摘要：介紹一個基于單處機和MSP53C392的通用語音合成系統；能根據需要，利用多種語音壓縮算法無縫地混合匹配，用以優化語音質量和存儲容量。

隨著語音處理和合成技術以及大規模集成電路的快速發展，語音合成不斷地產品化，不同廠商推出了用各種不同原理實現的語音合成器件。本文介紹一種性價比較高的，由TI生產的MSP53C392被動式合成器，它是由單片機控制的語音合成系統。該系統的優點：①無需開發語音數據代碼，且由于MSP53C392語音處理器被設計成目錄式，可以讓用戶快速地把語音系統推上市場；②能利用多種語音壓縮算法無縫地混合匹配，用以優化語音質量和存儲容量。

1 系統原理

由MSP53C392構成的語音合成系統的原理如圖1所示，利用PC機和TI的專用軟件對語音數據進行轉換和壓縮，然后下載到Flash存儲器中。用單片機通過查表和散轉讀取語音數據，再送MSP53C392合成輸出語音，經濾波、功率放大后驅動揚聲器。

2 硬件設計

2.1 MSP53C92語音合成器

美國德州儀器公司生產的語音合成芯片，接受來自主處理器的壓縮語音數據，并由此產生語音或音樂。器件的特性如下：

①可直接驅動32Ω揚聲器。

②在休眠方式下，最大待機電流僅10μA。

③片內集成有各種語音合成算法，用戶可以根據要求選擇從低數據率到高質量合成程序以適應各種不同的應用。支持的算法包括：

*LPC 5220的LPC D6格式——在8kHz的采樣頻率時，數據率分別為3.0Kbps和1.5Kbps。

*MELP Ver4.1——在8kHz的采樣頻率時，數據率為2～3.5Kbps。

*CELP V3.4——在8kHz的采樣頻率時，數據率可在4.2Kbps、4.8Kbps、6.2Kbps、8.6Kbps、10.7Kbps中選擇。

*8位PCM——在采樣頻率8kHz時，數據率為64Kbps。FM II用于雙通道樂器合成的頻率調制：

*可用軟件選擇8kHz或10kHz的語音采樣頻率；

*有不需要接任何外部元器件的內部時鐘發生器；

*有數字音量控制。

MSP53C392引腳及定義如圖2所示.

2.2 硬件電路原理

主處理器利用檢測方式與合成器進行通信，3根控制線，8根數據線。數據被寫入合成器中，合成器的狀態被讀回。下面以89C51實現控制為例，用89C51的P0口與MSP53C392的8位數據線相連，用P1口P1.0、P1.1和P1.2分別接MSP53C392的R/W、STROB和INIT端子。89C51與合成器的接線圖如圖3。

2.3 軟件控制

圖3

    壓縮數據通過檢測的方法傳送MSP53C392和從其讀取數據。讀操作的步驟如下：①89C51使合成器的R/W為高電平。②使合成器的STROB的高電平，并且去讀回BUSY和EOS的狀態。（A，如果BUSY信號是高電平，則合成器不忙，準備接受一次寫操作；否則，沒準備好接受寫操作，繼續重復讀操作，直至BUSY為高電平。B，如果EOS信號是高電平，合成過程已經到達語音數據流的結束碼，89C51停止傳送數據，使合成器復位。）③89C51使合成器的STROB為高電平，寫操作的步驟如下：①89C51根據BUSY的狀態判別合成器是否已經準備好；②89C51使R/W變為低；③89C51向數據線發送數據；④89C51給STROB發送一個上升沿，使數據鎖存在合成器輸入鎖存器中。

2.4 輸出電路

合成器有兩個D/A轉換輸出引腳DAC+和DAC-。其輸出有兩種方式：方式1，可以直接驅動32Ω的揚聲器；方式2，驅動一個運放，如圖4所示。虛線框內為一級低通濾波器，100kΩ電位器用于音量調節。

3 軟件部分

（1）語音合成系統控制軟件

圖4

    固化在單片機中的語音合成系統控制軟件主要功能是：對系統進行初始化，檢測鍵盤，根據不同按鍵以決定讀取不同的語音段裝數據，與語音合成器進行通信，傳送語音數據，完成語音合成器件的復位和其它控制，完成語音合成器件的復位和其它控制。89C51與MSP53C392之間數據交換程序流程如圖5所示。

（2）語音合成軟件

用于控制語音合成器分離語音參數，譯碼、插值和D/A轉換的程序，無須編寫，已經固化在合成器中的ROM中。

（3）數據的轉換和壓縮程序

    由于合成器只能支持相應的算法，所以對于已有的語音文件必須對之進行處理。例如，采樣頻率為44.1kHz CD音質的文件，WAV文件的語音文件進行預處理。首先，對之實現重新抽樣的功能，例如，用COOL EDIT和GOLDWAVE這類程序就可以實現這樣的功能，通過GOLDWAVE軟件進行低通濾波，使其頻率寬為4kHz或5kHz，然后以8kHz或10kHz的頻率重新抽樣；同時，對容量進行調節，以16位單聲道PCM的數據格式保存，其次，利用TI的SDS3000軟件把數據轉換成MELP或CELP格式，或WINSDS工具把數據轉換成LPC格式。

至于產生雙聲道立體聲音樂，可用MD2FM.EXE把MIDI（.mid）格式的轉換成FM格式。