本系统使用8031作为CPU，由CPU来控制语音合成芯片TC8830AF，使其工作在CPU控制模式下。当系统进行语音再生时，由CPU控制语音合成电路中的语音芯片来读取其外接的存储器内部的语音信息，并合成语音信号，再通过语音输出电路，进行语音报站和提示。CPU同时通过程序读取汉字信息，送入LED点阵显示电路来进行汉字提示。当系统进行语音录制时，语音信号通过语音输入电路输入给语音合成电路中的语音合成芯片，由语音合成芯片进行数据处理，并将生成的数字语音信息存储到语音存储芯片中，从而建立语音库。
3.2 方案选择
将方案一与方案二进行比较，方案二是采用8031单片机控制，通过键盘来控制报站时刻，并不完全符合设计的要求，它仍然需要操作员手动控制，所以本课题决定选用方案一，它使用STC89C52RC作为主控制芯片，通过对里程的计数来控制报站时刻，完全无需人工介入，选用的语音芯片是美国ISD公司的ISD4004，该芯片与其它语音芯片相比较，其语音音质好，录放时间长。
3.3 电路原理的总体设计
基于ISD4004语音芯片的语音报站汉字显示系统的设计研制过程主要包括：总体设计、硬件设计、软件设计、仿真调试等几个阶段。对于总体设计，主要是画出原理框图、确定出主要技术指标。如图3.2所示：
STC89C52RC LED点阵汉字显示 语音录放电路 电源电路 按键控制 图3.2系统总体设计框图
单片机芯片是与MCS-51 兼容的STC89C52RC，STC89C52RC单片机带8K
11
字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能8位微处理器。
语音录放电路使用的是ISD4004-8MS以及其外围录放电路，外围电路相当简单；由于其可以进行直接模拟信号的存储，省去了信号模数转换的相关电路，使得信号更加的稳定、录放音质量好。同时单片8至16 分钟语音录放，内置微控制器串行通信接口，3V单电源工作，多段信息处理，工作电流25-30mA,维持电流1μA，不耗电信息保存100 年(典型值)，高质量、自然的语音还原技术，10 万次录音周期(典型值)，自动静噪功能，片内免调整时钟,可选用外部时钟。利用9014三极管对录制语音进行放大处理，同时通过LM386及喇叭，对输出语音信号进行放大播放，让语音质量以及稳定性更加高。
汉字显示电路采用的是16*16 LED点阵显示。一种方法属于静态显示。显然，静态显示需占用较多的I/O口线。另一种是动态扫描显示。通过控制各个显示器公共阳极轮流接高电平的办法，逐一轮流地启动各个LED。动态显示法是目前各种单片机采用的流行方法。其优点是硬件简单，“动态”由软件实现。因而选用动态显示的方法。
电源电路是给语音芯片ISD4004提供3V稳压电源，利用LM317，通过电阻分压，输出稳定的3V稳定电源，让语音芯片可以正常的工作。实现语音录制播放功能。
按键控制电路完成对语音播放以及汉字显示开始的控制，通过对单片机相关引脚的高地电平的控制，从而完成对语音芯片的控制，从而达到完成语音报站汉字显示功能。
3.3 芯片选择
3.3.1 STC89C52RC单片机芯片
STC89C52RC是STC公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8Kb的可反复擦写的Flash只读程序存储器和512b的随机存取数据存储器（RAM），器件采用高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准MCS—51指令
12
系统，片内置通用中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大STC89C52RC单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100000次。将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，是一种高效微控制器， STC89C52RC单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。如图3.1
图3.3 STC89C52RC管脚图
STC89C52RC有P0、P1、P2、P3四个端口，共有32I/O口，P3口也可作为一些特殊功能口，如下表所示：
表3.1 P3口的第二功能
口 线 第 二 功 能 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3. 4 P3. 5 P3. 6 P3. 7 RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WR RD 串行数据接收（输入）端 串行数据发送（输出）端 外部中断0输入端 外部中断0输入端 定时/计数器T0的外部输入端 定时计数器T1的外部输入端 外数据存储器写选通信号，低电平有效 外数据存储器读选通信号，低电平有效 P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 STC89C52RC单片机主要性能参数：
13
? 时钟频率（HZ）：0~80M ? 8Kash程序存储器 ? 512内程序存储器(RAM) ? 2个数据指针
? 3个16位定时器/计数器T0/T1
? 4个8位输入输出接口(P0~P3),共32根I/O口线 ? 8个中断源 ? 4个优先级
3.3.2 ISD4004语音芯片
ISD4000系列单片声音录放器件是用CMOS工艺实现的高语音质量、3V工作电压的集成电路芯片，特别适用于移动电话和各种便携式产品[7]。按录放时间又分ISD4002、ISD4003和ISD4004三个子系列。片内集成有振荡器、抗混叠滤波器、平滑滤波器、自动静音电路、音频放大器和高密度多级Flash存储阵列。这个系列的新片要求用于微处理器或微控制器系列，通过串行外围接口SPI或Microwire串行接口进行寻址和控制。录音数据被存放方法是通过ISD的多级存储专利技术实现的，用声音和声频信号的自然形式直接存放在故态存储器中，从而提供高质量回放语音的保真度。
（1）ISD4004的主要性能及其特点
1）单片实现声音录放功能；采用单一3V工作电压；
2）低功耗：典型的录音工作电流为25mA；典型的放音工作电流为15mA； 3）典型待机节能状态电流为1uA ；单片录放时间为8min、10min、12min和16min；
4）高质量自然的声音/音频回放；自动静音电路可以在无声状态时消除背景噪音；
5）不需要考虑实现算法；具有微控制器SPI或Microwire串行接口；
6）可以对多段信息寻址控制；可以通过SPI或Microwire控制寄存器控制
14
功耗；
7）语音数据断电不丢失，可以保存100年；允许反复录音10万次 8）片上带有时钟源；有PDIP、SOIC、TSOP和CSP多种封装形式； （2）外部引脚及其说明
/SSMOSIMISOVSSDNCNCNCNCNCNCVSSAVSSAAUDOUTAMCAP1282ISD40042732642552462372282192010191118121713161415SCKJVCCDXCLKINTRACVSSANCNCNCNCVCCAANA IN+ANA IN-NC
图3.4 ISD4004引脚图
电源 (VCCA,VCCD)：为使噪声最小,芯片的模拟和数字电路使用不同的电源总线,并且分别引到外封装的不同管脚上,模拟和数字电源端最好分别走线,尽可能在靠近供电端处相连,而去耦电容应尽量靠近器件。
地线(VSSA,VSSD)：芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线。 同相模拟输入(ANA IN+)： 这是录音信号的同相输入端。输入放大器可用单端或差分驱动。单端输入时,信号由耦合电容输入,最大幅度为峰峰值32mV,耦合电容和本端的3KΩ电阻输入阻抗决定了芯片频带的低端截止频率。差分驱动时,信号最大幅度为峰峰值16mV，与ISD33000系列相同。
反相模拟输入(ANA IN-)：差分驱动时,这是录音信号的反相输入端。信号通过耦合电容输入,最大幅度为峰峰值16mV
音频输出(AUD OUT)：提供音频输出,可驱动5KΩ的负载。
片选(SS)：此端为低,即向该ISD4004芯片发送指令，两条指令之间为高电平。
串行输入(MOSI)：此端为串行输入端，主控制器应在串行时钟上升沿之前半个周期将数据放到本端,供ISD输入。
串行输出(MISO)：ISD的串行输出端。ISD未选中时,本端呈高阻态。
15