從開始選型到最終定版，一枚語音芯片是如何讓體溫計(jì)能夠“發(fā)出聲音說話”的。

近些年來，紅外體溫計(jì)已經(jīng)走進(jìn)千家萬戶。像額溫槍、耳溫槍這類產(chǎn)品，測(cè)量體溫后直接報(bào)出數(shù)字，比看著屏幕去看數(shù)字要方便得多。特別是在給老人和孩子使用的時(shí)候，語音反饋的體驗(yàn)明顯更好。不過做硬件的工程師們都清楚：語音播報(bào)看似簡(jiǎn)單，實(shí)際做起來有不少麻煩。上電啟動(dòng)慢、休眠漏電、語音內(nèi)容沒法更改、抗干擾差等這類問題一個(gè)接著一個(gè)讓人犯難。近期我們?cè)诹慨a(chǎn)項(xiàng)目中采用了一顆語音芯片，型號(hào)是WT588F02 - 8S - C。

這枚芯片上電初始化的時(shí)間為40毫秒，在語音芯片中這一指標(biāo)較為出色。那么我們就圍繞該芯片，談?wù)摷t外體溫計(jì)語音方案的硬件設(shè)計(jì)、軟件控制以及量產(chǎn)需要留意的相關(guān)事宜 。

一、為什么體溫計(jì)對(duì)“上電速度”特別敏感

紅外體溫計(jì)一般是依靠電池來提供電力的。為了提升產(chǎn)品續(xù)航，大部分時(shí)間它就處在休眠或者是關(guān)機(jī)的狀態(tài)。當(dāng)用戶按下測(cè)量鍵之后，系統(tǒng)就必須趕緊去做下面這些事情。

傳感器上電并穩(wěn)定

MCU喚醒并采集溫度

計(jì)算溫度值

語音芯片上電并播放結(jié)果

要是語音芯片初始化過于緩慢，那么整個(gè)流程就會(huì)卡在最后那一個(gè)步驟。用戶按下按鍵之后，需要等待一秒到兩秒左右才能聽到聲音，這樣的體驗(yàn)就變得很差勁。WT588F02 - 8S - C上電初始化時(shí)間的典型值是40ms。實(shí)際測(cè)試從供電穩(wěn)定到能夠接收第一條控制指令，確實(shí)可以控制在50ms以內(nèi)。

這便意味著體溫計(jì)的主控MCU被喚醒之后，不需要專門去等待語音芯片處于就緒狀態(tài)，直接發(fā)送代碼就可以進(jìn)行放音操作。

二、硬件怎么接？最簡(jiǎn)方案只需兩根線

使用SOP8封裝的芯片，引腳數(shù)量不多，這對(duì)于空間緊湊的體溫計(jì)來說就比較合適。還推薦了一線串口模式，這種模式僅僅占用MCU的一個(gè)IO口。

請(qǐng)您提供具體需要改寫的文章內(nèi)容，這樣我才能按照要求進(jìn)行改寫。

VDD（6腳）：接2.2V~5.5V電源，體溫計(jì)常用3V或3.7V鋰電池均可直接供電

GND（8腳）：共地

DATA（2腳）：接MCU的一個(gè)GPIO，用于發(fā)送控制指令

BUSY（1腳）：可選接MCU的另一個(gè)GPIO，用于判斷播放狀態(tài)

PWM+（7腳）和 PWM-（5腳）：直接驅(qū)動(dòng)8Ω/0.5W喇叭，或者外接功放

存在一個(gè)容易被忽略的細(xì)節(jié)。芯片的那個(gè)IO2，也就是DATA引腳，是不可以去加上拉電阻的。資料中表明在上電的時(shí)候IO2如果處于高電平狀態(tài)，就有可能會(huì)讓IC進(jìn)入非工作模式。所以MCU這一方面對(duì)于這個(gè)引腳建議配置成開漏輸出或者普通推挽輸出，并且外部是不加上拉電阻的。如果是喇叭驅(qū)動(dòng)的情況，要是體溫計(jì)外殼空間足夠的話，直接用PWM來推動(dòng)小喇叭就可以了。很多額溫槍使用的是8Ω、0.5W的微型喇叭，聲音的清晰度足夠用來報(bào)數(shù)。

若你希望獲得更為響亮的音效，那么不妨外掛上那個(gè)WT1312功放。還有十分重要的提醒，資料中提及，使用4R的喇叭或者并聯(lián)喇叭，有可能會(huì)致使芯片PWM出現(xiàn)LATCH - UP的情況，如此一來便無法進(jìn)行播放，需要重新上電才能夠恢復(fù)，如果情況嚴(yán)重，還極有可能將芯片燒毀。所以喇叭阻抗建議選擇8Ω，不要使用4Ω。

