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新型ISD語音組合電路設計與應用 |
| 作者：peixifeng 欄目：IC產(chǎn)業(yè) |
現(xiàn)代電子、電器產(chǎn)品及設備的智能化水平不斷提高，在人機界面設計上不但有了文字標識、發(fā)光管指示、顯像屏顯示等視覺表達，而且還有各種聽覺表達，如最簡單的“滴滴、嘟嘟”訊響聲、稍豐富些的音樂聲、甚至用人的語言直接對用戶“說話”等。用簡單的數(shù)碼語音集成電路可以實現(xiàn)一句或多句語言的播放，如掩模芯片中的“歡迎光臨”、“有電危險，請勿靠近”等，還有如ISD系列、APR9600（IVS1560）等芯片可由開發(fā)人員或用戶任意錄制、播放需要的一段或幾段語音等。在聽覺表達中最復雜的就是語音的組合，它是將用戶預存的多段語音選擇順序連續(xù)播放，將字或詞素組合成一句話、甚至一段話播放出來，從而實現(xiàn)最準確、定量的語義表達，例如“嘟，現(xiàn)在溫度37.5度，溫度偏高”、“現(xiàn)在時間五點二十五分三十三秒”等。 傳統(tǒng)語音組合電路的設計十分復雜，開發(fā)工具十分昂貴，語音錄制及軟件編制工作量巨大，而且組合出來的語音效果也不甚理想，尤其在投資不大的產(chǎn)品、系統(tǒng)中最為突出，從而制約了這一技術的應用和發(fā)展。只是在近一、兩年來，模擬存儲語音技術的ISD芯片及其廉價的開發(fā)編輯工具問世后，情況才大為改觀�，F(xiàn)在已有專業(yè)公司開發(fā)出通用ISD語音組合模塊，用戶只需要在ISD語音芯片中分段錄入要求的詞素，即可方便地用單片機控制輸出這些詞素的任意組合成句、成段，詞素的語音容量從20秒至480秒，甚至更長，以至可以容納所有的中文漢字發(fā)音。下面介紹一種用途最廣泛的通用語音組合模板的設計與應用。 工作原理 ISD1420是采用模擬存取技術集成的可反復錄放的20秒語音芯片，掉電語音不丟失，最大可分160段，最小每段語音長度為125ms，每段語音都可由地址線控制輸出，每125ms為一個地址，由A0～A7八根地址線控制，地址語音控制表如附表所示。用戶錄制的語音每一段結束后芯片自動設有段結束標志（EOM），芯片錄滿后設有溢出標志（OVF），一片分段錄好音的ISD1420芯片語音地址結構如圖1所示。如果用單片機等控制電路按某一段的起始地址進行放音操作，遇到段結束標志（EOM）即自動停止放音，單片機收到段結束標志（EOM）就開始觸發(fā)下一段語音的起始地址，如此控制，即可以將很多、不同段的語音組合在一起成一句話放音出來，實現(xiàn)語音的自動組合。 用戶可以先通過專用的ISD1425語音編程拷貝機將需要的語音分段編程、連續(xù)錄制到芯片中，每段語音的長度不限，制成語音源片后，將源片的錄音端封住，不讓其再做錄音操作，再由單片機電路控制放音。首先，單片機將ISD1420語音芯片完整搜索一遍，自動找出每一段的起始地址，按分段順序編號存入外置的串行存儲器中；然后用戶通過單片機串口發(fā)出指令，單片機即將這些段的編號、地址一一調(diào)出，依次向語音芯片發(fā)出首地址、放音該段、該段結束，單片機收到EOM標志。單片機發(fā)出下一段語音的首地址，如此循環(huán)，直到要求的一句話合成完畢。 這種控制方式有較強的通用性和方便性，不需要事先規(guī)定每段語音的時間長度、總段數(shù)，甚至不需要知道每段語音在芯片上的具體地址，只要用戶記住錄入語音的段順序即可控制各段語音的自由組合。 電路結構 圖2電路可以很好地實現(xiàn)語音組合。由于其中包含了大量最新的器件和技術成果，如可更換、反復使用的先進數(shù)字語音錄放芯片（ISD1420），控制靈活功能強大的片內(nèi)可擦寫程序存儲器的微型單片機（AT89C2051），非易失大容量I2C串行存儲器24C16，低壓差微功耗的三端穩(wěn)壓器（HT7251）使輸入電源電壓范圍擴至5～12V，平衡輸入單端輸出的LM386功放可提供0.5W的喇叭輸出，等等。因此，它的功能十分強大，但電路卻十分簡單，制作出來也僅火柴盒大小，應用十分方便。 首先，跳線開關置于“1－2”學習功能位上，用戶按動按鍵AN，單片機AT89C2051即控制ISD1420語音芯片從頭至尾放音一遍，它會將語音芯片中的每一段語音的起始地址都記錄到串行存儲器24C16中，即完成了芯片搜索操作。