新型語音識(shí)別電路AP7003及其應(yīng)用

摘要：介紹了新型、低成本語音識(shí)別電路AP7003的性能、引腳、指令等內(nèi)容，并給出了應(yīng)用電路原理圖及詳細(xì)的應(yīng)用方法。

關(guān)鍵詞：語音識(shí)別 鍵盤控制 CPU控制 存儲(chǔ)體

1 AP7003簡(jiǎn)介

AP7003是一款新型、低成本語音識(shí)別專用集成電路，內(nèi)置有麥克風(fēng)放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、語音處理器和I/O控制器，經(jīng)預(yù)處理后可識(shí)別12組不同的字詞，每組1.5秒時(shí)長，可連詞或單詞識(shí)別。AP7003包括AP7003-01（由CPU串行控制）和AP7003-02（由按鍵直接控制）兩種型號(hào)，且最有高度的I/O可編程性，使用簡(jiǎn)單方便，可廣泛應(yīng)用于玩具、識(shí)別轉(zhuǎn)控、自動(dòng)答錄等領(lǐng)域。

AP7003的功能框圖如圖1所示。其主要特性如下：

·內(nèi)置麥克風(fēng)放大器；

·內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器；

·DIP40雙列直插式封裝；

·識(shí)別12組1.5秒時(shí)長字詞；

·I/O口具有2個(gè)普通輸入、4個(gè)觸發(fā)輸入、2個(gè)輸出口（分別有4個(gè)和12個(gè)輸出）、2個(gè)LED驅(qū)動(dòng)；

·指令優(yōu)化以方便用戶使用；

·2.4V-4.5V工作電壓，且具備低功耗模式。

2 AP7003功能說明

AP7003具有兩種工作模式，即錄音模式和識(shí)別模式。在使用識(shí)別模式之前，應(yīng)先將目標(biāo)錄入芯片內(nèi)。AP7003內(nèi)有12狐假虎威存儲(chǔ)體用于存儲(chǔ)12組不同的字句，每個(gè)存儲(chǔ)體可存儲(chǔ)1.5秒時(shí)長的字詞，可通過鍵盤或按程序編制的順序選擇存儲(chǔ)體錄入及存放目標(biāo)詞。語音可通過外部麥克風(fēng)或其它媒體錄入芯片內(nèi)，經(jīng)內(nèi)部處理后以不同的數(shù)字持片信號(hào)保存于存儲(chǔ)體中。

目標(biāo)詞錄入芯片內(nèi)后即可將工作模式轉(zhuǎn)換到識(shí)別模式，工作時(shí)芯片將當(dāng)前語音與事先已錄入存儲(chǔ)體的目標(biāo)詞語音相比較，如果有語音特征相匹配，則在芯片的相應(yīng)輸出端口輸出高電平或低電平。需要時(shí)間以將芯片編程為省電模式以節(jié)省電能，當(dāng)有按鍵信號(hào)時(shí)芯片將被喚醒。

AP7003采用DIP40封裝，引腳功能如表1所示，其典型應(yīng)用電路如圖2所示。

表1 AP7003引腳功能說明

3 AP7003-01的應(yīng)用

AP7003-01可通過串行口與微控制器連接，應(yīng)用圖如圖3所示。AP7003-01共有22個(gè)輸入指令和15個(gè)輸出指令，如表2所示。AP7003-01工作時(shí)序及時(shí)間定義如圖4所示。

表2 AP70001指令與代碼

系統(tǒng)上電后必須先給AP7003-01發(fā)清除指令Clear Word以清除12個(gè)存儲(chǔ)體內(nèi)的內(nèi)容，然后發(fā)出一個(gè)存儲(chǔ)指令（Store Word1～Store Word12之一）將目標(biāo)詞錄入芯片相應(yīng)的存儲(chǔ)體內(nèi)。當(dāng)LED1有效時(shí)，表示芯片準(zhǔn)備好錄入目標(biāo)詞。通過指令Set R_Mode1或Set R_Mode2可選擇兩種識(shí)別模式：Set R_Mode1為單詞識(shí)別模式，該模式下識(shí)別操作完成后，芯片進(jìn)入省電狀態(tài)以等待表的指令；Set R_Mode2為連詞識(shí)別模式，該模式下識(shí)別操作完成后芯片返回語音錄入狀態(tài)。

