HT66FV130/140/150/160 在語音產品的應用與開發

AN0375T V1.20 1/12 January 13, 2017

HT66FV130/140/150/160 在語音產品的

應用與開發

文件編碼：AN0375T

概述

HT66FV130/140/150/160從低檔的HT66FV130到高檔的HT66FV160，構成一個完整的Enhanced

Voice Flash MCU 系列，可以滿足各種語音產品應用需求。由於愈來愈多的家電或消費性產

品需要加入語音功能，Enhanced Voice Flash MCU 系列經由硬體 SPI 介面搭配外掛 SPI Flash

ROM 儲存語音資料，使得更換語音內容變的非常容易。外掛標準的 SPI Flash ROM，客戶可

根據不同語音的應用，諸如音質、語音長短、語音變化等等情況，彈性地選擇不同容量的

SPI Flash ROM。

HT66FV130/140/150/160 為高整合度的 SoC 產品，內建高性能 16-bit DAC 與 1.5W Audio Power

Amplifier，滿足消費者對於高品質聲音的需求，喇叭的輸出音量可由數位控制；I/O 可直推

數碼管且不需外加限流電阻與三級管；12-bit SAR ADC 檢測傳感器或週邊模擬量信號。

除了 HT66FV130 外，SIM(I2C/SPI)介面提供與週邊 IC 的通信，外掛低耗電 32768Hz Crystal

計時功能。

此外 HT66FV150/160 還內建 4 個 SCOM，可用於液晶顯示，同時增加標準的 UART 通訊介

面，可以應用在有線連網通訊的產品。

配合 Holtek 的語音開發平台，透過簡單的使用者介面可以很容易地編輯語音的內容並產生

程式碼，經由盛群提供的評估板，可即時燒錄程式與語音並驗證功能。

HT66FV130/140/150/160 重點規格比較表

Note：SPIA 為硬體 SPI 串列界面，專門用來存取外部 SPI Flash ROM 播放語音資料且可由

VDDIO pin 實現 Level Shift 功能

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IC 方塊圖

應用方塊圖

Existing Solution

New Solution

MCU Voice IC

SPIFlashROM

HT66FV1x0

Power Amplifier

+ PowerAmplifier+

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16-bit DAC 與 Power Amplifier

HT66FV1x0 內建 Class AB，1.5W(@5V, 10% THD)高輸出功率的音頻功率放大器，其相關的

腳為分別如下所示。

SP+ Power amplifier 輸出正端 SP- Power amplifier 輸出負端 AUD_IN Power amplifier 輸入 BIAS Power amplifier 內部參考電壓 AUD 16-bit DAC 輸出 AVDD_PA Power amplifier 正電源 AVSS_PA Power amplifier 負電源

經由 MCU 的暫存器，可以很簡單的控制 16-bit DAC 與 Power Amplifier，說明如下：

DAEN(PLAC.0)：控制 16-bit DAC，設定此位元為 "1" 時，Power on 16-bit DAC

PAEN(PLAC.1)：控制 Power Amplifier，設定此位元為 "1" 時，Power on Power Amplifier

16-bit DAC 的輸出腳位是 AUD，資料暫存器為 PLADL(Low Byte) / PLADH(High Byte)，軟體

利用 Timer Module 設定 Timer Mode 固定時間產生中斷 (Ex: 8kHz 取樣頻率的語音為 125us

產生一次中斷)，中斷時間到，軟體從 SPI Flash 讀取語音資料寫到 16-bit DAC，再經內建 Power

Amplifier 放大輸出推動喇叭發出聲音！

以下為 fSYS =16MHz，以 CTM0 之 Timer Mode 產生 8kHz 頻率中斷的範例：

;CTM0 Setting(Timer Mode), Timer Counter Clock=fSYS/4=4MHz SET T0M1 SET T0M0 ;Timer Mode SET T0CCLR ;Compare A match SET CTMA0E ;CTM0 Comparator A match interrupt control CLR TM0DL CLR TM0DH ;------8kHz--------------------- MOV A,LOW(4000/8) MOV TM0AL,A MOV A,HIGH(4000/8) MOV TM0AH,A SET T0ON ;CTM0 Enable SET MF0E ;MF0(CTM0) Enable

