電子信息工程畢業(yè)設(shè)計（論文）公交車報站器的設(shè)計含程序

1、全套全套 protel 程序，翻譯，答辯，開題報告，加程序，翻譯，答辯，開題報告，加153893706山東理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）畢業(yè)設(shè)計（論文）題題 目目：公交車報站器的設(shè)計 申請山東理工大學(xué)工學(xué)學(xué)士學(xué)位論文學(xué) 院： 電氣與電子工程學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 畢業(yè)設(shè)計（論文）時間：二 七年三月五日六月十八 日 共十六周摘 要摘 要近年來，gps(global positioning system)全球定位系統(tǒng)在各種行業(yè)，特別是車輛監(jiān)控與定位系統(tǒng)的應(yīng)用中蓬勃發(fā)展。隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，對公交運(yùn)輸也提出更高的要求。隨著我國各大城市公交公司的人員精減，目前各公交公司都在每

2、輛公交車上只配備了一個司機(jī)，進(jìn)行無人售票。為了公交系統(tǒng)的安全考慮，目前迫切需要智能化、自動化的公交語音報站系統(tǒng)。本次設(shè)計的公交車報站器是以凌陽十六位單片機(jī) spce061a 為控制核心，結(jié)合 gps 全球定位系統(tǒng)，對車輛的運(yùn)行狀態(tài)（位置、方向、速度、時間等）進(jìn)行實(shí)時采集，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，當(dāng)車輛達(dá)到預(yù)定位置時，通過凌陽單片機(jī)語音功能進(jìn)行播報站名、音樂、廣告、提示語、時間等信息，并在 led 點(diǎn)陣上顯示，實(shí)現(xiàn)全自動報站功能，當(dāng) gps 信號遇外界影響時，還可通過鍵盤操作進(jìn)行手動報站功能。此外，利用 spr4096 模組存儲大量的語音素材，使報站器更人性化。該報站器不僅可以提供自動報站，而且對公交車

3、的行車安全提供了一定的保障。且不僅可以應(yīng)用到公交車上，還可以應(yīng)用到火車及長途汽車上，結(jié)合led 點(diǎn)陣進(jìn)行報站顯示，提供車上的宣傳用語及車廂廣告等文字服務(wù)。關(guān)鍵詞：自動報站，gps，凌陽單片機(jī)abstractiiabstractsince recent years, gps (global positioning system) has vastly been used and developed in every industry, especially in the vehicle-monitoring and positioning system. with the sustained g

4、rowing of the economy, the demand to the bus transportation is increasing too. nowadays the bus company allocates only one driver on every bus because of the cutting of the whole industry. considering the safe of the bus industry, it urgently needs an intelligent; automate voice-broadcast system for

5、 bus transport.voice-broadcast equipment for bus in this design gather parameters(such as location, direction, velocity, time) of the bus in real time and then analyze the data the design uses sunplus mcu as its core, which integrates gps as part of it. when the bus reaches one location, it takes ad

6、vantage of the voice function of sunplus mcu and led matrix screen when it broadcasts and displays the location name, music, ad, note, time and other information automatically. when the signal of gps being affected by the outer factor, we can handle it by manual operation. in addition, we can make i

7、t more humanization by making good use of great wave materials it stores.this equipment not only provides the service of auto-broadcast, but also guarantees the safe of the bus. it applies the bus as well as the train and the coach. it provides promotional speech and advertisement on the vehicle ass

8、ociate with led matrix screen.key words: automatic bus-stop announcer, gps, sunplus mcu目 錄iii目 錄摘 要.abstract（英文摘要）.目 錄.iii第一章 緒論.11.1 公交車報站器近年來國內(nèi)外的研制狀況.11.2 主要設(shè)計內(nèi)容.21.3 設(shè)計技術(shù)指標(biāo)與參數(shù).2第二章 設(shè)計方案及論證.42.1 公交車報站器的硬件框圖.42.2 公交車報站器工作流程及各部分功能.52.3 設(shè)計方案的可行性分析和預(yù)期目標(biāo).5第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計.73.1 spce061a 單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計 .73.1.1 spce

9、061a 單片機(jī)簡介 .73.1.2 spce061a 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計 .93.1.3 spce061a 單片機(jī)電源設(shè)計 .103.2 led 點(diǎn)陣顯示電路設(shè)計.103.2.1 led 點(diǎn)陣掃描原理 .113.2.2 spce061a 實(shí)現(xiàn)點(diǎn)陣顯示方案 .113.2.3 led 點(diǎn)陣顯示電路設(shè)計 .123.3 音頻輸出電路設(shè)計.143.4 鍵盤電路設(shè)計.143.5 spr4096 模組設(shè)計.153.5.1 spr4096 芯片簡介 .163.5.2 spr4096 硬件連接框圖 .163.5.3 spr4096 模組電路原理圖 .163.6 gps 接收電路設(shè)計 .17目 錄iv3.6.1

10、 gps 系統(tǒng)組成 .173.6.2 gps 基本工作原理 .193.6.3 gps 器件的選擇 .203.6.4 garmin gps 25lp 的引腳排列和說明 .213.6.5 garmin gps 25lp 的輸入輸出語句格式 .23第四章 系統(tǒng)數(shù)據(jù)的壓縮與處理.264.1 數(shù)據(jù)的壓縮與預(yù)存.264.1.1 凌陽音頻的壓縮與存儲 .264.1.1 顯示文字信息的壓縮與存儲 .274.1.3 定位信息的壓縮與存儲 .274.2 gps 距離差距的處理與識別 .284.3 公交車運(yùn)行狀態(tài)分析與處理.28第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計.305.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計.315.2 初始化程序設(shè)計.325.3

