公共汽車智能語(yǔ)音報(bào)站系統(tǒng)

1、課題：公共汽車智能語(yǔ)音報(bào)站系統(tǒng)一、設(shè)計(jì)內(nèi)容1基本要求：采用復(fù)雜可編程邏輯器件設(shè)計(jì)一個(gè)功能完善、具有實(shí)用價(jià)值的智能語(yǔ)音報(bào)站系統(tǒng)，通過(guò)按鍵控制可以用語(yǔ)音播報(bào)公共汽車所有的到站信息和下一目標(biāo)站的信息，甚至在站間還可任意穿插簡(jiǎn)短的廣告信息和城市文明規(guī)范，給乘客提供輕松、健康的乘車環(huán)境。2提高要求：具有站位顯示和人性化的錄音操作功能。二、技術(shù)要求1語(yǔ)音信息分17段以上，至少保證9站線路的語(yǔ)音播報(bào)信息的存儲(chǔ)；2能按報(bào)站要求任意組合放音；3具有正報(bào)、反報(bào)、重報(bào)、回退、復(fù)位功能（其中回退為提高要求）；4有加、減、正反選擇、重復(fù)、清零、錄音、放音、地址選擇等按鍵或DIP開(kāi)關(guān)；5輸出不失真功率大于125mW；6能

2、實(shí)現(xiàn)指定地址人工控制長(zhǎng)度的錄音；7能用LED指示當(dāng)前站的位置(提高要求)；8每次播報(bào)時(shí)，每條信息必須播報(bào)兩次；9具有在系統(tǒng)編程功能；三、設(shè)計(jì)原理1. ISD1420單片20秒高保真語(yǔ)音錄放ICISD1420為美國(guó)ISD公司出品的單片語(yǔ)音錄放電路。內(nèi)部電路由振蕩器、語(yǔ)音存儲(chǔ)單元、前置放大電路、抗干擾濾波器和輸出放大器組成。最小的錄放系統(tǒng)僅由一個(gè)麥克風(fēng)、一個(gè)喇叭、兩個(gè)按鈕、一個(gè)電源和少數(shù)電阻電容組成。錄音內(nèi)容存入E2PROM永久存儲(chǔ)單元，具有零功率信息存儲(chǔ)功能，這個(gè)獨(dú)一無(wú)二的方法是借助于美國(guó)ISD公司的專利直接模擬存儲(chǔ)技術(shù)（DAST TM）實(shí)現(xiàn)的。利用它，語(yǔ)音和音頻信號(hào)被直接存儲(chǔ)，以其原本的模擬形

3、式進(jìn)入E2PROM存儲(chǔ)器。直接模擬存儲(chǔ)允許使用一種單片固體電路方法完成其原本語(yǔ)音的再現(xiàn)，不僅語(yǔ)音音質(zhì)優(yōu)美，而且具有斷電語(yǔ)音保護(hù)功能。 特點(diǎn)：所需外圍元件少，電路簡(jiǎn)單，操作方便。采用直接模擬量存貯技術(shù)DAST（Direct Analog Strorage Technology），再現(xiàn)優(yōu)質(zhì)原聲，沒(méi)有常見(jiàn)的背景噪聲。零功率信息存貯，省掉備用電源。信息可保存10年以上，可反復(fù)錄放達(dá)10萬(wàn)次之多。語(yǔ)音固化無(wú)需專用編程或開(kāi)發(fā)裝置。較強(qiáng)的選址能力，可把存儲(chǔ)器分成160段來(lái)進(jìn)行管理。具有自動(dòng)省電模式，此時(shí)僅需0.5µA的保持電流。單一電源供電。 電氣特性：工作電壓VDD：5V.靜態(tài)電流ISTB：典型

4、值 0.85µA，最大值為2µA.工作電流IOP：典型值15mA,最大值30mA 電路圖形符號(hào)及管腳功能說(shuō)明圖1 電路圖形符號(hào)各管腳功能如下：名稱管腳功能名稱管腳功能A0A516地址ANA OUT21模擬輸出A6、A79、10地址（MSB）ANA IN20模擬輸入VCCD28數(shù)字電路電源AGC19自動(dòng)增益控制VCCA16模擬電路電源MIC17麥克風(fēng)輸入VSSD12數(shù)字地MIC REF18麥克風(fēng)參考輸入VSSA13模擬地PLAYE24放音（邊沿觸發(fā)）SP+、-14、15喇叭輸出+、-REC27錄音XCLK26外接定時(shí)器（可選）RECLED25發(fā)光二極管接口NC7、8、11、2

5、2空腳PLAYL23放音（電平觸發(fā)）各管腳功能描述如下：1).A0A7地址輸入端。ISD1410除A3，其余均為空腳(NC)。ISD1420的地址輸入端具有兩個(gè)功能：作為信息地址線用(A0A7LOW)；作為操作模選擇用(A6和A7HIGH)。2).MIC駐極體話筒輸入端。駐極體話筒通過(guò)電容C將音頻信號(hào)耦合到該輸出端，C的電容值與該端內(nèi)阻(10K)決定ISD1420通頻帶下限頻率。3).MIC REF駐極體話筒參考輸入端。4).ANA IN模擬信號(hào)輸入端。該端經(jīng)C、R與ANA OUT端相連，語(yǔ)音通頻帶下限頻率取決于C、R和該端輸入阻抗(2.7k)，除MIC端，該端亦可作為模擬信號(hào)輸入端。5).A

