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使用IA611和STM32G431RB创建定制的语音激活系统

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Smart Mic Click with Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

Smart Mic Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G431RB

识别较大句子或命令中的特定口头关键词或触发短语,以唤醒任何嵌入式系统。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Smart Mic Click 基于 Knowles Electronics 的 IA611,这是一款灵活、低功耗、高度集成的语音和音频处理器系统。IA611 包含一个先进的 Knowles 音频优化 DSP 子系统,设计用于以低功耗计算密集型音频处理算法。它还包括一个系统控制单元 (SCU),用于处理电源管理状态(如睡眠模式)并生成内部时钟信号。IA611,“始终在线”声学处理器,具有语音唤醒和语音 ID 关键词检测器、三秒缓冲区,以及 Knowles 的高性能声学 SiSonicTM MEMS 技术,集成在一个封装中。IA611 可以处于以下操作模式之一。Bootloader 模式是指在上电后,IA611 等待固件下载或用例设置。在指令模式中,IA611 在固件下载后等待用例设置,而在开放 DSP 模式中,IA611 允许第三方算法。在正常操作模式中,IA611 可以处于软件或硬件通道

模式,作为主机的麦克风。语音唤醒模式允许基于内置关键词(OEM 关键词)、用户训练的关键词(用户关键词)或用户条件的 OEM 关键词(语音 ID)的低功耗语音唤醒。在此模式下,IA611 监控麦克风流的声学活动。当检测到声学活动时,IA611 自动进入略高的功耗模式,分析语音发音是否存在唤醒关键词。当检测到有效关键词时,IA611 会触发 mikroBUS™ 插座的 INT 引脚的中断,以触发完整的系统唤醒。如果未检测到关键词,设备将返回超低功耗模式,直到再次检测到声学活动。IA611 实现了各种控制接口,包括 UART、SPI 和带有控制接口和音频接口端口的 I2C 从接口。根据所需接口,用户必须填充所选跳线以激活该接口(SPI、I2C 或 UART)。使用 I2C 接口,用户可以选择额外激活 I2C 线上的 4.7kΩ 上拉

电阻,填充标记为 PULL-UP 的跳线。IA611 不需要特定的上电顺序,但需要 1.8V 的电压才能正确工作。因此,使用了一个小型调节 LDO,即 TC1015,从 3.3V mikroBUS™ 电源轨提供 1.8V 输出,并通过连接到 mikroBUS™ 插座 RST 引脚的 EN 引脚提供启用功能,提供开启/关闭电源传输到 TC1015 的开关操作。由于传感器操作需要 1.8V 的电源,此 Click board™ 还具有 TXS0108E 电压电平转换器。接口线被引导到电压电平转换器,使此 Click board™ 能够正确与 3.3V MCU 一起工作。此 Click board™ 只能在 3.3V 逻辑电压水平下运行。使用不同逻辑电平的 MCU 之前,板必须执行适当的逻辑电压电平转换。然而,该 Click board™ 配备了包含函数和示例代码的库,可作为进一步开发的参考。

Smart Mic Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32G431RB MCU 提供了一种经济高效且灵活的平台,供开发者探索新想法并原型设计他们的项目。该板利用 STM32 微控制器的多功能性,使用户能够为他们的项目选择最佳的性能与功耗平衡。它配备了 LQFP64 封装的 STM32 微控制器,并包含了如用户 LED(同时作为 ARDUINO® 信号)、用户和复位按钮,以及 32.768kHz 晶体振荡器用于精确的计时操作等基本组件。Nucleo-64 板设计考虑到扩展性和灵活性,它特有的 ARDUINO® Uno

V3 扩展连接器和 ST morpho 扩展引脚头,提供了对 STM32 I/O 的完全访问,以实现全面的项目整合。电源供应选项灵活,支持 ST-LINK USB VBUS 或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个具有 USB 重枚举功能的板载 ST-LINK 调试器/编程器,简化了编程和调试过程。此外,该板设计旨在简化高级开发,它的外部 SMPS 为 Vcore 逻辑供电提供高效支持,支持 USB 设备全速或 USB SNK/UFP 全速,并内置加密功能,提升了项目的功效

