语音集成电路入门速成三部曲

yinpin

基础篇
　　青少年爱好者初涉电子技术领域，不妨先从最新颖的电子器件--音乐集成电路和语音集成电路入手，一开始就贴近新知识、新技术，从较高层次入门电子技术，由此走进异彩纷呈的电子世界大观园，亲身去体验和感悟电子科学的神奇与奥秘。如果说《小芯片大用处》那组文章是作者试图通过30个有趣的小电路，构筑成一架纷繁变幻的电子万花筒奉献给青少年朋友的话，那么《语音集成电路入门速成三部曲》，则是作者力求从基础知识、电路资料和实用范例等方面出发，让青少年爱好者在实践中初步学习并掌握一定的电子知识和技能，早日走入电子的世界。
　　我们平常所看到和接触到的语音集成电路，其封装形式大部分如图1所示。图1（a）是双列直插式塑料封装集成电路（DIP），俗称硬封装电路，按引脚数分为8脚、14脚、16脚等，每个引脚都有不同的功能。通常引脚越多，集成电路芯片的体积越大，电路功能也越强，价值当然也就越高。图1（b）是印板封装集成电路（COB），俗称软封装电路，它是把集成电路芯片直接封装在印刷电路板上的简易半导体集成器件。软封装电路工艺简单、生产周期短、成本较低，而且可以多次修复，所以合格率非常高。目前消费类电子产品普遍采用这种软封装电路。

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基础篇
　　青少年爱好者初涉电子技术领域，不妨先从最新颖的电子器件--音乐集成电路和语音集成电路入手，一开始就贴近新知识、新技术，从较高层次入门电子技术，由此走进异彩纷呈的电子世界大观园，亲身去体验和感悟电子科学的神奇与奥秘。如果说《小芯片大用处》那组文章是作者试图通过30个有趣的小电路，构筑成一架纷繁变幻的电子万花筒奉献给青少年朋友的话，那么《语音集成电路入门速成三部曲》，则是作者力求从基础知识、电路资料和实用范例等方面出发，让青少年爱好者在实践中初步学习并掌握一定的电子知识和技能，早日走入电子的世界。
　　我们平常所看到和接触到的语音集成电路，其封装形式大部分如图1所示。图1（a）是双列直插式塑料封装集成电路（DIP），俗称硬封装电路，按引脚数分为8脚、14脚、16脚等，每个引脚都有不同的功能。通常引脚越多，集成电路芯片的体积越大，电路功能也越强，价值当然也就越高。图1（b）是印板封装集成电路（COB），俗称软封装电路，它是把集成电路芯片直接封装在印刷电路板上的简易半导体集成器件。软封装电路工艺简单、生产周期短、成本较低，而且可以多次修复，所以合格率非常高。目前消费类电子产品普遍采用这种软封装电路。

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　　语音集成电路芯片又称裸片，它采用多层光罩技术将语音电路单元和数字化语音信息掩膜在半导体芯片中，其制造工艺非常复杂，生产周期约45天。掩膜前用户必须作以下项目选择：1.触发方式选择一边沿触发(EDGE)，触发一次，电路动作一次，即使触发信号持续保持着也只以动作一次；电平触发(LEVEL)，触发信号持续保持着，则语音重复输出直到触发停止，最后段语音输出完毕即停止。2.输出方式选择一持续输出(UNHOLD)，触发动作一停止，当段语音继续输出到完毕后停止；非持续输出(HOLD)，触发动作一停止，语音输出立刻停止。3.单键触发方式选择一循环放音(SEOUENTIAL)，每触发一次输出一语音内容，循环播出各段语音；单键全放(PLAY ALL)，一次触发后各段语音依次全部播出；随机放音(RING)，一次触发后无规律输出各段语音。4.后段盖前段/无后段盖前段选择一在现有的语音段尚未结束时，又触发另一段语音，则前段语音无论播放到何处都立即停止，后段语音将盖过前段而放音，这就叫做后段盖前段。5.矩阵触发/键盘触发方式选择一矩阵触发方式(MATRIX)，即利用输出口和输入口纵横交错之点构成触发输入；键盘触发方式(KEYBOARD)，既利用十位数键与个位数来组成所要触发之段数。这两种触发方式主要用于超过二十段语音触发。6.发光二极管方式选择一语音输出时，发光二极管以固定频率闪烁；使发光二极管随语音输出信号强弱同步闪烁；与语音输出信号有一同步电平信号输出，驱动发光二极管或产生级连信号。7.输出电流选择一可通过光罩选择输出电源(COUT)分别为1.5mA，3mA和4.5mA等，输出电流小，芯片的功耗就小，且输出音量较小；反之，输出电流大，芯片的功耗则越大，输出音量就较小。
　　语音信号的采样频率是决定语音电路音质好坏的最重要因素。一般来说，采样频率必须是语音频带宽度的2信以上，比如，要保存最高频率为6KHz带宽的频谱，这时采样频率最低必须为2×6KHz=12KHz。通常线的带宽为3KHz，如果以电话的音质为准，7KHz的采样频率就能满足要求，而处理一般的音素，用12KHz采样就可基本达到高保真音质的水平。语音电路的数字合成有多种方法，目前最常用的两种方法为清形存储法和参数分析合成法。表1列举了语音合成的几种主要方式。表2列出若干鲜为人知的语音合成电路清单，供读者选用。下面以HT81230语音电路为例，介绍语音电路的主要参数及各种应用电路。

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语音集成电路入门速成三部曲

在图6电路中，HT81230语音集成芯片IC一共有10个焊盘，由微电脑铝丝压焊机采用一种比头发还细的特殊金属丝，将它们分别压焊在印刷电路板上，专业人员通过显微镜检查，确认焊接无误，然后用黑色环氧树脂混合胶将芯片封装（图6黑色圆圈部分）。HT81230的10条引脚，分别与图6印刷电路板的10条印制线路相连接，其中第1脚VDD接到电源正（+）端，第⑥脚VSS接电源负（-）端，3V直流电源通过这两条引脚向IC供电。第③脚OSS2和第④脚OSS1之间外接振荡电阻ROSC，适当调整该电阻的电阻值，可改变IC内部的频率，从而达到调节放音速度的快慢。第⑤脚FLAG通过电阻将发光二极管VD接到电源正端，当电路播放语音时，VD发光方式有3种，第1种是放音时长亮，第2种是伴随放音产生3HZ频闪，第3种是语音播放结束瞬间闪亮一下，这3种发光方式在掩膜前选择确定。第②脚AUD输出音频信号，通过NPN型硅三极管放大，直接推动8Ω扬声器工作。第⑦～⑩脚KEY1～KEY4分别接4只微动开关，控制触发4段不同的语音内容，语音IC触发电平分为高电平和低电平2种，HT81230为低电平触发方式。