文字轉發音單片處理器WTS701的原理及應用

摘要：WTS702是華邦公司推出的內建喇叭驅動功能的“文字轉發音”單芯片集成電路。該芯片將連續運算法與華邦專有的多層次儲存技術相結合，從而實現了真正將“文字轉發音”的完整功能。文中介紹了該芯片的原理及典型應用，給出了Cygnal F120MPU與WTS701的接口電路，并根據相應的芯片指令給出了其控制軟件的代碼程序。

關鍵詞：文字轉發音；WTS701；C51語言；

１ 概述

ＷＴＳ７０１是華邦電子推出的第一顆“文字轉發音”(ｔｅｘｔ－ｔｏ－ｓｐｅｅｃｈ)單芯片處理器。ＷＴＳ７０１使用真人發音為樣本，從而確保了所輸出的發音是清晰的真人發音，而不會像計算機合成聲音般不自然，因此，通過該芯片將文字轉換成的發音更自然、真實、悅耳。

ＷＴＳ７０１單芯片處理器解決方案將連續運算法（ｃｏｎｃａｔ ｅｎａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ) 與華邦專有的多層次儲存技術(Ｍｕｌｔｉ－Ｌｅｖｅｌ Ｓｔｏｒａｇｅ，ＭＬＳ) 相結合。ＷＴＳ７０１單芯片處理器內建喇叭驅動功能，不需要微處理器或個人計算機即可運作，因而可廣泛應用于無線產品上。舉凡電子郵件的閱讀、實時簡訊、網站、新聞、天氣、運動、股價等信息，或是電子商務訊息傳遞及衛星導航系統的語音說明，皆可使用此款ＩＣ將文字轉換成為語音，以聽覺代替視覺來讀取。此外，ＷＴＳ７０１單芯片處理器還可以運用在學習輔助教材、視障輔助教材、電子書、玩具及其它娛樂產品上。

２ 引腳排列及功能

ＷＴＳ７０１采用５６腳ＴＳＯＰ封裝。其引腳排列如圖１所示，各引腳的功能說明如表１所列。

表1 WTS701的引腳功能

３ 應用特性

３．１ 芯片工作參數

●采用２．７Ｖ～３．３Ｖ工作電壓。

●其Ｉ／Ｏ引腳可耐３Ｖ～５Ｖ電壓。

●功耗低，工作模式時的電流為３５μＡ，等待模式時為１μＡ。

●工作溫度范圍：－４０℃～＋８５℃。

●采用模擬音頻輸出，可外接８Ω揚聲器。

●發音語速可調。

●可對ＡＳＣＩＩ碼或Ｕｎｉｃｏｄｅ碼進行文字轉發音。

●支持英語男、女性發音和中文女性發音。

３．２ 存儲單元和ＳＰＩ傳輸格式

該芯片內含２組內存數組：其一為語音數據庫所用，另一則為處理核心程序所用。有１組模擬／數字轉換器負責通過音效ＰＣＭ輸出音效，另有１組揚聲器驅動線路可做為模擬輸出。ＷＴＳ７０１支持ＡＳＣＩＩ碼的文字輸入（國語則需使用Ｕｎｉｃｏｄｅ編碼文字），并可通過串行ＳＰＩ接口輸入，然后將其轉換為語音并通過模擬端口輸出，當然，也可輸出至數字ＣＯＤＥＣ。ＷＴＳ７０１芯片的系統工作流程框圖如圖２所示。

ＷＴＳ７０１的傳輸協議采用ＳＰＩ方式，傳輸格式如圖３所示。

４　典型應用

圖４所示是ＷＴＳ７０１與Ｃｙｇｎａｌ Ｆ１２０微控制器的接口電路。系統的應用軟件代碼程序見下文。當微處理器Ｃｙｇｎａｌ Ｆ１２０與ＷＴＳ７０１以及相應的外圍電路連接完畢后，便可運行該應用軟件，揚聲器將發出“大家好”的問候語。

