公交車自動報站及漢字顯示系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計

1、摘 要智能公交系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)的重要研究內(nèi)容，近年來出現(xiàn)了許多針對公交車輛智能化的研究與嘗試，這其中就包括自動報站系統(tǒng)。目前，國內(nèi)只有北京、上海、深圳、廣州、青島等城市實現(xiàn)了利用 GPS 自動報站，許多中小城市的公交車仍舊是傳統(tǒng)的人工按鍵報站，沒有實現(xiàn)完全的智能化，給司乘人員帶來了很大的不便。因此，在中小城市中迫切需要智能化的公交車報站系統(tǒng)。本文應(yīng)用單片機技術(shù)、語音合成技術(shù)和點陣LED漢字顯示技術(shù)設(shè)計了一種公交車語音報站和漢字顯示系統(tǒng)，它能很好的模仿人完成報站任務(wù)，從而解決了人工報站不準確不方便等問題。本文設(shè)計的新型的公交車自動報站系統(tǒng)，以AT89S51單片機為核心，外擴ISD1730語音芯

2、片，點陣LED漢字顯示屏和行列驅(qū)動芯片。當汽車到達某站時，通過GPS模塊來觸發(fā)本系統(tǒng)進行工作，通過語音輸出電路進行語音報站和提示，AT89S51單片機同時通過程序讀取漢字信息送入LED點陣顯示電路進行漢字提示,到達了在車輛運行期間顯示和語音的同步，提高了車輛的效勞質(zhì)量。本文是以AT89C51為主控芯片的進行了系統(tǒng)硬件電路設(shè)計，分析并設(shè)計了各單元電路，包括語音電路、LED顯示電路、電源電路。利用C語言進行了程序設(shè)計，介紹了系統(tǒng)所采用的軟件開發(fā)環(huán)境及其主程序設(shè)計，著重分析設(shè)計了LED顯示模塊、語音播放模塊的實現(xiàn)流程，給出了大局部源代碼。本文設(shè)計的公交車自動報站及漢字顯示系統(tǒng)具有使用方便、體積小、經(jīng)

3、濟實惠、工作穩(wěn)定、誤報率低等特點。關(guān)鍵詞：單片機；GPS；LED漢字顯示屏；ISD1730 AbstractAdvanced Public Transportation Systems (APTS) is an important part of IntelligentTransport System (ITS), and many researches and attempts related to the intelligent publictransport vehicles have come forth during recent years. At present, many ci

4、ty buses in China are still the traditional manual buttons on station except Beijing, Shanghai, Shenzhen, Guangzhou,and Qingdao. Therefore, an intelligent bus-stop-announcing system is strongly required in thesecities.This paper introduces the design principle of a new bus automatic stop reporting s

5、ystem, which centers AT89S51 Single Chip Micyoco, concerning ISD1730 speech chip, dot matrix LED character display screen and line driver chip. When a bus reaches a certain stop, it makes this system to work through the GPS module. That is, through the speech output circuit to carry out the work of

6、voice announcement and presentation, and at the same time AT89S51 Single Chip Micyoco carries out the character display through the read of characters and delivery to the LED dot matrix display circuit. In this way, a synchronic cooperation of display and speech during the operation of the vehicle i

7、s reached and the service quality of buses is improved.A design method of the Bus Station Report System based on AT89C51SND1C isput forward. This part mainly discusses hardware design, including power circuit, the systemclock circuit, reset circuit, USB interface circuit and Nand Flash memory circui

8、t, etc. Practical application circuit and PCB layout of the components are given.The automatic stop reporting and character display system designed in this paper is convenient, small in size, economy, stable, and low in mistake rate.Key words: MCU; GPS; LED chinese characters display; ISD1730 目 錄 TO

9、C o 1-3 f h z HYPERLINK l _Toc359740517 第1章 緒 論 PAGEREF _Toc359740517 h 1 HYPERLINK l _Toc359740518 1.1 課題研究的背景和意義 PAGEREF _Toc359740518 h 1 HYPERLINK l _Toc359740519 1.2 公交車報站系統(tǒng)的開展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc359740519 h 2 HYPERLINK l _Toc359740520 1.3 論文的任務(wù)和工作內(nèi)容 PAGEREF _Toc359740520 h 3 HYPERLINK l _Toc3597405

10、21 第2章 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計 PAGEREF _Toc359740521 h 4 HYPERLINK l _Toc359740522 2.1方案論證 PAGEREF _Toc359740522 h 4 HYPERLINK l _Toc359740523 2.2總體方案設(shè)計 PAGEREF _Toc359740523 h 6 HYPERLINK l _Toc359740524 第3章 硬件電路設(shè)計 PAGEREF _Toc359740524 h 7 HYPERLINK l _Toc359740525 3.1 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計 PAGEREF _Toc359740525 h 7 HYPERL

11、INK l _Toc359740526 3.1.1 AT89C51簡介 PAGEREF _Toc359740526 h 7 HYPERLINK l _Toc359740527 引腳說明 PAGEREF _Toc359740527 h 8 HYPERLINK l _Toc359740528 晶體振蕩電路 PAGEREF _Toc359740528 h 10 HYPERLINK l _Toc359740529 復(fù)位電路 PAGEREF _Toc359740529 h 11 HYPERLINK l _Toc359740530 3.2 語音電路設(shè)計 PAGEREF _Toc359740530 h 12

