CN109408456B - 一种基于s905d芯片与stm32芯片协同工作硬件电路 - Google Patents
一种基于s905d芯片与stm32芯片协同工作硬件电路 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于S905D芯片与STM32芯片协同工作硬件电路,包含:S905D芯片、STM32芯片、图像采集电路和语音输入电路中的至少一种以及功能实现电路;电路中存在的各个图像采集电路和语音输入电路分别连接S905D芯片的信号输入引脚,以向S905D芯片传输图像数据和视频数据,S905D芯片对所述图像数据和视频数据进行识别以产生控制命令;STM32芯片的输出引脚连接至功能实现电路,以根据所述控制命令控制功能实现电路;S905D芯片中串口的RX脚与STM32芯片中串口的TX脚相连接,而S905D芯片中串口的TX脚与STM32芯片中串口的RX脚相连接,以实现串口通信,所述串口通信为半双工异步通信。本发明一方面扩展了智能硬件的功能,另一方面合理分配了芯片资源并降低了开发难度。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路领域,更具体地说,涉及一种基于S905D芯片与STM32芯片协同工作硬件电路。
背景技术
STM32系列芯片基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核。按性能分成连个不同的系列:STM32F103“增强型”系列和STM32F101“基本型”系列。增强型系列时钟频率达到72MHz,是同类产品中性能最高的;基本型时钟频率为36MHz,以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能,是16位产品用户的最佳选择。两个系列都内置32K到128K的闪存,不同的是SRAM的最大容量和外设接口的组合。时钟频率72MHz时,从闪存执行代码,STM32功耗36mA,是32位市场上功耗最低的产品,相当于0.5mA/MHz。
S905D芯片基于四核高性能64位ARM Cortex-A53内核,其GPU采用的五核ARMMali-450核心,作为64位架构的全4K多媒体处理器,拥有卓越的音视频处理能力,其性能优越,加上其超低的功耗,超高的芯片集成度与丰富的外围接口,使其成为大多数智能音箱和网络机顶盒的主控芯片。
目前,市面上并没有出现由S905D芯片和STM32芯片所构成的智能硬件系统,使得智能硬件的功能得不到有效的整合和扩展。而在考虑到芯片资源分配和开发难度之后,发现由S905D芯片与STM32芯片进行高低搭配构成的智能硬件系统,其各项功能是最为完善的。
发明内容
本发明要解决的技术问题在,针对现有技术中并不存在S905D芯片与STM32芯片协同工作的技术缺陷,提供了一种基于S905D芯片与STM32芯片协同工作硬件电路。
在本发明的基于S905D芯片与STM32芯片协同工作硬件电路中,其包含:S905D芯片、STM32芯片、图像采集电路和语音输入电路中的至少一种以及功能实现电路;
电路中存在的各个图像采集电路和语音输入电路分别连接S905D芯片的信号输入引脚,以向S905D芯片传输图像数据和视频数据,S905D芯片对所述图像数据和视频数据进行识别以产生控制命令;STM32芯片的输出引脚连接至功能实现电路,以根据所述控制命令控制功能实现电路;
S905D芯片中串口的RX脚与STM32芯片中串口的TX脚相连接,而S905D芯片中串口的TX脚与STM32芯片中串口的RX脚相连接,以实现串口通信,所述串口通信为半双工异步通信;
S905D芯片与STM32芯片通过16进制数据进行所述控制命令的信号的传输,控制命令的第一个字节作为标记位,当STM32芯片从串口读到指定十六进制数时开始进入工作模式,第二个字节作为版本位,用以区分不同的设备,每个设备出厂时都会设定有版本位,第三个字节为消息类型,用以控制STM32芯片分别对不同的功能实现电路进行控制,第四个字节为消息长度,用以记录第四个字节以后所有字节长度总和,第五个字节为欲控制状态指令,最后一个字节作为帧尾,用来判断一帧数据的结束,也用来校验接收到的数据帧码元是否准确。
