STM32实战：基于STM32F103的智能语音识别系统（LD3320）

LCG元2026-05-10 9:11

文章目录

一、项目概述

本项目基于STM32F103C8T6 单片机+LD3320语音识别模块实现非特定人语音识别功能，无需训练、无需外接Flash，可直接识别预设的中文语音指令，实现语音控制LED、继电器、蜂鸣器等外设，适合零基础小白入门智能语音控制项目。

核心硬件

  1. 主控：STM32F103C8T6最小系统板
  2. 语音模块：LD3320（集成ASR语音识别，支持50条指令）
  3. 外设：LED灯、杜邦线、USB转TTL模块、5V电源
  4. 辅助：面包板

核心功能

  1. 识别预设语音指令（开灯、关灯、打开风扇、关闭风扇等）
  2. 串口打印识别结果
  3. 根据识别结果控制外设输出
  4. 模块状态实时反馈

二、硬件接线

LD3320模块与STM32F103采用SPI通信，接线严格按照下表操作，避免接错烧毁模块：

STM32F103引脚 LD3320模块引脚 功能说明
3.3V VCC 模块供电（必须3.3V，严禁接5V）
GND GND 公共地
PA4 CS SPI片选
PA5 SCK SPI时钟
PA7 MOSI SPI主机发送
PA6 MISO SPI主机接收
PB0 RST 模块复位
PB1 IRQ 模块中断（识别成功触发）

外设接线

  1. LED正极 → PA0
  2. LED负极 → GND（串联220Ω电阻）

三、开发环境准备

  1. 软件：Keil5 MDK-ARM（安装STM32F103芯片包）
  2. 固件库：STM32F10x标准库（3.5版本）
  3. 烧录工具：FlyMcu/ST-Link
  4. 串口调试助手：XCOM

四、Mermaid系统流程图

否
是
开灯指令
关灯指令
其他指令
系统上电初始化
STM32初始化

GPIO/SPI/串口
LD3320模块复位
LD3320初始化

写入识别指令
开启语音识别模式
检测到IRQ中断?
读取识别结果
串口打印识别指令
指令匹配
PA0输出高电平 点亮LED
PA0输出低电平 熄灭LED
执行对应外设操作
清除中断标志

五、工程创建与代码实现

本项目基于STM32标准库开发，所有代码文件直接复制到工程对应目录即可使用。

1. 创建工程目录结构

复制代码 
STM32_LD3320
├─ User
│  ├─ main.c                 // 主函数
│  ├─ ld3320.c               // LD3320驱动代码
│  ├─ ld3320.h               // LD3320头文件
│  ├─ spi.c                  // SPI驱动
│  ├─ spi.h                  // SPI头文件
│  └─ sys.h                  // 系统配置
├─ STM32F10x_StdPeriph_Driver // 标准库文件
└─ System
   └─ system_stm32f10x.c     // 系统时钟

2. 文件1：sys.h（系统宏定义）

c 复制代码 
#ifndef __SYS_H
#define __SYS_H

#include "stm32f10x.h"

// 位带操作
#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2)) 
#define MEM_ADDR(addr)  *((volatile unsigned long  *)(addr)
#define BIT_ADDR(addr, bitnum)   MEM_ADDR(BITBAND(addr, bitnum)) 

#define GPIOA_ODR_Addr    (GPIOA_BASE+12)
#define GPIOB_ODR_Addr    (GPIOB_BASE+12)
#define GPIOC_ODR_Addr    (GPIOC_BASE+12)

#define PAout(n)   BIT_ADDR(GPIOA_ODR_Addr,n)
#define PBout(n)   BIT_ADDR(GPIOB_ODR_Addr,n)

#endif

3. 文件2：spi.h（SPI引脚定义）

c 复制代码 
#ifndef __SPI_H
#define __SPI_H

#include "sys.h"

// SPI引脚定义
#define LD3320_SPI_CS    PAout(4)
#define LD3320_SPI_SCK   PAout(5)
#define LD3320_SPI_MOSI  PAout(7)
#define LD3320_SPI_MISO  PAin(6)

void SPI1_Init(void);
u8 SPI1_ReadWriteByte(u8 TxData);

#endif

4. 文件3：spi.c（SPI驱动实现）

c 复制代码 
#include "spi.h"
#include "sys.h"

// SPI1初始化 主机模式
void SPI1_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    SPI_InitTypeDef  SPI_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);

    // PA4/5/7 推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // PA6 上拉输入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // SPI配置
    SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
    SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
    SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;
    SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;
    SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;
    SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
    SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_8;
    SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
    SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
    SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);

    SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);
}

// SPI读写一个字节
u8 SPI1_ReadWriteByte(u8 TxData)
{
    u8 retry = 0;
    while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET)
    {
        retry++;
        if(retry > 200) return 0;
    }
    SPI_I2S_SendData(SPI1, TxData);
    retry = 0;
    while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET)
    {
        retry++;
        if(retry > 200) return 0;
    }
    return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);
}

5. 文件4：ld3320.h（LD3320驱动头文件）

c 复制代码 
#ifndef __LD3320_H
#define __LD3320_H

#include "sys.h"
#include "spi.h"

// LD3320控制引脚
#define LD3320_RST_LOW     PBout(0) = 0
#define LD3320_RST_HIGH    PBout(0) = 1
#define LD3320_IRQ         PBin(1)

// 函数声明
void LD3320_Init(void);
void LD3320_WriteReg(u8 addr, u8 data);
u8 LD3320_ReadReg(u8 addr);
void LD3320_Reset(void);
void LD3320_Clear(void);
u8 LD3320_ReadResult(void);
void LD3320_AddCommand(u8 num, char *str);
void LD3320_Start(void);

#endif

6. 文件5：ld3320.c（LD3320核心驱动）

c 复制代码 
#include "ld3320.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"

// LD3320写入寄存器
void LD3320_WriteReg(u8 addr, u8 data)
{
    LD3320_SPI_CS = 0;
    SPI1_ReadWriteByte(0x00);
    SPI1_ReadWriteByte(addr);
    SPI1_ReadWriteByte(data);
    LD3320_SPI_CS = 1;
    delay_ms(1);
}

// LD3320读取寄存器
u8 LD3320_ReadReg(u8 addr)
{
    u8 temp;
    LD3320_SPI_CS = 0;
    SPI1_ReadWriteByte(0x01);
    SPI1_ReadWriteByte(addr);
    temp = SPI1_ReadWriteByte(0xFF);
    LD3320_SPI_CS = 1;
    return temp;
}

// LD3320硬件复位
void LD3320_Reset(void)
{
    LD3320_RST_LOW;
    delay_ms(100);
    LD3320_RST_HIGH;
    delay_ms(100);
}

// 清除LD3320状态
void LD3320_Clear(void)
{
    LD3320_WriteReg(0x42, 0x55);
    delay_ms(20);
}

// 初始化LD3320
void LD3320_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);

    // PB0 复位输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

    // PB1 中断输入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

    // 外部中断配置
    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource1);

    EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line1;
    EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
    EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;
    EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
    EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI1_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

    LD3320_Reset();
    SPI1_Init();

    LD3320_WriteReg(0x06, 0x01);
    delay_ms(30);
    LD3320_WriteReg(0x06, 0x00);
    delay_ms(30);

    LD3320_WriteReg(0x17, 0x35);
    LD3320_WriteReg(0x18, 0xFF);
    LD3320_WriteReg(0x19, 0xFF);
    LD3320_WriteReg(0x1A, 0xFF);
    LD3320_WriteReg(0x1B, 0xFF);
    LD3320_WriteReg(0x1C, 0xFF);
    LD3320_WriteReg(0x1E, 0x03);
    LD3320_WriteReg(0x1F, 0x1F);
    LD3320_WriteReg(0x20, 0x03);
    LD3320_WriteReg(0x21, 0x1F);
    LD3320_WriteReg(0x22, 0x03);
    LD3320_WriteReg(0x23, 0x1F);
    LD3320_WriteReg(0x24, 0x03);
    LD3320_WriteReg(0x25, 0x1F);
    LD3320_WriteReg(0x26, 0x03);
    LD3320_WriteReg(0x27, 0x1F);
    LD3320_WriteReg(0x28, 0x03);
    LD3320_WriteReg(0x29, 0x1F);
    LD3320_WriteReg(0x2A, 0x03);
    LD3320_WriteReg(0x2B, 0x1F);
    LD3320_WriteReg(0x3E, 0x03);
    LD3320_WriteReg(0x3F, 0x1F);
    LD3320_WriteReg(0x41, 0x00);
    LD3320_WriteReg(0x42, 0x00);
}

// 添加语音指令
void LD3320_AddCommand(u8 num, char *str)
{
    u8 i;
    LD3320_WriteReg(0x40, num);
    for(i = 0; str[i] != '\0'; i++)
    {
        LD3320_WriteReg(0x41, str[i]);
    }
    LD3320_WriteReg(0x41, 0x00);
    delay_ms(20);
}

// 启动识别
void LD3320_Start(void)
{
    LD3320_WriteReg(0x29, 0x36);
    LD3320_WriteReg(0x2A, 0x01);
    LD3320_WriteReg(0x2B, 0x1F);
    LD3320_WriteReg(0x3E, 0x03);
    LD3320_WriteReg(0x3F, 0x1F);
    LD3320_WriteReg(0x41, 0x00);
    LD3320_WriteReg(0x42, 0x00);
    LD3320_WriteReg(0x37, 0x01);
    delay_ms(10);
}

