【文章內(nèi)容簡介】 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) 。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、第 3 頁 共 61 頁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 ,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,，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,，而是用 ISD4004 芯片直接使用簡單的外圍第 4 頁 共 61 頁電路即可。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、第 5 頁 共 61 頁確定出主要技術(shù)指標(biāo)。如圖 所示：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 1μA，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。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?shù)?6 頁 共 61 頁出穩(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第 7 頁 共 61 頁進(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)用于各種控制領(lǐng)域。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100000次。將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，是一種高效微控制器， STC89C52RC 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。如圖 圖 STC89C52RC 管腳圖STC89C52RC有P0、PPP3四個(gè)端口，共有32I/O口，P3口也可作為一些特殊功能口，如下表所示：表 P3 口的第二功能口 線 第 二 功 能 RXD 串行數(shù)據(jù)接收（輸入）端 TXD 串行數(shù)據(jù)發(fā)送（輸出）端 INT0 外部中斷 0 輸入端第 8 頁 共 61 頁 INT1 外部中斷 0 輸入端P3. 4 T0 定時(shí)/計(jì)數(shù)器 T0 的外部輸入端P3. 5 T1 定時(shí)計(jì)數(shù)器 T1 的外部輸入端P3. 6 WR 外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)，低電平有效P3. 7 RD 外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)，低電平有效P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。STC89C52RC 單片機(jī)主要性能參數(shù)：? 時(shí)鐘頻率（HZ）：0~80M? 8Kash 程序存儲(chǔ)器? 512 內(nèi)程序存儲(chǔ)器(RAM)? 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針? 3 個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 T0/T1? 4 個(gè) 8 位輸入輸出接口(P0~P3),共 32 根 I/O 口線? 8 個(gè)中斷源? 4 個(gè)優(yōu)先級(jí)? 看門狗電路 ISD4004 語音芯片Winbond 公司的 ISD 系列語音芯片采用了“直接模擬量存儲(chǔ) ”(DAST)專利技術(shù)，信號(hào)無需經(jīng)過 D/A，A/D 轉(zhuǎn)換，數(shù)字壓縮和語音合成等復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理過程，減少了失真，使其聲音存貯效果較以前產(chǎn)品有大幅提高，實(shí)際試聽主觀評(píng)價(jià)可以達(dá)到磁帶錄音機(jī)的水平，是目前市場上錄放效果最好的語音電路之一。 ISD4004 語音芯片采用 CMOS 技術(shù)，內(nèi)含晶體振蕩器、防混疊濾波器、平滑濾波器、自動(dòng)靜噪、音頻功率放大器及高密度多電平閃爍存儲(chǔ)陳列等(見圖１)，因此只需很少的外圍器件就可構(gòu)成一個(gè)完整的聲音錄放系統(tǒng)。芯片設(shè)計(jì)是基于所有操作由微控制器控制，操作命令通過串行通信接口(SPI 或 Micwire)送入。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)信息存于閃爍存儲(chǔ)器中，可在斷電情況下保存 100 年(典型值) 反復(fù)錄 10 萬次。器件工作電壓3Ｖ，工作電流 25~30mA，維持電流 1uA，單片錄放語音時(shí)間 8~16min，音質(zhì)好，適用于移動(dòng)電話機(jī)及其它便攜式電子產(chǎn)品中。如圖 、圖 所示。第 9 頁 共 61 頁圖 ：ISD4004 系列語音芯片內(nèi)部框圖圖 ISD4004 系列語音芯片外部引腳圖 簡述●單片 8 分鐘語音錄放