语音控制小车

语音控制小车前进、倒退、左转、右转徐权川攀枝花学院电气信息工程学院，攀枝花 617000文摘本文介绍了凌阳SPCE061A单片机的软件和硬件，以及用凌阳的61板控制小车的行驶状态。

根据开始录制的语音命令来控制小车的启动、停止、返回，主要是用语音控制小车的前进、倒退、左转和右转。

并且能自动避开障碍物，进行前行和倒退。

利用光电检测器检测道路上的障碍物，控制电动小汽车行使状态，并自动记录往返距离，在整个行程中如果遇到正前方的障碍物将倒退一段距离后拐弯正向前行。

关键字SPCE061A单片机；语音辨识；光电传感器1 小车的设计方案与论证1.1 小车的控制要求及设计方案1.1.1 小车的控制要求论文设计的要求是要用语音来控制小车的行驶状态。

根据开始语音训练录制的语音命令来控制小车的前进、倒退、左转、右转和停止；在行驶的过程中小车通过光电传感器自动检测障碍物，并且自动避开障碍物绕道行驶。

在整过行驶过程中小车自动记录行驶的路程和时间。

1.1.2 方案设计与论证本系统为典型的实时控制系统，易用单片机控制来实现，这里以凌阳SPCE061A单片机为主控元件，提出两种设计方案。

方案一：采用凌阳SPCE061A十六位单片机，对小车的整个行驶过程进行实时监控，完成所有功能需要24个I/O口，由于凌阳SPCE061A单片机提供32个I/O口，一片即可实现所有功能，这为设计过程提供了极大方便。

其主要设计思想是：小车上，安装一个霍尔元件利用单片机的IOB3外部中断判别轮胎转数的结果用以计算路程；安装三个检测障碍物的光电检测器和一个碰撞开关，利用IOB4、IOB5、IOB6用扫描的方式来控制拐弯和返回；利用单片机的IOB8-IOB11控制继电器选择小车的正、反向行驶；凌阳SPCE061A十六位单片机提供了丰富的时基信源和时基中断，给设计者以大量的选择空间，并给设计者提供精确的时基计数，其加减速通过大功率电阻消耗功率来实现。

整体框架如图1，这种方案可以使程序简单，易于控制。

方案二：此方案也采用凌阳SPCE061A十六位单片机，与第一种方案不同之处在于利用单片机的IOB8 、IOB9产生控制调速的脉宽和控制小车的正、反行驶，用凌阳SPCE061A十六位单片机的TimeA和TimeB 很容易实现脉宽调制，这大大加强了用脉宽调制控制加减速的可选性，但对继电器要求较高，这里考虑到大众化设计，采用第一个方案。

图1 系统原理框图设计方案中我们必须对凌阳SPCE061A单片机知识有所了解，下面就其作简单介绍。

2 SPCE061A的介绍2.1 SPCEO61A单片机概述随着单片机功能集成化的发展，其应用领域也逐渐地由传统的控制，扩展为控制处理、数据处理以及数字信号处理（DSP，Digital Signal Processing）等领域。

凌阳的16位单片机就是为适应这种发展而设计的。

它的CPU内核采用凌阳最新推出的μ’nSP™（Microcontroller and Signal Processor）16位微处理器芯片（以下简称μ’nSP™）。

围绕μ’nSP™所形成的16位μ’nSP™系列单片机（以下简称μ’nSP™家族）采用的是模块式集成结构，它以μ’nSP™内核为中心集成不同规模的ROM、RAM和功能丰富的各种外设接口部件，如图2所示。

μ’nSP™内核是一个通用的核结构。

除此之外的其它功能模块均为可选结构，亦即这种结构可大可小或可有可无。

借助这种通用结构附加可选结构的积木式的构成，便可形成各种不同系列派生产品，以适合不同的应用场合。

这样做无疑会使每一种派生产品具有更强的功能和更低的成本。

μ’nSP™家族有以下特点:（1）体积小、集成度高、可靠性好且易于扩展μ’nSP™家族把各功能部件模块化地集成在一个芯片里，内部采用总线结构，因而减少了各功能部件之间的连线，提高了其可靠性和抗干扰能力。

另外，模块化的结构易于系统扩展，以适应不同用户的需求。

图2 μ’nSP™家族的模块式结构（2）具有较强的中断处理能力μ’nSP™家族的中断系统支持10个中断向量及10余个中断源，适合实时应用领域。

（3）高性能价格比μ’nSP™家族片内带有高寻址能力的ROM、静态RAM和多功能的I/O口。

另外，μ’nSP™的指令系统提供具有较高运算速度的16位×16位的乘法运算指令和内积运算指令，为其应用增添了DSP功能，使得μ’nSP™家族运用在复杂的数字信号处理方面既很便利，又比专用的DSP芯片廉价。

