【文章內(nèi)容簡介】 ， 同時通過 單片機 對語音芯片進行選擇以及功能的控制，從而 完成 語音報站 。但是由于傳統(tǒng)的 語音芯片的外圍電路比較復(fù)雜，所以 實現(xiàn)復(fù)雜、易受干擾、不易控制且精度不高。因此，本系統(tǒng)用一種 比較昂貴且現(xiàn)代社會才剛剛常用的一種 ISD4004 系列語音芯片 ，不需復(fù)雜的 外圍 電路和 A／ D 轉(zhuǎn)換電路能直接與單片機完成 語音的錄制和播放 ，實現(xiàn)方便、精度高，可根據(jù)不同需要用于各種場合 ； 為了提高對 語音芯片 的認(rèn)識和了解，尤其是對 ISD4004 系列 的深入研究以及其用法與用途，基于實用、廣泛和典型的原則而設(shè)計了本系統(tǒng)。 本設(shè)計 基于 ISD4004 芯片設(shè)計 的 公交車漢字顯示報站系統(tǒng)， 介紹了 STC89C52RC 單片機 語音漢字顯示 控制系統(tǒng) ，主要是通過單片機組成的應(yīng)用系統(tǒng)來完成對 語音的錄制以及播放，漢字的 LED 點陣顯示以及語音播放的控制 ，從而實現(xiàn)了單片機對 語音漢字的 控制 。在正常情況下，通過 ISD4004 對語音報站信息進行播放以及利用 LED 點陣進行相關(guān)提示漢字的顯示 ， ISD4004 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。芯片設(shè)計是基于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)送入。 通過單片機對 報站語音 進行采集處理， 同時設(shè)定相關(guān)漢字顯示信息 ；當(dāng) 到站按鍵按下時，該系統(tǒng)會發(fā)出到站站名及相關(guān)語音 聲音，同時 讓 LED 點陣進行漢字提示信息的顯示 ， 報站語音 以 第 2 頁 共 61 頁 及漢字顯示結(jié)束時等待 下一個到站按鍵的觸發(fā)。 目的 及 意義 首先是設(shè)計出一種的方便實用的 公交車漢字顯示報站 系統(tǒng)。單片機智能控制技術(shù)廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制、智能 語音 等方面， ISD4004 系列工作電壓 3V,單片錄放時間 8 至 16分鐘 ,音質(zhì)好 ,適用于移動電話及其他便攜式電子產(chǎn)品中。芯片采用多電平直接模擬量存儲技術(shù) , 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 ,避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和 金屬聲。采樣頻率可為 ,頻率越低 ,錄 放時間越長 ,而音質(zhì)則有所下降 ,片內(nèi)信息存于閃爍存貯器中 ,可在斷電情況下保存 100 年 (典型值 ),反復(fù)錄音 10 萬次。 而本系統(tǒng) 則 基本完成了設(shè)計的任務(wù)要求，通過 STC89C52RC 單片機 語音錄放 控制系統(tǒng) ，主要是通過單片機組成的應(yīng)用系統(tǒng)來完成對 語音 的采集、 語音的存儲 處理、 提示漢字的 顯示以及 語音播放 的控制，從而實現(xiàn)了單片機對 公交車到站的語音漢字顯示功能 。 其次，為了理論聯(lián)系實際，用大學(xué) 所學(xué)的理論來進行實際工作，將知識轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)力。通過大學(xué)本科四年的 學(xué)習(xí)，已經(jīng)初步具有了一定的分析和設(shè)計能力。通過本次設(shè)計將大學(xué) 所學(xué)的知識 進行系統(tǒng)地梳理，概括和總結(jié)，并綜合運用 這些所學(xué)的知識 。 公共汽車為外出的人們提供了方便快捷的服務(wù)，而公共汽車的報站直接影響服務(wù)的質(zhì)量。