12、 HYPERLINK l _Toc359740531 語音電路芯片的介紹 PAGEREF _Toc359740531 h 13 HYPERLINK l _Toc359740532 語音電路設(shè)計 PAGEREF _Toc359740532 h 17 HYPERLINK l _Toc359740533 3.3 LED顯示電路設(shè)計 PAGEREF _Toc359740533 h 18 HYPERLINK l _Toc359740534 3.3.1 LED顯示方式 PAGEREF _Toc359740534 h 19 HYPERLINK l _Toc359740535 3.3.2 LED驅(qū)動原理 PA

13、GEREF _Toc359740535 h 20 HYPERLINK l _Toc359740536 顯示電路 PAGEREF _Toc359740536 h 21 HYPERLINK l _Toc359740537 3.4 GPS定位模塊設(shè)計 PAGEREF _Toc359740537 h 21 HYPERLINK l _Toc359740538 3.5 電源電路設(shè)計 PAGEREF _Toc359740538 h 22 HYPERLINK l _Toc359740539 第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc359740539 h 24 HYPERLINK l _Toc359740

14、540 4.1 主程序的設(shè)計 PAGEREF _Toc359740540 h 25 HYPERLINK l _Toc359740541 4.2 子程序的設(shè)計 PAGEREF _Toc359740541 h 26 HYPERLINK l _Toc359740542 4.2.1 LED漢字顯示程序 PAGEREF _Toc359740542 h 26 HYPERLINK l _Toc359740543 語音播放程序 PAGEREF _Toc359740543 h 30 HYPERLINK l _Toc359740544 錄音程序 PAGEREF _Toc359740544 h 31 HYPERLI

15、NK l _Toc359740545 第5章 結(jié) 論 PAGEREF _Toc359740545 h 37 HYPERLINK l _Toc359740546 參考文獻 PAGEREF _Toc359740546 h 38 HYPERLINK l _Toc359740547 致 謝 PAGEREF _Toc359740547 h 40 HYPERLINK l _Toc359740548 附 錄 PAGEREF _Toc359740548 h 41 HYPERLINK l _Toc359740549 附 錄 PAGEREF _Toc359740549 h 52 HYPERLINK l _Toc3

16、59740551 附 錄 PAGEREF _Toc359740551 h 55緒 論課題研究的背景和意義公共汽車是目前世界各國使用最廣泛的公共交通工具。它起始于 1905 年的美國紐約，當時用公共汽車代替原有的公共馬車，20 世紀 30 年代得到了迅速的開展。隨著現(xiàn)代社會的建設(shè)，公交車越來越為群眾所喜愛，不僅僅可以在低消費下到達目的地，同時也能省去很多的自駕麻煩，是打工族和學(xué)生族的常用交通工具，公交車便成為了現(xiàn)代文明城市的一道流動的風景線。為了使乘客方便清楚的知道公交車所到站點，公交車配備了一些設(shè)備，最普遍的就是自動報站系統(tǒng)，漢字顯示屏，無人售票等裝置。公共汽車之所以被廣泛采用，是由于它的機動

17、靈活，只要有相宜的道路，就可以通行，并且公共汽車組織運行所需的附屬設(shè)施的投資，較之其它現(xiàn)代化公共交通工具也最少。我國的公共汽車車輛類型甚多，按載客量分，有小型載客 6090 人、中型載客 90130 人和大型載客 130180 人。大型公共汽車對解決上下班客運頂峰時間的乘車擁擠情況起了很大的作用。城市公共交通是城市建設(shè)和開展的重要組成局部，隨著城市的擴建，人們生活節(jié)奏的加快，公共交通問題顯得日益重要。在我國中小城市里，公交車仍然是城市交通的主體，它的效勞質(zhì)量與市民們的生活息息相關(guān)，也是衡量一個城市的文明指標。而國內(nèi)大多數(shù)城市現(xiàn)有的公交車還是采用傳統(tǒng)的公交系統(tǒng)，沒有實現(xiàn)完全的智能化，比方公交車報

18、站只能由人工按鍵來實現(xiàn)報站，離不開駕駛員或售票員的相應(yīng)操作，公交車司機一邊要開車一邊還要兼顧按鍵報站，這就增加了駕駛員的操作負擔，駕駛員開車時為報站而分散精力，存在一定的平安隱患，同時由于人工報站受到個人素質(zhì)、工作態(tài)度 勞動強度等因素影響，往往出現(xiàn)誤報、漏報甚至干脆不報等現(xiàn)象，給乘客帶來了很大的不便。因此，在中小城市中，公交車對自動報站系統(tǒng)的需求也日益強烈。利用 GPS 全球定位系統(tǒng)實現(xiàn)公交車自動報站是近幾年來的一個熱門話題，一般公交車自動報站系統(tǒng)對車輛定位的精度要求在 2530 米，GPS 全球定位系統(tǒng)遠遠可以滿足這個定位精度的要求。公交車自動報站及漢字顯示系統(tǒng)在公交事業(yè)中占有非常重要的地位

19、，它不僅免去了人工報站，節(jié)省了人力，而且還提升了公交車工作效率，提高了公交車的效勞質(zhì)量。目前，各個城市的公交車自動報站的方式主要三種，其中一種是利用無線發(fā)送及接收芯片PT2262/和PT2272的公交車報站系統(tǒng)，在公交站的每個站牌處安裝發(fā)射芯片PT2262用來發(fā)射該站點事先編好的編碼信號，當公交車到達該范圍內(nèi)如50米之內(nèi)時，其公交車上的接收芯片PT2272將對信號進行接收與解碼，然后再將解碼后的信息通過液晶顯示模塊顯示，而語音芯片將同時進行播報，該方式的報站系統(tǒng)價格低廉，實現(xiàn)方便，也能滿足現(xiàn)代公交車的根本需要，因此目前國內(nèi)的大局部城市運用此種方式，另一種是功能很強大且系統(tǒng)非常穩(wěn)定的GPS衛(wèi)星定

