CMA-TSL中文语音合成芯片用户手册_V10

1、CMA-TSL中文语音合成芯片用户手册北京润光凯勤科技发展有限公司CMA-TSL中文语音合成芯片用户手册（北京润光凯勤科技发展有限公司）联系人：王先生业务QQ： 1019959165E-Mail：86003590网 站： 第 15 页 / 共 15 页目录：1. 概述31.1 应用领域31.2 主要功能特点31.3 产品型号42. 电气特性42.1 极限参数42.2 直流特性42.3 封装尺寸52.4 引脚定义63. 通信协议73.1 物理层协议73.1.1 UART异步串口73.1.2 SIO同步串口83.2 应用层协议83.3 协议应用实例：104. 芯片实物图与演示系统104.1 芯片实

2、物图104.2 演示板实物图114.3 计算机管理软件12附录1：CMA-TSL快速应用13附录1.1 芯片最小系统13附录1.2 最小系统的外围应用14附录2：CMA-TSL相对同类产品的特点与优势151. 概述CMA-TSL中文语音合成芯片是将自主开发的中文语音合成软件SMA-TTS移植到芯片中的SoC方案，需要与外围的存储器芯片（存放语音合成数据库）和D/A芯片（实现音频数据的高品质数/模转换）配合使用。具有成本低、合成音质好、功耗低等优点，支持同步或异步串口通信控制。此外，提供多个音库供客户自由选择下载使用，满足很多行业和领域的中文语音合成应用要求。本手册全部修改、发布和所有权归北京润

3、光凯勤科技发展有限公司所有，我公司有权在不做通知的情况下进行变更，请关注公司网站或联系我们以获得最新资料。1.1 应用领域Ø 语音报警Ø 公交语音报站、电梯语音提示Ø 智能仪器仪表Ø 语音智能互动玩具Ø 儿童语音早教玩具Ø 语音相册、宣传册Ø GPS语音导航Ø 语音电子书Ø 语音袖珍讲解器（展会、旅游景点等）Ø 户内/户外语音广告Ø 其他使用语音合成的领域1.2 主要功能特点Ø 支持的字符集：GB2312标准的一、二级字库共6763个汉字，ASCII码或全角的英文字母和数字。

4、Ø 支持的标点符号：常用标点符号均可支持，并可分级设置停顿时间。Ø 支持4级软件控制的数字音量调整（外部也可由硬件实现音量连续控制）。Ø 支持多音字姓氏：对于汉字字串的首字可智能识别是否多音字姓氏并朗读，如：“曾”做姓氏读时发音为zeng的第一声。Ø 智能音调、音强和朗读节奏调整，较高的识别准确率。Ø 提供UART异步串口和SIO同步串行总线两种通信接口，其中UART串口还可用于下载用户词库和语音库。Ø 配合外围大容量存储器可实现：（1）提供不同音效的多个音库供客户免费下载使用，满足不同客户对音效的不同要求。（2）用户自定义词库：最多

5、允许用户自定义200个词汇，每个词汇均可定制发音，可以方便的支持一些特殊发音的人名、地名；（3）大容量词库：收录了上万条常用词汇和几千个常用多音字词汇，如：参差的读音为cen的第一声和ci的第一声。Ø 芯片封装：LQFP-32，引脚对边尺寸：9*9mm，引脚间距：0.8mm。Ø 芯片工作电压：2.23.8V，工作电流：约20mA3.3V，工作温度：-40+85。1.3 产品型号子型号产品描述CMA-TSL基本型中文语音合成芯片2. 电气特性2.1 极限参数项目符号最小值最大值单位供电电压VCC-GND-0.3+4.0V工作温度TOP-40+85存储温度TSTG-55+125