＃ｉｎｃｌｕｄｅ＂ｃ:＼ｃｙｇｎａｌｄｅｆｉｌｅｓ＼ｃ５１＼ｉｎｃ＼ｃ８０５１ｆ１２０．ｈ＂

＃ｄｅｆｉｎｅ ｂｙｔｅ ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ

＃ｄｅｆｉｎｅ ｕｉｎｔ ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｉｎｔ

＃ｄｅｆｉｎｅ ＳＹＳＣＬＫ ２２１１８４００ ／／系統時鐘外部晶體

ｄａｔａ ｂｙｔｅ ＳＦＲＰＡＧＥ＿ＳＡＶＥ;

ｉｄａｔａ ｂｙｔｅ ｓｔａｔｕｓ[２３];??

ｓｂｉｔ ｃｓ ＝Ｐ２＾０;

ｓｂｉｔ ｓｓ ＝Ｐ２＾１;

ｓｂｉｔ ｍｏｓｉ＝Ｐ２＾２;?

ｓｂｉｔ ｓｃｌｋ＝Ｐ２＾３;

ｓｂｉｔ ｍｉｓｏ＝Ｐ２＾４;

ｓｂｉｔ ｒｄｙ ＝Ｐ２＾５;

ｓｂｉｔ ｂｉｎｔ＝Ｐ２＾６;

ｓｂｉｔ ｒｅｓ ＝Ｐ２＾７;

ｖｏｉｄ ＳＹＳＣＬＫ_Ｉｎｉｔ(ｖｏｉｄ)

{ ｄａｔａ ｉｎｔ ｉ;

／／ 延時計數器

ＳＦＲＰＡＧＥ_ＳＡＶＥ＝ＳＦＲＰＡＧＥ;

ＳＦＲＰＡＧＥ＝ＣＯＮＦＩＧ_ＰＡＧＥ;

ＯＳＣＸＣＮ＝０ｘ６７; ／／ 啟動外部２２．１１８４ＭＨｚ晶振

ｆｏｒ(ｉ＝０;ｉ＜２５５;ｉ＋＋); ? ／／ 等待振蕩器啟動

ｗｈｉｌｅ(!(ＯＳＣＸＣＮ＆０ｘ８０?)); ／／ 等待晶體振蕩器穩定

ＣＬＫＳＥＬ＝０ｘ０１;

ＯＳＣＩＣＮ＝０ｘ００; ／／ 選擇外部振蕩器為系統時鐘源并使能丟失時鐘檢測器

ＳＦＲＰＡＧＥ＝ＳＦＲＰＡＧＥ_ＳＡＶＥ;

}

ｖｏｉｄ ＰＯＲＴ_Ｉｎｉｔ(ｖｏｉｄ)

{ ＳＦＲＰＡＧＥ_ＳＡＶＥ＝ＳＦＲＰＡＧＥ;

ＳＦＲＰＡＧＥ＝ＣＯＮＦＩＧ_ＰＡＧＥ;

ＸＢＲ０＝０ｘ０４; ／／ 使能ＵＡＲＴ０

ＸＢＲ１＝０ｘ１４; ／／ 使能ＩＮＴ０和ＩＮＴ１

ＸＢＲ２＝０ｘ４４; ／／ 使能數據交叉開關和弱上拉

Ｐ２ＭＤＯＵＴ｜＝０ｘｆｆ; ／／ 允許為推挽輸出

ＳＦＲＰＡＧＥ＝ＳＦＲＰＡＧＥ_ＳＡＶＥ;

}

ｖｏｉｄ ｓｐｉ_ｂｅｇｉｎ()

{ ｍｏｓｉ＝１;

ｄｅｌａｙ(１);

ｓｃｌｋ＝１;

ｄｅｌａｙ(１);?

ｓｓ＝１;

ｄｅｌａｙ(１);?

ｓｓ＝０;

}

ｂｙｔｅ ｓｐｉ_ｓｅｎｄ_ｂｙｔｅ(ｂｙｔｅ ｄ)

?{ ｉｄａｔａ ｂｙｔｅ ｉ;

ｉｄａｔａ ｂｙｔｅ ｒｅｓｕｌｔ＝０;

ｗｈｉｌｅ(!ｒｄｙ); ?

