基于MSP53C392的語(yǔ)音合成系統

摘要：介紹一個(gè)基于單處機和MSP53C392的通用語(yǔ)音合成系統；能根據需要，利用多種語(yǔ)音壓縮算法無(wú)縫地混合匹配，用以?xún)?yōu)化語(yǔ)音質(zhì)量和存儲容量。

隨著(zhù)語(yǔ)音處理和合成技術(shù)以及大規模集成電路的快速發(fā)展，語(yǔ)音合成不斷地產(chǎn)品化，不同廠(chǎng)商推出了用各種不同原理實(shí)現的語(yǔ)音合成器件。本文介紹一種性?xún)r(jià)比較高的，由TI生產(chǎn)的MSP53C392被動(dòng)式合成器，它是由單片機控制的語(yǔ)音合成系統。該系統的優(yōu)點(diǎn)：①無(wú)需開(kāi)發(fā)語(yǔ)音數據代碼，且由于MSP53C392語(yǔ)音處理器被設計成目錄式，可以讓用戶(hù)快速地把語(yǔ)音系統推上市場(chǎng)；②能利用多種語(yǔ)音壓縮算法無(wú)縫地混合匹配，用以?xún)?yōu)化語(yǔ)音質(zhì)量和存儲容量。

1 系統原理

由MSP53C392構成的語(yǔ)音合成系統的原理如圖1所示，利用PC機和TI的專(zhuān)用軟件對語(yǔ)音數據進(jìn)行轉換和壓縮，然后下載到Flash存儲器中。用單片機通過(guò)查表和散轉讀取語(yǔ)音數據，再送MSP53C392合成輸出語(yǔ)音，經(jīng)濾波、功率放大后驅動(dòng)揚聲器。

2 硬件設計

2.1 MSP53C92語(yǔ)音合成器

美國德州儀器公司生產(chǎn)的語(yǔ)音合成芯片，接受來(lái)自主處理器的壓縮語(yǔ)音數據，并由此產(chǎn)生語(yǔ)音或音樂(lè )。器件的特性如下：

①可直接驅動(dòng)32Ω揚聲器。

②在休眠方式下，最大待機電流僅10μA。

③片內集成有各種語(yǔ)音合成算法，用戶(hù)可以根據要求選擇從低數據率到高質(zhì)量合成程序以適應各種不同的應用。支持的算法包括：

*LPC 5220的LPC D6格式——在8kHz的采樣頻率時(shí)，數據率分別為3.0Kbps和1.5Kbps。

*MELP Ver4.1——在8kHz的采樣頻率時(shí)，數據率為2～3.5Kbps。

*CELP V3.4——在8kHz的采樣頻率時(shí)，數據率可在4.2Kbps、4.8Kbps、6.2Kbps、8.6Kbps、10.7Kbps中選擇。

*8位PCM——在采樣頻率8kHz時(shí)，數據率為64Kbps。FM II用于雙通道樂(lè )器合成的頻率調制：

*可用軟件選擇8kHz或10kHz的語(yǔ)音采樣頻率；

*有不需要接任何外部元器件的內部時(shí)鐘發(fā)生器；

*有數字音量控制。

MSP53C392引腳及定義如圖2所示.

2.2 硬件電路原理

主處理器利用檢測方式與合成器進(jìn)行通信，3根控制線(xiàn)，8根數據線(xiàn)。數據被寫(xiě)入合成器中，合成器的狀態(tài)被讀回。下面以89C51實(shí)現控制為例，用89C51的P0口與MSP53C392的8位數據線(xiàn)相連，用P1口P1.0、P1.1和P1.2分別接MSP53C392的R/W、STROB和INIT端子。89C51與合成器的接線(xiàn)圖如圖3。

2.3 軟件控制

圖3

壓縮數據通過(guò)檢測的方法傳送MSP53C392和從其讀取數據。讀操作的步驟如下：①89C51使合成器的R/W為高電平。②使合成器的STROB的高電平，并且去讀回BUSY和EOS的狀態(tài)。（A，如果BUSY信號是高電平，則合成器不忙，準備接受一次寫(xiě)操作；否則，沒(méi)準備好接受寫(xiě)操作，繼續重復讀操作，直至BUSY為高電平。B，如果EOS信號是高電平，合成過(guò)程已經(jīng)到達語(yǔ)音數據流的結束碼，89C51停止傳送數據，使合成器復位。）③89C51使合成器的STROB為高電平，寫(xiě)操作的步驟如下：①89C51根據BUSY的狀態(tài)判別合成器是否已經(jīng)準備好；②89C51使R/W變?yōu)榈�；�?9C51向數據線(xiàn)發(fā)送數據；④89C51給STROB發(fā)送一個(gè)上升沿，使數據鎖存在合成器輸入鎖存器中。

2.4 輸出電路

合成器有兩個(gè)D/A轉換輸出引腳DAC 和DAC-。其輸出有兩種方式：方式1，可以直接驅動(dòng)32Ω的揚聲器；方式2，驅動(dòng)一個(gè)運放，如圖4所示。虛線(xiàn)框內為一級低通濾波器，100kΩ電位器用于音量調節。

3 軟件部分

（1）語(yǔ)音合成系統控制軟件

圖4

固化在單片機中的語(yǔ)音合成系統控制軟件主要功能是：對系統進(jìn)行初始化，檢測鍵盤(pán)，根據不同按鍵以決定讀取不同的語(yǔ)音段裝數據，與語(yǔ)音合成器進(jìn)行通信，傳送語(yǔ)音數據，完成語(yǔ)音合成器件的復位和其它控制，完成語(yǔ)音合成器件的復位和其它控制。89C51與MSP53C392之間數據交換程序流程如圖5所示。

（2）語(yǔ)音合成軟件

用于控制語(yǔ)音合成器分離語(yǔ)音參數，譯碼、插值和D/A轉換的程序，無(wú)須編寫(xiě)，已經(jīng)固化在合成器中的ROM中。

（3）數據的轉換和壓縮程序

由于合成器只能支持相應的算法，所以對于已有的語(yǔ)音文件必須對之進(jìn)行處理。例如，采樣頻率為44.1kHz CD音質(zhì)的文件，WAV文件的語(yǔ)音文件進(jìn)行預處理。首先，對之實(shí)現重新抽樣的功能，例如，用COOL EDIT和GOLDWAVE這類(lèi)程序就可以實(shí)現這樣的功能，通過(guò)GOLDWAVE軟件進(jìn)行低通濾波，使其頻率寬為4kHz或5kHz，然

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