為避免DAC與Audio Power Amplifier ON/OFF時造成的 Pop Noise，需有Ramp up與Ramp down

的流程。

DAC 之 16-bit 資料(PLADL/PLADH)的初始狀態須設定 0000H 且 MUTEB=0。

Ramp up(開始撥放語音的流程)：

先設定 PAEN=1 與 DAEN=1，PLADL/PLADH 從 0000H 逐步增加到 8000H，MUTEB=1，然後

開始撥放語音。

Ramp down(結束撥放語音的流程)：

將目前的 16-bit DAC 內容 PLADL/PLADH 逐步調整到 8000H，MUTEB=0，DAC 內容

PLADL/PLADH 從 8000H 逐步減少到 0000H，然後關閉 Power Amplifier 與 DAC (PAEN=0，

DAEN=0)。

一般而言，Ramp up/down 大約需 200 ms 以上才不會有 Pop Noise 產生。

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語音資料

由外掛 SPI Flash ROM 儲存語音資料，MCU 經由內建的 SPI 介面讀取儲存在 SPI Flash 中的

語音資料(如下)。

由於 SPI Flash ROM 的最高工作電壓為 3.6V，因此在系統電源為 5V 的應用情況，需外加 LDO

降壓至 3V，並將此電壓接到 IC 的 VDDIO 腳位，而且 PBS0 暫存器位元 0 與 1 (PBS01,PBS00)

要設定為(1,1)，也就是 VDDIO 的功能，此時 SPIA 的介面電源由外部 VDDIO 腳位提供，所

以 SPI 介面電壓準位為 3V。

注意事項說明：

HT66FV1x0 語音產品在進行 EFT 測試時，與 SPI Flash Memory 連接的 SCK(SPI clock)比較容

易受到 EFT 干擾，因此在 PCB Layout 時，注意 SCK 連線要與 MCU 靠近，且走線越短越好！

所需 SPI Flash ROM 容量舉例說明：

假設取樣頻率為 16kHz，語音格式為 16-bit PCM(無壓縮)，如果要儲存時間總長度為 2 分鐘

的語音，需要 16k x 16-bit x 2 分 x 60 秒= 30720 kbits = 30 Mbits

因此 SPI Flash ROM 的容量需選用 32Mbits (Ex：MX25R3235F)。

以下為 SPIA 的 SPI_Init 與 RW_SPI 的副程式範例；MCU 為 Master Mode，SPI Flash 為 Salve

Mode：

;*************************************************************** ;Function Name: SPI_Init ;Objective: Hardware SPIA Intialization ;*************************************************************** SPI_Init: ;SPIA Setting CLR SPIC00 CLR SPIC01 CLR SPIC02 ;SPIC2~SPIC0=(000): SPI master mode; SPI clock is fSYS/4 SET SPIMLS ;MSB First

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AN0375T V1.20 5/12 January 13, 2017

SET SPICKEG SET SPICKPOLB SET SPIEN ;Enable SPI Interface SET SPICSEN ;Enable SPI CS ;------------------------------------------------------- RET RW_SPI: MOV A,WriteSPIBuf MOV SPID,A SZ SPIWCOL JMP RW_SPI CHECKTRF: CLR WDT SNZ SPITRF JMP CHECKTRF CLR SPITRF MOV A,SPID MOV READSPIBUF,A RET Main_Start: : : ;----------------------------------------------------------- ;SPIA I/O Setting SET PCS10 CLR PCS11 ;PC4/SDOA SET PCS12 CLR PCS13 ;PC5/SCKA SET PCS14 CLR PCS15 ;PC6/SDIA SET PCS16 CLR PCS17 ;PC7/SCSAB SET PCPU7 ;PC7/SCSB PULL-HIGH ENABLE MOV A, 00110000B ORM A,SLEDC0 ;SPIA Source Current MAX ;----------------------------------------------------------- : : CALL SPI_Init MOV WRITESPIBUF, A SET SPICSEN CALL RW_SPI CLR SPICSEN : :

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音量控制

HT66FV1x0 的音量控制有兩種方式

1. 利用外掛可變電阻(類比式)

