王南陽

目前語音電路正朝智能型、模塊化、音質(zhì)好、時間長、體積小、價格低等方向發(fā)展，各種語音電路尤其是帶CPU功能的語音電路，將作為獨立的智能語音產(chǎn)品或作為語音模塊嵌入到各種電子電器產(chǎn)品中?？沙淌交疧TP系列語音集成電路以其“少量多樣化”的獨有特色，正在并必將對語音技術(shù)的大范圍、多層面的推廣應用，發(fā)揮出極其重要和不可替代的作用。

可程式化OTP系列語音集成電路通常分為常規(guī)型OTP語音電路和智能型OTP語音微處理器兩大類。

常規(guī)型OTP語音集成電路

目前，最常見的OTP語音集成電路當數(shù)HY8000系列，HY8000系列有10s/20s/40s語音IC。圖1為典型應用電路圖。圖2是外接LM386音頻放大器應用電路圖。

HY8000系列有音質(zhì)差、品種不多、功能單一等弊端。如遇到復雜些的語音控制方案，就必需增加外部單片機。

智能型OTP語音微處理器

電路簡述 本文以AN9600系列為例說明其電路原理。AN9600系列增強型OTP語音微處理器電路內(nèi)部集成了系統(tǒng)時鐘振蕩器、8位高效DSP微處理器、8位MCU控制接口、I2C 設(shè)備序列傳輸接口、8MB只讀語音存儲器ROM、波表ROM（可提供128種音色和47種鼓聲）、8KB靜態(tài)讀寫內(nèi)存SRAM、RC基頻振蕩電路、數(shù)字倍頻控制PLL電路、2級混音濾波運算放大器、電源穩(wěn)壓器和小功率音頻放大器等電路單元于一體。目前,AN9600系列可存儲語音時長為20～340s，即將推出680s、1360s長時間OTP語音微處理器。AN9600系列內(nèi)建2×16位數(shù)/模轉(zhuǎn)換、256階語音合成音量調(diào)整、可程序化控制音頻輸出單聲道/立體聲切換、可程序化控制DAC輸出模式(分時/合成/位準調(diào)整)、可程序化MCU傳輸接口、可程序化控制內(nèi)部波形處理的取樣頻率、可外掛閃存任意擴展存儲容量，以及設(shè)智能錄放音功能；可播放8～128通道電腦網(wǎng)絡(luò)音樂；可輸出單聲道或立體聲音頻信號直推揚聲器；可外接驅(qū)動LED數(shù)碼管/LCD液晶顯示屏或LED發(fā)光二極管等。工作電壓范圍2.5～4.5V；省電模式和喚醒特性以減少功耗，靜止耗電電流約為2μA。AN9600系列OTP語音微理器具有極強的可編程能力，可播放立體聲語音，可控制各種電器設(shè)備，可用于開發(fā)設(shè)計高級玩具、兒童學習機、防盜設(shè)備、智能家電、儀器儀表、保健理療機以及各類自動控制系統(tǒng)等等。

引腳排列及功能AN9600系列OTP語音微理器的封裝形式有SDIP28P、QFN32P、QFP44P、LQFP48P等。如AN9170的QFN32P封裝的引腳排列如圖3所示。引腳功能如表1所列。

MCU模式1.系統(tǒng)初始化：系統(tǒng)上電后，將進行一連串的初始值設(shè)定，此時系統(tǒng)處于“忙”狀態(tài)，無法接收任何數(shù)據(jù)。當初始值設(shè)定完成后，迅速清除“忙”狀態(tài)，進入等待接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，且系統(tǒng)會進入省電模式(DAC、EQ-OP、AMP、Clock皆為休眠狀態(tài))。這時可通過各種命令對系統(tǒng)進行功能及狀態(tài)設(shè)定操作，以達到主系統(tǒng)所需求的功能。