11、 播放語音程序設(shè)計.335.4 led 點(diǎn)陣顯示程序的設(shè)計.345.5 時間的更新與設(shè)置程序設(shè)計.355.6 gps 自動報站程序 .375.7 程序清單.40第六章 系統(tǒng)可靠性設(shè)計和誤差分析.436.1 系統(tǒng)可靠性設(shè)計.436.2 gps 誤差源的分析 .436.3 車輛行進(jìn)中產(chǎn)生的偏差.44第七章 結(jié)論及展望.45參考文獻(xiàn).46致謝.47附錄 電路原理圖.48第一章 緒論- 1 -第一章 緒論城市公共交通是城市建設(shè)和發(fā)展的重要組成部分，是影響國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的具有全局性、先導(dǎo)性的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，加快城市公共交通事業(yè)的發(fā)展，也是加快城市化進(jìn)程的一項(xiàng)重要內(nèi)容。隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，公交系統(tǒng)也日新

12、月異，目前各公交公司都在每部公交車上只配備了一個司機(jī)，進(jìn)行無人售票，報站也由原來的由隨車售票員報站改為由司機(jī)按鍵報站了。但是由于公交司機(jī)又要開車，又要兼顧按鍵報站，所以常常出現(xiàn)誤報、漏報等現(xiàn)象，不能夠滿足公交系統(tǒng)的要求；另一方面，由于司機(jī)開車時為報站分散精力，也對公交的安全運(yùn)行埋下了隱患。因此，對智能化、自動化的公交語音報站系統(tǒng) 的需求也日益強(qiáng)烈。應(yīng)用自動報站系統(tǒng)即可以節(jié)省員工開支，增強(qiáng)公司效益，又可以利用報站器播報標(biāo)準(zhǔn)的普通話站名，使各城市更利于交流和發(fā)展。利用全球定位系統(tǒng)進(jìn)行公交車自動報站系統(tǒng)是近幾年的一個熱門課題。gps 衛(wèi)星定位語音報站系統(tǒng)具有定位精度高、語音自動播報等特點(diǎn)。此系統(tǒng)設(shè)計

13、要求車輛的定位精度要高于 60m，每臺公交車報站器的成本價格不能高于1000 元。自動報站要適合全國各大城市使用，如遇外界影響 gps 信號還可恢復(fù)成手動操作進(jìn)行報站。本次設(shè)計的目標(biāo)是利用現(xiàn)有的 gps 系統(tǒng)結(jié)合凌陽單片機(jī)語音技術(shù)研制一套車輛自動報站的系統(tǒng)，包括系統(tǒng)的軟件與硬件，要求系統(tǒng)具有建設(shè)費(fèi)用少、維護(hù)費(fèi)用低、定位精度高等特點(diǎn)。系統(tǒng)的研究內(nèi)容包括：車輛定位系統(tǒng)的軟件與硬件的設(shè)計與制作，即結(jié)合 gps 和凌陽單片機(jī)，對 gps 接收機(jī)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)合 led 點(diǎn)陣顯示和 spce061a 的語音播報功能，并使用控制鍵盤電路來實(shí)現(xiàn)報站器的全自動報站和手動報站的功能，以及系統(tǒng)的整體測試與

14、實(shí)際運(yùn)行。1.1 公交車報站器近年來國內(nèi)外的研制狀況近些年來，公交車自動報站器的設(shè)計主要是為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)人工語音報站的落后方式，能夠在進(jìn)站、出站時自動播報站名及服務(wù)用語，為市民提供更人性第一章 緒論- 2 -化，更完善的服務(wù)。目前語音報站器技術(shù)主要有以下幾種：一般語音報站器,到站前由乘務(wù)人員按進(jìn)站按鈕開始報站，出站時由乘務(wù)人員按下出站按鈕，開始預(yù)報下站的站名，通過序號來記錄各個站點(diǎn)；第二種是門控語音報站器，將開門、關(guān)門時轉(zhuǎn)換信號和語音報站器連接，開門和關(guān)門時自動報站；第三種是無線信標(biāo)語音報站器，它是在每個公交車站點(diǎn)設(shè)置發(fā)射信標(biāo)點(diǎn)，公交車臨近到站點(diǎn)左右會收到信標(biāo)信號，開始自動報站，出站后信號消失，

15、開始預(yù)報下一站，此報站器報站準(zhǔn)確，但需要為每個站點(diǎn)組建無線發(fā)射信標(biāo)，建設(shè)復(fù)雜、費(fèi)用高，大部分站點(diǎn)無電源供應(yīng)，公交車數(shù)量多時存在頻率干擾問題，且較嚴(yán)重，用戶修改站點(diǎn)非常不方便，系統(tǒng)維護(hù)成本高；第四種就是 gps 自動語音報站器，此報器是在公交車上安裝 gps 自動語音報站器，自動識別站點(diǎn)并報告站點(diǎn)信息。由于報站精準(zhǔn)，無須人工操作，無須建設(shè)任何車外設(shè)施，被廣泛使用。1.2 主要設(shè)計內(nèi)容公交車報站器的設(shè)計包括以下設(shè)計內(nèi)容：1可以完整地播報一條公交線路的站名，包括上行線路與下行線路。2使用凌陽 spce061a 單片機(jī)進(jìn)行語音播報，利用 spr4096 模組存儲大量的語音素材，使報站器更人性化。3可以

16、在 led 點(diǎn)陣顯示屏上顯示時間、日期、報站信息、提示語和廣告。4有手動按鍵報站和自動報站兩種報站方式。5采用 gps 衛(wèi)星定位技術(shù)，自動、準(zhǔn)確地播報站名、服務(wù)用語、廣告等。1.3 設(shè)計技術(shù)指標(biāo)與參數(shù)主要技術(shù)指標(biāo)如下：1要求設(shè)置多個功能按鍵，以便在 gps 信號受到外界干擾時報站器能夠第一章 緒論- 3 -正常工作。2使用 16128 的 led 點(diǎn)陣，可以同時顯示 8 個漢字。3利用 spr4096(512k8bits bus flash)模組擴(kuò)展存儲空間。4gps 定位精度在 60m 以內(nèi)。5電源為 5v 直流。第二章 設(shè)計方案及論證- 4 -第二章 設(shè)計方案及論證隨著 gps 衛(wèi)星定位技

