基于單片機控制的新型智能電梯語(yǔ)音系統設計

　　摘 要：本文設計了一種基于單片機控制的智能電梯語(yǔ)音系統，對整個(gè)系統的電路原理、單片機、CPLD和解碼器的接口等硬件原理作了詳細論述。軟件部分針對電梯語(yǔ)音服務(wù)的要求，通過(guò)對電梯系統中特殊信號的邏輯判斷，來(lái)完成對電梯語(yǔ)音服務(wù)的智能化控制，成功實(shí)現了電梯語(yǔ)音服務(wù)的智能化和自動(dòng)化。

　　關(guān)鍵詞：MP3;STC89C58RD+C;VS1011E;語(yǔ)音系統;解碼器

　　引言

　　語(yǔ)音系統對電梯來(lái)說(shuō)是不可缺少的部分，比如進(jìn)行樓層報數、方向提示、報警告示、消防對講甚至廣告宣傳等。目前絕大多數電梯使用語(yǔ)音芯片來(lái)進(jìn)行語(yǔ)音存儲和播放，而語(yǔ)音芯片系統存在一些缺陷，比如外圍電路復雜、音質(zhì)不佳、成本偏高、容量有限以及語(yǔ)音更改不便等。有鑒于此，本文設計了一款基于單片機控制的智能電梯語(yǔ)音系統。

　　系統概述

　　電梯控制系統的基本功能，是根據用戶(hù)的樓層按鍵信息，顯示到往樓層數字，語(yǔ)音播報到達樓層。系統框圖如圖1所示。

　　圖1 電梯語(yǔ)音系統結構框圖

　　硬件設計

　　根據FLASH的讀寫(xiě)規則和MP3的解碼協(xié)議，事先設定CPLD的邏輯規則?？刂破靼凑蛰斎氲男畔?，向CPLD發(fā)出控制命令和傳送數據。CPLD根據接收到的命令按照邏輯規則讀寫(xiě)FLASH以及對MP3設定內部控制寄存器和輸送音頻數據。MP3輸出的模擬信號可以直接推動(dòng)耳機發(fā)音，但是如果需要推動(dòng)大功率揚聲器，還需要外接功率放大器。

　　系統微控制器采用了STC89C58RD+C，它是新一代51增強型高性能單片機，具有加密性強、超強抗干擾、超低功耗、在系統可編程、可供應內部集成 MAX810 專(zhuān)用復位電路等特點(diǎn)。STC89C58RD+C擁有32K的FLASH和16K的EEPROM，而值得關(guān)注的是其內含的1280 Byte內部SRAM存儲空間，在音頻數據處理和顯示數據處理需要進(jìn)行較大數據緩沖的情況下，選擇該款具有大容量?jì)炔看鎯ζ鞯膯纹瑱C，可以勝任系統的控制要求。

　　本文使用CPLD負責邏輯控制和數據傳遞。CPLD電路使用XC9572-VQ64，它擁有72個(gè)宏單元、1600個(gè)可用門(mén)電路、52個(gè)I/O口，具有低至2.5V供電，可在線(xiàn)編程等特性。

　　MP3解碼芯片VS1011E工作原理與電路設計

　　VS1011E音頻解碼芯片為VS10XX系列的第三代產(chǎn)品，它內部包含一個(gè)高性能、低功耗的DSP處理核，一個(gè)5.5KB 片內RAM可供用戶(hù)存儲代碼和數據，一個(gè)串行SPI總線(xiàn)接口，一個(gè)雙聲道采樣頻率可調的16位DAC。工作于12.288MHz~14MHz或24.576MHz~28MHz時(shí)鐘頻率下，可以解碼MPEG1&2 Layer1、2、3以及MPEG2.5 Layer3、WAV和PCM格式文件。

　　VS1011E的工作流程

　　VS1011E的工作流程如圖2所示。

　　圖2 解碼芯片VS1011E工作流程圖

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　　本系統中，MP3或WAV格式音頻文件首先通過(guò)SDI總線(xiàn)進(jìn)入芯片內部，并解碼。

　　解碼后，如果SCL_AIADDR != 0,將會(huì )執行應用區代碼，代碼地址由相應的地址寄存器提供。然后，按照SCL_BASS寄存器(SB_AMPLITUDE位和ST_AMPLITUDE位)的設置，數據可能會(huì )被送到低音和高音優(yōu)化器進(jìn)行音效處理。此后，數據通過(guò)音量控制單元，同時(shí)備份到音頻FIFO中。音頻FIFO保持數據，并作為采樣率轉換器和DAC的輸入。采樣率轉換器將所有不同采樣率轉換成CLKI/512，輸送給DAC。DAC按位依次產(chǎn)生立體聲模擬信號。

