thiết kế mạch điều khiển thiết bị bằng giọng nói

ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI GVHD:ĐINH QUỐC HÙNG SVTH: NGUYỄN MINH TRÍ 98ĐT344 1 BẢN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên sinh viên : NGUYỄN MINH TRÍ Lớp : 98ĐT3 Mã số sinh viên : 98ĐT344 Ngành : Điện tử – Viễn Thông Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI Nhận xét của giáo viên hướng dẫn: Ngày tháng năm 2003 Giáo viên hướng dẫn ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI GVHD:ĐINH QUỐC HÙNG SVTH: NGUYỄN MINH TRÍ 98ĐT344 2 BẢN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên sinh viên : NGUYỄN MINH TRÍ Lớp : 98ĐT3 Mã số sinh viên : 98ĐT344 Ngành : Điện tử –Viễn Thông Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI Nhận xét của giáo viên phản biện: Ngày tháng năm 2003 Giáo viên phản biện ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI GVHD:ĐINH QUỐC HÙNG SVTH: NGUYỄN MINH TRÍ 98ĐT344 3 BẢN NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG GIÁM KHẢO Họ và tên sinh viên : NGUYỄN MINH TRÍ Lớp : 98ĐT3 Mã số sinh viên : 98ĐT344 Ngành : Điện tử –Viễn Thông Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI Nhận xét của hội đồng giám khảo: Ngày tháng năm 2003 Hội đồng giám khảo ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI GVHD:ĐINH QUỐC HÙNG SVTH: NGUYỄN MINH TRÍ 98ĐT344 4 LỜI MỞ ĐẦU 1 .GIỚI THIỆU: Sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngày càng nhanh góp phần nâng cao năng suất lao động. Đặt biệt sự ra đời và phát triển các công nghệ mới nhằm tạo ra sự tự động hóa , sự tiện lợi trong xã hội cũng như trong công nghiệp . Đối với các nước ngoài thì việc điều khiển bằng giọng nói đã được nghiên cứu và chế tạo để ứng dụng vào đời sống và sản suấtû cũng chỉ mới ra đời vài năm trở lại đây. Như ở MỸ đã được ứng dụng để điều khiển robotcam trong y khoa. Riêng ở nước ta lónh vực này còn khá mới mẽ. Do đó chúng ta cần có sự đầu tư để nghiên cứu theo kòp công nghệ mới này để phục vụ trực tiếp cho công việc giảng dạy tại trường nhằm giúp cho sinh viên hiểu rỏ hơn về lý thuyết , tạo điều kiện cho việc dạy và học được áp sát kỹ thuật mới . Bức xúc trước nhu cầu tìm hiểu về điều khiển bằng giọng nói từ chính bản thân và của những người yêu thích về lónh vực này, tôi đã bắt tay vào việc thực hiện nghiên cứu đề tài: “THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI ”. 2 . TẦM QUAN TRỌNG : Ở Việt Nam nói chung việc ứng dụng công nghệ mới còn chậm phát triển, việc đưa công nghệ mới vào đời sống , sản xuất gặp nhiều khó khăn . Tận dụng những ic đã nhập sẵn và ic chuyên dụng do nước ngòai sản suất để thiết kế thành sản phẩm cụ thể trước hết là ứng dụng làm phương tiện giảng dạy trong trường học và từ đó phát triển cao hơn để ứng dụng vào trong các nghành sẽ là hướng đi . Đề tài : “THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI ” không nằm ngoài nhận đònh trên. Điều quan trọng hơn hết là các vấn đề liên quan đến đề tài , nguyên lý hoạt động của mạch và phần lý thuyết về phân tích phổ của giọng nói sẽ được giới thiệu trong đề tài này. Nó sẽ là nguồn thông tin hữu ích cho những ai muốn tìm hiểu về lónh vực này. 3 .GIỚI HẠN THIẾT KẾ: Do việc điều khiển bằng giọng nói còn nhiều mới mẽ và có rất ít thông tin nói về nó phải làm đề tài trong điều kiện: ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI GVHD:ĐINH QUỐC HÙNG SVTH: NGUYỄN MINH TRÍ 98ĐT344 5  Mạch chưa thể ứng dụng rộng rãi do chưa chính xác cao • Thời gian thực hiện đề tài chỉ trong 12 tuần • Kinh nghiệm thực tế chưa có nhiều • Tài liệu về IC chuyên dụng HM2007 còn hiếm Vì vậy em đã thực hiện nghiên cứu đề tài với những đặc điểm chính sau đây: • Nguyên lý hoạt động của HM2007 • Thiết kế mạch cho HM2007 • Phối hợp 8951 và hm2007 để thiết kế mạch điều khiển thiết bò . 