17、術(shù)的成熟，定位的精度與穩(wěn)定性的提高，使得利用衛(wèi)星定位進(jìn)行車輛自動報站成為可能。通過查閱有關(guān)資料，分析近年來國內(nèi)外電公交車報站器的發(fā)展及實(shí)際應(yīng)用情況，本設(shè)計中采用了手動按鍵報站和全自動報站兩種工作方式，由凌陽單片機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析，控制顯示屏顯示和語音播報，來實(shí)現(xiàn)公交車報站器的功能設(shè)計。2.1 公交車報站器的硬件框圖圖 2-1 所示為公交車報站器的硬件框圖，主要由凌陽 spce061a 單片機(jī)、gps 信號接收電路、spr4096 存儲電路、led 點(diǎn)陣顯示電路、音頻輸出電路和鍵盤控制電路組成。音頻輸出電路gps 接收機(jī)控制鍵盤led 點(diǎn)陣顯示屏spr4096 凌陽單片機(jī)電 源圖 2-1 公

18、交車報站器設(shè)計方框圖第二章 設(shè)計方案及論證- 5 -2.2 公交車報站器工作流程及各部分功能工作流程：首先將站名信息、提示信息和廣告信息存入凌陽單片機(jī)系統(tǒng)的外擴(kuò)存儲器中，凌陽單片機(jī)上電工作后首先檢查是全自動報站工作方式還是手動按鍵報站工作方式，手動按鍵方式則由鍵盤直接控制顯示和語音播報。當(dāng)系統(tǒng)工作在全自動報站方式時，凌陽單片機(jī)接收 gps 的信息，其中包括時間、地理位置、速度和方向等信息，gps 通信遵循 nmea0138 協(xié)議，凌陽單片機(jī)按照協(xié)議提取有用信息，根據(jù)公交車的實(shí)時運(yùn)行信息，進(jìn)行上行、下行判斷，并準(zhǔn)確播報報站信息、廣告及提示語，在 led 點(diǎn)陣顯示屏顯示，并通過揚(yáng)聲器播放出來。凌陽

19、 spce061a 單片機(jī)：是整個系統(tǒng)的控制核心，主要是接收 gps 信息和鍵盤控制電路發(fā)出的控制指令，對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析處理，然后控制顯示屏幕顯示和語音的播報。由于 spce061a 內(nèi)部集成了 d/a 轉(zhuǎn)換器，不需任何語音芯片就可直接實(shí)現(xiàn)語音播報功能。gps 接收部分：捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行，對所接收到的 gps 信號進(jìn)行變換、放大和處理，以便測量出 gps 信號從衛(wèi)星到接收機(jī)天線的傳播時間，解譯出 gps 衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實(shí)時地計算出測站的三維位置，以及速度、時間、航向等定位信息。點(diǎn)陣顯示部分：采用 led 點(diǎn)陣顯示形式，利用單片機(jī)對

20、其逐點(diǎn)掃描，實(shí)現(xiàn)報站信息和廣告的顯示。單片機(jī)外部擴(kuò)展部分：主要是按鍵和 spr4096 模組，按鍵主要是實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的人為控制。spr4096 模組主要是為了擴(kuò)展單片機(jī)的存儲空間，以便存儲大量的語音素材，使報站器更人性化。2.3 設(shè)計方案的可行性分析和預(yù)期目標(biāo)凌陽 spce061a 單片機(jī)最高可工作在 49mhz 的主頻下，較高的處理速度第二章 設(shè)計方案及論證- 6 -使 nsp 能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號，并且內(nèi)置 a/d、d/a轉(zhuǎn)換器，這使得 spce061a 具有靈活的語音處理能力，可以很容易的實(shí)現(xiàn)語音播報功能。spce061 還具有 32 位通用可編程輸入/輸出端口，一個通

21、用串口，有多達(dá)十四個中斷源等豐富的片內(nèi)資源，可擴(kuò)展鍵盤和 spr4096 模組，實(shí)現(xiàn)led 點(diǎn)陣顯示。gps 接收機(jī)選用單點(diǎn)模式產(chǎn)品 garmin gps 25lp 集成芯片，它的價格相對便宜，而且速度限制為 515m/s，加速度限制為 6g，位置精度為 15m，可以提供位置、時間、航向等數(shù)據(jù)，滿足車載要求，并且能夠達(dá)到設(shè)計的技術(shù)指標(biāo)。該設(shè)計方案從理論上符合實(shí)際運(yùn)行的要求，工作原理可行，各單元電路采用模塊化設(shè)計，實(shí)用性強(qiáng)，易檢修，若能用于實(shí)際應(yīng)該對公交行業(yè)提供較好的技術(shù)支持。設(shè)計的預(yù)期目標(biāo)：全面了解 gps 接收原理和凌陽單片機(jī)的開發(fā)設(shè)計流程，按照任務(wù)書的設(shè)計要求，結(jié)合公交車報站器運(yùn)行的實(shí)際情

22、況，力求從理論上研究出更先進(jìn)、實(shí)用、廉價的公交車報站器，爭取設(shè)計出實(shí)物。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計- 7 -第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計公交車報站器硬件電路包括：凌陽 spce061a 單片機(jī)、gps 信號接收電路、spr4096 存儲電路、led 點(diǎn)陣顯示電路、音頻輸出電路和鍵盤控制電路組成。3.1 spce061a單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計本設(shè)計中采用了凌陽 16 位單片機(jī) spce061a 作為控制芯片，cpu 最高可工作在 49mhz 的主頻下，較高的處理速度使 nsp 能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號，這使得 spce061a 具有靈活的語音處理能力，是適用于有數(shù)字語音功能的應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品的一種經(jīng)濟(jì)

