摘 要: 介紹了新型、低成本語音識別電路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的應(yīng)用方法。
關(guān)鍵詞: 語音識別 鍵盤控制 CPU控制 存儲體
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1 AP7003簡介
??? AP7003是一款新型、低成本語音識別專用集成電路，內(nèi)置有麥克風放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、語音處理器和I/O控制器，經(jīng)預處理后可識別12組不同的字詞，每組1.5秒時長，可連詞或單詞識別。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，且具有高度的I/O可編程性，使用簡單方便，可廣泛應(yīng)用于玩具、識別轉(zhuǎn)控、自動答錄等領(lǐng)域。
AP7003的功能框圖如圖1所示。其主要特性如下:
· 內(nèi)置麥克風放大器；
· 內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器;
· DIP40雙列直插式封裝;
· 識別12組1.5秒時長字詞;
· I/O口具有2個普通輸入、4個觸發(fā)輸入、2個輸出口(分別有4個和12個輸出)、2個LED驅(qū)動;
· 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。
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2 AP7003功能說明
AP7003具有兩種工作模式，即錄音模式和識別模式。在使用識別模式之前，應(yīng)先將目標詞錄入芯片內(nèi)。AP7003內(nèi)有12個存儲體用于存儲12組不同的字句，每個存儲體可存儲1.5秒時長的字詞，可通過鍵盤或按程序編制的順序選擇存儲體錄入及存放目標詞。語音可通過外部麥克風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)字特征信號保存于存儲體中。
目標詞錄入芯片內(nèi)后即可將工作模式轉(zhuǎn)換到識別模式，工作時芯片將當前語音與事先已錄入存儲體的目標詞語音相比較，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。需要時可以將芯片編程為省電模式以節(jié)省電能，當有按鍵信號時芯片將被喚醒。
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。
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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個輸入指令和15個輸出指令，如表2所示。AP7003-01工作時序及時間定義如圖4所示。
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系統(tǒng)上電后必須先給AP7003-01發(fā)清除指令Clear Word以清除12個存儲體內(nèi)的內(nèi)容，然后發(fā)出一個存儲指令(Store Word1～Store Word12之一)將目標詞錄入芯片相應(yīng)的存儲體內(nèi)。當LED1有效時，表示芯片準備好錄入目標詞。通過指令Set R_Mode1或Set R_Mode2可選擇兩種識別模式:Set R_Mode1為單詞識別模式，該模式下識別操作完成后，芯片進入省電狀態(tài)以等待新的指令;Set R_Mode2為連詞識別模式，該模式下識別操作完成后芯片返回語音錄入狀態(tài)。
進入語音識別狀態(tài)前必須通過指令Set R_Level1～Set R_Level4設(shè)置識別時要求的匹配度，Set R_Level4要求匹配程度最高，而Set R_Level1最低，可以根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定為中間某一個值。跟在一個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體以作為目標詞。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。
當數(shù)據(jù)格式或時序出現(xiàn)在串行數(shù)據(jù)(SERIAL DATA)輸入口PIT3、PIT2、PIT1時，芯片將發(fā)送錯誤代碼到串行數(shù)據(jù)輸出口POB4，同時將數(shù)據(jù)、時鐘發(fā)送到串行數(shù)據(jù)輸出口POB2、POB3。
指令Store 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Done代碼。芯片每次執(zhí)行完語音識別后，輸出一個匹配指示代碼(Match Word1~Match Word12或NO Match)。當有一個語音匹配時，LED2有效，如果PIM2被拉高(端口A使能)，則A端口相應(yīng)的引腳變?yōu)橛行АＨ绻鸓IM1引腳被拉低，芯片的語音識別功能被禁止。
4 AP7003-02的應(yīng)用
AP7003-02可以單獨使用，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)。
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上電后POB1～POB4均被置成低電平。當有鍵按下時，芯片按POB1→POB2→POB3→POB4的順序依次發(fā)出鍵盤掃描信號，掃描信號為16ms低脈沖加64ms間隔，且循環(huán)進行，按鍵信號從PIT1～PIT4輸入芯片。鍵盤陣列如表3(c)所示。
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上電后12個存儲體在錄入目標詞之前必須首先清空。開始錄入目標詞時LED1及POA1～POA12之一(與所選擇的存儲體相對應(yīng)的一個)有效，目標詞錄入到存儲體后芯片進入識別模式。
在識別模式初始狀態(tài)，只有LED1是有效的。識別完成后，如果沒有詞相匹配，LED1閃爍3秒鐘后回到識別模式初始狀態(tài);如果有詞相匹配，LED2有效，與匹配詞所在存儲體相對應(yīng)的POA輸出端口也有效。如果芯片被設(shè)置成自動模式(PIM2=0)，則LED2及POA的輸出將在3分鐘后被清除，之后回到識別模式初始狀態(tài)。當PIM2=0時，如果連續(xù)8分鐘沒有語音輸入芯片，將自動進入省電模式。
5 應(yīng)注意的問題
(1)語音識別電路對外部麥克風(MIC)的分貝值有一定的要求。使用經(jīng)驗表明，本語音識別電路中選用56dB的麥克風可達到最佳效果。
(2)語音識別前設(shè)置的匹配度是一個影響識別率高低的重要因素，在實驗過程中需要根據(jù)使用環(huán)境、使用要求等情況多次實驗才能確定最佳值。
(3)AP7003的工作電壓為2.4V～4.5V。對于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。
應(yīng)用表明，AP7003使用簡單方便，具有較高的識別率，一般可達80%以上，是一款較好的語音識別芯片。
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參考文獻
1 AP7003 DATA SHEET.API，2000.9