語(yǔ)音識(shí)別電路AP7003的性能、引腳功能及應(yīng)用介紹

1 AP7003簡(jiǎn)介

AP7003是一款新型、低成本語(yǔ)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(yǔ)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(zhǎng)，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)，且具有高度的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(zhǎng)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(shuō)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)詞錄入芯片內(nèi)。AP7003內(nèi)有12個(gè)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(zhǎng)的字詞，可通過(guò)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(yǔ)音可通過(guò)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)字特征信號(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(yǔ)音與事先已錄入存儲(chǔ)體的目標(biāo)詞語(yǔ)音相比較，如果有語(yǔ)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)可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1AP7003引腳功能說(shuō)明

引腳號(hào)引腳名稱功能說(shuō)明

1PORES清除A輸出口（POA）輸出狀態(tài)，高有效

2GNDD數(shù)字地

3LED1驅(qū)動(dòng)LED，低有效，可編程用于指示語(yǔ)音錄音的狀態(tài)

4LED2驅(qū)動(dòng)LED，低有效，可編程用于指示語(yǔ)音識(shí)別的結(jié)果

8～5POB1～POB4Ｂ輸出口，可編程用于鍵盤驅(qū)動(dòng)識(shí)別的結(jié)果

12～9PIT1～PIT4低脈沖觸發(fā)輸入，內(nèi)部有上拉電阻，可編程用于鍵盤輸入

13VDDD數(shù)字電源

14CAPV通過(guò)電容接地，對(duì)內(nèi)部電壓進(jìn)行濾波

15OSC1振蕩頻率控制，通過(guò)56KΩ電阻接地

17、18PIM1、PIM2普通輸入引腳，可編程用于芯片工作模式控制：PIM1＝1時(shí)，芯片具有識(shí)別功能；PIM2＝1時(shí)，A端口可以輸出。反之不能 進(jìn)行識(shí)別或A端口不能輸出

19TEST測(cè)試端，芯片出廠時(shí)測(cè)試用

20POSL對(duì)A輸出口有效電平進(jìn)行選擇：高時(shí)A口高有效；低時(shí)A口低有效

21GNDA模擬地涑隹謨行У縉澆

22TREF語(yǔ)音輸入門限控制端

23A2OUT第二級(jí)放大器輸出端

24A1IN第一級(jí)放大器負(fù)輸入端

26A1OUT第一級(jí)放大器輸出端

27MICP電子麥克風(fēng)電源供應(yīng)端

28VDDA模擬電源

29～40POA1～POA12A輸出口，可編程用于語(yǔ)音錄入/語(yǔ)音識(shí)別對(duì)的存儲(chǔ)體指示

16、25NC未用引腳

3 AP7003-01的應(yīng)用

AP7003-01可通過(guò)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。

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(guò)指令Set R_Model或Set R_Mode2可選擇兩種識(shí)別模式：Set R_Model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)以等待新的指令；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(yǔ)音錄入狀態(tài)。

進(jìn)入語(yǔ)音識(shí)別狀態(tài)前必須通過(guò)指令Set R_Levell～Set R_Level4設(shè)置識(shí)別時(shí)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(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(yǔ)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(gè)Done代碼。芯片每次執(zhí)行完語(yǔ)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(yǔ)音匹配時(shí)，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?。如果PIM1引腳被拉低，芯片的語(yǔ)音識(shí)別功能被禁止。

4 AP7003-02的應(yīng)用

AP7003-02可以單獨(dú)使用，無(wú)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(jiàn)表3（a）、（b）。

表3（a） AP7003-02鍵盤模式

Modey8Key

PIM1＝012Key

PIM1＝1

Key NO.

1Store WordStore Word1

2Word UpStore Word2

3Word DownStore Word3

4Set R_Level1Store Word4

5Set R_Level2Store Word5

6Set R_Level3Store Word6

7Clear OutputStore Word7

8Shut DownStore Word8

9N.A.Set R_Level1

10N.A.Set R_Level2

11N.A.Clear Output

12N.A.Shut Down

PIT3Ｓｔｏｒｅ ＷｏｒｄN.A.

PIT4Ｃｌｅａｒ ＷｏｒｄClear

表3 b AP7003-2按鍵功能

鍵名功 能 說(shuō) 明

Clear Word清除12個(gè)存儲(chǔ)體內(nèi)容，之后進(jìn)入存儲(chǔ)目標(biāo)詞1（Store Word1）狀態(tài)

Store Word選擇當(dāng)前存儲(chǔ)體以存儲(chǔ)錄入的語(yǔ)音??？/td》

Store Word1～8選擇12個(gè)存儲(chǔ)體中的一個(gè)以存儲(chǔ)錄入的語(yǔ)音

Wor Up選擇后一個(gè)存儲(chǔ)體以存儲(chǔ)錄入的語(yǔ)音；存儲(chǔ)體12的“后一個(gè)”是存儲(chǔ)體1

Word Down選擇前一個(gè)存儲(chǔ)體以存儲(chǔ)錄入的語(yǔ)音；存儲(chǔ)體1的“前一個(gè)”仍是存儲(chǔ)體1

et R_Level1～3設(shè)置語(yǔ)音識(shí)別的匹配度，之后進(jìn)入語(yǔ)音識(shí)別初始狀態(tài)

Clear Output清除POA1～POA12和LED2狀態(tài)，之后進(jìn)入語(yǔ)音識(shí)別初始狀態(tài)

Shut Down將芯片轉(zhuǎn)入省電模式

上電后POB1～POB4均被置成低電平。當(dāng)有鍵按下時(shí)，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。

表3（c）AP7003-02鍵盤陣列

POB1POB2POB3POB4

PIT1KEY1KEY2KEY3KEY4

PIT2KEY5KEY6KEY7KEY8

PIT3KEY9KEY10KEY11KEY12

上電后12個(gè)存儲(chǔ)體在錄入目標(biāo)詞之前必須首先清空。開始錄入目標(biāo)詞時(shí)LED1及POA1～POA12之一（與所選擇的存儲(chǔ)體相對(duì)應(yīng)的一個(gè)）有效，目標(biāo)詞錄入到存儲(chǔ)體后芯片進(jìn)入識(shí)別模式。

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(méi)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)，如果連續(xù)8分鐘沒(méi)有語(yǔ)音輸入芯片，將自動(dòng)進(jìn)入省電模式。

5 應(yīng)注意的問(wèn)題

1、語(yǔ)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(yǔ)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(yǔ)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(guò)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(guò)一個(gè)二極管給AP7003供電，以保證系統(tǒng)長(zhǎng)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(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(yǔ)音識(shí)別芯片。