和安全性。通过外部 SMPS 实验的专用连接器、 用于 ST-LINK 的 USB 连接器以及 MIPI® 调试连接器,提供了更多的硬件接口和实验可能性。开发者将通过 STM32Cube MCU Package 提供的全面免费软件库和示例得到广泛支持。这些,加上与多种集成开发环境(IDE)的兼容性,包括 IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM 和 STM32CubeIDE,确保了流畅且高效的开发体验,使用户能够充分利用 Nucleo-64 板在他们的项目中的能力。

Nucleo 64 with STM32G431RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

STM32G431RB front image

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

32k

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Enable
PC12
RST
SPI Chip Select
PB12
CS
SPI Clock
PB3
SCK
SPI Data OUT
PB4
MISO
SPI Data IN
PB5
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
Interrupt
PC14
INT
UART TX
PA3
TX
UART RX
PA2
RX
I2C Clock
PB8
SCL
I2C Data
PB9
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Smart Mic Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 64 with STM32G431RB MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32G474RE MCU front image hardware assembly
BarGraph 5 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Nucleo-64 with STM32GXXX MCU MB 1 Micro B Conn - upright/background hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Clicker 4 for STM32F4 HA MCU Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step hardware assembly

实时跟踪您的结果

通过调试模式的应用程序输出

1. 一旦代码示例加载完成,按下 "DEBUG" 按钮将启动构建过程,并将其编程到创建的设置上,然后进入调试模式。

2. 编程完成后,IDE 中将出现一个带有各种操作按钮的标题。点击绿色的 "PLAY" 按钮开始读取通过 Click board™ 获得的结果。获得的结果将在 "Application Output" 标签中显示。

DEBUG_Application_Output

软件支持

库描述

该库包含 Smart Mic Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • smartmic_wait_keyword - 此函数等待关键词事件,读取并返回关键词 ID 号。

  • smartmic_download_keyword - 此函数将关键词模型下载到模块。

  • smartmic_voice_make - 此函数执行语音生成功能。它停止当前通道,然后将数字增益设置为20dB,采样率设置为16K,帧大小设置为16毫秒,最后选择通道6并配置算法参数。

开源

代码示例

这个示例可以在 NECTO Studio 中找到。欢迎下载代码,或者您也可以复制下面的代码。

/*!
 * @file main.c
 * @brief SmartMic Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of Smart Mic click board by programming 
 * it with 4 different keywords, and then waiting for a keyword event, 
 * parsing it and displaying on the USB UART.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and performs the click default configuration 
 * which programs the device with system config, firmware, and 4 keywords 
 * ("Hello VoiceQ","Switch The Light","Next Song","Baidu Yixia") binaries.
 *
 * ## Application Task
 * Waits for a keyword event, parses it and displays on the USB UART 
 * an appropriate message for the detected keyword.
 * 
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "smartmic.h"

static smartmic_t smartmic;
static log_t logger;

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    smartmic_cfg_t smartmic_cfg;  /**< Click config object. */

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, " Application Init " );

    // Click initialization.
    smartmic_cfg_setup( &smartmic_cfg );
    SMARTMIC_MAP_MIKROBUS( smartmic_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( SMARTMIC_OK != smartmic_init( &smartmic, &smartmic_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_printf( &logger, " Configuring device... \r\n" );
    
    if ( SMARTMIC_OK != smartmic_default_cfg ( &smartmic ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }

    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void )
{
    switch ( smartmic_wait_keyword ( &smartmic ) )
    {
        case SMARTMIC_OEM1_KWD_DETECTED:
        {
            log_printf ( &logger, " Hello VoiceQ keyword detected!\r\n" );
            break;
        }
        case SMARTMIC_OEM2_KWD_DETECTED:
        {
            log_printf ( &logger, " Switch The Light keyword detected!\r\n" );
            break;
        }
        case SMARTMIC_OEM3_KWD_DETECTED:
        {
            log_printf ( &logger, " Next Song keyword detected!\r\n" );
            break;
        }
        case SMARTMIC_OEM4_KWD_DETECTED:
        {
            log_printf ( &logger, " Baidu YiXia keyword detected!\r\n" );
            break;
        } 
    }
}

void main ( void )
{
    application_init( );

    for ( ; ; )
    {
        application_task( );
    }
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

额外支持

资源

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