ｍｏｓｉ＝１; ｍｉｓｏ＝１;

ｆｏｒ(ｉ＝０;ｉ＜８;ｉ＋＋)

{ ｓｃｌｋ＝０;

ｄｅｌａｙ(５);?

ｍｏｓｉ＝(ｂｉｔ)(ｄ＆０ｘ８０);?

ｄ＝ｄ＜＜１;

ｄｅｌａｙ(５);?

ｓｃｌｋ＝１;

ｄｅｌａｙ?５??

ｒｅｓｕｌｔ＊＝２?

ｉｆ(ｍｉｓｏ) ｒｅｓｕｌｔ＋＋;

}

ｒｅｔｕｒｎ(ｒｅｓｕｌｔ);?

}

ｖｏｉｄ ｓｐｉ＿ｅｎｄ()

{ ｍｏｓｉ＝１;

ｄｅｌａｙ(１);?

ｓｃｌｋ＝０;

ｄｅｌａｙ(１);?

ｓｓ＝０;

ｄｅｌａｙ(１);?

ｓｓ＝１;

}

ｖｏｉｄ ｄｅｌａｙ(ｕｉｎｔ ｄｅｌｘ)

{ ｉｄａｔａ ｕｉｎｔ ｉ＝０;

ｗｈｉｌｅ(ｉ＜ｄｅｌｘ)

{ ｉ＋＋;} ?

}

ｍａｉｎ()

{ ＷＤＴＣＮ＝０ｘｄｅ; ／／ 禁止看門狗定時器

ＷＤＴＣＮ＝０ｘａｄ;

ＳＹＳＣＬＫ_Ｉｎｉｔ();? ／／ 初始化振蕩器

ＰＯＲＴ_Ｉｎｉｔ(); ／／ 初始化數據交叉開關和通用ＩＯ口

ｃｓ＝０; ｒｅｓ＝１; ｄｅｌａｙ(１０); ｒｅｓ＝０; ｄｅｌａｙ(１０);?

ｓｐｉ_ｂｅｇｉｎ();

ｓｔａｔｕｓ[０]＝ｓｐｉ_ｓｅｎｄ_ｂｙｔｅ(０ｘ１４);

ｓｔａｔｕｓ[１]＝ｓｐｉ_ｓｅｎｄ_ｂｙｔｅ(０ｘ００);?

ｓｐｉ_ｅｎｄ();??

ｄｅｌａｙ(５００); ／／ｒｅａｄｙ ｔｏ ａｃｃｅｐｔ ｃｏｍｍａｎｄｓ ｂｕｔ ｎｏｔ ｐｏｗｅｒｅｄ ｕｐ

ｓｐｉ_ｂｅｇｉｎ();

ｓｔａｔｕｓ[２]＝ｓｐｉ_ｓｅｎｄ_ｂｙｔｅ(０ｘ０２);

ｓｔａｔｕｓ[３]＝ｓｐｉ_ｓｅｎｄ_ｂｙｔｅ(０ｘ００);?

ｓｐｉ_ｅｎｄ();

ｄｅｌａｙ(５００); ／／ｓｅｎｄ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｕｐ ｃｏｍｍａｎｄ

ｓｐｉ_ｂｅｇｉｎ();

ｓｔａｔｕｓ[４]＝ｓｐｉ_ｓｅｎｄ_ｂｙｔｅ(０ｘ０６); ／／ｓｅｎｄ ｒｅａｄ ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ ｃｏｍｍａｎｄ

ｓｔａｔｕｓ[５]＝ｓｐｉ_ｓｅｎｄ_ｂｙｔｅ(０ｘ００);

ｓｔａｔｕｓ[６]＝ｓｐｉ_ｓｅｎｄ_ｂｙｔｅ(０ｘ００);?

ｓｔａｔｕｓ[７]＝ｓｐｉ_ｓｅｎｄ_ｂｙｔｅ(０ｘ００);?

ｓｐｉ_ｅｎｄ();?