20、位報站系統(tǒng)，但由于這種方式的投資很昂貴，尤其是對于一些中小城市來說無法承受，國內(nèi)雖也有此類產(chǎn)品的研制開發(fā)，但就目前的情況來看其投入的不是很廣，但是在一些興旺國家如美國的局部城市已經(jīng)投入使用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)。第三種是手動電子報站方式，此方式價格低廉，但操作較為繁瑣，現(xiàn)已逐漸被淘汰。自動報站系統(tǒng)是智能公交系統(tǒng)的組成局部，公交車自動報站系統(tǒng)是利用全球定位系統(tǒng)GPS進行數(shù)據(jù)采集，根據(jù)公交車所處的位置進行自動報站、溫磬提示等效勞，它將電子、控制、計算機、通信等實用技術(shù)集中運用于公共交通系統(tǒng)，改造舊的效勞模式，建立全新的效勞體系，不但提高了其效勞質(zhì)量，同時也將為公交公司和社會帶來較大的經(jīng)濟和社會效益。主

21、要表現(xiàn)在以下幾個方面：提供較為完美的乘客信息效勞。借助先進的定位通信系統(tǒng)，即時為乘客發(fā)布信息，為乘客出行提供全方位的信息效勞；減少人工操作，尤其是駕駛員的操作負擔，在進站、出站、轉(zhuǎn)彎的關(guān)鍵時刻，駕駛員可以更集中精力駕駛，提高公交車行駛過程中的平安系數(shù)；提升城市形象，公共交通是城市文明的窗口，先進的公交信息系統(tǒng)的實施，必然提高公共交通的整體效勞水平，提高城市的現(xiàn)代化程度；提高公交運營效率和管理水平，吸引大量客流，增加公交公司的經(jīng)濟效益。公交車報站系統(tǒng)的開展現(xiàn)狀當今社會，公交車是大多數(shù)城市居民出行的重要工具之一，但就公交車目前的報站系統(tǒng)來看很難滿足大家的要求?，F(xiàn)在公交車使用普遍的還是人工按鍵報站系

22、統(tǒng)，此系統(tǒng)存在以下兩個不可忽略的弊端：1存在隱形的平安隱患，因為每次駕駛員都要在行駛時對報站器進行操作以進行報站，而車輛在進出站的時候路面情況都很復(fù)雜，因此給行駛中的車輛和行人帶來一定的平安隱患。2 報站不夠準確，因為駕駛員在行駛的過程中操作報站系統(tǒng)時時常會忘按鍵或者按錯鍵，有時在調(diào)整報站系統(tǒng)時會連續(xù)報站，這樣會給不熟悉路線的乘客帶來不便。目前我國的大局部城市公交自動報站的方式主要有三種：1人工進行報站：一般是由當?shù)氐某藙?wù)人員用方言來進行報站，這樣會給外地乘客帶來很大的不便，但這種方式已經(jīng)被淘汰。2半自動報站：這種報站方式是現(xiàn)在運用普遍的，但由于這種報站系統(tǒng)需要駕駛員來控制，故會有誤報現(xiàn)象且還

23、存在平安隱患。3自動報站系：此報站方式已智能化，即無需駕駛員得參與，系統(tǒng)將自動識別站點，雖然比較準確，但也容易出現(xiàn)問題且價格昂貴，所以這種方式運用的不是很普遍。雖然國能外都在研究公交自動報站系統(tǒng)，但采用的技術(shù)手段不一樣，有些開發(fā)本錢較高，且難以實現(xiàn)普及，特別是一些中小城市難以負擔，故開發(fā)一種綜合性強的、且價格交低、易于實現(xiàn)普及的系統(tǒng)是公交事業(yè)迫切需要的。論文的任務(wù)和工作內(nèi)容本課題要求設(shè)計公交車自動報站及漢字顯示系統(tǒng)，以實現(xiàn)公交車的語音自動報站，即在進站、出站時候自動播報語音提示信息及效勞用語，同時利用LED顯示屏進行漢字顯示。在進行系統(tǒng)設(shè)計時，除了實現(xiàn)系統(tǒng)要求的功能以外，同時，由于系統(tǒng)是安裝在

24、公交車上，屬于車載終端設(shè)備，所以必須兼顧電源、功耗、體積等因素，且還要考慮到產(chǎn)品本錢、開發(fā)工具、研發(fā)周期等問題?；谝陨弦蛩?，整個系統(tǒng)采用了 AT89C51 單片機作為主控制器的設(shè)計思路。本設(shè)計的主要任務(wù)是研究設(shè)計公交車自動報站及漢字顯示系統(tǒng)。在設(shè)計中，作者主要完成了以下工作：1.確定以GPS進行定位，利用ISD1730進行語音報站，以及利用4塊16*16LED 顯示屏進行文字的顯示2.在以AT89C51為主控芯片的情況下，完成了硬件的整合，畫出了電路圖3.寫出了軟件源代碼，進行軟件編程，到達設(shè)計目的系統(tǒng)的總體方案設(shè)計2.1方案論證1控制模塊本設(shè)計采用單片機作為核心控制芯片，單片機選用AT89

25、C51。AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機。該芯片具有40個引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器RAM，AT89C51設(shè)計和配置了振蕩頻率可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，AT89S51僅支持并行編程，而AT89C51不但支持并行編程還支持ISP在線編程。工作頻率更高，電源范圍更寬，抗干擾性更強，加密功能更強。外置看門狗芯片MAX813L,此芯片是一體積小、功耗低、性價比高的帶看門狗和電源監(jiān)控功能的復(fù)位芯片；它使用簡單、方便2語音模塊方案一：基于ISD2560語音芯片的錄放電路設(shè)計ISD

