多用途語音處理器開發及應用板的製作方法

2023-07-01 08:33:56 3

專利名稱：多用途語音處理器開發及應用板的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於微型個人計算機(IBMPC系列)上的語音處理器開發及應用板。
在現有技術中，能見到的類似產品，如在〈微型計算機應用〉雜誌1990年第5期(P60)上公開的「UM5100語音處理器開發板」一文提供的資料看，該開發板的設計目的是為UM5100語音處理器採集數據，從而為開發產生特定語音語句的應用產品提供工具。該開發板由UM5100處理器及音頻電路、數據存儲器電路和PC機接口電路組成，並附帶有四個專用手動開關。從資料上看，雖然能達到採集數據的目的，但還存在一些不足1、操作步驟複雜。電路使用了四個手動開關，需要手工控制，不能自動。
2、使用額外的隨機數據存儲器電路。電路中使用了四片隨機靜態存儲器(6264×4)作為數據存儲器和四片可逆計數器(74LS193×4)作為地址發生器，沒有合理利用主機的存儲器，使用時需要數據搬移(從板→主機RAM)，這無疑是造成浪費，增加了板的成本。
3、與主機的接口電路複雜。使用了九片集成電路。
4、採集數據長度不易控制。採用整段採集或手動開關控制採集。
本實用新型的目的是提供一種結構簡單、成本低、能自動控制的多用途語音處理器開發及應用板。為微機系統提供一種新穎的附加設備。
本實用新型是這樣構成的，它由接口電路、語音處理器、音頻電路、語音選擇器、語音存儲器組成。可以實現語音的數位化和恢復。它有兩種使用模式模式1－－主機與語音處理器交換數據。模式2－－語音存儲器給語音處理器提供數據。通過接口電路和語音選擇器電路可用軟體來選擇模式。
工作過程如下當選擇模式1時，外界的語音信息通過話筒(MIC)輸入到音頻電路中的前置放大器，音頻信號被放大到一定的幅度後，送至低通濾波器，低通濾波器濾去不需要的頻率成分，輸出滿足語音處理器要求的模擬信號，處理器將此信號變換成數位訊號，經接口電路送入主機，作為主機中的語音數據，以備處理；主機中的語音數據可經過接口電路送給語音處理器，由語音處理器將其變成模擬信號，經過音頻電路中的低頻濾波器對此信號進行濾波後，恢復出接近話筒輸入的音頻信號，經音量調節電路、功放電路，推動揚聲器(SPK)播放出聲音。可以根據需要控制錄放語音的長度，內容和音量，直接用於需要語音輸入／播放、存儲轉發及合成的應用場合(例如，有聲檢測報告、語音提醒、留言、語音郵件等)，而且還可以作為採集語音數據的開發工具，開發有聲應用產品。
當選擇模式2時，選定的語音數據預先分段存放在語音存儲器中，使用時由軟體控制語音選擇器，選擇要播放的語音段，語音處理器從語音存儲器中讀取語音數據，將它變成模擬信號，播放出指定的語音(播放過程同模式1)。這一功能可以將常用的固定語音數據存放在語音存儲器中，不佔主機存儲資源，可用於有此種需要的場合，例如現已實現的「有聲鍵盤」就使用了此模式。上述兩種模式可以交替使用，可合成既有固定語音又有變化語音的語句。
本實用新型的優點是1、由於沒有使用手動開關，數據採集實現了自動控制，使操作步驟簡單。
2、由於電路中設置了總線收發器U2及三態門U3，該實用新型解決了與主機間的自動通信問題，可以直接使用主機內部隨機存儲器存放語音數據，節省了存儲器件，降低了成本。
3、現有的開發板採集數據長度不易控制，因為它靠手動開關來實現，所以，很不準確。本實用新型在模1時，能自由選擇所採集的語音數據長度，並可對採集的語音數據進行編輯。由於使用了語音選擇器電路，在模式2時，可由加短路套的跳線選擇器實現語音長度選擇。
另外，該語音板可根據需要配上不同的存有固定語音單字、詞或語句的只讀存儲器EPROM，不佔用主機額外內存單元，適應不同的應用需要，從而建立有特色的有聲系統，例如，有聲鍵盤、有聲檢測報告和數據校對等。因為該語音板可將固定部分存於只讀存儲器，變化部分存在主機中，使用時分別調用。該語音板不僅可以用於開發，而且可以直接用在應用系統中。


圖1多用途語音處理器開發及應用板組成框圖圖2接口與語音選擇器電路圖圖3語音存儲器、語音處理器及音頻電路結合附圖對本實用新型作進一步說明接口電路，見圖2，它由總線收發器U2(74LS245)、解碼電路、三態門U3(74LS126)構成。總線收發器U2的一埠B0－B7與主機(PC機)總線D0－D7相連，U2的另一埠A0－A7與語音處理器U11(UM5100)的D0－D7相連，U2的方向控制端DIR與語音處理器U11的讀控制端Read連接，U2的使能端E與正或門U8B(74LS32)的輸出端相連，使能端E由解碼電路控制，實現主機與語音處理器(U11)的數據交換。