进一步地,在本发明的基于S905D芯片与STM32芯片协同工作硬件电路中,电路中存在的图像采集电路和语音输入电路与S905D芯片之间通过IO口接口连接,功能实现电路与STM32芯片通过IO口接口连接。
进一步地,在本发明的基于S905D芯片与STM32芯片协同工作硬件电路中,所述功能实现电路包括:指示灯、红外或者射频发射电路。
进一步地,在本发明的基于S905D芯片与STM32芯片协同工作硬件电路中,S905D芯片工作于S905D最小系统中,STM32芯片工作于STM32最小系统中。
进一步地,在本发明的基于S905D芯片与STM32芯片协同工作硬件电路中,还包括锂电池,用于给整个系统进行供电。
进一步地,在本发明的基于S905D芯片与STM32芯片协同工作硬件电路中,所述基于S905D芯片与STM32芯片协同工作硬件电路应用于语音机器人上或者家电控制系统中。
进一步地,在本发明的基于S905D芯片与STM32芯片协同工作硬件电路中,S905D芯片向STM32芯片发射控制命令时,同一条控制命令会连续发送三次,当STM32芯片接收到控制命令后会先对命令进行判断,当连续接收到的三条控制命令有两条及以上相同时,就执行这一条控制命令;当三条控制命令都不相同时,STM32芯片会向S905D芯片反馈接收失败。
进一步地,在本发明的基于S905D芯片与STM32芯片协同工作硬件电路中,STM32芯片会向S905D芯片反馈接收失败时,S905D芯片会重新发送这条控制命令;当连续三次STM32芯片都反馈接收失败后,S905D会提示用户控制失败,并退出控制命令发送程序。
进一步地,在本发明的基于S905D芯片与STM32芯片协同工作硬件电路中,欲控制状态指令是指控制功能实现电路开始工作或者结束工作。
本发明主要涉及基于S905D芯片与STM32芯片协同工作硬件电路,该发明一方面扩展了智能硬件的功能,另一方面合理分配了芯片资源并降低了开发难度。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
图1是本发明的S905D芯片和STM32芯片的串口连接图;
图2是本发明的智能硬件框架示意图;
图3是本发明的数据帧结构。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明是基于S905D芯片与STM32芯片所构成的智能硬件电路的设计,该设计需要保证两芯片之间的数据通信高速有效,以及数据的安全可靠性。在S905D芯片与STM32芯片构建的框架下,可以使用S905D芯片对复杂的数据进行分析处理,例如语音的识别与处理;可以使用STM32芯片进行简单功能的实现,例如控制无线信号发射模块,从而进行家电控制、语音机器人等,并且STM32芯片的开发也相对比较简单。因此,在考虑到资源分配及开发难度之后,采用S905D芯片与STM32芯片高低搭配实现控制。由于S905D芯片与STM32芯片是两种不同类型的芯片,必须合理制定两芯片之间的电路连接以及通信协议。由于市面上并没有出现以S905D芯片与STM32芯片为框架的智能硬件,相关的对接与通信标准也尚未建立,因此本发明具有相当高的市场价值。通过本发明基于S905D芯片与STM32芯片构架的智能硬件系统,来对S905D芯片的功能进行扩展,实现语音对家电、智能机器人等领域的控制。