26、2560系列語音芯片可通過SPI協(xié)議方便地與CPU接口。 用ISD2560芯片構(gòu)成的單片機通用開發(fā)板采用國內(nèi)最常用的MCS-51語言單片機89C51來與ISD2560系列語音芯片相結(jié)合，可供用戶開發(fā)各種新型智能型數(shù)碼語音產(chǎn)品。方案二； 基于ISD1730語音芯片的錄放電路ISD1730是華邦公司新推出ISD1700 系列芯片的單片優(yōu)質(zhì)語音錄放電路，該芯片能提供多項新功能，包括內(nèi)置專利的多信息管理系統(tǒng)，新信息提示,雙運作模式獨立&嵌入式，以及可定制的信息操作指示音效。芯片內(nèi)部包含有自動增益控制、麥克風前置擴大器、揚聲器驅(qū)動線路、振蕩器與內(nèi)存等的全方位整合系統(tǒng)功能。通過分析比較，本次設(shè)計采用ISD

27、1730語音芯片設(shè)計錄放電路，其相對于ISD2560語音芯片來講功能更強大，由按鍵直接控制語音的錄放等，電路工作穩(wěn)定、可靠性高，完全到達了設(shè)計要求，具有非常好的實用性。芯片ISD1730提供多項創(chuàng)新功能，包括多信息管理系統(tǒng)， 新信息提示，雙運作模式，以及可定制的信息操作指示音效。芯片內(nèi)部包含有自動增益控制、麥克風前置擴大器、揚聲器驅(qū)動線路、振蕩器與內(nèi)存等，能實現(xiàn)全方位整合系統(tǒng)功能。該芯片可錄放音十萬次，存儲內(nèi)容可以斷電保存一百年，具有兩種控制方式，兩種放音方式輸出方式，可處理多大255段信息，而且它的音質(zhì)好，應(yīng)用非常靈活。本設(shè)計選用ISD1730芯片為本設(shè)計的播放語音芯片，并且對芯片的各個引腳

28、功能，以及和單片機連接的電路進行了細致的分析和研究，該芯片內(nèi)部包含片上時鐘,麥克風前置放大器 ,自動增益控制,帶通濾波器 ,平滑濾波器和功率放大器。采用模擬存儲技術(shù),能夠提供20秒的錄放時間,且掉電不喪失,語音質(zhì)量高。在報站狀態(tài)下 ,只需要由單片機P1口送出所需報站名及其他語句的存儲地址,給23腳一個下降沿信號,開始放音. 3顯示模塊方案一：采用LCD點陣顯示，用來顯示文字、圖形、圖像、等各種信息的顯示屏幕。它均由LCD矩陣塊組成。圖文顯示屏可與計算機同步顯示漢字、英文文本和圖形，該方案簡單易行。但所需的元件較多，且不容易進行操作，可讀性差，一旦設(shè)定后，很難再參加其他的功能。方案二：采用液晶L

29、CD1602顯示器件，該液晶顯示器件與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不管硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該器件的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。而且此液晶顯示平穩(wěn)、省電、美觀，更容易實現(xiàn)題目要求，對后續(xù)的功能兼容性高，。只需將軟件作修改即可，可操作性強，也易于讀數(shù)，能同時顯示日期、時間、星期且易于修改。方案三：采用4個16*16點陣LED顯示漢字，即為16*128點陣漢字顯示，并且設(shè)置有驅(qū)動電路。根據(jù)AT89S51單片機的特點， 它一共使用32條IO口，為了節(jié)約IO資源，選有74LS245芯片為單片機系統(tǒng)擴充IO資源提供了條件。將行列總線通過74245接在單片機的I0口，實現(xiàn)行掃

30、描控制，在單片機通過74LS595接入列總線實現(xiàn)列掃描的控制。然后把上面分析到的掃描代碼送入總線,就可以得到顯示的漢字。 通過比較最終選擇方案三。在設(shè)計中，由于一共用到16行,128列,因此本設(shè)計我們使用4-16線譯碼器74ls154來完成行方向的顯示。用點陣方式構(gòu)成圖形或文字，是非常靈活的，可以根據(jù)需要任意組合和變化，只要設(shè)計好適宜的數(shù)據(jù)文件，就可以得到滿意的顯示效果。因而采用點陣式圖文顯示屏顯示經(jīng)常需要變化的信息，是非常有效的。8*8的LED點陣為單色行共陽模塊，單點的工作電壓為正向Vf)=1.8v,正向電流IF=8至10mA 。靜態(tài)點亮器件時64點全亮總電流為640mA，總電壓為1.8v

31、，總功率為1.15W。動態(tài)時取決于掃描頻率1/8或1/16秒，單點 瞬間電流可達 80-160mA。16*16點陣靜態(tài)時16*16*10mA,動態(tài)時單點電流80-160mA。4 定位模塊在定位系統(tǒng)中有很多種選擇，但如假設(shè)想要到達智能化，自動化報站，我認為最應(yīng)該選擇GPS全球衛(wèi)星定位，既準確又方便，而且提高了效率。本設(shè)計采用全新臺灣HOLUX公司推出的SIRF第三代高靈敏度超小型GPS接收模塊。它采用SiRF第三代芯片，主要是定位靈敏度大大提高，例如在汽車上應(yīng)用時，只要靠近車窗就能較好工作，使用更方便，定位也更準確。使用SiRF第三代低耗電量(LP)，高效能晶片,大大降低耗電量。具有快速定位及追

