近年來,隨著科學技術的發展,微型計算機技術日益發展,已經在許多領域得到了廣泛的應用。在聲學領域,微機技術與各種語音芯片相結合,即可完成語音的合成技術,使得汽車報站器的實現成為可能,使得人們能夠得到更加人性化的服務。目前的汽車報站器中用的語音芯片為固態數字化聲音壓縮存儲形式,工作方式為,聲音一模擬量一A／D一存儲一D／A一模擬量一播放,這種方式的語音芯片外圍電路復雜,對聲音質量有一定的失真。本文介紹采用模擬語音數據直接存儲語音芯片ISD2560在汽車報站器上的設計應用,使語音報站器的語音自然、使用方便。

1 語音合成芯片ISD2560簡介

語音合成芯片ISD2560是美國ISD公司生產的語音錄入和重放的ISD系列芯片之一,美國ISD公司生產的ISD2500系列語音合成芯片,采用E2PROM存儲方法將模擬語音數據直接寫入半導體存儲單元中,不需另加A／D或D／A變換來存放或重放。該器件有音質自然、使用方便、單片存放、反復錄音、低功耗、抗斷電等許多特點。因此,在許多領域獲得了廣泛的應用。他的主要特點為：

(1)錄放時間可達60 s;
(2)高質量、自然的語音還原技術;
(3)自動靜噪功能;
(4)內置微控制器串行通信接口;
(5)具有多段信息處理功能,最大可分400段。

ISD2560芯片采用多電平直接模擬量存儲專利技術,每個采樣值直接存儲在片內單個E2PROM單元中,不需另加A／D或D／A變換來存儲和重放,能夠非常自然、真實地再現語音,音樂,音調和效果聲,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",因此,作為目前國內外較為理想的語音芯片,在許多領域得到了廣泛地應用。

2 汽車報站器的功能及電路設計

汽車報站器具有如下功能：

(1)可重復性的預報站名、報站名;
(2)可設置上、下行路線;
(3)音量可調;
(4)在語音報站名的同時,用LED顯示漢字站名(限于篇幅,只對語音部分做一闡述)。
3電路設計

3.1 語音控制電路的硬件設計

語音芯片音質的優劣、功能的強弱決定了報站器的語音效果和性能。如圖2和圖3所示,語音控制電路包括8031最小系統、語音電路、音頻功率放大電路等。其中,該系統中單片機的P1端口為人機接口,P2端口為單片機與語音芯片的通訊口,P3口為LED顯示的通訊口。ISD2560中,模擬電源(VCCA)和數字電源(VCCD)使用不同的電源總線,分別引到外封裝上;模擬地(VSSA)和數字地(VSSD)也使用不同的地線;地址端A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7接地,A8,A9接單片機的P2．1端口。

3.2 人機接口

如圖3所示,該圖為8031的P1口設計為人機接口的電路圖。系統設有7個功能鍵,依次為：

K0為上／下行鍵,按下此鍵,將報下行方向站名,再按下此鍵,報上行站名。

K1為預報鍵,按下此鍵,播報車輛起步時的服務用語,預報下一站站名。

K2為報站鍵,到站按下此鍵,播報車輛到站時的服務用語。

K3為重復鍵,按下此鍵,將重復前一按鍵的播報內容。

K4為音量鍵。音量設定為高、中、低三檔,開機時設定為中檔,按下此鍵,音量變為高檔,再按則為低檔。

K5為快進鍵,按下此鍵,則向前越過一個站名,按下n次,則越過n各站名。

K6為快退鍵,按下此鍵,則向后越過一個站名,依此類推。

系統還設有一個紅色的發光二極管,發光時代表車輛運行在下行方向,否則為上行方向。

3.3聲音信號的放大設置

由于環境的影響,公交車上的揚聲器功率較大,所以需要把ISD語音芯片內部的揚聲器驅動器信號放大。ISD的優點在于其輸出信號是平衡饋給信號,通過從SP+和SP一兩端同時驅動放大器,就可以避免由于掉電周期可能造成的"?quot;聲。

揚聲器驅動電路如圖2所示。其中MC34119為低功率音頻放大器,Fc1輸入端和VIN輸入端由ISD揚聲器輸出作差分放大驅動,R3是控制增益的反饋電阻,通過調整R3來控制揚聲器的音量。

4 系統的工作方式及程序
ISD2560系列具備微控制器所需控制接口。通過操縱地址和控制線可完成不同的任務,實現復雜的信息處理,如信息的組合、連接、管理和設定固定的信息段等。所以通過采樣8031單片機作為語音芯片的控制器,用戶的意圖通過按鍵來實現。具體分析如下：

片選(CE)接單片機的P2．3端口,芯片在本端的下降沿鎖存地址線和P／R端的狀態。也就是,本端口接收到單片機傳來的低電平時(在節電控制為低時),允許語音芯片進行錄放操作。錄放模式(P／頁)端口在CE的下降沿鎖存,在接收到單片機的高電平時進行放音操作,放音時,由地址端提供起始地址,放音持續到信息結尾標志(EOM)。信息結尾標志(EOM)與單片機的INTl口相接,采用中斷方式對放音狀態進行控制。

在沒有要求單片機工作之前,單片機處于循環查詢狀態,一旦端口的按鍵有信號發出,指針表會跳轉至各自子程序執行相應的操作。

系統的軟件主要由鍵盤掃描及顯示程序、各功能鍵程序以及中斷服務程序組成。鍵盤掃描及顯示程序完成按鍵的識別和站名顯示,功能鍵程序完成報站的各項功能。由于ISD2560內置了若干操作模式,因此可用最少的外圍器件實現最大的功能。本系統ISD2560的編程思路為：

(1)地址的狀態取決于地址輸入端口最高2位(即A8,A9)的狀態。當最高2位中有1個為0時,作為當前放音操作的起始地址。

(2)PD端口在高電平時芯片停止工作,進入節電塞;由高電平變為低電平,芯片進入預工作狀態。

(3)CE端加低脈沖啟動放音。

5 結 語

ISD2560語音芯片采樣多電平直接模擬量存儲專利技術,能夠非常自然地再現聲音;同時,具備微控制器所需接口,便于與微機的連接,是汽車報站器語音芯片很好的選擇。本文設計的基于ISD2560的汽車報站器,實現了車輛報站的自動化,其語音音質好,功能強,實驗運行效果較好。
審核編輯：彭菁