WTV080芯片在以太網(wǎng)維文信息家電控制平臺中的應用

朱靜等

摘 要： WTV080芯片是可編程一次性燒錄（OTP）語音芯片，內(nèi)置16 b DAC數(shù)字/仿真轉(zhuǎn)換器、PSG語音合成器和音質(zhì)優(yōu)化算法器，高保真，耗電小。這里主要介紹語音芯片WTV080的語音功能，闡述了STM32F103VE控制WTV080在以太網(wǎng)維文信息家電控制平臺中的具體實現(xiàn)方案。最終實現(xiàn)了性能穩(wěn)定的語音播放功能。

關(guān)鍵詞： 語音芯片； 以太網(wǎng)； 家電控制平臺； 維文信息

中圖分類號： TN912.34?34； TP391.9 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）11?0010?03

Application of WTV080 in Ethemet Uyghur information household appliances control platform

ZHU Jing， HAN Yun?fei， ZHAO Xin?miao， SHI Ke?ke

（College of Computer and Information Engineering， Xinjiang Agricultural University， Urumchi 830052， China）

Abstract： WTV080 is a voice chip with programmable one?time programming （OTP）， in which 16?bit DAC， PSG voice synthesizer and sound quality optimization algorithm are built. It has the characteristics of high?fidelity and low power consumption. The voice functions of WTV080 are introduced. The concrete realization scheme of Uyghur information household appliances control platform with WTV080 controlled by STM32F103VE is described. The stable voice playing function is realized.

Keywords： voice chip； Ethernet； household appliance control platform； Uyghur information

隨著計算機網(wǎng)絡技術(shù)的飛速發(fā)展，一個以網(wǎng)絡為核心的信息時代已悄然到來。雖然網(wǎng)絡帶來的方便與快捷是大家有目共睹的，但是人們對生活環(huán)境提出的要求也在不斷提升，這就使得“智能住宅”、“家庭自動化”等技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注[1]。在以太網(wǎng)維文信息家電控制平臺設計中加入語音播報的功能，能夠讓使用者體驗到家電控制的智能化與實用性，增強交互體驗[2]。

1 WTV080芯片介紹

1.1 芯片特點

WTV080芯片是可編程的一次性燒錄（OTP）語音芯片，根據(jù)芯片型號，語音長度可分別達到10 s，20 s，40 s，80 s，170 s，340 s。由于該芯片內(nèi)置16 b DAC數(shù)字/仿真轉(zhuǎn)換器、PSG語音合成器和音質(zhì)優(yōu)化算法器，具有PWM和DAC兩種音頻輸出方式，所以能夠表現(xiàn)出較高質(zhì)量的音頻?？扇我獠迦腱o音，相同的語音可重復調(diào)用，且不占用語音空間。

芯片具有多種工作模式，包括按鍵控制模式、按鍵組合控制模式、并口控制模式和串口控制模式等。播放語音時，BUSY腳可根據(jù)需要，設定輸出高電平或低電平。它內(nèi)置0.5 W喇叭直推線路，不需要外加器件，音質(zhì)與音量比傳統(tǒng)“Cout+三枀管”更佳，且更省電節(jié)能。工作電壓范圍為2.5～3.6 V。當處于省電模式時，耗電量僅為 2 μA，芯片上電后1 s或者語音停止播放后1 s自動休眠。具有強大的可編程能力，可以根據(jù)需要定制各種復雜的功能[3]。

1.2 芯片封裝與引腳定義

WTV080 SOP16封裝示意圖如圖1所示，各引腳功能如表1所示。

2 WTV080三線串口控制時序和控制命令

2.1 三線串口控制時序

三線串口控制模式[4]是由片選CS、時鐘CLK和數(shù)據(jù)DATA進行控制操作的，并且時序仿照標準SPI通信方式。具體的時序圖如圖2所示。

從圖2中可以看出：在發(fā)送數(shù)據(jù)前，復位信號RESET先置低5 ms，對WTV080芯片進行初始化，然后在8 ms后片選信號CS，CLK再置低5 ms以喚醒WTV語音芯片。WTV080在時鐘（時鐘周期介于200 μs～2 ms之間，推薦使用300 μs）的上升沿接收數(shù)據(jù)，先接收低位數(shù)據(jù)，然后是高位數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)成功接收后，語音播放忙信號 BUSY做出響應。同樣，向外發(fā)送數(shù)據(jù)時先發(fā)送低位數(shù)據(jù)，再發(fā)送高位數(shù)據(jù)。在發(fā)送數(shù)據(jù)時，無需先發(fā)送命令碼再發(fā)送指令。

2.2 控制命令

圖2中數(shù)據(jù)線上的D0～D7表示一個地址或者命令數(shù)據(jù)。E0H～FEH的功能如表2所示。

3 WTV080播報語音控制

WTV080在正確的控制下，才能正常播報語音，本設計采用的控制芯片為STM32F103VE。

3.1 STM32F103VE簡介

STM32F103VE增強型使用高性能的ARM? CortexTM?M3 32位的RISC內(nèi)核[5]，工作頻率為72 MHz；內(nèi)置高速存儲器（高達512 KB的閃存和64 KB的SRAM）；豐富的增強I/O端口和連接到兩條APB總線的外設。所有型號的器件都包含3個12位的ADC、4個通用16位定時器和2個PWM定時器，還包含標準和先進的通信接口：2個I2C接口、3個SPI接口、2個I2S接口、1個SDIO接口、5個USART接口、1個USB接口和1個CAN接口。

