《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁(yè) > 通信與網(wǎng)絡(luò) > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 新型數(shù)據(jù)通信方式GSM-R手持終端的實(shí)現(xiàn)[圖]
新型數(shù)據(jù)通信方式GSM-R手持終端的實(shí)現(xiàn)[圖]
來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)
摘要: 鐵道部已確定以GSM-R系統(tǒng)作為中國(guó)鐵路無(wú)線通信平臺(tái),因此,以GSM--R為平臺(tái)建立綜合無(wú)線通信系統(tǒng),為GSM-R網(wǎng)絡(luò)的各種作業(yè)提供無(wú)線通信手段和設(shè)備已迫在眉睫。
Abstract:
Key words :
1 GSM-R手持終端功能概述

鐵道部已確定以GSM-R系統(tǒng)作為中國(guó)鐵路無(wú)線通信平臺(tái),因此,以GSM-R為平臺(tái)建立綜合無(wú)線通信系統(tǒng),為GSM-R網(wǎng)絡(luò)的各種作業(yè)提供無(wú)線通信手段和設(shè)備已迫在眉睫。

GSM-R手持終端在編組站中有著特殊的應(yīng)用。編組站的作業(yè)以小組為單位,完成調(diào)車、編組工作。小組的每位成員均配備GSM-R專業(yè)手持終端,并根據(jù)職務(wù)要求的不同,具有各自的功能。本文主要介紹語(yǔ)音回示功能的實(shí)現(xiàn)方式。調(diào)車長(zhǎng)發(fā)出的調(diào)度指令種類是有限的,因此,GSM-R手持終端可以先預(yù)存相應(yīng)指令的語(yǔ)音信息,然后根據(jù)收到的調(diào)度指令,播放出相應(yīng)的語(yǔ)音。這個(gè)功能是編組站手持終端必備的功能,本文采用ATMEGA48和WT588D語(yǔ)音芯片完成此功能,并采用一種全新的方法高效完成ATMEGA48與WT588D語(yǔ)音芯片之間的通信與控制,完全發(fā)揮了ATMEGA48高速的特點(diǎn)。

2 器件簡(jiǎn)述

本文采用WT588D語(yǔ)音芯片與ATMEGA48之間的SPI控制接口,完成所需要的語(yǔ)音回示功能。

ATMEGA48是AVR單片機(jī)的一個(gè)型號(hào),AVR內(nèi)核具有豐富的指令集和32個(gè)通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算術(shù)邏輯單元(ALU)相連接,使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。它還廢除了機(jī)器周期,采用精簡(jiǎn)指令集,以字作為指令長(zhǎng)度單位,將內(nèi)容豐富的操作數(shù)與操作碼安排在一字之中,取指周期短,又可預(yù)取指令,實(shí)現(xiàn)流水作業(yè),可高速執(zhí)行指令。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率,并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的數(shù)據(jù)吞吐率。在軟/硬件開銷、速度、性能和成本諸多方面取得了優(yōu)化平衡,是高性價(jià)比的單片機(jī)。

WT588D語(yǔ)音芯片采用語(yǔ)音數(shù)據(jù)直接在SPI-Flash存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的技術(shù),下載速度快,并經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換后輸出。因此能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語(yǔ)音、音樂、音調(diào)和效果聲。功能多、音質(zhì)好、應(yīng)用范圍廣性能穩(wěn)定是WT588D系列語(yǔ)音芯片的特長(zhǎng),彌補(bǔ)了以往各類語(yǔ)音芯片應(yīng)用領(lǐng)域狹小的缺陷。能夠完全取代ISD1700、ISD1425、ISD4000、PM50等語(yǔ)音芯片。

WT588D系列語(yǔ)音芯片具有如下特點(diǎn):變更語(yǔ)音內(nèi)容簡(jiǎn)單,放音方便;高音質(zhì),聲音自然;支持2M~64M的SPI-Flash內(nèi)存,在6K采樣下能達(dá)到2149S的放音;手動(dòng)操作/微控制器控制兼容;放音時(shí)可用邊沿觸發(fā)或電平觸發(fā);可以循環(huán)放音;具有自動(dòng)節(jié)電控制,節(jié)電時(shí)靜態(tài)電流小于10uA;信息存儲(chǔ)無(wú)需后背電源;最多可加載220段語(yǔ)音;PWM輸出可直接推動(dòng)0.5W/8Ω揚(yáng)聲器;可重復(fù)擦除燒寫10萬(wàn)次;放音可用單片機(jī)編程控制;單電源工作;模塊封裝(帶FLASH存儲(chǔ)器)為16腳、28腳嵌入式形式,芯片封裝為DIP18、SSOP20和LQFP32形式。