三、低功耗：待機(jī)<5μA，不播放時(shí)幾乎不耗電

對(duì)于電池供電的物件人們會(huì)擔(dān)憂漏電情況。那WT588F02 - 8S - C的休眠電流典型值是小于5μA。在實(shí)際測(cè)試當(dāng)中能夠達(dá)到這個(gè)數(shù)值，但是必須是外部電路去配合才可以。進(jìn)入休眠的條件是芯片播放完畢之后，讓DATA和CLK（如果使用兩線模式的話）電平穩(wěn)定200ms，這時(shí)候芯片就會(huì)自己進(jìn)入休眠狀態(tài)。而且不需要額外去發(fā)送休眠指令。

針對(duì)省電設(shè)計(jì)方面，存在著兩個(gè)建議。

播放完畢之后，MCU將DATA引腳拉低。芯片IO中默認(rèn)存在220K的下拉電阻，拉低DATA能夠防止倒灌電流。如果使用BUSY引腳來判斷播放狀態(tài)，播放時(shí)該引腳為低電平，停止時(shí)則為高電平，MCU能夠利用它來確定何時(shí)切斷語音芯片電源。但大多數(shù)時(shí)候不切斷電源也沒有問題，待機(jī)電流為5μA，對(duì)電池的影響非常小。

四、語音內(nèi)容怎么更新？不用換芯片，不用返廠

傳統(tǒng)的OTP語音芯片，一旦進(jìn)行燒錄就很難再進(jìn)行更改，庫存?zhèn)湄洿嬖谳^高的風(fēng)險(xiǎn)。WT588F02 - 8S - C是FLASH型芯片，其中有著220KB的Flash?？蛻艨梢越柚涮椎?a target="_blank">USB下載器自行對(duì)語音內(nèi)容進(jìn)行更換。那么這意味著什么？體溫計(jì)廠商可以先將硬件制作出來進(jìn)行備貨，在最后階段使用下載器將語音內(nèi)容進(jìn)行燒錄。如果產(chǎn)品銷售到不同地區(qū)需要不同語言，比如中文、英文、其他語種等，或者測(cè)量范圍、報(bào)警閾值需要進(jìn)行調(diào)整，直接對(duì)語音文件進(jìn)行更新就可以，不需要對(duì)硬件進(jìn)行改動(dòng)。燒錄流程大致是這樣的：通過唯創(chuàng)知音官方的語音制作平臺(tái)，將WAV（采樣率≤16kHz，單聲道）或者M(jìn)P3（采樣率≤24kHz）轉(zhuǎn)換成芯片能夠識(shí)別的格式，再使用下載器通過IO1、IO2引腳來進(jìn)行燒寫。

五、控制時(shí)序：一線串口的波形怎么做

體溫計(jì)中的主控MCU發(fā)送一個(gè)語音地址，芯片便開始播放相應(yīng)的溫度播報(bào)。舉例來說“三十六點(diǎn)五攝氏度”屬于一段語音，地址被設(shè)定成0x01，此時(shí)MCU發(fā)送0x01就可以了。

一線串口的發(fā)碼規(guī)則存在著一些不同之處，它不是常見的普通PWM編碼或者曼徹斯特編碼，而是通過電平寬度的比例來表示0和1。

邏輯1：高電平600μs，低電平200μs（比例3:1）

邏輯0：高電平200μs，低電平600μs（比例1:3）

在發(fā)碼之前存在著一個(gè)起始條件。首先需要把DATA線拉低，時(shí)長(zhǎng)處于5ms到20ms之間，推薦是5ms。接著發(fā)送16位數(shù)據(jù)，先發(fā)送高字節(jié)，再發(fā)送低字節(jié)，并且每個(gè)字節(jié)里頭低位是在前面的。存在一個(gè)容易出現(xiàn)狀況的前提：要是發(fā)碼之前DATA已經(jīng)是低電平，那就需要先拉高，保持時(shí)長(zhǎng)≥5ms，之后再去拉低5ms。這個(gè)“拉高5ms”不能夠省略掉，否則在某些狀況下芯片就不會(huì)響應(yīng)。那單字節(jié)還是雙字節(jié)怎么選擇？資料里說得非常清楚明白：當(dāng)語音地址總數(shù)小于224段的時(shí)候，默認(rèn)是單字節(jié)發(fā)碼，地址范圍是00H到DFH；當(dāng)大于等于224段的時(shí)候，就自動(dòng)切換成雙字節(jié)發(fā)碼，范圍是0000H到03E7H。

