摘 要：語音識別是最快捷的人機互動方式，其應(yīng)用隨著計算機技術(shù)的發(fā)展以及相關(guān)理論的完善日益廣泛。基于計算機平臺的識別側(cè)重于學(xué)科研究，嵌入式系統(tǒng)上的實現(xiàn)更注重實用。文章設(shè)計基于TMS320VC5402的DSP單片機和STC89LE516芯片的51單片機組成的主從式系統(tǒng)作為語音識別的實現(xiàn)平臺，充分發(fā)揮前者的運算能力和后者的控制優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：TMS320VC5402；51；HPI；McBSP

語音識別技術(shù)在人機互動，人工智能等多個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[1][2]，本設(shè)計以DSP和51單片機構(gòu)建主從式系統(tǒng)為平臺，以TMS320VC5402為核心處理芯片，實現(xiàn)對語音信號的處理，以51單機為主控制單位，控制外部設(shè)備。

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計

1.1 TMS320VC5402芯片

TMS320VC5402（簡稱VC5402）是TI公司推出的C54X系列定點數(shù)字信號處理器。采用哈佛結(jié)構(gòu)，程序空間、數(shù)據(jù)空間和I/O空間互相獨立存儲，片內(nèi)共有8條總線，具有功耗小、高度并行等優(yōu)點，可以滿足眾多領(lǐng)域?qū)崟r處理要求。

多通道緩存串口是TI公司DSP產(chǎn)品的標準串口的增強版本，具有標準串口的功能，同時支持多種串行通信的方式和協(xié)議。本設(shè)計中，通過McBSP軟件模擬I2C總線，實現(xiàn)C5402和PCF8591之間的通信。

HPI是TMS320VC54X系列芯片中用于與主機或者其他CPU進行通信的并行接口，通過片內(nèi)存儲器與主機進行數(shù)據(jù)交換，分為8位標準標準HPI接口、8位增強型HPI接口和16位增強型HPI接口，本設(shè)計中通過HPI接口實現(xiàn)與51單片機的主從式系統(tǒng)設(shè)計。

1.2 STC89LE516芯片

STC89LE516是增強型51單片機芯片，使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。系統(tǒng)可編程FLASH程序存儲字節(jié)為64K，足以應(yīng)付大多數(shù)工程的程序存儲，RAM為1280K。本設(shè)計中與DSP組成主從式系統(tǒng)，對片外器件的操控。

1.3 語音信號采集系統(tǒng)

語音采集單元包括麥克風，LM386功率放大器和PCF8591芯片。

LM386是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，增益可調(diào)整，工作電壓范圍寬4-12V，主要應(yīng)用于低電壓消費類產(chǎn)品。PCF8591芯片是具有I2C總線接口的8位數(shù)據(jù)獲取器件，用于A/D轉(zhuǎn)換過程，實現(xiàn)信號數(shù)字化。

1.4 主從式系統(tǒng)

VC5402的HPI為8位主機接口（HPI8），DSP和51單片機通過DSP的HPI口組成主從式系統(tǒng)，51單片機作為HPI口的主控者可以通過HPI8口直接訪問DSP的存儲空間本。在DSP上進行算法運算，同時將識別結(jié)果作為51單片機操控片外設(shè)備的指令，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，提高工作效率。通過單片機板可以下載系統(tǒng)程序，訪問和控制DSP的RAM、IO等資源。

本設(shè)計選取的芯片引腳電壓都是3.3V，因此DSP和51單片機之間不用電平轉(zhuǎn)換，在數(shù)據(jù)交換速度、程序運行等方面都有一定的優(yōu)勢。

1.5 控制部分

STC89LE516的引腳電壓為3.3V，高電平時的驅(qū)動拉電流不到1mA，低電平時的灌電流為10mA左右，因此直接驅(qū)動能力非常弱，可以間接通過繼電器模塊驅(qū)動更大級別的設(shè)備實現(xiàn)。

2 軟件設(shè)計

在軟件設(shè)計中，需要特別注意兩處，分別是通過McBSP模仿I2C總線和主從式系統(tǒng)的設(shè)計。信號采集模塊得到的數(shù)據(jù)通過I2C總線傳輸給DSP。

2.1 軟件模仿I2C總線

I2C總線協(xié)議用于CPU與被控IC之間、IC與IC之間進行數(shù)據(jù)的雙向傳送，只需一根數(shù)據(jù)總線SDA和時鐘總線SCL即可構(gòu)成串行接口，總線上的數(shù)據(jù)傳送的啟動、結(jié)束和有效狀態(tài)都由SDA、SCL的電平狀態(tài)完成。TMS320VC5402并沒有專門的I2C總線接口，通過軟件的方式在多通道緩沖串行接口（McBSP）模擬I2C總線，實現(xiàn)與PCF8591的連接。

McBSP的發(fā)送時鐘CLKX、接收時鐘CLKR、接收幀同步FSR和發(fā)送幀同步FSX為雙向腳，因此可以通過設(shè)置McBSP的控制寄存器SPCR1、SPCR2和引腳控制寄存器PCR的相應(yīng)位，實現(xiàn)通用I/O腳功能，模擬I2C總線。

2.2 主從式系統(tǒng)通信

主從式設(shè)計中，51單片機為HPI接口的主動方。數(shù)據(jù)的傳輸分為51單片機和HPI寄存器之間的外部傳輸，和HPI和DSP內(nèi)部RAM之間的內(nèi)部傳輸。51單片機通過HPI訪問DSP片內(nèi)RAM需要四個步驟：檢查內(nèi)部傳輸是否已經(jīng)完成，設(shè)置HPI控制寄存器（HPIC），寫地址寄存器（HPIA），寫讀/寫數(shù)據(jù)寄存器（HPID）。

3 結(jié)束語

本設(shè)計設(shè)計了一個以TMS320VC5402和STC89LE512為核心的語音識別與控制系統(tǒng)，根據(jù)語音識別的結(jié)果間接和直接控制外部器件，以語音識別結(jié)果作為控制指令。充分利用了兩種單片機的特長，實現(xiàn)了完美的算法運算和片外控制。

參考文獻

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