WT588D VoiceChip 軟件是根據(jù)WT588D 語(yǔ)音芯片特性開發(fā)出來(lái)的相對(duì)應(yīng)配套軟件。它很好的完成對(duì)WT588D 語(yǔ)音芯片各種控制模式程序的寫入,當(dāng)單片機(jī)口線不夠可選用一線串口控制或SPI串口控制,更有能夠作為擴(kuò)展單片機(jī)I/O口線的功能,非常適合在單片機(jī)場(chǎng)合下使用。軟件還能完成語(yǔ)音的替換、組合,音頻輸出模式的設(shè)置等,而且操作界面簡(jiǎn)單,編輯過(guò)程方便。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

WT588D的所有操作都由微控制器控制,操作命令可通過(guò)串行通信接口SPI送入。SPI 協(xié)議假定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK的下降沿動(dòng)作,因此對(duì)WT588D而言,在時(shí)鐘上升沿鎖存MOSI引腳的數(shù)據(jù)。使用ATMEGA48的SPI接口直接控制WT588D,因此硬件設(shè)計(jì)相對(duì)比較簡(jiǎn)單。如圖1所示。

新型<a class=數(shù)據(jù)通信方式GSM-R手持終端的實(shí)現(xiàn)" src="http://files.chinaaet.com/images/20110727/397a2102-59bf-4e12-a03d-ad7904dad33a.jpg" />

ATMEGA48作為SPI主設(shè)備,WT588D作為SPI從設(shè)備。ATMEGA48通過(guò)/SS片選WT588D,MOSI控制線向WT588D發(fā)送控制信息,播放相應(yīng)的語(yǔ)音信息。當(dāng)WT588D讀到語(yǔ)音尾端時(shí),會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷,ATMEGA48接收此中斷,播放下一段語(yǔ)音。

具體引腳連接如下:

1、ATMEGA48的SS與WT588D的CS相連,當(dāng)ATMEGA48對(duì)WT588D進(jìn)行操作時(shí),選通此芯片。

2、ATMEGA48的MOSI與WT588D的DATA相連,進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。

3、ATMEGA48的SCLK與WT588D的CLK相連,提供串行數(shù)據(jù)的時(shí)鐘。

4、ATMEGA48的中斷線與WT588D的BUSY相連,可以作為語(yǔ)音播放完畢的中斷信號(hào)。

5、WT588D可以設(shè)置為DAC(外接功放)輸出或者PWM(直接驅(qū)動(dòng)喇叭)輸出,播放選中的語(yǔ)音信息。

4 軟件實(shí)現(xiàn)

本文使用ATMEGA48的SPI接口直接控制WT588D,對(duì)其相應(yīng)的地址進(jìn)行讀操作,完成選定語(yǔ)音的播放。SPI收發(fā)程序往往是一段采用輪循方式完成收發(fā)的簡(jiǎn)單代碼,也就是單片機(jī)通過(guò)MOSI寄存器發(fā)送數(shù)據(jù)。同時(shí)根據(jù)查詢MOSI狀態(tài)寄存器的狀態(tài)來(lái)判斷是否能發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)。在此過(guò)程中,單片機(jī)處于死等的狀態(tài),不能進(jìn)行任何其它任務(wù)的執(zhí)行。對(duì)于高速的AVR來(lái)講,采用這種方式大大降低了MCU的效率,無(wú)法發(fā)揮其高速、高效的特點(diǎn)。同時(shí),由于ATMEGA48在完成語(yǔ)音回示的同時(shí),還需要完成語(yǔ)音通話、故障記錄等功能,因此需要MCU能更高效地完成SPI收發(fā)功能。

在使用ATMEGA48時(shí),根據(jù)芯片本身的特點(diǎn)(片內(nèi)大容量RAM,適合采用高級(jí)語(yǔ)言編寫系統(tǒng)程序),使用了一種新的方法,采用接收和發(fā)送緩沖器加中斷的方法,編寫高效可靠的SPI收發(fā)程序。

基本思路如下:

