语音控制家用电器系统电路设计 —电路图天天读（67）

　　智能电子技术在现实生活中的智能家居电子产品中得到广泛应用。特别是计算机技术、网络通信技术、信息控制技术的迅猛发展与提高，促使家庭实现了生活现代化，居住环境舒适化、安全化。智能家电通过处理电子技术， 来集成或控制家中的电子电器产品，让家居生活更加舒适、安全、有效。与普通家电相比， 智能家电不仅具有传统的家电功能， 还能根据人们的语音指挥， 由原来的被动静止结构转变为具有主动识别语音执行的智慧工具， 优化人们的生活方式， 帮助人们有效安排时间， 增强家居生活的安全性、舒适性。本文通过对传统的家庭照明系统、电扇和电视机进行改造， 使其成为具语音识别功能的智能家电，由于条件限制此次设计的智能控制系统由驱动LED显示来进行仿真实现。

　　语音模块

　　语音输出电路如图所示，其中VDDH为参考电压，VSS是系统的模拟地。音频信号由SPCE061A 的DAC引脚输出送到电路的J4端，通过音量电位器R9的调节端送到集成音频功率放大器SPY0030，经音频放大后，音频信号从SPY0030输出经J2 端口外接扬声器播放声音。 SPCE061A内置2路10位精度的DAC，只需要外接功放电路即可完成语音的播放。图中的SPY0030是凌阳的一款音频放大芯片，可以工作在2.4~6V范围内，最大输出功率可达700mW。 J5 都是语音输出接口，；是两针的插针外接喇叭，由DAC 输出引脚经语音集成。

　　放大器SPY0030 放大，然后输出。SPY0030 是音频功率放大器。因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍，β是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流（或电压）是原先的β倍的大信号，这现象称为三极管的放大作用。经过电流与电压的共同放大，就完成了功率放大。R14为可调电阻，当调节阻值大小事，即调节了基极的输入信号，最终影响的就是输出信号即语音输出音量的大小。SPY0030的放大倍数固定为20倍。

　　语音输入电路如图所示，其中VMC提供传声器的电源，AVSS1是系统的模拟地，VCM为参考电压，1脚和2脚分别是传声器X1的正极、负极的输入引脚，连接SPCE061A的MICP、NICN管脚上。当对着传声器讲话时，1脚和2脚将随着传声器输入的声音产生变化的波形，并在SPCE061A的两个端口处形成两路反相的波形，送到SPCE061A控制器内部的运算放大器进行音频放大，经过放大的音频信号，通过ADC转化器转化为数字量，保存到相应的寄存器中。 SPCE061A的A/D转换器有8个通道，其中有1个通道是MIC-NI输入，它专门用于对语音信号进行采样。语音信号经过MCI转换成电信号，然后输入至SPCE061A内部前置放大器。由于人们说话时，麦克风距离嘴边的距离不同，语音信号的能量将会有很大的差异，此时，如果芯片的的输入信号太大或是太小都将影响识别的精度。而SPCE06lA内部就带有自动增益控制电路AGC能随时跟踪、监视前置放大器输出的音频信号电平，当输入信号增大时AGC电路自动减小放大器的增益；当输入信号减小时，AGC电路自动增大放大器的增益，从而以补偿太小或是太大的信号，以便使进入户A/D的信号保持在最佳电平，又可使削波减至最小。 SPCE061A芯片中已经集成了音频输入专用ADC以及AGC放大电路，因为此芯片外部的电路比较简单。

　　MICP和MICN将随着MIC产生的波形变化，并在两个端口处形成两路反相波形，在经过两级运放放大，把放大的语音信号交给ADC转换为数字量，这时就可以通过单片机编程对这些数据进行处理，进行语音处理识别等功能。 正如我们在前面介绍的61 板具有强大的语音处理功能，如图3-8所示，X1 是语音的MIC 输入端，带自动增益（AGC）控制。

　　SPR4096外扩Flash模块

　　在本系统中，当我们对系统进行训练、识别、操作时，有一些语音提示，由于SPCE061A内部只有32k字的flash空间，除了一部分空间作为程序的存储之后，剩下的用来存储语音数据时远远不够的，于是系统外扩了flash。SPR4096与SPCE061A的连接方式为：SCK与SPCE061A的IOB0接，SDA与SPCE061A的IOB1口接。SPR4096按串行接口模式工作，要把CF2~CF0均接高电平。CF7为低电平时选中FLASH，高电平时选中SRAM。 SPR4096是一个高性能的4M-bit（512&TImes;8-bit）FLASH，分为256个扇区。每个扇区2Kbyte。SPR4096还内置了以个4K&TImes;8bit的SRAM。在进行FLASH的编程/擦除时，可以并发执行SRAM的读/写。SPR4096内置了一个总线存储器接口和一个串行接口，它允许单片机通过8-bit并行模式或者1-bit的串行模式访问FLASH/SRAM存储区。 SPR4096串行接口的工作频率可达到5MHz。SPR4096有两个电源输入端VDDI和VDDQ。VDDI是给内部FLASH和控制逻辑供电的；VDDQ是专门为I/O供电的。

