基于MP3的汽車報站器設計及電路

隨著城市的快速發展，公交線路不時地在進行調整，站名也隨之進行變化，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、播放高質量語音信息的汽車報站器顯得越來越重要。傳統的汽車報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、語音音質的限制，且更換信息需專業設備及人士，因而使研制一種新型汽車報站器顯得極為重要。本文設計的報站器可非常方便地更換播放內容，并可播放高品質的音樂。

　　1 報站器功能

　　該報站器具有如下功能：

• 可作為優盤與電腦連接。用戶可自行下載報站器的播放內容，也可方便地更改播放內容。
• 可通過編輯播放列表文件更改所要播放的文件。
• 具有16個16×16的點陣漢字，語音播放時可同時用漢字提示播放內容。
• 播放高品質的音樂，無報站播放時可作為MP3播放器，提高公交車服務質量。

　　2 系統工作原理

　　本系統采用AT89C51SNDlC單片機(內部集成MP3解碼器)作為主控CPU及解碼MP3數據，實現對報站信息播放、點陣字符顯示、文件存儲以及用作優盤功能時USB與PC機聯機的控制。系統利用FATl6在K9F1208上實現文件系統

，形成一個Windows可識別訪問的64MB尋址區域。結合USB控制器，系統可作為優盤在Windows下使用，從而實現在Windows下對文件的管理以及數據存儲功能。系統利用FATl6文件系統在K9F1208上設置了一個名為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了列表文件不同行中的MP3文件名稱；當有一按鍵按下時，程序找到列表文件中相應行對應的MP3文件進行播放。這樣通過程序的設定，公交車可通過鍵盤實現MP3格式聲音信號的報站以及各種信息的廣播。列表文件在系統對閃存初始化時生成，系統在對閃存進行格式化的同時生成該名為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。播放報站信息的同時通過16個16×16的LED點陣顯示相應的播放內容。系統框圖如圖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。它基于8位C51 MCU核(最高時鐘頻率為20 MHz)，內置2304字節RAM及64KB Flash程序空間，具有4KB引導閃存，提供超過44個可用的通用I／O口及多種接口。其中非常方便的設計是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4×4的鍵盤矩陣，而I2S接口簡化了系統電路。本設計的DAC采用的是UDAl330。UDAl330是Philips公司推出的一款內部集成耳機運算放大器、帶有I2S接口的DAC。采用UDAl330可進一步簡化系統電路，并且提供L3模式及靜態控制兩種控制方式，最高可提供20位的高品質聲音，是一種較為理想的選擇。

　　系統原理圖如圖2所示。

　　3.1 語音處理部分

　　AT89C51SNDlC芯片內部的解碼電路支持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立音量控制，音質效果方面明顯好于語音合成芯片。

　　MP3文件存儲于閃存K9F1208中。當進行報站信息播放時，MCU按照系統當前的狀態及所按的按鍵，按照程序的設定從列表文件SCHEDULE．IST中查找應播放的MP3文件名。在查找、打開該文件后，檢測該文件MP3數據的各幀，并查看幀頭所帶的信息是否與該幀一致。如果發現整個錯誤在容差范圍內，則認定文件可以播放。MCU對解碼器的控制是通過9個與MP3解碼器相關的特殊功能寄存器來實現的。只有輸入緩沖區中已經有一完整的幀時，解碼器才能開始播放。解碼器通過MP3解碼狀態寄存器MP3STA及MP33TAl中的MPREQ、MPFREQ、MPBREQ位來實現對MP3輸入緩沖管理的握手信號。播放時，MCU從MP3文件中取出MP3數據幀送入MP3DAT寄存器。當解碼器需要數據時，通過握手信號，并引發相應中斷，通知MCU向MP3DAT中輸入數據。解碼器還支持CRC校驗、幀同步錯誤校驗等功能，這里不再贅述。

　　與UDAl330的連接上，AT89C51SND1C的I2S接口引腳分別接到UDAl330對應的引腳上。為提高音頻信號音質，UDAl330采用L3模式，APPSEL接地。該模式下，APPL0作為測試引腳，APPL1作為L3模式的時鐘，APPL2作為L3模式控制，APPL3作為L3模式的數據輸入，它們分別與AT89C5lSNDlC的P4．7、P4．4、P4．5、P4．O相連。

　　報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 優盤功能部分

　　該功能涉及在K9F1208上FATl6文件系統的實現與管理，以及作為USB從機與主機間的通信。K9F1208是三星公司推出的一款64 MB的Flash芯片，芯片存儲區域分為4096個塊，每個塊又分32頁，每頁有512 KB+16字節。Flash的讀／寫有如下特點：必須以頁為單位進行讀寫，寫之前必須先擦除原內容；擦除操作必須對Block進行，即一次至少擦除一個Block的內容。因此FATl6的實現，可將Flash出的一頁定為1個扇區，將其2個塊(64個扇區)定為一個簇。這樣，簇的容量剛好為512字節×64=32KB，滿足FATl6對簇大小的要求。在FATl6分配空間時，其邏輯塊地址(LBA)與Flash實際物理地址的轉換可以按以下公式進行：

　　F1ash的塊地址=邏輯塊地址／0x20

　　Flash的頁地址=邏輯塊地址%0x20

　　按照這樣的結構及FATl6的要求

，在K9F1208上實現DBR、FAT、DIR和DATA四個區，即可實現優盤中的磁盤管理功能。AT89C5lSND1C芯片內集成有USB控制器，由于Mass Storage協議及端點配置、枚舉、通信過程較為復雜，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16×256的LED點陣屏構成。IDT7132是一片容量為32 KB的雙口RAM，由于16×256的LED點陣屏顯示緩存共需512字節的存儲空間，電路使用它與AT89C5lSNDlC接口并存儲漢字顯示信息。16×256的LED點陣屏可顯示16個16×16的點陣漢字，顯示屏分32頁，每頁又分成16行。本設計采用兩片4-16譯碼器74LS154組合成一個5-32譯碼器，作為頁譯碼器；采用一片74LSl54作為行譯碼器。每一頁對應一個74HC573，用于鎖存該頁某一行顯示的內容；32個74HC573可鎖存16×256的LED點陣屏一行的內容，顯示屏由7407驅動。AT89C5l從雙口RAM規定區域取出顯示內容，控制頁譯碼器把數據分別送入每一頁的當前行中，然后控制行譯碼器換行，如此循環形成動態顯示。顯示電路作為～獨立模塊使用，報站器顯示信息時，只需把欲顯示的漢字字模送入雙口RAM對應的存儲區域。

　　結語

　　隨著MP3播放器硬件成本的降低，MP3報站器的性能及成本優勢越來越明顯，有著廣闊的應用前景；且MP3報靖器可方便地更換廣播信息，具有較高的使用價值和推廣價值。