新型数据通信方式GSM-R手持终端的实现
1 gsm-r手持终端功能概述
铁道部已确定以gsm-r系统作为中国铁路无线通信平台，因此，以gsm-r为平台建立综合无线通信系统，为gsm-r网络的各种作业提供无线通信手段和设备已迫在眉睫。
wt588d接收端反应速度较快，整个语音信息从触发到播放并发送busy反馈信号的时间不到5ms，能在速度上很好的迎合整套系统所追求的速率。在配套软件方面，从语音编辑到下载语音工程，操作都趋向简易模式，不仅能很好的被资深设计者使用，而且也适合入门者做实验测试。
gsm-r手持终端在编组站中有着特殊的应用。编组站的作业以小组为单位，完成调车、编组工作。小组的每位成员均配备gsm-r专业手持终端，并根据职务要求的不同，具有各自的功能。本文主要介绍语音回示功能的实现方式。调车长发出的调度指令种类是有限的，因此，gsm-r手持终端可以先预存相应指令的语音信息，然后根据收到的调度指令，播放出相应的语音。这个功能是编组站手持终端必备的功能，本文采用atmega48和wt588d语音芯片完成此功能，并采用一种全新的方法高效完成atmega48与wt588d语音芯片之间的通信与控制，完全发挥了atmega48高速的特点。
2 器件简述
本文采用wt588d语音芯片与atmega48之间的spi控制接口，完成所需要的语音回示功能。
atmega48是avr单片机的一个型号，avr内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与算术逻辑单元（alu）相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。它还废除了机器周期，采用精简指令集，以字作为指令长度单位，将内容丰富的操作数与操作码安排在一字之中，取指周期短，又可预取指令，实现流水作业，可高速执行指令。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的cisc微控制器最高至10倍的数据吞吐率。在软/硬件开销、速度、性能和成本诸多方面取得了优化平衡，是高性价比的单片机。
wt588d语音芯片采用语音数据直接在spi-flash存储器中存储的技术，下载速度快，并经过d/a转换后输出。因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声。功能多、音质好、应用范围广性能稳定是wt588d系列语音芯片的特长，弥补了以往各类语音芯片应用领域狭小的缺陷。能够完全取代isd1700、isd1425、isd4000、pm50等语音芯片。
wt588d系列语音芯片具有如下特点：变更语音内容简单，放音方便；高音质，声音自然；支持2m～64m的spi-flash内存，在6k采样下能达到2149s的放音；手动操作/微控制器控制兼容；放音时可用边沿触发或电平触发；可以循环放音；具有自动节电控制，节电时静态电流小于10ua；信息存储无需后背电源；最多可加载220段语音；pwm输出可直接推动0.5w/8ω扬声器；可重复擦除烧写10万次；放音可用单片机编程控制；单电源工作；模块封装（带flash存储器）为16脚、28脚嵌入式形式，芯片封装为dip18、ssop20和lqfp32形式。
wt588d voicechip 软件是根据wt588d 语音芯片特性开发出来的相对应配套软件。它很好的完成对wt588d 语音芯片各种控制模式程序的写入，当单片机口线不够可选用一线串口控制或spi串口控制，更有能够作为扩展单片机i/o口线的功能，非常适合在单片机场合下使用。软件还能完成语音的替换、组合，音频输出模式的设置等，而且操作界面简单，编辑过程方便。
3 硬件电路设计
wt588d的所有操作都由微控制器控制，操作命令可通过串行通信接口spi送入。spi 协议假定微控制器的spi移位寄存器在sclk的下降沿动作，因此对wt588d而言，在时钟上升沿锁存mosi引脚的数据。使用atmega48的spi接口直接控制wt588d，因此硬件设计相对比较简单。如图1所示。
atmega48作为spi主设备，wt588d作为spi从设备。atmega48通过/ss片选wt588d,mosi控制线向wt588d发送控制信息，播放相应的语音信息。当wt588d读到语音尾端时，会产生一个中断，atmega48接收此中断，播放下一段语音。
具体引脚连接如下：
1、atmega48的ss与wt588d的cs相连，当atmega48对wt588d进行操作时，选通此芯片。