6、NA OUT來(lái)自駐極體話筒的輸入信號(hào)被放大輸出至該端，前置放大器的電壓增益取決于AGC電平，對(duì)于小信號(hào)輸入電平，其最大增益為24dB。6).AGC自動(dòng)增益控制端。AGC可動(dòng)態(tài)地調(diào)整前置放大器增益，而且可擴(kuò)展加大MIC輸入端的非失真信號(hào)的范圍。AGC的響應(yīng)時(shí)間是由AGC內(nèi)阻抗(5k)和外部電容C來(lái)決定的；釋放時(shí)間是C和R的RC時(shí)間常數(shù)決定的。7).SP、SP喇叭輸出端。該端可直接驅(qū)動(dòng)16喇叭，可利用單端輸出驅(qū)動(dòng)喇叭，也可采用雙端輸出驅(qū)動(dòng)喇叭。雙端輸出信號(hào)的功率是單端的四倍。單端輸出則需要該腳與喇叭之間串接100F的交流耦合電容。8).XCLK外接時(shí)鐘振蕩端。該端在實(shí)際應(yīng)用中通常接地，如果需要更高

7、的計(jì)時(shí)精度，該端可外接時(shí)鐘電路。9).RECLED發(fā)光二極管接口。當(dāng)錄音時(shí)，該端輸出低電平，發(fā)光二極管LED亮。當(dāng)錄音停止或存儲(chǔ)器錄滿時(shí)，LED熄滅。10).PLAYE邊沿觸發(fā)放音控制端。當(dāng)該端輸入一低脈沖，電路即進(jìn)入放音狀態(tài)，直到結(jié)束，電路自動(dòng)進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)。11).PLAYL電平觸發(fā)入音控制端。當(dāng)該端電平變低并保持，電路進(jìn)入放音狀態(tài)，放音結(jié)束后電路進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)。12).REC錄音觸發(fā)端。錄音期間該端必須一直保持低電平。REC鍵優(yōu)先于PLAYE或PLAYL其中一個(gè)放音鍵。如果在放音期間，遇REC接低電平，放音立即停止，自動(dòng)進(jìn)入錄音狀態(tài)。13).VSSD、VSSA數(shù)字地和模擬地。14).VCCD

8、、VCCA數(shù)字電路電源正端和模擬電路電源正端。 操作模式應(yīng)用ISD1420地址輸入端具有雙重功能，根據(jù)地址中的A6、A7的電平狀態(tài)決定A0A7的功能。如果A6、A7有一個(gè)低電平，A0A7輸入全解釋為地址位，作為起始地址用，此時(shí)地址線僅作為輸入端，在操作過(guò)程中不能輸出內(nèi)部地址信息。根據(jù)PLAYE、PLAYL或REC的下降沿信號(hào)，地址輸入被鎖定。如果A6、7同為高電平時(shí)，它們即為模式位。 使用操作模式有兩點(diǎn)要注意：1）所有初始操作都是從0地址開(kāi)始。0地址是ISD1420存儲(chǔ)空間的起始端，后面的操作可模擬模式的不同，而從不同的地址開(kāi)始工作。當(dāng)電路中錄放音轉(zhuǎn)換將進(jìn)入省電狀態(tài)時(shí)，地址計(jì)數(shù)器復(fù)位為0。2）

9、當(dāng)PLAYE、PLAYL或REC變?yōu)榈碗娖?，同時(shí)A6、A7為高電平時(shí)，執(zhí)行地址線所對(duì)應(yīng)的操作模式。這種操作模式一直執(zhí)行到下一個(gè)低電平控制輸入信號(hào)出現(xiàn)為止。操作模式可以與微控制器一起使用，也可用硬件連線得到所需系統(tǒng)操作。A0：信息檢索（僅用于放音工作狀態(tài)）。不知道每個(gè)信息的實(shí)際地址，A0使操作者快速檢索每條信息，A0每輸入一個(gè)低脈沖，可使利內(nèi)部地址計(jì)數(shù)器跳到下一個(gè)信息。這種模式僅用于放音工作，通常與A4操作同時(shí)應(yīng)用。A1：用于刪除EOM標(biāo)志（僅用于錄音工作狀態(tài)）。A1可使錄入的分段信息成為連續(xù)的信息，使用A1可刪除掉每段中間信息捷的EOM標(biāo)志，僅在所有信息后留一個(gè)EOM標(biāo)志。當(dāng)這個(gè)操作模式完成時(shí)

10、，錄放的所有信息就作為一個(gè)連續(xù)的信息放出。A3：用于循環(huán)重放信息（僅用于放音工作狀態(tài)）。A3可使存于存儲(chǔ)空間始端的信息自動(dòng)地連續(xù)重放。一條信息可以完全占滿存儲(chǔ)空間，那么循環(huán)就可以眾頭至尾進(jìn)行工作，并由始至終反復(fù)重放。A4：連續(xù)尋址。在正常操作中，當(dāng)一個(gè)信息放完，遇到一個(gè)EOM標(biāo)志時(shí)，地址計(jì)數(shù)器就會(huì)復(fù)位。A4可防止地址計(jì)數(shù)器復(fù)位，使得信息連續(xù)不斷地放出。A2、A5： 未用2 語(yǔ)音典型電路圖圖2 ISD1420典型應(yīng)用電路3. 語(yǔ)音芯片的分段存儲(chǔ)設(shè)計(jì)為了能正確地進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)，必須將20秒的語(yǔ)音芯片分段存儲(chǔ)所需的內(nèi)容，然后根據(jù)每條播報(bào)信息的要求組合后進(jìn)行播報(bào)。根據(jù)分析，一個(gè)全長(zhǎng)九站的線路，語(yǔ)音信息分