23、的選擇。3.1.1 spce061a單片機(jī)簡介spce061a 是繼 nsp系列產(chǎn)品 spce500a 等之后凌陽科技推出的又一款 16 位結(jié)構(gòu)的微控制器。與 spce500a 不同的是，在存儲器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以及便于程序調(diào)試等功能。spce061a 的主要性能特點(diǎn)是：采用 16 位 nsp微處理器，工作電壓(cpu) vdd 為 2.43.6v，(i/o)vddh 為 2.45.5v，當(dāng)系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時鐘處于停止?fàn)顟B(tài))，耗電僅為 2a3.6v，cpu 時鐘為 0.32mhz49.152mhz，內(nèi)嵌 32k 字（word）閃存（flash），2k 字（word）sra

24、m，內(nèi)置十位adc、dac，可編程音頻處理，2 個 16 位可編程定時器/計數(shù)器，32 位通用可編程輸入/輸出端口，1 個 uart 和 sio 接口，有多達(dá)十四個中斷源等豐富的片內(nèi)資源，同時還具備觸鍵喚醒、在線仿真、文件保密、watchdog 等功能。spce061a 有兩種封裝模式，一種為 84 個引腳，plcc84 封裝形式；另一種為 80 個引腳，lqfp80 封裝。本系統(tǒng)中采用 plcc84 封裝，在 plcc84 封裝中，有 15 個空余腳，用戶使用時這 15 個空余腳懸浮。在 lqfp80 封裝中有 9個空余腳，用戶使用時這 9 個空余腳接地。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計- 8 -spc

25、e061a 的結(jié)構(gòu)如圖 3-1 所示：16 位微控制器 nspiceflashram雙 16 位定時器/計數(shù)器時基中斷控制器鎖相環(huán)振蕩器cpu 時鐘實(shí)時時鐘7 通道 10adc單通道 adc+agc雙通道 10 位 dac串行輸入輸出接口32 管腳的通用輸入輸出管腳低電壓檢測/低電壓復(fù)位watchdog串行異步通信接口iob7(rxd)iob10(txd)iob0(sck)iob1(sda)ioa150iob150aud2mic_inaud1ice_enice_sckice_sdaxi/rvcpxo圖3-1 spce061a的結(jié)構(gòu)根據(jù)公交車報站器的硬件設(shè)計要求，對 spce061a 單片機(jī)的硬

26、件資源分配見表 3-1。表3-1 硬件資源分配表watchdog使用，復(fù)位時間：0.75s。ioa7ioa0 用于 led 點(diǎn)陣的八位列控制線。ioa11ioa8 用于 led 點(diǎn)陣的頁控制線。ioa 口ioa15ioa12 用于 led 點(diǎn)陣的行控制線。iob0 用于 spr4096 的 sck 信號。iob1 用于 spr4096 的 sdk 信號。iob10 用于通用串口 tx。iob7 用于通用串口 rx。iob 口iob3、iob4、iob5、iob6、iob8、iob9、iob11、iob12 接鍵盤。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計- 9 -timer 使用情況timera 放音時使用。da

27、c音頻輸出。fiq_timera 中斷用于放音。irq4_4khz 中斷驅(qū)動刷新 led 點(diǎn)陣。irq5_4khz 中斷在設(shè)置時間時的閃爍效果。中斷使用情況irq6_tmb(128hz)中斷掃描鍵盤。3.1.2 spce061a 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計最小系統(tǒng)接線如圖 3-2 所示，在 osco、osci 端接上晶振及諧振電容，在鎖相環(huán)壓控振蕩器的阻容輸入 vcp 端接上相應(yīng)的電容電阻后即可工作，其他不用的電源端和地端接上 0.1f 的去耦電容提高抗干擾能力。圖 3-2 spce061a 最小系統(tǒng)原理圖61_sck_iob061_sda_iob1iob3ioa5ioa0iob5ioa 12ioa4

28、ice _sdaiob 15av ss 1ice _sckvcpioa 14ioa8vddhioa1vcmiob9avss1iob4vddhiob 12iob 13op ivdd_pslee pioa 11ag cioa 10iob 14vrtioa3iob7_rxioa 9ioa6ioa2micpvref2iob6iob 11ioa 15ice _enav ss 1iob2vs sioa 13ioa7mico utvs svssvm icvssvddhda c1da c2da cmicnvs svdd_avs svs svddvs sc119104c115104c106104c118104c

29、101104osc32o12osc32i13xte st14vdd15xice16xiceclk17xicesda18vss19pvin20dac121dac222vref223vss24agc25opi26micout27micn28pfuse29micp33vcm34vrtpad35vdd36vmic37vss38ioa041ioa142ioa243ioa344ioa445ioa546ioa647ioa748vss49vss50vddh51vddh52ioa853nc39nc40nc30nc31nc32ioa954ioa1055ioa1156ioa1257ioa1358ioa1459ioa

30、1560xromt61vss62xsl eep63iob1564iob1465iob1366iob1267iob1168pvpp69vddh75iob1076iob977nc70nc71nc72nc73nc74iob878iob779iob680iob581iob41iob32iob23nc82nc83nc84iob14iob05xresb6vdd7vcp8vss9nc10nc11u101vddvsss0c111104vssav ss 1c107104y10132768c10320pc10420pvcpvs sc1093300pc110104r1024.7kc1021.0ufr10110kc1

31、05100uc108100ufc116100ufc114100ufc120100ufxresb2xre sb2iob8iob10_tx第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計- 10 -vdd_pvddh3vddvdd_avs sav ss 1av ss 2vs s12vd501 1n400412vd502 1n4004vi2gnd1vo3u501spy0029c504104c50210412j502con25vso t-89+-5vvddh3vddh123j501con35vc501220ufc503220uf3.3v3.1.3 spce061a 單片機(jī)電源設(shè)計圖 3-3 是 spce061a 單片機(jī)的電源電路