6、工作湿度30%70%存储湿度20%80%注意：不要超出上表所列的环境条件，否则芯片可能无法正常工作甚至受损坏。2.2 直流特性项目符号最小值典型值最大值单位测试条件工作电压VCC+2.2+3.3+3.8V+25I/O电压VH+2.0VDDV+25VL0+0.8V+25工作电流IOPR20mAVDD=3.3V，无负载备注： 无负载是指所有IO口无外部负载电路。2.3 封装尺寸标号最小值正常值最大值A1.60b0.320.43D8.809.009.20D16.907.007.10E8.809.009.20E16.907.007.10e0.8L0.450.60.75备注：尺寸单位全部为毫米（mm）。

7、2.4 引脚定义引脚序号引脚名称引脚方向引脚使用说明1TXDOUART异步串口的数据发送2P0.0I与P0.1共同决定UART通信速率3XTAL2O外接22.1184MHz晶振4XTAL1I5P3.2NC保留6P0.1I与P0.0共同决定UART通信速率7P3.3ISIO同步串口的时钟输入8P3.4I工作模式9P3.5O外部LED状态指示灯控制10P2.4NC保留11P2.5NC保留12GNDO电源负极13P2.6NC保留14P2.7NC保留15P3.7O工作状态输出（与P3.5同步变化，用户选用）16P1.0NC保留17P1.1NC保留18P1.2O外部串行存储器的写保护控制19P0.2O外

8、部功放使能控制（低有效，用户选用）20P1.3O外部串行存储器的访问保持控制21P1.4O外部串行存储器使能22P0.3O外部D/A数据访问控制23MOSIOSPI总线的主机数据发送24MISOISPI总线的主机数据接收25SCLKOSPI总线的主机时钟输出26P2.0ISIO同步串口的数据接收27P2.1OSIO同步串口的数据发送28VCCI电源正极29P2.2NC保留30P2.3NC保留31RSTI上电复位信号32RXDIUART异步串口的数据接收备注： 引脚方向指电压或电流形式的信号方向，“I”表示输入、“O”表示输出、“I/O”表示输入/输出双向工作、“NC”表示不确定。 UART异步

9、串口的通信速率由芯片上电时P0.0、P0.1电平（通信速率控制）以及P3.4电平（工作模式控制）共同决定，请参考下表。表中“L”表示低电平、“H”表示高电平，引脚悬空时为高电平。注意：此三个引脚仅在芯片上电时被采样，上电后改变其电平状态不会影响芯片的工作模式和通信速率。P3.4电平P0.1电平P0.0电平通信速率L（下载工作模式）LLUART通信速率为57.6KbpsLHUART通信速率为115.2KbpsHLUART通信速率为230.4KbpsHHUART通信速率为460.8KbpsH（合成工作模式）LLUART通信速率为9.6KbpsLHUART通信速率为19.2KbpsHLUART通信速

10、率为38.4KbpsHHUART通信速率为57.6Kbps 所有保留引脚必须悬空。 外部的晶振电路、LED状态指示灯电路、上电复位电路、串行存储器电路、D/A转换电路参考附录的芯片最小系统设计。3. 通信协议3.1 物理层协议3.1.1 UART异步串口UART异步接口支持全双工异步通信，传输距离<0.5米，最高速率460.8Kbps，通信速率最大允许误差范围：±2%。UART异步串口收、发的数据都以8位数据（字节）为单位，1位开始位、1位停止位，无奇偶校验和硬件流控制，每个字节的传输形式如下：3.1.2 SIO同步串口SIO同步串行总线支持单工通信，传输距离<0.5米，

11、最高速率约8Kbps，推荐使用4Kbps的通信速率（如下图）。SIO同步串行总线由时钟输入、数据输入、数据输出三线组成，由主机产生MCLK时钟（CMA-TSL芯片只能做从机接受时钟），主机只能在MCLK时钟信号为高电平时改变SDI数据输入信号，并在MCLK为低电平时保持SDI电平稳定不变，CMA-TSL在MCLK的下降沿后采集SDI以获得位数据，成功接收8位有效数据后进行上层协议的字节处理。通信异常由上层协议负责检测和处理。3.2 应用层协议命令帧格式使用说明连接测试主机->芯片：0x5A芯片->主机：0xA8用于合成模式下的连接测试，仅用于UART串口通信用于测试芯片通信速率合成

