新型语音识别电路AP7003及其应用

1 AP7003简介

AP7003是一款新型、低成本语音识别专用集成电路，内置有麦克风放大器、A/D转换器、语音处理器和I/O控制器，经预处理后可识别12组不同的字词，每组1.5秒时长，可连词或单词识别。AP7003包括AP7003-01(由CPU串行控制)和AP7003-02(由按键直接控制)两种型号，且具有高度的I/O可编程性，使用简单方便，可广泛应用于玩具、识别转控、自动答录等领域。

AP7003的功能框图如图1所示。

http://www.eechina.com/image_c/2010062216201282.jpg其主要特性如下：

· 内置麦克风放大器?
· 内置A/D转换器；
· DIP40双列直插式封装；
· 识别12组1.5秒时长字词；
· I/O口具有2个普通输入、4个触发输入、2个输出口(分别有4个和12个输出)、2个LED驱动；
· 指令优化以方便用户使用；
· 2.4V～4.5V工作电压，且具备低功耗模式。

2 AP7003功能说明

AP7003具有两种工作模式，即录音模式和识别模式。在使用识别模式之前，应先将目标词录入芯片内。AP7003内有12个存储体用于存储12组不同的字句，每个存储体可存储1.5秒时长的字词，可通过键盘或按程序编制的顺序选择存储体录入及存放目标词。语音可通过外部麦克风或其它媒体录入芯片内，经内部处理后以不同的数字特征信号保存于存储体中。

目标词录入芯片内后即可将工作模式转换到识别模式，工作时芯片将当前语音与事先已录入存储体的目标词语音相比较，如果有语音特征相匹配，则在芯片的相应输出端口输出高电平或低电平。需要时可以将芯片编程为省电模式以节省电能，当有按键信号时芯片将被唤醒。
AP7003采用DIP40封装，引脚功能如表1所示，其典型应用电路如图2所示。

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表1　AP7003引脚功能说明引脚号 引脚名称 功能说明1PORES清除A输出口（POA）输出状态，高有效2GNDD数字地3LED1驱动LED，低有效，可编程用于指示语音录音的状态4LED2驱动LED，低有效，可编程用于指示语音识别的结果8～5POB1～POB4Ｂ输出口，可编程用于键盘驱动识别的结果12～9PIT1～PIT4低脉冲触发输入，内部有上拉电阻，可编程用于键盘输入13VDDD数字电源14CAPV通过电容接地，对内部电压进行滤波15OSC1振荡频率控制，通过56KΩ电阻接地17、18PIM1、PIM2普通输入引脚，可编程用于芯片工作模式控制：PIM1＝1时，芯片具有识别功能；PIM2＝1时，A端口可以输出。反之不能 进行识别或A端口不能输出19TEST测试端，芯片出厂时测试用20POSL对A输出口有效电平进行选择：高时A口高有效；低时A口低有效21GNDA模拟地涑隹谟行У缙浇?22TREF语音输入门限控制端23A2OUT第二级放大器输出端24A1IN第一级放大器负输入端26A1OUT第一级放大器输出端27MICP电子麦克风电源供应端28VDDA模拟电源29～40POA1～POA12A输出口，可编程用于语音录入/语音识别对的存储体指示16、25NC未用引脚
3 AP7003-01的应用

AP7003-01可通过串行口与微控制器连接，应用图如图3所示.

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AP7003-01共有22个输入指令和15个输出指令，如表2所示。AP7003-01工作时序及时间定义如图4所示。

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系统上电后必须先给AP7003-01发清除指令Clear Word以清除12个存储体内的内容，然后发出一个存储指令(Store Word1～Store Word12之一)将目标词录入芯片相应的存储体内。当LED1有效时?表示芯片准备好录入目标词。通过指令Set R_Model或Set R_Mode2可选择两种识别模式：Set R_Model为单词识别模式，该模式下识别操作完成后?芯片进入省电状态以等待新的指令；Set R_Mode2为连词识别模式，该模式下识别操作完成后芯片返回语音录入状态。

