畢業(yè)設(shè)計(jì)公交車自動報(bào)站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、公交車自動報(bào)站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)前言 根據(jù)AT89C51單片機(jī)的特點(diǎn)和公交車報(bào)站器的特點(diǎn)，本文提出了一種用單片機(jī)控制語音芯片進(jìn)行公交車語音自動報(bào)站的方法。同時給出了軟硬件設(shè)計(jì)的方法，設(shè)計(jì)過程中包括硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序編寫兩個方面，解釋了單片機(jī)在應(yīng)用過程中的方法和可能出現(xiàn)的問題。本文主要介紹硬件電路設(shè)計(jì)部分。利用AT89C51作為控制器，通過ISD4004語音芯片建立語音信息庫，形成變化多樣的語音信息，利用其功放播放語音信息以及提示語音，同時運(yùn)用LED數(shù)碼管進(jìn)行站數(shù)顯示。當(dāng)公交車到達(dá)某站點(diǎn)，用鍵盤控制本系統(tǒng)工作，通過語音電路輸出語音信息和提示，同時站數(shù)信息在LED數(shù)碼管上顯示。整個系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)包括鍵盤

2、電路、復(fù)位電路、顯示驅(qū)動電路、顯示電路、內(nèi)存擴(kuò)展電路模塊。本系統(tǒng)很大程度上提高公交車報(bào)站的準(zhǔn)確性，可靠性。提高了公交系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量。促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和交通變化的和諧發(fā)展。 1 方案論證1.1 方案1公交車站自動報(bào)站器的設(shè)計(jì)，對車輪軸的轉(zhuǎn)角的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，將計(jì)數(shù)值與預(yù)置值對比，即可確定報(bào)站時刻，達(dá)到準(zhǔn)確自動的目的。以AT89C51為主控芯片，對外來脈沖計(jì)數(shù)，結(jié)合語音芯片ISD4004輸出語音。系統(tǒng)由脈沖檢測、脈沖計(jì)數(shù)、CPU控制、控制信號、語音芯片、輸出顯示等組成。原理框圖如圖所示。語音芯片控制信號脈沖計(jì)數(shù)CPU控制輸出顯示放音電路脈沖檢測 圖1.1-1 原理框圖脈沖檢測：該系統(tǒng)關(guān)鍵是對轉(zhuǎn)軸所轉(zhuǎn)

3、過的圈數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，考慮到車輛將在復(fù)雜的 環(huán)境中運(yùn)行，故采用可靠的霍爾元件DN6848作為信號的采集裝置，再經(jīng)光電耦合器4N25輸入給單片機(jī)。脈沖計(jì)數(shù)：光電耦合器的信號進(jìn)入C51后，采用中斷方式對脈沖計(jì)數(shù)。外部晶振12MHz。CPU控制：程序中將計(jì)數(shù)值于預(yù)置值進(jìn)行比較，判斷是否到站，當(dāng)?shù)秸緯r就輸出信號控制語言芯片進(jìn)行報(bào)站。控制按鍵：用于手動控制、手動調(diào)整、預(yù)置值的輸入等語言芯片：由專用語音芯片ISD4004組成，可擦寫，便于在不同公交線上使用。 輸出顯示：LED點(diǎn)陣漢字顯示。預(yù)置存儲：采用兩種方式存儲，一種是在燒寫器上將數(shù)據(jù)寫入，另一種是在車上，單片機(jī)處于輸入狀態(tài)，車輛行駛一遍，將站與站之間的脈

4、沖數(shù)寫入片內(nèi)。1.2 方案2利用8031單片機(jī)作為CPU來進(jìn)行總體控制，當(dāng)汽車到達(dá)某站時，汽車司機(jī)通過鍵盤來控制本系統(tǒng)進(jìn)行工作，并且，系統(tǒng)將使用狀態(tài)指示電路，向司機(jī)指示出當(dāng)前的行駛方向及站號（如與實(shí)際方向不符，司機(jī)可通過鍵盤來調(diào)整）。原理圖如圖1.2-1所示。語音合成電路8031小系統(tǒng)LED點(diǎn)陣顯示電路語音輸入輸出電路鍵盤狀態(tài)指示電路 圖1.2-1 原理框圖本系統(tǒng)使用8031作為CPU，由CPU來控制語音合成芯片TC8830AF，使其工作在CPU控制模式下。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行語音再生時，由CPU控制語音合成電路中的語音芯片來讀取其外接的存儲器內(nèi)部的語音信息，并合成語音信號，再通過語音輸出電路，進(jìn)行語音

