shí)別方式的多樣化、抗噪聲性及功能價(jià)格比等方面均有了質(zhì)的變化，已經(jīng)達(dá)到了全面應(yīng)用的階段；貼別是陸續(xù)推出的低價(jià)位、高識(shí)別性能、具有SD/SI/SV/SA等豐富語(yǔ)音識(shí)別內(nèi)容的語(yǔ)音識(shí)別處理器，解開了語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)在電子產(chǎn)品及應(yīng)用的新局面。隨著人工智能、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，我們要求機(jī)器人具有一定的智能，智能機(jī)器人成為這一領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，在未來(lái)戰(zhàn)士等電影中所描述的機(jī)器人可以和我們?nèi)祟愡M(jìn)行自由交談，還具有思考、學(xué)習(xí)能力。其實(shí)，要想機(jī)器人真正地走進(jìn)人們的日常生活，為我們的生活帶來(lái)更多方便和樂(lè)趣，一個(gè)高性能的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)就顯得必不可少。語(yǔ)言也是我們所使

17、用的最慣常、高效、方便快捷的信息交流方式。機(jī)器人語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)就是機(jī)器人對(duì)人所發(fā)出的語(yǔ)音指令、語(yǔ)句進(jìn)行識(shí)別理解，來(lái)執(zhí)行人所發(fā)出的命令，或分析理解說(shuō)話的內(nèi)容，給出正確的回答。廣義的語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)具體包括：語(yǔ)音識(shí)別(識(shí)別說(shuō)話內(nèi)容)、語(yǔ)種識(shí)別(識(shí)別說(shuō)話語(yǔ)言種類)、說(shuō)話人識(shí)別(識(shí)別說(shuō)話人的身份)、語(yǔ)音評(píng)分(評(píng)價(jià)發(fā)音的標(biāo)準(zhǔn)程度)。語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)涉及到語(yǔ)言學(xué)、工程、心理學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，它是多學(xué)科交叉的邊緣學(xué)科。實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間暢通無(wú)阻的語(yǔ)音交流是人類一直不懈追求的夢(mèng)想，語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)是實(shí)現(xiàn)這一夢(mèng)想的關(guān)鍵性技術(shù)。而隨著人們對(duì)生活質(zhì)量的不斷要求，智能語(yǔ)音控制的機(jī)器人將會(huì)不斷充斥人們的生活，使人們生活更加便

18、利多彩。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀語(yǔ)音識(shí)別起源于20世紀(jì)50年代的Audry系統(tǒng)，這是語(yǔ)音識(shí)別研究工作的開端。1959年，J.W.Rorgie和C.D.Forgie采用數(shù)字計(jì)算機(jī)識(shí)別英文原音及孤立子，開始了計(jì)算機(jī)語(yǔ)音識(shí)別。20世紀(jì)60年代，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用對(duì)語(yǔ)音識(shí)別的發(fā)展起了很大的作用。這時(shí)期產(chǎn)生很多重要研究成果，提出了動(dòng)態(tài)規(guī)劃（DP）和線性預(yù)測(cè)分析技術(shù)（LP），其中后者是語(yǔ)音信號(hào)產(chǎn)生模型問(wèn)題得到了較好的解決，對(duì)語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的后續(xù)研究工作產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。70年代，語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)取得了進(jìn)一步的突破，LP技術(shù)和動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整技術(shù)（DTW）在理論上基本成熟，另外提出了矢量量化（VQ）和隱馬科夫模型（HMM）技

19、術(shù)。基于線性預(yù)測(cè)倒譜和DTW技術(shù)實(shí)現(xiàn)了特定人孤立詞的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代初，LP技術(shù)和DTW技術(shù)催生矢量量化(VQ)技術(shù)和隱馬爾柯夫模型(HMM)理論，實(shí)現(xiàn)了基于線性預(yù)測(cè)倒譜和DTW技術(shù)的特定人孤立詞小詞匯量語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)。此時(shí)語(yǔ)音識(shí)別研究的重點(diǎn)之一是連接詞語(yǔ)音識(shí)別，各種連接詞語(yǔ)音識(shí)別算法被開發(fā)，如多級(jí)動(dòng)態(tài)規(guī)劃語(yǔ)音識(shí)別算法。另一重要發(fā)展是語(yǔ)音識(shí)別算法從模板匹配技術(shù)轉(zhuǎn)向基于統(tǒng)計(jì)模型技術(shù)。研究從微觀轉(zhuǎn)向宏觀，不再追求細(xì)化語(yǔ)音特征，而是從統(tǒng)計(jì)的角度來(lái)建立最佳的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)。隱馬爾柯夫模型(HMMHidden Markov Mode1)是其典型，它能很好的描述語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)變性和平穩(wěn)性。統(tǒng)計(jì)語(yǔ)言

20、模型也開始取代基于規(guī)則語(yǔ)言模型的方法。HMM的研究使大詞匯量連續(xù)語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的開發(fā)成為可能。80年代中期，在實(shí)踐中成功應(yīng)用了HMM模型和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)。而AT&T Bell實(shí)驗(yàn)室Tabiner的等科學(xué)家建立了一套HMM模型的實(shí)驗(yàn)工具，使艱澀的HMM純數(shù)學(xué)模型工程化，HMM走向應(yīng)用。也為更多研究技術(shù)人員了解和認(rèn)識(shí)HMM提供了更方便的途徑?；贏NN和HMM模型建立的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)具有更好的性能1988年Kai-Fu Lee等用VQI-IMM方法實(shí)現(xiàn)了997個(gè)詞匯的非特定人連續(xù)語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)SPHINX，它在有，無(wú)文法限制的條件下識(shí)別率分別為96和82。這是世界上第一個(gè)高性能的非特定人、大詞匯

