Trong thế giới của các dự án vi điều khiển, các kỹ sư liên tục đẩy phần cứng đến giới hạn tuyệt đối của nó. Một dự án gần đây trình diễn khả năng phát lại âm thanh trên một vi điều khiển giá 16 xu đã thu hút trí tưởng tượng của cộng đồng, châm ngòi cho các cuộc thảo luận về cách cải thiện việc triển khai và công nghệ siêu tiết kiệm chi phí này có thể dẫn đến đâu.
Thông số kỹ thuật chính của CH32V003:
- Giá: $0.16 USD
- Lõi xử lý: 32-bit RISC-V
- Bộ nhớ Flash: 16KB
- RAM: 2KB
- Tần số CPU tối đa: 48MHz
- Tùy chọn đóng gói: TSSOP20, QFN20, SOP16
Cải Tiến Kỹ Thuật Để Chất Lượng Âm Thanh Tốt Hơn
Dự án ban đầu đã thành công khi khiến vi điều khiển CH32V003 phát âm thanh thông qua đầu ra PWM, nhưng các thành viên cộng đồng ngay lập tức xác định được các lĩnh vực cần cải thiện. Một đề xuất quan trọng liên quan đến việc thêm một bộ lọc RC thông thấp đơn giản vào mạch loa, điều này sẽ làm giảm đáng kể chất lượng âm thanh bị rè.
Nếu bạn biết mình đang chạy ở tốc độ lấy mẫu 8kHz, bạn có thể thiết kế bộ lọc của mình với tần số cắt đó và nó sẽ nghe hay hơn rất nhiều.
Bộ lọc này sẽ loại bỏ tín hiệu sóng mang PWM tần số cao trong khi vẫn giữ được nội dung âm thanh thực tế, mang lại khả năng tái tạo âm thanh trong trẻo hơn. Nguyên lý rất đơn giản - bằng cách khớp tần số cắt của bộ lọc với tốc độ lấy mẫu âm thanh, bạn loại bỏ các hiện tượng không mong muốn mà không ảnh hưởng đến tín hiệu mong đợi.
Các Phương Pháp Triển Khai Âm Thanh Được Thảo Luận:
- Đầu ra PWM với phát lại mẫu được điều khiển bằng phần mềm
- Nén ADPCM (các biến thể 2-bit và 4-bit)
- Tổng hợp giọng nói LPC sử dụng thư viện Talkie
- Flash I2C bên ngoài để mở rộng dung lượng lưu trữ
- Lọc RC thông thấp để cải thiện chất lượng âm thanh
 |
|---|
| Biểu đồ minh họa quá trình nén ADPCM 2-bit được áp dụng cho tín hiệu âm thanh |
Mở Rộng Khả Năng Âm Thanh Thông Qua Các Thành Phần Bên Ngoài
Mặc dù dự án ban đầu tập trung vào việc tối đa hóa bộ nhớ flash nội 16KB của vi điều khiển, một số bình luận đã đề xuất những cách thực tế để mở rộng khả năng âm thanh. Một phương pháp liên quan đến việc kết nối một chip flash I2C để cung cấp thêm bộ nhớ cho các đoạn âm thanh dài hơn hoặc từ vựng rộng hơn trong các ứng dụng tổng hợp tiếng nói.
Giải pháp lưu trữ bên ngoài này sẽ duy trì triết lý chi phí thấp của dự án trong khi mở rộng đáng kể các ứng dụng tiềm năng của nó. CH32V003 vẫn giữ đủ các chân I/O để hỗ trợ cả giao tiếp nối tiếp và điều khiển ngoại vi bổ sung ngay cả khi có gắn flash bên ngoài, biến đây thành một lộ trình nâng cấp khả thi cho các dự án đầy tham vọng hơn.
 |
|---|
| Một bài đăng blog thảo luận về các dự án vi điều khiển chi phí thấp và khả năng phát lại âm thanh |
Bối Cảnh Lịch Sử Và Các Phương Pháp Tổng Hợp Thay Thế
Cuộc thảo luận một cách tự nhiên hướng đến các tiền lệ lịch sử về tổng hợp tiếng nói, với những người bình luận tham chiếu đến các phương thức triển khai cổ điển từ những ngày đầu của máy tính. Chiếc máy TI Speak and Spell từ cuối những năm 1970 đã sử dụng các kỹ thuật mã hóa dự đoán tuyến tính tương tự, chứng minh rằng việc tổng hợp âm thanh tinh vi trên phần cứng hạn chế là một truyền thống đã được thiết lập từ lâu.
Các phương pháp tổng hợp thay thế cũng xuất hiện trong cuộc trò chuyện, bao gồm các tham chiếu đến SAM (Software Automatic Mouth) và khả năng triển khai các codec phức tạp hơn như AMR từ các tiêu chuẩn điện thoại di động GSM. Mặc dù các phương pháp tiếp cận này mang lại chất lượng âm thanh tốt hơn hoặc hiệu quả nén tiềm năng, chúng đi kèm với độ phức tạp tính toán gia tăng có thể thách thức bộ xử lý CH32V003 khiêm tốn.
Tài liệu tham khảo về Tổng hợp Giọng nói Lịch sử:
- Texas Instruments Speak & Spell (1978)
- Lệnh "*SAY" của BBC Micro
- Apple MacinTalk cho Macintosh cổ điển
- SAM (Software Automatic Mouth)
 |
|---|
| Các mạch tích hợp được sử dụng trong tổng hợp âm thanh thời kỳ đầu, làm nổi bật những tiến bộ lịch sử trong công nghệ |
Hàm Ý Rộng Hơn Cho Máy Tính Siêu Tiết Kiệm Chi Phí
Vượt ra ngoài những cải tiến kỹ thuật cụ thể, cuộc thảo luận của cộng đồng tiết lộ sự phấn khích về những hàm ý rộng lớn hơn của các vi điều khiển có năng lực giá 16 xu. Những thiết bị này mở ra khả năng bổ sung phản hồi âm thanh cho các ứng dụng mà trước đây chi phí còn quá đắt - từ đồ chơi giáo dục đến cảm biến công nghiệp và thiết bị tự động hóa gia đình.
Dòng sản phẩm CH32V003 cung cấp các biến thể có khả năng cao hơn nữa với tích hợp USB và Ethernet, gợi ý về một tương lai nơi các thiết bị mạng với giao diện âm thanh có thể được chế tạo với tổng chi phí chỉ vài đô la. Như một bình luận đã lưu ý, hạn chế chính không phải là khả năng phần cứng mà là các công cụ phát triển - các tiện ích lập kế hoạch chân tốt hơn sẽ làm cho các chip siêu rẻ này dễ tiếp cận hơn với các nhà phát triển chính thống.
Sự nhiệt tình xung quanh dự án này chứng minh rằng ngay cả trong thời đại của máy tính mạnh mẽ và không đắt tiền, các kỹ sư vẫn tìm thấy niềm vui và sự đổi mới trong việc đẩy phần cứng rẻ nhất có thể để làm những điều phi thường. Kiến thức tập thể của cộng đồng giúp biến một bằng chứng khái niệm thông minh thành các phương thức triển khai thực tế với các ứng dụng trong thế giới thực.
Tham khảo: I made a 16 Cent MCU Talk