基于ISD4004單片機的火車站自動語音播報系統(tǒng)

　　筆者成功應(yīng)用ISD4004和AT89C51單片機設(shè)計了火車站信號自動語音播報系統(tǒng)，通過對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進行檢測并采集，根據(jù)安全隱患的防范要求，由單片機控制查詢安全警示語音信息并播報，實現(xiàn)安全操作提示及報警。系統(tǒng)在火車站信號室控制臺上安裝使用，運行穩(wěn)定，信號播報準確，取得了很好的效果。

　　1 硬件電路設(shè)計

　　系統(tǒng)硬件電路設(shè)計原理框圖見圖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、信號輸入接口、系統(tǒng)時鐘、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。外部的音源信號在芯片內(nèi)采用多電平直接模擬量存儲技術(shù)，信息可進行多段處理，每個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、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)傳輸開始于單片機主控器發(fā)送給ISD4004的片選信號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)在串行同步時鐘上升沿被鎖存，對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的任何一個錄音和放音操作(含快進)，都是按分段地址進行的，每段包含若干行，每行相當(dāng)于存儲單元，在行地址時鐘信號RAC的控制下進行錄放信息的存儲管理。RAC信號周期為200 ms，高電平占空比為3/4。當(dāng)錄音和放音操作到內(nèi)部存儲單元地址的末尾時，會產(chǎn)生一個OVF或EOM結(jié)束標(biāo)志信號，如果遇到EOM或OVF，則產(chǎn)生一個低電平有效的INT中斷信號，該中斷狀態(tài)在下一個SPI周期開始時被清除。ISD4004與AT89C51單片機連接如圖3所示。

　　ISD4004的片選信號SS引腳與AT89C51單片機的I/O口P1.0連接，由程序指令產(chǎn)生有效的低電平信號。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，其同步時鐘信號SCLK由單片機P1.2控制。行地址時鐘RAC和中斷請求信號INT分別與P3.2(INT1)和P3.3(INTO)連接。

　　1.4 音頻輸出

　　系統(tǒng)信號所對應(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的存儲單元。在程序控制下，相應(yīng)的語音信號由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行放大，推動揚聲器發(fā)聲。為使輸出語音噪聲達到最小，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口的擴展

　　系統(tǒng)36路信號要經(jīng)微控制器處理，至少要36個I/O口線才能滿足需求，靠AT89C51剩余的I/O口顯然是不夠的，必須進行I/O口的擴展。系統(tǒng)采用可編程序并行輸入輸出接口芯片8255擴展不足的I/O口，具體硬件連接見圖4。8255是微處理器擴展系統(tǒng)所用的標(biāo)準外圍并行接口電路，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)?？赏ㄟ^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完成。8255片選信號由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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