21、量、連續(xù)語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)，被認(rèn)為是語(yǔ)音識(shí)別歷史上的一個(gè)里程碑。進(jìn)入90年代，多媒體時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的使用需要更加緊迫。美國(guó)、日本、韓國(guó)等一些發(fā)達(dá)國(guó)家，以及 IBM、Apple、AT&T、NTT等著名公司投以巨資進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的開發(fā)。IBM公司于1997年正式推出中文聽寫機(jī)系統(tǒng)ViaVoice，該系統(tǒng)對(duì)新聞?wù)Z音識(shí)別有較高的精度，是目前比較有代表的漢語(yǔ)連續(xù)語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)。我國(guó)語(yǔ)音識(shí)別研究工作起步于五十年代，但近年來(lái)發(fā)展很快。研究水平也從實(shí)驗(yàn)室逐步走向?qū)嵱?。?987年開始執(zhí)行國(guó)家863計(jì)劃后，國(guó)家863智 能計(jì)算機(jī)專家組為語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)研究專門立項(xiàng)，每?jī)赡隄L動(dòng)一次。我國(guó)語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的研究水平已

22、經(jīng)基本上與國(guó)外同步，在漢語(yǔ)語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)上還有自己的特點(diǎn)與優(yōu) 勢(shì)，并達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。其中具有代表性的研究單位為清華大學(xué)電子工程系與中科院自動(dòng)化研究所模式識(shí)別國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。我國(guó)中科院自動(dòng)化所研制的非特定人、連續(xù)語(yǔ)音聽寫系統(tǒng)和漢晤語(yǔ)音人機(jī)對(duì)話系統(tǒng)，其字準(zhǔn)確率或系統(tǒng)響應(yīng)率可達(dá)90以上。電子工程系語(yǔ)音技術(shù)與專用芯片設(shè)計(jì)課題組，研發(fā)的非特定人漢語(yǔ)數(shù)碼串連續(xù)語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的識(shí)別精度，達(dá)到948（不定長(zhǎng)數(shù)字串）和968（定長(zhǎng)數(shù)字 串）。在有5的拒識(shí)率情況下，系統(tǒng)識(shí)別率可以達(dá)到969（不定長(zhǎng)數(shù)字串）和987（定長(zhǎng)數(shù)字串），這是目前國(guó)際最好的識(shí)別結(jié)果之一，其性能已經(jīng) 接近實(shí)用水平。研發(fā)的5000詞郵包校核非特定

23、人連續(xù)語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的識(shí)別率達(dá)到9873，前三選識(shí)別率達(dá)9996；并且可以識(shí)別普通話與四川話兩 種語(yǔ)言，達(dá)到實(shí)用要求。2000年7月在北京自然博物館新開設(shè)的動(dòng)物展館中展出的具有語(yǔ)音識(shí)別口語(yǔ)對(duì)話功能“熊貓”，采用了我們研發(fā)非特定人連續(xù)語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)，在展覽館 這樣高噪聲的環(huán)境下，該識(shí)別系統(tǒng)的識(shí)別率也超過(guò)了98，達(dá)到實(shí)用要求。通過(guò)該系統(tǒng)觀眾與“熊貓”自然對(duì)話可以了解熊貓的生活習(xí)慣、生理結(jié)構(gòu)等信息，其形 式生動(dòng)、活潑，吸引了大量的學(xué)生與參觀者。采用嵌入式芯片設(shè)計(jì)技術(shù)研發(fā)了語(yǔ)音識(shí)別專用芯片系統(tǒng)，該芯片以8位微控制器（MCU）核心，加上低通濾波器，模數(shù)（AD），數(shù)模 （DA），預(yù)放，功率放大器，RAM，RO

24、M，脈寬調(diào)幅（PWM）等模塊，構(gòu)成了一個(gè)完整的系統(tǒng)芯片，這是國(guó)內(nèi)研發(fā)的第一塊語(yǔ)音識(shí)別專用芯片。芯片中包 括了語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音編碼、語(yǔ)音合成功能，可以識(shí)別30條特定人語(yǔ)音命令，識(shí)別率超過(guò)95，其中的語(yǔ)音編碼速率為16kbitss。該芯片可以用于智能 語(yǔ)音玩具；也可以與普通電話機(jī)相結(jié)合構(gòu)成語(yǔ)音撥號(hào)電話機(jī)。這些系統(tǒng)的識(shí)別性能完全達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。研發(fā)的成果已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用領(lǐng)域，一些應(yīng)用型產(chǎn)品正在研發(fā) 中，其商品化的過(guò)程也越來(lái)越快。目前在語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音控制的應(yīng)用研究中存在的問(wèn)題是：1、語(yǔ)音信息具有很大的時(shí)變性，語(yǔ)音模式對(duì)不同的講話者甚至對(duì)于同一個(gè)講話者都是不同的。2、斷點(diǎn)監(jiān)測(cè)，單詞之間的停頓很模糊，使得全單

25、詞模型匹配準(zhǔn)確率不高。3、非特定人語(yǔ)音識(shí)別問(wèn)題，它是機(jī)器人走向?qū)嵱没囊粋€(gè)重要環(huán)節(jié)，也是突破語(yǔ)音識(shí)別的關(guān)鍵性技術(shù)之一。4、實(shí)時(shí)性，機(jī)器人的大多應(yīng)用場(chǎng)合要求實(shí)時(shí)性。5、語(yǔ)音的模糊性，漢語(yǔ)中有很多多音字，他們發(fā)音時(shí)一樣的，識(shí)別他們必須根據(jù)上下文的發(fā)音和相關(guān)的詞法、句法規(guī)則。1.3 論文研究的主要內(nèi)容利用SPCE061A單片機(jī)，通過(guò)語(yǔ)音命令對(duì)機(jī)器人機(jī)體（包括2個(gè)用于走路的電機(jī)、1個(gè)用于頭部旋轉(zhuǎn)的電機(jī)、1個(gè)用于加速1個(gè)用于彈射的電機(jī)等）進(jìn)行控制，能夠?qū)崿F(xiàn)走步、轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)頭功能。要求智能機(jī)器人可以識(shí)別15條命令，具有2種跳舞模式和發(fā)射飛盤功能。技術(shù)指標(biāo)：機(jī)器人工作的額定電壓：6V（4節(jié)干電池）； 機(jī)器人可

