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近年来,随着科学技术的发展,微型计算机技术日益发展,已经在许多领域得到了广泛的应用。在声学领域,微机技术与各种语音芯片相结合,即可完成语音的合成技术,使得汽车报站器的实现成为可能,使得人们能够得到更加人性化的服务。目前的汽车报站器中用的语音芯片为固态数字化声音压缩存储形式,工作方式为,声音一模拟量一A／D一存储一D／A一模拟量一播放,这种方式的语音芯片外围电路复杂,对声音质量有一定的失真。本文介绍采用模拟语音数据直接存储语音芯片ISD2560在汽车报站器上的设计应用,使语音报站器的语音自然、使用方便。
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1 语音合成芯片ISD2560简介
语音合成芯片ISD2560是美国ISD公司生产的语音录入和重放的ISD系列芯片之一,美国ISD公司生产的ISD2500系列语音合成芯片,采用E2PROM存储方法将模拟语音数据直接写入半导体存储单元中,不需另加A／D或D／A变换来存放或重放。该器件有音质自然、使用方便、单片存放、反复录音、低功耗、抗断电等许多特点。因此,在许多领域获得了广泛的应用。他的主要特点为： (1)录放时间可达60 s; (2)高质量、自然的语音还原技术; (3)自动静噪功能; (4)内置微控制器串行通信接口; (5)具有多段信息处理功能,最大可分400段。 ISD2560芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术,每个采样值直接存储在片内单个E2PROM单元中,不需另加A／D或D／A变换来存储和重放,能够非常自然、真实地再现语音,音乐,音调和效果声,避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和"金属声",因此,作为目前国内外较为理想的语音芯片,在许多领域得到了广泛地应用。 |
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2 汽车报站器的功能及电路设计
汽车报站器件框图如图1所示。他以8031单片机为核心,主要扩展电路包括语音报站电路、站名显示电路、输入键盘电路以及程序存储器电路等。 (1)可重复性的预报站名、报站名; (2)可设置上、下行路线; (3)音量可调; (4)在语音报站名的同时,用LED显示汉字站名(限于篇幅,只对语音部分做一阐述)。 |
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3电路设计
3.1 语音控制电路的硬件设计 语音芯片音质的优劣、功能的强弱决定了报站器的语音效果和性能。如图2和图3所示,语音控制电路包括8031最小系统、语音电路、音频功率放大电路等。其中,该系统中单片机的P1端口为人机接口,P2端口为单片机与语音芯片的通讯口,P3口为LED显示的通讯口。ISD2560中,模拟电源(VCCA)和数字电源(VCCD)使用不同的电源总线,分别引到外封装上;模拟地(VSSA)和数字地(VSSD)也使用不同的地线;地址端A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7接地,A8,A9接单片机的P2．1端口。 如图3所示,该图为8031的P1口设计为人机接口的电路图。系统设有7个功能键,依次为： K0为上／下行键,按下此键,将报下行方向站名,再按下此键,报上行站名。 K1为预报键,按下此键,播报车辆起步时的服务用语,预报下一站站名。 K2为报站键,到站按下此键,播报车辆到站时的服务用语。 K3为重复键,按下此键,将重复前一按键的播报内容。 K4为音量键。音量设定为高、中、低三档,开机时设定为中档,按下此键,音量变为高档,再按则为低档。 K5为快进键,按下此键,则向前越过一个站名,按下n次,则越过n各站名。 K6为快退键,按下此键,则向后越过一个站名,依此类推。 系统还设有一个红色的发光二极管,发光时代表车辆运行在下行方向,否则为上行方向。 3.3声音信号的放大设置 由于环境的影响,公交车上的扬声器功率较大,所以需要把ISD语音芯片内部的扬声器驱动器信号放大。ISD的优点在于其输出信号是平衡馈给信号,通过从SP+和SP一两端同时驱动放大器,就可以避免由于掉电周期可能造成的"?quot;声。 扬声器驱动电路如图2所示。其中MC34119为低功率音频放大器,Fc1输入端和VIN输入端由ISD扬声器输出作差分放大驱动,R3是控制增益的反馈电阻,通过调整R3来控制扬声器的音量。 |
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4 系统的工作方式及程序
ISD2560系列具备微控制器所需控制接口。通过操纵地址和控制线可完成不同的任务,实现复杂的信息处理,如信息的组合、连接、管理和设定固定的信息段等。所以通过采样8031单片机作为语音芯片的控制器,用户的意图通过按键来实现。具体分析如下： 片选(CE)接单片机的P2．3端口,芯片在本端的下降沿锁存地址线和P／R端的状态。也就是,本端口接收到单片机传来的低电平时(在节电控制为低时),允许语音芯片进行录放操作。录放模式(P／页)端口在CE的下降沿锁存,在接收到单片机的高电平时进行放音操作,放音时,由地址端提供起始地址,放音持续到信息结尾标志(EOM)。信息结尾标志(EOM)与单片机的INTl口相接,采用中断方式对放音状态进行控制。 在没有要求单片机工作之前,单片机处于循环查询状态,一旦端口的按键有信号发出,指针表会跳转至各自子程序执行相应的操作。 系统的软件主要由键盘扫描及显示程序、各功能键程序以及中断服务程序组成。键盘扫描及显示程序完成按键的识别和站名显示,功能键程序完成报站的各项功能。由于ISD2560内置了若干操作模式,因此可用最少的外围器件实现最大的功能。本系统ISD2560的编程思路为： (1)地址的状态取决于地址输入端口最高2位(即A8,A9)的状态。当最高2位中有1个为0时,作为当前放音操作的起始地址。 (2)PD端口在高电平时芯片停止工作,进入节电塞;由高电平变为低电平,芯片进入预工作状态。 (3)CE端加低脉冲启动放音。 |
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5 结 语
ISD2560语音芯片采样多电平直接模拟量存储专利技术,能够非常自然地再现声音;同时,具备微控制器所需接口,便于与微机的连接,是汽车报站器语音芯片很好的选择。本文设计的基于ISD2560的汽车报站器,实现了车辆报站的自动化,其语音音质好,功能强,实验运行效果较好。 |
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