傳統(tǒng)由乘務(wù)人員人工報站，該方式因其效果太差和工作強度太大，在很多大城市已經(jīng)被淘汰。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展和進步，微型計算機技術(shù)已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在聲學(xué)領(lǐng)域，微機技術(shù)與各種語音芯片相結(jié)合，即可完成語音的合成技術(shù)，使得汽車報站器的實現(xiàn)成為可能，從而為市民提供了更加人性化的服務(wù)。鑒于傳統(tǒng)公交車報站系統(tǒng)的不足之處，結(jié)合公交車輛的使用特點及實際營運環(huán)境，設(shè)計了一種 由單片機控制的公交車 語音 報站 顯示 系統(tǒng) 。 公交車 語音 報站 顯示 系統(tǒng) 的設(shè)計主要是為了彌補 人工報站的辛苦以及誤報 的落后方式，進站、出站 播報站名及 相關(guān) 服務(wù)用語，為市民提供更人性化，更完善的服務(wù) 。 第 3 頁 共 61 頁 2 總體設(shè)計的原理與實現(xiàn) 方案論證 本設(shè)計 主 要是通過單片機組成的應(yīng)用系統(tǒng)來完成對 語音 的 錄制 、 語音的存儲處理 、語音的播放 以及 漢字顯示的 控制，從而實現(xiàn)了單片機對 語音報站漢字顯示的控制 。 語音錄放電路 有共同的特點： 語音錄制播放 環(huán)境復(fù)雜、 現(xiàn)場性強 等。若采用一般 語音芯片 采集 語音 信號，則需要設(shè)計信號調(diào)理電路、 A/D 轉(zhuǎn)換及相應(yīng)的接口電 路，才能把 語音芯片 輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信 號送到計算機去處理。這樣，由于各種因素會造成 語音錄放系統(tǒng)較大的偏差， 會使 語音系統(tǒng) 的穩(wěn)定性和可靠性下降 。 所以 要選擇合適的方案，才能使 設(shè)計得到最大的優(yōu)化。 語音 電路方案論證 方案一： 采用普通的語音芯片，可滿足達(dá)到報站信息錄制以及播放，但普通語音芯片錄制語音效果不好，重復(fù)性差、可靠性較差，對于高頻率使用以及方便錄放時不適用。對一些語音內(nèi)容不固定并要求現(xiàn)場錄音和放音的系統(tǒng)，采用一般語音芯片實現(xiàn)，錄放音的質(zhì)量難以控制。 而且在 語音錄放 系 統(tǒng)中 ,采用 一般語音芯片 ,比如 華邦的 W90P710 系列、HELIOS公司的 HZ24QP系列 等 .但這些芯片輸出的 都是模擬信號 ,必須經(jīng)過 進行 A/D 轉(zhuǎn)換和壓縮處理等 才能送給單片機 ，從而 產(chǎn)生 了失真、大大 降低 了錄放音質(zhì)量，并 不 具有抗斷電、音質(zhì) 差 、使用 不 方便、 不能 反復(fù)錄放、需專用的語音開發(fā)工具、 不 能隨意列改內(nèi)容和耗電 多 等 缺 點 。 另 外 , 在 語音錄放系統(tǒng)中 ,采用 普通語音芯片 .外圍電路會比較復(fù)雜， 而且在軟件實現(xiàn)時 也 需 要用到復(fù)雜的算法，一定程度上也 增加 了軟件實現(xiàn)的難度。 方案二： 在 語音錄放 系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的 語音芯片 是將模擬信號遠(yuǎn)距 離采樣進行 AD 轉(zhuǎn)換，而為了獲得較高的 語音錄放質(zhì)量，就必須采用措施解決由長線傳輸 及放大電路零點漂移等造成的誤差補償問題。采用 語音芯片 ISD4004 進行語音的錄放 ， 直接對模擬信號進行存儲 。便于單片機處理及控制，省去傳統(tǒng)的 語音錄放 的很多外圍電路。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定 ， 此元件線形較好。 對一些語音內(nèi)容不固定并要求現(xiàn)場錄音和放音的系統(tǒng)，采用一般語音芯片實現(xiàn)，錄放音的質(zhì)量難以控制。