基于單晶片CMOS語(yǔ)音合成的ASIC設(shè)計(jì)

　　3.1 時(shí)序產(chǎn)生電路

　　這部分電路給整個(gè)語(yǔ)音合成芯片提供時(shí)鐘信號(hào)，該語(yǔ)音合成芯片只包括個(gè)時(shí)鐘，就播放速度。芯片以LOGPCM編碼方式所存儲(chǔ)語(yǔ)音信息8位，采PWM進(jìn)行調(diào)制，就需至少28倍PWM數(shù)據(jù)讀頻率進(jìn)行調(diào)制，使得PWM信號(hào)輸出占空比能實(shí)現(xiàn)256級(jí)。語(yǔ)音信號(hào)以8KHz采樣頻率，因此以8K×256=2M時(shí)鐘頻率進(jìn)行調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)芯片常播放。ASIC設(shè)計(jì)，達(dá)2MHz時(shí)鐘頻率，采環(huán)行振蕩器，該電路3個(gè)CMOS反向器，1個(gè)電容個(gè)片電阻，調(diào)節(jié)片電阻以產(chǎn)生不同頻率振蕩信號(hào)，因此以通過改變部電阻值實(shí)現(xiàn)不同播放速度。同時(shí)芯片部二分頻電路串聯(lián)實(shí)現(xiàn)28分頻。

　　3.2 輸入信號(hào)控制模塊電路

　　輸入信號(hào)控制模塊輸入信號(hào)IO1IO2ROM地址進(jìn)行端控制，確定播放語(yǔ)音段，該芯片設(shè)計(jì)ROM有16根地址，8根數(shù)據(jù)線，語(yǔ)音分割成四段，每段語(yǔ)音占據(jù)4000H個(gè)地址單元，第段語(yǔ)音存儲(chǔ)地址范圍從0～3FFFH，第二段語(yǔ)音存儲(chǔ)地址范圍從4000H～7FFFH，第三段語(yǔ)音存儲(chǔ)地址范圍從8000H～BFFFH，第四段語(yǔ)音存儲(chǔ)地址范圍從C000H～FFFFH。該電路設(shè)計(jì)，避免些狀態(tài)誤動(dòng)作，故輸入信號(hào)IO2、IO1進(jìn)行兩級(jí)寄存，首先檢測(cè)IO2升沿，當(dāng)IO2升沿，signal輸出端口先輸出“00”信號(hào)（signal輸出端就級(jí)模塊：地址輸出模塊信號(hào)控制輸入端）；使得每檢測(cè)次IO2升沿，就讓個(gè)2位計(jì)數(shù)器加1，IO2經(jīng)過寄存器，再次檢測(cè)升沿，signal輸出“01”信號(hào)。然啟動(dòng)地址輸出模塊，當(dāng)IO1升沿，首先判斷IO2否電平，只有IO2電平狀態(tài)，IO1才能動(dòng)作，工作方式IO2樣；否則IO1無效。電路原理圖如圖2所示。

基于單晶片CMOS語(yǔ)音合成ASIC設(shè)計(jì)" src="http://img.kanwenzhang.com/images/t2/200907/20090705030558750.jpg" width="555" />

3.3 ROM地址輸出模塊

　　ROM地址輸出模塊接收級(jí)輸入信號(hào)控制模塊控制信號(hào)，根據(jù)不同控制信號(hào)，輸出不同地址信號(hào)讀ROM數(shù)據(jù)，ROM有16根地址線，因此ROM地址輸出模塊設(shè)計(jì)16位加法計(jì)數(shù)器，首先設(shè)計(jì)個(gè)2位加法計(jì)數(shù)器，再由兩個(gè)2位加法計(jì)數(shù)器構(gòu)成個(gè)四位加法計(jì)數(shù)器，然由3個(gè)四位加法計(jì)數(shù)器構(gòu)成個(gè)12位加法計(jì)數(shù)器，最由12位加法計(jì)數(shù)器個(gè)2位加法計(jì)數(shù)器構(gòu)成14位加法計(jì)數(shù)器，14位加法計(jì)數(shù)器剛好能從0計(jì)數(shù)3FFFH，就第段語(yǔ)音存儲(chǔ)地址范圍，其各段語(yǔ)音存儲(chǔ)開始地址相當(dāng)于3FFFH相應(yīng)倍數(shù)加1，因此采倍乘，其計(jì)算：DOUT=C+MUL×(D+1),其DOUT表示輸出ROM地址；C表示14位加法計(jì)數(shù)器；MUL表示播放該語(yǔ)音段號(hào)減1；D常數(shù)3FFFH。電路原理圖如圖3所示。

　　　3.4 脈沖寬度調(diào)制（PWM）模塊

　　該模塊存儲(chǔ)ROM數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，解碼音頻信號(hào)直接由喇叭進(jìn)行輸出，其就：連續(xù)調(diào)制信號(hào)各瞬時(shí)值脈沖載波持續(xù)時(shí)間進(jìn)行調(diào)制。實(shí)際就數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化成模擬信號(hào)，從而使聲音還原[2]。已調(diào)脈沖信號(hào)寬度隨調(diào)制信號(hào)瞬時(shí)值而，當(dāng)脈沖幅度不變時(shí)，調(diào)制信號(hào)完全由脈沖寬度表示，信號(hào)傳輸，使信號(hào)幅度失真干擾得解決，以限幅加以消除。由于語(yǔ)音信號(hào)采樣頻率8KHz，使得輸出信號(hào)占空比256級(jí)，則8位計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)0256計(jì)數(shù)，讓輸出信號(hào)“1”時(shí)間維持相應(yīng)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。而數(shù)據(jù)讀入系統(tǒng)調(diào)制時(shí)鐘（2MHz）降沿臨時(shí)開始動(dòng)作，且當(dāng)8位計(jì)數(shù)器“0”時(shí)開始讀入數(shù)據(jù)。因此時(shí)個(gè)PWM調(diào)制完成，而個(gè)調(diào)制周期還沒開始時(shí)隙，只有這個(gè)時(shí)隙開始讀入數(shù)據(jù)才能不影響PWM調(diào)制[3]。最讀入數(shù)據(jù)當(dāng)8位計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值進(jìn)行比較，假如計(jì)數(shù)值于當(dāng)讀入數(shù)據(jù)值，則端口1（PWM1）輸出電平“1”，否則輸出電平“0”，這樣讓輸出信號(hào)占空比根據(jù)輸入LOGPCM數(shù)據(jù)而發(fā)生，從而實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音輸出功能。電路原理圖如圖4所示。