1 引言
語音" title="語音">語音系統(tǒng)是電梯" title="電梯">電梯不可缺少的部分,，用于樓層報數(shù),、方向提示、報警告示,、消防對講以及廣告宣傳等,。傳統(tǒng)語音系統(tǒng)絕大多數(shù)采用語音器存儲和播放語音，但存在比如外電路復雜,、音質差,、成本高、容量小以及語音不易更改等缺陷,。鑒于此,，設計了一款基于CPLD" title="CPLD">CPLD和VS1011E" title="VS1011E">VS1011E解碼器" title="解碼器">解碼器的電梯語音系統(tǒng)。
2 系統(tǒng)概述
電梯控制系統(tǒng)的基本功能是根據(jù)用戶的樓層按鍵信息,，顯示樓層數(shù)字,，播報到達樓層語音。電梯語音系統(tǒng)框圖如圖1所示,。
2.1信息輸入
輸入信息分為兩部分,，一是用戶通過按鍵向系統(tǒng)發(fā)出樓層請求，二是電梯控制系統(tǒng)根據(jù)樓層到達或者取消發(fā)出的通知,。
2.2處理器
根據(jù)用戶信息和控制系統(tǒng)信息控制樓層系統(tǒng),，控制分為顯示樓層和語音報送兩部分。系統(tǒng)要求處理器處理速度快,、內存緩沖空間大,。
2.3顯示模塊
用于顯示樓層數(shù)以及提示超載、消防和緊急狀況,，甚至還提供日期廣告等信息的發(fā)布,。中低檔樓宇電梯系統(tǒng)一般使用LED顯示,，即點陣塊顯示。隨著液晶顯示控制技術的發(fā)展與成熟,，高檔樓宇電梯系統(tǒng)則采用LCD顯示,。
2.4邏輯器件
主要是能進行強大數(shù)據(jù)快速處理的CPLD。從整個系統(tǒng)可以看出,，處理器需要響應輸入信息并能夠驅動顯示模塊工作,，還要對擴展的存儲器進行讀寫操作，并將存儲器的語音數(shù)據(jù)送到MP3解碼器解碼,。這些都對處理器提出很大挑戰(zhàn),，如果處理器性能低則可能導致整個系統(tǒng)工作紊亂，因此,，必須對處理器進行"減負",。
基于上述考慮，本系統(tǒng)使用CPLD,。對于MP3解碼器的控制,，處理器只負責發(fā)送控制命令，而具體操作是由CPLD完成,。這樣就大大提高了系統(tǒng)的速度和可靠性,。
2.5存儲器
用于存儲大量語音數(shù)據(jù)。市場上MP3播放器的存儲器類型有3種：磁性存儲器(2.5英寸硬盤),、光學存儲器(CD-ROM和DVD)和Flash,。其中Flash存儲器還可以分為NAND Flash、CF卡,、SD卡,、SMC卡MMC卡以及SONY存儲棒?？紤]到系統(tǒng)設計和使用的便利性,，系統(tǒng)采用NAND Flash。
2.6 MP3解碼器,、DAC和功放
作為MP3播放器的核心,，MP3解碼器負責把由微處理器從存儲器中MP3格式數(shù)據(jù)編碼轉換成數(shù)字音頻信號發(fā)送給DAC；DAC則把數(shù)字音頻信號轉變成模擬信號,，最后模擬音頻信號通過耳機或者功放發(fā)出聲音,。
3硬件設計
3.1系統(tǒng)工作原理
根據(jù)Flash的讀寫規(guī)則和MP3的解碼協(xié)議，預先設置CPLD的邏輯規(guī)則,?？刂破鞲鶕?jù)輸人信息，向CPLD發(fā)出控制命令和傳送數(shù)據(jù)。CPLD根據(jù)接收到的命令按照邏輯規(guī)則讀寫Flash并對MP3設定內部控制寄存器和傳送音頻數(shù)據(jù),。MP3解碼器輸出的模擬信號直接驅動耳機,，若要驅動大功率揚聲器，還需外接功放,。其系統(tǒng)硬件電路如圖2所示,。
3.2微控制器STC89C58RD+C
STC89C58RD+C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(tǒng)可編程,、可供應內部集成MAX810專用復位電路等特點。
STC89C58RD+C采用MCS51內核,，與AT89S52引腳兼容,。需要注意的是，D型內部集成復位電路,，復位引腳直接接地,。擁有32 KB的Flash和16 KB的EEPROM，內含1 280字節(jié)SRAM存儲空間,。因此,，STC89C58RD+C能滿足系統(tǒng)控制要求。
D0～D7與CPLD通信,，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和命令控制,，8個端口需要上拉電阻，阻值為10 kΩ,，上拉電阻需要3.3 V電源供電,，與CPLD電源匹配。DREQ1(P3.2)與CPLD連接,，用來讀取MP3解碼器的忙狀態(tài),。READY(P2.3)與CPLD連接，判斷Flash是否準備好,。WR,、RD和ALE連接至CPLD，實現(xiàn)對Flash的讀寫選擇和時序控制,。
