WTV080芯片在以太网维文信息家电控制平台中的应用

朱静等

摘 要： WTV080芯片是可编程一次性烧录（OTP）语音芯片，内置16 b DAC数字/仿真转换器、PSG语音合成器和音质优化算法器，高保真，耗电小。这里主要介绍语音芯片WTV080的语音功能，阐述了STM32F103VE控制WTV080在以太网维文信息家电控制平台中的具体实现方案。最终实现了性能稳定的语音播放功能。

关键词： 语音芯片； 以太网； 家电控制平台； 维文信息

中图分类号： TN912.34?34； TP391.9 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）11?0010?03

Application of WTV080 in Ethemet Uyghur information household appliances control platform

ZHU Jing， HAN Yun?fei， ZHAO Xin?miao， SHI Ke?ke

（College of Computer and Information Engineering， Xinjiang Agricultural University， Urumchi 830052， China）

Abstract： WTV080 is a voice chip with programmable one?time programming （OTP）， in which 16?bit DAC， PSG voice synthesizer and sound quality optimization algorithm are built. It has the characteristics of high?fidelity and low power consumption. The voice functions of WTV080 are introduced. The concrete realization scheme of Uyghur information household appliances control platform with WTV080 controlled by STM32F103VE is described. The stable voice playing function is realized.

Keywords： voice chip； Ethernet； household appliance control platform； Uyghur information

随着计算机网络技术的飞速发展，一个以网络为核心的信息时代已悄然到来。虽然网络带来的方便与快捷是大家有目共睹的，但是人们对生活环境提出的要求也在不断提升，这就使得“智能住宅”、“家庭自动化”等技术越来越受到人们的关注[1]。在以太网维文信息家电控制平台设计中加入语音播报的功能，能够让使用者体验到家电控制的智能化与实用性，增强交互体验[2]。

1 WTV080芯片介绍

1.1 芯片特点

WTV080芯片是可编程的一次性烧录（OTP）语音芯片，根据芯片型号，语音长度可分别达到10 s，20 s，40 s，80 s，170 s，340 s。由于该芯片内置16 b DAC数字/仿真转换器、PSG语音合成器和音质优化算法器，具有PWM和DAC两种音频输出方式，所以能够表现出较高质量的音频。可任意插入静音，相同的语音可重复调用，且不占用语音空间。

芯片具有多种工作模式，包括按键控制模式、按键组合控制模式、并口控制模式和串口控制模式等。播放语音时，BUSY脚可根据需要，设定输出高电平或低电平。它内置0.5 W喇叭直推线路，不需要外加器件，音质与音量比传统“Cout+三枀管”更佳，且更省电节能。工作电压范围为2.5～3.6 V。当处于省电模式时，耗电量仅为 2 μA，芯片上电后1 s或者语音停止播放后1 s自动休眠。具有强大的可编程能力，可以根据需要定制各种复杂的功能[3]。

1.2 芯片封装与引脚定义

WTV080 SOP16封装示意图如图1所示，各引脚功能如表1所示。

2 WTV080三线串口控制时序和控制命令

2.1 三线串口控制时序

三线串口控制模式[4]是由片选CS、时钟CLK和数据DATA进行控制操作的，并且时序仿照标准SPI通信方式。具体的时序图如图2所示。

从图2中可以看出：在发送数据前，复位信号RESET先置低5 ms，对WTV080芯片进行初始化，然后在8 ms后片选信号CS，CLK再置低5 ms以唤醒WTV语音芯片。WTV080在时钟（时钟周期介于200 μs～2 ms之间，推荐使用300 μs）的上升沿接收数据，先接收低位数据，然后是高位数据。数据成功接收后，语音播放忙信号 BUSY做出响应。同样，向外发送数据时先发送低位数据，再发送高位数据。在发送数据时，无需先发送命令码再发送指令。

2.2 控制命令

图2中数据线上的D0～D7表示一个地址或者命令数据。E0H～FEH的功能如表2所示。

3 WTV080播报语音控制

WTV080在正确的控制下，才能正常播报语音，本设计采用的控制芯片为STM32F103VE。

3.1 STM32F103VE简介

STM32F103VE增强型使用高性能的ARM? CortexTM?M3 32位的RISC内核[5]，工作频率为72 MHz；内置高速存储器（高达512 KB的闪存和64 KB的SRAM）；丰富的增强I/O端口和连接到两条APB总线的外设。所有型号的器件都包含3个12位的ADC、4个通用16位定时器和2个PWM定时器，还包含标准和先进的通信接口：2个I2C接口、3个SPI接口、2个I2S接口、1个SDIO接口、5个USART接口、1个USB接口和1个CAN接口。