2. 數位音量控制

利用外掛可變電阻(類比式, VR Volume Control)：

在 DAC 輸出(AUD)與 Power Amplifier 輸入(AUD_IN)之間外掛一可變電阻做音量控制。

數位音量控制(Digital Volume Control)：

外部不需要可變電阻 VR，應用電路如下，經由暫存器 USVC 其中之 bit 0~6 可數位調整音

量，調整範圍從 +6dB ~ -32dB，每一階為 0.5dB(大音量)或 1dB(小音量)；USVC 位元 7 是靜

音控制位元 MUTEB，設 "0" 為靜音狀態。

應用電路如下：

5V 應用方塊圖

3V 應用方塊圖

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應用電路(以 HT66FV140 Demo Board 為例)說明如下：

AVDD_PA 直接單點接到電源正端，AVSS_PA 直接單點接到電源負端；因 AVDD_PA 在 Power

Amplifier 工作時會輸出較大電流，可能導致 AVDD_PA 電壓會有較大變動，因此需外接

R1/C2/C3 電路作濾波，以防止 MCU 的電源 VDD 受到干擾。

PCB Layout 注意事項：

零件擺設時優先考慮電源濾波電容，其擺設盡可能靠近 MCU，SPI Flash ROM 之相關位

置擺設方式也盡可能靠近 MCU 為原則，特別是 SPI Clock 拉線儘可能越短越好。

避免 Audio Power Amplifier 操作時瞬間大電流所產生的雜訊干擾，需區分為數位電源

(VDD)及類比電源(AVDD_PA)，共兩組獨立電源。

Audio Power Amplifier 電源端腳位 AVDD_PA 需直接從電源正端拉線，且走線線寬不小於

12 mil。

避免Audio Power Amplifier操作時瞬間大電流所產生的雜訊干擾，需區分為數位接地(VSS)

及類比接地(AVSS_PA)，共兩組接地，須以鋪銅方式完成。

Audio Power Amplifier 接地端腳位 AVSS_PA 需直接從電源負端接地點拉線，且走線線寬

不小於 12 mil。

零件擺設時須預留電源及接地之走線寬度。

Power Amplifier 輸出 SP+/SP-走線要粗且儘可能不要有灌孔。

由於直角容易累積電荷，有尖端放電的效應，容易影響 PCB 之穩定度，因此儘量以 45

度之斜角或弧角之方式進行走線。

在較大電流應用場合（比如推動較多的 LED 時），建議 VDD 大電容儘量靠近 MCU

Application Circuit (HT66FV140 Demo Board)

Power Circuit

SPI Flash ROM

Connector

Speaker Output

HT66FV140

LDO

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KEY1 KEY2 KEY3 KEY4

Power ON/OFF Switch

SPI Flash

Power indicationHT66FV140

Speaker8/2W

HT66FV140 Demo Board

HT66FV140 Demo Board PCB Layout Top View

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HT66FV140 Demo Board PCB Layout Bottom View

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開發環境

語音開發平台(Voice MCU Workshop)

為了讓客戶很快的開發出語音產品，Holtek 提供語音開發平台，協助客戶快速上手使用

HT66FV1x0 系列的語音功能，主要的特點如下：

• 客戶不用自行開發語音底層程式代碼

• 透過平台操作即可快速完成語音功能專案

• 以平台產出的程式框架基礎，加入 MCU 功能程式，加快產品的開發其系統

系統架構如下：

程式開發架構如下：

語音開發平台軟體可在 Holtek 官網下載，並有 Youtube 教學影片實際操作演練，讓使用者

很快的學會如何操作語音開發平台軟體完成專案。

開發平台(Development Platform)

Model Function Note

Holtek Voice MCU Workshop Development Platform for Voice MCU Can be used with ESK-66FV-100+ e-Link

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PC 端軟體(Software)

Model Function Support Hardware Note

Holtek Voice MCU Workshop Voice development platform ESK-66FV-100 + e-Link Supports :

Windows XP or above

工具操作介紹影片(Tools Introduction Video)

Model Link

Holtek Voice MCU Workshop https://www.youtube.com/watch?v=fFlP32HpEfM&feature=youtu.be

Note：細節請參考 Holtek Voice Workshop User Guide。

語音平台開發流程

參考資料

參考文件 Holtek Voice Workshop User Guide。

如需進一步瞭解，敬請瀏覽 Holtek 官方網站 www.holtek.com。

版本及修改資訊

Date 日期 Author 作者 Issue 發行、修訂說明

2015.04.02 李乾嘉、李凡 First Version

2016.06.06 李乾嘉、李凡 V1.10

2016.12.30 李乾嘉、李凡 V1.20

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