L'objectif de ce projet est de créer une carte d'extension de la plate-forme Arduino, ce qui permettra la mise en œuvre de l'audio et de l'interface vocale pour de nombreuses applications sur micro-contrôleurs (Figure 1). Ces fonctionnalités sont, principalement, l'utilisation mono-puce puce d'enregistrement/de lecture des messages vocaux ISD1790PY de la gamme ChipCorder de la société de production Winbond.
Fig.1. L'apparence d'une carte d'extension Voice Shield – interface audio pour la plate-forme Arduino.
Fonctions de la voix et de la fonction de conversion de texte par synthèse vocale (text-to-speech TTS) dans les appareils modernes sur les micro-contrôleurs ont reçu assez répandue, ils sont intégrés dans le système d'alarme et de sécurité, sont utilisés en commun des fonctions de gestion des systèmes de domotique. Par exemple, vous pouvez mettre au point un système de sécurité avec la voix d'avertissement, qui est inclus dans le cas où la personne ou le véhicule se rapproche d'une zone protégée. Le domaine d'application est limitée que par votre imagination.
L'intégration d'une carte d'extension Voice Shield avec la plate-forme Arduino est devenu possible grâce à la programmation de la bibliothèque de fonctions de gestion de la puce ISD1790PY disponible en téléchargement dans la section de téléchargement.
Schéma
Le concept d'une carte d'extension Voice Shield est représenté dans la Figure 2. Bien que la carte peut fonctionner de manière autonome, une plus grande fonctionnalité, vous pouvez obtenir la gestion via une interface série SPI. En connectant à la plate-forme Arduino (microcontrôleur), vous pouvez réaliser la synthèse de la parole.
Fig.2. Le concept d'une carte d'extension Arduino Shield Voice
La puce ISD1790PY dispose d'une entrée microphone avec le schéma automatique de gain (AGC, automatic gain control), la sortie des haut-parleurs de 8 Ohms et une deuxième sortie analogique, qui peut être configuré pour se connecter à un amplificateur externe. Aussi sont disponibles pour l'utilisateur la gestion du volume, le schéma de la réduction du bruit, un filtre de lissage et la fonction d'avertissement de la présence de nouveaux messages (vAlert).
Principales caractéristiques de la puce ISD1790PY:
однокристальное solution d'un système intégré de gestion de messagerie;
la conversion de fréquence sélectionnable par l'utilisateur à l'aide d'une résistance;
la possibilité de choisir la durée de messages;
système d'alarme de messages et de modes de fonctionnement:
quatre échantillons de l'effet sonore de l'alarme;
option d'alarme vocale (vAlert) la présence de nouveaux messages;
la gestion de la led qui est constamment activé pendant l'enregistrement et clignote lors de la lecture, de navigation et d'effacement;
le soutien de l'interface SPI:
deux canaux;
deux canaux de sortie;
différentielle de l'amplificateur de puissance de classe D (PWM);
однотактный etage de sortie pour fonctionner avec un ampli externe ZCH;
de haute qualité, reproduction naturelle de la voix et de la musique;
la tension d'alimentation 2.4...5.5 V;
le stockage des messages dans un délai de 100 ans (h);
100 milliers de cycles d'écriture (typique).
Pour confirmer l'exécution des fonctions de base vous pouvez utiliser les fonctionnalités de la puce. L'utilisateur peut activer indépendant sonore de confirmation des opérations suivantes: début de l'enregistrement, arrêt de l'enregistrement, la suppression de l'entrée, le passage à l'enregistrement suivant, la réinitialisation de la mémoire et vAlert. La lecture intégré des effets sonores s'effectue à la sortie de l'AUD/AUX. Le brochage de la puce dans un boîtier PDIP/SOIC représenté sur la Figure 3.
Fig.3. Le brochage de la puce ISD1790PY dans un boîtier PDIP/SOIC
Les boutons de contrôle P1-P6:
P1 (VOL) – réglage du volume pendant la lecture;
P2 (FT) – active le mode de l'écoute d'un son provenant de l'entrée analogique ANIN;
P3 (PLAY), P4 (REC) – contrôle de la lecture et l'écriture en conséquence;
P5 (ERASE) – efface la mémoire;
P6 (FWD) – si la mémoire contient plusieurs messages pour vous déplacer d'un enregistrement à un autre. Dans ce cas, appuyer sur le bouton P5 (ERASE) va supprimer le message en cours.
Pour comprendre l'action du bouton d'effacement de l'enregistrement, prenons l'exemple. Si la mémoire nous avons enregistré 5 messages et à l'aide du bouton P6 pris du troisième message, appuyez sur la touche P5 signifiera le nettoyage de la zone de mémoire à partir de l'adresse à l'adresse de début de la quatrième message. C'est de même pour les boutons de contrôle de lecture et d'écriture.