26、以識(shí)別15條語(yǔ)音命令；機(jī)器人具有2種跳舞模式。論文的主要研究?jī)?nèi)容如下：1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)控制器的選型，語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的原理，以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案選擇等。2根據(jù)系統(tǒng)總體組成框圖進(jìn)行系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，包括單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)以及語(yǔ)音識(shí)別電路設(shè)計(jì)。3在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，包括主程序設(shè)計(jì)、語(yǔ)音識(shí)別程序設(shè)計(jì)等。第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 控制器的選擇根據(jù)系統(tǒng)控制要求我們首先選擇控制器。市場(chǎng)上可供我們選擇的控制器多種多樣，比如工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、PLC、單片機(jī)等?？紤]到我們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)器人體積較小，為了使控制器能放置在機(jī)器人上，因此我們放棄選用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為控制器，所以

27、我們只考慮在PLC和單片機(jī)中選出一種合適的控制器。方案一：可編程邏輯控制器（PLC）可編程控制器的種類千差萬(wàn)別，為了在惡劣的工業(yè)環(huán)境中使用，它們卻有許多共同的特點(diǎn)。1、抗干擾能力強(qiáng)，可靠性極高工業(yè)生產(chǎn)對(duì)電器控制設(shè)備的可靠行的要求非常高，需具有很強(qiáng)的抗干擾能力強(qiáng)，能在很惡劣的環(huán)境下（如溫度高、濕度大、金屬粉塵多、距離高壓設(shè)備近、有較強(qiáng)的高頻電磁干擾等）長(zhǎng)期連續(xù)可靠地工作，平均無(wú)故障時(shí)間(MTBF)長(zhǎng)，故障修復(fù)時(shí)間短。能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境。可以說(shuō)，沒(méi)有任何一種工業(yè)控制設(shè)備能夠達(dá)到可編程控制器的可靠性。在PLC的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，采取了精選元器件及多層次抗干擾等措施，使PLC的平均無(wú)故障時(shí)間MT

28、BF通常在10萬(wàn)小時(shí)以上，有些PLC的平均無(wú)故障時(shí)間可以達(dá)到幾十萬(wàn)小時(shí)以上，如三菱公司的F1，F(xiàn)2系列的MTBF可達(dá)到30萬(wàn)小時(shí)，有些高檔的MTBF還要高得多，絕這是其他電氣設(shè)備根本做不到的。絕大多數(shù)的用戶將可靠性作為選取控制裝置的首要條件，PLC在硬件和軟件方面均采取了一系列的抗干擾措施。硬件方面，首先選用優(yōu)質(zhì)器件，采用合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，加固、簡(jiǎn)化安裝，使它能抗震動(dòng)沖擊。對(duì)印刷電路板的設(shè)計(jì)、加工及焊接都采取了極為嚴(yán)格的工藝措施。對(duì)與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中最常見的瞬間干擾，采取的措施主要是采用隔離和濾波技術(shù)。PLC的輸入和輸出電路一般都用光用點(diǎn)耦合器傳遞信號(hào)，做到電浮空，使CPU與外部電路完全切斷了電的

29、聯(lián)系，有效地仰制了外部干擾對(duì)PLC的影響。在PLC的電源電路和I/O接口中，還設(shè)置多種耦波電路，除了采用常規(guī)的模擬耦波器（如LC耦波和n型耦波）外，還加上了數(shù)字耦波，消除和仰制高頻干擾信號(hào)，消弱各種模板之間的相互干擾。用集成電壓調(diào)整器對(duì)微處理器的+5V電源進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)交流電網(wǎng)的波動(dòng)和過(guò)電壓、欠電壓的影響。在PLC內(nèi)部還采用了電磁屏蔽措施，對(duì)電源變壓器、CPU、存儲(chǔ)器、編程器等主要部件采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁良好的材料進(jìn)行屏蔽，以防外界干擾。軟件方面，PLC采取了很多特殊措施，設(shè)置了警戒時(shí)鐘WDT(Watching Dog Tuner)，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)對(duì)WDT定時(shí)刷新，一旦程序出現(xiàn)死循環(huán)，使之能立即跳出，

30、重新啟動(dòng)并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。設(shè)置了故障檢測(cè)及診斷程序，檢測(cè)系統(tǒng)硬件是否正常，用戶程序是否正常，自動(dòng)地做出相應(yīng)的處理。如報(bào)警、封鎖輸出、保護(hù)數(shù)據(jù)等。PLC檢測(cè)到故障時(shí)，立即將現(xiàn)場(chǎng)信息存儲(chǔ)器，系統(tǒng)軟件配合對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行封閉，禁止對(duì)存儲(chǔ)器的任何操作，防存儲(chǔ)信息被破壞。檢測(cè)到外界環(huán)境正常后，恢復(fù)到故障發(fā)生前的狀態(tài)，繼續(xù)原來(lái)的程序工作。PLC特有的循環(huán)掃描工作方式，有效地屏蔽了絕大多數(shù)的干擾信號(hào)。 2、編程方便可編程控制器的設(shè)計(jì)是面向工業(yè)企業(yè)中一般電氣工程計(jì)算人員的。它采用易與理解和掌握的梯形圖語(yǔ)言，以及面向工業(yè)控制的簡(jiǎn)單指令。梯形圖語(yǔ)言繼承了傳統(tǒng)繼電器控制線路的表達(dá)型式（如線圈、觸點(diǎn)、動(dòng)合、動(dòng)斷），考慮到工