32、蹤 12 顆衛(wèi)星的能力。晶片內(nèi)建1920 次/ 頻率硬體, 提高接收傳送搜尋衛(wèi)星訊號能力。內(nèi)部有屢次充電式備份電池。支持NMEA0183 v2.2 標準信號格式及SiRF二位元編碼。超強定位運算程式, 在戶外任何環(huán)境, 皆可提供優(yōu)越導(dǎo)航效果。GPS模塊使用3.3伏70毫安直流工作電壓，默認每秒輸出一次TTL的NMEA-0183信號。將此芯片接入到單片機RXD和TXD口，來進行數(shù)據(jù)的輸入和讀取。到達精確地定位并傳入單片機，觸發(fā)各單元模塊正常工作。2.2總體方案設(shè)計最終定位模塊選擇GPS,主控芯片選擇了AT89C51，語音電路選擇ISD1730，顯示模塊選擇了4塊16*16LED顯示屏。通過GPS

33、模塊精確定位，得出一地址信息，傳入單片機中，再由單片機觸發(fā)LED驅(qū)動電路和ISD語音芯片，進行自動報站及漢字顯示,完成完整的工作模式。工作流程如圖2.1.單片機AT89C51GPS模塊LED顯示屏ISD1730放音電路圖2.1 系統(tǒng)框圖 硬件電路設(shè)計硬件電路包括四大局部：單片機模塊，語音電路，LED顯示模塊和GPS模塊。詳細說明芯片的選擇比較，所選用芯片內(nèi)部組成、功能特點、外圍電路及其接口電路，并設(shè)計出具體的硬件電路。單片機最小系統(tǒng)設(shè)計AT89C51簡介AT89C51有40個引腳，4個8位并行I/O口，1個全雙工異步串行口，同時內(nèi)含5個中斷源，2個優(yōu)先級，2個16位定時/計數(shù)器。AT89C51

34、的存儲器系統(tǒng)由4K的程序存儲器(掩膜ROM)，和128B的數(shù)據(jù)存儲器(RAM)組成，具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計，使用系統(tǒng)可用USB供電。AT89C51單片機主要由以下幾局部組成： 1cpu系統(tǒng) 8位cpu，含布爾處理器時鐘電路； 總線控制邏輯。2存儲器系統(tǒng) 4K字節(jié)的程序存儲器ROM/EPROM/Flash，可外擴至64KB； 128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器RAM，可再外擴64KB； 特殊功能存放器SFR。3I/O口和其他功能單元 4個并行I/O口； 2個16位定時計數(shù)器； 1個全雙工異步串行口； 中斷系統(tǒng)5個中斷源，2個優(yōu)

35、先級。AT89C51單片機的主要特性：1. 一個8 位的微處理器(CPU)。2. 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM(128B)，用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)，如運算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等，SST89 系列單片機最多提供1K 的RAM。3. 片內(nèi)程序存儲器ROM(4KB)，用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。但也有一些單片機內(nèi)部不帶ROM/EPROM，如8031，8032，80C31 等。目前單片機的開展趨勢是將RAM 和ROM 都集成在單片機里面，這樣既方便了用戶進行設(shè)計又提高了系統(tǒng)的抗干擾性。SST 公司推出的89 系列單片機分別集成了16K、32K、64K Flash 存儲器，可供用戶根據(jù)需要

36、選用。4. 四個8 位并行IO 接口P0P3，每個口既可以用作輸入，也可以用作輸出。5. 兩個定時器計數(shù)器，每個定時器計數(shù)器都可以設(shè)置成計數(shù)方式，用以對外部事件進行計數(shù)，也可以設(shè)置成定時方式，并可以根據(jù)計數(shù)或定時的結(jié)果實現(xiàn)計算機控制。為方便設(shè)計串行通信，目前的52 系列單片機都會提供3 個16 位定時器/計數(shù)器。6. 五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在新推出的單片機都不只5 個中斷源，例如SST89E58RD 就有9 個中斷源。7. 一個全雙工UART(通用異步接收發(fā)送器)的串行IO 口，用于實現(xiàn)單片機之間或單機與微機之間的串行通信。8. 片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最

37、高允許振蕩頻率為12MHz。SST89V58RD 最高允許振蕩頻率達40MHz，因而大大的提高了指令的執(zhí)行速度。引腳說明VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外

38、部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能存放器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號

39、。 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流ILL這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3口管腳 備選功能P3.0 RXD串行輸入口P3.1 TXD串行輸出口P3.2 /INT0外部中斷0P3.3 /INT1外部中斷1P3.4 T0記時器0外部輸入P3.5 T1記時器1外部輸入P3.6 /WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通P3.7 /RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復(fù)位

40、輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信

41、號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當/EA保持低電平時，那么在此期間外部程序存儲器0000H-FFFFH，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源VPP。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。圖3.1 單片機引腳圖晶體振蕩電路常用到的振蕩器有三種：RC振蕩器，環(huán)形振蕩器和晶體振蕩器。RC 振蕩器是應(yīng)用

42、最為普遍的一種振蕩器電路，它的結(jié)構(gòu)簡單，本錢較低，另外該電路功耗也較低。但是這種電路的工作電壓極大地影響著它的頻率，工藝相關(guān)性比較差，精度較差。環(huán)形振蕩器的振蕩頻率范圍很寬，穩(wěn)定度較高。但是對電源噪聲很敏感，布局尺寸面積較大。晶體振蕩器頻率很準，而且工作穩(wěn)定。圖3.2 晶體振蕩電路由于AT89C51的振蕩器特性可知道，XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的上下電平要求的寬度。振蕩