解碼電路由正與非門U4(74LS30)，3－8解碼器U5(74LS138)，反相器U6A、U6B、U6C(74LS04)，正或門U7、U8(74LS32)，正或非門U9(74LS02)組成。解碼電路對主機總線A0－A9、地址允許端AEN、輸入輸出讀信號／IOR、輸入輸出寫信號／IOW進行解碼，產生控制語音選擇器的八D觸發器U1控制端CLK的信號和語音處理器U11的記錄信號RECORD、播放信號PLAY、復位信號RESET，以及控制接口電路的三態門的控制信號和控制音量調節電路的音量控制信號VOL。解碼電路中各元器件之間及與其他電路的連接為主機總線的A0－A3順序與3－8解碼器U5的輸入端A、B、C、允許端E1連接；主機總線的A4與反相器U6C的輸入端連接，U6C的輸出端接正與非門U4的一輸入端；主機總線的A5－A9與正與非門U4的其他輸入端連接，主機的輸入輸出讀信號／IOW端與反相器U6A的輸入端和正或非門U9B和正或非門U9C的一輸入端連接；主機的輸入輸出寫信號／IOR端與反相器U6B和正或非門U9A的一輸入端連接；主機的地址允端AEN與3－8解碼器U5的允許端E2連接；反相器U6A和U6B的輸出端接正或門U8A的輸入端，U8A的輸出端接U5的允許端E3；U4的輸出端接正或門U7B、A、C、D及正或門U8B的一輸入端，3－8解碼器U5的輸出埠Y0－Y4順序與正或門U7B、A、C、D及U8B的另一輸入端連接；U7A的輸出端(產生記錄信號RECORD)接語音處理器U11(UM5100)的Record端；U7C的輸出端(產生播放信號PLAY)接U11的播放端Play；U7D的輸出端接正或非門U9C的另一輸入端，U9C的輸出端(產生音量調節信號VOL)接四D觸發器U12(74LS75)的使能端E01、E02；正或門U7B的輸出接正或非門U9A和U9B的另一輸入端，U9B的輸出端與八D觸發器U1(74LS273)的控制端CLK和正或門U8C的一輸入端連接。
三態門U3將該板的狀態送給主機，包括語音處理器U11的寫信號Write、最低地址位A0信號和八D觸發器U1的Q8端狀態信號；具體電路連接為正或非門U9A的輸出端與三態門U3B、C、D的控制端連接；
三態門U3D的輸入端與語音處理器U11的寫端Write連接，U3D的輸出端和主機總線的D2連接；三態門U3C的輸入端與語音存儲器U10、語音處理器U11的最低地址端A0連接，U3C的輸出端與主機總線的D1連接；三態門U3B的輸入端接八D觸發器U1的一輸出端Q8，U3B的輸出端接主機總線的的D0端。
另外，接口電路中的U4，U5，U6A、B、C，U7A、B、C、D，U8A、B，U9A、B、C可以用一片通用可編陣邏輯(GAL20V8)來實現。可藉助於可編程工具將這部分邏輯關係寫入GAL20V8，這樣作可以縮小體積，提高可靠性，但目前這種集成電路價格較貴。
語音選擇器，見圖2，它由八D觸發器U1(74LS273)、反相器U6E、U6F(74LS04)、跳線選擇器SW1、SW2、SW3(可採用雙排插針或雙排插座)及短路套1構成。語音選擇器完成模式選擇、語音內容選擇，復位機制產生。其各元器件之間及與其他的電路之間的連接為八D觸發器U1的輸入端D1－D8與主機總線D0－D7相連，輸出端Q1－Q6與跳線選擇器SW1的一埠分別相連，U1的輸出端Q7與語音存儲器U10的地址端A15相連，作用是選擇語音存儲器高位地址，U1的輸出端Q8與三態門U3B(74LS126)的輸入端相連，作為該板模式選擇和忙狀態用；反相器U6F的輸入端與U1的輸出端Q8相連，U6F的輸出端接正或非門U9D的一輸入端和語音存儲器U10的片選端CE；U9D的輸出端與正或門U8C的另一輸出端連接，U8C輸出端(產生復位信號RESET)接語音處理器U11的Reset端。
復位信號RESET在兩種情況下產生一是主機送來，二是由語音處理器送來，當調用語音存儲器U10的數據發聲時，可以按應用需要在跳線選擇器SW1、SW2、SW3上配置短路套來控制語音長度。
跳線選擇器SW1的另一埠分別與跳線選擇器SW2的一埠及語音存儲器U10的地址端A9－A14相連，SW1起選擇語音存儲器U10地址的作用。跳線選擇器SW2另一埠分別與語音處理器U11的地址端A9－A14及跳線選擇器SW3的一埠相連，SW2起連接地址線選擇語音長度的作用。跳線選擇器SW3的另一埠連接在一起與反向器U6E(74LS04)的輸入端相連，SW3起選擇復位信號作用。U6E的輸出端接U1的清除端CLR和正或非門U9D的另一輸入端。