（4）功能强、效率高的指令系统μ’nSP™指令系统的指令格式紧凑，执行迅速,并且其指令结构提供了对高级语言的支持,这可以大大缩短产品的开发时间。

（5）低功耗、低电压。

μ’nSP™家族采用CMOS制造工艺，同时增加了软件激发的弱振方式、空闲方式和掉电方式，极大地降低了其功耗。

另外，μ’nSP™家族的工作电压范围大，能在低电压供电时正常工作，且能用电池供电。

这对于其在野外作业等领域中的应用具有特殊的意义。

2.2 SPCE061A的介绍2.2.1 总述SPCE061A 是继μ’nSP™系列产品SPCE500A等之后凌阳科技推出的又一款16位结构的微控制器。

与SPCE500A不同的是，在存储器资源方面考虑到用户的较少资源的需求以及便于程序调试等功能，SPCE061A里内嵌32K字的闪存（FLASH）。

较高的处理速度使μ’nSP™能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号。

因此，与SPCE500A相比，以μ’nSP™为核心的SPCE061A微控制器是适用于数字语音识别应用领域产品的一种最经济的选择。

2.2.2 性能(1) 16位μ’nSP微处理器；(2) 工作电压：VDD为2.4～3.6V(cpu), VDDH为2.4～5.5V(I/O)；(3) CPU时钟： 32768Hz～49.152MHz ；(4) 内置2K字SRAM、内置32K FLASH；(5) 可编程音频处理；(6) 32位通用可编程输入/输出端口；(7) 32768Hz实时时钟，锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号；(8) 2个16位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)；(9) 2个10位DAC(数-模转换)输出通道；(10) 7通道10位电压模-数转换器(ADC)和单通道语音模-数转换器；(11) 声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器自动增益控制(AGC)功能；(12) 系统处于备用状态下(时钟处于停止状态)耗电小于2μA@3.6V；(13) 14个中断源：定时器A / B，2个外部时钟源输入，时基，键唤醒等；(14) 具备触键唤醒的功能；(15) 使用凌阳音频编码SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容纳210秒的语音数据；(16) 具备异步、同步串行设备接口；(17) 具有低电压复位(LVR)功能和低电压监测(LVD)功能；(18) 内置在线仿真电路接口ICE（In- Circuit Emulator）；(19) 具有保密能力；(20) 具有WatchDog功能（由具体型号决定）。

2.2.3 结构概览SPCE061A的结构如图3所示：2.2.4 SPCE061A单片机硬件结构从SPCE061A的结构图可以看出SPCE061A的结构比较简单，在芯片内部集成了ICE仿真电路接口、FLASH程序存储器、SRAM数据存储器、通用I/O端口、定时器/计数器、中断控制、CPU时钟、模-数转换器A/D、DAC输出、通用异步串行输入输出接口、串行输入输出接口、低电压监测/低电压复位等若干部分。

各个部分之间存在着直接或间接的联系，将在下面介绍其结构及应用。

图3 SPCE061A的结构（1）μ’nSP™的内核结构μ’nSP™的内核结构由总线、算术逻辑运算单元、寄存器组、中断系统及堆栈等部分组成。

算术逻辑运算单元ALUμ’nSP™的ALU在运算能力上很有特色，它不仅能做16位基本的算术逻辑运算，也能做带移位操作的16位算术逻辑运算，同时还能做用于数字信号处理的16位×16位的乘法运算和内积运算。

① 16位算术逻辑运算不失一般性，μ’nSP™与大多数CPU类似，提供了基本的算术运算与逻辑操作指令，加、减、比较、取补、异或、或、与、测试、写入、读出等16位算术逻辑运算及数据传送操作。

②带移位操作的16位算术逻辑运算对图4稍加留意，就会发现μ’nSP™的ALU前面串接有一个移位器SHIFTER，也就是说，操作数在经过ALU的算逻操作前可先进行移位处理，然后再经ALU完成算逻运算操作。

移位包括：算术右移、逻辑左移、逻辑右移、循环左移以及循环右移。

所以，μ’nSP™的指令系统里专有一组复合式的‘移位算逻操作’指令；此一条指令完成移位和算术逻辑操作两项功能。

程序设计者可利用这些复合式的指令，撰写更精简的程序代码，进而增加程序代码密集度(Code Density)。

在微控制器应用中，如何增加程序代码密集度是非常重要的议题；提高程序代码密集度意味着：减少程序代码的大小，进而减少ROM或FLASH的需求，以此降低系统成本与增加执行效能。

用户寄存器SP：堆栈指针R1-R4：通用寄存器BP：基指针SR：段寄存器NZSG：4个标志位DS：数据段选择控制位PC：程序计数器SHIFTER：移位器ALU：算术逻辑单元ADDRGEN：地址编码器MUX：多路选择开关图4 μ’nSP™的内核结构③ 16位×16位的乘法运算和内积运算除了普通的16位的算逻运算指令外，μ’nSP™的指令系统还提供处理速度较高的16位×16位的乘法运算指令Mul和内积运算指令Muls。

二者都可以用于两个有符号数或一个有符号数与一个无符号数的运算。

在ISA1.1指令集下，Mul指令只需花费12个时钟周期，Muls指令花费10n+6个时钟周期，其中n为乘积求和的项数。

例如：“MR=[R2]*[R1] ,4”表示求4项乘积的和，Muls指令只需花费46（10×4+6=46）个时钟周期。

这两条指令为μ’nSP™应用于复杂的数字信号处理运算方面提供了便利的条件。

(2) 寄存器组μ’nSP™的CPU寄存器组里有8个16位寄存器，可分为通用型寄存器和专用型寄存器两大类别。

通用型寄存器包括：R1～R4，作为算术逻辑运算的源及目标寄存器。

专用型寄存器包括SP、BP、SR、PC，是与CPU特定用途相关的寄存器。

①通用型寄存器R1～R4通常可分别用于数据运算或传送的源及目标寄存器。

而寄存器R4、R3配对使用还可组成一个32位的乘法结果寄存器MR；其中R4为结果的高字组，R3为结果的低字组，用于存放乘法运算或内积运算结果。

②堆栈指针寄存器SPSP是在CPU执行压栈/出栈指令（push/pop）、子程序调用/返回指令（call/retf）以及进入中断服务子程序(ISR，Interrupt Service Routine) 或从ISR返回指令（reti）时自动减少（压栈）或增加（弹栈），以示堆栈指针的移动。