基于MP3的汽車報(bào)站器

隨著城市的快速發(fā)展，公交線路不時(shí)地在進(jìn)行調(diào)整，站名也隨之進(jìn)行變化，而且車載廣告也越來越受到商家的重視，因此一款能夠方便地更換語音信息、播放高質(zhì)量語音信息的汽車報(bào)站器顯得越來越重要。傳統(tǒng)的汽車報(bào)站器都是采用專用語音合成芯片制成的。語音合成芯片受信息容量、語音音質(zhì)的限制，且更換信息需專業(yè)設(shè)備及人士，因而使研制一種新型汽車報(bào)站器顯得極為重要。本文設(shè)計(jì)的報(bào)站器可非常方便地更換播放內(nèi)容，并可播放高品質(zhì)的音樂。

1 報(bào)站器功能
該報(bào)站器具有如下功能：
◇可作為優(yōu)盤與電腦連接。用戶可自行下載報(bào)站器的播放內(nèi)容，也可方便地更改播放內(nèi)容。
◇可通過編輯播放列表文件更改所要播放的文件。
◇具有16個(gè)1616的點(diǎn)陣漢字，語音播放時(shí)可同時(shí)用漢字提示播放內(nèi)容。
◇播放高品質(zhì)的音樂，無報(bào)站播放時(shí)可作為MP3播放器，提高公交車服務(wù)質(zhì)量。

2 系統(tǒng)工作原理
本系統(tǒng)采用AT89C51SNDlC單片機(jī)(內(nèi)部集成MP3解碼器)作為主控CPU及解碼MP3數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對報(bào)站信息播放、點(diǎn)陣字符顯示、文件存儲以及用作優(yōu)盤功能時(shí)USB與PC機(jī)聯(lián)機(jī)的控制。系統(tǒng)利用FATl6在K9F1208上實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng)，形成一個(gè)Windows可識別訪問的64MB尋址區(qū)域。結(jié)合USB控制器，系統(tǒng)可作為優(yōu)盤在Windows下使用，從而實(shí)現(xiàn)在Windows下對文件的管理以及數(shù)據(jù)存儲功能。系統(tǒng)利用FATl6文件系統(tǒng)在K9F1208上設(shè)置了一個(gè)名為SCHEDULE．LST的列表文件。該列表文件的不同行列取了根目錄下不同的MP3文件名稱，鍵盤的不同按鍵對應(yīng)了列表文件不同行中的MP3文件名稱；當(dāng)有一按鍵按下時(shí)，程序找到列表文件中相應(yīng)行對應(yīng)的MP3文件進(jìn)行播放。這樣通過程序的設(shè)定，公交車可通過鍵盤實(shí)現(xiàn)MP3格式聲音信號的報(bào)站以及各種信息的廣播。列表文件在系統(tǒng)對閃存初始化時(shí)生成，系統(tǒng)在對閃存進(jìn)行格式化的同時(shí)生成該名為sCHEDULE．LST的列表文件。該列表文件可在Windows下利用記事本打開，編輯所需播放的MP3名稱。播放報(bào)站信息的同時(shí)通過16個(gè)1616的LED點(diǎn)陣顯示相應(yīng)的播放內(nèi)容。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

3 部分電路
AT89C51SNDlC是Atmel公司推出的一款集成MP3硬件解碼器及USB revl．1控制器的單片機(jī)。它基于8位C51 MCU核(最高時(shí)鐘頻率為20 MHz)，內(nèi)置2304字節(jié)RAM及64KB Flash程序空間，具有4KB引導(dǎo)閃存，提供超過44個(gè)可用的通用I／O口及多種接口。其中非常方便的設(shè)計(jì)是4位可中斷的鍵盤口和I2S格式音頻接口。4位可中斷鍵盤口可組成44的鍵盤矩陣，而I2S接口簡化了系統(tǒng)電路。本設(shè)計(jì)的DAC采用的是UDAl330。UDAl330是Philips公司推出的一款內(nèi)部集成耳機(jī)運(yùn)算放大器、帶有I2S接口的DAC。采用UDAl330可進(jìn)一步簡化系統(tǒng)電路，并且提供L3模式及靜態(tài)控制兩種控制方式，最高可提供20位的高品質(zhì)聲音，是一種較為理想的選擇。
系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