本发明主要涉及基于S905D芯片与STM32芯片协同工作硬件电路,该发明一方面扩展了智能硬件的功能,另一方面合理分配了芯片资源并降低了开发难度。S905D芯片作为主芯片,用于对音频和视频数据进行处理,例如对外部语音控制命令的识别及处理,或是对视频数据的处理及存储等;STM32芯片作为从芯片,用于对各种扩展功能的控制,例如硬件系统中新整合了红外控制模块,那么就由STM32芯片实现对这些扩展模块的控制。采用的控制方法是通过串口通信,实现S905D芯片与STM32芯片之间的数据传输。S905D芯片在音视频处理上有着极高的性能,具体可以体现在语音的识别处理以及图像视频数据的处理及传输,这也就是市面上大多数智能音箱和网络机顶盒使用S905D芯片的原因。STM32芯片具有高性能、低成本、低功耗的特点,12通道DMA控制器、3个12位的μs级的A/D转换器、2通道12位D/A转换器、最多高达112个的快速I/O端口、最多多达11个定时器、最多多达13个通信接口,这些都使得STM32芯片在自动化控制、通信设施等方面有着广泛应用。以此而言,使用S905D芯片与STM32芯片进行高低搭配使用的优势在于以下几点:1.以硬件功能来说,S905D芯片主要用于音视频处理上,所以其硬件功能并不丰富,许多外设都无法直接与S905D芯片连接使用。但是当S905D与STM32连接后,整体功能就可以扩展开了,S905D芯片只需通过串口向STM32芯片发送命令,进而控制与STM32芯片连接的各种外设。2.以芯片的开发难度来说,STM32芯片使用C语言编程,许多控制命令都已封装成函数,可以直接调用,开发难度相对较低;但是对S905D芯片的开发需要在LINUX系统下完成,对于简单外设的控制程序,在S905D芯片上开发的难度比在STM32芯片上开发的难度要大许多。
如图1所示,本发明使用串口通信的方式实现S905D芯片与STM32芯片之间的数据传输。在S905D芯片中包含有两组串口,分别为UART_RX_AO_A、UART_TX_AO_A和UART_RX_AO_B、UART_TX_AO_B;而STM32芯片则包含有五组串口,分别为USART1_TX、USART1_RX,USART2_TX、USART2_RX,USART3_TX、USART3_RX,UART4_TX、UART4_RX和UART5_TX、UART5_RX。在硬件层面上进行连接时,分别在两种芯片中各选出一组串口进行连接,其中S905D芯片中串口的RX脚要与STM32芯片中串口的TX脚相连接,而S905D芯片中串口的TX脚则要与STM32芯片中串口的RX脚相连接。使用串口通信的优势在于:1.芯片之间进行串口通信,在硬件层面上只需将两芯片的串口引脚对应连接,硬件接口简单;2.在串口配置问题上,S905D芯片和STM32芯片的串口配置都较为简单,其配置程序都已封装好,可以直接使用,方便调试。
下面结合图2和具体实施方式对本发明作进一步的说明。本发明提供的是一种基于S905D芯片和STM32芯片的所构成框架的智能硬件电路,其结构包括为:S905D最小系统、S905D普通IO口接口、S905D串口接口、STM32最小系统、STM32普通IO口接口、STM32串口接口等。其中最小系统的概念是,能够使芯片实现简单运行的最少的原件的组合。具体包括有1.电源模块,具体功能是为芯片供电;2.复位模块,用于芯片复位,重新运行控制程序;3.时钟源,具体通过晶振为芯片提供时钟源,使芯片能够正常工作;4.调试接口,用于向芯片中下载程序并进行调试用。
电路中存在的各个图像采集电路和语音输入电路分别连接S905D芯片的信号输入引脚,以向S905D芯片传输图像数据和视频数据,S905D芯片对所述图像数据和视频数据进行识别以产生控制命令;STM32芯片的输出引脚连接至功能实现电路,以根据所述控制命令控制功能实现电路;
S905D芯片中串口的RX脚与STM32芯片中串口的TX脚相连接,而S905D芯片中串口的TX脚与STM32芯片中串口的RX脚相连接,以实现串口通信,所述串口通信为半双工异步通信;
