鐵道部已確定以GSM-R系統(tǒng)作為中國鐵路無線通信平臺,，因此,，以GSM-R為平臺建立綜合無線通信系統(tǒng),，為GSM-R網(wǎng)絡(luò)的各種作業(yè)提供無線通信手段和設(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,。本文主要介紹語音回示功能的實現(xiàn)方式,。調(diào)車長發(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)指令的語音信息,，然后根據(jù)收到的調(diào)度指令，播放出相應(yīng)的語音,。這個功能是編組站手持終端必備的功能,，本文采用ATMEGA48和WT588D語音芯片完成此功能，并采用一種全新的方法高效完成ATMEGA48與WT588D語音芯片之間的通信與控制,，完全發(fā)揮了ATMEGA48高速的特點,。

2 器件簡述

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

ATMEGA48是AVR單片機的一個型號,，AVR內(nèi)核具有豐富的指令集和32個通用工作寄存器。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時鐘周期內(nèi)同時訪問兩個獨立的寄存器,。它還廢除了機器周期，采用精簡指令集，以字作為指令長度單位,，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,，是高性價比的單片機。

WT588D語音芯片采用語音數(shù)據(jù)直接在SPI-Flash存儲器中存儲的技術(shù),，下載速度快,，并經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后輸出。因此能夠非常真實,、自然地再現(xiàn)語音,、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系列語音芯片的特長,，彌補了以往各類語音芯片應(yīng)用領(lǐng)域狹小的缺陷,。能夠完全取代ISD1700、ISD1425,、ISD4000,、PM50等語音芯片。

WT588D系列語音芯片具有如下特點：變更語音內(nèi)容簡單,，放音方便,；高音質(zhì)，聲音自然,；支持2M～64M的SPI-Flash內(nèi)存,，在6K采樣下能達到2149S的放音；手動操作/微控制器控制兼容,；放音時可用邊沿觸發(fā)或電平觸發(fā),；可以循環(huán)放音；具有自動節(jié)電控制,，節(jié)電時靜態(tài)電流小于10uA,；信息存儲無需后背電源；最多可加載220段語音；PWM輸出可直接推動0.5W/8Ω揚聲器,；可重復(fù)擦除燒寫10萬次,；放音可用單片機編程控制；單電源工作,；模塊封裝（帶FLASH存儲器）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 語音芯片特性開發(fā)出來的相對應(yīng)配套軟件。它很好的完成對WT588D 語音芯片各種控制模式程序的寫入,，當單片機口線不夠可選用一線串口控制或SPI串口控制,，更有能夠作為擴展單片機I/O口線的功能，非常適合在單片機場合下使用,。軟件還能完成語音的替換,、組合，音頻輸出模式的設(shè)置等,，而且操作界面簡單，編輯過程方便,。

3 硬件電路設(shè)計

WT588D的所有操作都由微控制器控制,，操作命令可通過串行通信接口SPI送入。SPI 協(xié)議假定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK的下降沿動作,，因此對WT588D而言,，在時鐘上升沿鎖存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)計相對比較簡單,。如圖1所示。

數(shù)據(jù)通信方式GSM-R手持終端的實現(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/SS片選WT588D,MOSI控制線向WT588D發(fā)送控制信息，播放相應(yīng)的語音信息,。當WT588D讀到語音尾端時,，會產(chǎn)生一個中斷，ATMEGA48接收此中斷,，播放下一段語音,。

具體引腳連接如下：

1、ATMEGA48的SS與WT588D的CS相連,，當ATMEGA48對WT588D進行操作時,，選通此芯片。

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

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

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

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

4 軟件實現(xiàn)

本文使用ATMEGA48的SPI接口直接控制WT588D，對其相應(yīng)的地址進行讀操作,，完成選定語音的播放,。SPI收發(fā)程序往往是一段采用輪循方式完成收發(fā)的簡單代碼，也就是單片機通過MOSI寄存器發(fā)送數(shù)據(jù),。同時根據(jù)查詢MOSI狀態(tài)寄存器的狀態(tài)來判斷是否能發(fā)送下一個數(shù)據(jù),。在此過程中，單片機處于死等的狀態(tài),，不能進行任何其它任務(wù)的執(zhí)行,。對于高速的AVR來講，采用這種方式大大降低了MCU的效率,，無法發(fā)揮其高速,、高效的特點。同時,，由于ATMEGA48在完成語音回示的同時,，還需要完成語音通話、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，根據(jù)芯片本身的特點（片內(nèi)大容量RAM,，適合采用高級語言編寫系統(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,，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,，由單片機自動完成數(shù)據(jù)的發(fā)送。

2,、發(fā)送數(shù)據(jù)時,，如果MOSI數(shù)據(jù)寄存器不為空，也就是說有待發(fā)的數(shù)據(jù),，此時將需要發(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)揮了其并行高速運行的特點,。本文在中斷處理程序中完成對發(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，都會產(chǎn)生一個中斷,，因此當產(chǎn)生中斷時,，表明前一個數(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,，進行數(shù)據(jù)的自動發(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,。

圖2 數(shù)據(jù)發(fā)送程序

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MCU的效率，具有以下優(yōu)點：

l,、采用兩個8字節(jié)的接收和發(fā)送緩沖器來提高MCU的效率,，如當程序發(fā)送數(shù)據(jù)時，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)送完一個數(shù)據(jù)后,，產(chǎn)生中斷，由中斷服務(wù)程序負責將發(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)是一個線性的循環(huán)隊列，由讀,、寫和隊列計數(shù)器3個指針控制,，用于判斷隊列是否空,、溢出，以及當前數(shù)據(jù)在隊列中的位置,。

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

5 結(jié)語

整個控制系統(tǒng)采用緩沖加中斷的SPI發(fā)送方法,，使用兩個數(shù)據(jù)緩沖器，分別構(gòu)成循環(huán)隊列,。這種程序設(shè)計思路,，不但程序的結(jié)構(gòu)性完整，同時也解決了高速MCU和低速串口之間的矛盾,，實現(xiàn) 程序中任務(wù)的并行運行,，提高了MCU的運行效率，同時,，這種程序設(shè)計的思路對編寫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,，整個語音信息從觸發(fā)到播放并發(fā)送BUSY反饋信號的時間不到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,，從語音編輯到下載語音工程,，操作都趨向簡易模式，不僅能很好的被資深設(shè)計者使用,，而且也適合入門者做實驗測試,。