Расширение функциональных возможностей бытовой техники всегда радует потребителей. Но у каждой медали есть и обратная сторона — добавление новых возможностей усложняет управление бытовыми приборами, и домохозяйкам поневоле приходится приобретать дополнительную квалификацию, становится операторами стиральных машин, пылесосов и т.п. А если таких устройств в доме несколько? Чтобы упростить жизнь потребителям, фирмы, производящие такую технику, оснащают свои приборы голосовым информатором или возможностью издавать мелодию или специфические звуки. Как показывает практика, такие новинки, имеют большую привлекательность для потенциальных клиентов. Например, сейчас в Индии большим спросом пользуется, разработанная местными инженерами, стиральная машина, в которой все команды дублируются голосовым сообщением. Разработчики электронных компонентов (ЭК) не остаются в стороне от новых веяний. Одним из направлений деятельности фирмы Holtek, выпускающей ЭК для бытовой техники, является выпуск микросхем для синтезирования голосовых и звуковых сообщений. Усилия инженеров фирмы Holtek были направлены на разработку новых семейств микросхем с расширенными функциональными возможностями. Результатом проделанной работы стал выпуск микросхем двух семейств Easy Voice и Magic Voice. Эти микросхемы программируются пользователем и предоставляют разработчикам дополнительную гибкость применения голосовых или звуковых сообщений в их устройствах.
В новом семействе микросхем Easy Voice пока доступна к заказу только одна, наиболее простая, микросхема HT81003. В таблице 1 представлена краткая, сравнительная характеристика микросхем этого семейства.
Таблица 1. Микросхемы семейства Easy Voice™
Примечание: ¹ — Выпуск микросхем планируется в 1 квартале 2002 г. Используя микросхемы семейства Easy Voice можно достаточно легко реализовать схемы воспроизведения голоса (звуков) с минимальным числом внешних компонентов. Длительность записываемого сообщения, например, для микросхемы HT81003, равна 3 секундам при частоте дискретизации 5кГц. Сообщение заказчика, в соответствии с его требованиями к разделам сообщения, параметрами функционального назначения двух клавиш и вывода флага (FLAG), сохраняется в масочном ПЗУ на этапе производства микросхемы. Вся память сообщения может быть разделена на несколько независимых разделов, произвольной длительности. Причем, паузы в сообщениях не требуют дополнительной памяти.
Для воспроизведения сообщения динамик, сопротивлением 8 Ом, 16 Ом или 32 Ом, может быть подключен непосредственно к ШИМ выводам микросхемы или через внешний транзистор (см. рисунок 1). В микросхемах семейства Easy Voice предусмотрена функция ступенчатого понижения громкости на 50%.
Малая стоимость микросхем семейства Easy Voice и возможность гибкой настройки параметров работы позволяет их использовать в большинстве приложений, требующих генерации звуковых сообщений. Например, игрушки, генераторы сигнала будильников, системы оповещения посетителей, генераторы звуковых эффектов и т.д.

Рис. 1. Типовая схема включения и функциональная блок схема микросхемы HT81003 Микросхемы семейства Magic Voice (HT84XXX) значительно сложнее Easy Voice, они имеют много настраиваемых функций и большой объем памяти. HT84XXX предназначены для построения схем речевых, музыкальных синтезаторов и генераторов тонального сигнала. Микросхемы позволяют настраивать параметры формирования сигнала такие как: частота дискретизации, уровень тона, темп генерации речевого сообщения или мелодии. В микросхемы семейства HT84XXX встроено два высококачественных выхода ЦАП с 16-ти уровневым регулятором громкости. Порядок работы микросхемы определяется командами пользователя, сохраняемыми в памяти. В состав команд пользователя входят арифметические, логические операции и операции переходов. Фактически микросхемы этого семейства являются небольшими микроконтроллерами для синтеза речи и мелодий. Основные характеристики микросхем семейства Magic Voice представлены в таблице 2.
Таблица 2. Микросхемы семейства Magic Voice™
Примечание: Длительность сообщения указана для дискретизации 21 Кбит/с. Все микросхемы семейства HT84XXX имеют в своем составе: 8 управляемых портов ввода/вывода и 4 порта; работающих только на вход; 2 — уровневый стек; два программируемых 8 — разрядных таймера; программируемый генератор тона.
Упрощенную структурную схему микросхем этого семейства смотрите на рисунке 2.
Синтез звукового сигнала происходит по одному из законов: 8-ми — разрядный PCM^*, 6-ти — разрядный PCM, 4 —х — разрядный ADPCM. Исходный звуковой фрагмент может быть в формате .WAV, .PCM или сгенерирован в интегрированной среде проектирования CAD Holtek. Затем, звуковой файл преобразуется в код масочного ПЗУ микросхемы HT84XXX. Следует отметить, что формат PCM генерирует более высококачественный звук, а формат ADPCM^** позволяет получить сообщение большей длительности. Синтезатор звука PCM/ADPCM позволяет настраивать частоту дискретизации сигнала от 4 кГц до 24 кГц для PCM синтезатора и от 4 кГц до 16 кГц для ADPCM синтезатора.
Встроенный, управляемый генератор тона позволяет достаточно просто синтезировать оригинальные мелодии. Основные параметры 2-х канального генератора тона: 13 ритмов, 5 октав, 18 темпов. Фрагменты мелодий, используемые для формирования кода масочного ПЗУ, могут быть в формате .MID или .MLD.
При использовании микросхем семейства HT84XXX, для генерации высококачественных звуковых сообщений, требуется минимальное число внешних компонентов (см. рисунок 3). Частота тактового генератора микросхемы задается внешним резистором, а к аналоговым выходам микросхемы AUD0 и AUD1 могут быть непосредственно подключены буферные транзисторы структуры NPN.