2. 系統(tǒng)讀取/寫入操作：對系統(tǒng)作寫入操作時，CSB及WRB引腳端必須置為“0”，此時不參考RDB的信號準位。因此RDB信號連接與否取決于MCU的控制信號，若MCU未提供RDB信號時，建議將RDB信號連接至GND或CSB引腳端。

當需要對系統(tǒng)執(zhí)行寫入操作時(不論是命令信號或是數(shù)據(jù)信號)，必須在系統(tǒng)不是處于“忙”狀態(tài)時執(zhí)行。 當對系統(tǒng)完成寫入操作后，系統(tǒng)會馬上反應為“忙”，直到系統(tǒng)可繼續(xù)接收新的數(shù)據(jù)或者相對應的程序處理完畢時，系統(tǒng)才會自動解除 “忙”狀態(tài)。

讀取系統(tǒng)的“忙”狀態(tài)時，MCU D[1:0]相對反映出MCU傳輸模式的數(shù)據(jù)傳輸要求（IRQ）或“忙”狀態(tài)（Busy）。

D[0] “忙”狀態(tài)置“0”=系統(tǒng)目前可接收新的作業(yè)處理；置“1”=系統(tǒng)目前無法處理新的作業(yè)。

D[1] IRQ的狀態(tài)置“0”=系統(tǒng)目前沒有MIDI數(shù)據(jù)的要求；置“1”=系統(tǒng)目前需要新的MIDI數(shù)據(jù)。此位反映出系統(tǒng)是否需要新的MIDI數(shù)據(jù)作處理。系統(tǒng)中共有32字節(jié)的緩沖空間，當剩余的緩沖空間小于或等于所設(shè)定的字節(jié)大小(初始值為15，可通過命令 = MCU_IRQ_BYTE _SIZE更改設(shè)定值)時，此位D[1]會為”1”且腳位信號IRQB會反映出所設(shè)定的電平值(可通過命令= MCU_IRQ_高電平或低電平更改設(shè)定值)。當有新的MIDI數(shù)據(jù)被寫入緩沖空間后，D[1] 位會為”0”且腳位信號IRQB會被釋放。表2為控制功能描述。

MCU接口控制時序：圖4所示是MCU讀周期時序圖。圖5所示是MCU寫周期時序圖。

I2C模式 系統(tǒng)上電后將進行一系列初始化設(shè)定，初始化過程中不接收任何數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)對于I2C的地址處理能力僅支持7位尋址。I2C總線上的數(shù)據(jù)傳輸速率并無最低限制，最高可達4Mb以上。I2C的傳輸規(guī)格在此不多作說明，僅描述傳輸封包的方向及系統(tǒng)字節(jié)的關(guān)系。圖6是I2C模式的SDA和SCL信號完整傳輸關(guān)系。圖7為“主”系統(tǒng)對“從”系統(tǒng)寫入數(shù)據(jù)的傳輸封包及確認關(guān)系。圖8為 “主”系統(tǒng)對“從”系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)的傳輸封包及確認關(guān)系。圖9為數(shù)據(jù)傳輸關(guān)系及含義的解釋。

I2C的主控端分為硬件電路或軟件仿真。當主控端為硬件電路時，則一切都不會有問題；當主控端為軟件仿真時，需要注意以下幾點：

SDA及SCL為“主”系統(tǒng)時，通過I/O所控制。I2C信號為低電平時，I/O輸出低準位；I2C信號為高電平時，I/O必須設(shè)定為輸入。因為“從”系統(tǒng)于確認后會將SCL設(shè)定為低電平后再進行內(nèi)部運算，直到運算結(jié)束可再接收另外的數(shù)據(jù)時，才會將信號釋放，在此過程中，“主”系統(tǒng)必須監(jiān)測信號是否為高電平，若不為高電平時，則必須等到信號為高電平后才可繼續(xù)執(zhí)行傳輸操作?！爸鳌毕到y(tǒng)必須全程監(jiān)測SCL為高電平狀態(tài)時，才可在傳輸正確情況下將傳輸速率提高?！爸鳌毕到y(tǒng)讀取SDA的數(shù)據(jù)必須在SCL準位為高電平期間，因為在SCL為高電平的時候，SDA由低電平變?yōu)楦唠娖綍r為停止工作，由高電平變低電平是啟動控制，這兩種狀況都是由“主”系統(tǒng)產(chǎn)生的。