美國 ISD（ Information Storage Devices）公 第 4 頁 共 61 頁 司的 ISD 系列芯片采用直接模擬存儲專利技術(shù)，把語音信號以原始的模 擬形式直接存儲在片內(nèi) EEPROM 存儲器中，無需進行 A/D 轉(zhuǎn)換和壓縮處理等，從而減少了失真、大大提高了錄放音質(zhì)量，并具有抗斷電、音質(zhì)好、使用方便、可反復(fù)錄放、無需專用的語音開發(fā)工具、能隨意列改內(nèi)容和耗電省等優(yōu)點，很適合于現(xiàn)場錄放音系統(tǒng)。而且語音錄放系統(tǒng)中 ,采用 普通語音芯片 .外圍電路會比較復(fù)雜，而是用 ISD4004 芯片直接使用簡單的外圍電路即可。 而且在軟件實現(xiàn)時 也 不需 要用到復(fù)雜的算法，一定程度上也 減輕 了軟件實現(xiàn)的難度。 采用 語音芯片 ISD4004 系列 ，可以體現(xiàn)系統(tǒng)芯片化這個趨勢。部分功能電路的集成，使總體電路 更簡潔，搭建電路和焊接電路時更快。而且，集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高 語音錄放 電路的 質(zhì)量以及實用性 。所以集成芯片的使用將成為電路發(fā)展的一種趨勢。本方案應(yīng)用這一 語音 芯片。 設(shè)計 系統(tǒng)方案論證 該系統(tǒng)主要由 語音錄放 和 漢字顯示兩 部分組成。下面列舉兩種實現(xiàn)方案： 方案一： 語音錄放 可以使用 一般的語音芯片 ， 漢字顯示 部分則使用 比較美觀的而且內(nèi)含相當(dāng)多的字模的液晶顯示模塊 ?？紤]到一般 語音芯片 存儲的是數(shù)字 信號 ，所以還要設(shè)計相應(yīng)的 模數(shù)轉(zhuǎn)換 電路。而 模擬信號轉(zhuǎn)數(shù)字 信號過程中， 信號失真 是令人傷腦筋的問題。此方案 由于使用液晶顯示模塊，需要進行其驅(qū)動的攥寫，并且硬件復(fù)雜，如果信號產(chǎn)生失真， 都將會導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生，難以完全清除，而且成本會有較大增長幅度。 方案二： 使用 ISD 語音芯片和 LED 點陣模塊 構(gòu)成。其具有下列特點： ① 具有高的 語音錄放質(zhì)量及實用性 ， 可重復(fù)使用 ； ② 抗干擾能力強，穩(wěn)定性好； ③ 信號易于處理 、 傳送和自動控制； ④ 便于現(xiàn)場錄制播放，播放語音顯示效果好 ⑤ 安裝方便，維護 簡單，工作可靠性高。 ISD 語音芯片 可以采用 美國 ISD（ Information Storage Devices）公司的 ISD4004 系列芯片 ， 這類 芯片 采用直接模擬存儲專利技術(shù)，把語音信號以原始的模擬形式直接存儲在片內(nèi) EEPROM 存儲器中，無需進行 A/D 轉(zhuǎn)換和壓縮處理等，從而減少了失真、大大提高了錄放音質(zhì)量，并具有抗斷電、音質(zhì)好、使用方便、可反復(fù)錄放、無需專用的語音開發(fā)工具、能隨意列改內(nèi)容和耗電省等優(yōu)點，很適合于現(xiàn)場錄放音系統(tǒng)。 比較兩個方案后可以發(fā)現(xiàn)，方案二更適合于用作本系統(tǒng)的實施方案。盡管方案二不 第 5 頁 共 61 頁 需要 A/D，但考慮到系統(tǒng)擴充等因素，單片機可以選用 STC89C52RC。 電路原理的 總體設(shè)計 基于 ISD4004語音芯片 的 語音報站漢字顯示 系統(tǒng) 的設(shè)計研制過程主要包括：總體設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、仿真調(diào)試等幾個階段。對于總體設(shè)計，主要是畫出原理框圖、確定出主要技術(shù)指標(biāo)。 