基于MSP430单片机的语音无线控制步进电机系统的设计

摘 要：步进电机在不少的场合都具有实际的应用价值，针对方便用户控制体验的需求，设计基于微处理器msp430G2553单片机语音控制的步进电机系统。系统采用LD3320作为语音识别芯片，MSP430G2553作为微处理，通过2.4G（NRF24L01）无线收发模块实现步进电机的控制，当用户通过语音识别电路发送电机反转、正转等相关的指令后，系统在程序控制下识别出指令并通过无线发送模块发送到接收模块处理，处理完毕后经过MSP430G2553微处理控制ULN2203芯片构成的驱动电路驱动步进电机进行相应的动作，系统经过调试稳定，用户体验良好，适用于玩具小车等需要控制步进电机的场合。本文章介绍了语音无线控制步进电机系统的方案设计、电路设计、程序设计、系统调试和验证。

关键词：LD3320语音芯片；无线控制；MSP430G2553单片机

1 系统方案设计

系统方案如图1所示，由单片机2个最小系统、语音识别模块、无线发送及接收模块、显示模块、按键组成。

语音识别电路主要芯片采用的是LD3320语音芯片，采集到用户声音指令后，经过去除噪音、放大语音信号后，经过MSP430G2553微处理器处理，控制NRF24L01无线发送及接收一体化芯片发送信号，当无线接收模块接收到信号后，传送给微处理器控制步进电机做出相应动作。

2 硬件设计

2.1 单片机

本系统设计的微处理器采用的是美国德州仪器（TI）公司生产的低功耗MSP430G系列的2553单片机作为核心控制芯片，该芯片具有16位的RISC CPU，DCO可在不到1us时间内，从低功耗模式到运行模式的唤醒，以CCS v5.0作为软件开发平台，通过Cadence Allegro 16.5 软件设计原理图、PCB图[1]。

2.2 语音识别电路

语音识别电路主要采用LD3320芯片，LD3320支持非特定语音辨别，每次识别的过程是把用户说出的语音内容， 通过频谱转换为语音特征， 再将这个转换后的语音特征和 “关键词语列表” 中的条目一一进行匹配， 最优匹配的一条即作为识别结果[2]，工作原理框图如图2所示。

2.3 无线收发电路

无线收、发电路都采用NRF24L01芯片作为信号的发送和接收，它工作在世界通用的ISM频段2.4-2.5GHZ内。无线收发器芯片由频率发生器、SchockburstTM模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器、解调器组成。

2.4 步进电机电路

步进电机原理是将电脉冲转化为角位移，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步进角）。可以通过控制脉冲来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

MSP430G2553微型处理不能通过IO口直接控制步进电机的转动，需要在处理器和电机之间加入一个驱动电路，可采用ULN2003驱动电机的专用芯片进行驱动电路的设计[3]。

3 程序设计

程序的设计在整个系统中占有很重要的作用，对LD3320进行初始化，将其调整为接受模式，接收语音数据，开辟语音数据存放空间；然后对将NRF24L01调整其为接受模式，读取状态寄存器，开辟接受数据存放空间；最后对ULN2203进行初始化，从LD3320得到语音信号后，经过NRF24L01处理使电机做正、反转的反应，流程图如图3所示。

4 实物制作与测试

通过Cadence Allegro 16.5 软件设计完成PCB图并打印出来后，通过热转印法，把原理图转印到覆铜板表面，然后通过三氯化铁腐蚀铜板，腐蚀完毕，焊接元器件，采用CCS v5.0编写程序并通过Flash仿真工具下载到芯片中，测试语音识别芯片是否可以识别出用户发出的指令，再测试无线接收模块是否接收到语音信号，然后再测试驱动电路是否可以正常驱动电机的转动。

5 结论

本文给出了低功耗的MSP430G2553语音无线控制步进电机系统的设计，利用TI公司的2553单片机作为核心控制芯片，LD3320作为语音识别电路主要语音芯片，采集到用户发出的指令，通过NRF24L01无线收发模块发送和接收，进而驱动电机做出相应的动作，由于采用语音识别，本系统具有良好用户体验，具备一定的实际应用价值。

参考文献

[1]《单片机原理及接口技术》 ，李朝青，2012，电子工业出版社.

[2]《基于无线语音控制的智能家居系统设计》 ，刘燕，黄杰贤，2010，科学出版社.

[3]《高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品及应用》 ，万天才，2011，人民邮电出版社.