43、電路由AT89C51的18，19腳的時鐘端(XTALl及XTAL2)以及12MHz晶振X1、電容C2，C3組成，采用片內(nèi)振蕩方式。 復(fù)位電路運行的單片機應(yīng)用系統(tǒng)，由于環(huán)境惡劣，在工作的過程中一旦因干擾失控，經(jīng)常會出現(xiàn)“死機的現(xiàn)象，它表現(xiàn)為系統(tǒng)無法繼續(xù)正常的運行，處在一種癱瘓狀態(tài)，它的硬件電路并沒有損壞，只是內(nèi)部程序運行出現(xiàn)了錯誤，這時，即使干擾消失，系統(tǒng)也不會恢復(fù)正常，這就需要采取一些措施來保障系統(tǒng)失控后能自動恢復(fù)正常，“程序運行監(jiān)視系統(tǒng)watchdog看門狗就是常用的一種抗干擾措施，用以保證系統(tǒng)因干擾失控后能自動復(fù)位。單片機選用AT89S51，用外置看門狗芯片MAX813L,，此芯片體積小、

44、功耗低、性價比高的帶看門狗和電源監(jiān)控功能的復(fù)位芯片；使用簡單、方便。它所提供的復(fù)位信號為高電平。系統(tǒng)從軟件死循環(huán)狀態(tài)恢復(fù)到復(fù)位狀態(tài)，使系統(tǒng)重新恢復(fù)到正常的運行狀態(tài)。目前在市場上有許多流行的專用復(fù)位芯片常用的有Maxim公司生產(chǎn)的MAX系列芯片,本文利用MAX813L設(shè)計復(fù)位電路,如圖3.3所示。圖3.3 復(fù)位電路MAX813L有雙列直插和貼片兩種封裝形式。第1腳MR為復(fù)位輸入端,低電平有效，第2腳VCC為電源端,第3腳GND為地,第4腳PFI為電源故障檢測輸人端,第5腳PFO為電源故障輸出端,第6腳WDI為看門狗檢測輸入端,第7腳RESET為復(fù)位輸出端,第8腳WDO為看門狗輸出端。復(fù)位電路具有

45、以下特點：1復(fù)位輸出。系統(tǒng)上電、掉電以及供電電壓降低時 , 第7腳產(chǎn)生復(fù)位輸出, 復(fù)位脈沖寬度的典型值為200ms,高電平有效復(fù)位，門限的典型值為4.65v。2看門狗電路輸出。如果在1.6S內(nèi)沒有觸發(fā)該電路 即第6腳無脈沖輸入, 第8腳輸出一個低電平信號。3人工復(fù)位輸人,低電平有效,即第1腳輸人一個低電平, 那么第1腳產(chǎn)生復(fù)位輸出4當輸入電源缺乏時,第5腳輸出一個低電平信號MAX813L的第(1)腳與第(8)腳相連。第(7)腳接單片機的復(fù)位腳AT89S51的第(9)腳；第(6)腳與單片機制P2.7相連。在軟件設(shè)計中，P2.7不斷輸出脈沖信號，如果因某種原因單片機進入死循環(huán)，那么P0.7無脈沖輸

46、出。于是1.6s后在MAX813L的第(8)腳輸出低電平，該低電平加到第(1)腳，使MAX813L產(chǎn)生復(fù)位輸出，使單片機有效復(fù)位，擺脫死循環(huán)的困境。另外，當電源電壓低于限值4.65V時，MAX813L也產(chǎn)生復(fù)位輸出，使單片機處于復(fù)位狀態(tài)，不執(zhí)行任何指令，直至電源電壓恢復(fù)正常，可有效防止因電源電壓較低進單片機產(chǎn)生錯誤的動作。電源故障輸入PFI通過一個電阻分壓器監(jiān)測未穩(wěn)壓的直流電源。當PFI低于1.25V時，電源故障輸出腳第5腳PFO變低，可引起AT89S51中斷進行電源故障處理，或?qū)⒅匾獢?shù)據(jù)保存下來。把分壓接到未穩(wěn)壓的直流電源是為了更早地對電源故障告警.程序運行“死機及相應(yīng)對策，程序正常運行時，

47、由主程序在小于1.6s的時間間隔內(nèi)周期性地從P17端向MAX813L的WDI輸入端發(fā)送一個脈沖信號，以去除芯片內(nèi)部的看門狗定時器。語音電路設(shè)計語音錄放電路設(shè)計以ISD1730為核心，輔以外圍錄放電路，外圍電路相當簡單。由于其可以進行直接模擬信號的存儲，省去了信號模數(shù)轉(zhuǎn)換的相關(guān)電路，使得信號更加的穩(wěn)定、錄放音質(zhì)量好。內(nèi)置微控制器串行通信接口，3V單電源工作，多段信息處理，工作電流25-30mA,維持電流1A，不耗電信息保存100 年(典型值)，高質(zhì)量、自然的語音復(fù)原技術(shù)，10 萬次錄音周期(典型值)，自動靜噪功能，片內(nèi)免調(diào)整時鐘，使得語音質(zhì)量以及穩(wěn)定性更加高。語音電路芯片的介紹ISD1730 是

48、ISD公司最新推出的單片高音質(zhì)語音錄放電路，該芯片提供多項創(chuàng)新功能，包括多信息管理系統(tǒng)，新信息提示 vAlert ，雙運作模式獨立 & 嵌入式，以及可定制的信息操作指示音效。芯片內(nèi)部包含有自動增益控制、麥克風前置擴大器、揚聲器驅(qū)動線路、振蕩器與內(nèi)存等的全方位整合系統(tǒng)功能。1ISD1730特點： 可錄、放音十萬次，存儲內(nèi)容可以斷電保存一百年 兩種控制方式 兩種錄音輸入方式 兩種放音輸出方式 可處理多達 255 段信息 有豐富多樣的工作狀態(tài)提示 多種采樣頻率對應(yīng)多種錄放時間 音質(zhì)好，電壓范圍寬，應(yīng)用靈活2ISD1730電特性： 工作電壓：2.4V-5.5V 靜態(tài)電流：0.5 - 1 A 工作電流：

