《電子技術應用》
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基于WT588D模塊的語音播報系統設計
來源:電子技術應用2012年第1期
王春武1,2, 劉春玲1, 秦政坤1, 王廣德1, 王立忠1
1. 吉林師范大學 信息技術學院, 吉林 四平136000; 2. 東北大學 中荷生物醫學與信息工程學院, 遼寧 沈陽110004
摘要: 基于WT588D模塊設計了語音播報系統,并詳細敘述了語音文件的制作、下載、硬件電路設計和編程設計過程。本系統整體結構簡單,音質優美,成本低廉,功能擴展方便,可以作為一個基于WT588D模塊設計的模板應用到多個相關領域中。
中圖分類號: TP319
文獻標識碼: A
文章編號: 0258-7998(2012)01-0115-03
The new voice broadcast system design based on the WT588D module
Wang Chunwu1,2, Liu Chunling1, Qin Zhengkun1, Wang Guangde1, Wang Lizhong1
1. College of Information and Technology, Jilin Normal University, Siping 136000, China; 2. Sino-Dutch Biomedical and Information Engineering School,Northeastern University, Shenyang 110004, China
Abstract: The new voice broadcast system based on the WT588D module is designed,it gives a detailed description to optimize design of software and hardware.This system has the advantages of simple integral structure, beautiful sound, low cost, convenient function expansion, and the system can be used as a template based on the WT588D modular bing applied in many related fields.
Key words : WT588D module; voice broadcast system; MPC82G516 microcontroller

    語音播報系統在兒童玩具、計算器、學習機、迎賓器、公交報站以及智能儀器儀表等設備中得到廣泛應用。以往的語音播報系統中通常采用ISD系列的語音模塊,其缺點是價格較高,電路設計較復雜,控制方式不夠靈活,且常常因為在線錄音會引入很強的噪聲,嚴重影響放音效果。而本文使用的WT588D模塊性價比較高,存儲容量大,使用專用下載軟件能夠在線燒寫音頻文件,操作極其方便,并支持6 kS/s~20 kS/s采樣率的音頻加載,可以無損展現音頻信息。

1 WT588D模塊簡介
    WT588D模塊是廣州創科有限公司與臺灣華邦公司共同研發的集單片機、語音電路、SPI-Flash存儲器于一體的可編程語音系統。該語音系統支持6 kS/s~22 kS/s采樣頻率的音頻,具有220個可控制的語音地址,且每個地址還可以分成128段管理。配合WT-APP上位機操作系統軟件和專用的USB下載器,可以隨意設置系統的控制方式、語音地址和分段信息,支持語音信息在線燒錄。
    WT588D模塊支持MP3控制模式、按鍵控制模式、并口模式、一線串口模式及三線SPI模式。模塊內部集成了DSP高速音頻處理器,內置13 bit數模轉換器以及12 bit PWM輸出方式,可以無損地展現音頻信息。PWM輸出方式可以直接驅動0.5 W/8 Ω揚聲器,無需額外的驅動電路[1]。
2 語音播報系統設計
2.1 語音文件的提取

    語音文件的提取有2種常用方法:(1)從錄制的文件中提取;(2)利用文字轉語音軟件提取。
    從錄制的文件中提取語音的步驟為:首先通過錄音軟件或通過手機錄制wav格式的音頻文件(例如包括0~9、時、分、秒等信息),然后打開GoldWave音頻編輯軟件,在原始wav格式文件中找到要截取的語音段,通過鼠標選擇復制粘貼到新文件中即可。在該軟件中還可以對音頻進行合并、降噪、濾波等特效處理。
    利用SoundToWav文字轉語音軟件,使得音頻文件提取更方便。該軟件利用TTS(Text To Speech)即語音合成技術,可以將任意文字轉換成語音文件。為了得到較好的音質,采用了ChineseMandarinVoice語音引擎,該引擎的中文女聲音色較好,基本接近真人發聲水平。在SoundToWav軟件中選擇該語音引擎并選中按行分割文件方式,輸入要轉換的文字信息,點擊轉換即可生成音頻文件。
    以上兩種方法中,第一種方法的真人錄制語音更自然生動更具有感染力,但容易引入噪聲干擾,音效相對較差些。而文字轉語音噪聲低、語音清晰、音質好、操作方便,但是由于采用的是TTS語音合成方式,聲音缺少飽滿,缺乏真人的朗讀效果。
2.2 系統硬件設計
    本文選擇了WT588D模塊的SPI三線連接方式。為說明對語音模塊的控制過程,以完成播報當前按鍵次數的功能為例。圖1為系統框圖,包括單片機最小系統、一個獨立按鍵、WT588D語音模塊和與其配套使用的下載接口。在設計中,需要先通過WT588D VoiceChip上位機軟件,將已經提取的音頻文件下載到SPI-Flash存儲器的相應地址段,并記錄好地址與語音的對照表,方便放音時進行地址調用。圖2為系統電路圖,由于語音模塊供電的特殊要求,通過AMS1117模塊完成5 V~3 V的電壓轉換;通過PWM直接驅動方式連接0.5 W/8 Ω揚聲器;通過發光二極管觀察語音芯片的忙信號狀態;單片機采用獨立按鍵方式。

