语音识别是近年来十分活跃的研究领域，语音识别系统的实用化研究是其中一个主要方向。以玩具市场为例，具有高科技含量的电子玩具、智能玩具发展迅猛，电子互动式、智能化玩具已成为玩具行业发展的主流；我国是玩具生产和出口大国，但在高科技玩具的发展方面与国外差距较大，因此广泛开展这方面的研究，无论对技术创新应用还是社会经济发展都具有现实意义。语音识别技术就是让机器通过识别和理解过程把语音信号转变为相应的文本或命令，它大大增加了玩具使用的乐趣，并使玩具体现出一定的智能性，因此成为大部分电子玩具和智能玩具设计中使用的关键技术。本文介绍一套语音识别控制家用电器系统的电路设计。

一、语音输出电路

语音输出电路如图 1 所示，其中 VDDH 为参考电压，VSS 是系统的模拟地。音频信号由 SPCE061A 的 DAC 引脚输出送到电路的 J4 端，通过音量电位器 R9 的调节端送到集成音频功率放大器 SPY0030，经放大后由 J2 端口外接扬声器播放声音。SPCE061A 内置 2 路 10 位精度的 DAC，只需外接功放电路即可完成语音播放。图中 SPY0030 是凌阳公司的一款音频放大芯片，可工作在 2.4～6 V 范围内，最大输出功率可达 700 mW，其放大倍数固定为 20 倍。J5 是两针插针形式的语音输出接口，用于外接喇叭。

图 1　语音输出电路

SPY0030 内部为音频功率放大器。声音是不同振幅、不同频率的波，即交流信号电流；三极管的集电极电流始终是基极电流的 β 倍（β 为三极管的交流放大倍数）。利用这一特性，若将小信号注入基极，集电极电流即为基极电流的 β 倍，再用隔直电容把该信号取出，便得到电流（或电压）为原来 β 倍的大信号，这就是三极管的放大作用；经过电流与电压的共同放大，即完成功率放大。R14 为可调电阻，调节其阻值即改变了基极的输入信号，最终影响语音输出音量的大小。

二、语音输入电路

语音输入电路如图 2 所示，其中 VMC 提供传声器电源，AVSS1 是系统的模拟地，VCM 为参考电压；1 脚和 2 脚分别是传声器 X1 正极、负极的输入引脚，连接 SPCE061A 的 MICP、MICN 管脚。对着传声器讲话时，1 脚和 2 脚将随传声器输入的声音产生变化的波形，并在 SPCE061A 的两个端口处形成两路反相的波形，送到芯片内部的运算放大器进行音频放大；放大后的音频信号经 ADC 转换为数字量，保存到相应的寄存器中。

图 2　语音输入电路

SPCE061A 的 A/D 转换器有 8 个通道，其中一路为 MIC 输入，专门用于语音信号采样。语音信号经麦克风转换成电信号后输入芯片内部的前置放大器。由于说话时麦克风与嘴边的距离不同，语音信号能量差异很大，输入信号过大或过小都会影响识别精度，而 SPCE061A 内部带有自动增益控制电路（AGC），能随时跟踪、监视前置放大器输出的音频信号电平：输入信号增大时 AGC 自动减小放大器增益，输入信号减小时 AGC 自动增大放大器增益，从而补偿过大或过小的信号，使进入 A/D 转换器的信号保持在最佳电平，并把削波减至最小。由于芯片已集成音频输入专用 ADC 和 AGC 放大电路，片外电路比较简单。

三、SPR4096 外扩 Flash 模块

系统在训练、识别和操作过程中需要播放一些语音提示，而 SPCE061A 内部只有 32K 字的 Flash 空间，除一部分用于存储程序外，剩余空间远不足以存储语音数据，因此系统外扩了 Flash 存储器。SPR4096 与 SPCE061A 的连接方式为：SCK 接 SPCE061A 的 IOB0，SDA 接 IOB1，如图 3 所示。

图 3　SPR4096 外扩 Flash 电路

SPR4096 按串行接口模式工作，需把 CF2～CF0 均接高电平；CF7 为低电平时选中 Flash，高电平时选中 SRAM。SPR4096 是一款高性能的 4 Mbit（512K×8 bit）Flash，分为 256 个扇区，每个扇区 2 KB，并内置一个 4K×8 bit 的 SRAM；在进行 Flash 编程／擦除时可以并发执行 SRAM 的读／写。该芯片内置总线存储器接口和串行接口，允许单片机通过 8 bit 并行模式或 1 bit 串行模式访问 Flash／SRAM 存储区，串行接口的工作频率可达 5 MHz。

SPR4096 有两个电源输入端 VDDI 和 VDDQ：VDDI 为内部 Flash 和控制逻辑供电，VDDQ 专门为 I/O 供电，供电电压范围为 2.25～3.6 V。其最大读电流为 2 mA，最大编程／擦除电流为 6 mA。选择串行接口时，SCLK 作为时钟信号线，SDA 作为 1 bit 数据线；如果接收到 Flash 读指令或 SRAM 读／写指令，串口会把这些指令传给编程与擦除控制器，由其完成相应操作。串行接口模式的选中通过 CF2～CF0 实现：当 CF2～CF0 均接高电平时选中的即为串行接口模式，在该模式下 CF7 为低电平选中 Flash，高电平选中 SRAM。该芯片支持 SIF（串行接口）和 BMI（总线存储器接口）两种工作方式，但 DIP24 封装只支持 SIF 方式。