基于ISD4004單片機(jī)的火車站自動(dòng)語音播報(bào)系統(tǒng)

　　筆者成功應(yīng)用ISD4004和AT89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)了火車站信號(hào)自動(dòng)語音播報(bào)系統(tǒng)，通過對(duì)火車站鐵路線的上行和下行控制、車輛調(diào)度、系統(tǒng)主副電源的啟用等多路信號(hào)進(jìn)行檢測并采集，根據(jù)安全隱患的防范要求，由單片機(jī)控制查詢安全警示語音信息并播報(bào)，實(shí)現(xiàn)安全操作提示及報(bào)警。系統(tǒng)在火車站信號(hào)室控制臺(tái)上安裝使用，運(yùn)行穩(wěn)定，信號(hào)播報(bào)準(zhǔn)確，取得了很好的效果。

　　1 硬件電路設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)原理框圖見圖1，由微控制器AT89C51、ISD4004語音電路、音頻功率放大電路、可編程并行接口8255、光電隔離、電平轉(zhuǎn)換、信號(hào)輸入接口、系統(tǒng)時(shí)鐘、復(fù)位及鍵盤等單元電路組成。

　　1.1 ISD4004的特性

　　ISD4004系列語音存儲(chǔ)芯片采用CMOS技術(shù)，內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動(dòng)靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列，內(nèi)置微控制器串行通信接口。芯片所有操作必須由微控制器控制，操作命令可通過串行通信接口(SPI或Microwire)送人。外部的音源信號(hào)在芯片內(nèi)采用多電平直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù)，信息可進(jìn)行多段處理，每個(gè)采樣值直接存貯在片內(nèi)閃爍存貯器中，因此能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)和效果聲。存于片內(nèi)閃爍存貯器中的信息，可在斷電情況下保存100年。芯片工作電壓為3 V，工作電流為25～30 mA，維持電流1μA，不耗電，單片錄放時(shí)間8～16 min，可反復(fù)錄音10萬次。

　　1.2 ISD4004的引腳及封裝形式

　　ISD4004采用28腳的SOIC封裝，其引腳排列如圖2所示。

　　1.3 ISD4004與AT89C51單片機(jī)的接口

　　ISD4004工作于SPI串行接口，按照同步串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)腟PI協(xié)議，所有串行數(shù)據(jù)傳輸開始于單片機(jī)主控器發(fā)送給ISD4004的片選信號(hào)SS下降沿。SS在傳輸期間必須保持為低電平，在兩條指令之間則保持為高電平。來自串行數(shù)據(jù)輸入端MOSI引腳的數(shù)據(jù)在串行同步時(shí)鐘上升沿被鎖存，對(duì)ISD4004串行數(shù)據(jù)輸出端MISO引腳的數(shù)據(jù)在SCLK的下降沿被移出。ISD4004的任何一個(gè)錄音和放音操作(含快進(jìn))，都是按分段地址進(jìn)行的，每段包含若干行，每行相當(dāng)于存儲(chǔ)單元，在行地址時(shí)鐘信號(hào)RAC的控制下進(jìn)行錄放信息的存儲(chǔ)管理。RAC信號(hào)周期為200 ms，高電平占空比為3/4。當(dāng)錄音和放音操作到內(nèi)部存儲(chǔ)單元地址的末尾時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)OVF或EOM結(jié)束標(biāo)志信號(hào)，如果遇到EOM或OVF，則產(chǎn)生一個(gè)低電平有效的INT中斷信號(hào)，該中斷狀態(tài)在下一個(gè)SPI周期開始時(shí)被清除。ISD4004與AT89C51單片機(jī)連接如圖3所示。

　　ISD4004的片選信號(hào)SS引腳與AT89C51單片機(jī)的I/O口P1.0連接，由程序指令產(chǎn)生有效的低電平信號(hào)。串行數(shù)據(jù)輸入MOSI引腳和串行數(shù)據(jù)輸出MISO引腳分別與P1.1和P1.3連接，串行收發(fā)的數(shù)據(jù)信息在程序指令的控制下，由片內(nèi)移位寄存器鎖存，其同步時(shí)鐘信號(hào)SCLK由單片機(jī)P1.2控制。行地址時(shí)鐘RAC和中斷請求信號(hào)INT分別與P3.2(INT1)和P3.3(INTO)連接。

　　1.4 音頻輸出

　　系統(tǒng)信號(hào)所對(duì)應(yīng)的提示語音，如“上行列車開過來了，區(qū)間占用”、“請求上行發(fā)車，信號(hào)開放”等信息，已通過專用設(shè)備按地址分段固化到ISD4004內(nèi)部E2PROM的存儲(chǔ)單元。在程序控制下，相應(yīng)的語音信號(hào)由ISD4004的13腳(AUOUT)輸出，經(jīng)耦合電容C4和音量控制電位器RW，送入低噪聲功率放大集成電路進(jìn)行放大，推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。為使輸出語音噪聲達(dá)到最小，系統(tǒng)的模擬地和數(shù)字地分開走線，盡可能在靠近供電端處相連，并且分別引到ISD4004芯片的VSSA和VSSD管腳上，退耦電容也應(yīng)盡量靠近芯片。

　　1.5 I/O口的擴(kuò)展

　　系統(tǒng)36路信號(hào)要經(jīng)微控制器處理，至少要36個(gè)I/O口線才能滿足需求，靠AT89C51剩余的I/O口顯然是不夠的，必須進(jìn)行I/O口的擴(kuò)展。系統(tǒng)采用可編程序并行輸入輸出接口芯片8255擴(kuò)展不足的I/O口，具體硬件連接見圖4。8255是微處理器擴(kuò)展系統(tǒng)所用的標(biāo)準(zhǔn)外圍并行接口電路，采用NMOS工藝制造，40腳雙列直插式DIP封裝形式。8255與外部設(shè)備交換信息通過A口、B口、c口的24條I/O線來完成的，每個(gè)口都是8位。其中C口又分為上C口(PC7～PC4高4位)和下C口(PC3～PC0低4位)。可通過編程的方法來規(guī)定端口的工作方式為輸入，在主控程序初始化時(shí)完成。8255片選信號(hào)由P1.4完成，地址總線A0和A1通過地址鎖存器74LS373鎖定。

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