11、18段存儲(chǔ)即可，分段表如下：地址(二進(jìn)制)地址(十進(jìn)制)單元數(shù)時(shí)間長(zhǎng)度(s)內(nèi)容00-010-120.25空白02-072-760.75“前往”08-0F8-1581“小龍坎”10-1716-2381“石橋鋪”18-1F24-3181“歇臺(tái)子”20-2732-3981“石油路”28-2F40-4781“大坪”30-3748-5581“鵝嶺公園”38-3F56-6381“兩路口”40-4764-7181“解放碑”48-4F72-7981“終點(diǎn)站”50-5780-8781“所有”58-5F88-9581“到了”60-6796-10381“下一站”68-6F104-11181“需要在”70-8111

12、2-129243“下車的乘客請(qǐng)下車”74-81*116-129243“（下車）的乘客請(qǐng)下車”82-87116-129243“沙坪壩”88-9F136-159243“的乘客請(qǐng)做好準(zhǔn)備”其中74-81是70-81的子集，屬于同一個(gè)存儲(chǔ)段。4. 控制電路CPLD設(shè)計(jì)系統(tǒng)的幾乎所有控制邏輯均由CPLD實(shí)現(xiàn)，其邏輯框圖如圖3所示。圖3 CPLD控制邏輯框圖其中ADD是加計(jì)數(shù)按鍵輸入；CLEAR是復(fù)位輸入；REPEAT是重復(fù)播報(bào)按鍵輸入；CLK16MHz是時(shí)鐘輸入端，信號(hào)頻率為16MHz；PLAY_END是ISD1420的放音結(jié)束信號(hào)，該信號(hào)是低有效；P_N_SELECT是方向選擇輸入端，當(dāng)該輸入端為低電

13、平時(shí)，播報(bào)信息是正向播報(bào)，反之，當(dāng)為高電平時(shí)，播報(bào)信息是逆向播報(bào)；SUB是減計(jì)數(shù)按鍵輸入。PLAY_E是觸發(fā)語(yǔ)音播放的輸出端；A7:0是地址輸出端，用于給語(yǔ)音芯片播放時(shí)提供語(yǔ)音地址；BCD3:0是驅(qū)動(dòng)顯示譯碼的輸出端，用于同步顯示汽車到站信息。CPLD控制邏輯電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。系統(tǒng)工作控制過(guò)程如下：汽車正向行駛時(shí)將P_N_SELECT置為低電平，當(dāng)需要播報(bào)語(yǔ)音信息時(shí)，按下ADD鍵即可。注意，每按一次ADD鍵，播報(bào)的語(yǔ)音信息就自動(dòng)加1，并立即播報(bào)兩次，所以正常情況下只需按ADD鍵即可。如果出現(xiàn)堵車等特殊情況，需要再次播報(bào)已經(jīng)播報(bào)過(guò)的信息，駕駛員只需按下REPEAT鍵即可，該鍵可任意次重復(fù)

14、執(zhí)行。如果出現(xiàn)汽車站點(diǎn)與播報(bào)信息錯(cuò)位的情況，則可以通過(guò)連續(xù)按ADD鍵快進(jìn)或連續(xù)按SUB鍵快退進(jìn)行調(diào)整。時(shí)鐘信號(hào)的作用是用于產(chǎn)生按鍵去抖動(dòng)的50Hz信號(hào)和延時(shí)用的1kHz信號(hào)。PLAY_END輸入端不是一個(gè)按鍵輸入，而是語(yǔ)音芯片的輸出端，是低有效，該信號(hào)有效時(shí)表示當(dāng)前播報(bào)的一段語(yǔ)音信息已經(jīng)結(jié)束，利用該信息去觸發(fā)下一段語(yǔ)音信息的播報(bào)，就可以使需要播報(bào)的一條完整的語(yǔ)音信息連續(xù)流暢地播放出來(lái)。一條完整的語(yǔ)音信息由8段組成，如果每一條語(yǔ)音信息播報(bào)兩次，則需要一個(gè)16進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，如圖中的COUNT_16模塊，也就是圖中的I20。圖4 CPLD控制邏輯頂層電路圖一條語(yǔ)音信息連續(xù)播放的原理如下：任何時(shí)候只要

15、按下ADD、SUB、REPEAT、CLEAR四個(gè)鍵中的一個(gè)，由于七輸入或門(mén)I35的作用都會(huì)觸發(fā)一次語(yǔ)音的播報(bào)，且存儲(chǔ)語(yǔ)音信息的高5位地址已經(jīng)確定，其中ADR7由P_N_SELECT確定，ADR6:3由雙向計(jì)數(shù)器COUNT16_U_D確定，所以按鍵ADD可以使ADR6:3加1以指向下一條語(yǔ)音信息地址表的存儲(chǔ)位置，同理按鍵SUB可以使ADR6:3減1以指向上一條語(yǔ)音信息地址表的存儲(chǔ)位置，而REPEAT將不改變ADR6:3以指向當(dāng)前條語(yǔ)音信息地址表的存儲(chǔ)位置，按鍵CLEAR可以使ADR6:3全為0以指向第一條語(yǔ)音信息地址表的存儲(chǔ)位置。按鍵ADD、SUB、REPEAT、CLEAR都有3個(gè)功能，第一個(gè)功