　　由于本系統為電梯系統，推動(dòng)大功率揚聲器發(fā)聲需要外置功放。這里功放采用的是CD4752CZ，該功放具有較大的電壓范圍和抗干擾能力，適合電壓波動(dòng)大，外界干擾強的電梯工作環(huán)境。

　　存儲器的組織結構

　　系統采用NAND閃存K9F5608作為存儲器。NAND閃存以塊(block)和頁(yè)(page)為存儲單元。K9F5608包括2048塊，每1塊又包括32頁(yè)，1頁(yè)大小為528字節，依次分為2個(gè)256字節的數據區，最后是16字節的備用空間。

　　軟件設計

　　電梯在運行過(guò)程中，如果沒(méi)人去按鍵,那么電梯語(yǔ)音系統就播報一些廣告、天氣預報等，同時(shí)根據要求伴有點(diǎn)陣或液晶顯示。當有鍵按下時(shí)，語(yǔ)音系統則會(huì )根據按下的鍵值調用相應的按鍵處理程序，比如到達的樓層數等。主程序流程圖如圖3所示。

　　圖3 系統主流程圖

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　　VS1011E的軟件設計

　　本系統音頻解碼芯片采用VS1011E，控制流程如圖4所示。

　　圖4 解碼芯片VS1011E控制流程圖

　　VS1011E通過(guò)一個(gè)工作于從模式的SPI串行總線(xiàn)與主機進(jìn)行數據和控制信息的交流，音頻數據通過(guò)串行數據接口(SDI)傳送，控制數據則通過(guò)串行控制接口(SCI)傳送。

　　VS1011E的SPI接口具有兩種工作模式：VS1002新模式(SM_SDINEW = 1)和VS1001兼容模式(SM_SDINEW = 0)。當SM_SDISHARED = 0時(shí)，控制信號和數據信號的傳送分別采用XCS和XDCS作為同步信號;當SM_SDISHARED = 1時(shí)，共用XCS作為同步信號。

　　作為從機工作模式，VS1011E通過(guò)一個(gè)信號線(xiàn)Dreq指示是否允許主機傳送數據，當Dreq為高時(shí)，VS1011E至少可以接受32KB的SDI數據或者SCI控制命令。

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　　軟件控制要點(diǎn)

　　對MP3解碼器進(jìn)行控制時(shí)應注意以下6點(diǎn)：

　　(1)設置內部控制寄存器MODE的參數。包括支持文件格式、軟啟動(dòng)設置、數據流模式設置、DCLK觸發(fā)沿設置和SDI數據首位設置等。SM_SDINEW和SM_SDISHARED設置也在這里進(jìn)行。

　　(2)如果時(shí)鐘速率不是24.576MHz，需要設置SCI_CLOCKF寄存器。若通過(guò)改變SCI_CLOCKF使用倍頻時(shí)鐘，應該將適當的采樣速率寫(xiě)入SCI_AUDATA寄存器，等待至少11000個(gè)時(shí)鐘后才可以進(jìn)行SPI通信。

　　(3)設置音量寄存器SCI_VOL;0位為最大音量，0xFEFE位為靜音，0xFFFF將觸發(fā)模擬調電模式。

　　(4)若希望強化低音和高音，可以設置寄存器SCI_BASS。

　　(5)若使用用戶(hù)代碼，通過(guò)將SCI_AIADDR置零關(guān)閉它。

　　(6)若采用RAM級的用戶(hù)代碼，可以通過(guò)激活SCI_WRAM、SCI_WRAMADDR、SCI_AIADDR來(lái)裝載這些數據實(shí)現所需功能。

　　結語(yǔ)

　　基于MP3的語(yǔ)音系統如今越來(lái)越受到人們的重視和喜愛(ài)，它們被應用到更多的工業(yè)領(lǐng)域，如公共汽車(chē)的站名播報系統等。由于具有良好的性能，基于MP3的語(yǔ)音系統將在非專(zhuān)業(yè)音響領(lǐng)域也得到更廣泛的應用?！?/P>

　　參考文獻

　　1.STC89C51RC-RD+_GUIDE-CHINESE. http://www.mcu-memory.com

　　2.高紅亮,周晟等. 一種智能電梯語(yǔ)音系統的設計. 工業(yè)控制技術(shù),2005年10月