S905D与其对应的普通IO口接口相连接,所述接口用于接图像采集电路(如摄像头)和语音输入电路(人员麦克风),通过语音输入装置输入语音命令,由S905D识别后产生控制指令给STM32芯片,STM32芯片功能实现电路进行控制,同时也可以进一步在S905D上连接一个喇叭通过语音对人进行反馈;摄像头则是可以对外部场景进行识别,或是在需要时候录制视频。两块芯片也与对应的串口接口相连接,两组串口接口也需对应相连,S905D芯片中串口的RX脚要与STM32芯片中串口的TX脚相连接,而S905D芯片中串口的TX脚则要与STM32芯片中串口的RX脚相连接。STM32与其对应的普通IO口接口相连接,所述接口用于接功能实现电路,以控制需要控制的外部设备或者进行指示,例如各类红外、射频控制信号的发射装置或是指示灯等。简单来说,S905D芯片主要接有关语音和视频的设备,为STM32芯片主要接需要进行控制的设备。具体的操作流程可以是,用户通过语音控制,例如说“打开指示灯”,那么语音装置识别到语音命令后将其传递给S905D芯片进行处理,接着S905D芯片发送控制命令给STM32芯片,再由STM32芯片控制指示灯亮起。
串口通信采用的是半双工异步通信的方式,在S905D芯片和STM32芯片之间数据可以双向传输,但是不能同时进行。采用异步通信的原因是因为,异步通信是按字符传输的,每传一个字符就用起始位来进行收发双方的同步,不会因为收发双发的时钟频率的小的偏差导致错误。这种传输方式利用每一帧的起、止信号来建立发送与接收之间的同步。其特点是:每帧内部各位均采用固定的时间间隔,而帧与帧之间的间隔是随机的,接收机完全靠每一帧的起始位和停止位来识别字符是正在进行传输还是传输已经结束。
在硬件连接接通之后,需要对两块芯片之间的通信协议进行规划与设计。本发明设计是使用串口进行两芯片之间的数据传输,通过16进制数据进行命令的发送与反馈。例如,想要控制STM32芯片所连接的一盏指示灯亮起,S905D芯片就会向STM32芯片发送5E 010C 01 01 6E这一串数据,其具体功能如表1所示。
表1指示灯控制命令
flag | 标记位 | 1 | 0x5E |
ver | 版本位 | 1 | 0x01 |
msg_type | 消息类型 | 1 | 0X0C |
len | 消息长度 | 1 | 0X01 |
ctrl_state | 欲控制状态(关闭/打开) | 1 | 0X01 |
end | 帧尾(含奇偶校验) | 1 | 0X6E |
第一个字节作为标记位,当STM32芯片从串口读到5E时开始进入工作模式。第二个字节作为版本位,用以区分不同的设备,每个设备出厂时都会设定其独有的版本位。第三个字节为消息类型,用以控制STM32芯片进入不同的模块控制,例如是进入家电控制模块或是进入指示灯开关模块。第四个字节为消息长度,用以记录该字节以后所有字节长度总和。第五个字节为欲控制状态,即是否控制功能实现电路是否开始工作或者结束工作,01代表点亮指示灯或者开始发送红外、射频信号,00代表关闭指示灯或者停止发送红外、射频信号。最后一个字节作为帧尾,用来判断一帧数据的结束,也用来校验接收到的数据帧码元是否准确。整个数据帧结构及数据传输顺序如图3所示。
S905D芯片向STM32芯片发射控制命令时,同一条命令会连续发送三次,当STM32芯片接收到控制命令后会先对命令进行判断,当连续接收到的三条控制命令有两条及以上相同时,就执行这一条控制命令;当三条控制命令都不相同时,STM32芯片会向S905D芯片反馈接收失败,这时,S905D芯片会重新发送这条控制命令;当连续三次STM32芯片都反馈接收失败后,S905D会提示用户控制失败,并退出控制命令发送程序。
应用实例:以下,通过实例进一步展示本发明的工作方式:
本发明专利可应用在智能语音机器人上,整个机器人采用锂电池供电。
连接电源后,主芯片S905D芯片和从芯片STM32芯片上电并开始运行。首先,S905D芯片要进行各功能模块的初始化,并对连接的各模块进行功能检测;同时,STM32芯片也要进行各功能块的初始化,并对连接的各模块进行功能检测;检测完毕后,机器人会通过语音模块播报“各模块功能正常,机器人已成功启动”。当机器人启动后,会保持10秒的唤醒状态,用户可以在此时下达控制命令;超过10秒后,机器人会自动进入休眠状态,用户需要重新呼叫机器人的唤醒词将机器人唤醒。唤醒词由生产厂家制定,其目的是用于唤醒机器人进入工作模式。