　　供电电压VDDQ:2.25V~3.6V。SPR4096最大读电流为2mA，最大编程/擦除电流为6 mA 。SPR4096模块包括总线存储接口，串行接口，SRAM，编程与擦除控制器和一个4M的FLASH。选择串行接口时，SCLK作为时钟信号线，SDA作为1-bit的数据线。如果接收到FLASH的读指令或者SRAM的读/写指令，串口会把这些指令传给编程和擦除控制器，让编程和擦除控制器去完成相应操作。 串行接口模式的选中是通过CF2~CF0来实现的。当CF2~CF0均接高电平时，选中的就是串行接口模式，在串行接口模式下，CF7为低电平时选中FLASH，高电平时选中SRAM。该芯片有SIF（Serial Interface）和BMI（Busmenory Interface）两种工作方式，但DIP24只支持SIF方式。
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　　系统电源电路设计

　　SPCE061A采用低电压供电方式，这可以大大降低芯片的功率损耗。其中，SPCE06lA的电源分两种，即内核电源（VDD）和I/O口电源（VDDH）。I/O口电源采用5V电压，而内核电源则为3.3V或者更低。降低芯片内核电压的目的主要还是降低芯片的功耗，同时也可以降低芯片的工作温度，延长芯片使用寿命。尽管这种语音芯片的工作电压范围很大，但是为了使芯片内核运行更加稳定，同时又保证I/O口及外部扩展部件的工作电压要求，电源电路采用芯片7805和SPY0029分别提供5V和3.3V电压完成对整个系统供电。 7805芯片电路中正常工作是，输入、输出电压差为2～3V。电路中靠近引脚处接入电容C40、C41用来实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激震荡和抑制电路引入的高频干扰，C39是电解电容，以减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。

　　6是保护二级管，当输入端短路时，给输出电容器C39一个放电通路，防止C39两端电压作用于调整管的be结，造成调整管be结击穿而损坏。

　　控制与结果显示电路

　　键盘模组可直接用排线与61单片机I/O口相连。1*8KEY 的8 列分别定义为COL1~COL8，1 行定义为ROW1。如图3-11所示。 按键分别和SPCE061A的IOA0~IOA7相连，他们的作用分别为1个系统开关键，1个系统复位键，1个单个命令训练按键，1个所有语句循环训练按键，剩余4个初步设定为LCD功能控制按键。每个按键的按下与抬起都会送给IOA口一个电压值，当按键按下使相应的IOA口得到一个高电压。相反，则为低电压。单片机则根据IO口的电压值进行相应的操作。

　　LED模组

　　利用LED显示来测试是否达到控制电器目标。利用数码管显示数字的不同来模拟验证是否能达到对家用电器的控制。 LED和LCD电路作为系统的显示部分，以显示当前的系统状况及识别结果以便检验实验结果和提示用户进行下一步操作。LCD部分在实验阶段可不接入。 计划采用内置SPLC0501点阵式图形液晶显示模块由液晶驱动控制器SPLC501、LCD显示器和外部设备的接口等几部分组成，液晶驱动控制器SPLC501集行、列驱动器、显示数据存储器（DDRAM，Display Data RAM）和控制器与一体，广泛用于小规模液晶显示模块。内置SPLC501点阵式图形液晶显示模块的管脚排列和SPEC061A接线方法如图所示。

电子发烧友网技术编辑点评分析：

　　虽然实现了语音控制家用电器，但是总的来说系统界面不是很友好。为此，我们可以充分利用计算机和通信技术，并用VB等软件开发友好的管理界面，将数据和其他信息通过计算机统一进行管理和控制。 随着经济的发展，人们物质文化需求日益增长，智能家居系统必将受到人们的青睐。它能大大提高人们的生活品质，为人们带来高度智能化的生活。相信这种界面友好功能强大的单片机系统会有广阔的应用和发展前景。
大家如有问题，欢迎在评论处讨论。

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