32、，spce061a 的工作電壓要求為3.3v，而 i/o 端口的電壓可以選擇 3.3v 也可以選擇 5v。所以，在電路設(shè)計上具有兩種工作電壓：5v 和 3.3v。對應(yīng)的 spce061a 引腳中 15、36 和 7 必須為3.3v,對于 i/o 端口的電平參考引腳 51、52、75 可以為 3.3v 也可以是 5v，這兩種電平的選擇通過跳線 j501 來選擇。圖 3-3 spce061a 電源電路原理圖spy0029 是凌陽公司設(shè)計的電壓調(diào)整 ic，采用 cmos 工藝。spy0029 具有靜態(tài)電流低、驅(qū)動能力強(qiáng)、線性調(diào)整出色等特點(diǎn)。圖 3-3 圖中的 vddh 為 spce061a 的 i/

33、o 電平參考，接 spce061a 的51、52、75 腳；vddp 為 pll 鎖相環(huán)電源，接 spce061a 的 7 腳；vdd 和vdda 分別為數(shù)字電源與模擬電源，分別接 spce061a 的 15 腳和 36 腳；avss1 是模擬地，接 spce061a 的 24 腳；vss 是數(shù)字地，接 spce061a 的 38腳；avss2 接音頻輸出電路的 avss2。3.2 led點(diǎn)陣顯示電路設(shè)計led(light emitting diode 發(fā)光二極管)電子顯示屏是由發(fā)光二極管排列組成的顯示器件，它采用低電壓掃描驅(qū)動，具有：耗電少、使用壽命長、成本低、亮度高、故障少、發(fā)熱量少、單色

34、發(fā)光、反應(yīng)速率快、耐沖撞、機(jī)械特性好、體積小、視角大、可視距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于汽車、通訊新產(chǎn)品、資訊新產(chǎn)品、消費(fèi)性新產(chǎn)品、交通信號標(biāo)志及大型資訊顯示屏等方面。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計- 11 -本次設(shè)計采用可 8 個 1616 型的 led 點(diǎn)陣，整個顯示屏共 16 路行線和128 路列線，可以同時顯示 8 個漢字。3.2.1 led 點(diǎn)陣掃描原理本系統(tǒng)中的 led 點(diǎn)陣屏采用動態(tài)掃描的方式顯示，即逐行掃描，工作時先將一行點(diǎn)陣字模文件通過列輸出，然后運(yùn)用譯碼器選中對應(yīng)行，使該行得以顯示，接著再送下一行數(shù)據(jù)，再選中下一行有效，直到 16 行全被掃描一遍。至此，一幅完整的文字信息就顯現(xiàn)出來。然后在

35、多次掃描這 16 行直至顯示新的信息。采用這種方式的優(yōu)點(diǎn)是耗電少，成本低，壽命長，但是也存在顯示亮度及內(nèi)容顯示穩(wěn)定的問題。根據(jù)視覺滯留原理，根據(jù)視覺滯留原理，每屏的完整的顯示時間應(yīng)控制在 20ms 之內(nèi)，即 50hz，人眼看上去才不會覺得閃爍。由于要掃描 16 行的點(diǎn)陣，所以每行的時間絕不能超過 20ms16=1.25ms，同時也不是每行的掃描時間越短越好，因?yàn)?led 的亮度同電流的大小和維持時間的長短有關(guān)。led 點(diǎn)陣塊的單點(diǎn)靜態(tài)電流一般在 10ma 左右，由于占空比是 1/16，所以單點(diǎn)的動態(tài)電流最大可以達(dá)到 160ma。在維持時間恒定的情況下，電流越大（不超過額定電流），點(diǎn)陣亮度也越亮

36、，而在電流恒定的情況下，需要一段維持時間來保持亮度。實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)輸入 led 的電流為 15ma 時，維持時間至少需要 1ms，否則 led 呈微亮狀態(tài)。由于設(shè)計時設(shè)置 spce061a 單片機(jī)的系統(tǒng)時鐘頻率為 24mhz，而每次傳送移行的字模數(shù)據(jù)有 64 位，經(jīng)計算傳輸所需的時間小于 1ms，這樣就能充分利用列驅(qū)動的鎖存功能，即在它接收下一行待顯示的數(shù)據(jù)，還沒有鎖存新數(shù)據(jù)的這段時間來顯示本行的內(nèi)容，這樣就不需要額外加延時來增加顯示屏的亮度。采用這個方法就不要再增加 led 的列驅(qū)動器件，從而使整個硬件結(jié)構(gòu)更簡化，成本降低。3.2.2 spce061a 實(shí)現(xiàn)點(diǎn)陣顯示方案鑒于 spce061a 單

37、片機(jī)比傳統(tǒng)的 51 系列 8 位單片機(jī)具有更加豐富的資源，而且數(shù)據(jù)處理速度快，將顯示數(shù)據(jù)通過并行(一般為 8 位)方式送入驅(qū)動電路，這樣的好處是：相對于串行控制而言，數(shù)據(jù)的刷新速度快，在處理同等數(shù)量的數(shù)據(jù)時，對處理速度要求可以大大降低，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。要用 led 點(diǎn)陣來顯示數(shù)字、字母和漢字等信息，首先要能夠提取出其字模第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計- 12 -數(shù)據(jù)，即一個 16*8 的點(diǎn)陣數(shù)字、字母的字模數(shù)據(jù)共有 16 個字節(jié)，一個 16*16的點(diǎn)陣漢字的字模數(shù)據(jù)共有 32 個字節(jié)。首先要確定點(diǎn)陣信息提取方案。方案一：固定漢字顯示，就是將要顯示的語句中全部漢字和字母數(shù)據(jù)依次提取出來，按順序存放

38、在存儲器中，當(dāng)有顯示任務(wù)時，直接取出字模數(shù)據(jù)送至顯示器即可。這種方法占用空間少，程序?qū)崿F(xiàn)簡單，顯示速度快。本系統(tǒng)中的顯示數(shù)據(jù)較少，對預(yù)存點(diǎn)陣信息的提取和存儲就是采用這種方案。但是，要想顯示大量的漢字信息或直接對顯示信息進(jìn)行更新，則幾乎是不可能的事。因此，要實(shí)現(xiàn)這樣的功能就要采用第二種方案。方案二：將標(biāo)準(zhǔn)的點(diǎn)陣信息字模數(shù)據(jù)的字庫文件（可以采用漢字庫文件hzk16、ascii 碼庫文件 asc16）裝入外擴(kuò) rom 存儲器，采用與 pc 機(jī)相同的編碼（機(jī)內(nèi)碼），先進(jìn)行基于 pc 機(jī)的預(yù)處理，提取需顯示內(nèi)容的機(jī)內(nèi)碼，通過串口發(fā)給單片機(jī)，單片機(jī)首先進(jìn)行判斷，若是 ascii 碼，則直接計算出起始地址，