3.3 CPLD電路
CPLD是微控制器,、Flash和MP3之間的中介，負責邏輯控制和數(shù)據(jù)傳遞,。CPLD電路采用Xilinx公司的XC9572-VQ64,。XC9572-VQ64具有72個宏單元、1 600個可用門電路,、52個I／O端口,，具有低至2.5 V供電電源,，可在線編程等特性。J1用于ISP下載,。晶體振蕩器采用40 MHz,。
3.4 MP3解碼器VS1011E及電路設計
VS1011E音頻解碼器為VS10xx系列的第三代產(chǎn)品，是單片MP3／WMA／MIDI解碼和ADPCM編碼器,。它內部集成有高性能,、低功耗的DSP處理核(VSDSP)，5.5 KB片內RAM可供用戶存儲代碼和數(shù)據(jù),，串行SPI總線接口,，雙聲道高質量的采樣頻率可調的16位DAC。VSl011E工作在12.288 MHz～14 MHz或者24.576 MHz～28 MHz時鐘范圍,，能對MPEG1&2 Laver1,、2、3以及MPEG2.5 Layer3格式,、WAV格式和PCM格式文件進行解碼,。
VS1011E的工作流程如圖3所示。VS1011E的工作流程為：首先MP3或者WAV格式音頻文件通過SDI總線進入芯片內部,，并解碼,。解碼后，如果SCL_AIADDR!=0,，將會執(zhí)行應用區(qū)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(shù)據(jù)可能會被送到低音和高音優(yōu)化器進行音效處理。此后,，數(shù)據(jù)通過音量控制單元,，同時備份到音頻FIFO中。音頻FIFO保持數(shù)據(jù),，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,，這些信號緊接著送到耳機功率放大器中。
由于本系統(tǒng)為電梯系統(tǒng),，推動大功率揚聲器發(fā)聲,，需要外置功放。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,，適合電壓波動大,、外界干擾強的電梯工作環(huán)境。
3.5 Flash存儲器
采用Samsung公司的NAND Flash K9F5608作為存儲器,。K9F5608擁有32 MB的空間,，完全滿足電梯語音系統(tǒng)的要求。
NAND Flash以塊(block)和頁(page)為存儲單元,。K9F5608包括2 048塊,，每一塊又包括32頁，一頁大小為528字節(jié),，依次分為2個256字節(jié)的數(shù)據(jù)區(qū),，最后是16字節(jié)的備用空間。
K9F5608的讀,、寫和擦除操作均由命令完成,。讀／寫操作是以頁為單位進行。擦除操作是以塊為單位,，不能字節(jié)擦除，而且在每次改寫操作之前需要先擦除一整塊,；每一塊的擦除次數(shù)有限,，為10萬次左右，數(shù)據(jù)保存時間超過10年,。典型的讀操作時間為50 ns／字,，寫操作時間為200 μs／頁，擦除操作時間為2 ms／塊,。
4軟件設計
4.1主流程圖
電梯在運行過程中,，如果無人按鍵，電梯語音系統(tǒng)則自動播報廣告,、天氣預報等信息,，同時伴有點陣或液晶顯示。當有按鍵按下時,，語音系統(tǒng)則會根據(jù)按鍵值調用相應的按鍵語音處理程序,。主程序流程圖如圖4所示。
4.2 YS1011E的軟件設計
軟件設計采用VS1011E音頻解碼器,，其控制流程如圖5所示,。
控制MP3解碼器時應注意以下幾點：
設置內部控制寄存器MODE的參數(shù)。包括支持文件格式,、軟啟動設置,、數(shù)據(jù)流模式設置、DCLK觸發(fā)沿設置以及SDI數(shù)據(jù)首位設置；
如果時鐘速率不是24.576 MHz,，則需要設置SCI_CLOCKF寄存器,。若通過改變SCI_CLOCKF倍頻時鐘，應將適當?shù)牟蓸铀俾蕦懭薙CI_AUDATA寄存器,，等待至少11 000個時鐘后才能SPI通訊,；
設置音量寄存器SCI_VOL，0為最大音量,，0xFEFE為靜音,，0xFFFF觸發(fā)模擬調電模式；
強化低音和高音,，可設置寄存器SCI_BASS,；
使用用戶代碼，SCI_AIADDR置為零,；
采用RAM級的用戶代碼,，激活SCI_WRAM、SCI_WRAMADDR,、SCI_AIADDR裝載數(shù)據(jù)能夠實現(xiàn)所需功能,。
5 結束語
本系統(tǒng)已經(jīng)投入市場，音質良好,、功能穩(wěn)定,。基于CPLD和VS1011E解碼器的語音系統(tǒng)如今被應用到很多領域,，如公共汽車的站名播報系統(tǒng)等,。