圖2所示語音選擇器電路中的跳線選擇器SW1、SW3上配置的短路套1，是用於發聲鍵盤的情況，具體連接為八D觸發器的輸出端Q1－Q6通過SW1與語音存儲器U10的地址端A9－A14相連，U11的地址端A9通過SW3與反相器UE的輸入端相連。
語音存儲器(圖3)採用可擦除只讀存儲器U10(27512)，它的一組地址端A0－A8與語音處理器U11的地址輸出端A0－A8連接，另一組地址端A9－A14分別與跳線選擇器SW1、SW2連接，U10的輸出使能端OE與語音處理器U11的讀端Read相連；語音存儲器的作用是存儲固定的語音數據，可根據需要配置存有不同數據的只讀存儲器。
語音處理器及音頻電路(圖3)，由語音處理器U11(UM5100)及由運算放大器U14(LM324)、功率放大器U15(LM386)、四D觸發器U12(74LS75)、8選1模擬開關U13(4051)、電阻R1－R26，電容C1－C17連接而成。語音處理器U11和音頻電路的電路連接，基本與語音處理器(UM5100)生產廠家提供的電路一致。其不同之處在於音量調節電路採用了分檔數控電路。
音量調節電路由四D1觸發器U12、8選1模擬開關U13、電阻分壓電路R20－R26組成。其電連接四D觸發器U12輸入端D0－D2接主機總線的D0－D2連接，U12的輸出端Q0－Q2接8選1模擬開關U13的選擇輸入端A、B、C，U12的使能控制端E01、E23並接後與正或門U9C的輸出端相連；8選1模擬開關U13的模擬輸入端X0－X7接電阻分壓電路R20－R26；其模擬輸出端X經電容C12接功率放大器U15的輸入端＋IN。由主機送來的音量調節碼來選擇8選1模擬開關U13的接通線，從而選擇分壓比，達到調節音量的效果。
話筒(MIC)與音頻電路中的電容C1及地連接，揚聲器(SPK)與音頻電路中電容C17的負極及地連接。
權利要求1.一種用於微型個人計算機上的語音處理器開發應用板，包括與主機的接口電路、語音處理器、音頻電路，其特徵是①語音選擇器電路，由八D觸發器U1、反相器U6∶E、U6∶F、跳線選擇器SW1、SW2、SW3及短路套1構成，其各器件之間及與其他電路之間的電連接為八D觸發器U1的一組輸入端D1-D8與主機總線的D0-D7相連，一組輸出端Q1-Q6與跳線選擇器SW1的一埠分別相連，U1的輸出端Q7與語音存儲器U10的地址線A15相連，U1的輸出端Q8與三態門U3∶B的輸入端和反相器U6∶F的輸入端相連；反相器U6∶F的輸出端接正或門U9∶D的輸入端和與語音存儲器U10的片選端CE相連；跳線選擇器SW1的另一埠與跳線選擇器SW2的一埠及語音存儲器U10的地址線A9-A14相連，跳線選擇器SW2另一埠與語音處理器U11的地址線A9-A14及跳線選擇器SW3一埠分別相連，跳線選擇器SW3的另一埠連接在一起與反向器U6∶E(74LS04)的輸入端相連；U6∶E的輸出端接U1的清除端CLR和正或非門U9∶D的另一輸入端。U9∶D的輸出端接U8∶C的輸入，U8∶C的輸出端接U11的復位端Reset。②語音存儲器採用可用存有不同的固定語音單字、詞或語句的可擦除只讀存儲器U10，它的一組地址端A0-A8與語音處理器U11的地址輸出端A0-A8連接，另一組地址端A9-A15與跳線選擇器SW1、SW2分別連接，U10的輸出使能端OE與語音處理器U11的讀端Read相連；
2.根據權利要求1所述的語音處理器開發應用板，其特徵是音頻電路中的音量調節電路由四D觸發器U12、8選1模擬開關U13、電阻分壓電路R20－R26連接而成，其元器件之間及與其他電路間的電連接為四D觸發器U12輸入端D0－D2接主機總線的D0－D2連接，U12的輸出端Q0－Q2接8選1模擬開關U13的選擇輸入端A、B、C，U12的控制端E01、E23並接後與正或門U9C的輸出端相連；8選1模擬開關U13的模擬輸入端X0－X7接電阻分壓電路R20－R26；其模擬輸入端X與電容C12連接。
專利摘要一種用於IBM-PC系列微機的多用途語音處理器開發及應用板，它由語音處理器、音頻電路、接口電路、語音選擇器、語音存儲器組成。這種結構可對合成語句的固定段和變化段分別處理，合理存放。並對語音錄入、選擇播放、分析、編輯、合成提供支持。它有結構簡單、成本低、用途多等特點。它既可用於有聲系統的開發，又可直接用於語音錄入/播放、存儲轉發及合成的應用場合，如有聲檢測報告、語音提醒和有聲CAI等方面。
文檔編號G06F3/16GK2099361SQ9122395
公開日1992年3月18日 申請日期1991年8月31日 優先權日1991年8月31日
發明者陳凡, 羅四維 申請人:北方交通大學