16、能是前面講的修改ADR6:3，第二個(gè)功能是使16進(jìn)制計(jì)數(shù)器I20清零以便從該條信息的第1段開(kāi)始播放，第三個(gè)功能是通過(guò)I35產(chǎn)生語(yǔ)音播放信號(hào)PLAY_E，該信號(hào)連接到語(yǔ)音芯片的邊沿觸發(fā)放音控制端PLAYE，使語(yǔ)音芯片開(kāi)始播放語(yǔ)音信息。當(dāng)?shù)?段語(yǔ)音信息播放完后，ISD1420將輸出PLAY_END信號(hào)，PLAY_END信號(hào)作為16進(jìn)制計(jì)數(shù)器的CLK輸入端將使I20計(jì)數(shù)為0001，該計(jì)數(shù)器的低3位輸出作為存儲(chǔ)器的低3位地址輸入將指向當(dāng)前條語(yǔ)音信息的第2段，同時(shí)PLAY_END信號(hào)通過(guò)I32延時(shí)后經(jīng)I35還將產(chǎn)生語(yǔ)音播放信號(hào)PLAY_E，該信號(hào)作用于語(yǔ)音芯片ISD1420后又使語(yǔ)音芯片開(kāi)始播放語(yǔ)音信息

17、，但這次播放的是第2段語(yǔ)音信息。I32延時(shí)的目的是保證在PLAY_E信號(hào)有效時(shí)，PLAY_END已經(jīng)使16進(jìn)制計(jì)數(shù)器完成計(jì)數(shù)。以此類推，第2段播放完成后又將播放第3段、第4段直到第8段。當(dāng)?shù)?段播放完后I20的輸出為1000，由于計(jì)數(shù)器的最高位未用，所以語(yǔ)音播放又將從該條的第1段重復(fù)播放，接下來(lái)是第2段、第3段直到第8段。當(dāng)?shù)诙蔚牡?段播放完后I20的輸出變?yōu)?000，因此16進(jìn)制計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的進(jìn)位信號(hào)CO將屏蔽PLAY_END，使語(yǔ)音播放停止。這樣就達(dá)到了每條語(yǔ)音信息重復(fù)播放兩次的目的。值得注意的是，七輸入或門(mén)I35除了對(duì)ADD、SUB、REPEAT、CLEAR和PLAY_END敏感外，它還

18、有兩個(gè)輸入端，分別接的是16進(jìn)制雙向計(jì)數(shù)器的CO與BO，正常工作時(shí)CO與BO都為0，所以不產(chǎn)生任何影響，但當(dāng)16進(jìn)制計(jì)數(shù)器產(chǎn)生了進(jìn)位CO或借位BO時(shí)，將封鎖I35使之不能產(chǎn)生PLAY_E信號(hào)，即當(dāng)汽車運(yùn)行到終點(diǎn)站后，語(yǔ)音播報(bào)就將停止，這樣就可防止語(yǔ)音播報(bào)器又從頭播報(bào)。因?yàn)檫@樣的播報(bào)是錯(cuò)誤的。正確的播報(bào)應(yīng)該是改變播報(bào)的方向重新播報(bào)。因此，只有當(dāng)按下CLEAR鍵后，CO或BO才會(huì)消失，語(yǔ)音播報(bào)才會(huì)重新正常地工作。(1) 16進(jìn)制雙向計(jì)數(shù)器COUNT16_U_D該模塊有3個(gè)輸入信號(hào)和三個(gè)輸出信號(hào)，其中一個(gè)輸出信號(hào)為邏輯向量輸出信號(hào)。該邏輯向量輸出信號(hào)為Q3.0，它是16進(jìn)制計(jì)數(shù)器的BCD碼輸出信號(hào)，

19、由4位BCD碼組成，代表計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。另兩個(gè)輸出信號(hào)分別是進(jìn)位輸出信號(hào)CO和借位輸出信號(hào)BO。每當(dāng)加計(jì)數(shù)從1111變?yōu)?000后就使進(jìn)位輸出CO為高電平，每當(dāng)減計(jì)數(shù)從0000變?yōu)?111后就使借位輸出BO為高電平。CP_D是減法計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入信號(hào)，CP_U是加法計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入信號(hào)，RD是高有效計(jì)數(shù)器異步清零信號(hào)。16進(jìn)制雙向計(jì)數(shù)器的工作時(shí)序如圖5所示。從圖中可以看出計(jì)數(shù)器是雙向計(jì)數(shù)的，在CP_U的作用下是加計(jì)數(shù)，在CP_D的作用下是減計(jì)數(shù)，并且不管是加計(jì)數(shù)還是減計(jì)數(shù)只要產(chǎn)生了進(jìn)位信號(hào)CO或借位信號(hào)BO計(jì)數(shù)器都將停止計(jì)數(shù)，直到異步清零信號(hào)RD有效后，才會(huì)重新開(kāi)始計(jì)數(shù)。圖5 16進(jìn)制雙向計(jì)數(shù)