39、在 asc16 文件中指定位置取出連續(xù)的 16 個字節(jié)即為其字模信息；若為漢字，單片機(jī)將機(jī)內(nèi)碼轉(zhuǎn)換為區(qū)碼和位碼，再計算出起始地址，在 hzk16文件中指定位置取出連續(xù)的 32 個字節(jié)即為其字模信息，然后送到顯示器去顯示。另外，pc 機(jī)與單片機(jī)之間串口通信只是傳輸機(jī)內(nèi)碼，而不是傳輸字模信息，傳輸信息量小，不需要復(fù)雜的通信協(xié)議。這樣既可以減輕單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，而且可以根據(jù)要求隨時改變顯示內(nèi)容，非常簡單靈活，但對于本系統(tǒng)設(shè)計要求來說，第一種方案就可以很容易實(shí)現(xiàn)，且編程簡單，顯示速度也能達(dá)到設(shè)計要求。3.2.3 led 點(diǎn)陣顯示電路設(shè)計本系統(tǒng)共 16 路行線和 128 路列線，采用凌陽 spce061a

40、單片機(jī)的ioa(015)共 16 個口對 led 點(diǎn)陣顯示屏進(jìn)行控制，led 點(diǎn)陣顯示控制電路原理圖如圖 3-4 所示。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計- 13 -sel1sel2ioa7.0sel15sel16. . . . . . . . . . . . . . .u221 1616le d個個個個8個1616led個個個個a23b22c21d20g118g219011223344556677889910101111131214131514161517u220474ls154se l1se l2se l3se l4se l5se l6se l7se l8se l9se l10se l11se l12s

41、e l13se l14se l15se l16r1r2r3r4r5r6r7r8r9r10r11r12r13r14r15r16ioa8ioa9ioa10ioa11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1a121a241a361a482a1112a2132a3152a4171y1181y2161y3141y4122y192y272y352y431g12g19u20274ls2401a121a241a361a482a1112a2132a3152a4171y1181y2161y3141y4122y192y272y352y431g12g19u20174ls240a

42、23b22c21d20g118g219011223344556677889910101111131214131514161517u20374ls154row1row3row4row5row6row7row2row8row9row10row11row12row13row14row15row16ioa12ioa13ioa14ioa15q2018050r217240r2011.5kq2028050r218240r2021.5kq2158050r231240r2151.5kq2168050r232240r2161.5k個5vrow15row16row1r1r2r15r16row2 . . . . .

43、. . . . .16個8050個個1a121a241a361a482a1112a2132a3152a4171y1181y2161y3141y4122y192y272y352y431g12g19u20674ls2401a121a241a361a482a1112a2132a3152a4171y1181y2161y3141y4122y192y272y352y431g12g19u20574ls24012345678910j202ioa 6ioa 5ioa 0vs svddhioa 7ioa 4ioa 2ioa 1ioa 312345678910j201ioa 14ioa 13ioa 8vs svdd

44、hioa 15ioa 12ioa 10ioa 9ioa 111a121a241a361a482a1112a2132a3152a4171y1181y2161y3141y4122y192y272y352y431g12g19u21974ls2401a121a241a361a482a1112a2132a3152a4171y1181y2161y3141y4122y192y272y352y431g12g19u22074ls240圖 3-4 led 點(diǎn)陣顯示電路原理圖行信號控制：由 ioa15ioa12 通過一片 4-16 譯碼器 74ls154 芯片譯碼，再通過兩片 74ls240 芯片，逐行選中點(diǎn)陣的

45、16 路行信號。列信號控制：點(diǎn)陣的 128 路列信號，可分為 16 頁，每頁 8 路信號，為了分別掃描 16 頁中的每一列信號，采用凌陽單片機(jī)的 ioa11ioa8 對顯示頁進(jìn)行控制，通過一片 4-16 譯碼器 74ls154 芯片譯碼，對 16 頁中的每一頁逐一選通，再通過凌陽單片機(jī)的 ioa7ioa0 對每一頁中的 8 列信號進(jìn)行選通。電路邏輯分析：oa15ioa12 通過一片 4-16 譯碼器 74ls154 芯片譯碼后，再通過 74ls240 后，16 路輸出信號中，只有 1 路信號是高電平，15 路是低電平，再通過 npn 三極管，可以實(shí)現(xiàn)某一路的選通，同時其他的 15 路截至。通過

46、凌陽單片機(jī)的 ioa11ioa8 控制 4-16 譯碼器可以唯一的選通 16 片 74ls240芯片中的某一片，即僅選通一頁，其他各頁中的各路信號表現(xiàn)為高阻態(tài)，同時，凌陽單片機(jī)通過 ioa7ioa0 對唯一選中的某一頁 8 路進(jìn)行選通，如果表現(xiàn)為低電平，行信號為高電平，發(fā)光二極管導(dǎo)通，該點(diǎn)被點(diǎn)亮。如果為高電平，則發(fā)光二極管不被點(diǎn)亮。通過循環(huán)，可以實(shí)現(xiàn) 16128 點(diǎn)陣中每個發(fā)光二極管的選通。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計- 14 -vddhiob8iob4iob5iob6iob3iob9iob11iob12k1k2k3k4k5k6k7k8av ss 2vddhda cvs sc404224c405104