Pour le stockage des messages vocaux ou des sons dans la puce de la mémoire interne est utilisée, qui est automatiquement divisé en sections lors de l'enregistrement de plusieurs messages (chaque section est spécifique de l'adresse). Dans ce cas, l'adressage est effectué seulement par l'interface SPI (à la commande est ajoutée à votre adresse). L'enregistrement commence sur le bouton P4, lorsque vous relâchez la touche, l'enregistrement s'arrête.
Imaginons que la mémoire de la puce est vide. Appuyez sur le bouton P4 (REC) – commence à écrire des messages, relâchez le bouton d'enregistrement s'arrête automatiquement et l'adresse est écrite d'un marqueur de fin de message (EOM, End Of Message). Lorsque vous appuyez sur la touche de lecture de la lecture des données commence par le dernier marqueur et se termine lors de la réalisation de la prochaine.
L'enregistrement des messages est effectuée à partir d'un microphone (MIC), connecté à l'entrée de la puce par deux antivol condensateur C12 et C13. Le condensateur C10 est conçu pour filtrer la tension d'alimentation.
Дополнительный входной аудио канал IN может использоваться для записи от любого внешнего источника (используется стерео разъем, но сигналы левого и правого каналов подключены через конденсаторы С17 и С18 к одному выводу микросхемы ANIN). Расположение компонентов на печатной плате изображено на Рисунке 4, подключение платы Voice Shield к платформе Arduino Uno – на Рисунке 5, спсиок используемых компонентов и их номиналы указаны в Таблице 1.
Fig.4. L'emplacement des éléments d'un circuit imprimé
Fig.5. La connexion d'une carte d'extension Voice Shield de la carte Arduino Uno
Tableau 1. La liste des composants
La durée maximale d'enregistrement est déterminée par la fréquence de conversion, qui est donnée externe de la résistance R4. Dans notre cas, la valeur nominale de la résistance de 82 kω, ce qui correspond à une fréquence de conversion de 8 khz, par conséquent, la durée maximale d'un message de 90 (voir fiche technique sur la puce).
L'alimentation sur la carte d'extension provient de la plate-forme Arduino (conclusions de 5 V et GND). Les trois lignes d'alimentation (analogique partie VCCA, la partie numérique VCCD, l'alimentation de l'amplificateur de puissance VCCP) sont connectés à une source d'alimentation de l'Arduino 5, les condensateurs de filtrage doit être placé aussi près que possible des bornes de la puce. Ces condensateurs sont nécessaires pour la suppression des interférences liées au processus de la conversion analogique-numérique ou à l'amplificateur de puissance.
Pour la gestion des fonctions de la carte d'extension a été conçu pour un microcontrôleur et une application spéciale pour le pc (Figure 6). L'application pour PC peut être utilisé pour la gestion des processus d'enregistrement des messages ou des sons à la puce ISD1790PY, ainsi que pour télécharger de la musique ou des messages vocaux directement depuis un PC. Dans ce dernier cas, les fichiers doivent être enregistrés sur votre ordinateur au format mp3 ou WAV. L'application nécessite Microsoft .NET Framework 4.
Fig.6. Vue de la fenêtre de l'application pour la gestion de la carte d'extension Voice Shield
Après l'installation et le lancement du programme à l'origine dans les paramètres, vous devez sélectionner le port COM sur lequel est connecté la carte Arduino, et de définir les paramètres de fonctionnement du port. Après avoir enregistré les paramètres de retour dans la fenêtre principale et en haut à gauche, choisir le type de puce installée sur une carte d'extension dans la liste déroulante. Ensuite, vous devez choisir la valeur de la résistance, qui définit la fréquence de l'oscillateur de la puce, et, en conséquence, le temps maximum disponible pour l'enregistrement de messages (par défaut: 82 kω).
Dans la fenêtre du programme, ci-dessous le domaine de l'information sur la puce, sont des outils pour travailler avec des fichiers, à l'aide de laquelle l'utilisateur peut sélectionner le numéro du message, qui est enregistré dans la puce, ainsi que d'importer des fichiers wav et mp3, préalablement écouté. Si l'option «Automatically calculate memory locations» est activée, le programme détecte automatiquement la quantité de mémoire requise pour les messages.
En appuyant sur le bouton «Add/Refresh», le fichier est ajouté à la liste de droite. Le panneau de boutons situés au-dessus de la liste des fichiers ajoutés, vous permet d'effectuer différentes actions. Après la préparation de la liste de lecture, vous pouvez commencer à transférer des messages à la puce ISD1790PY, en cliquant sur le bouton «Play Audio Tracks».
Téléchargements
Библиотека функций управления микросхемами серии ISD1700 – Télécharger
Исходный код программы управления платой расширения и установочный файл приложения для ПК – Télécharger
