【文章內(nèi)容簡介】 ， 同時(shí)通過 單片機(jī) 對(duì)語音芯片進(jìn)行選擇以及功能的控制，從而 完成 語音報(bào)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(shí)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(huì)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(jī)完成 語音的錄制和播放 ，實(shí)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(duì) 語音芯片 的認(rèn)識(shí)和了解，尤其是對(duì) ISD4004 系列 的深入研究以及其用法與用途，基于實(shí)用、廣泛和典型的原則而設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì) 基于 ISD4004 芯片設(shè)計(jì) 的 公交車漢字顯示報(bào)站系統(tǒng)， 介紹了 STC89C52RC 單片機(jī) 語音漢字顯示 控制系統(tǒng) ，主要是通過單片機(jī)組成的應(yīng)用系統(tǒng)來完成對(duì) 語音的錄制以及播放，漢字的 LED 點(diǎn)陣顯示以及語音播放的控制 ，從而實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)對(duì) 語音漢字的 控制 。在正常情況下，通過 ISD4004 對(duì)語音報(bào)站信息進(jìn)行播放以及利用 LED 點(diǎn)陣進(jìn)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(dòng)靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列。芯片設(shè)計(jì)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(jī)對(duì) 報(bào)站語音 進(jìn)行采集處理， 同時(shí)設(shè)定相關(guān)漢字顯示信息 ；當(dāng) 到站按鍵按下時(shí)，該系統(tǒng)會(huì)發(fā)出到站站名及相關(guān)語音 聲音，同時(shí) 讓 LED 點(diǎn)陣進(jìn)行漢字提示信息的顯示 ， 報(bào)站語音 以 第 2 頁 共 61 頁 及漢字顯示結(jié)束時(shí)等待 下一個(gè)到站按鍵的觸發(fā)。 目的 及 意義 首先是設(shè)計(jì)出一種的方便實(shí)用的 公交車漢字顯示報(bào)站 系統(tǒng)。單片機(jī)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(shí)間 8 至 16分鐘 ,音質(zhì)好 ,適用于移動(dòng)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(chǔ)技術(shù) , 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 ,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(shí)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(jì)的任務(wù)要求，通過 STC89C52RC 單片機(jī) 語音錄放 控制系統(tǒng) ，主要是通過單片機(jī)組成的應(yīng)用系統(tǒng)來完成對(duì) 語音 的采集、 語音的存儲(chǔ) 處理、 提示漢字的 顯示以及 語音播放 的控制，從而實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)對(duì) 公交車到站的語音漢字顯示功能 。 其次，為了理論聯(lián)系實(shí)際，用大學(xué) 所學(xué)的理論來進(jìn)行實(shí)際工作，將知識(shí)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(jì)能力。通過本次設(shè)計(jì)將大學(xué) 所學(xué)的知識(shí) 進(jìn)行系統(tǒng)地梳理，概括和總結(jié)，并綜合運(yùn)用 這些所學(xué)的知識(shí) 。 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(bào)站直接影響服務(wù)的質(zhì)量。傳統(tǒng)由乘務(wù)人員人工報(bào)站，該方式因其效果太差和工作強(qiáng)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(jìn)步，微型計(jì)算機(jī)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(jī)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(bào)站器的實(shí)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(bào)站系統(tǒng)的不足之處，結(jié)合公交車輛的使用特點(diǎn)及實(shí)際營運(yùn)環(huán)境，設(shè)計(jì)了一種 由單片機(jī)控制的公交車 語音 報(bào)站 顯示 系統(tǒng) 。 公交車 語音 報(bào)站 顯示 系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)主要是為了彌補(bǔ) 人工報(bào)站的辛苦以及誤報(bào) 的落后方式，進(jìn)站、出站 播報(bào)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(jì)的原理與實(shí)現(xiàn) 方案論證 本設(shè)計(jì) 主 要是通過單片機(jī)組成的應(yīng)用系統(tǒng)來完成對(duì) 語音 的 錄制 、 語音的存儲(chǔ)處理 、語音的播放 以及 漢字顯示的 控制，從而實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)對(duì) 語音報(bào)站漢字顯示的控制 。 語音錄放電路 有共同的特點(diǎn)： 語音錄制播放 環(huán)境復(fù)雜、 現(xiàn)場性強(qiáng) 等。若采用一般 語音芯片 采集 語音 信號(hào)，則需要設(shè)計(jì)信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信 號(hào)送到計(jì)算機(jī)去處理。這樣，由于各種因素會(huì)造成 語音錄放系統(tǒng)較大的偏差， 會(huì)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(jì)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(bào)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(duì)于高頻率使用以及方便錄放時(shí)不適用。對(duì)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(shí)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(hào) ,必須經(jīng)過 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換和壓縮處理等 才能送給單片機(jī) ，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(diǎn) 。 另 外 , 在 語音錄放系統(tǒng)中 ,采用 普通語音芯片 .外圍電路會(huì)比較復(fù)雜， 而且在軟件實(shí)現(xiàn)時(shí) 也 需 要用到復(fù)雜的算法，一定程度上也 增加 了軟件實(shí)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(hào)遠(yuǎn)距 離采樣進(jìn)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(diǎn)漂移等造成的誤差補(bǔ)償問題。