2、atmega48的mosi与wt588d的data相连，进行数据的传输。
3、atmega48的sclk与wt588d的clk相连，提供串行数据的时钟。
4、atmega48的中断线与wt588d的busy相连，可以作为语音播放完毕的中断信号。
5、wt588d可以设置为dac（外接功放）输出或者pwm（直接驱动喇叭）输出，播放选中的语音信息。
4 软件实现
本文使用atmega48的spi接口直接控制wt588d，对其相应的地址进行读操作，完成选定语音的播放。spi收发程序往往是一段采用轮循方式完成收发的简单代码，也就是单片机通过mosi寄存器发送数据。同时根据查询mosi状态寄存器的状态来判断是否能发送下一个数据。在此过程中，单片机处于死等的状态，不能进行任何其它任务的执行。对于高速的avr来讲，采用这种方式大大降低了mcu的效率，无法发挥其高速、高效的特点。同时，由于atmega48在完成语音回示的同时，还需要完成语音通话、故障记录等功能，因此需要mcu能更高效地完成spi收发功能。
在使用atmega48时，根据芯片本身的特点（片内大容量ram，适合采用高级语言编写系统程序），使用了一种新的方法，采用接收和发送缓冲器加中断的方法，编写高效可靠的spi收发程序。
基本思路如下：
1、发送数据时，如果mosi数据寄存器为空，则直接将需要发送的数据填入mosi数据寄存器，由单片机自动完成数据的发送。
2、发送数据时，如果mosi数据寄存器不为空，也就是说有待发的数据，此时将需要发送的数据填入发送数据缓冲区（构建在atmega48的ram中）。单片机将数据置入发送缓冲区中，就算已经完成了数据的发送，可以执行别的指令，这样，充分发挥了其并行高速运行的特点。本文在中断处理程序中完成对发送缓冲区数据的处理。每次mosi数据寄存器数据发送完成，都会产生一个中断，因此当产生中断时，表明前一个数据已经发送完成，将待发的发送缓冲区数据置入mosi数据寄存器，进行数据的自动发送。
以下为spi数据发送程序和spi中断处理程序，流程分别如图2、图3所示。
图2 数据发送程序
图3 中断处理程序
采用缓冲加中断的spi发送方法，能够高效地完成数据的收发，提高mcu的效率，具有以下优点：
l、采用两个8字节的接收和发送缓冲器来提高mcu的效率，如当程序发送数据时，如果spi口不空闲，就将数据放入发送缓冲器中，mcu不必等待，可以继续执行其它工作。而spi的硬件发送完一个数据后，产生中断，由中断服务程序负责将发送缓冲器中的数据依次送出。
2、数据缓冲器结构是一个线性的循环队列，由读、写和队列计数器3个指针控制，用于判断队列是否空、溢出，以及当前数据在队列中的位置。
3、由于在数据发送程序和中断服务程序中都要对数据缓冲器的读、写和队列计数器3个指针进行判断和操作，为了防止冲突，在数据发送程序中对3个指针操作时临时将中断关闭，提高了程序的可靠性。
5 结语
整个控制系统采用缓冲加中断的spi发送方法，使用两个数据缓冲器，分别构成循环队列。这种程序设计思路，不但程序的结构性完整，同时也解决了高速mcu和低速串口之间的矛盾，实现 程序中任务的并行运行，提高了mcu的运行效率，同时这种程序设计的思路对编写uart、i2c的串行通信接口程序都是非常好的借鉴。
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3 硬件电路设计
wt588d的所有操作都由微控制器控制，操作命令可通过串行通信接口spi送入。spi 协议假定微控制器的spi移位寄存器在sclk的下降沿动作，因此对wt588d而言，在时钟上升沿锁存mosi引脚的数据。使用atmega48的spi接口直接控制wt588d，因此硬件设计相对比较简单。如图1所示。
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图2 数据发送程序
图3 中断处理程序
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l、采用两个8字节的接收和发送缓冲器来提高mcu的效率，如当程序发送数据时，如果spi口不空闲，就将数据放入发送缓冲器中，mcu不必等待，可以继续执行其它工作。而spi的硬件发送完一个数据后，产生中断，由中断服务程序负责将发送缓冲器中的数据依次送出。
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5 结语
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