基于AVR单片机的语音识别系统设计

0 引言
传统的人机交互依靠复杂的键盘或按钮来实现，随着科技的发展，一些新型的人机交互方式也随之诞生，带给人们全新的体验。基于语音识别的人机交互方式是目前热门的技术之一。但是语音识别功能算法复杂、计算量大，一般在计算机上实现，即使是嵌入式方面，多数方案也需要运算能力强的ARM或DSP，并且外扩RAM、FLASH等资源，增加了硬件成本，这些特点无疑限制了语音识别技术的应用，尤其是嵌入式领域。
本系统采用的主控MCU为Atmel公司的ATMEGA128，语音识别功能则采用ICRoute公司的单芯片LD3320。LD3320内部集成优化过的语音识别算法，无需外部FLASH，RAM资源，可以很好地完成非特定人的语音识别任务。

1 整体方案设计
1．1 语音识别原理
在计算机系统中，语音信号本身的不确定性、动态性和连续性是语音识别的难点。主流的语音识别技术是基于统计模式识别的基本理论，原理如图1所示。

语音识别通常需要两个阶段完成。第一阶段是训练，主要是提取语音特征，用户往往需要进行几次语音训练，经过预处理和特征提取后获得相应特征参数。第二阶段是识别，识别过程就是将输入的语音特征参数和模型库中的参数进行相似性比较，最后输出匹配度最高的特征参数完成识别过程。

2 硬件电路设计
硬件框架如图2所示，电路主要由主控制器电路和语音识别电路组成。ATMEGA128控制LD3320语音识别电路，输出结果由ATMEGA128处理，然后通过总线来控制不同的设备。

2．1 控制器电路
控制器选用Atmel公司生产的ATMEGA128芯片，采用先进的RISC结构，内置128 KB FLASH，4 KB SRAM，4 KB E2PROM等丰富资源。该芯片
是业界高性能、低功耗的8位微处理器，并在8位单片机市场有着广泛应用。
2．2 LD3320语音识别电路
LD3320芯片是一款“语音识别”专用芯片。该芯片集成了语音识别处理器和一些外部电路，包括A／D、D／A转换器、麦克风接口、声音输出接口等，而且可以播放MP3。不需要外接任何的辅助芯片如FLASH，RAM等，直接集成到产品中即可以实现语音识别、声控、人机对话功能。
图3为LD3320电路原理图，与MCU通信采用SPI总线方式，时钟不能超过1．5MHz。