3.1 語音處理部分
AT89C51SNDlC芯片內(nèi)部的解碼電路支持MEPG I／II聲音格式第三層格式的硬解碼，可處理48 kHz、44．1kHz、32 kHz、24 kHz、22．05kHz和16 kHz采樣頻率的MP3音頻信號，支持31級的低、中、高均衡控制及左右聲道獨(dú)立音量控制，音質(zhì)效果方面明顯好于語音合成芯片。
MP3文件存儲于閃存K9F1208中。當(dāng)進(jìn)行報(bào)站信息播放時(shí)，MCU按照系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)及所按的按鍵，按照程序的設(shè)定從列表文件SCHEDULE．IST中查找應(yīng)播放的MP3文件名。在查找、打開該文件后，檢測該文件MP3數(shù)據(jù)的各幀，并查看幀頭所帶的信息是否與該幀一致。如果發(fā)現(xiàn)整個(gè)錯(cuò)誤在容差范圍內(nèi)，則認(rèn)定文件可以播放。MCU對解碼器的控制是通過9個(gè)與MP3解碼器相關(guān)的特殊功能寄存器來實(shí)現(xiàn)的。只有輸入緩沖區(qū)中已經(jīng)有一完整的幀時(shí)，解碼器才能開始播放。解碼器通過MP3解碼狀態(tài)寄存器MP3STA及MP33TAl中的MPREQ、MPFREQ、MPBREQ位來實(shí)現(xiàn)對MP3輸入緩沖管理的握手信號。播放時(shí)，MCU從MP3文件中取出MP3數(shù)據(jù)幀送入MP3DAT寄存器。當(dāng)解碼器需要數(shù)據(jù)時(shí)，通過握手信號，并引發(fā)相應(yīng)中斷，通知MCU向MP3DAT中輸入數(shù)據(jù)。解碼器還支持CRC校驗(yàn)、幀同步錯(cuò)誤校驗(yàn)等功能，這里不再贅述。
與UDAl330的連接上，AT89C51SND1C的I2S接口引腳分別接到UDAl330對應(yīng)的引腳上。為提高音頻信號音質(zhì)，UDAl330采用L3模式，APPSEL接地。該模式下，APPL0作為測試引腳，APPL1作為L3模式的時(shí)鐘，APPL2作為L3模式控制，APPL3作為L3模式的數(shù)據(jù)輸入，它們分別與AT89C5lSNDlC的P4．7、P4．4、P4．5、P4．O相連。
報(bào)站器不需要錄音功能，因此MIC電路無須接入MP3電路中。MIC電路的音頻信號作為汽車功放的另一路輸入接入，如圖3所示。

3．2 優(yōu)盤功能部分
該功能涉及在K9F1208上FATl6文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與管理，以及作為USB從機(jī)與主機(jī)間的通信。K9F1208是三星公司推出的一款64 MB的Flash芯片，芯片存儲區(qū)域分為4096個(gè)塊，每個(gè)塊又分32頁，每頁有512 KB+16字節(jié)。Flash的讀／寫有如下特點(diǎn)：必須以頁為單位進(jìn)行讀寫，寫之前必須先擦除原內(nèi)容；擦除操作必須對Block進(jìn)行，即一次至少擦除一個(gè)Block的內(nèi)容。因此FATl6的實(shí)現(xiàn)，可將Flash出的一頁定為1個(gè)扇區(qū)，將其2個(gè)塊(64個(gè)扇區(qū))定為一個(gè)簇。這樣，簇的容量剛好為512字節(jié)64=32KB，滿足FATl6對簇大小的要求。在FATl6分配空間時(shí)，其邏輯塊地址(LBA)與Flash實(shí)際物理地址的轉(zhuǎn)換可以按以下公式進(jìn)行：
F1ash的塊地址=邏輯塊地址／0x20
Flash的頁地址=邏輯塊地址%0x20
按照這樣的結(jié)構(gòu)及FATl6的要求，在K9F1208上實(shí)現(xiàn)DBR、FAT、DIR和DATA四個(gè)區(qū)，即可實(shí)現(xiàn)優(yōu)盤中的磁盤管理功能。AT89C5lSND1C芯片內(nèi)集成有USB控制器，由于Mass Storage協(xié)議及端點(diǎn)配置、枚舉、通信過程較為復(fù)雜，這里不再贅述，硬件連接請參考圖2。

3.3 顯示電路
如圖4所示，顯示電路由IDT7132、AT89C5l、74LSl54、74HC573以及1個(gè)16256的LED點(diǎn)陣屏構(gòu)成。IDT7132是一片容量為32 KB的雙口RAM，由于16256的LED點(diǎn)陣屏顯示緩存共需512字節(jié)的存儲空間，電路使用它與AT89C5lSNDlC接口并存儲漢字顯示信息。16256的LED點(diǎn)陣屏可顯示16個(gè)1616的點(diǎn)陣漢字，顯示屏分32頁，每頁又分成16行。本設(shè)計(jì)采用兩片4-16譯碼器74LS154組合成一個(gè)5-32譯碼器，作為頁譯碼器；采用一片74LSl54作為行譯碼器。每一頁對應(yīng)一個(gè)74HC573，用于鎖存該頁某一行顯示的內(nèi)容；32個(gè)74HC573可鎖存16256的LED點(diǎn)陣屏一行的內(nèi)容，顯示屏由7407驅(qū)動。AT89C5l從雙口RAM規(guī)定區(qū)域取出顯示內(nèi)容，控制頁譯碼器把數(shù)據(jù)分別送入每一頁的當(dāng)前行中，然后控制行譯碼器換行，如此循環(huán)形成動態(tài)顯示。顯示電路作為～獨(dú)立模塊使用，報(bào)站器顯示信息時(shí)，只需把欲顯示的漢字字模送入雙口RAM對應(yīng)的存儲區(qū)域。

結(jié)語
隨著MP3播放器硬件成本的降低，MP3報(bào)站器的性能及成本優(yōu)勢越來越明顯，有著廣闊的應(yīng)用前景；且MP3報(bào)靖器可方便地更換廣播信息，具有較高的使用價(jià)值和推廣價(jià)值。