該STM32F103VE的工作溫度范圍為-40～105 ℃；供電電壓為2.0～3.6 V；具有省電模式，可以保證低功耗應用的要求[6]。

3.2 STM32F103VE和WTV080的接口

因WTV080采用三線串口模式，所以將STM32F103VE的PE10，PE11，PE13，PE9作為普通I/O口線，PE12作為輸入I/O口線。按照WTV080操作時序，通過CS，CLK，DATA對WTV080進行控制語音播報。接收到相應的指令，調(diào)用相應的語音進行播放。其語音芯片電路如圖3所示。

4 語音系統(tǒng)的設計流程

語音系統(tǒng)的設計流程主要包括4個步驟：硬件設計、制作語音文件、燒寫語音文件和軟件處理。

4.1 硬件設計

WTV080語音芯片采用三線串口模式，通過STM32F103VE的三個通用I/O口分別連接到WTV080芯片的CS，CLK，DATA，再找兩個通用I/O口分別連接RESET（復位）管腳與BUSY忙信號管腳，設置連接WTV080芯片的CS，CLK，DATA，RESET（復位）管腳狀態(tài)為輸出，連接WTV080芯片的BUSY忙信號管腳狀態(tài)為輸入。

4.2 語音文件的建立

在Interphonic.5.0語音合成系統(tǒng)[7]制作語音文件中，使用軟件WTV VoiceChip 3.58e創(chuàng)建項目[8]。導入語音文件，通過單擊菜單欄“WavOperation”項下面的Load Wav…，彈出對話框選擇加載的錄音文件（WAV格式）。

4.3 燒寫語音

連接好燒寫語音芯片的設備，單擊菜單欄“Tools”項Com Download下載框，選擇相應的bin文件，選擇使用的串口，單擊Download即可下載語音文件到設備，通過操作設備再把語音燒寫到語音芯片。

4.4 軟件處理

通過控制三線串口模式的時序，將相應的語音地址發(fā)送到WTV080的語音芯片，芯片就會調(diào)用相對應的語音文件進行播放，播放完一段語音，BUSY忙信號就會輸出低電平，當STM32F103VE檢測到BUSY輸出的低電平后，認為一段語音播放完畢，就可以調(diào)用下一段語音進行播放了。

5 語音控制程序

5.1 STM32F103VE驅(qū)動程序簡介

STM32F103VE驅(qū)動程序接收以太網(wǎng)協(xié)議數(shù)據(jù)并分析，調(diào)用相應的語音進行語音播放。WTV080語音芯片程序流程如圖4所示。

5.2 三線串口控制程序

數(shù)據(jù)發(fā)送程序如下：

void audioPlay（unsigned char AudioData）

{

unsigned char TxData=0；

YY_NSS_LOW（）；

delay_ms（5）；

for（TxData=0；TxData<8；TxData++）

{

YY_SCK_LOW（）；

if（AudioData & 0x01）

{

YY_MOSI_HIGH（）；

}

else

{

YY_MOSI_LOW（）；

}

AudioData>>=1；

delay_us（200）；

YY_SCK_HIGH（）；

delay_us（200）；

}

YY_NSS_HIGH（）；

}

6 結(jié) 論

從初期控制板的設計和后期模型的制作，到對整個模型系統(tǒng)的測試，結(jié)果表明，使用STM32F103VE控制WTV080語言芯片成功地實現(xiàn)了語音播報的功能，并且性能穩(wěn)定，音質(zhì)良好。

參考文獻

[1] 玉海超，王紅蕾.基于ARM的智能網(wǎng)絡家居系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].信息技術(shù)，2012（4）：162?165.

[2] 司德花.英漢智能語音芯片應用于旅游業(yè)的研究[J].經(jīng)濟研究導刊，2014（18）：250?251.

[3] 佚名.可在多種場合應用的WTV系列語音芯片[J].電子制作，2008（6）：16?17.

[4] 韓德紅，張顯才，李向東.基于FPGA的串口控制器設計與實現(xiàn)[J].空軍雷達學院學報，2008（2）：113?116.

[5] 張慶輝，馬延立.STM32F103VET6和ENC28J60的嵌入式以太網(wǎng)接口設計[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2012（9）：23?25.

[6] 于春雪.STM32F103的高速以太網(wǎng)接口設計[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2011（9）：43?45.

[7] 佚名.科大訊飛新一代語音合成系統(tǒng)Interphonic 5.0強勢登陸語音市場[J].通訊世界，2006（7）：84?85.

[8] 范維全，鄧華.車載儀表真人發(fā)聲提示技術(shù)的研究[J].安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學院學報，2013（5）：1?3.