机器人的整个控制过程都是由用户通过语音实现的,通过用户语音在下达控制命令前需要通过唤醒词将机器人唤醒,当机器人进入工作状态后就可以下达控制命令了。例如用户发出“打开指示灯”的控制命令,机器人的语音接收模块到语音命令后,会由S905D芯片对语音信息进行处理,将控制命令转换成数据帧格式,通过串口传递给STM32芯片;STM32芯片接收到控制命令后就会对指示灯的进行控制,进而打开指示灯;当指示灯打开后,STM32芯片会将反馈信息回传给S905D芯片,这时,S905D芯片知道指示灯已经打开,并通过语音模块反馈给用户“指示灯已打开”。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可做出很多形式,这些均属于本发明的保护之内。
Claims (6)
1.一种基于S905D芯片与STM32芯片协同工作硬件电路,其特征在于,包含:S905D芯片、STM32芯片、图像采集电路和语音输入电路中的至少一种以及功能实现电路;
电路中存在的各个图像采集电路和语音输入电路分别连接S905D芯片的信号输入引脚,以向S905D芯片传输图像数据和视频数据,S905D芯片对所述图像数据和视频数据进行识别以产生控制命令;STM32芯片的输出引脚连接至功能实现电路,以根据所述控制命令控制功能实现电路;
S905D芯片中串口的RX脚与STM32芯片中串口的TX脚相连接,而S905D芯片中串口的TX脚与STM32芯片中串口的RX脚相连接,以实现串口通信,所述串口通信为半双工异步通信;
S905D芯片与STM32芯片通过16进制数据进行所述控制命令的信号的传输,控制命令的第一个字节作为标记位,当STM32芯片从串口读到指定十六进制数时开始进入工作模式,第二个字节作为版本位,用以区分不同的设备,每个设备出厂时都会设定有版本位,第三个字节为消息类型,用以控制STM32芯片分别对不同的功能实现电路进行控制,第四个字节为消息长度,用以记录第四个字节以后所有字节长度总和,第五个字节为欲控制状态指令,最后一个字节作为帧尾,用来判断一帧数据的结束,也用来校验接收到的数据帧码元是否准确;
S905D芯片向STM32芯片发射控制命令时,同一条控制命令会连续发送三次,当STM32芯片接收到控制命令后会先对命令进行判断,当连续接收到的三条控制命令有两条及以上相同时,就执行这一条控制命令;当三条控制命令都不相同时,STM32芯片会向S905D芯片反馈接收失败;
STM32芯片会向S905D芯片反馈接收失败时,S905D芯片会重新发送这条控制命令;当连续三次STM32芯片都反馈接收失败后,S905D会提示用户控制失败,并退出控制命令发送程序;
欲控制状态指令是指控制功能实现电路开始工作或者结束工作。
2.根据权利要求1所述的基于S905D芯片与STM32芯片协同工作硬件电路,其特征在于,电路中存在的图像采集电路和语音输入电路与S905D芯片之间通过IO口接口连接,功能实现电路与STM32芯片通过IO口接口连接。
3.根据权利要求1所述的基于S905D芯片与STM32芯片协同工作硬件电路,其特征在于,所述功能实现电路包括:指示灯、红外或者射频发射电路。
4.根据权利要求1所述的基于S905D芯片与STM32芯片协同工作硬件电路,其特征在于,S905D芯片工作于S905D最小系统中,STM32芯片工作于STM32最小系统中。
5.根据权利要求1所述的基于S905D芯片与STM32芯片协同工作硬件电路,其特征在于,还包括锂电池,用于给整个系统进行供电。
6.根据权利要求1所述的基于S905D芯片与STM32芯片协同工作硬件电路,其特征在于,所述基于S905D芯片与STM32芯片协同工作硬件电路应用于语音机器人上或者家电控制系统中。
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