// 读取识别结果
u8 LD3320_ReadResult(void)
{
    u8 res;
    res = LD3320_ReadReg(0x4B);
    return res;
}

// 中断服务函数
void EXTI1_IRQHandler(void)
{
    u8 num;
    if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line1) != RESET)
    {
        num = LD3320_ReadResult();
        printf("识别结果：%d\r\n", num);

        // 根据识别结果控制外设
        switch(num)
        {
            case 1:
                PAout(0) = 1;  // 开灯
                printf("指令：打开LED灯\r\n");
                break;
            case 2:
                PAout(0) = 0;  // 关灯
                printf("指令：关闭LED灯\r\n");
                break;
            case 3:
                printf("指令：打开风扇\r\n");
                break;
            case 4:
                printf("指令：关闭风扇\r\n");
                break;
            default:
                printf("未识别指令\r\n");
                break;
        }

        LD3320_Clear();
        LD3320_Start();
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line1);
    }
}

7. 文件6：usart.h（串口头文件）

c 复制代码 
#ifndef __USART_H
#define __USART_H

#include "sys.h"

void uart1_init(u32 bound);
void Usart1_SendByte(u8 data);
void Usart1_SendString(char *str);

#endif

8. 文件7：usart.c（串口驱动）

c 复制代码 
#include "usart.h"
#include "sys.h"
#include "delay.h"

// 串口1初始化
void uart1_init(u32 bound)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    // PA9 发送
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // PA10 接收
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 串口配置
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);

    // 中断配置
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 3;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}

// 发送字节
void Usart1_SendByte(u8 data)
{
    while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
    USART_SendData(USART1, data);
}

// 发送字符串
void Usart1_SendString(char *str)
{
    u8 i = 0;
    while(str[i] != '\0')
    {
        Usart1_SendByte(str[i]);
        i++;
    }
}

// 重定向printf
int fputc(int ch, FILE *f)
{
    while((USART1->SR & 0X40) == 0);
    USART1->DR = (u8) ch;
    return ch;
}

9. 文件10：main.c（主函数）

c 复制代码 
#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "spi.h"
#include "ld3320.h"

// LED初始化
void LED_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    PAout(0) = 0; // 默认关灯
}

int main(void)
{
    delay_init();       // 延时初始化
    uart1_init(9600);   // 串口初始化 波特率9600
    LED_Init();         // LED初始化
    LD3320_Init();      // LD3320初始化

    printf("LD3320语音识别系统初始化完成\r\n");
    printf("开始添加语音指令...\r\n");

    // 添加语音指令 编号1~4
    LD3320_AddCommand(1, "打开灯光");
    LD3320_AddCommand(2, "关闭灯光");
    LD3320_AddCommand(3, "打开风扇");
    LD3320_AddCommand(4, "关闭风扇");

    printf("指令添加完成，启动识别\r\n");
    LD3320_Start(); // 启动语音识别

    while(1)
    {
        // 系统循环等待中断触发
    }
}

六、工程配置步骤

  1. 打开Keil5，创建新工程，选择芯片STM32F103C8T6
  2. 添加标准库文件到工程
  3. 将上述所有代码文件添加到工程对应分组
  4. 打开魔术棒→Target，设置外部晶振为8MHz
  5. 打开魔术棒→Output，勾选Create HEX File
  6. 编译工程，无报错则生成HEX文件

七、程序烧录与测试

  1. 使用USB转TTL连接STM32下载口（TX-RX、RX-TX、GND-GND、3.3V-3.3V）
  2. 打开FlyMcu，选择生成的HEX文件，点击开始编程
  3. 烧录完成后，打开串口调试助手，波特率9600
  4. 给系统上电，串口打印初始化信息
  5. 对着LD3320麦克风说出指令：
    • 说打开灯光 → LED点亮，串口打印识别结果
    • 说关闭灯光 → LED熄灭，串口打印识别结果

八、常见问题解决

  1. 模块无响应

    • 检查3.3V供电，严禁接5V
    • 检查SPI接线是否正确
    • 复位引脚是否正常输出高电平

  2. 识别率低

    • 远离噪音环境
    • 说话距离模块5-20cm
    • 指令使用简洁的中文词汇

  3. 串口乱码

    • 检查波特率是否为9600
    • 检查系统时钟配置是否正确

九、项目扩展

  1. 增加继电器模块，实现语音控制家电
  2. 添加蜂鸣器，识别成功后提示音
  3. 扩展指令数量，最多支持50条
  4. 结合蓝牙模块，实现远程语音控制
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