ในโลกของโปรเจกต์ไมโครคอนโทรลเลอร์ วิศวกรมักจะผลักดันฮาร์ดแวร์ให้ไปถึงขีดจำกัดสูงสุดอยู่เสมอ โปรเจกต์ล่าสุดที่สาธิตการเล่นเสียงด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์ราคา 16 เซนต์ ได้จุดประกายจินตนาการของชุมชน ส่งผลให้เกิดการอภิปรายเกี่ยวกับวิธีการปรับปรุงการทำงานและทิศทางของเทคโนโลยีต้นทุนต่ำสุดขั้วนี้ในอนาคต
ข้อมูลจำเพาะหลักของ CH32V003:
- ราคา: $0.16 USD
- แกนประมวลผล: 32-bit RISC-V
- หน่วยความจำแฟลช: 16KB
- RAM: 2KB
- ความถี่ CPU สูงสุด: 48MHz
- ตัวเลือกแพ็กเกจ: TSSOP20, QFN20, SOP16
การปรับแต่งทางเทคนิคเพื่อคุณภาพเสียงที่ดีขึ้น
โปรเจกต์ดั้งเดิมสามารถทำให้ CH32V003 เล่นเสียงผ่านการส่งออก PWM ได้สำเร็จ แต่สมาชิกชุมชนก็ระบุจุดที่ควรปรับปรุงได้ในทันที หนึ่งในข้อเสนอแนะสำคัญคือการเพิ่มวงจรกรองความถี่ต่ำ RC แบบง่ายๆ เข้าไปในวงจรลำโพง ซึ่งจะช่วยลดคุณภาพเสียงที่ฟังแล้วเหมือนเสียงหึ่งได้อย่างมีนัยสำคัญ
หากคุณรู้ว่าคุณกำลังขับอัตราสุ่มตัวอย่างที่ 8kHz คุณสามารถออกแบบตัวกรองโดยใช้ความถี่ตัดนั้นได้ และมันจะทำให้เสียงดีขึ้นมาก
ตัวกรองนี้จะช่วยลบสัญญาณพาหะ PWM ความถี่สูงออกไป ในขณะที่ยังคงรักษาเนื้อหาของเสียงจริงไว้ ส่งผลให้การสร้างเสียงมีความสะอาดมากขึ้น หลักการนี้ตรงไปตรงมา โดยการจับคู่ความถี่ตัดของตัวกรองกับอัตราสุ่มตัวอย่างของเสียง คุณจะกำจัดสิ่งรบกวนที่ไม่ต้องการออกไปโดยไม่ส่งผลต่อสัญญาณที่ต้องการ
วิธีการใช้งานเสียงที่ถูกหารือ:
- เอาต์พุต PWM พร้อมการเล่นแซมเปิลที่ขับเคลื่อนด้วยซอフต์แวร์
- การบีบอัด ADPCM (รูปแบบ 2-bit และ 4-bit)
- การสังเคราะห์เสียงพูด LPC โดยใช้ไลบรารี Talkie
- แฟลช I2C ภายนอกสำหรับขยายพื้นที่จัดเก็บข้อมูล
- การกรอง RC แบบ low-pass เพื่อปรับปรุงคุณภาพเสียง
 |
|---|
| การแสดงผลกราฟิกของการบีบอัดแบบ 2-bit ADPCM ที่ใช้กับสัญญาณเสียง |
ขยายขีดความสามารถด้านเสียงผ่านส่วนประกอบภายนอก
ในขณะที่โปรเจกต์ดั้งเดิมมุ่งเน้นไปที่การเพิ่มประสิทธิภาพหน่วยความจำแฟลชภายใน 16KB ของไมโครคอนโทรลเลอร์ให้สูงสุด ผู้แสดงความคิดเห็นหลายคนได้เสนอวิธีปฏิบัติในการขยายขีดความสามารถด้านเสียง วิธีหนึ่งเกี่ยวข้องกับการเชื่อมต่อชิปแฟลช I2C เพื่อให้มีพื้นที่เก็บข้อมูลเพิ่มเติมสำหรับคลิปเสียงที่ยาวขึ้นหรือคำศัพท์ที่กว้างขวางขึ้นในแอปพลิเคชันการสังเคราะห์เสียงพูด
โซลูชันการจัดเก็บข้อมูลภายนอกนี้จะรักษาปรัชญาต้นทุนต่ำของโปรเจกต์ไว้ได้ ในขณะเดียวกันก็ขยายขอบเขตการนำไปใช้งานได้อย่างมาก CH32V003 ยังคงมีพิน I/O เพียงพอที่จะรองรับทั้งการสื่อสารแบบอนุกรมและการควบคุมอุปกรณ์ต่อพ่วงเพิ่มเติม แม้จะต่อกับแฟลชภายนอก ก็ทำให้เส้นทางการอัปเกรดนี้เป็นทางเลือกที่ใช้งานได้จริงสำหรับโปรเจกต์ที่ทะเยอทะยานมากขึ้น
 |
|---|
| บล็อกโพสต์ที่พูดถึงโปรเจกต์ไมโครคอนโทรลเลอร์ราคาประหยัดและความสามารถในการเล่นเสียง |
