AN006 - Il tuo primo prototipo di sintesi vocale

Vogliamo realizzare un semplice prototipo di un sistema elettronico in grado di emettere autonomamente da un altoparlante alcuni file wave (messaggi vocali, suoni, ecc...) alla pressione di pulsanti. I file wave potranno essere riprogrammati infinite volte collegando il prototipo ad un PC con una porta seriale.
Prendiamo come spunto l'articolo tecnico AN001 che mostra lo schema di base da cui partire per la realizzazione del circuito completo. Allo schema di base dobbiamo aggiungere un circuito di alimentazione ed un amplificatore di potenza per pilotare un altoparlante. Ecco come si presenta la realizzazione del prototipo su una scheda millefori ed il relativo schema elettrico:

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Schema_prototipo

 

Prototipo_foto_blocchi

Collegamento RS232

Il modulo audio LPM11162 si interfaccia con la porta seriale del PC tramite il transciever RS232 ADM3222. Questo componente è necessario per convertire i livelli CMOS a 3.3V del modulo audio nei livelli dello standard RS232. All'interno dell'ADM3222 abbiamo due trasmettitori e due ricevitori, i cui pin di ingresso/uscita sono indicati rispettivamente con le lettere "T" e "R". In particolare T1-IN e T2-IN sono gli ingressi CMOS dei due trasmettitori verso il PC mentre T1-OUT e T2-OUT sono le rispettive uscite RS232 da colegare ad un classico connettore DB9. Invece R1-IN ed R2-IN sono gli ingressi RS232 dei ricevitori che provengono dal connettore DB9 e le rispettive uscite CMOS sono R1-OUT e R2-OUT che servono per pilotare i pin 2 e 6 del modulo audio LPM11162.
Il circuito integrato ADM3222 ha un pin /SHDN con il quale vengono disabilitate le uscite dei due trasmettitori quando viene portato a livello basso. In questo caso noi non usiamo questa funzionalità ed abbiamo collegato il pin alla tensione di alimentazione.
C'è anche un pin /EN che invece è in grado di disabilitare le uscite dei ricevitori se portato a livello basso. Questa funzionaltà è molto utile nel nostro circuito perchè ci consente di fatto di "scollegare" il transciever RS232 dal resto del circuito quando il collegamento RS232 non è necessario, ovvero quando non di deve ne programmare ne riprodurre alcun file wave tramite PC. Il pin /EN è collegato ad una resistenza di pull-up da 100KΩ verso l'alimentazione e ad un jumper.

 

Modalità di programmazione e di riproduzione

Vediamo come inserire il jumper per configurare il circuit o per lavorare nella modalità di programmazione (connessione al PC per programmare i file wave) e nella modalità di riproduzione (pressione dei pulsanti per riprodurre i file wave).

  •  

    Programmazione (jumper montato): in questo caso il pin /EN viene cortocircuitato verso massa, quindi a livello logico 0 le uscite dei ricevitori (R1-OUT/R2-OUT) che pilotano i pin 2 e 6 del modulo LPM11162 sono attive. Questi pin verranno dunque pilotati da altrettanti segnali del connettore DB9. Gli altri due pin del modulo audio, 1 e 5, non hanno invece alcun problema di colegamento con l'ADM3222 in quando collegati agli ingressi dei trasmettitori (T1-IN/T2-IN) che non costituiscono un carico per l'elevata impedenza d'ingresso (porte CMOS). I due trasmettitori vanno a pilotare altrettanti pin del connettore DB9. Con il jumper montato il circuito è configurato per comunicare con un PC tramite interfaccia RS232, quindi è possibile programmare i file wave all'interno del modulo LPM11162 ed anche riprodurli istantaneamente inviando gli opportuni comandi seriali.

  • Riproduzione (jumper non montato): in questo caso la resistenza di pull-up porta il pin /EN alla tensione di alimentazione. A livello logico 1 le uscite dei ricevitori (R1-OUT/R2-OUT) sono disabilitate, quindi l'ADM3222 non pilota il modulo audio sui pin 2 e 6. I pin 1 e 5 restano collegati agli ingressi dei trasmettitori (T1-IN/T2-IN) che come detto in precedenza non costituiscono un carico per l'elevata impedenza di ingresso. Di fatto il modulo audio LPM11162 risulta "scollegato" dal transciever ADM3222 e quindi può lavorare in totale autonomia per la riproduzione dei file wave precedentemente programmati quando il jumper era montato.