如 圖 ： 圖 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖 單片機芯片是與 MCS51 兼容的 STC89C52RC， STC89C52RC單片機帶 8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓 、 高性能 8位微處理器 。 語音錄放電路使用的是 ISD40048MS以及其外圍錄放電路 ， 外圍電路相當(dāng)簡單 ； 由于其可以進行直接模擬信號的存儲，省去了信號模數(shù)轉(zhuǎn)換的相關(guān)電路，使得信號更加的穩(wěn)定、錄放音質(zhì)量好 。 同時 單片 8至 16 分鐘語音錄放，內(nèi)置微控制器串行通信接口， 3V單電源工作，多段信息處理，工作電流 2530mA,維持電流 1μ A，不耗電信息保存 100 年(典型值 )，高質(zhì)量、自然的語音還原技術(shù)， 10 萬次錄音周期 (典型值 )，自動靜噪功能，片內(nèi)免調(diào)整時鐘 ,可選用外部時鐘 。 利用 9014三極管對錄制語音進行放大處理，同時通過 LM386及喇叭，對輸出語音信號進行放大播放，讓語 音質(zhì)量以及穩(wěn)定性更加高。 第 6 頁 共 61 頁 漢字 顯示電路采用的是 16*16 LED點陣 顯示。 一種方法屬于靜態(tài)顯示。顯然，靜態(tài)顯示需占用較多的 I/O 口線。 另一種 是動態(tài) 掃描 顯示。通過控制各個顯示器公共陽極輪流接高電平的辦法，逐一輪流地啟動各個 LED。動態(tài)顯示法是目前各種單片機采用的流行方法。其優(yōu)點是硬件簡單，“動態(tài)”由軟件實現(xiàn)。因而選用動態(tài)顯示的方法。 電源電路是給語音芯片 ISD4004提供 3V穩(wěn)壓電源，利用 LM317，通過電阻分壓，輸出穩(wěn)定的 3V穩(wěn)定電源，讓語音芯片 可以 正常的工作。 實現(xiàn)語音錄制播放功能。 按鍵 控制電路完成對 語音 播放以及漢字顯示開始的 控制， 通過對單片機相關(guān)引腳的高地電平的控制，從而完成對語音芯片 的控制，從而達(dá)到完成 語音報站漢字顯示功能 。 本章節(jié)方案比較后可以發(fā)現(xiàn)，完成了 基于 ISD4004 的語音報站顯示 的 單片機 系統(tǒng)的方案論證， 選擇了 更適合于用作本系統(tǒng)的實施方案，完成了電路的總體設(shè)計。 3 硬件部分的設(shè)計 硬件組成部分 基于 ISD4004 語音芯片 的 語音報站漢字顯示 系統(tǒng) 的 硬件 設(shè)計主要包括： （ 1） 電源 電路（ 為語音芯片提供 3V 穩(wěn)壓電源 ） ； （ 2） LED 漢字 顯示電路（完成 漢字 顯示） ； （ 3）ISD4004 語音錄放 電路（ 完成 語音錄制放音 ） ； （ 4） 按鍵控制 電路（完成 按鍵控制播放錄音 功能） （ 5）單片機（電路的核心系統(tǒng)） 五部分組成，具體的電路介紹本部分就先不進行詳細(xì)的介紹，在論文的硬件各部分設(shè)計中將會對各個部分的電路進行詳細(xì)的介紹。 下面我就先對硬件電路設(shè)計中使用的主要器件的技術(shù)資料進行相關(guān)的介紹。 讓我們對硬件進行 整體的了解。 相關(guān)芯片介紹 STC89C52RC 單片機芯片 STC89C52RC 是 STC 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機，片內(nèi)含 8Kb 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 512b 的隨機存取 數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用高密度，非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS— 51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大 STC89C52RC 單片機可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種