该STM32F103VE的工作温度范围为-40～105 ℃；供电电压为2.0～3.6 V；具有省电模式，可以保证低功耗应用的要求[6]。

3.2 STM32F103VE和WTV080的接口

因WTV080采用三线串口模式，所以将STM32F103VE的PE10，PE11，PE13，PE9作为普通I/O口线，PE12作为输入I/O口线。按照WTV080操作时序，通过CS，CLK，DATA对WTV080进行控制语音播报。接收到相应的指令，调用相应的语音进行播放。其语音芯片电路如图3所示。

4 语音系统的设计流程

语音系统的设计流程主要包括4个步骤：硬件设计、制作语音文件、烧写语音文件和软件处理。

4.1 硬件设计

WTV080语音芯片采用三线串口模式，通过STM32F103VE的三个通用I/O口分别连接到WTV080芯片的CS，CLK，DATA，再找两个通用I/O口分别连接RESET（复位）管脚与BUSY忙信号管脚，设置连接WTV080芯片的CS，CLK，DATA，RESET（复位）管脚状态为输出，连接WTV080芯片的BUSY忙信号管脚状态为输入。

4.2 语音文件的建立

在Interphonic.5.0语音合成系统[7]制作语音文件中，使用软件WTV VoiceChip 3.58e创建项目[8]。导入语音文件，通过单击菜单栏“WavOperation”项下面的Load Wav…，弹出对话框选择加载的录音文件（WAV格式）。

4.3 烧写语音

连接好烧写语音芯片的设备，单击菜单栏“Tools”项Com Download下载框，选择相应的bin文件，选择使用的串口，单击Download即可下载语音文件到设备，通过操作设备再把语音烧写到语音芯片。

4.4 软件处理

通过控制三线串口模式的时序，将相应的语音地址发送到WTV080的语音芯片，芯片就会调用相对应的语音文件进行播放，播放完一段语音，BUSY忙信号就会输出低电平，当STM32F103VE检测到BUSY输出的低电平后，认为一段语音播放完毕，就可以调用下一段语音进行播放了。

5 语音控制程序

5.1 STM32F103VE驱动程序简介

STM32F103VE驱动程序接收以太网协议数据并分析，调用相应的语音进行语音播放。WTV080语音芯片程序流程如图4所示。

5.2 三线串口控制程序

数据发送程序如下：

void audioPlay（unsigned char AudioData）

{

unsigned char TxData=0；

YY_NSS_LOW（）；

delay_ms（5）；

for（TxData=0；TxData<8；TxData++）

{

YY_SCK_LOW（）；

if（AudioData & 0x01）

{

YY_MOSI_HIGH（）；

}

else

{

YY_MOSI_LOW（）；

}

AudioData>>=1；

delay_us（200）；

YY_SCK_HIGH（）；

delay_us（200）；

}

YY_NSS_HIGH（）；

}

6 结 论

从初期控制板的设计和后期模型的制作，到对整个模型系统的测试，结果表明，使用STM32F103VE控制WTV080语言芯片成功地实现了语音播报的功能，并且性能稳定，音质良好。

参考文献

[1] 玉海超，王红蕾.基于ARM的智能网络家居系统的设计与实现[J].信息技术，2012（4）：162?165.

[2] 司德花.英汉智能语音芯片应用于旅游业的研究[J].经济研究导刊，2014（18）：250?251.

[3] 佚名.可在多种场合应用的WTV系列语音芯片[J].电子制作，2008（6）：16?17.

[4] 韩德红，张显才，李向东.基于FPGA的串口控制器设计与实现[J].空军雷达学院学报，2008（2）：113?116.

[5] 张庆辉，马延立.STM32F103VET6和ENC28J60的嵌入式以太网接口设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2012（9）：23?25.

[6] 于春雪.STM32F103的高速以太网接口设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2011（9）：43?45.

[7] 佚名.科大讯飞新一代语音合成系统Interphonic 5.0强势登陆语音市场[J].通讯世界，2006（7）：84?85.

[8] 范维全，邓华.车载仪表真人发声提示技术的研究[J].安徽电子信息职业技术学院学报，2013（5）：1?3.