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    June 25

    掩膜型语音集成电路介绍

         掩膜型语音集成电路介绍
     
         我国是全世界语音集成电路的生产大国,同时也是语音电路的消费大国。全世界语音集成电路的生产基地主要集中在我国的台湾、香港、深圳、广州等地。语音集成电路属大规模CMOS电路。语音集成电路具有以下特点:1.品种多、规格齐全,数百个通用品种规格可供选择。2.电路简单、体积小巧、使用方便、售价便宜、功能强大。3.工作电压宽,直流2.4~5V,工作电流典型值0.2~10mA,静态电流仅1μA,通常可采用钮扣电池供电。4. 语音集成电路通常分为掩膜型和一次性可编程(OTP)烧结型两大类。下面首先介绍掩膜型语音集成电路。

        当前掩膜型语音集成电路主要来源于MSS系列、ML系列和HT系列。这几大系列的产品种类繁多、规格齐全,大致可分为:数字脉冲编码调制语音合成系列、自适应脉冲编码语音合成系列、语音+音乐合成系列、阵列式语音合成系列及微处理器语音合成系列等五大类。下面简单扼要地介绍这五大系列语音电路的有关信息,仅仅让读者作为一般性了解。

    数字脉冲编码调制语音合成系列

        数字脉冲编码调制是将声音的模拟量信号变为数字量信号,它是对语音波形进行时钟周期采样,再经模/数(A/D)转换,最后把语音波形采样值变成"0"、"1"的数字序列。这是最常用的语音合成方法。图1分别为HT812D0/821A0/815D0型集成电路的引脚排列图。本系列电路电源电压为2.4V~5V,工作电流0.2~1mA,静态电流约1μA。图2是3种基本应用电路图。表1所列为小部分语音电路产品一览表.


    自适应脉冲编码语音合成系列

        自适应脉冲编码调制方式是按照语音模拟信号变换率来改变数字量,即在脉冲编码调制方式中,相应改变其量化幅值。一般来讲,自适应脉冲编码调制方式合成语音的音质要比数字脉冲编码调制方式的好。这种语音合成方式主要采用外接存贮器组成长时间语音播报系统或其它产品的语音接口。图4是HT83XXX系列典型应用电路。图4是HT83XXX系列典型应用电路.

        图5所示为HT82013的应用电路图。HT820013具有20级二进制计数及3个选择输出端语音合成电路,采用24脚双列直插塑封。电源电压为3.5V~5V,工作电流2.8mA,静态电流5μA。HT82013为外接EPROM的语音合成电路,可外接3×8MB EPROM,语音长度最长可达1368秒。

    语音+音乐语音合成系列

        本系列语音合成电路主要应用于玩具类产品。它可采取语音和音乐混合播放方式,也可以采用一路(或多路)播放语音,另一路(或多路)播放音乐的方式。本系列电路电源电压2.4V~5V,工作电流500~1000μA,静态电流1μA。图6是HY3864典型应用电路图,内部存储8首音乐,由KEY1~KEY8键分别控制,BSO键控制语音和音乐混合播放输出。   

    阵列式语音合成系列

        本系列语音合成电路利用四路或四路以上的输入输出口组成矩阵键盘。图7是HT83XXX系列32键应用电路原理图。本系列语音电路也可采用外挂微处理器(CPU)方式,实现语句拼读等功能。图8是HT8210电原理图。

    LCD微处理器语音合成系列

       本系列语音合成电路内含微处理器、LCD驱动器、时钟振荡器、输入输出口、多段语音存贮器和音频信号放大器等电路单元。本系列电路主要用于语音钟表、体温计、电子台历、智能语音玩具等。图9为HT1460典型应用电路图。

        我们平常所看到的和接触到的语音集成电路,其封装形式大部分为双列直插式塑封集成电路(DIP),俗称硬封装电路,按引脚数量分为8脚、14脚、16脚等,每个引脚都有不同功能。通常引脚越多,集成电路芯片的体积越大,电路功能也越强大,价值当然也就越高。另一种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。
    设计常规语音集成电路之前,须确定以下选择项目:

    1.触发方式选择――有电平触发、边沿触发、随机触发、触发记忆保持、单键触发等方式。
    2.按键方式选择――单键、多键直接控制、键盘、矩阵键盘等。
    3.输出方式选择――保持语音段完整输出、非保持语音输出。
    4.LED/STOP选择――LED随语音输出闪烁、长亮;语音输出结束时输出一个控制脉冲。
    5. 选择语音后段盖前段功能――在现有语音尚未结束之前再次触发时,即该语音输出将覆盖前面语音输出。
    6.CPU控制语音输出功能――可配合外部中央微处理器,控制各段语音智能输出。
    7.放音遍数选择――根据需要可选择放音遍数,即触发一次,放音遍数由1~9遍可选。

        以上选项一经确定,生产出来的集成电路其功能就无法再改变 。下面以HT16500语音电路为例,介绍语音电路的主要参数及各种应用电路。 图10是HT16500型11.2秒语音集成芯片脚位坐标图,表2是它的脚位坐标数据,HT16500型芯片的外形尺寸为2940×2860(µm)²,图11是HT16500双列直插塑封集成电路引脚排列图。图12所示是典型应用电路图。表3列出HT16500各引脚功能简单说明,表4是HT16500集成电路电气参数。每种型号的语音集成电路都应给出上述3图3表。初学者通过图2~图5、表2~表4就可以掌握HT16500型语音集成电路的基本特性及应用电路。依据图2、图3,我们可以按照实际需要设计出各种不同的印刷电路板。

        在图10芯片脚位坐标图中,HT16500语音集成芯片IC一共有13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。HT16500的13条引脚,分别与印刷电路板PCB的13条印制线路相连接,其中第14脚VDD接到电源正(+)端,第3脚VSS接电源负(-)端,3V直流电源通过这两条引脚向IC供电。第1脚OSS2和第16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2脚BUSYB通过电阻R将发光二极管LED接到电源正端,当电路播放语音时LED发光。第4脚ENDB通过电阻R将发光二极管LED接到电源正端,语音播放结束时LED亮。LED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或长亮。这3种发光方式在掩膜前选择确定。第15脚AUD输出音频信号,通过NPN型硅三极管8050放大,推动8Ω扬声器工作。第7、8~10、11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,HT16500为低电平触发方式。

        下面再介绍HT81813D0、HT3844等的几种典型应用电路,供初学者参考。

    1.并联应用电路  如图13所示,将两片或多片语音内容不相同的电路的输出端连接在一起,电路采用并联接法。这种并联应用电路,可以扩展语音段数。

    2.串联应用电路  如图14所示,将两片或多片语音内容不同的电路输出端接在一起,发光二极管输出端FLAG与下一片电路的触发端KEY相连接(发光二极管输出方式应选择上述第3种),第1片电路的输出信号作为第2片电路的控制触发信号,两片电路采用前后级串联控制方式。这种应用电路不但可以扩展每段语音的时间长度,而且还能简化电路。例如:第1片电路贮存着4段不同的语句,并要求每个语句后面加播一段音乐,就可以采用这种串联控制电路。

    3.上电自动播放电路  应用电路见图15,该电路所不同之处是在IC的触发端KEY与VSS间串接一个0.1µ F电容和1.2MΩ电阻,当电路接通电源时,由于电容的作用,IC被瞬间触发,语音播放完毕自动停止工作。

    4.上电循环播放电路  电路见图16,这时的触发端KEY直接接VSS,当接通电源时,电路自动循环播放,直至切断电源。

    5.可调整音量应用电路  图17的音频输出端AUD外接1KΩ微调电阻和10µ F电容,这样可以改变三极管的输入电压,从而实现调节音量的目的。

    6.差动放大电路  见图18所示,由8050型NPN硅三极管和8550型PNP硅三极管以及IN4148型整流二极管等构成晶体管差动放大电路,使电路输出的声音特别响亮。

    7.外接功率放大电路  如图19所示,通过10KΩ电位器的滑动接点,可外接LM386、TDA2003等功率放大集成电路,以获得更大的输出功率。

    8.光控电路   图20所示为两路CDS直接光控触发电路。

    9.声控电路   图21所示为压电陶瓷蜂鸣器声控触发电路。一路输出语音信号,另一路输出通过两级三极管放大驱动直流电机工作。

    Comments (9)

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