49、20mA3獨立按鍵工作模式 ISD1730的獨立按鍵工作模式錄放電路非常簡單，而且功能強大。不僅有錄、放功能，還有快進、擦除、音量控制、直通放音和復(fù)位等功能這些功能僅僅通過按鍵就可完成。 在按鍵模式工作時，芯片可以通過 LED 腳給出信號來提示芯片的工作狀態(tài)，并且伴隨有提示音，用戶也可自定 4 種提示音效。 錄音操作： 按下 REC 鍵， REC 管腳電平變低后開始錄音，直到松開按鍵使電平拉高或者芯片錄滿時結(jié)束。錄音結(jié)束后，錄音指針自動移向下一個有效地址。而放音指針那么指向剛剛錄完的那段語音地址。 放音操作 ： 放音操作有兩種模式，分別是邊沿觸發(fā)和電平觸發(fā)，都由 PLAY 管腳觸發(fā)。 A、邊沿

50、觸發(fā)模式：點按一下 PLAY 鍵， PLAY 管腳電平變低便開始播放當前段的語音，并在遇到 EOM 標志后自動停止。放音結(jié)束后，播放指針停留在剛播放的語音起始地址處，再次點按放音鍵會重新播放剛剛的語音。在放音期間， LED 燈會閃爍直到放音結(jié)束時熄滅。如果在放音期間點按放音鍵會停止放音。 B 、電平放音模式： 如果一直按住 PLAY 鍵，使 PLAY 管腳電平持續(xù)為低，那么會將芯片內(nèi)所有語音信息播放出來，并且循環(huán)播放直到松開按鍵將 PLAY 管腳電平拉高。在放音期間 LED 閃爍。當放音停止，播放指針會停留在當前停止的語音段起始位置。 C、快進操作： 點按一下 FWD 按鈕將 FWD 端拉低，

51、會啟動快進操作?？爝M操作用來將播放指針移向下一段語音信息。當播放指針到達最后一段語音處時，再次快進，指針會返回到第一段語音。當下降沿來到 FWD 端時，快進操作還要決定于芯片當時的狀態(tài)： 如果芯片在掉電狀態(tài)并且當前播放指針的位置不在最后一段，那么指針會前進一段，到達下一段語音處。 如果芯片在掉電狀態(tài)并且當前播放指針的位置在最后一段，那么指針會返回到第一段語音處。 如果芯片正在播放一段語音非最后一段，那么此時放音停止，播放指針前進到下一段，緊接著播放新的語音。 如果芯片正在播放最一段語音，那么此時，放音停止，播放指針返回到第一段語音，緊接著播放第一段語音。 D、擦除操作： 擦除操作分為單段擦除和

52、全體擦除兩種擦除方式，區(qū)別如下： 單個擦除：只有第一段或最后一段語音可以被單個擦除。點按一下 ERASE 健將 ERASE 管腳拉低，這時具體的擦除情況要看播放指針的狀態(tài)： 如果芯片空閑并且播放指針指向第一段語音，那么會刪除第一段語音，播放指針指向新的第一段語音執(zhí)行擦除操作前的第二段 如果芯片空閑并且播放指針指向最后一段語音，那么會刪除最后一段語音，播放指針指向新的最后一段語音執(zhí)行擦除操作前的倒數(shù)第二段 如果芯片空閑并且播放指針指向沒有指向第一或最后一段語音，那么不會刪除任何語音，播放指針也不會被改變 如果芯片當前正在播放第一段或最后一段語音，點按下 ERASE 鍵會刪除當前語音。 全體擦除：

53、當按下 ERASE 鍵將 ERASE 管腳電平拉低超過 2.5 秒鐘，會觸發(fā)全體擦除操作，刪除全部語音信息。 E、復(fù)位操作： 如果用 RESET 控制此管腳，建議 RESET 管腳與地之間連接 一個 0.1 F 電容。當 RESET 被觸發(fā)，芯片將播放指針和錄音指針都放置在最后一段語音信息的位置。 F、音量操作： 點按一下 VOL 鍵將 VOL 管腳拉低會改變音量大小。每按一下，音量會減小一檔，再到達最小檔后再按的話，會增加音量直到最大檔，如此循環(huán)。總共有 8 個音量檔供用戶選擇，每一檔會改變 4dB 。復(fù)位操作會將音量檔放在默認位置，即最大音量。 G、FT 直通操作： 按住 FT 鍵將 FT

54、 管腳持續(xù)保持在低電平會啟動直通模式。出廠設(shè)定的是在芯片空閑狀態(tài)，直通操作會將語音從 Analn 端直接通往喇叭端或 AUD 輸出口。在錄音期間按下 FT 鍵，會同時錄下 Analn 進入的語音信號。4ISD1730引腳介紹圖3.4 ISD1730芯片VCCD 數(shù)字電路電源 /LED LED 指示信號輸出 /RESET 芯片復(fù)位 MISO SPI 接口的串行輸出。ISD1730 在 SCLK 下降沿之前的半個周期將數(shù)據(jù)放置在 MISO 端。數(shù)據(jù)在 SCLK 的下降沿時移出 MOSI SPI 接口的數(shù)據(jù)輸入端口。主控制芯片在 SCLK 上升沿之前的半個周期將數(shù)據(jù)放置在 MOSI 端。數(shù)據(jù)在 SC