12、配置主机->芯片：0x55+0xAA+0x10+1B长度（固定为6）+6B时间配置（上电缺省值为80、60、40、20、0、50）+1B和校验芯片->主机：0x10（即命令码）时间配置定义：前四字节表示句/问/叹号、逗/分/省略号、冒/顿/破折号、其它字符的停顿时间，时间单位为10ms，最大时间2.55s；后两字节表示字符间隔、词组间隔的停顿时间，时间单位为1ms，最大时间255ms开始合成主机->芯片：0x55+0xAA+0x11+1B长度（n+1151）+1B合成参数+nB待合成的文本+1B和校验芯片->主机：0x11（即命令码）合成参数按位定义：D7=1首字按姓氏

13、合成（为0则按普通文本合成，下同）、D6=1合成时使用自定义字库、D5=1合成时数字1读“幺”音、D1:0取值0-3表示从小到大四级数字音量调整；其他的位保留为0合成控制主机->芯片：0x55+0xAA+0x12+1B长度（固定为1）+1B控制代码+1B和校验芯片->主机：0x12（即命令码）控制代码定义：0-停止、1-重复、2-暂停、3-继续备注：（1） 1字节帧头：固定为0x55+0xAA（2） 1字节命令码：如0x10是合成配置的命令码（3） 1字节长度：有效值1- 150，范围是从长度字节后的数据到和校验前的数据（不含长度字节、和校验字节）（4） 1字节和校验：校验范围是从

14、命令码字节到和校验前的字节，校验方式为按字节累加（5） UART异步串口通信时对于合成配置、开始合成、合成控制命令，芯片若执行处理则响应命令码，否则不响应；主机发送命令后若100ms以内没有收到芯片响应的命令码，则命令发送失败，和校验的范围从命令码开始（不含帧头字节0x55、0xAA）。（6） SIO同步串行总线通信时由于是单工通信，因此芯片不响应命令码字节，但以SDO信号的电平反转来告诉主机是否接受并执行了该命令。同步串行总线不支持连接测试命令。（7） 芯片同时支持UART和SIO接口，任意一个接口接收到数据都作为协议信息，因此，建议客户不要同时对两个接口发命令，而只使用其中一个接口，避免发

15、送信息冲突而引起错误。不使用的接口可以直接悬空。（8） 通信异常处理：当主机在通信速率正确且多次发送正确的协议命令（连接测试命令除外，多次指至少3次）但始终无法接收芯片正确响应的时候，可以认为通信出现异常（如：遇到短时强烈的外部电磁干扰导致串口信号异常和丢失等极端情况），此时通过连续发送至少260个字节的相同数据进行通信恢复（建议发送0xFF），通信恢复原理是：应用层协议帧最长不超过260个字节，通过连续发送相同数据强制芯片接收完一帧，但由于数据是相同的，因此会导致校验失败或帧头/长度错误等情况，从而芯片能够丢弃所接收的异常数据并恢复正常。注意：对于硬件连接不可靠、用户软件本身发送错误数据或波

16、特率不准确等固有错误，无法进行纠错。 3.3 协议应用实例：主机命令芯片响应0x55、0xAA、0x10、0x06、0x50、0x3C、0x28、0x14、0x00、0x32、0x100x10或SDO反转0x55、0xAA、0x11、0x03、0xE0、0xCE、0xD2(汉字“我”)、0x940x11或SDO反转0x55、0xAA、0x12、0x01、0x02(暂停合成)、0x150x12或SDO反转4. 芯片实物图与演示系统4.1 芯片实物图4.2 演示板实物图演示板说明（对应兰色序号）：1. DC-5V直流电源输入，内正外负插头，输入电压4.59.0V，电源至少要能提供1A的电流。2.