體溫計(jì)一般不需要使用很多段落，一個(gè)刻度就足夠了。

六、PCB布局的三條鐵律

資料當(dāng)中經(jīng)常提到的那幾個(gè)要點(diǎn)，我們自己在遇到挫折之后，發(fā)現(xiàn)它們確實(shí)是非常重要的。

首先，第一點(diǎn)，電容要緊緊貼著芯片。VDD腳旁邊的104或者106電容，得是離芯片越近越好。芯片VDD腳、電容以及GND腳所形成的回路長(zhǎng)度得把控在4厘米以內(nèi)。要是布線繞遠(yuǎn)，芯片播放的時(shí)候就容易受到電源波動(dòng)的影響，資料里明明白白寫著“電源波動(dòng)別超過1.3V”，這個(gè)余量是比較小的。第二點(diǎn)GND不要直接去鋪銅。

語音芯片的GND管腳，先連接一根20mil的線到電容負(fù)極。經(jīng)過電容之后，再進(jìn)行鋪銅。如果使用過孔的話，至少要打兩個(gè)，并且過孔要放置在電容后面。很多人圖省事直接大面積鋪地，結(jié)果反而引入干擾。還有第三點(diǎn)MCU到DATA引腳之間要串聯(lián)一個(gè)1K電阻，這能夠減少M(fèi)CU那邊的數(shù)字噪聲耦合到語音芯片。別看是小細(xì)節(jié)，量產(chǎn)時(shí)遇到通信不穩(wěn)定，這個(gè)電阻往往就能解決問題。

七、關(guān)于靜電防護(hù)：別小看冬天干燥環(huán)境

資料里第19頁有關(guān)于 ESD 問題的講述，這表明廠家在這方面是有實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的。測(cè)試結(jié)果顯示，芯片的 1 腳是 BUSY，4 腳是燒寫口，7 腳是 PWM 輸出，并且它們對(duì)于接觸式 6KV 靜電的抗性是比較薄弱的。

體溫計(jì)的外殼通常存在開口，這就是紅外傳感器的窗口。靜電常常會(huì)輕易地進(jìn)入其中。給出的建議如下：

外殼上盡量讓語音芯片遠(yuǎn)離通風(fēng)口和按鍵縫隙

如果PCB空間允許，在敏感引腳附近加TVS管或RC吸收電路

SMT貼片環(huán)節(jié)務(wù)必確認(rèn)工廠有良好的靜電防護(hù)普通衣服走動(dòng)就能產(chǎn)生1KV靜電，雖然不至于立即損壞芯片，但累積風(fēng)險(xiǎn)不能忽視

八、音質(zhì)與音量：PWM直推夠用嗎

WT588F02 - 8S - C可以支持16位PWM/DAC輸出。直接使用PWM來推動(dòng)8歐喇叭，在安靜的地方播報(bào)溫度數(shù)字，其清晰度還比較足夠。如果環(huán)境比較嘈雜，比如醫(yī)院門診相關(guān)的情況，存在兩個(gè)方向可以進(jìn)行考慮。

外接WT4890這類AB類功放，能把功率推到1W左右

改用DAC輸出模式，再加一級(jí)RC濾波（資料推薦二級(jí)RC電路），然后送入功放

DAC模式下音質(zhì)從理論層面來看更為優(yōu)良。但是需要注意的是，在DAC模式中，BUSY引腳的響應(yīng)時(shí)間會(huì)出現(xiàn)變長(zhǎng)的情況。在發(fā)碼之后BUSY需要經(jīng)過30ms到65ms才會(huì)發(fā)生變化。而對(duì)于PWM模式來說，BUSY發(fā)生變化只需要500μs到35ms。如果體溫計(jì)對(duì)于“按下即播”的實(shí)時(shí)性有較高的要求，那么PWM模式就會(huì)更加合適了。

九、總結(jié)：這顆芯片適合什么樣的體溫計(jì)

關(guān)于 WT588F02 - 8S - C，其所凸顯出來的優(yōu)勢(shì)有三個(gè)。第一個(gè)是上電速度較快的，第二個(gè)是處于休眠狀態(tài)下較為省電的，第三個(gè)是語音能夠進(jìn)行更換的。

如果你正在做一款需要快速響應(yīng)的紅外體溫計(jì)，40ms的初始化時(shí)間可以讓你忽略語音環(huán)節(jié)的延時(shí)

如果是電池供電產(chǎn)品，<5μA的待機(jī)電流幾乎可以忽略不計(jì)

如果擔(dān)心備貨風(fēng)險(xiǎn)，可擦寫的FLASH方案讓你不用壓一堆不同語音版本的庫存

有幾點(diǎn)需要留意。DATA引腳不要進(jìn)行上拉。PWM輸出不要采用4Ω喇叭。PCB布線需要優(yōu)先考慮電容。將這些都處理妥當(dāng)之后，這芯片能夠讓你制作出響應(yīng)快、功耗低、生產(chǎn)靈活的語音報(bào)溫體溫計(jì)。