31、業(yè)中的電氣技術(shù)人員的看圖習(xí)慣和微機(jī)應(yīng)用水平，形象、直觀，簡(jiǎn)單、易學(xué)。小型PLC，不需專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)，只需幾天甚至幾小時(shí)的培訓(xùn)，掌握編程方法。使用PLC深受電氣工程技術(shù)人員歡迎。3、使用方便產(chǎn)品系列化和模板化，配有品種齊全的各種軟件，用戶可靈活組合成各種規(guī)模和要求不同的控制系統(tǒng)，在硬件設(shè)計(jì)方面，確定PLC的硬件配件和I/O通道的外部接線。在PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，只需在PLC的端子上接入相應(yīng)的輸入、輸出信號(hào)，不需諸如繼電器之類的固體電子器件和大量繁雜的硬接線電路。在生產(chǎn)工藝流程改變，或生產(chǎn)線設(shè)備更新、或系統(tǒng)控制需改變，需變更控制系統(tǒng)的功能時(shí)，一般不需改變或很少改變I/O道的外部接線，只需改變存

32、儲(chǔ)器中的控制程序，PLC的輸入、輸出端子可直接與220VAC,24VDC等強(qiáng)電相連，有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力。在PLC運(yùn)行過(guò)程中，PLC的面板上（或顯示器上）可顯示生產(chǎn)過(guò)程中用戶感興趣的各種狀態(tài)和數(shù)據(jù)，使操作人員做到心中有數(shù)，在出現(xiàn)故障甚至發(fā)生故時(shí)，能及時(shí)處理。4、維護(hù)方便PLC的控制程序可通過(guò)編程輸入到PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中。編程器可對(duì)PLC控制程序進(jìn)行寫入、讀出、檢測(cè)、修改，可對(duì)PLC的工作進(jìn)行監(jiān)控，使得PLC的操作及維護(hù)都很方便。PLC有很強(qiáng)的自診斷能力，可隨時(shí)檢查出自身的故障，顯示給操作人員，如FO通道的狀態(tài)、RAM的后備電池的狀態(tài)、數(shù)據(jù)通信的異常、PLC主機(jī)或外部的輸入裝置及執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生

33、故障時(shí)，操作人員能迅速檢查、判斷故障原因，確定故障位置，采取迅速有效的措施。如果是PLC本身故障，在維修時(shí)只需更換插入式模板或其他易損件即可完成。5、設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試周期短用可編程控制器完成一項(xiàng)控制工程時(shí)，硬、軟件齊全，設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行用軟件編程取代繼電器硬接線實(shí)現(xiàn)控制功能，使得控制柜的設(shè)計(jì)及安裝接線工作量大為減少，縮短了施工周期。同時(shí)，用戶程序大都可以在試驗(yàn)室模擬調(diào)試，模擬調(diào)試好后再將PLC控制系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行聯(lián)機(jī)統(tǒng)調(diào)，使得調(diào)試方便、快捷、安全，大大縮短設(shè)計(jì)和投運(yùn)周期。 6、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化可編程控制器的結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，可靠性高，抗振防潮和耐熱能力強(qiáng)，使之易于安裝在機(jī)器設(shè)備

34、內(nèi)部。制造出機(jī)電一體化產(chǎn)品。隨著集成電路制造水平的不斷提高，可編程控制器體積將近一步縮小，工能進(jìn)一步增強(qiáng)，與機(jī)械設(shè)備有機(jī)覅結(jié)合起來(lái)，在CNC和機(jī)器人的應(yīng)用中必將更加普遍，以PLC作為控制器的CNC設(shè)備和機(jī)器人裝置將成為典型的機(jī)電一體化的產(chǎn)品?；谝陨嫌悬c(diǎn)，PLC在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛，在大型自動(dòng)化生產(chǎn)線上PLC也是主要的控制器。然而考慮到我們語(yǔ)音控制機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求一方面PLC的體積較大，放置在機(jī)器人上有很大困難，另一方面PLC的市場(chǎng)價(jià)格較高，對(duì)于我們學(xué)生用它作為控制器花銷較大，因此我們不會(huì)首先考慮使用PLC作為控制器。方案二：?jiǎn)纹瑱C(jī)市場(chǎng)上的單片機(jī)型號(hào)多種多樣，我們需要根據(jù)系統(tǒng)的控制要求以及

35、各個(gè)單片機(jī)的特點(diǎn)進(jìn)行選擇。應(yīng)用最廣泛的是MCS-51系列的單片機(jī)。MCS-51系列單片機(jī)是Intel公司生產(chǎn)的。這個(gè)系列的單片機(jī)既包括三個(gè)基本型8031、8051、8751，也包括對(duì)應(yīng)的低功耗型80C31、80C51、87C51。51系列優(yōu)點(diǎn)之一是它從內(nèi)部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統(tǒng)，稱作位處理器，或布爾處理器。它的處理對(duì)象不是字或字節(jié)而是位。它不光能對(duì)片內(nèi)某些特殊功能寄存器的某位進(jìn)行處理，如傳送、置位、清零、測(cè)試等，還能進(jìn)行位的邏輯運(yùn)算，其功能十分完備，使用起來(lái)得心應(yīng)手。雖然其他種類的單片機(jī)也具有位處理功能，但能進(jìn)行位邏輯運(yùn)算的實(shí)屬少見。51系列在片內(nèi)RAM區(qū)間還特別開辟了一個(gè)雙重功

