单片机与单片机与DSP中的基于中的基于DSP和和FPGA的机器人声控系统设计与的机器人声控系统设计与
实现实现(TLP521)
1 引言 机器人听觉系统主要是对人的声音进行语音识别并做出判断，然后输出相应的动作指令控制头部和
手臂的动作，传统的机器人听觉系统一般是以PC机为平台对机器人进行控制，其特点是用一台计算机作为机器
人的信息处理核心通过接口电路对机器人进行控制，虽然处理能力比较强大，语音库比较完备，系统更新以及
功能拓展比较容易，但是比较笨重，不利于机器人的小型化和复杂条件下进行工作，此外功耗大、成本高。
本次设计采用了性价比较高的数字信号处理芯片TMS320VC5509作为语音识别处理器，具有较快的处理速度，
使机器人在脱机状态下，独立完成复杂的语音信号处理和动作指令控制，FPGA系统的
1 引言引言
机器人听觉系统主要是对人的声音进行语音识别并做出判断，然后输出相应的动作指令控制头部和手臂的动作，传统的机
器人听觉系统一般是以PC机为平台对机器人进行控制，其特点是用一台计算机作为机器人的信息处理核心通过接口电路对机
器人进行控制，虽然处理能力比较强大，语音库比较完备，系统更新以及功能拓展比较容易，但是比较笨重，不利于机器人的
小型化和复杂条件下进行工作，此外功耗大、成本高。
本次设计采用了性价比较高的数字信号处理芯片TMS320VC5509作为语音识别处理器，具有较快的处理速度，使机器人在
脱机状态下，独立完成复杂的语音信号处理和动作指令控制，FPGA系统的开发降低了时序控制电路和逻辑电路在PCB板所占
的面积[1]，使机器人的"大脑"的语音处理部分微型化、低功耗。一个体积小、低功耗、高速度能完成特定范围语音识别和动作
指令的机器人系统的研制具有很大的实际意义。
2 系统硬件总体设计系统硬件总体设计
系统的硬件功能是实现语音指令的采集和步进电机的驱动控制，为系统软件提供开发和调试平台。如图1所示。
系统硬件分为语音信号的采集和播放，基于DSP的语音识别，FPGA动作指令控制、步进电机及其驱动、DSP外接闪存芯
片，JTAG口仿真调试和键盘控制几个部分。工作流程是麦克风将人的语音信号转化为模拟信号，在经过音频芯片
TLV320AIC23量化转化成数字信号输入DSP．DSP完成识别后，输出动作指令。
FPGA根据DSP输入的动作指令产生正确的正反转信号和准确的脉冲给步进电机驱动芯片，驱动芯片提供步进电机的驱动
信号，控制步进电机的转动。片外FLASH用于存储系统程序和语音库并完成系统的上电加载。JTAG口用于与PC机进行联机
在线仿真，键盘则用于参数调整和功能的切换。
3 语音识别系统设计语音识别系统设计
3．1 语音信号的特点
语音信号的频率成分主要分布在300～3400Hz之间，根据采样定理选择信号的采样率为8 kHz。语音信号的一个特点在于
他的"短时性"，有时在一个短时段呈现随机噪声的特性，而另一段表现周期信号的特性，或二者兼而有之。语音信号的特征是
随时间变化的，只有一段时间内，信号才表现稳定一致的特征，一般来说短时段可取5～50 ms，因此语音信号的处理要建立
在其"短时性"上[2]，系统将语音信号帧长设为20 ms，帧移设为10 ms，则每帧数据为160×16 b。
3．2 语音信号的采集和播放
语音采集和播放芯片采用的是TI公司生产的TLV320AIC23B，TLV320AIC23B的模数转换(ADC)和数模转换(DAC)部件高度
集成在芯片内部，芯片采用8 k采样率，单声道模拟信号输入，双声道输出。TLV320AIC23具有可编程特性，DSP可通过控制
接口来编辑该器件的控制寄存器，而且能够编译SPI，I2C两种规格的接口，TLV320AIC23B与DSP5509的电路连接如图2所
示。
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