5、報(bào)站和提示。CPU同時通過程序讀取漢字信息，送入LED點(diǎn)陣顯示電路來進(jìn)行漢字提示。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行語音錄制時，語音信號通過語音輸入電路輸入給語音合成電路中的語音合成芯片，由語音合成芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并將生成的數(shù)字語音信息存儲到語音存儲芯片中，從而建立語音庫。2 硬件電路的設(shè)計(jì)2.1 單片機(jī)的原理AT89C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1-1所示。它主要由下面幾個部分組成：1個8位中央處理單元（CPU）、片內(nèi)Flash存儲器、片內(nèi)RAM、4個8位的雙向可尋址I/O口、1個全雙工UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行接口、2個16位的定時器/計(jì)數(shù)器、多個優(yōu)先級的嵌套中斷結(jié)構(gòu)，以及一個片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。在

6、AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)中，最顯著的特點(diǎn)是內(nèi)部含有Flash存儲器，而在其他方面的結(jié)構(gòu)，則和某公司的8051的結(jié)構(gòu)沒有太大的區(qū)別。CPU中斷控制振蕩器片內(nèi)Flash存儲器總線控制片內(nèi)RAM4I/O端口ETC定時器1定時器0串行端口外部中斷P0 P2 P1 P3地址/數(shù)據(jù)TXD RXD計(jì)數(shù)器輸入圖2.1-1 AT89C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖2.2 振蕩器電路的設(shè)計(jì)XTAL2XTAL1GNDNCCMOS門外部振蕩信號圖2.2-1 外部時鐘接法在圖中給出了外接元件，即外接晶體及電容C1，C2，并組成并聯(lián)諧振電路。在電路中，對電容C1和C2的值要求不是很嚴(yán)格，如果用高質(zhì)的晶振，則不管頻率為多少，C1，C

7、2通常都選擇30pF。有時，在某些應(yīng)用場合，為了降低成本，晶體振蕩器可用陶瓷振蕩器代替。如果使用陶瓷振蕩器，則電容C1，C2的值取47pF。XTAL2XTAL1內(nèi)部定時/PD400D1D2Q1RfQ2VCCQ3Q4圖2.2-2 AT89C51單片機(jī)內(nèi)部振蕩器電路2.3 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)Vcc AT89C51RST GND8.2k10uF+Vcc 圖2.3-1 手動復(fù)位電路一般采用的辦法是在RST端和正電源VCC之間接一個按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時，則VCC的+5V電平就會直接加到RST端。由于人的動作很快也會使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，保證能滿足復(fù)位的時間要求。手動復(fù)位的電路如圖2.3-1所示。

8、通常，在單片機(jī)中對所使用的振蕩晶體的參數(shù)要求如下：ESR（等效串聯(lián)電阻）：根據(jù)所需頻率按圖2.3-2選取。C0（并聯(lián)電容）：最大7.0pF。CL（負(fù)載電容）：30pF+3pF。通常，其誤差及溫度變化的范圍要按系統(tǒng)的要求來確定。 在本設(shè)計(jì)中，采用的是內(nèi)部方式，在XTAL1和XTAL2引腳上外接一個12MHZ的晶振及兩個47pF的電容組成。XTAL1XTAL289系列單片機(jī)GND內(nèi)部定時VCC/PDRf石英晶體或陶瓷振蕩器C1C2圖2.3-2 片內(nèi)振蕩器等效電路2.4 脈沖檢測電路的設(shè)計(jì)圖2.4-1 脈沖檢測電路本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是對轉(zhuǎn)軸所轉(zhuǎn)過的圈數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，考慮到車輛將在復(fù)雜的環(huán)境中運(yùn)行，而霍爾元件具