36、能的地址區(qū)間，十六個(gè)字節(jié)，單元地址20H2FH，它既可作字節(jié)處理，也可作位處理(作位處理時(shí)，合128個(gè)位，相應(yīng)位地址為00H7FH)，使用極為靈活。這一功能無(wú)疑給使用者提供了極大的方便，因?yàn)橐粋€(gè)較復(fù)雜的程序在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)遇到很多分支，因而需建立很多標(biāo)志位，在運(yùn)行過(guò)程中，需要對(duì)有關(guān)的標(biāo)志位進(jìn)行置位、清零或檢測(cè)，以確定程序的運(yùn)行方向。而實(shí)施這一處理(包括前面所有的位功能)，只需用一條位操作指令即可。但是51系列單片機(jī)的CPU是八位的，在控制精度上稍顯不足。而且我們的控制要求是用聲音作為控制信號(hào)，這樣我們就需要很大的外圍聲音采集與轉(zhuǎn)換模塊來(lái)支持聲音控制，使用起來(lái)會(huì)很麻煩。很難能達(dá)到我們的控制要求。在

37、市場(chǎng)上我們發(fā)現(xiàn)凌陽(yáng)公司生產(chǎn)的SPCE061A十六位單片機(jī)，它的特點(diǎn)是功能強(qiáng)、效率高的指令系統(tǒng)：nSPTM的指令系統(tǒng)的指令格式緊湊，執(zhí)行迅速，并且其指令結(jié)構(gòu)提供了對(duì)高級(jí)語(yǔ)言的支持，這可以大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)時(shí)間。低功耗、低電壓：nSPTM家族采用CMOS制造工藝，同時(shí)增加了軟件激發(fā)的弱振方式，空閑方式和掉電方式，極大地降低了其功耗，另外，nSPTM家族的工作電壓范圍大，能在低電壓供電時(shí)正常工作，且能用電池供電，這對(duì)于其在野外作業(yè)等領(lǐng)域中的應(yīng)用具有特殊的意義。而且凌陽(yáng)具有強(qiáng)大的數(shù)字語(yǔ)音功能。凌陽(yáng)單片機(jī)的語(yǔ)音識(shí)別模塊自帶語(yǔ)音的API 函數(shù)，其中包括A2000 格式和S480 格式自動(dòng)播放及手動(dòng)播放的播

38、放函數(shù)，S240、MS01 格式自動(dòng)播放的播放函數(shù)、DVR 格式的語(yǔ)音錄放函數(shù)和語(yǔ)音識(shí)別函數(shù)，讓凌陽(yáng)單片機(jī)不但可以作為普通的單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)，而且還可以作為一個(gè)語(yǔ)音系統(tǒng)進(jìn)行語(yǔ)音播放、語(yǔ)音錄放和語(yǔ)音識(shí)別，大大降低了凌陽(yáng)單片機(jī)的開發(fā)難度，并增強(qiáng)了凌陽(yáng)單片機(jī)的使用領(lǐng)域和功能。再加上凌陽(yáng)單片機(jī)體積小，重量輕，抗干擾能力強(qiáng)，環(huán)境要求不高，價(jià)格低廉，可靠性好，開發(fā)較為容易，因此根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)選擇凌陽(yáng)單片機(jī)作為主控制器。2.2 語(yǔ)音識(shí)別原理隱馬爾可夫模型(Hidden Markov Models，簡(jiǎn)稱HMM)語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)是一種統(tǒng)計(jì)技術(shù)，它提供了一種基于訓(xùn)練數(shù)據(jù)提供的概率自動(dòng)構(gòu)造識(shí)別系統(tǒng)的技術(shù)。其識(shí)別

39、系統(tǒng)如圖2-1所示。圖2-1 語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程這是Rabiner等人在20世紀(jì)80年代引入語(yǔ)音識(shí)別領(lǐng)域的一種語(yǔ)音識(shí)別算法。該算法通過(guò)對(duì)大量語(yǔ)音數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，建立識(shí)別條的統(tǒng)計(jì)模型，然后從待識(shí)別語(yǔ)音中提取特征，與這些模型匹配，通過(guò)比較匹配分?jǐn)?shù)以獲得識(shí)別結(jié)果。通過(guò)大量的語(yǔ)音，就能夠獲得一個(gè)穩(wěn)健的統(tǒng)計(jì)模型，能夠適應(yīng)實(shí)際語(yǔ)音中的各種突發(fā)情況。隱馬爾可夫語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的改進(jìn)隨著語(yǔ)音識(shí)別研究工作的深入開展，HMM語(yǔ)音識(shí)別方法愈來(lái)愈受到人們的重視，基于HMM技術(shù)的識(shí)別系統(tǒng)的缺點(diǎn)就在于統(tǒng)計(jì)模型的建立需要依賴一個(gè)較大的語(yǔ)音庫(kù)。這在實(shí)際工作中占有很大的工作量。且模型所需要的存儲(chǔ)量和匹配計(jì)算（包括特征矢量的輸出

40、概率計(jì)算）的運(yùn)算量相對(duì)較大，通常需要具有一定容量SRAM 的DSP才能完成。另外，它的一個(gè)最主要的缺點(diǎn)是根據(jù)詞模型推出的狀態(tài)段長(zhǎng)分布是指數(shù)分布，這不符合語(yǔ)音的本質(zhì)屬性，因此，現(xiàn)在推出了一種非齊次的HMM語(yǔ)音識(shí)別模型(Duration Distribution Based Hidden Markov Model，簡(jiǎn)稱DDBHMM)。在此模型中用狀態(tài)的段長(zhǎng)分布函數(shù)替代了齊次HMM中的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，徹底拋棄了“平穩(wěn)的假設(shè)”，而從非平穩(wěn)的角度考慮問(wèn)題，使模型成為一種基于狀態(tài)段長(zhǎng)分布的隱含Markov 模型。段長(zhǎng)分布函數(shù)的引入澄清了經(jīng)典HMM語(yǔ)音識(shí)別模型的許多矛盾，DBBHMM比國(guó)際上流行的HMM語(yǔ)音識(shí)