20、器工作時(shí)序(2) 16進(jìn)制計(jì)數(shù)器COUNT_16該模塊有兩個(gè)輸入信號(hào)和兩個(gè)輸出信號(hào)，其中一個(gè)輸出信號(hào)為邏輯向量輸出信號(hào)。該邏輯向量輸出信號(hào)為Q3.0，它是16進(jìn)制計(jì)數(shù)器的BCD碼輸出信號(hào)，由4位BCD碼組成，代表計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。另一個(gè)輸出信號(hào)是進(jìn)位輸出信號(hào)CO。每當(dāng)計(jì)數(shù)到1111后就使進(jìn)位輸出CO為低電平。clk是計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入信號(hào)，clear是高有效計(jì)數(shù)器異步清零信號(hào)。16進(jìn)制計(jì)數(shù)器的工作時(shí)序如圖6所示。圖6 16進(jìn)制計(jì)數(shù)器工作時(shí)序(3) 按鍵處理KEYIN該模塊有4個(gè)輸入信號(hào)和三個(gè)輸出信號(hào)，其中一個(gè)輸入信號(hào)為時(shí)鐘輸入信號(hào)，其余三個(gè)輸入信號(hào)為按鍵輸入，即key1、key2和key3。輸出信

21、號(hào)out1、out2和out3分別是三個(gè)輸入信號(hào)的延時(shí)去抖動(dòng)輸出信號(hào)。延時(shí)的長(zhǎng)短與輸入時(shí)鐘的周期有關(guān)。按鍵處理的工作時(shí)序如圖7所示。從圖中可以看出按鍵的抖動(dòng)被徹底地去掉了。通常按鍵的抖動(dòng)時(shí)間不大于10ms，因此為去抖動(dòng)目的輸入時(shí)鐘信號(hào)的頻率可取50Hz，如本例中的I7和I28，而如果僅僅是延時(shí)目的，則輸入時(shí)鐘的頻率只與所需延時(shí)的長(zhǎng)短有關(guān)，如本例中的I32。圖7 按鍵處理模塊工作時(shí)序圖(4) 分頻模塊COUNT_X該模塊有一個(gè)輸入信號(hào)和兩個(gè)輸出信號(hào)，輸入信號(hào)為16MHz時(shí)鐘輸入信號(hào)，輸出信號(hào)為系統(tǒng)所需的1kHz和50Hz信號(hào)，即CLK1kHz、CLK50Hz。通常按鍵的抖動(dòng)時(shí)間不大于10ms，因

22、此為去抖動(dòng)目的輸入時(shí)鐘信號(hào)的頻率可取50Hz，延時(shí)輸入時(shí)鐘的頻率只與所需延時(shí)的長(zhǎng)短有關(guān)，如本例中選用延時(shí)輸入時(shí)鐘的頻率為1kHz。分頻模塊的工作時(shí)序如圖8所示。圖8 分頻模塊工作時(shí)序圖(5) 256字節(jié)只讀存儲(chǔ)器ROM256´8該模塊有三個(gè)輸入信號(hào)和一個(gè)輸出信號(hào)，其中兩個(gè)輸入信號(hào)為存儲(chǔ)器使能信號(hào)g1和g2，另一個(gè)輸入信號(hào)為存儲(chǔ)器地址輸入信號(hào)，即ADR7:0，此為8位邏輯向量，因此存儲(chǔ)器的尋址能力為256，即存儲(chǔ)器有256個(gè)存儲(chǔ)單元。輸出信號(hào)為8位寬度的數(shù)據(jù)輸出。本系統(tǒng)中存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)語(yǔ)音信息播放時(shí)的分段地址。語(yǔ)音芯片ISD1420的分段地址為8位，所以這里設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)寬度也為8

23、位。存儲(chǔ)器模塊的工作時(shí)序如圖9所示。圖9 存儲(chǔ)器模塊工作時(shí)序圖存儲(chǔ)器分配原理是這樣的，根據(jù)分析，每一條播報(bào)信息可以又8段組成，因此每一條語(yǔ)音信息占用8個(gè)存儲(chǔ)單元，這8個(gè)存儲(chǔ)單元分別存儲(chǔ)8段語(yǔ)音信息的在語(yǔ)音芯片中的存儲(chǔ)地址。總共9個(gè)站，除去起點(diǎn)站外，需要播報(bào)的只有8個(gè)站。由于每個(gè)站需要播報(bào)兩次，因此共需報(bào)站16次。第一次播報(bào)在汽車離開(kāi)上一站的時(shí)候，告訴乘客下一站是什么站，提醒需要下車的乘客作好準(zhǔn)備，第二次播報(bào)在汽車到站以后，告訴乘客什么站已經(jīng)到了，該下車的乘客請(qǐng)下車。從上面的分析可見(jiàn)，汽車從起點(diǎn)站運(yùn)行到終點(diǎn)站的過(guò)程中，需要播報(bào)16條信息，每條信息由8段組成，因此共需要16´8=128個(gè)

24、存儲(chǔ)單元。汽車運(yùn)行到終點(diǎn)站后，還會(huì)原路返回。如果將前面運(yùn)行的線路定義為正向行駛，那么原路返回的運(yùn)行線路就定義為反向行駛。由于反向行駛時(shí)播報(bào)的內(nèi)容和順序不能與正向行駛的公用，因此反向行駛的播報(bào)內(nèi)容也必須單獨(dú)存儲(chǔ)，所以，整個(gè)系統(tǒng)所需存儲(chǔ)器容量為256字節(jié)。如下是只讀存儲(chǔ)器存儲(chǔ)內(nèi)容分配表，正向播報(bào)時(shí)ADR7=0，所以占用的是低128個(gè)存儲(chǔ)器單元，反向播報(bào)時(shí)ADR7=1，所以占用的是高128個(gè)存儲(chǔ)器單元。ADR6:3為0000時(shí)唯一確定了8個(gè)存儲(chǔ)器單元，這8個(gè)單元由低3位地址ADR2:0確定。下面的表中每一行括號(hào)中的8個(gè)數(shù)值就是在ADR7和ADR6:3確定后的一條播報(bào)語(yǔ)音信息中組合的8段語(yǔ)音段的地址表