9、有耐震動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，故采用可靠的霍爾元件DN6848作為信號采集裝置，再經(jīng)過光電耦合器4N25輸入給單片機(jī)。光電耦合器的電流傳輸比為10%250%，響應(yīng)時間小于10us，其電路如圖2.4-1所示。2.5 LED顯示 圖2.5-1 LED點(diǎn)陣漢字顯示電路LED顯示器是用發(fā)光二極管構(gòu)成的顯示器。構(gòu)成方式有兩大類：一是筆段字符式，一般又有三種：7段（/8段）數(shù)碼管、15段（/17段）數(shù)碼管和6段符號顯示器；二是點(diǎn)陣字符式，一般有5×7、5×8、8×8和16×16等若干種點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。為了適應(yīng)不同電路的需要，根據(jù)構(gòu)成LED顯示器

10、的發(fā)光二極管公共極的極性，有共陰極和共陽極兩種形式。對共陰極數(shù)碼管，公共陰極接地，當(dāng)各段陽極上的電平為高電平時，該段接通亮，電平為0時，該段關(guān)斷不亮。對共陽極數(shù)碼管則剛好相反，高電平時不亮，低電平時亮。這種器件根據(jù)顯示數(shù)位分類，可以分為一位、雙位和多位LED顯示器，一位LED顯示器就稱作LED數(shù)碼管，兩位以上的一般就稱作LED顯示器。 7段（/8段）數(shù)碼管顯示器7段（/8段）數(shù)碼顯示器的每個數(shù)位都是由7段筆段組成，通過不同筆段的組合就可以顯示不同的數(shù)字和部分字母以及其他符號。其第8筆段一小數(shù)點(diǎn)形式位于字符的右下方。 15段（/17段）數(shù)碼管顯示器 15段（/17段）數(shù)碼顯示器的每個數(shù)位都是由1

11、4（/16）段數(shù)碼管組成外框加“米”構(gòu)成，通過不同筆段的組合，不但可以顯示所有的數(shù)字，還可以顯示所有的26個英文字母和其他符號。15段與17段顯示器的區(qū)別在于外框上下兩橫結(jié)構(gòu)不一樣，17段顯示器的上橫和下橫分別被分成兩個筆段，而15段顯示器則分別為一個筆段。17段顯示器可以顯示兩種尺寸不同的數(shù)字，一種為半尺寸瘦型數(shù)字，另一種為全尺寸的寬型數(shù)字；而15段顯示器則只能顯示全尺寸的數(shù)字。本電路采用16*256的LED點(diǎn)陣顯示屏來顯示16個16*16的漢字，采用顯存U14來存放漢字點(diǎn)陣信息。顯示屏分32頁，每頁由16行8列LED發(fā)光二極管構(gòu)成，在LED點(diǎn)陣顯示屏中，用一片4-16譯碼器74LS154進(jìn)

12、行行譯碼，將地址A0-A3譯碼形成行信號，用兩片4-16譯碼器74LS154組成一個5-32譯碼器，進(jìn)行頁譯碼，將地址A4-A8譯碼形成頁選通信號，分別用以選通一片74LS244，系統(tǒng)通過此74LS244的數(shù)據(jù)線向該頁的某行（由A0-A3譯碼選通）上的8個發(fā)光二極管送入顯示信息。九位地址線A0A8的地址范圍為0511，分別對應(yīng)顯示屏的第1頁的第1行到第32頁的第16行，地址線A0A8與顯存U14的地址輸入管腳相連接，因此U14中的第1到第512字節(jié)中的數(shù)據(jù)存放的是對應(yīng)顯示屏中第1頁的第1行到第32頁的第16行的顯示數(shù)據(jù)信息。系統(tǒng)通過循環(huán)地址的方法將U14中的每個單元的數(shù)據(jù)送入顯示屏的第1頁的第

13、1行到第32頁的第16行，適當(dāng)選擇循環(huán)周期，即可實(shí)現(xiàn)漢字的顯示。循環(huán)的地址信號由計(jì)數(shù)器U13所構(gòu)成的九位二進(jìn)制循環(huán)計(jì)數(shù)器產(chǎn)生，并通過緩沖器U7和U9的第1組通道送給U14和上述三片譯碼器的A0A8端，作為地址信號。顯存中的數(shù)據(jù)由單片機(jī)在需要時寫入，寫入時，單片機(jī)的P1.6置低電平(平時為高電平)，封鎖計(jì)數(shù)器U13的計(jì)數(shù)脈沖CP(注：CP為占空比為10：1的方波信號)，同時選通緩沖器U8和U9的第2組通道(經(jīng)非門U11A反向輸出的高電平封鎖緩沖器U7和U9的第1組通道)，使單片機(jī)送入的地址信號A0A8通過緩沖器(U8、U9)作為顯存的地址信號，單片機(jī)送來的數(shù)據(jù)(P00P07)就可以通過緩沖器U1