41、別模型有更好的識(shí)別性能和更低的計(jì)算復(fù)雜度(訓(xùn)練算法比流行的Baum 算法復(fù)雜度低兩個(gè)數(shù)量級(jí))。由于該模型解除了對(duì)語(yǔ)音信號(hào)狀態(tài)的齊次性和對(duì)語(yǔ)音特征的非相關(guān)性的限制，因此，為語(yǔ)音識(shí)別研究的深入發(fā)展提供了一個(gè)和諧的框架。語(yǔ)音識(shí)別過(guò)程本質(zhì)上是一種多維模式識(shí)別過(guò)程。主要有信號(hào)預(yù)處理、特征提取、語(yǔ)音模型庫(kù)、模式匹配、后處理等幾個(gè)環(huán)節(jié)。首先是預(yù)處理,主要包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換、預(yù)加重、自動(dòng)增益控制等處理過(guò)程,主要實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化；然后對(duì)經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行特征提取，形成特征矢量序列；之后開始模式匹配,就是將輸入?yún)?shù)的特征參數(shù)同長(zhǎng)時(shí)間訓(xùn)練得到的語(yǔ)音模型庫(kù)進(jìn)行比較分析,從而得到初步結(jié)果，目前使用最廣泛的識(shí)別方

42、法是統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別法；最后，為了提高識(shí)別正確率，可考慮進(jìn)行后處理，以提高系統(tǒng)的性能。本系統(tǒng)也是基于上述語(yǔ)音識(shí)別原理進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別的，其識(shí)別過(guò)程如圖2-2所示。圖2-2 系統(tǒng)語(yǔ)音識(shí)別過(guò)程圖根據(jù)識(shí)別結(jié)果系統(tǒng)將做出相應(yīng)的控制操作，具體控制過(guò)程是基本由軟件完成，我們將在第四章詳細(xì)介紹。2.3 機(jī)器人對(duì)象的選擇本系統(tǒng)選用玩具機(jī)器人模型。此模型為輪式機(jī)器人，用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。機(jī)器人實(shí)物圖如2-3所示。圖2-3 機(jī)器人實(shí)物圖2.4 機(jī)器人電機(jī)調(diào)速及驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速特性為： （2-1） 當(dāng)理想空載時(shí)，電機(jī)的機(jī)轉(zhuǎn)速性為： （2-2）由式2-1和2-2可以看出，要改變電機(jī)的速度，可以改變電阻R或電壓U以及磁通來(lái)調(diào)

43、節(jié)電機(jī)的速度。但是改變電樞電阻R值，接入的電阻消耗了部分電壓，因此這種傳統(tǒng)的調(diào)速方法效率很低；而磁通量難以控制。所以我們選擇改變電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多新的電樞電壓控制方法，其中PWM(Pulse Width Modulation)控制是常用的一種調(diào)速方法。PWM控制是指在保持周期不變的情況下，通過(guò)調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通的時(shí)間對(duì)脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。在脈寬調(diào)速系統(tǒng)中，電機(jī)電樞兩端的電壓是脈寬可調(diào)的脈沖電壓，在輸出脈沖頻率足夠快的情況下，由于慣性的存在，只要按照一定的規(guī)律改變通、斷電的時(shí)間，即可使電機(jī)的速度達(dá)到并保持一個(gè)穩(wěn)定值。對(duì)于直流電機(jī)，采用

44、PWM控制技術(shù)構(gòu)成的無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，啟停時(shí)對(duì)直流系統(tǒng)無(wú)沖擊，并且具有啟動(dòng)功耗小、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)。脈沖寬度調(diào)制（PWM）技術(shù)是采用H橋電路作為功率放大電路，運(yùn)用全數(shù)字PWM技術(shù)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，并引入速度反饋提高控制精度和電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的硬度，從而可以使電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中能夠獲得多種不同的運(yùn)行狀態(tài)和速度。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高；H型電路保證了可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極強(qiáng)，是一種廣泛采用的PWM調(diào)速技術(shù)；由單片機(jī)直接產(chǎn)生PWM驅(qū)動(dòng)控制脈沖，精度高，連接方便，成本低；采用速度閉環(huán)控制，不僅提高了控制進(jìn)度，而且使電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性變硬，從而徹底克服了

45、小車因速度過(guò)低或負(fù)載擾動(dòng)而造成的停車，尤其是在彎道區(qū)域，保證了行駛的連續(xù)性。其原理如圖2-4所示：圖2-4 PWM控制原理圖這樣在電動(dòng)機(jī)兩端得到的電壓波形如圖2-4右側(cè)所示，電壓平均值可用下式表示： (2-3)式中，開關(guān)每次接通時(shí)間開關(guān)通斷的工作周期占空比，由式(2-3)可見，改變接通時(shí)間和開關(guān)周期的比例亦改變脈沖的占空比，電動(dòng)機(jī)兩端電壓的平均值也隨之改變，因而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速得到了控制。考慮到實(shí)際的機(jī)器人是輪式機(jī)器人，其前進(jìn)、后退及轉(zhuǎn)向等操作可以通過(guò)簡(jiǎn)單的控制機(jī)器人左右腿電機(jī)的開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以我們僅僅需要控制其左右腿電機(jī)的開啟及停止。對(duì)于電機(jī)的驅(qū)動(dòng)我們選擇H橋作為驅(qū)動(dòng)電路，其原理如圖2-5所示：圖