然后，跳線開關置于“2－3”組合功能位上，用戶可按照RS232標準串口協(xié)議向單片機的RX端發(fā)送合成指令，單片機即將合成命令翻譯成對應的語音芯片中各段語音的起始地址，并控制語音芯片發(fā)出需要的語音，一段結束后立刻又播發(fā)下一段，如此將一句話合成“說”完。在單片機的TX端將作為忙信號端使用，當有語音輸出時該端將保持低電平，空閑時為高電平。 單片機遵循標準5V的RS232串口協(xié)議方式（TX、RX雙線，串口方式一、無校驗）。協(xié)議如下：串口速率為4800bit/s；引導碼為AAAA；靜音延遲0.5秒為DD（在一句話中停頓一會，起逗號作用）；句結束放音存儲碼為FF（立刻語音合成放音）；TX端放音忙信號為低電平有效（空閑為高電平，語音合成放音期間變?yōu)榈碗娖捷敵觯�；�?shù)據(jù)碼為碼址與語音段位序號對應，如00為第一段，01為第二段，02為第三段，……每句話最多48段。 整個電路的電源電壓為5～12V，靜態(tài)電流為13mA，工作電流為150mA，接口電平為5V，外接喇叭為4～8Ω，輸出音頻功率為0.5W，還可以外接功放機或有源音箱擴音使用。 應用實例 下面舉例說明該語音組合電路的應用。如產(chǎn)品系統(tǒng)中需要一個能實時播報時間和溫度的語音單元，經(jīng)過對所有語句的拆字分析，有以下31段字、詞素、提示音需要組合使用：幺(00)、零(01)、壹(02)、貳(03)、叁(04)、肆(05)、伍(06)、六(07)、柒(08)、捌(09)、玖(0A)、十(0B)、百(0C)、千(0D)、萬(0E)、溫度(0F)、度(10)、正(11)、負(12)、現(xiàn)在(13)、正常(14)、偏高（15）、偏低（16）、上升(17)、下降(18)、號(19)、小時(1A)、分(1B)、秒(1C)、點(1D)，嘟(1E)。我們先找專業(yè)播音員將這些字詞錄到磁帶上，再轉錄到多媒體電腦中，其中的“嘟嘟”提示音可從電腦的音效文件中找到，然后通過ISD1425語音編程拷貝機及其電腦軟件，將這些語音都按上述順序分段錄入到ISD1420芯片中。如果語音效果不滿意可反復重新錄制，直到滿意后將ISD1420芯片插到本語音組合電路板上，內(nèi)部語音及分段信息在斷電后也能保持100年。 插上新的語音片后，語音組合電路還需要搜索并存儲一次該語音芯片的各段地址，即將語音組合電路板上的跳針置于1－2位置，按一下AN按鈕，語音芯片即將內(nèi)部的語音從頭到尾完整播放一遍，放音完畢后即將跳針置回2－3,即可開始組合放音了。 這樣，當我們需要語音單元說“嘟，現(xiàn)在溫度126.5度，偏高”時，就可以按照語音芯片中語音段的段位序號和命令格式對本電路單片機的RX端發(fā)碼：AAAA1EDD130F020C030B071D0610DD15FF。其中“AAAA”表示“下面開始輸入放音的段號了”，“1E”是用十六進制表示的語音芯片第31段（十進制），這一段是“嘟”提示音，“DD”是表示此時要暫停放音0.5秒，相當于一個逗號，“13”是用十六進制表示的語音芯片第20段（十進制），這一段是語音“現(xiàn)在”，如此類推都是要播放的各段語音，最后“FF”表示“現(xiàn)在即將上述各段語音順序播放出來”。代碼發(fā)完后要合成的語句也就隨之播放出來了。 本語音組合電路設計已廣泛應用到工業(yè)測量控制、長江水利監(jiān)測、公安報警系統(tǒng)、智能電話系統(tǒng)、空調(diào)機、計價器、銀行報號系統(tǒng)、公路收費系統(tǒng)、鐵路指揮系統(tǒng)等各種產(chǎn)品系統(tǒng)中。使用該語音組合原理，還可對ISD2500、33000、4003等系列芯片進行控制，實現(xiàn)更長時間的組合。 注：作者簡介 周湘峻：現(xiàn)任中青世紀董事長,畢業(yè)于湖北大學物理系，1993年只身于北京創(chuàng)立中青世紀公司（www.atvoc.com）多年來一直秉承為客戶提供產(chǎn)品服務與技術支持的理念，致力于語音技術的開發(fā)與發(fā)展 曾發(fā)表多篇技術文章，分別刊登在《電子報》《北京電子報》《電子技術應用》《電子技術》《國外電子元器件》等報刊雜志上�，F(xiàn)收錄部分文章以饗讀者。 歡迎來電話垂尋：01062106945-807聯(lián)系人：裴先生 Email:peixifeng06@sian.com MSN:peixifeng06@sina.com QQ:609244119 轉載請保留原文章否則后果自負。
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