1、發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),如果MOSI數(shù)據(jù)寄存器為空,則直接將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)填入MOSI數(shù)據(jù)寄存器,由單片機(jī)自動(dòng)完成數(shù)據(jù)的發(fā)送。

2、發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),如果MOSI數(shù)據(jù)寄存器不為空,也就是說(shuō)有待發(fā)的數(shù)據(jù),此時(shí)將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)填入發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)(構(gòu)建在ATMEGA48的RAM中)。單片機(jī)將數(shù)據(jù)置入發(fā)送緩沖區(qū)中,就算已經(jīng)完成了數(shù)據(jù)的發(fā)送,可以執(zhí)行別的指令,這樣,充分發(fā)揮了其并行高速運(yùn)行的特點(diǎn)。本文在中斷處理程序中完成對(duì)發(fā)送緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的處理。每次MOSI數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)發(fā)送完成,都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷,因此當(dāng)產(chǎn)生中斷時(shí),表明前一個(gè)數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送完成,將待發(fā)的發(fā)送緩沖區(qū)數(shù)據(jù)置入MOSI數(shù)據(jù)寄存器,進(jìn)行數(shù)據(jù)的自動(dòng)發(fā)送。

以下為SPI數(shù)據(jù)發(fā)送程序和SPI中斷處理程序,流程分別如圖2、圖3所示。

新型數(shù)據(jù)通信方式GSM-R手持終端的實(shí)現(xiàn)
圖2 數(shù)據(jù)發(fā)送程序

新型數(shù)據(jù)通信方式GSM-R手持終端的實(shí)現(xiàn)
圖3 中斷處理程序

采用緩沖加中斷的SPI發(fā)送方法,能夠高效地完成數(shù)據(jù)的收發(fā),提高M(jìn)CU的效率,具有以下優(yōu)點(diǎn):

l、采用兩個(gè)8字節(jié)的接收和發(fā)送緩沖器來(lái)提高M(jìn)CU的效率,如當(dāng)程序發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),如果SPI口不空閑,就將數(shù)據(jù)放入發(fā)送緩沖器中,MCU不必等待,可以繼續(xù)執(zhí)行其它工作。而SPI的硬件發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù)后,產(chǎn)生中斷,由中斷服務(wù)程序負(fù)責(zé)將發(fā)送緩沖器中的數(shù)據(jù)依次送出。

2、數(shù)據(jù)緩沖器結(jié)構(gòu)是一個(gè)線性的循環(huán)隊(duì)列,由讀、寫和隊(duì)列計(jì)數(shù)器3個(gè)指針控制,用于判斷隊(duì)列是否空、溢出,以及當(dāng)前數(shù)據(jù)在隊(duì)列中的位置。

3、由于在數(shù)據(jù)發(fā)送程序和中斷服務(wù)程序中都要對(duì)數(shù)據(jù)緩沖器的讀、寫和隊(duì)列計(jì)數(shù)器3個(gè)指針進(jìn)行判斷和操作,為了防止沖突,在數(shù)據(jù)發(fā)送程序中對(duì)3個(gè)指針操作時(shí)臨時(shí)將中斷關(guān)閉,提高了程序的可靠性。

5 結(jié)語(yǔ)

整個(gè)控制系統(tǒng)采用緩沖加中斷的SPI發(fā)送方法,使用兩個(gè)數(shù)據(jù)緩沖器,分別構(gòu)成循環(huán)隊(duì)列。這種程序設(shè)計(jì)思路,不但程序的結(jié)構(gòu)性完整,同時(shí)也解決了高速M(fèi)CU和低速串口之間的矛盾,實(shí)現(xiàn) 程序中任務(wù)的并行運(yùn)行,提高了MCU的運(yùn)行效率,同時(shí),這種程序設(shè)計(jì)的思路對(duì)編寫UART、I2C的串行通信接口程序都是非常好的借鑒。WT588D接收端反應(yīng)速度較快,整個(gè)語(yǔ)音信息從觸發(fā)到播放并發(fā)送BUSY反饋信號(hào)的時(shí)間不到5ms,能在速度上很好的迎合整套系統(tǒng)所追求的速率。在配套軟件方面,從語(yǔ)音編輯到下載語(yǔ)音工程,操作都趨向簡(jiǎn)易模式,不僅能很好的被資深設(shè)計(jì)者使用,而且也適合入門者做實(shí)驗(yàn)測(cè)試。

此內(nèi)容為AET網(wǎng)站原創(chuàng),未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。