46、2-5 H橋驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖所示，H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括4個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī)。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對(duì)角線上的一對(duì)三極管。根據(jù)不同三極管對(duì)的導(dǎo)通情況，電流可能會(huì)從左至右或從右至左流過(guò)電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須使對(duì)角線上的一對(duì)三極管導(dǎo)通。當(dāng)Q1管和Q4管導(dǎo)通時(shí)，電流將從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過(guò)電機(jī)，然后再經(jīng)Q4回到電源負(fù)極，此時(shí)電流將驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)三極管Q3和Q2導(dǎo)通時(shí)，電流將從正極經(jīng)Q3從右向左流過(guò)電機(jī)，然后再經(jīng)Q2回到電源負(fù)極，此時(shí)電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。2.5 系統(tǒng)總體方案用61板來(lái)控制機(jī)器人，使用了I0B7-IOB15資源，另外使用了揚(yáng)聲器，參看圖2-6如下：圖 2

47、-6 系統(tǒng)的總體框圖第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1 控制單元電路設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)總體方案，選擇SPCE061A單片機(jī)作為主控制器。3.1.1 凌陽(yáng)單片機(jī)簡(jiǎn)介SPCE061A是凌陽(yáng)科技推出的一款16位單片機(jī)，片內(nèi)采用的nSPTM核心具有較高的處理速度，能夠更快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)。SPCE061A的主要性能特點(diǎn)：16位nSP微處理器；工作電壓(CPU) VDD為2.43.6V (I/O) VDDH為2.45.5VCPU時(shí)鐘：0.32MHz49.152MHz ；內(nèi)置2K字SRAM；內(nèi)置32K FLASH；可編程音頻處理；晶體振蕩器;系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時(shí)鐘處于停止?fàn)顟B(tài))， HYPERLINK mai

48、lto:耗電僅為2A3.6V 耗電僅為2A/3.6V；2個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(可自動(dòng)預(yù)置初始計(jì)數(shù)值)；2個(gè)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(gè)中斷源可來(lái)自定時(shí)器A / B，時(shí)基，2個(gè)外部時(shí)鐘源輸入，鍵喚醒；具備觸鍵喚醒的功能；使用凌陽(yáng)音頻編碼SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容納210秒的語(yǔ)音數(shù)據(jù)；鎖相環(huán)PLL振蕩器提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)；32768Hz實(shí)時(shí)時(shí)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；聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動(dòng)增益控制(AGC)功能；具備串行設(shè)備接口；具有低電壓復(fù)位(LVR)功能和低

49、電壓監(jiān)測(cè)(LVD)功能；內(nèi)置在線仿真電路ICE（In- Circuit Emulator）接口；具有保密能力；具有Watch Dog功能。凌陽(yáng)單片機(jī)的語(yǔ)音識(shí)別模塊自帶語(yǔ)音的API 函數(shù)，其中包括A2000 格式和S480 格式自動(dòng)播放及手動(dòng)播放的播放函數(shù)，S240、MS01 格式自動(dòng)播放的播放函數(shù)、DVR 格式的語(yǔ)音錄放函數(shù)和語(yǔ)音識(shí)別函數(shù)，讓凌陽(yáng)單片機(jī)不但可以作為普通的單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)，而且還可以作為一個(gè)語(yǔ)音系統(tǒng)進(jìn)行語(yǔ)音播放、語(yǔ)音錄放和語(yǔ)音識(shí)別，大大降低了凌陽(yáng)單片機(jī)的開發(fā)難度，并增強(qiáng)了凌陽(yáng)單片機(jī)的使用領(lǐng)域和功能。SPCE061A有兩種封裝片，一種為80個(gè)引腳，PLCC80封裝形式；另一種為84個(gè)

50、引腳，LQFP84封裝。其中84引腳排列如圖3-1所示。圖3-1 SPCE061A單片機(jī)引腳圖芯片的引腳說(shuō)明 在PLCC84封裝中，有15個(gè)空余腳，用戶使用時(shí)這15個(gè)空余腳懸浮。其余管腳功能說(shuō)明如表3-1所示：表3-1管腳功能表IOA0IOA15(4148,53,5460腳)I/O口A，共16個(gè)IOB0IOB15(51,8176,6864腳)I/O口B，共16個(gè)OSCI（13腳）振蕩器輸入。在石英晶振模式下，是石英元件的一個(gè)輸入腳。OSCO（12腳）振蕩器輸出。在石英晶振模式下，是石英元件的一個(gè)輸出腳。RES_B (6腳)復(fù)位輸入。若這個(gè)腳輸入低電平，會(huì)使得控制器被重置復(fù)位。ICE_EN（16

51、腳）ICE使能端,接在線調(diào)試器PROBE的使能腳ICE_EN。ICE_SCK （17腳）ICE時(shí)鐘腳，接在線調(diào)試器PROBE的時(shí)鐘腳ICE_SCK。ICE_SDA（18腳）ICE數(shù)據(jù)腳，接在線調(diào)試器PROBE的數(shù)據(jù)腳ICE_SDA。PVIN（20腳）程序保密設(shè)定腳。PFUSE（29腳）程序保密設(shè)定腳。DAC1（21腳）音頻輸出通道1。DAC2（22腳）音頻輸出通道2。VREF2（23腳）2V參考電壓輸出腳。AGC（25腳）語(yǔ)音輸入自動(dòng)增益控制引腳。OPI（26腳）Microphone的第二運(yùn)放輸入腳。MICOUT（27腳）Microphone的第一運(yùn)放輸出腳。MICN（28腳）Micropho