ｄｅｌａｙ(５００); ／／ｒｅｔｕｒｎ ｔｈｅ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗｔｓ７０１,ｎｏｗ ｂｅ ｒｅａｄｙ ｆｏｒ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ

ｓｐｉ_ｂｅｇｉｎ();?

ｓｐｉ_ｓｅｎｄ_ｂｙｔｅ(０ｘ５１);

ｓｐｉ_ｓｅｎｄ_ｂｙｔｅ(０ｘ００);?

ｓｐｉ_ｅｎｄ();

ｄｅｌａｙ(５００); ／／ｓｖｏｌ ｓｅｔ ｖｏｌ ｒｅｇｉｓｔｅｒ ｃｏｍｍａｎｄ

ｓｐｉ_ｂｅｇｉｎ???

ｓｐｉ_ｓｅｎｄ_ｂｙｔｅ(０ｘ５２);?

ｓｐｉ_ｓｅｎｄ_ｂｙｔｅ(０ｘ０７);?

ｓｐｉ_ｅｎｄ();

ｄｅｌａｙ(５００);／／ｓｖｏｌ ｓｅｔ ｖｏｌ ｒｅｇｉｓｔｅｒ ｃｏｍｍａｎｄ

ｓｐｉ_ｂｅｇｉｎ();

ｓｔａｔｕｓ[８]＝ｓｐｉ_ｓｅｎｄ_ｂｙｔｅ(０ｘ８１);?

ｓｔａｔｕｓ[９]＝ｓｐｉ_ｓｅｎｄ_ｂｙｔｅ(０ｘ００);?

ｓｔａｔｕｓ[１０]＝ｓｐｉ_ｓｅｎｄ_ｂｙｔｅ(０ｘ１０);? ／／＾Ｐ

ｓｔａｔｕｓ[１１]＝ｓｐｉ_ｓｅｎｄ_ｂｙｔｅ(＇Ｄ＇); ／／“大”的拼音

ｓｔａｔｕｓ[１２]＝ｓｐｉ_ｓｅｎｄ_ｂｙｔｅ(＇Ａ＇??

ｓｔａｔｕｓ[１３]＝ｓｐｉ_ｓｅｎｄ_ｂｙｔｅ(＇４＇);?

ｓｔａｔｕｓ[１４]＝ｓｐｉ_ｓｅｎｄ_ｂｙｔｅ(＇Ｊ＇);? ／／“家”的拼音

ｓｔａｔｕｓ[１５]＝ｓｐｉ_ｓｅｎｄ_ｂｙｔｅ(＇Ｉ＇);?

ｓｔａｔｕｓ[１６]＝ｓｐｉ_ｓｅｎｄ_ｂｙｔｅ(＇Ａ＇);?

ｓｔａｔｕｓ[１７]＝ｓｐｉ_ｓｅｎｄ_ｂｙｔｅ(＇１＇);?

ｓｔａｔｕｓ[１８]＝ｓｐｉ_ｓｅｎｄ_ｂｙｔｅ(＇Ｈ＇);? ／／“好”的拼音

ｓｔａｔｕｓ[１９]＝ｓｐｉ_ｓｅｎｄ_ｂｙｔｅ(＇Ａ＇);?

ｓｔａｔｕｓ[２０]＝ｓｐｉ_ｓｅｎｄ_ｂｙｔｅ(＇０＇);?

ｓｔａｔｕｓ[２１]＝ｓｐｉ_ｓｅｎｄ_ｂｙｔｅ(＇３＇);?

ｓｔａｔｕｓ[２２]＝ｓｐｉ_ｓｅｎｄ_ｂｙｔｅ(＇ ＇); ／／結束符

ｓｐｉ_ｅｎｄ();?

ｗｈｉｌｅ(１); ?

}

５　結束語

實際使用時，可利用華邦ＷＴＳ７０１語音芯片的預錄人聲方式來讓文字轉換后的語音更具有人情味。現今市場上的ＴＴＳ產品多半采用計算機合成的語音模式，ＷＴＳ７０１的問世則可把一般文字轉化為真人發音的語音輸出，從而創造一個更具人性化的語音環境。