4 . MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Thực hiện đề tài “THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI” là một công việc để người thực hiện đề tài nghiên cứu kỹ khái niệm về giọng nói, nguyên lý làm việc của IC chuyên dụng cũng như một phần tập lệnh của vi xử lí. Sản phẩm của đề tài trước hết có thể được ứng dụng vào phương tiện giảng dạy tại trường , và nếu được phát triển rộng, đi sâu hơn thì có thể ứng dụng vào trong thực tế sản xuất công nghiệp ,và đặc biệt cung cấp một cái nhìn tổng quát về xử lý bằng giọng nói. ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI GVHD:ĐINH QUỐC HÙNG SVTH: NGUYỄN MINH TRÍ 98ĐT344 6 PHẦN A: ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI GVHD:ĐINH QUỐC HÙNG SVTH: NGUYỄN MINH TRÍ 98ĐT344 7 CHƯƠNG I: KHẢO SÁT IC HM 2007 I/ Tổng quát về HM2007 : HM2007 là một mạch LSI tích hợp nhận biết giọng nói đơn chip CMOS với chip tương tự , điều chế phổ âm , xử lý giọng nói và bộ phận điều khiển các chức năng . Một hệ thống nhận biết giọng nói được 40 từ bao gồm một micrô , bàn phím số , ram 64k và vài bộ phận khác . Để kết nối với bộ vi xử lý , thì nó cũng đựoc xây dựng từ đây . II/ Đặt tính : -IC nhận biết âm thanh đơn chip CMOS- LSI -Hệ thống phát hiện âm -Ram ngoại 64K được nối trực tiếp -Chip có thể nhận biết tối đa 40 từ -Thời gian tối đa mỗi từ 1,92s -Được gắn trực tiếp với một micrô -Có 2 chế độ sử dụng : chế độ thường và chế độ giao tiếp bộ xử lý -Thời gian trễ ;chưa đến 300ms -Nguồn đơn 5VDC -Có 2 lọai : 48 chân PDIP và 52 chân PLCC ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI GVHD:ĐINH QUỐC HÙNG SVTH: NGUYỄN MINH TRÍ 98ĐT344 8 III/ Chức năng các chân : PDIP PLCC I/O Vref 44 48 I Điện áp vào cho mạch ADC . bên trong . Cấp nguồn cho bộ biến . đổitngtự sang số . LINE 45 49 O Chỉ dùng để kiểm tra MICIN 46 50 I Chân nối với micrô.Micrô được gắn vào kèm theo tụ và điện trở Vdd 47 51 Chân cấp nguồn dương AGND 48 52 Mát tương tự GND 1 1 Cấp nguồn âm X2,X1 2,3 2,3 I Chân nối vào thạch anh .Dùng thạch anh 3.58MHz nối vào chân này S1,S2,S3 4,5,6 4,5,6 I/O Chân quét bàn phím ở chế độ thường . và là chân đọc / ghi ở chế độ xử lý RDY 7 8 O Thông báo tín hiệu âm thanh ngõ vào . đã sẵn sàng . Tích cực mức thấp . Khi HM2007 đã sẵn sàng nhận âm . vào cho cài đặt hay nhận biết sẽ có . một tín hiệu mức thấp gửi đi .Nếu IC . bận thì gửi tín hiệu mức cao K1,K2 8-11 9-12 I/O Chân ngõ vào bàn phím ở chế độ . thường và làbus dữ liệu nhò phân ở . chế độ CPU . Trong chế độ thường nó . được nối vơi s1-s3 tạo nên ma trận . bàn phím .Có tối đa 12 phím .Ở chế . độ CPU bus dữ liệu được điều khiển . trực tiếp bởi S2 và S3 .Một tín hiệu . mức cao ở S2 sẽ đưa nội dung thanh . ghi bên trong ra bus dữ liệu . Dữ liệu đến từ thanh ghi trạng thái . hay ngõ ra bộ đệm là do chọn bởi S1 ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI GVHD:ĐINH QUỐC HÙNG SVTH: NGUYỄN MINH TRÍ 98ĐT344 9 . Nếu S1 mức cao tức ngõ ra bộ đệm . được chọn , ngược lại thanh ghi trạng . thái được chọn . Tín hiệu mưc cao ở . chân S3 thì đưa nội dung Kbus vào . ngõ vào thanh ghi . Chú ý người sử dụng có thể không đưa tín hiệu vào . S2 và S3 . TEST 12 13 I H: chế độ kiểm tra , L:chế độ thường WLEN 13 14 I Chân chọn độ dài cho từ . Để chọn - nhận biết một âm dài . Khi ở mức cao - , chọn từ dài 1.92s .Còn keo xuống - mức thấp thì chọn từ 0.9s .Chú ý khi - chọn từ 1.92s thì chỉ cài được tối đa - 