典型應用

1、能自動辨識方位的語音門鈴 日常生活中，許多人恐怕都有出門時忘帶鑰匙的尷尬經(jīng)歷吧。自動辨識方位的語音提示門鈴能解決這個問題。該電子門鈴具有獨特的智能語音提示功能，它能自動判別來人的進出門方向，并根據(jù)情況播放不同的提示語音。當進門時便發(fā)出：“請取鑰匙、請隨手關(guān)門”，當出門時則發(fā)出：“請關(guān)好門窗、關(guān)水、關(guān)電、關(guān)煤氣”等提示語音。 該門鈴具有功能強、用途多、音質(zhì)好、成本低以及貼近生活、新穎實用等特點，深受廣大消費者的喜愛。

圖10所示是該語音門鈴電原理圖。該門鈴采用了內(nèi)部存儲 “叮—咚—?！恕！恕埳缘取?、“請取鑰匙、請隨手關(guān)門”和“請關(guān)好門窗、關(guān)水、關(guān)電、關(guān)煤氣”等三段語音的AN9020型OTP語音微理器IC，所有控制功能及工作時序均由IC內(nèi)部電路及控制程序完成。因此具有電路簡單、制作容易、性能優(yōu)越、性價比高、且電路保密性好、不易仿造等特點。

AN9020的P0-2、P0-3、P0-4三個輸入端口分別連接門鈴按鈕SB1、門控微動開關(guān)SB2和光敏電阻CDS。SB2可用兩塊金屬片自制, SB2的開啟與關(guān)閉受門扇操縱。當按下SB1時，P0-2口與直流電源的負極相通，獲得負脈沖觸發(fā)信號， AN9020輸出“叮—咚—?！恕！恕甭曤娦盘?，經(jīng)IC內(nèi)部的功率放大器放大后，直推揚聲器B發(fā)出三聲連續(xù)的的“?！恕甭? 停頓2s后,接著又發(fā)出“請稍等”的語音；P0-3口為開門自動提示語音觸發(fā)端，當門關(guān)閉時SB2接通, AN9020無輸出。當開門進屋時, SB2釋放處于斷開狀態(tài)，AN9020延遲2s即輸出內(nèi)儲“請取鑰匙、請隨手關(guān)門”電信號，經(jīng)放大后，推動揚聲器B發(fā)出提示語句。當外出欲開門時，首先必定經(jīng)過光敏感應開關(guān)CDS，這時SB2釋放處于斷開狀態(tài)，AN9020便輸出內(nèi)儲的“請關(guān)好門窗、關(guān)水、關(guān)電、關(guān)煤氣”電信號，經(jīng)放大后，由揚聲器B發(fā)出提示語音。

本電路設(shè)計的關(guān)鍵是自動語音觸發(fā)電路。圖10中的P0-2、P0-3口分別為門鈴觸發(fā)端和進門語音提示控制端，P0-2、P0-3之間不存在特殊邏輯關(guān)系。而P0-3口和P0-4口分別接收門狀態(tài)和光敏感應(檢測是否有人準備出門的光感應電信號)，以獲得正確的觸發(fā)信號。出門時須先后滿足兩個條件：第一是光敏感應頭探測到有人經(jīng)過；第二則是門處于打開狀態(tài)，只有滿足上述條件，才能播放相關(guān)提示語音。

發(fā)光二極管VD作為來人按鈴的記憶指示。當有人按門鈴按鈕SB1, AN9020第5腳為低電平，驅(qū)動外部LED發(fā)光二極管以4Hz的頻率閃爍，即表明有客人曾經(jīng)來過。當進門時,先是接通SB2，然后再經(jīng)過CDS光敏感應開關(guān)，其先后順序恰好與出門時的情況相反,10s后LED自動熄滅復位。愛好者還可利用該端的這一特性擴展門鈴功能，例如制作聲光語音門鈴、多功能彩燈音樂門鈴等。

