新型语音识别电路AP7003及其应用

    摘要：介绍了新型、低成本语音识别电路AP7003的性能、引脚、指令等内容，并给出了应用电路原理图及详细的应用方法。

    关键词：语音识别 键盘控制 CPU控制 存储体

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，且最有高度的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。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，应先将目标录入芯片内。AP7003内有12狐假虎威存储体用于存储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持片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。需要时间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。

表1 AP7003引脚功能说明

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。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。

表2 AP70001指令与代码

    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_Mode1或Set R_Mode2可选择两种识别模式：Set R_Mode1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表的指令；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_Level1～Set R_Level4设置识别时要示诉匹配度，Set R_Level4要求匹配程序最高，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Stroe 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），则端口相应的引脚变为有效。如果PIM1引脚被拉底，芯片的语音识别功能被禁止。

4 AP7003-02的应用

    AP7..3-02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）。

    上电后POB1～POB4均被置成低电平。当有键按下后，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。

    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，如果连接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。

表3（a)AP7003-02键盘模式

表3（b）AP7003-02按键功能

表3（c) AP7003-02键盘阵列

    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。