 

Programmazione dei file wave

Dopo aver configurato il jumper nella modalità di programmazione (jumper montato) il circuito è pronto per comunicare tramite un cavo RS232 con un PC per la programmazione dei file wave all'interno del modulo audio LPM11162.
La programmazione avviene in modo molto semplice utilizzando l'applicazione gratuita LPM11162 ToolKit disponibile al seguente link:

Screenshot_LPM11162_ToolKit

Nell'articolo tecnico AN001 è mostrata una tabella che per ogni stato dei pin di ingresso del modulo audio indica il nome del file wave che viene riprodotto. Nel nostro prototipo abbiamo montato 3 pulsanti sui tre pin di ingresso, pertanto seguendo le indicazioni dell'articolo AN001 dovremo memorizzare i 3 file wave da riprodurre con i nomi "File3.wav", "File5.wav", "File6.wav".

 

Riproduzione dei file wave

Una volta che i file wave sono stati programmati possiamo scollegare la scheda dal cavo RS232 e finalmente è pronta per l'uso. Basta rimuovere il jumper e dopo aver alimentato nuovamente la scheda il modulo audio LPM11162 potrà riprodurre i messaggi che abbiamo programmato premendo i 3 pulsanti. Alla pressione di ognuno partirà il file wave corrispondente come descritto nell'articolo tecnico AN001.
I pulsanti, quando premuti, vanno a cortocircuitare i rispettivi ingressi del modulo audio verso GND. Quando non sono premuti le resistenze di pull-up da 100KΩ mantegono gli ingressi a livello alto (condizione di riposo).
La modalita' di riproduzione dei file wave tramite commutazione dei pin di ingresso e' detta KEY-MODE e come si puo' vedere risulta estremamente interessante perche' consente di utilizzare il modulo LPM11162 anche in sistemi privi di microcontrollore.
Durante la riproduzione dei file wave il segnale audio analogico esce dal pin 9 del modulo audio che puo' essere collegato direttamente ad una cuffia, oppure come nel prototipo presentato ad un amplificatore che pilota uno speaker.

 

Amplificatore per altoparlante

Il segnale audio analogico in uscita dal pin 9 del modulo LPM11162 è connesso ad un amplificatore con LM386. Questo circuito integrato è molto diffuso perchè con pochi componenti esterni è in grado di pilotare direttamente un piccolo altoparlante, il package è un piccolo DIP8 e si tratta di un componente economico.
Lo schema che abbiamo utilizzato nel prototipo è il più semplice realizzabile. I pin 1 ed 8 sono previsti per una regolazione del guadagno dell'amplificatore nel range 20÷200. Se lasciati aperti come nello schema il guadagno è quello minimo, quindi l'ampiezza del segnale sull'altoparlante sarà 20 volte quella di ingresso sul pin 3. Al pin di ingresso arriva il segnale audio proveniente dal modulo opportunamente attenuato con il partitore formato dalla resistenza da 18KΩ e dalla resistenza del trimmer da 10K. Questa attenuazione è necessaria per limitare il valore massimo del segnale in gresso all'LM386 in modo da non far saturare l'uscita. Tramite il trimmer possiamo poi effettuare una regolazione del volume quando necessario.
l condensatore da 47nF e la resistenza da 10Ω in serie sull'uscita dell'amplificatore sono necessari per rendere stabile l'amplificatore come indicato nel datasheet. C'è poi un condensatore di disaccoppiamento in serie all'altoparlante che costituisce un blocco in corrente continua.

 

Alimentazione

E' previsto di alimentare l'intero circuito con una tensione di ingresso nel range 4V÷12V. Questa tensione alimenta direttamente l'amplificatore LM386 e viene invece regolata a 3.3V per alimentare il modulo LPM11162 ed il transciever ADM3222. Il range di tensione d'ingresso è scelto in modo da soddisfare le caratteristiche dell'amplificatore audio, infatti abbiamo usato il modello LM386N-1 che è previsto proprio per il range 4V÷12V.
Il regolatore LM317T può sopportare tensioni d'ingresso fino a 40V superiori a quella d'uscita, quindi non crea problemi. La tensione d'uscita è dimensionata a 3.3V tramite le due resistenze da 240Ω e 390Ω.

 

Connessioni

Il modulo audio LPM11162 che è il cuore del sistema non è stato saldato direttamente sulla scheda millefori, ma abbiamo previsto la possibilità di inserirlo e rimuoverlo comodamente tramite una barretta di strip femmina tradizionale con passo 2.54mm.
L'alimentazione alla scheda viene fornita con un morsetto serrafilo a 2 poli e lo stesso connettore è stato usato anche per l'uscita altoparlante.
La connessione ad un cavo seriale RS232 avviene tramite un connettore DB9 femmina a 90° da circuito stampato.

 
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