2、電冰箱音樂/語音告知器 該語音告知器的電路極其簡單，核心部分就是一片AN9020，外部只需連接常閉型微動按鈕開關(guān)AN1、1/8W碳膜電阻R、8Ω/1W揚聲器SP。AN9020內(nèi)部存儲了3首8聲道“聰明的一休”、“貝多芬·鋼琴協(xié)奏曲片段”、“大海啊，故鄉(xiāng)” 音樂，每首樂曲的長度大約在30～40s，并存儲有“請關(guān)好冰箱”、“嘀、嘀、嘀－請關(guān)好冰箱門”等6段音樂/語音信息。本告知器也可采用CDS光敏感應開關(guān)取代按鈕開關(guān)，其基本電路可參照圖10。

當電冰箱門關(guān)閉時，由于箱門的機械作用力，將安裝在箱門框內(nèi)側(cè)的告知器微動按鈕開關(guān)AN1的常閉觸點頂開，這時，IC1的電源回路斷開，電路不工作。當開啟電冰箱門時，微動開關(guān)AN1自動釋放，常閉觸點便接通3V電源回路。IC1為上電觸發(fā)工作模式，即上電后，首先隨機播放IC1內(nèi)儲存的3首音樂中的1首，播放完畢后，假如此時箱門未關(guān)好，便接連3遍發(fā)出“請關(guān)好箱門”提示語音，如果箱門仍未關(guān)好的話，揚聲器SP連續(xù)不斷地發(fā)出響亮的“嘀、嘀、嘀－請關(guān)好冰箱”的警告語，直到冰箱門關(guān)好為止。

3、超聲波防盜聲光警戒器超聲波防盜聲光警戒器由超聲波發(fā)送、接收、時間計測、檢測單元、采樣和校正、警報聲發(fā)生、警燈驅(qū)動等軟硬件功能單元組成。圖11所示為電路原理圖。

超聲波發(fā)送部分包括超聲波信號發(fā)生、放大及換能器等。超聲波發(fā)送脈沖信號由AN9020的P0-7口送出，發(fā)送脈沖頻率為40kHz，其脈沖寬度及脈沖間隔均由軟件控制。脈沖寬度約為125μs。脈沖發(fā)送間隔取決于要求測量的最大距離等。由三極管Q2將電信號放大后，經(jīng)脈沖變壓器T2（變比為1∶10）升壓處理，最后由超聲發(fā)送換能器T將電信號脈沖轉(zhuǎn)換為40kHz的超聲波定向往外輻射。

超聲波接收部分由接收換能器R、比較器、放大單元及控制電路等組成。當遇到物體反射回的超聲波被接收換能器R接收，由于在距離較遠的情況下接收的回波信號微弱，因而轉(zhuǎn)換為電信號的幅值也較小，采用高速運算放大器LM358二級放大，其帶寬為15MHz，放大倍數(shù)為100倍時，能充分滿足要求；放大后的交流信號送入Q4三極管比較器，其作用是將交流信號整形輸出一個方波信號，然后再由T8050三極管Q1放大后，直接輸入到AN9020的P0-6口。AN9020 立即產(chǎn)生控制信號和警報聲輸出，一路由P0-0口輸出每秒鐘3Hz頻率的脈沖信號，經(jīng)三極管Q3放大推動繼電器吸合，使流動式紅藍警燈交替閃爍；與此同時，AMP-P、AMP-N輸出語音信號，推動揚聲器發(fā)出警報聲以及“站住，不許動！你已在有效監(jiān)控范圍”等語音。

本電路還可用于超聲波測距的汽車倒車語音提示器、危險地禁區(qū)語音告警電子標示牌、垂釣用的“語音型魚群探測器”等。