2.3 系統軟件設計
    三線串口控制模式由片選CS、時鐘SCK和數據DATA組成,時序仿照標準SPI通信方式[2],具體時序如圖3所示。

    采用上位機軟件對SPI-Flash存儲器25PXX燒寫語音程序時,選擇三線串口控制模式。語音模塊的P01口被定義為DATA數據口,P02為CS片選口,P03為CLK時鐘口,單片機通過3個控制口對WT588D語音模塊進行控制。三線串口控制模式下其他的I/O口均無效。P17端為BUSY忙信號輸出端,可設置為播放狀態LED點亮和播放狀態LED熄滅。SPI-Flash存儲器25PXX的電壓范圍要保證在2.8 V~3. 5 V之間,VDD-SIM為WT588D語音芯片的串口電源管理輸入端,將25PXX的VCC連接到此端,可自動平衡WT588D與25PXX之間的串口電壓。PWM輸出端禁止接電容到地或直接接地,系統工作為VDD=5 V,VCC=3.3 V。
    基于SPI通信時序[3-4]編寫如下通信子函數,根據參數address的值可以播放對應的語音段(注意傳數時低位在前)。
void send_adr(unsigned  char  address)
{  
        unsigned  char  i;
        RESET=0;
        delay1ms(3);
        RESET=1;
        delay1ms(17);                                            /* 17ms*/
        CS=0;
        delay1ms(2);
        for(i=0;i<8;i++)
         {
           SCLK=0;
           If(address&1)                  /* low post before high*/
            DATA=1;
           else
            DATA=0;
           address >>=1;
           delay1us(50);
           SCLK=1;
           delay1us(50);
            }
        CS=1;
}
     主函數完成對獨立按鍵的掃描過程,其中delay1ms(10)的作用為延時去抖動,key_mark為鍵標志,可以實現按鍵的一次響應[5]。

 


void main(void)
{
      while(1)
      {
             if(!set&&!key_mark)
         {
                delay1ms(10);
            if(!set)
            {
                  key();
                  key_mark=1;
        }    
    }
    else if(set)
        key_mark=0;
}
    按鍵響應函數key()可實現,每次有鍵按下后,計數變量n++一次,通過對n值判斷進行語音播報。當n為10以內數字時,直接播放n號段的語音;當n介于10~20之間時,先播放&lsquo;10&rsquo;的語音再播放個位的語音;當n介于20~100之間時,先播放十位數字的語音,再播放&lsquo;10&rsquo;的語音,最后播放個位的語音。
    void key()
         { n++;                            //Number keys
         if(n<11)
                  send_adr(n);      
        else if(n>10&n<20)
        {            
            send_adr(10);                  //the voice of ten
            while(!BUSY);           //waiting for BUSY=1
            if(n%10)
              send_adr(n%10);                         // units&prime;digit
    }
    else
    {
            send_adr(n/10);                      // tens&prime;digit
        while(!BUSY);
            send_adr(10);
        while(!BUSY);
        if(n%10)
            send_adr(n%10);
    }
    while(!BUSY);      
}  
    本文以單片機為控制核心,詳細描述了使用WT588D模塊播報語音信息的具體實現過程,包括語音文件提取、硬件電路設計、通信協議分析、按鍵掃描、語音播報地址拆分等部分。與采用ISD系列語音芯片相比,WT588D模塊的性價比較高,音質較好,易于分段管理,能夠提供豐富的工作方式,給系統設計帶來了較大的靈活性。本系統整體結構簡單、音質優美、成本低廉、功能擴展方便,可以作為基于WT588D模塊設計的模板應用到多個相關領域,并依據本文稍加修改即可進行功能擴展。
參考文獻
[1] 廣州市唯創科技有限公司.WT588D08/16使用資料[EB/OL]. [2011-07-22] http://www.w1999c.com/UploadFiles/2011311155241593.pdf.
[2] 徐博,郭秋敏.基于SPI協議的音頻流解碼系統的研究與設計[J].工礦自動化,2011,34(1):45-49.
[3] 劉玉瓊.基于WT588D語音提示系統設計[J].企業科技與發展,2010,26(22):99-102.
[4] 裘有斌,張國忠,陳豐偉,等.基于ISD4004的家庭語音報警服務系統的設計[J].電子制作,2008,16(2):40-42.
[5] 王春武,李巖,孟祥英,等.C51中對按鍵的處理方法[J].吉林師范大學,2007(4):86-87.

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