47、c402104c401104+-54612837u401spy0030sphsplr4011kls401speaker1kc403100uf3.3 音頻輸出電路設(shè)計spce061a 內(nèi)置 2 路 10 位精度的 dac，只需要外接功放電路即可完成語音的播放。圖 3-5 spce061a 音頻輸出電路原理圖圖 3-5 是音頻輸出電路圖。圖中的 spy0030 也是凌陽公司的產(chǎn)品,和lm386 相比，spy0030 還具有下述優(yōu)勢，比如 lm386 工作電壓需在 4v 以上,spy0030 僅需 2.4v 即可工作(兩顆電池即可工作)；lm386 輸出功率 100mw 以下,spy0030 約 7

48、00mw。3.4 鍵盤電路設(shè)計由于凌陽 spce061a 單片機(jī)具有可編程的 i/o 口，所以只需將要接按鍵的i/o 口設(shè)置為帶下拉電阻的輸入口，按鍵的另一端接到高電平上即可。電路原理圖如圖 3-6 所示。圖 3-6 鍵盤電路原理圖第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計- 15 -各按鍵的功能定義如下：1在公交車報站狀態(tài)：k1：逐次播放上行各站提示語，每按一次按順序播放一個。k2：逐次播放下行各站提示語，每按一次按順序播放一個。k3：播放警告用語“車輛拐彎，請注意安全”。k4：播放提示語“車上有老弱病殘孕乘客，請讓座”。k5：播放娛樂音樂或廣告。k6：進(jìn)入設(shè)置時間狀態(tài)。k7：啟用 gps 自動報站控制。k8：打

49、開或關(guān)閉點(diǎn)陣顯示。2在時間設(shè)置狀態(tài)： k1、k2、k3、k4：無效。k5：接收 gps 上的時間k6：設(shè)置切換。k7：增加。k8：減小。在啟用 gps 自動報站控制時，按 k1k6、k8 任意鍵，執(zhí)行該鍵的操作，并關(guān)閉串口接收 gps 數(shù)據(jù)，啟用手動報站方式。在播放語音時，按任意鍵可以停止播放。3.5 spr4096 模組設(shè)計為了使報站器更加人性化，需要存儲大量的語音文字信息，這就要求系統(tǒng)擴(kuò)展外部存儲空間，本次設(shè)計采用凌陽公司的 spr4096 模組電路，配合 pc 機(jī)使用 reswriter 工具，通過 ez-probe 下載線，完成對 r4096 存儲器芯片的擦除、寫入、校驗(yàn)等功能。并且

50、spr4096 可以直接與 spce061a 單片機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計- 16 -spce061a 單片機(jī)存儲空間的擴(kuò)展。3.5.1 spr4096 芯片簡介spr4096 內(nèi)嵌 512k*8 位高性能 flash 存儲器同時內(nèi)嵌 4k*8 位 sram。芯片具有 bmi（bus memory interface）并行接口總線與 sif（serial interface）串行接口總線。在 spr4096 芯片中，使用兩種電源供電，vddi 與vddq。vddi 范圍在 2.25v-2.75v，這個電源是給內(nèi)部的 flash 與邏輯控制單元供電的。vddq 范圍在 2.25v-3.6

51、v，只給 i/o 口供電。spr4096 可以工作在5.0mhz 頻率下，最大讀電流為 2.0ma，最大編程/擦寫電流 6.0ma。3.5.2 spr4096 硬件連接框圖pc 機(jī)spr4096scksdaspce061aiob0iob1圖 3-7 spr4096 硬件連接框圖spr4096 模組連接框圖如圖 3-7 所示，spr 模組有兩個接口，一個接口是ez-probe，這是在使用 reswriter 工具對 spr4096 進(jìn)行燒寫時連接使用的，另一個接口主要提供電源以及 sck 和 sda 與 spce061a 連接使用。3.5.3 spr4096 模組電路原理圖spr 模組的硬件電路

52、主要分成兩部分，下面分別介紹：第一部分：reswriter 工具對 spr4096 進(jìn)行燒寫的下載緩沖電路，此部分電路主要是控制 sck、sda 信號的作用，通過 74hc244 可以控制 sda 信號的高低電平，這樣可以使用 reswriter 工具發(fā)出符合燒寫芯片的時序信號，完成對芯片的擦除、寫入與校驗(yàn)功能。第二部分：spr4096 的工作電路，此部分電路是為了使 spr4096 存儲器正常工作的外圍電路，通過 sck、sda 與 spce061a 單片機(jī)相連。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計- 17 -1a121a241a361a482a1112a2132a3152a4171y1181y2161y3

53、141y4122y192y272y352y431g12g19u30174hc24412345j303u3_ez_prober30233pd0r30133busypd1pd0ez _sdar30333pd1r3043.3k3.3vc301500pez _sckez _sdabusyr30533c3040.1ufvd302 4148sda3.3vc3030.1ufmem3.3vc3050.1ufr30610kr3072kc3060.1uf3.3v123j301mese l3.3vmemvddi1sda2vssq3vddq4cf75cf46cf37cf0-28nc9nc10nc11nc12nc13n

54、c14nc15nc16nc17nc18nc19vss20res21sck22vddq23vss24u303spr4096_24p3.3vc30822ufc3070.1ufc3020.1uf3.3vvd3013.3v123456j302ez _sdaez _scksck61_sck_iob061_sda_iob1sdasckspr 模組電路原理圖如圖 3-8 所示。圖 3-8 spr4096 模組電路原理圖3.6 gps 接收電路設(shè)計gps 是英文 navigation satellite timing and ranging/global positioning system 的縮寫，譯為利用

55、衛(wèi)星導(dǎo)航進(jìn)行測時和測距/全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。全球定位系統(tǒng)(global positioning system-gps)是美國從 20 世紀(jì) 70 年代開始研制，歷時 20 年，耗資 300 億美元，于 1994 年全面建成，為高精度導(dǎo)航和定位而研制的全球被動式無線電衛(wèi)星系統(tǒng)，是集成無線電導(dǎo)航、定位和定時于一體的多功能系統(tǒng)。gps 以全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點(diǎn)，贏得廣大使用者的信賴，并成功地應(yīng)用于導(dǎo)航、授時、高精度測量等領(lǐng)域。3.6.1 gps 系統(tǒng)組成gps 定位技術(shù)是利用高空中的 gps 衛(wèi)星，向地面發(fā)射 l 波段的載頻無線第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計- 18 -電測距信號，由地面上用戶

