基于單晶片CMOS語音合成的ASIC設(shè)計

　　3.1 時序產(chǎn)生電路

　　這部分電路給整個語音合成芯片提供時鐘信號，該語音合成芯片只包括個時鐘，就播放速度。芯片以LOGPCM編碼方式所存儲語音信息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信號輸出占空比能實現(xiàn)256級。語音信號以8KHz采樣頻率，因此以8K×256=2M時鐘頻率進(jìn)行調(diào)制，從而實現(xiàn)芯片常播放。ASIC設(shè)計，達(dá)2MHz時鐘頻率，采環(huán)行振蕩器，該電路3個CMOS反向器，1個電容個片電阻，調(diào)節(jié)片電阻以產(chǎn)生不同頻率振蕩信號，因此以通過改變部電阻值實現(xiàn)不同播放速度。同時芯片部二分頻電路串聯(lián)實現(xiàn)28分頻。

　　3.2 輸入信號控制模塊電路

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

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3.3 ROM地址輸出模塊

　　ROM地址輸出模塊接收級輸入信號控制模塊控制信號，根據(jù)不同控制信號，輸出不同地址信號讀ROM數(shù)據(jù)，ROM有16根地址線，因此ROM地址輸出模塊設(shè)計16位加法計數(shù)器，首先設(shè)計個2位加法計數(shù)器，再由兩個2位加法計數(shù)器構(gòu)成個四位加法計數(shù)器，然由3個四位加法計數(shù)器構(gòu)成個12位加法計數(shù)器，最由12位加法計數(shù)器個2位加法計數(shù)器構(gòu)成14位加法計數(shù)器，14位加法計數(shù)器剛好能從0計數(shù)3FFFH，就第段語音存儲地址范圍，其各段語音存儲開始地址相當(dāng)于3FFFH相應(yīng)倍數(shù)加1，因此采倍乘，其計算：DOUT=C+MUL×(D+1),其DOUT表示輸出ROM地址；C表示14位加法計數(shù)器；MUL表示播放該語音段號減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ROM數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，解碼音頻信號直接由喇叭進(jìn)行輸出，其就：連續(xù)調(diào)制信號各瞬時值脈沖載波持續(xù)時間進(jìn)行調(diào)制。實際就數(shù)字信號轉(zhuǎn)化成模擬信號，從而使聲音還原[2]。已調(diào)脈沖信號寬度隨調(diào)制信號瞬時值而，當(dāng)脈沖幅度不變時，調(diào)制信號完全由脈沖寬度表示，信號傳輸，使信號幅度失真干擾得解決，以限幅加以消除。由于語音信號采樣頻率8KHz，使得輸出信號占空比256級，則8位計數(shù)器實現(xiàn)0256計數(shù)，讓輸出信號“1”時間維持相應(yīng)數(shù)據(jù)長度。而數(shù)據(jù)讀入系統(tǒng)調(diào)制時鐘（2MHz）降沿臨時開始動作，且當(dāng)8位計數(shù)器“0”時開始讀入數(shù)據(jù)。因此時個PWM調(diào)制完成，而個調(diào)制周期還沒開始時隙，只有這個時隙開始讀入數(shù)據(jù)才能不影響PWM調(diào)制[3]。最讀入數(shù)據(jù)當(dāng)8位計數(shù)器計數(shù)值進(jìn)行比較，假如計數(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”，這樣讓輸出信號占空比根據(jù)輸入LOGPCM數(shù)據(jù)而發(fā)生，從而實現(xiàn)語音輸出功能。電路原理圖如圖4所示。