Рис. 2. Упрощенная структурная схема микросхем семейства Magic Voice
Рис. 3. Типовая схема включения микросхем семейства Magic Voice с 16-ю управляющими кнопками Микросхемы семейства Magic Voice могут рассматриваться как универсальное решение для приложений, требующих высококачественной генерации голосовых сообщений, музыкальных фрагментов или звуковых эффектов. Например, высококачественные игры, системы оповещения, речевые синтезаторы и многое другое.
Фирма Holtek также выпускает микросхемы обработки звука, применяемые в музыкальных инструментах, телевизионной техники, видео CD проигрывателях и другом оборудовании. HT8970 — процессор обработки звука с эффектом эха и задержки сигнала от 30 мс до 300 мс. Микросхема HT8970 состоит из следующих функциональных блоков (см. рисунок 4): предварительный усилитель; VCO — генератор, управляемый напряжением; 20 Кбит статического ОЗУ; АЦП; ЦАП; блок логики, блок начальных установок. С помощью встроенного ОЗУ 20 Кбит формируется задержка входного сигнала в зависимости от сопротивления внешнего резистора, подключенного к выводу VCO.

Рис. 4. Упрощенная структурная схема микросхемы HT8970 Применение цифрового алгоритма ADM позволило получить низкий уровень искажений сигнала (режим эха 1%, режим задержки 0.2%), большую длительность задержки (от 30мс до 300мс) и малый уровень шума (режим эха& -85dB, режим задержки -90dB). Ток потребления микросхемы не более 30мА при напряжении питания от 4.5 В до 5.5 В.
Фирма Holtek, в первом квартале 2002 года, планирует значительно расширить номенклатуру серийно выпускаемых микросхем синтеза и обработки звука. В планах фирмы Holtek выпуск микросхем семейства Q-Voice. Микросхемы этого семейства схожи с микросхемами HT84XXX, но имеют один аудио выход, настраиваемый для работы в режиме ЦАП или ШИМ.
Для высококачественных приложений планируется выпуск специализированных 16 — разрядных микроконтроллеров синтеза речи. Ряд 16 — разрядных микроконтроллеров имеют одинаковый объем масочного ПЗУ для звукового сообщения, как и в семействе HT84XXX, но более мощные периферийные модули и больший объемом памяти программ и данных (см. таблицу 3).
Таблица 3. Семейство 16-разрядных микроконтроллеров синтеза речи
Примечание: Все микроконтроллеры содержат: 8-уровневый стек, часы реального времени (RTC). Музыкальный контроллер HT36A0 значительно отличается от всех ранее описанных микросхем. Программа контроллера и звуковая информация сохраняются в одном адресном пространстве 64k x 16, а звук генерируется с помощью двухканального 16-разрядного ЦАП. Универсальность микросхемы HT36A0 достигается за счет 28 программируемых двунаправленных портов ввода/вывода, двух внутренних 16-разрядных таймеров, 8 уровневого стека и других особенностей.
Любую техническую консультацию по продукции фирмы Holtek, информации о доступности к заказам микросхем синтеза и обработки звука, а также порядок передачи кода для масочного ПЗУ сообщений Вы можете получить, обратившись в офис компании Rainbow Technologies, официального партнера Holtek в России.
^* PCM (Pulse Code Modulation — импульсно-кодовая модуляция) — стандартный способ цифрового представления сигнала при помощи последовательности импульсов, каждый из которых кодируется абсолютным числовым значением амплитуды.

^** ADPCM (Adaptive Delta PCM — адаптивная относительная ИКМ) — разновидность ИКМ, когда отсчеты представляются не в абсолютной форме, а в виде относительных изменений (delta) амплитуды. Это позволяет сократить разрядность отсчета до 2-4 бит, уменьшив при этом общий размер оцифровки, однако не позволяет точно представить сигналы с быстро меняющейся амплитудой.

Источник: rtcs.ru
Автор: Александр Зайцев
Сайт автора: http://www.alex-uc.narod.ru/