语音芯片AP89010工作原理及其在POS系统中的应用

引言

POS是Point Of Sales的英文缩写，即销售点终端。它利用磁卡或IC卡作为支付手段，使用方便、快捷和安全，且附加了很多的统计功能。POS系统的应用，减少了现金的流通量，方便了银行及商户之间的结算、统计等，使持卡人的消费变成一种快乐的体验，提升了银行的服务质量与效率，提高了用户的信誉度。

传统金融POS，一般在酒店、商场、连锁超市等场合使用，不带语音功能。每次刷卡交易靠售货员人工提示客户，完成确认金额、输入密码等操作。

台湾Aplus公司生产的一次性编程语音芯片AP89010，控制简单、成本低。该方案很适合POS系统使用，可设计在POS主机或配套销售的密码键盘主机电路中。在成本增加不多的前提下，增加语音功能可以大大提高产品的定位和形象，增强其竞争力。

1 AP89010工作原理

语音芯片AP89010具有DIPl6和SOPl6两种封装。出于体积较小考虑，POS系统选用SOPl6封装，引脚定义如图1所示。



AP89010工作电压为2．6～3．3 V，静态耗电5μA，工作温度范围为一40～85℃。内部包含语音处理器、EPROM存储器、A／D转换器、D／A转换器、逻辑接口控制器、音频放大器、时钟振荡器等电路，完成从语音数据写入固化到语音高保真重放的全过程。外围电路一般只需要几个元件。AP89010支持PCM或ADPCM语音格式。可根据需要分为1～12组录放其语音，语音可录入时间最大为10 s(使用6 kHz 4位ADPCM译码器)。其语音录入需要在专门的计算机编程器上进行，一旦录入即成为固定数据，不能再更改或抹掉，永久保存。

器件各引脚功能如表1所列。



2 应用设计举例

作为POS系统中的一个子模块，语音芯片AP89010与主控MCU的逻辑框图如图3所示。


笔者设计的应用电路如图4所示。

2．1 AP89010的2种控制模式

AP89010芯片支持2种控制模式：按键触发模式和CPU并行触发模式。本例中采用CPU并行触发模式。AUDIO_S1、AUDIO_S2、AUDIO_S3、AUDIO_S4和AUDIO_SBT同主控MCU的GPIO口连接。

SBT作为触发信号，高电平选通播放。再通过分段控制S1～S4可选择触发12个不同的语音组，如表2所列。



软件可参考图5所示的时序进行控制。



AP89010最多允许录入124个语音片段，并最多允许组合成12个语音组。对于POS系统，可考虑表3和表4所列的语句组合。



语音源文件的采样率较高，音质效果相对好些，但会造成文件容量的增加。设计者需兼顾AP89010容量，控制在256 Kb以内。如果无法容纳，可以考虑选用Aplus公司同系列的AP89021芯片，内部EPROM容量为512 Kb。

语音源文件的录入，在调试阶段需用专门的编程器，配合PC端程序进行；量产阶段则可向供应商定制，在厂内一次性烧片，固化语音信息后再出货。

ROSC振荡电阻的取值，根据语音文件的采样频率而定，可从表5中查出。



本例中，采样频率为8 kHz，因此ROSC电阻(即R1)取200 kΩ。

2．2 AP89010的2种输出方式

AP89010芯片有2种输出方式：一种利用芯片VOUTl、VOUT2引脚直接驱动喇叭，但驱动能力较弱，只能选用小功率的喇叭；另一种利用芯片 COUT引脚电流放大输出，再外接三极管放大推动喇叭。本例中采用后者，驱动8 Ω、1W规格的喇叭。

COUT输出3 mA电流，BCP68T1三极管放大倍数hFE接近100，如图6所示。实际喇叭工作电流为三极管放大后的集电极电流Ic，根据ic=Ib·hFE，约为 300 mA。喇叭功率P=I2c·R，其中R为喇叭电阻8 Ω，可算出实际能驱动的喇叭功率为O．72W。电阻R2推荐为390Ω，根据实际情况调整为360Ω。



2．3 3种选择方式

OUTl、OUT2、OUT3可内部编程，作为IC工作状态的反馈信号，有表6所列的3种选择方式。



可用于LED灯，如闪烁则说明当前处于播放状态，不闪烁则说明播放完毕。也可连接MCU的GPIO口线，通过BUSY和STOP状态的读取，判断 AP89010是否处于播放状态，以便操作系统调度其他任务。本例中，仅采用OUTl驱动LED灯功能。当D1闪烁时，说明正在播放。

结语

笔者已在POS系统上调试验证了AP89010电路，并小批量生产，全部检验通过。总体来说，AP89010操作简便、音质逼真，该应用电路性能稳定、可靠性好。