摘? 要： 基于ISD單片語(yǔ)音錄放集成電路和大容量" title="大容量">大容量IC卡,，給出了IC卡電子語(yǔ)音書(shū)的設(shè)計(jì)方法,。這種電子語(yǔ)音書(shū)具有體積小、重量輕,、用電省和成本低的特點(diǎn),。

　　關(guān)鍵詞: IC卡? 語(yǔ)音錄放? 文本轉(zhuǎn)換

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　　所謂“IC卡電子語(yǔ)音書(shū)”,，即讀取IC卡中的信息,，再將其轉(zhuǎn)換成聲音信息,，用以取代現(xiàn)有的書(shū)籍的電子裝置,，可供不便于視覺(jué)閱讀的人群(如老年人,、盲人或患者等)使用。

??? 目前,，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)銷售的IC卡的容量可達(dá)500K字節(jié),，如直接存儲(chǔ)語(yǔ)音信號(hào)(以8K/秒采樣率計(jì))，可存儲(chǔ)約62.5秒的直接語(yǔ)音信息,。雖然所存儲(chǔ)的音質(zhì)比較好,，但顯然還不能滿足一般書(shū)籍大量信息存儲(chǔ)的要求。筆者以漢字的語(yǔ)音編碼(自定義)形式存儲(chǔ),，存儲(chǔ)一個(gè)漢字只占用1.5個(gè)字節(jié)(12位),，則500K字節(jié)的IC卡可存儲(chǔ)的漢字不少于33.3萬(wàn)個(gè)，可連續(xù)播放近30小時(shí),，足以滿足實(shí)用要求,。

　　本文給出的設(shè)計(jì)方案以AT89LV51單片機(jī)為微處理機(jī)，配以ISD4004作語(yǔ)音支持,，采用AT45D041型IC卡作為電子書(shū)籍信息存儲(chǔ)載體,。AT45D041型IC卡是由美國(guó)ATMEL公司于近年推出的大容量存儲(chǔ)卡" title="存儲(chǔ)卡">存儲(chǔ)卡(4M位)，是目前市場(chǎng)上易于購(gòu)得的容量最大" title="最大">最大的IC卡。隨著技術(shù)的進(jìn)步,，改用容量更大的其它類型IC卡時(shí),，只要通訊方式不變，本設(shè)計(jì)方案仍然適用,。即便是通訊方式有所改變,，亦只需對(duì)本設(shè)計(jì)方案稍作修改即可。

　　該裝置的基本工作過(guò)程如下:首先將漢字文本文件(如《三國(guó)演義》)轉(zhuǎn)換成語(yǔ)音編碼文件存儲(chǔ)于IC卡中(這一工作由PC機(jī)完成);然后,，當(dāng)IC卡電子語(yǔ)音書(shū)工作時(shí),，播放裝置中的CPU將從IC卡中讀出語(yǔ)音編碼;最后，CPU再按此編碼控制ISD單片語(yǔ)音錄放電路,，播放出相應(yīng)的語(yǔ)音,。

　　本設(shè)計(jì)方案是一個(gè)經(jīng)濟(jì)實(shí)用型電子語(yǔ)言書(shū)基本設(shè)計(jì)方案，雖然在音質(zhì)方面不如語(yǔ)音直接存儲(chǔ)的方案,，但具有裝置成本低廉,、體積小巧、用電省和連續(xù)播放時(shí)間長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì),。

1 硬件設(shè)計(jì)

　　播放裝置的電氣原理圖如圖1所示,。

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　　本設(shè)計(jì)中設(shè)有6個(gè)按鍵，分別為“播放”(BUTTON0),、“快進(jìn)”(BUTTON1),、“慢進(jìn)”(BUTTON2)、“快退”(BUTTON3),、“慢退”(BUTTON4)和“停止”(BUTTON5),。

　　為了能夠在下一次開(kāi)機(jī)時(shí)從上一次中止處繼續(xù)播放，需要一個(gè)掉電保持的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,，本文中使用了AT24C01A,。

為使播放裝置的體積和重量盡可能減小，本裝置僅使用一節(jié)AA型(即5號(hào))電池,，因此需采用升壓式開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源,，本文采用的是MAX856。為了節(jié)省電池消耗,，本裝置應(yīng)具有自動(dòng)斷電的功能,。按下“播放”鍵時(shí)，MAX856芯片1腳將抬高為高電平" title="高電平">高電平,，裝置上電,。以后每隔16秒由單片機(jī)向MAX856芯片1腳發(fā)送一個(gè)高電平脈沖，讓裝置繼續(xù)被供電,。當(dāng)定時(shí)時(shí)間(60分鐘)到時(shí),，裝置停止向MAX856芯片發(fā)送高電平脈沖,，則裝置自動(dòng)斷電。

　　本設(shè)計(jì)中采用的AT45D041型大容量IC存儲(chǔ)卡的主要功能和技術(shù)參數(shù)如下:

　　(1)具有與SPI兼容的串行接口;

　　(2)4325376位;

　　(3)低功耗,，動(dòng)態(tài)電流為15mA,，靜態(tài)待機(jī)電流為20μA;

　　(4)最大時(shí)鐘頻率為10MHz。

　　AT45D041型大容量IC存儲(chǔ)卡的引腳及命令請(qǐng)參閱參考文獻(xiàn)[1],。圖1中IC_CARD的1~8腳對(duì)應(yīng)于AT45D041的1~8引腳;9和10為IC卡座的輔助觸點(diǎn),，用于檢測(cè)IC卡是否已插入。