บริบททางประวัติศาสตร์และวิธีการสังเคราะห์เสียงแบบอื่น
การอภิปรายได้หันไปสู่กรอบอ้างอิงทางประวัติศาสตร์ของการสังเคราะห์เสียงพูด โดยผู้แสดงความคิดเห็นอ้างอิงถึงการใช้งานคลาสสิกจากยุคแรกๆ ของคอมพิวเตอร์ TI Speak and Spell จากช่วงปลายทศวรรษ 1970 ใช้เทคนิคการเข้ารหัสเชิงคาดการณ์แบบเชิงเส้นที่คล้ายกัน ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการสังเคราะห์เสียงที่ซับซ้อนบนฮาร์ดแวร์ที่มีขีดจำกัดนั้นเป็นประเพณีที่มีมายาวนาน
วิธีการสังเคราะห์แบบอื่นๆ ก็ปรากฏขึ้นในการสนทนาด้วย รวมถึงการอ้างอิงถึง SAM (Software Automatic Mouth) และความเป็นไปได้ในการใช้ตัวแปลงสัญญาณ (codec) ที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่น AMR จากมาตรฐาน GSM ของโทรศัพท์มือถือ แม้ว่าการเข้าใกล้เหล่านี้จะเสนอคุณภาพเสียงหรือประสิทธิภาพการบีบอัดที่ดีกว่าที่มีศักยภาพ แต่ก็มาพร้อมกับความซับซ้อนในการคำนวณที่เพิ่มขึ้น ซึ่งอาจเป็นความท้าทายสำหรับโปรเซสเซอร์ CH32V003 ที่มีความสามารถจำกัด
อ้างอิงการสังเคราะห์เสียงพูดในอดีต:
- Texas Instruments Speak & Spell (1978)
- BBC Micro คำสั่ง "*SAY"
- Apple MacinTalk สำหรับ Macintosh รุ่นคลาสสิก
- SAM (Software Automatic Mouth)
 |
|---|
| วงจรรวมที่ใช้ในการสังเคราะห์เสียงยุคแรก แสดงให้เห็นความก้าวหน้าทางประวัติศาสตร์ของเทคโนโลยี |
ผลกระทบในวงกว้างสำหรับการคำนวณต้นทุนต่ำสุดขั้ว
เหนือกว่าการปรับปรุงทางเทคนิคเฉพาะด้าน การอภิปรายของชุมชนเผยให้เห็นถึงความตื่นเต้นเกี่ยวกับผลกระทบในวงกว้างของไมโครคอนโทรลเลอร์ราคาถูกแต่มีความสามารถ ชิปเหล่านี้เปิดโอกาสในการเพิ่มการตอบสนองด้วยเสียงให้กับแอปพลิเคชันต่างๆ ที่ก่อนหน้านี้ต้นทุนเป็นสิ่งกีดขวาง ตั้งแต่ของเล่นเพื่อการศึกษาไปจนถึงเซ็นเซอร์ในอุตสาหกรรมและอุปกรณ์อัตโนมัติในบ้าน
ตระกูล CH32V003 ยังมีรุ่นที่มีความสามารถมากกว่านี้ซึ่งมาพร้อมกับความสามารถ USB และ Ethernet ในตัว ชี้ให้เห็นถึงอนาคตที่อุปกรณ์ที่มีเครือข่ายและอินเทอร์เฟซเสียงสามารถสร้างขึ้นมาได้ด้วยราคารวมเพียงไม่กี่ดอลลาร์เท่านั้น ดังที่ผู้แสดงความคิดเห็นรายหนึ่งระบุ ข้อจำกัดหลักไม่ใช่ความสามารถของฮาร์ดแวร์ แต่เป็นเครื่องมือสำหรับการพัฒนา ยูทิลิตี้การวางแผนพินที่ดีขึ้นจะทำให้ชิปราคาถูกสุดขั้วเหล่านี้เข้าถึงได้ง่ายขึ้นสำหรับนักพัฒนาทั่วไป
ความกระตือรือร้นที่ล้อมรอบโปรเจกต์นี้แสดงให้เห็นว่าแม้ในยุคที่การคำนวณมีประสิทธิภาพและราคาไม่แพง วิศวกรยังคงพบกับความสุขและนวัตกรรมในการผลักดันฮาร์ดแวร์ที่ถูกที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ให้ทำสิ่งที่น่าทาย ความรู้ร่วมกันของชุมชนช่วยเปลี่ยนการพิสูจน์แนวคิดที่ชาญฉลาดให้เป็นการใช้งานจริงที่มีแอปพลิเคชันในโลกแห่งความเป็นจริง
อ้างอิง: I made a 16 Cent MCU Talk