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火车站信号自动语音播报系统的设计

2018-09-1810:17:44作者：鲍润华来源:现代电子技术

关键字：铁路信号控制系统信号采集语音播报

在现代工业控制过程中，广泛应用了工作状态和故障状态报警装置，通常它以声、光

形式提醒操作者及时处理出现的问题。随着新技术的发展，人们又开始将语音技术应用到

这一领域。它以更直观、易懂、更方便、准确的形式向操作者提供有关信息，使操作者能

够更准确、快速地处理系统问题。美国ISD公司生产的ISD系列智能语音存储芯片音质好，

长期断电语音信号不丢失，非常适合于电子产品的开发应用。笔者成功应用ISD4004和

AT89C51单片机设计了火车站信号自动语音播报系统，通过对火车站铁路线的上行和下行

控制、车辆调度、系统主副电源的启用等多路信号进行检测并采集，根据安全隐患的防范

要求，由单片机控制查询安全警示语音信息并播报，实现安全操作提示及报警。系统在火

车站信号室控制台上安装使用，运行稳定，信号播报准确，取得了很好的效果。

1硬件电路设计

系统硬件电路设计原理框图见图1，由微控制器AT89C51、ISD4004语音电路、音频

功率放大电路、可编程并行接口8255、光电隔离、电平转换、信号输入接口、系统时钟、

复位及键盘等单元电路组成。

1．1ISD4004的特性

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ISD4004系列语音存储芯片采用CMOS技术，内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、

音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列，内置微控制器串行通信接口。芯片

所有操作必须由微控制器控制，操作命令可通过串行通信接口(SPI或Microwire送人。外

部的音源信号在芯片内采用多电平直接模拟量存储技术，信息可进行多段处理，每个采样

值直接存贮在片内闪烁存贮器中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效

果声。存于片内闪烁存贮器中的信息，可在断电情况下保存100年。芯片工作电压为3V，

工作电流为25～30mA，维持电流1μA，不耗电，单片录放时间8～16min，可反复录音

10万次。

1．2ISD4004的引脚及封装形式

ISD4004采用28脚的SOIC封装，其引脚排列如图2所示。

1．3ISD4004与AT89C51单片机的接口

ISD4004工作于SPI串行接口，按照同步串行数据传输的SPI协议，所有串行数据传输开

始于单片机主控器发送给ISD4004的片选信号SS下降沿。SS在传输期间必须保持为低电

平，在两条指令之间则保持为高电平。来自串行数据输入端MOSI引脚的数据在串行同步

时钟上升沿被锁存，对ISD4004串行数据输出端MISO引脚的数据在SCLK的下降沿被移

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出。ISD4004的任何一个录音和放音操作(含快进，都是按分段地址进行的，每段包含若

干行，每行相当于存储单元，在行地址时钟信号RAC的控制下进行录放信息的存储管理。

RAC信号周期为200ms，高电平占空比为3／4。当录音和放音操作到内部存储单元地址

的末尾时，会产生一个OVF或EOM结束标志信号，如果遇到EOM或OVF，则产生一个

低电平有效的INT中断信号，该中断状态在下一个SPI周期开始时被清除。ISD4004与

AT89C51单片机连接如图3所示。

ISD4004的片选信号SS引脚与AT89C51单片机的I／O口P1．0连接，由程序指令产生有

效的低电平信号。串行数据输入MOSI引脚和串行数据输出MISO引脚分别与P1．1和

P1．3连接，串行收发的数据信息在程序指令的控制下，由片内移位寄存器锁存，其同步

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时钟信号SCLK由单片机P1．2控制。行地址时钟RAC和中断请求信号INT分别与

P3．2(INT1和P3．3(INTO连接。

1．4音频输出

系统信号所对应的提示语音，如“上行列车开过来了，区间占用”、“请求上行发车，信

号开放”等信息，已通过专用设备按地址分段固化到ISD4004内部E2PROM