　　本設(shè)計(jì)中采用的ISD4004語(yǔ)音芯片" title="語(yǔ)音芯片">語(yǔ)音芯片的主要功能和技術(shù)參數(shù)如下:

　　(1)16分鐘語(yǔ)音錄放,，最小段長(zhǎng)200~400ms(本設(shè)計(jì)采用300ms);

　　(2)最大段數(shù)2400段;

　　(3)SPI接口方式,。

　　ISD4004語(yǔ)音芯片的主要引腳及與單片機(jī)的連接方法描述如下:AUD OUT——輸出音頻信號(hào)，為了得到較大的輸出,，采用功率放大器LM386進(jìn)行放大再提供給耳機(jī)或喇叭,。SS——片選，低電平有效,，兩條指令之間為高電平,。MOSI——串行輸入端，主控制器應(yīng)在串行時(shí)鐘上升沿之前半個(gè)周期將數(shù)據(jù)放到本端,。MISO——串行輸出端,。SCLK——串行時(shí)鐘輸入端，由主控制器產(chǎn)生,，用于同步MOSI和MISO的數(shù)據(jù)傳輸,。上述4個(gè)端子分別接單片機(jī)的P1.7～P1.4。/INT——中斷,，本端為漏極開(kāi)路輸出,，在任何操作中檢測(cè)到EOM或OVF時(shí)，本端變低并保持;接單片機(jī)的INT0,。RAC——行地址時(shí)鐘,，漏極開(kāi)路輸出，用于存儲(chǔ)管理,，接單片機(jī)的P1.3。

2 語(yǔ)音碼文件的形成

　　ISD4004語(yǔ)音芯片是按段存放聲音的,，每段一個(gè)音,，每個(gè)音300ms。但應(yīng)注意到有許多字具有相同的發(fā)音(如ye3:也,、冶,、野);而有些發(fā)音并無(wú)漢字(如:wai2、sai3,、ka2等),。對(duì)于每一個(gè)不同的音，又有5個(gè)基本的發(fā)聲(即陰平1、陽(yáng)平2,、上聲3,、去聲4和輕聲5)順序。只要有漢字與之對(duì)應(yīng)(相同發(fā)音只取一個(gè)),，則賦予其一個(gè)編碼,，如此即可得到全部語(yǔ)音碼。漢字現(xiàn)有發(fā)音共計(jì)1311個(gè),。設(shè)計(jì)時(shí),，把所有不同的音按英文字母和發(fā)聲順序排列，共有1337個(gè)(1311漢字+26英文字母)語(yǔ)音碼,，亦即1337個(gè)語(yǔ)音,。用1.5個(gè)字節(jié)可存儲(chǔ)一個(gè)語(yǔ)音碼(亦即1個(gè)漢字讀音)，則4M位的IC卡可存儲(chǔ)近349500個(gè)漢字讀音,。語(yǔ)音碼確定后,，即可將1337個(gè)語(yǔ)音按語(yǔ)音碼的順序?qū)懭隝SD4004語(yǔ)音芯片中。

　　首先按GB2312-80給出兩級(jí)漢字的內(nèi)碼與語(yǔ)音碼的轉(zhuǎn)換表,，參見(jiàn)表1,。對(duì)于給定的文本文件中的每個(gè)漢字，只需查出其區(qū)位碼,，然后通過(guò)查表即可得到其拼音碼,，最后將拼音碼寫(xiě)入大容量IC卡。對(duì)于標(biāo)點(diǎn)符號(hào),，將其處理為停頓(不發(fā)聲),。值得注意的是，有些漢字(如:和,，he2,、he4、huo2,、huo4,、hu2)有多種發(fā)音，對(duì)于這些漢字將有多個(gè)語(yǔ)音碼與之對(duì)應(yīng),。究竟轉(zhuǎn)換為哪個(gè)語(yǔ)音碼，則需參考該漢字的前一漢字或后一漢字,。仍不能確定時(shí),，應(yīng)取出現(xiàn)概率為最大的音(如和，取he2),。

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????采用VB程序?qū)㈦娔X中的文本文件轉(zhuǎn)換成本文的語(yǔ)音碼,，并將其寫(xiě)入IC卡中,，從而形成了“電子語(yǔ)音書(shū)”。不同IC卡裝有不同的內(nèi)容,，即不同的“書(shū)”,。注意到IC卡的內(nèi)容是可以改寫(xiě)的，一本書(shū)聽(tīng)過(guò)之后,，還可以到特約的服務(wù)點(diǎn)換一本新的“書(shū)”來(lái)聽(tīng),。　

　　按照本文給出方案所設(shè)計(jì)的IC卡電子語(yǔ)音書(shū)播放裝置的體積約為120mm×80mm×14mm,。本裝置的語(yǔ)音發(fā)音略顯生硬,。如能進(jìn)一步引入智能處理算法，使各漢字發(fā)音之間的連接變得柔和一些,，發(fā)聲效果將得到改善,。

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參考文獻(xiàn)

1 周 軍，張瑞蘭.大容量IC卡AT45D041及其應(yīng)用.電測(cè)與儀表,，1999(8)

2 ISD全系列單片語(yǔ)音錄放電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用匯編.北京中青世紀(jì)科技發(fā)展公司,，2000