55、LK 上升沿被鎖存在芯片內(nèi)。此管腳在空閑時，應(yīng)該被拉高 SCLK SPI 接口的時鐘。由主控制芯片產(chǎn)生，并且被用來同步芯片MOSI 和 MISO 端各自 的數(shù)據(jù)輸入和輸出。此管腳空閑時，必須拉高。 /SS 為低時，選擇該芯片成為當前被控制設(shè)備并且開啟 SPI 接口?？臻e時，需要拉高 VSSA 模擬地 AnaIn 芯片錄音或直通時，輔助的模擬輸入。需要一個交流耦合電容典型值為 0.1uF ，并且輸入信號的幅值不能超出 1.0Vpp 。APC 存放器的 D3 可以決定 Analn 信號被立刻錄制到存儲器中，與 Mic 信號混合被錄制到存儲器中，或者被緩存到喇叭端并 經(jīng)由直通線路從 AUD/AUX

56、輸出。 MIC+ 麥克風輸入 + MIC- 麥克風輸入 - VSSP2 負極 PWM 喇叭驅(qū)動器地 SP- 喇叭輸出 - VCCP PWM 喇叭驅(qū)動器電源 SP+ 喇叭輸出 + VSSP1 正極 PWM 喇叭驅(qū)動器地 AUD/ AUX 輔助輸出，決定于 APC 存放器的 D7 ，用來輸出一個 AUD 或 AUX 輸出。 AUD 是一個單端電流輸出，而 AuxOut 是一個單端電壓輸出。他們能夠被用來驅(qū)動一個外部揚聲器。出廠默認設(shè)置為 AUD 。 APC 存放器的 D9 可以使其掉電。 AGC 自動增益控制 /VOL 音量控制 ROSC 振蕩電阻， ROSC 用一個電阻連接到地，決定芯片的采樣頻

57、率 VCCA 模擬電路電源 /FT 在獨立芯片模式下，當 FT 一直為低， Analn 直通線路被激活。Analn 信號被立刻從 Analn 經(jīng)由音量控制線路發(fā)射到喇叭以及 AUD/AUX 輸出。不過，當在 SPI 模式下， SPI 無視這個輸入，而且直通線路被 APC 存放器的 D0 所控制。該管腳有一個內(nèi)部上拉設(shè)備和一個內(nèi)部防抖動電路 ，允許使用按鍵開關(guān)來控制開始和結(jié)束。 /PLAY 播放控制端 /REC 錄音控制端 /ERASE 擦除控制端 /FWD 快進控制端 RDY / INT 一個開路輸出。 Ready( 獨立模式 ) 該管腳在錄音，放音，擦除和指向操作時保持為低，保持為高時進入掉

58、電狀態(tài)。 Interrupt(SPI 模式 ) 在完成 SPI 命令后，會產(chǎn)生一個低信號的中斷。一旦中斷消除，該腳變回為高。 VSSD 數(shù)字地語音電路設(shè)計本局部采用ISD1730語音芯片以及外圍電路實現(xiàn)語音報站功能，該芯片內(nèi)部包含片上時鐘，麥克風前置放大器，自動增益放大器，帶通濾波器，平滑濾波器和功率放大器。采用模擬存儲技術(shù)，能提供20妙的錄音時間，并且掉電不喪失，語音質(zhì)量高，外圍主要有駐極體話筒和揚聲器和少量電阻電容組成。實現(xiàn)語音信號的輸入輸出。并且用一個電容二極管作為錄音指示燈。利用8根地址線和2根語音控制線和單片機連接實現(xiàn)控制功能。在錄音控制中，單片機利用REC腳置低電平，并且送出相應(yīng)地

59、址，從而實現(xiàn)分段錄音功能，錄音時間發(fā)光二極管被點亮，發(fā)光二極管熄滅時表示錄音結(jié)束。在報站狀態(tài)下，只需要單片機控制P1口，輸送所需要的報站名和其它相應(yīng)存儲地址，開始放音，通過改變地址信息，可以播放不同的預(yù)錄語音信息。組成所需要的一句話，實現(xiàn)播放報站名以及提示性的語句。語音播放的原理圖如圖3.5所示：圖3.5 語音芯片與單片機接口電路單片機應(yīng)用系統(tǒng)中語音接口的根本特點是:語音輸出的許多詞匯是相同的,如操作提示、運行結(jié)果報告等。根據(jù)這一特點,為了節(jié)省語音芯片的容量以降低硬件本錢,在設(shè)計中可充分發(fā)揮單片機的控制功能,根據(jù)系統(tǒng)的實時狀態(tài)結(jié)果,自動選擇適宜的語音詞匯或語音段靈活組合輸出。本系統(tǒng)采用的ISD

60、1730語音芯片由于容量缺乏,因此在軟件設(shè)計上采用了局部語音共用的方法,例如“遼寧工業(yè)大學(xué)站到了,請從后門下車中的“站到了,請從后門下車就是各個報站均要用到的詞語,可以做為子程序重復(fù)調(diào)用。 LED顯示電路設(shè)計LEDLight Emitting Diode，發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED顯示屏分類多種多樣,大體按照如下幾種方式分類，其中耗電與電源要求 顯示屏的耗電量分為平均耗電量和最大耗電量。平均耗電量又稱工作電量是平時實際耗電量。最大耗電量是啟動時或全亮等極端情況時的耗電量,最大耗電量是交流電供電(線徑,開關(guān)等)必須考慮的要素。因此LED顯示屏的驅(qū)動器的設(shè)計