25、。其中的“”表示空白語(yǔ)音，用于停頓。正向播報(bào)ADR7=0*ADR6:3:0000-(0 96 8 0 2 0 8 136) “下一站”“小龍坎” “前往” “小龍坎”“的乘客請(qǐng)做好準(zhǔn)備”ADR6:3:0001-(0 8 88 0 104 8 0 112) “小龍坎”“到了” “需要在”“小龍坎” “下車的乘客請(qǐng)下車”ADR6:3:0010-(0 96 16 0 2 0 16 136) “下一站”“石橋鋪” “前往” “石橋鋪”“的乘客請(qǐng)做好準(zhǔn)備”ADR6:3:0011-(0 16 88 0 104 16 0 112) “石橋鋪”“到了” “需要在”“石橋鋪” “下車的乘客請(qǐng)下車”ADR6:3:

26、0100-(0 96 24 0 2 0 24 136) “下一站”“歇臺(tái)子” “前往” “歇臺(tái)子”“的乘客請(qǐng)做好準(zhǔn)備”ADR6:3:0101-(0 24 88 0 104 24 0 112) “歇臺(tái)子”“到了” “需要在”“歇臺(tái)子” “下車的乘客請(qǐng)下車”ADR6:3:0110-(0 96 32 0 2 0 32 136) “下一站”“石油路” “前往” “石油路”“的乘客請(qǐng)做好準(zhǔn)備”ADR6:3:0111-(0 32 88 0 104 32 0 112) “石油路”“到了” “需要在”“石油路” “下車的乘客請(qǐng)下車”ADR6:3:1000-(0 96 40 0 2 0 40 136) “下一站

27、”“大坪” “前往” “大坪”“的乘客請(qǐng)做好準(zhǔn)備”ADR6:3:1001-(0 40 88 0 104 40 0 112) “大坪”“到了” “需要在”“大坪” “下車的乘客請(qǐng)下車”ADR6:3:1010-(0 96 48 0 2 0 48 136) “下一站”“鵝嶺公園” “前往” “鵝嶺公園”“的乘客請(qǐng)做好準(zhǔn)備”ADR6:3:1011-(0 48 88 0 104 48 0 112) “鵝嶺公園”“到了” “需要在”“鵝嶺公園” “下車的乘客請(qǐng)下車”ADR6:3:1100-(0 96 56 0 2 0 56 136) “下一站”“兩路口” “前往” “兩路口”“的乘客請(qǐng)做好準(zhǔn)備”ADR6:

28、3:1101-(0 56 88 0 104 56 0 112) “兩路口”“到了” “需要在”“兩路口” “下車的乘客請(qǐng)下車”ADR6:3:1110-(0 96 72 0 64 0 80 136) “下一站”“終點(diǎn)站” “解放碑” “所有”“的乘客請(qǐng)做好準(zhǔn)備”ADR6:3:1111-(0 72 64 0 88 0 80 112) “終點(diǎn)站”“解放碑” “到了” “所有”“（下車）的乘客請(qǐng)下車”反向播報(bào)：ADR7=1*ADR6:3:0000-(0 96 56 0 2 0 56 136) “下一站”“兩路口” “前往” “兩路口”“的乘客請(qǐng)做好準(zhǔn)備”ADR6:3:0001-(0 56 88 0 1

29、04 56 0 112) “兩路口”“到了” “需要在”“兩路口” “下車的乘客請(qǐng)下車”ADR6:3:0010-(0 96 48 0 2 0 48 136) “下一站”“鵝嶺公園” “前往” “鵝嶺公園”“的乘客請(qǐng)做好準(zhǔn)備”ADR6:3:0011-(0 48 88 0 104 48 0 112) “鵝嶺公園”“到了” “需要在”“鵝嶺公園” “下車的乘客請(qǐng)下車”ADR6:3:0100-(0 96 40 0 2 0 40 136) “下一站”“大坪” “前往” “大坪”“的乘客請(qǐng)做好準(zhǔn)備”ADR6:3:0101-(0 40 88 0 104 40 0 112) “大坪”“到了” “需要在”“大坪

30、” “下車的乘客請(qǐng)下車”ADR6:3:0110-(0 96 32 0 2 0 32 136) “下一站”“石油路” “前往” “石油路”“的乘客請(qǐng)做好準(zhǔn)備”ADR6:3:0111-(0 32 88 0 104 32 0 112) “石油路”“到了” “需要在”“石油路” “下車的乘客請(qǐng)下車”ADR6:3:1000-(0 96 24 0 2 0 24 136) “下一站”“歇臺(tái)子” “前往” “歇臺(tái)子”“的乘客請(qǐng)做好準(zhǔn)備”ADR6:3:1001-(0 24 88 0 104 24 0 112) “歇臺(tái)子”“到了” “需要在”“歇臺(tái)子” “下車的乘客請(qǐng)下車”ADR6:3:1010-(0 96 16

