基于FPGA自动解说系统的优化设计与实现

论文摘要

从以私有性和封闭性为特征的实物收藏，发展到公共性和开放性为特征的互动开放，博物馆的社会化不断加快，逐渐并成为拥有普遍群众基础的公众文化设施，而对于博物馆内的解说系统，是影响整个博物馆重要的因素之一。借用1984年美国博物馆界名著《MuseumsforaNewCentury》中对博物馆教育意义的描述，我们可以这样来形容博物馆的解说系统：若典藏品是博物馆的心脏，解说则是博物馆的灵魂[1]。同时博物馆界20多年来形成一个重要的共识，博物馆不仅要关心物，更要关心人，因为人的因素是衡量一个博物馆能否实现将藏品的价值和意义传达给参观者这一终极目标的最基本标准。博物馆的这种新动向在于人与物，人与人的交流，信息传达的桥梁。解说系统便是博物馆实现此功能的重要途径，它帮助游客了解特定的信息，进行信息的有效传递和沟通。自动解说系统改变了博物馆传统平面、静态形式的展览陈列方式，同时方便游客对展品内容的理解。本系统以红外收发技术、音频数据的压缩存储技术等集成于FPGA系列开发板上，能自动根据接收到的不同展品处的红外序列码来播放不同的语音段。本论文的主要目的是使游客得到每个展位、藏品的完整信息，协助游客了解博物馆内每个藏品历史和人文知识，提供一种使游客脱离解说员限制的自动解说设备。具体工作如下：1.查阅国内外有关自动解说机的相关产品资料，概括了现有的几种自动解说系统的工作模式和性能。2.学习FPGA开发板的应用语言和其工作原理，选用适合的开发版套装。设计自动解说系统的工作模块和主要开发内容。3.研究了红外通信的原理和方式。在FPGA开发板的基础上制作红外触发序列的外围接受模块，并根据使用的红外通信方式编写VerilogHDL语言。设计不同的红外触发序列来合理的配合工作模式的选择。4.研究FPGA开发板上音频芯片的工作原理和方式。语音信号传输几种不同的通信协议，选用合适的通信协议并根据此通信协议编写开发语言使其在语音芯片上正常传输并播放。5.研究了SD卡数据存储和读取的原理，将ADPCM数据压缩原理在SD卡的存储中得到应用，达到数据压缩的目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题研究背景
• 1.2 国内外自动解说产品的状况及趋势
• 1.3 本课题系统的研究内容和目标
• 1.4 章节安排
• 第2章 解说系统的硬件结构基础
• 2.1 系统的功能分析
• 2.2 系统的整体结构
• 2.3 硬件模块选择
• 2.3.1 FPGA控制模块
• 2.3.2 红外接收电路
• 2.3.3 语音播放电路
• 2.3.4 SD卡存储电路
• 第3章 自动解说系统各模块的方案设计
• 3.1 红外解码模块的设计
• 3.2 音频播放模块的设计
• 3.2.1 音频芯片的配置
• 3.2.2 音频芯片的数据传输
• 3.3 SD卡数据读写模块的设计
• 3.3.1 SPI数据通信接口模块
• 3.3.2 SD卡初始化控制器模块
• 3.3.3 SD卡读/写数据控制模块
• 3.3.4 读/写数据缓存模块
• 3.3.5 时钟分频模块
• 3.4 数据压缩存储模块的设计
• 第4章 系统的软件设计与实现
• 4.1 红外解码模块的软件设计与实现
• 4.2 音频数据播放模块的软件控制与实现
• 4.2.1 I2C数据总线传输规范
• 4.2.2 I2C数据总线的软件仿真与实现
• 4.2.3 I2S数据总线的软件仿真与实现
• 4.3 SD卡数据读写模块的软件实现
• 4.3.1 SPI接口的软件实现
• 4.3.2 SD卡初始化模块的软件实现
• 4.3.3 SD卡读写控制器的软件实现
• 4.3.4 读写数据缓存模块的实现
• 4.4 数据压缩存储模块的实现
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果