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（512×8-bit）FLASH，分为256个扇区。每个扇区2Kbyte。SPR4096还内置了以个4K×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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