20 từ ứng với bộ nhớ 8k-byte CPUM 14 15 I Chân chọn chế độ giao tiếp vi xử lý Mức thấp chọn chế độ thường .Mức . cao chọn chế độ CPU WAIT 15 16 I Ngõ vào điều khiển chờ .Tích cực mức . thấp .Khi chân này mức thấp và đang . ở chế độ thường HM2007 sẽ đưa vào . trạng thái đợi và không nhận bất kì . âm vào nào cho đến khi chân này lên . mức cao.Trong chế độ CPU , lúc . HM2007 sẵn sàng nhận âm mà chân . này ở mức thấp , nó sẽ không xử lý âm vào và đợi lệnh xử lý đưa vào DEN 16 17 O Tính hiệu cho phép chọn phần dữ liệu . Khi việc nhận biết hay cài đặt được xử . lý xong chip sẻ cho tính hiệu ra chân . này để cho dữ liệu D0—D7 được chốt . lại trên Ic 74373 . SA0,SA1 17,24 18,19 O là đường đòa chỉ cho bộ nhớ ngoài SA2 –SA7 21-26 O là đường được dùng như đường đòa chỉ SA8 –SA11 27-31 29-32 của bộ nhớ ngoài khi chân ME tích . cực SA12 34 Vdd 25 27 Chân cấp nguồn dương ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI GVHD:ĐINH QUỐC HÙNG SVTH: NGUYỄN MINH TRÍ 98ĐT344 10 GND 26 28 Cấp mass NC 32,33 35,36,7,20,33,46 ME 34 37 O Chân chọn bộ nhớ .Tích cực mức thấp . Chân này sẽ gửi tính hiệu chọn bộ nhớ . ngoài SRAM .Chân này có thể nối . trực tiếp với chân CE của SRAM 6264 MR/MW 35 38 O Chân chọn ghi / đọc cho bộ nhớ . ngoài .Nó đưa tín hiệu điều khiển cho . RAM ghi vào / đọc ra .Chân này có . thể nối trực tiếp với chân R/W của . RAM 6264 D0-D6 36-42 39-45 I/O Đường dữ liệu cho bộ nhớ ngoài . D7 43 47 (D-Bus). Bus được dùng như bus I/O . của ram ngoại khi chân ME tích cực . và là bus ngõ vào cho bộ chốt dữ liệu . khi chân DEN tích cực IV / Khảo sát hai chức năng làm việc : HM2007 cung cấp cho chúng ta 2 chức năng hoạt động A ) Chế độ thường : Ở chế độ này , có một bàn phím số , một SRAM và vài bộ phận khác được nối với HM2007 tạo nên một hệ thống nhận biết giọng nói đơn giản . Loại SRAM được dùng là bộ nhớ 8K-byte. a ) Cấp nguồn : Khi cấp nguồn cho HM2007 việc sử lý sẽ bắt đầu .Nếu chân WAIT mức “L” ,HM2007 sẽ kiểm tra xem bộ nhớ ngoài 8K đã hoàn chỉnh hay chưa . Nếu chân WAIT mức “H” , HM2007 sẽ bỏ qua việc kiểm tra bộ nhớ . Sau đó xử lý dữ liệu khác , HM 2007 sang hoạt động ở chế độ nhận biết giọng nói . [...]... QUỐC HÙNG 17 ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI SVTH: NGUYỄN MINH TRÍ 98ĐT344 GVHD:ĐINH QUỐC HÙNG 18 ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI SVTH: NGUYỄN MINH TRÍ 98ĐT344 GVHD:ĐINH QUỐC HÙNG 19 ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI SVTH: NGUYỄN MINH TRÍ 98ĐT344 GVHD:ĐINH QUỐC HÙNG 20 ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI SVTH: NGUYỄN MINH TRÍ 98ĐT344 GVHD:ĐINH QUỐC HÙNG 21 ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI SVTH:... QUỐC HÙNG 21 ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI SVTH: NGUYỄN MINH TRÍ 98ĐT344 GVHD:ĐINH QUỐC HÙNG 22 ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI SVTH: NGUYỄN MINH TRÍ 98ĐT344 GVHD:ĐINH QUỐC HÙNG 23 ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI SVTH: NGUYỄN MINH TRÍ 98ĐT344 GVHD:ĐINH QUỐC HÙNG 24 ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI GVHD:ĐINH QUỐC HÙNG ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS Items Sym Supply Voltage Input Voltage Operating... tRS tME 240 520 280 560 ns ns 98ĐT344 Typ Unit 25 ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI Memory Write Signal Width Address Setup Time To Memory Enable Memory Enable to Data To Writing Starting Data Write Period SVTH: NGUYỄN MINH TRÍ GVHD:ĐINH QUỐC HÙNG tMW 1080 1120 tAS 240 280 ns tWS tDW 240 240 280 280 ns ns 98ĐT344 ns 26 ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI GVHD:ĐINH QUỐC HÙNG Chương II : KHÁI NIỆM VỀ...ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI GVHD:ĐINH QUỐC HÙNG b )Nhận biết giọng nói : i/ Chân WAIT mức “H” Trong chế độ này, chân RDY được đưa xuống mứ thấp và HM2007 sẵn sàng nhận âm vào để kiểm tra giọng nói Khi âm thanh giọng nói ra được phát hiện , chân RDY sẽ trở về mức “H” và HM2007 bắt đầu đầu việc xử lý âm đã... NGUYỄN MINH TRÍ 98ĐT344 12 ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI GVHD:ĐINH QUỐC HÙNG B) Chế độ điều khiển bởi vi xử ly ùngoài (CPU): Ở chế độ CPU cung cấp cho chúng ta nhiều chức năng : nhận dạng âm , cài âm vào , báo kết quả , cấp cho dữ liệu , nhận dữ liệu , reset và sẽ được mô tả sau đây trong mode này , K-bus được dùng như một bus dữ liệu nhò phân trực tiếp giữa bộ điều khiển ngoài và HM2007 và từ... hoạt động trình bày trong hình 1 iii ) Kết quả : Sau khi nhận biết âm , kết quả nhận biết được đưa vào trong SVTH: NGUYỄN MINH TRÍ 98ĐT344 14 ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI GVHD:ĐINH QUỐC HÙNG bộ đệm thiết bò ngoài có thể gửi lệnh RESULT dạng cơ số 10 để lấy kết quả nhận biết Khi dữ liệu trong bộ đệm đã được đọc trạng thái hoạt động sẽ trở về 10 và đợi lệnh kế Khi lệnh RESULT được gửi , việc đọc... đọc data từ thiết bò ngoài Dữ liệu của hai từ đầu chỉ đònh vò trí và theo sau là dữ liệu được chia theo nhiều frame Hình 5 trình bày lưu đồ điều khiển xử lý việc DOWLOAD vii ) Khởi động lại : Khi lệnh RESET được đưa vào HM2007 chip sẽ xoá tất cả những khung nhớ trong bộ nhớ Hình 6 trình bày lưu đồ điều khiển khởi động lại SVTH: NGUYỄN MINH TRÍ 98ĐT344 16 ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI SVTH:... 4 bit cao sau ) , và sau đó data của khung này d0ược chia bởi nhiều frame , mỗi frame gồm 8từ (mỗi từ 4 bit) SVTH: NGUYỄN MINH TRÍ 98ĐT344 15 ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI GVHD:ĐINH QUỐC HÙNG Hình 4 trình bày lưu đồ điều khiển xử lý cất data Chú ý khi mà thiết bò ngoài nhận được data bởi HM2007 , người sử dụng cần có một khoảng trống để save chúng , nếu không data sẽ bò mất và lệnh này không được... của các xung riêng lẻ được biểu diễn ở mã nhò phân Quá trình được thực hiện theo sơ đồ khối sau : SVTH: NGUYỄN MINH TRÍ 98ĐT344 29 ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI GVHD:ĐINH QUỐC HÙNG III / Điều chế xung biên : Mở đầu cho kỹ thuật điều chế xung mã (PCM) là phương pháp điều chế xung biên PAM , với sự hổ trợ của phương pháp này , tín hiệu âm tần mang đặt tính liên tục về thời gian và giá trò được biến... số bao gồm tập hợp các thành phần tần số là bội của tần số lấy mẫu Cũng giống như quá trìng điều chế biên độ , quá trình khôi phục tín hiệu audio tương tự (giải điều chế ) được thực hiện nhờ bộ lọc thông thấp Khôi phục tín hiệu audio tương tự SVTH: NGUYỄN MINH TRÍ 98ĐT344 32 ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI GVHD:ĐINH QUỐC HÙNG Nếu fmax là tần số cực đại của phổ tín hiệu tương tự và fs là tần số . • Thiết kế mạch cho HM2007 • Phối hợp 8951 và hm2007 để thiết kế mạch điều khiển thiết bò . 4 . MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Thực hiện đề tài “THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI”. tài: ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI Nhận xét của giáo viên phản biện: Ngày tháng năm 2003 Giáo viên phản biện ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI GVHD:ĐINH. tài: ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI Nhận xét của hội đồng giám khảo: Ngày tháng năm 2003 Hội đồng giám khảo ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI GVHD:ĐINH