語音芯片AP89010工作原理及其在POS系統(tǒng)中的應用

引言

POS是Point Of Sales的英文縮寫，即銷售點終端。它利用磁卡或IC卡作為支付手段，使用方便、快捷和安全，且附加了很多的統(tǒng)計功能。POS系統(tǒng)的應用，減少了現金的流通量，方便了銀行及商戶之間的結算、統(tǒng)計等，使持卡人的消費變成一種快樂的體驗，提升了銀行的服務質量與效率，提高了用戶的信譽度。

傳統(tǒng)金融POS，一般在酒店、商場、連鎖超市等場合使用，不帶語音功能。每次刷卡交易靠售貨員人工提示客戶，完成確認金額、輸入密碼等操作。

臺灣Aplus公司生產的一次性編程語音芯片AP89010，控制簡單、成本低。該方案很適合POS系統(tǒng)使用，可設計在POS主機或配套銷售的密碼鍵盤主機電路中。在成本增加不多的前提下，增加語音功能可以大大提高產品的定位和形象，增強其競爭力。

1 AP89010工作原理

語音芯片AP89010具有DIPl6和SOPl6兩種封裝。出于體積較小考慮，POS系統(tǒng)選用SOPl6封裝，引腳定義如圖1所示。



AP89010工作電壓為2．6～3．3 V，靜態(tài)耗電<5μA，工作溫度范圍為一40～85℃。內部包含語音處理器、EPROM存儲器、A／D轉換器、D／A轉換器、邏輯接口控制器、音頻放大器、時鐘振蕩器等電路，完成從語音數據寫入固化到語音高保真重放的全過程。外圍電路一般只需要幾個元件。AP89010支持PCM或ADPCM語音格式。可根據需要分為1～12組錄放其語音，語音可錄入時間最大為10 s(使用6 kHz 4位ADPCM譯碼器)。其語音錄入需要在專門的計算機編程器上進行，一旦錄入即成為固定數據，不能再更改或抹掉，永久保存。

器件各引腳功能如表1所列。



2 應用設計舉例

作為POS系統(tǒng)中的一個子模塊，語音芯片AP89010與主控MCU的邏輯框圖如圖3所示。


筆者設計的應用電路如圖4所示。

2．1 AP89010的2種控制模式

AP89010芯片支持2種控制模式：按鍵觸發(fā)模式和CPU并行觸發(fā)模式。本例中采用CPU并行觸發(fā)模式。AUDIO_S1、AUDIO_S2、AUDIO_S3、AUDIO_S4和AUDIO_SBT同主控MCU的GPIO口連接。

SBT作為觸發(fā)信號，高電平選通播放。再通過分段控制S1～S4可選擇觸發(fā)12個不同的語音組，如表2所列。



軟件可參考圖5所示的時序進行控制。



AP89010最多允許錄入124個語音片段，并最多允許組合成12個語音組。對于POS系統(tǒng)，可考慮表3和表4所列的語句組合。



語音源文件的采樣率較高，音質效果相對好些，但會造成文件容量的增加。設計者需兼顧AP89010容量，控制在256 Kb以內。如果無法容納，可以考慮選用Aplus公司同系列的AP89021芯片，內部EPROM容量為512 Kb。

語音源文件的錄入，在調試階段需用專門的編程器，配合PC端程序進行；量產階段則可向供應商定制，在廠內一次性燒片，固化語音信息后再出貨。

ROSC振蕩電阻的取值，根據語音文件的采樣頻率而定，可從表5中查出。



本例中，采樣頻率為8 kHz，因此ROSC電阻(即R1)取200 kΩ。

2．2 AP89010的2種輸出方式

AP89010芯片有2種輸出方式：一種利用芯片VOUTl、VOUT2引腳直接驅動喇叭，但驅動能力較弱，只能選用小功率的喇叭；另一種利用芯片 COUT引腳電流放大輸出，再外接三極管放大推動喇叭。本例中采用后者，驅動8 Ω、1W規(guī)格的喇叭。

COUT輸出3 mA電流，BCP68T1三極管放大倍數hFE接近100，如圖6所示。實際喇叭工作電流為三極管放大后的集電極電流Ic，根據ic=Ib·hFE，約為 300 mA。喇叭功率P=I2c·R，其中R為喇叭電阻8 Ω，可算出實際能驅動的喇叭功率為O．72W。電阻R2推薦為390Ω，根據實際情況調整為360Ω。



2．3 3種選擇方式

OUTl、OUT2、OUT3可內部編程，作為IC工作狀態(tài)的反饋信號，有表6所列的3種選擇方式。



可用于LED燈，如閃爍則說明當前處于播放狀態(tài)，不閃爍則說明播放完畢。也可連接MCU的GPIO口線，通過BUSY和STOP狀態(tài)的讀取，判斷 AP89010是否處于播放狀態(tài)，以便操作系統(tǒng)調度其他任務。本例中，僅采用OUTl驅動LED燈功能。當D1閃爍時，說明正在播放。

結語

筆者已在POS系統(tǒng)上調試驗證了AP89010電路，并小批量生產，全部檢驗通過?？傮w來說，AP89010操作簡便、音質逼真，該應用電路性能穩(wěn)定、可靠性好。