采用 語音芯片 ISD4004 進(jìn)行語音的錄放 ， 直接對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ) 。便于單片機(jī)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(duì)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(shí)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(chǔ)專利技術(shù)，把語音信號(hào)以原始的模 擬形式直接存儲(chǔ)在片內(nèi) EEPROM 存儲(chǔ)器中，無需進(jìn)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(diǎn)，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(huì)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(shí)現(xiàn)時(shí) 也 不需 要用到復(fù)雜的算法，一定程度上也 減輕 了軟件實(shí)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(gè)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(shí)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(shí)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(jì) 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(shí)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(chǔ)的是數(shù)字 信號(hào) ，所以還要設(shè)計(jì)相應(yīng)的 模數(shù)轉(zhuǎn)換 電路。而 模擬信號(hào)轉(zhuǎn)數(shù)字 信號(hào)過程中， 信號(hào)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(jìn)行其驅(qū)動(dòng)的攥寫，并且硬件復(fù)雜，如果信號(hào)產(chǎn)生失真， 都將會(huì)導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生，難以完全清除，而且成本會(huì)有較大增長幅度。 方案二： 使用 ISD 語音芯片和 LED 點(diǎn)陣模塊 構(gòu)成。其具有下列特點(diǎn)： ① 具有高的 語音錄放質(zhì)量及實(shí)用性 ， 可重復(fù)使用 ； ② 抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好； ③ 信號(hào)易于處理 、 傳送和自動(dòng)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(hù) 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(chǔ)專利技術(shù)，把語音信號(hào)以原始的模擬形式直接存儲(chǔ)在片內(nèi) EEPROM 存儲(chǔ)器中，無需進(jìn)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(diǎn)，很適合于現(xiàn)場錄放音系統(tǒng)。 比較兩個(gè)方案后可以發(fā)現(xiàn)，方案二更適合于用作本系統(tǒng)的實(shí)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(kuò)充等因素，單片機(jī)可以選用 STC89C52RC。 電路原理的 總體設(shè)計(jì) 基于 ISD4004語音芯片 的 語音報(bào)站漢字顯示 系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)研制過程主要包括：總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、仿真調(diào)試等幾個(gè)階段。對(duì)于總體設(shè)計(jì)，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(jì)框圖 單片機(jī)芯片是與 MCS51 兼容的 STC89C52RC， STC89C52RC單片機(jī)帶 8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)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(jìn)行直接模擬信號(hào)的存儲(chǔ)，省去了信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換的相關(guān)電路，使得信號(hào)更加的穩(wěn)定、錄放音質(zhì)量好 。 同時(shí) 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(dòng)靜噪功能，片內(nèi)免調(diào)整時(shí)鐘 ,可選用外部時(shí)鐘 。 利用 9014三極管對(duì)錄制語音進(jìn)行放大處理，同時(shí)通過 LM386及喇叭，對(duì)輸出語音信號(hào)進(jìn)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(diǎn)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(dòng)態(tài) 掃描 顯示。通過控制各個(gè)顯示器公共陽極輪流接高電平的辦法，逐一輪流地啟動(dòng)各個(gè) LED。動(dòng)態(tài)顯示法是目前各種單片機(jī)采用的流行方法。其優(yōu)點(diǎn)是硬件簡單，“動(dòng)態(tài)”由軟件實(shí)現(xiàn)。因而選用動(dòng)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(shí)現(xiàn)語音錄制播放功能。 按鍵 控制電路完成對(duì) 語音 播放以及漢字顯示開始的 控制， 通過對(duì)單片機(jī)相關(guān)引腳的高地電平的控制，從而完成對(duì)語音芯片 的控制，從而達(dá)到完成 語音報(bào)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(bào)站顯示 的 單片機(jī) 系統(tǒng)的方案論證， 選擇了 更適合于用作本系統(tǒng)的實(shí)施方案，完成了電路的總體設(shè)計(jì)。 3 硬件部分的設(shè)計(jì) 硬件組成部分 基于 ISD4004 語音芯片 的 語音報(bào)站漢字顯示 系統(tǒng) 的 硬件 設(shè)計(jì)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(jī)（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(jìn)行詳細(xì)的介紹，在論文的硬件各部分設(shè)計(jì)中將會(huì)對(duì)各個(gè)部分的電路進(jìn)行詳細(xì)的介紹。 下面我就先對(duì)硬件電路設(shè)計(jì)中使用的主要器件的技術(shù)資料進(jìn)行相關(guān)的介紹。 讓我們對(duì)硬件進(jìn)行 整體的了解。 相關(guān)芯片介紹 STC89C52RC 單片機(jī)芯片 STC89C52RC 是 STC 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8Kb 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器和 512b 的隨機(jī)存取 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用高密度，非易失性存儲(chǔ)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(chǔ)單元，功能強(qiáng)大 STC89C52RC 單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種