進(jìn)入語音識(shí)別狀態(tài)前必須通過指令Set R_Level1～Set R_Level4設(shè)置識(shí)別時(shí)要示訴匹配度，Set R_Level4要求匹配程序最高，而Set R_Level1最低，可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定為中間某一個(gè)值。跟在一個(gè)Store Word1～12指令之后的Store Flag指令將前面錄入的語音存入指定的存儲(chǔ)體以作為目標(biāo)詞。Clear Outputs指令用于清除A端口輸出狀態(tài)（POA1～POA12）.Shut Down指令將芯片轉(zhuǎn)入關(guān)閉模式以節(jié)省電能。

當(dāng)數(shù)據(jù)格式或時(shí)序出現(xiàn)在串行數(shù)據(jù)（SERIAL DATA）輸入口PIT3、PIT2、PIT1時(shí)，芯片將發(fā)送錯(cuò)誤代碼到串行數(shù)據(jù)輸出口POB4，同時(shí)將數(shù)據(jù)、時(shí)鐘發(fā)送到串行數(shù)據(jù)輸出口POB2、POB3。

指令Stroe Word1～12、Store Flag、Clear Word、Set R_Level1～4和Clear Outputs執(zhí)行完成后，芯片將輸出一個(gè)Done代碼。芯片每次執(zhí)行完語音識(shí)別后，輸出一個(gè)匹配指示代碼（Match Word1～Match Word12或NO Match）。當(dāng)有一個(gè)語音匹配時(shí)，LED2有效，如果PIM2被拉高（端口A使能），則端口相應(yīng)的引腳變?yōu)橛行?。如果PIM1引腳被拉底，芯片的語音識(shí)別功能被禁止。

4 AP7003-02的應(yīng)用

AP7..3-02可以單獨(dú)使用，無需控制器，適合于用鍵盤直接控制。芯片有8鍵控制和12鍵控制兩種鍵盤操作模式，如圖5所示。各鍵及其功能見表3（a）、（b）。

上電后POB1～POB4均被置成低電平。當(dāng)有鍵按下后，芯片按POB1→POB2→POB3→POB4的順序依次發(fā)出鍵盤掃描信號(hào)，掃描信號(hào)為16ms低脈沖加64ms間隔，且循環(huán)進(jìn)行，按鍵信號(hào)從PIT1～PIT4輸入芯片。鍵盤陣列如表3（c）所示。

在識(shí)別模式初始狀態(tài)，只有LED1是有效的。識(shí)別完成后，如果沒有詞相匹配，LED1閃爍3秒鐘后回到識(shí)別模式初始狀態(tài)；如果有詞相匹配，LED2有效，與匹配詞所在存儲(chǔ)體相對(duì)應(yīng)的POA輸出端口也有效。如果芯片被設(shè)置成自動(dòng)模式（PIM2=0），則LED2及POA的輸出將在3分鐘后被清除，之后回到識(shí)別模式初始狀態(tài)。當(dāng)PIM2=0時(shí)，如果連接8分鐘沒有語音輸入芯片，將自動(dòng)進(jìn)入省電模式。

5 應(yīng)注意的問題

（1）語音識(shí)別電路對(duì)外部麥克風(fēng)（MIC）的分貝值有一定的要求。使用經(jīng)驗(yàn)表明，本語音識(shí)別電路中選用56dB的麥克風(fēng)可達(dá)到最佳效果。

（2）語音識(shí)別前設(shè)置的匹配度是一個(gè)影響識(shí)別率高低的重要因素，在實(shí)驗(yàn)過程中需要根據(jù)使用環(huán)境、使用要求等情況多次實(shí)驗(yàn)才能確定最佳值。

（3）AP7003的工作電壓為2.4V～4.5V。對(duì)于3V的應(yīng)用系統(tǒng)，可直接使用；如果您的應(yīng)用系統(tǒng)是5V工作電壓，建議通過一個(gè)二極管給AP7003供電，以保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定可靠地工作，也有利于降低系統(tǒng)功耗。

表3（a)AP7003-02鍵盤模式

表3（b）AP7003-02按鍵功能

表3（c) AP7003-02鍵盤陣列

應(yīng)用表明，AP7003使用簡(jiǎn)單方便，具有較高的識(shí)別率，一般可達(dá)80%以上，是一款較好的語音識(shí)別芯片。