31、 0 2 0 16 136) “下一站”“石橋鋪” “前往” “石橋鋪”“的乘客請(qǐng)做好準(zhǔn)備”ADR6:3:1011-(0 16 88 0 104 16 0 112) “石橋鋪”“到了” “需要在”“石橋鋪” “下車的乘客請(qǐng)下車”ADR6:3:1100-(0 96 8 0 2 0 8 136) “下一站”“小龍坎” “前往” “小龍坎”“的乘客請(qǐng)做好準(zhǔn)備”ADR6:3:1101-(0 8 88 0 104 8 0 112) “小龍坎”“到了” “需要在”“小龍坎” “下車的乘客請(qǐng)下車”ADR6:3:1110-(0 96 72 0 130 0 80 136) “下一站”“終點(diǎn)站” “沙坪壩” “所

32、有”“的乘客請(qǐng)做好準(zhǔn)備”ADR6:3:1111-(0 72 130 0 88 0 80 116) “終點(diǎn)站”“沙坪壩” “到了” “所有”“（下車）的乘客請(qǐng)下車”(6) 譯碼器模塊CODE該模塊有兩個(gè)輸入信號(hào)和一個(gè)輸出信號(hào)，輸出信號(hào)為邏輯向量輸出信號(hào)。該邏輯向量輸出信號(hào)為BCD3.0，它是站數(shù)的BCD碼輸出信號(hào)，由4位BCD碼組成，代表當(dāng)前到站信息。輸入信號(hào)ADR6:3和CO是16進(jìn)制雙向計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)和進(jìn)位輸出信號(hào)。通過(guò)對(duì)該信號(hào)的譯碼，可得到每個(gè)站的站編號(hào)的數(shù)值。譯碼器的工作時(shí)序如圖10所示。圖10 譯碼器工作時(shí)序四、可編程邏輯器件的設(shè)計(jì)1 ispLSI 1032E特性ispLSI 103

33、2E是美國(guó)Lattice半導(dǎo)體公司研制的新一代復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD，是目前市場(chǎng)上功能較強(qiáng)、產(chǎn)品性能優(yōu)良、開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)方便易用的可編程邏輯器件之一。它的編程采用了在系統(tǒng)可編程（isp）技術(shù)，其主要特性如下：高集成度、高速度等效邏輯門(mén)為6000個(gè)； 宏單元數(shù)為128個(gè)；寄存器為192個(gè)；I/O引腳64個(gè)；專用輸入端8個(gè)，最高工作頻率125MHz，最小傳輸延時(shí)7.5ns；在系統(tǒng)編程具有在系統(tǒng)編程的能力，不需專用編程器；全部參數(shù)均可測(cè)試，保證百分之百的編程、效驗(yàn)準(zhǔn)確率；可反復(fù)編程達(dá)1萬(wàn)次之多。電氣特性工作電壓：支持5V、3.3V、2.5V;單一電源供電;低功耗；其它功能結(jié)構(gòu)靈活、使用方便；具有設(shè)計(jì)可

34、移植性；具有全局時(shí)鐘分配網(wǎng)絡(luò)；有內(nèi)建存儲(chǔ)器（6000系列）；具有邊界掃描功能；具有防非法COPY的加密單元；引腳圖及功能說(shuō)明ispLSI 1032E各管腳功能如表2所示，其引腳圖如圖11所示。表2. ispLSI 1032E各管腳功能如下：名稱管腳功能I/0 0I/0 63如圖輸入/輸出端口Y0Y320、66、63、62專用時(shí)鐘輸入引腳VCC21、65電源端GND1、22、43、64接地端24全局復(fù)位信號(hào)23isp編程信號(hào)控制線SDI/IN025isp編程信號(hào)控制線/專用輸入MODE/IN142isp編程信號(hào)控制線/專用輸入SDO/IN244isp編程信號(hào)控制線/專用輸入SCLK/IN361i

35、sp編程信號(hào)控制線/專用輸入GOE 0/IN467全局OE輸入腳/專用輸入GOE 1/IN584全局OE輸入腳/專用輸入IN62專用輸入IN719專用輸入圖11 ispLSI 1032E70LJ84引腳圖2. ispLSI 1032E的編程接口ISP的接口有5個(gè)信號(hào)線：在系統(tǒng)編程使能輸入（ispEN）、模式輸入（MODE）、串行數(shù)據(jù)輸入（SDI）、串行數(shù)據(jù)輸出（SDO）、串行時(shí)鐘輸入（SCLK）。對(duì)ispLSI器件進(jìn)行編程要具備以下三個(gè)條件：(1)編程電纜；(2)PC機(jī)；(3) ispLSI系列器件下載軟件。圖12是ispLSI器件與下載電纜的插座連線圖，該插座安裝在用戶PCB板上。圖12 I

36、SP插座接線圖3. ispLSI 1032E的管腳分配CPLD的管腳分配具有任意性，通?？紤]是最大限度地方便布局和布線。下表是一種分配方案的舉例。Input Pins Pin Name Pin Attribute ADD LOCK 57, PULLUP CLEAR LOCK 55, PULLUP CLK16MHZ LOCK 26, PULLUP PLAY_END LOCK 75, PULLUP P_N_SELECT LOCK 76, PULLUP REPEAT LOCK 54, PULLUP SUB LOCK 56, PULLUPOutput Pins Pin Name Pin Attribu