52、ne的負(fù)向輸入腳。MICP（33腳）Microphone正向輸入腳。VRT（35腳）A/D轉(zhuǎn)換外部參考電壓輸入腳。它決定A/D轉(zhuǎn)換輸入電壓上限值。例如該點(diǎn)輸入一個(gè)2.5V的參考電壓，則A/D轉(zhuǎn)換電壓輸入范圍為02.5V。（外部A/D最高參考電壓 0)if(uiActivated)uiTimerCount = 0;switch(uiRes)case NAME_ID:switch(uiBS_Team)case 0:/第一組的第一個(gè)命令（杰克）/播放Ok,Less go,YeahPlaySnd(OK);break;case 1:/第二組的第一個(gè)命令（開始）PlaySnd(OK);PlaySnd(LE

53、TUSGO);PlaySnd(YEAH);/播放Ok,Less gobreak;case 2:/第三組的第一個(gè)命令（準(zhǔn)備）PlaySnd(OK);/播放Okbreak;break;case Command_One_ID:switch(uiBS_Team)case 0:/第一組的第二個(gè)命令（開始）/導(dǎo)入第二組命令，修改uiBS_Team為1，播放Wo,Ho,Hoo,Hooo,跳出循環(huán)ImportFiveCommand(0 xf900);uiBS_Team = 1;PlaySnd(HO);PlaySnd(HOO);PlaySnd(HOO);PlaySnd(HOOO);goto Loop;break

54、;case 1:/第二組的第二個(gè)命令（向前走）/播放喀咔聲音，控制電機(jī)向前走Robot_Go(1);PlaySnd(WALK);ImportFiveCommand(0 xf700);uiBS_Team = 0;goto Loop;break;case 2:/第三組的第二個(gè)命令（向左瞄準(zhǔn)）/播放旋轉(zhuǎn)聲音，頭部電機(jī)向左轉(zhuǎn)Robot_HeadTurnLeft(1);PlaySnd(TURNHEAD);PlaySnd(TURNHEAD);PlaySnd(TURNHEAD);ImportFiveCommand(0 xf700);uiBS_Team = 0;goto Loop;break;*(unsign

55、ed int *)0 x7012 = 1;uiActivated = 0;/杰克為觸發(fā)命令，每完成一個(gè)動(dòng)作需要出發(fā)一次break;case Command_Two_ID:switch(uiBS_Team)case 0:/第一組的第三個(gè)命令（準(zhǔn)備）/導(dǎo)入第三組命令，修改uiBS_Team為2，播放Wo,Ho,Hoo,Hooo,跳出循環(huán)ImportFiveCommand(0 xfb00);uiBS_Team = 2;PlaySnd(HO);PlaySnd(HOO);PlaySnd(HOO);PlaySnd(HOOO);goto Loop;break;case 1:/第二組的第三個(gè)命令（倒退）/播放

56、喀咔聲音，控制電機(jī)向后走Robot_Backup(1);PlaySnd(WALK);ImportFiveCommand(0 xf700);uiBS_Team = 0;break;case 2:/第三組的第三個(gè)命令（向右瞄準(zhǔn)）/播放旋轉(zhuǎn)聲音，頭部電機(jī)向右轉(zhuǎn)Robot_HeadTurnRight(1);PlaySnd(TURNHEAD);PlaySnd(TURNHEAD);PlaySnd(TURNHEAD);ImportFiveCommand(0 xf700);uiBS_Team = 0;goto Loop;break;*(unsigned int *)0 x7012 = 1;uiActivate

57、d = 0;break;case Command_Three_ID:switch(uiBS_Team)case 0:/第一組的第四個(gè)命令（跳舞）/跳舞，清看門狗，時(shí)間比較長(zhǎng)Robot_Dance(2);*(unsigned int *)0 x7012 = 0 x0001;break;case 1:/第二組的第四個(gè)命令（左轉(zhuǎn)）/播放旋轉(zhuǎn)聲音，向左旋轉(zhuǎn)Robot_TurnLeft(1);PlaySnd(WALK);ImportFiveCommand(0 xf700);uiBS_Team = 0;goto Loop;break;case 2:/第三組的第四個(gè)命令（發(fā)射）/播放咚咚聲音，發(fā)射飛盤Rob

58、ot_Shoot_Prepare(5);Delay(1500);Robot_Shoot2(3);ImportFiveCommand(0 xf700);uiBS_Team = 0;goto Loop;break;*(unsigned int *)0 x7012 = 1;uiActivated = 0;break;case Command_Four_ID:switch(uiBS_Team)case 0:/第一組的第五個(gè)命令（再來(lái)一曲）/在來(lái)一曲Robot_DanceAgain(2);break;case 1:/第二組的第五個(gè)命令（右轉(zhuǎn)）/播放聲音，向右旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)到第一組命令，設(shè)置uiBS_Team為

59、0，推出循環(huán)Robot_TurnRight(1);PlaySnd(WALK);ImportFiveCommand(0 xf700);uiBS_Team = 0;goto Loop;break;case 2:/第三組的第五個(gè)命令（連續(xù)發(fā)射）/連續(xù)發(fā)射飛盤，導(dǎo)到第一組命令，設(shè)置uiBS_Team為0，推出循環(huán)Robot_Shoot_Prepare(5);Delay(1500);Robot_Shoot_Five(3);ImportFiveCommand(0 xf700);uiBS_Team = 0;goto Loop;break;*(unsigned int *)0 x7012 = 1;uiActi

60、vated = 0;break;elseif(uiRes = NAME_ID)*(unsigned int *)0 x7012 = 1;uiActivated = 1;uiTimerCount = 0;PlaySnd(OK);/播放應(yīng)答OKelse if(uiActivated)if(+uiTimerCount 700)*(unsigned int *)0 x7012 = 1;uiActivated = 0;uiTimerCount = 0;PlaySnd(HOOO);uiKey = *P_IOA_Data;uiKey = uiKey&0 x0004;if(uiKey = 0 x0004)F_