17、RS232串口，标准DB-9M插头，使用收/发交换的串口线连接计算机。3. 音箱接口（同二级功放音频输出接口），标准双声道音频接口，注意：由于演示板上经过两级功放，因此本接口不能连接耳机，否则很可能因音频功率过大而损坏耳机。4. 二级功放音频输出接口，用于直接连接喇叭，其音量大约是一级功放的5倍左右。5. 工作模式、通信速率设置（具体设置方法请参考前面的引脚定义章节），拨码开关1、2为BAUD0和BAUD1，拨码开关4为工作模式；拨到左边为高电平、右边为低电平。6. 音量控制可调电阻，向下拨音量增大、向上音量减小。7. 一级功放音频输出接口，用于直接连接喇叭。8. SIO同步串口和工作状态输出

18、信号，从左到右依次是：同步数据输入、同步数据输出、同步时钟、工作状态输出信号。9. 经过两级RC低通滤波后的D/A输出信号，可连接用户的功放电路。备注：演示板尺寸为80*60mm，图中红色线区域为CMA-TSL最小系统，占用约35*25mm的面积。4.3 计算机管理软件计算机演示软件主要功能：10. 打开软件后先出现“选择语音合成数据库文件”的窗口，选择一个合适的数据库文件按确定后进入主界面（如上图），选择的数据库被用于计算机演示和下载到目标系统。如果不选择数据库文件取消后进入主界面，则所有功能被锁定，必须重新运行软件。11. 在系统设置里选择“计算机”，可以在计算机上完成对CMA-TSL语音

19、合成芯片全部功能的演示；若选择“目标板”则可连接演示板完成语音合成数据库（含用户自定义词库）的下载或语音合成功能演示。12. 连接计算机与演示板，将演示板设置为下载模式然后加电，可以通过RS232串口对演示板下载语音合成数据库；若将评估板设置为合成模式然后加电，则可以通过RS232串口对演示板进行合成功能演示。注意：每次上电后，都要重新选择系统设置里的目标板或串口号以完成自动搜索目标板的过程，演示板上设置的通信速率会被自动识别。注意：下载合成数据库时最高速率可达460.8Kbps，而电脑上普通RS232串口最高只能达到115.2Kbps，因此对于230.4Kbps和460.8Kbps的下载速率

20、只能通过USB转RS232设备来达到。附录1：CMA-TSL快速应用附录1.1 芯片最小系统注意：用户必须严格按照上面的参考设计先实现芯片最小系统，在芯片最小系统之上允许用户自行设计其他外围电路（如：功放电路等）。1. 芯片最小系统由语音合成主芯片电路、串行存储器电路（存放语音合成数据库）、D/A转换电路、LED状态指示灯电路组成；其中语音合成主芯片电路由CMA-TSL芯片、复位电路、晶振电路组成（如上图）。2. 芯片最小系统的外部接口包括：SIO同步串口、UART异步串口、通信速率设置、工作模式设置、工作状态输出（用户选用）、D/A输出、外部功放使能（用户选用）。3. 图中电容C1在布线时应

21、放置在CMA-TSL芯片的VCC引脚附近，C6为钽电容。4. 虽然CMA-TSL芯片能工作在-40+85的温度范围和很宽的电压范围，但由于受限于存储器、D/A转换芯片的工作温度和工作电压，因此最小系统的工作温度范围为-20+70，工作电压范围为2.73.6V。5. LED状态指示灯说明工作模式操作或状态指示灯芯片上电初始化串行存储器故障上电后持续短闪四次及以上，必须重新上电进入通信模式上电后短闪三次熄灭进入合成模式上电后短闪两次熄灭下载模式等待通信持续灭正在通信持续亮下载成功持续间隔短闪，必须重新上电下载失败持续长闪，必须重新上电合成模式合成初始化失败持续长闪，必须重新上电等待/停止合成持续灭正在/暂停合成持续亮备注： 芯片上电初始化的时间最少1秒，上电时可通过观察指示灯的闪烁情况知道芯片进入哪种工作模式。 短闪：指示灯点亮0.2秒熄灭0.3秒；持续间隔短闪：指示灯点亮0.2秒熄灭1.8秒，然后重复；持续长闪：指示灯点亮1.8秒熄灭0.2秒，然后重复。 下载时若用户强制关闭计算机管理软件或断