56、接收機(jī)實(shí)時地連續(xù)接收，并計算出接收機(jī)天線所在的位置。因此，gps 定位系統(tǒng)是由以下三個部分組成：gps 衛(wèi)星星座（空間部分）、地面監(jiān)控系統(tǒng)（地面控制部分）和 gps 信號接收機(jī)（用戶設(shè)備部分）。1gps 衛(wèi)星星座gps 衛(wèi)星星座由 21 顆工作衛(wèi)星和 3 顆在軌備用衛(wèi)星組成，記作（21+3）gps 星座。24 顆衛(wèi)星距地表 20200 公里的上空，均勻分布在 6 個軌道平面內(nèi)，軌道傾角為 55 度，各個軌道平面之間相距 60 度，即軌道的升交點(diǎn)赤經(jīng)各相差60 度。每個軌道平面內(nèi)各顆衛(wèi)星之間的升交角距相差 90 度，同一軌道平面上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道平面上的相應(yīng)衛(wèi)星超前 30 度。衛(wèi)星每 11

57、小時 58 分環(huán)繞地球一次，即當(dāng)?shù)厍驅(qū)阈莵碚f自轉(zhuǎn)一周時，它們繞地球運(yùn)行兩周。位于地平線以上的衛(wèi)星顆數(shù)隨著時間和地點(diǎn)的不同而不同，最少可見到 4 顆，最多可見到 11 顆。衛(wèi)星提供全球全天候，每秒一次，持續(xù)不斷的定位訊號。2地面監(jiān)控系統(tǒng)地面監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)控全球定位系統(tǒng)的工作：監(jiān)測衛(wèi)星是否正常工作，是否沿預(yù)定的軌道運(yùn)行；跟蹤計算衛(wèi)星的軌道參數(shù)并發(fā)送給衛(wèi)星，由衛(wèi)星通過導(dǎo)航電文發(fā)送給用戶；保持各顆衛(wèi)星的時間同步；必要時對衛(wèi)星進(jìn)行調(diào)度。gps 的地面監(jiān)控系統(tǒng)由分布在全球的 5 個地面站組成，其中包括：五個衛(wèi)星監(jiān)測站、一個主控站和三個注入站。監(jiān)測站是主控站直接控制下的數(shù)據(jù)自動采集中心。觀測資料由計算機(jī)進(jìn)

58、行初步處理，存儲并傳輸?shù)街骺卣?，以確定衛(wèi)星軌道。主控站協(xié)調(diào)和管理地面監(jiān)控系統(tǒng)，主要任務(wù)：(1) 根據(jù)本站和其它監(jiān)測站的觀測資料，推算編制各衛(wèi)星的星歷、衛(wèi)星鐘差和大氣修正參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳送到注入站。(2) 提供全球定位系統(tǒng)的時間基準(zhǔn)。各監(jiān)測站和 gps 衛(wèi)星的原子鐘，均應(yīng)與主控站的原子鐘同步，測出其間的鐘差，將鐘差信息編入導(dǎo)航電文，送入注入站。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計- 19 -(3) 調(diào)整偏離軌道的衛(wèi)星，使之沿預(yù)定軌道運(yùn)行。(4) 啟用備用衛(wèi)星代替失效工作衛(wèi)星。注入站主要任務(wù)是在主控站的控制下，將主控站推算和編制的衛(wèi)星星歷、鐘差、導(dǎo)航電文和其它控制指令等，注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲系統(tǒng)，并監(jiān)測注入信息的

59、正確性。3gps 信號接收機(jī)gps 信號接收機(jī)（用戶部分）是接收、跟蹤、變換和測量 gps 信號的無線電設(shè)備，由天線、接收機(jī)、處理器控制顯示單元、電源組成，gps 信號接收機(jī)接收 gps 衛(wèi)星發(fā)射的無線電信號，以獲得必要的定位信息和觀測量，并經(jīng)過數(shù)據(jù)處理而完成定位工作。用戶使用 gps 信號接收機(jī)定位導(dǎo)航時，為了計算出三維坐標(biāo)（包括：經(jīng)緯度坐標(biāo)、高度、速度、加速度、時間等），必須接收到 3顆以上 gps 衛(wèi)星信號。接收到衛(wèi)星信號的數(shù)量和幾何位置分布對定位精度有一定的影響。3.6.2 gps 基本工作原理gps 的基本定位原理是：每顆衛(wèi)星時刻發(fā)布其位置和時間數(shù)據(jù)信號，用戶接收機(jī)可以測量每顆衛(wèi)星的

60、信號到接收機(jī)的時間延遲，根據(jù)信號傳輸?shù)乃俣染涂梢杂嬎愠鼋邮諜C(jī)到不同衛(wèi)星距離。同時收集至少 4 顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)時，就可以計算出三維坐標(biāo)、速度和時間。民用導(dǎo)航系統(tǒng)常常采用的 gps 定位方法是偽距法。gps 接收機(jī)根據(jù)接收所選的衛(wèi)星發(fā)來的導(dǎo)航信息和時鐘校正參數(shù)的時間，能計算出接收機(jī)到衛(wèi)星的“距離”。如果測量到 3 顆衛(wèi)星的“距離”，則分別以 3 顆衛(wèi)星發(fā)射時刻的衛(wèi)星位置（根據(jù)發(fā)射的星歷參數(shù)確定）為中心，根據(jù)測得的“距離”畫出 3 個球，其交點(diǎn)就是用戶的三維位置。但是，由于接收機(jī)的本機(jī)鐘對星載原子鐘存在偏差，上面所測的“距離”并不是衛(wèi)星接收機(jī)的真實(shí)距離，因此稱為“偽距離”，偽距法由此得名。正因?yàn)橛脩翮?/p>