进入语音识别状态前必须通过指令Set R_Levell～Set R_Level4设置识别时要求的匹配度，Set R_Level4要求匹配程度最高，而Set R_Level1最低，可以根据经验设定为中间某一个值。跟在一个Store Word1～12指令之后的Store Flag指令将前面录入的语音存入指定的存储体以作为目标词。Clear Outputs指令用于清除A端口输出状态(POA1～POA12)。Shut Down指令将芯片转入关闭模式以节省电能。
当数据格式或时序出现在串行数据(SERIAL DATA)输入口PIT3、PIT2、PIT1时，芯片将发送错误代码到串行数据输出口POB4，同时将数据、时钟发送到串行数据输出口POB2、POB3。

指令Store Word1～12、Store Flag、Clear Word、Set R_Level1～4和Clear Outputs执行完成后芯片将输出一个Done代码。芯片每次执行完语音识别后，输出一个匹配指示代码(Match Word1～Match Word12或NO Match)。当有一个语音匹配时，LED2有效，如果PIM2被拉高(端口A使能)，则A端口相应的引脚变为有效。如果PIM1引脚被拉低，芯片的语音识别功能被禁止。

4 AP7003-02的应用

AP7003-02可以单独使用，无需控制器，适合于用键盘直接控制。芯片有8键控制和12键控制两种键盘操作模式，如图5所示。各键及其功能见表3(a)、(b)。

表3(a) AP7003-02键盘模式Modey8Key
PIM1＝0　12Key
PIM1＝1　Key NO.1Store WordStore Word12Word UpStore Word23Word DownStore Word34Set R_Level1Store Word45Set R_Level2Store Word56Set R_Level3?Store Word67Clear OutputStore Word78Shut DownStore Word89N.A.Set R_Level110N.A.Set R_Level211N.A.Clear Output12N.A.Shut DownPIT3Ｓｔｏｒｅ ＷｏｒｄN.A.PIT4Ｃｌｅａｒ ＷｏｒｄClear
表3 b AP7003-2按键功能键　名功 能 说 明Clear Word清除12个存储体内容，之后进入存储目标词1(Store Word1)状态Store Word选择当前存储体以存储录入的语音!?/td> Store Word1～8选择12个存储体中的一个以存储录入的语音Wor Up选择后一个存储体以存储录入的语音；存储体12的“后一个”是存储体1Word Down选择前一个存储体以存储录入的语音；存储体1的“前一个”仍是存储体1et R_Level1～3设置语音识别的匹配度，之后进入语音识别初始状态Clear Output清除POA1～POA12和LED2状态，之后进入语音识别初始状态Shut Down将芯片转入省电模式
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上电后POB1～POB4均被置成低电平。当有键按下时，芯片按POB1→POB2→POB3→POB4的顺序依次发出键盘扫描信号，扫描信号为16ms低脉冲加64ms间隔，且循环进行，按键信号从PIT1～PIT4输入芯片。键盘阵列如表3(c)所示。

表3(c)AP7003-02键盘阵列POB1POB2POB3POB4PIT1KEY1KEY2KEY3KEY4PIT2KEY5KEY6KEY7KEY8PIT3KEY9KEY10KEY11KEY12
上电后12个存储体在录入目标词之前必须首先清空。开始录入目标词时LED1及POA1～POA12之一(与所选择的存储体相对应的一个)有效，目标词录入到存储体后芯片进入识别模式。

在识别模式初始状态，只有LED1是有效的。识别完成后，如果没有词相匹配，LED1闪烁3秒钟后回到识别模式初始状态；如果有词相匹配，LED2有效，与匹配词所在存储体相对应的POA输出端口也有效。如果芯片被设置成自动模式(PIM2＝0)，则LED2及POA的输出将在3分钟后被清除，之后回到识别模式初始状态。当PIM2＝0时，如果连续8分钟没有语音输入芯片，将自动进入省电模式。


5 应注意的问题

?1　语音识别电路对外部麦克风(MIC)的分贝值有一定的要求。使用经验表明，本语音识别电路中选用56dB的麦克风可达到最佳效果。
?2　语音识别前设置的匹配度是一个影响识别率高低的重要因素，在实验过程中需要根据使用环境、使用要求等情况多次实验才能确定最佳值。
?3　AP7003的工作电压为2.4V～4.5V。对于3V的应用系统，可直接使用；如果您的应用系统是5V工作电压，建议通过一个二极管给AP7003供电，以保证系统长期稳定可靠地工作，也有利于降低系统功耗。

应用表明，AP7003使用简单方便，具有较高的识别率，一般可达80%以上，是一款较好的语音识别芯片。