37、te A0 LOCK 74, PULLUP A1 LOCK 73, PULLUP A2 LOCK 72, PULLUP A3 LOCK 71, PULLUP A4 LOCK 70, PULLUP A5 LOCK 69, PULLUP A6 LOCK 68, PULLUP A7 LOCK 59, PULLUP BCD0 LOCK 3, PULLUP BCD1 LOCK 4, PULLUP BCD2 LOCK 5, PULLUP BCD3 LOCK 6, PULLUP PLAY_E LOCK 58, PULLUP五、系統(tǒng)電路連接圖系統(tǒng)電路連接圖如圖13所示（見(jiàn)最后一頁(yè)）。實(shí)際焊接時(shí)必須注意對(duì)濾波電

38、容的布局。六、元器件清單 IspLSI 1032E CPLD 1 1MHz 晶體振蕩器1 ISD1420單片20秒高保真語(yǔ)音錄放芯片1 話筒1 CD4511 BCD-七段顯示譯碼器(共陰)2 LED七段顯示器(共陰)2 IDC10 isp插座1 DIP14插座1 DIP16插座2 DIP28插座1 PGA84_13×13 插座1 電阻若干 DIP開(kāi)關(guān)(8路)1 電容若干 8喇叭1 5發(fā)光二極管2 實(shí)驗(yàn)電路板（可安裝PGA84_13×13 插座）1 LM386 集成功放芯片1 按鍵開(kāi)關(guān)若干七、主要參考文獻(xiàn)1宋萬(wàn)杰，羅豐，吳順君. CPLD技術(shù)及其應(yīng)用. 西安：西安電子科技大學(xué)

39、出版社，1999.92李景華，杜玉遠(yuǎn). 可編程邏輯器件與EDA技術(shù).沈陽(yáng)：東北大學(xué)出版社，2000.123潘松，王國(guó)棟. VHDL實(shí)用教程. 成都：電子科技大學(xué)出版社，2000.34譚會(huì)生，張昌凡. EDA技術(shù)及應(yīng)用. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2001.95侯伯亨，顧新. VHDL硬件描述語(yǔ)言與數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì). 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1999.16蔣璇，臧春華. 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)與PLD應(yīng)用技術(shù). 北京：電子工業(yè)出版社，2001.17曾繁泰，侯亞寧，崔元明. 可編程器件應(yīng)用導(dǎo)論. 北京：清華大學(xué)出版社，2001.48曾繁泰，李冰，李曉林. EDA工程概論. 北京：清華大學(xué)出版社，2

40、002.19Altera公司. Data Book 199810Altera公司.MAX+plus II Getting Started11黃正謹(jǐn). 在系統(tǒng)編程技術(shù)及其應(yīng)用. 南京：東南大學(xué)出版社，199712陸坤，奚大順等. 電子設(shè)計(jì)技術(shù). 成都：電子科技大學(xué)出版社，1997.7圖13 系統(tǒng)電路連接圖16進(jìn)制雙向計(jì)數(shù)器電路圖（COUNT16_U_D）16進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路圖（COUNT_16）按鍵輸入模塊LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITY keyin IS PORT(key1,k

41、ey2,key3,keyclk:IN STD_ULOGIC; out1,out2,out3:OUT STD_ULOGIC);END keyin;ARCHITECTURE rtl OF keyin IS SIGNAL a0,a1,b0,b1,c0,c1:STD_ULOGIC;BEGIN PROCESS(keyclk) BEGIN IF(keyclk'EVENT AND keyclk='0')THEN a1<=a0; a0<=key1; b1<=b0; b0<=key2; c1<=c0; c0<=key3; END IF; END PRO

42、CESS; PROCESS(a0,a1,b0,b1) BEGIN out1<=keyclk AND a0 AND(NOT a1); out2<=keyclk AND b0 AND(NOT b1); out3<=keyclk AND c0 AND(NOT c1); END PROCESS;END rtl;100進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路圖（COUNTER100）按鍵處理VHDL程序（KEYIN）分頻模塊電路圖（COUNT_X）¼¼rom(232)<=0;-小龍坎到了(0 8 88 0 104 8 0 112)rom(233)<=8;rom(234)<=

43、88;rom(235)<=0;rom(236)<=104;rom(237)<=8;rom(238)<=0;rom(239)<=112;rom(240)<=0;-下一站終點(diǎn)站(0 96 72 0 130 0 80 136)rom(241)<=96;rom(242)<=72;rom(243)<=0;rom(244)<=130;rom(245)<=0;rom(246)<=80;rom(247)<=136;rom(248)<=0;-終點(diǎn)站到了(0 72 130 0 88 0 80 116)rom(249)<=72

44、;rom(250)<=130;rom(251)<=0;rom(252)<=88;rom(253)<=0;rom(254)<=80;rom(255)<=116;PROCESS(g1,g2,adr)BEGIN adr_in<=CONV_INTEGER(adr); IF (g1='1' AND g2='1') THEN dout<=CONV_STD_LOGIC_VECTOR(rom(adr_in),8); ELSEdout<="ZZZZZZZZ" END IF;END PROCESS;END b

45、ehav;LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITY rom256x8 IS PORT(g1,g2:IN STD_LOGIC;adr :IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); dout :OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);END rom256x8;ARCHITECTURE behav OF rom256x8 ISSUBTYPE word IS INTEGER RANGE 0 TO 255; TYPE memory IS ARRAY(0 TO 255) OF word;SIGNAL adr_in:INTEGER RANGE 0 TO 255;SIGNAL rom:memory;BEGINrom(0)<=0;-下一站小龍坎(0 96 8 0 2 0 8 136 )rom(1)<=96;rom(2)<=8;rom(3)<=0;rom(4)<=2;rom(5)<=0;rom(6)<=8;rom(7)<=136;rom(8)<=0;-