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继电器等硬件组成。语音信号被麦克风收集并传送到语音芯片内部，语音芯片内部已经放置好关键词列表，收集到的语音信息与原先放好的语句进行匹配和对比，得到一个最优的结果，这个结果通过串口发送给单片机，单片机作为核心控制器可以控制红外发光二极管发出载有相应信息的的红外信号，红外一体化接收器接收后，通过解调还原出发来的信息从而去控制继电器的开或者关，从而来模拟实现智能家居系统。智能家居系统的整体设计框图如下图2-1所示。
语音 信号 LD3320 识别数据 单片机 红外发射头 红外信号 控制信息 实现相应功能 单片机 红外遥控接收头 继电器继电器 图2-1 智能家居系统设计框图
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3 智能家居系统的硬件设计
3.1 单片机模块
3.1.1 单片机的简介
单片机全称单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）， 又称(Micro Controller Unit)，是将计算机的基本部分微型化，使之集成在一块芯片上的微机，片内含CPU、RAM、ROM、并行I/O口、串行I/O口、定时器/计数器、A/D、D/A、中断系统、系统时钟及系统总线等，它本身就是一个嵌入式系统，同时也是其他嵌入式系统的核心[4]。关于其内部结构的简介如下表3-1所示。
表3-1 单片机内部结构简介
名称
微处理器（CPU）
数据存储器（RAM）
程序存储器（ROM/EPROM）
并行I/O口
串行口 定时器/计数器 中断系统 特殊功能寄存器（SFR）
简介
8位的CPU，包括了运算器和控制器 可以放数据，内存128B。最大外扩为64KB 用来放程序，最大外扩64KB。51单片机
是4KB的ROM
4个8位并行I/O口（P0、P1、P2、P3） 4种工作方式。可以与其他单片机相连，
实现更加复杂的功能
2个16位定时器/计数器。
具有5个中断源，2级中断优先权。 一共有21个。用于CPU对片内其他部分
进行管理、控制、监视。
上表介绍了单片机的内部结构，在这里值得说明的是51单片机有很多种不同的型号。区分它们主要依据存储器的配置。在这里以最简单的例子来说明，8031芯片内是没有程序存储器的，但是其他型号的芯片里有程序存储器。还有增强型的存储容量比普通型的存储容量要多至少1倍。
介绍完单片机的内部结构，现在来介绍下单片机的引脚及其功能。单片机分为可总线扩展的和不可以总线扩展的，是因为单片机本身可以满足这些系统所需要的功能，不需要外扩。
本设计中所使用的单片机采用的是双列直插式的封装结构，一共有40个引脚，本设计中没有用到单片机的所有引脚，只使用了电源端、接地端、串口输入、外部中断以及P0~P3的某些引脚。
在这里介绍下各引脚的功能，如下表3-2所示。
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表3-2 51单片机的引脚功能表
名称 P1口 (1~8脚) P2口(21~28脚)
功能简介
P1口是一个8位双向I/O口。当P1口的锁存器写入 “1”时，P1口
可作为输入端。是低8位的地址复用总线端口。
8位准双向I/O口。既可作为普通I/O口引脚。也可作为高8位地址总线。P2口与P1口的输出级结构相同，内部都有上拉电阻。整个
端口结构基本相同。
P3口是双功能静态端口。作为第一功能使用时，其功能与P1口相(10~17脚) 同。当作为第二功能使用时，又都有各自的定义。 P0口8位双向三态I/O口线。既可作为普通I/O口引脚。也可作为数据/(32~39脚) 低8位地址总线。 VCC(40) 电源电压端。 GND(20) 地端。
复位输入端。复位后，内部专用寄存器及I/O口的处置与8051
RST(9)
的情况一样。而内部的状态保持不变。
XTAL1(19) 振荡器反相放大器的输入。内部时钟发生器的输入端。 XTAL2(20) 振荡器反相放大器的输出端。
地址锁存允许，当单片机访问外部存储器时。该引脚的输入信
ALE 号ALE用于锁存P0的低8位地址。ALE输出的频率为时钟振荡频
率的1/6。
程序存储器允许。输出读外部程序存储器的选通信号。取指令
PSEN 操作周期，PSEN的频率为振荡频率的1/6；若此期间有访问外部数
据存储器的操作。则有一个机器周期中的PSEN信号将不出现。
EA=0，单片机只访问外部程序存储器。对8031此引脚必须接
EA 地。EA=1，单片机访问外部程序存储器。对内部有程序存储器的单
片机。此引脚必须接高电平。
在这里需要注意的是，P3口具有双功能，介绍下它的第二功能，以便设计者更好的利用单片机以完成本设计所需要的功能。
P3口的特殊功能如下表3-3所示。
表3-3 P3口特殊功能
口线 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5
特殊功能
RXD ( 串行口输入端 ) TXD ( 串行口输出端 ) /INT0 ( 外部中断 0) /INT1 ( 外部中断 1) T0 ( 定时器 0 外部输入 ) T1 ( 定时器 1 外部输入 )
3.1.2 单片机的外围电路
单片机的外围电路包括复位电路和时钟电路两部分。
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复位电路的作用主要是，不管单片机遇到什么样的不正常的操作，都可以实现单片机的初始化，使它从某一确定的状态重新开始运行。上电复位和开关复位都可以完成复位电路的作用，它们只是2种不同的形式。
上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。开关复位要求在电源接通的条件下，在单片机运行期间，如果发生死机，用按钮开关操作使单片机复位[4]。复位电路如图3-1所示。
RST
图3-1 RST电路
其中RST端接51单片机的第9引脚，按下复位按键以后，PC指向0000H单元、SP指向07H单元、P0口为FFH、P1口为FFH、P2口为FFH、P3口为FFH以及其他的寄存器为0。
51单片机芯片内部有一高增益反相放大器，用于构成振荡器.反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，在XTAL1、XTAL2（第19、18引脚）两端跨接一个石英晶体振荡器，和两个电容就构成了稳定自激谐振电路，晶振频率为11.0592MHz。C12，C13是两个瓷片电容，与晶振Y2构成了自激谐振电路，其电容的作用主要是对频率进行微调，一般取30-45PF左右，使用该电路可产生稳定的11.0592MHZ频率，受外界的环境的干扰影响非常小[5]。其接法如图3-2所示。
图3-2 外围时钟电路
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3.1.3 单片机的硬件电路
本设计最核心的器件是51单片机，它控制了整个系统，完成了语音信息的处理、红外信号的发射以及红外信号的接收。它的外围电路如下图3-3所示。
图3-3 51单片机外围电路
3.2 语音识别模块
3.2.1 语音芯片LD3320的介绍
LD3320芯片是一款“语音识别”专用芯片，由ICRoute 公司设计生产。该芯片集成了语音识别处理器和一些外部电路，包括AD、DA转换器、麦克风接口、声音输出接口等，本芯片不需要外接任何的辅助芯片如Flash、RAM等，直接集成在现有的产品中既可以实现语音识别、声控、人机对话功能，并且，识别的关键词语列表是可以任意动态编辑的[6]。主要的特色功能有：非特定人语音识别技术、可动态编辑的识别关键词语列表、单芯片解决方案、高精度A/D和D/A通道、高准确度和实用的语音识别效果、可自由编辑50条关键词语[7]。它的内部逻辑结构如图3-4所示。
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