14、2寫入顯存(P1.6已為低電平)中的對應(yīng)地址單元內(nèi)，顯示信息完全寫入后，P1.6被置成高電平(緩沖器U8和U9的第2組通道被封鎖，緩沖器U7和U9的第1組通道開鎖)，計(jì)數(shù)脈沖CP開鎖，計(jì)數(shù)器U13工作，循環(huán)提供9位地址信號，使顯存中的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)被循環(huán)送入顯示屏(此時，U12輸出高阻態(tài)，實(shí)現(xiàn)顯示屏的數(shù)據(jù)總線與單片機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線間的隔離)，以實(shí)現(xiàn)漢字提示信息的顯示輸出。3 軟件設(shè)計(jì)3.1 主程序圖：開始計(jì)數(shù)判斷手/自動鍵是否按下YN調(diào)用手動操作程序判斷正/反向鍵是否按下返回YN調(diào)用反向程序比較判斷到站否NY調(diào)用語音報(bào)站程序返回 圖3.1-1 整體流程圖3.2 主程序清單MOV TMOD， #0F8

15、H； 外部中斷0工作在方式1MOV TH0， #0FFH ；設(shè)計(jì)數(shù)初值MOV TL0， #0FEH；SETB EA ；開放中斷SETB TR0SETB IE0 MOV R0， #20H ；軟件計(jì)數(shù)器地址值MOV R1， #11MOV A， #0MOVX R0, A ；軟件計(jì)數(shù)器清零SETB 21H.0 ；設(shè)中斷標(biāo)志位AJMP $ ；等待中斷RETL1: CPL 21HMOV TH0, #0FFHMOV TL0, #0FEHMOVX A, R0CLR CCJNE A, #0FFH, L2 ；計(jì)滿，轉(zhuǎn)移INC A ；未滿，計(jì)數(shù)值加1MOVX R0, AINC R0L2: INC R0 ；計(jì)數(shù)器地址

16、值加1INC AINC R1MOVX R0, A ；計(jì)數(shù)值加1RETIORG 1000HJNB P1.0, P0 ；P1.0=0，手動MOV DPTR, #2000HP0: JB P1.1, $ ；未到站，等待MOVX A, R0 ；讀入高位計(jì)數(shù)值MOVX DPTR, AMOV A, #0MOVX R0, ADEC R0INC DPTRMOVX A, R0 ；讀入低位計(jì)數(shù)值MOVX DPTR, AMOV A, #0MOVX R0, AINC DPTRLJMP P0T0: JNB P1.2, T1 ；P1.2=0，反向LCALL C0 ；正向RETT1: MOVX A, R0 ；取計(jì)數(shù)值高位DE

17、C DPTRMOVX 30H, DPTR ；路程值高位CLR CT2: CJNE A, 30H, T3 ；高位相等LJMP T3 ；不等繼續(xù)比較T3: INC DPTRDEC R0MOVX 31H, DPTR ；路程值低位MOVX A, R0 ；計(jì)數(shù)值低位CLR CT4: CJNE A, 31H, T5 ；低位不相等LJMP T4T5: LCALL PLAY ；調(diào)用語音報(bào)站程序DEC DPTRLJMP T1RETC0: MOVX A, R0 ；取計(jì)數(shù)值高位MOVX 32H, DPTR ；路程高位CLR CC1: CJNE A, 32H, C2 ；高位相等LJMP C2 ；不等繼續(xù)比較C2: I

18、NC DPTRDEC R0MOVX A, R0MOVX 33H, DPTRCLR CC3: CJNE A, 33H, C4 ；相等轉(zhuǎn)移LJMP C3C4: LCALL PLAY ；調(diào)用語音程序INC DPTRRET;3.3 LED漢子顯示程序的設(shè)計(jì)LED漢字顯示過程：首先P1.6置低電平(平時為高電平)，封鎖計(jì)數(shù)器U13的計(jì)數(shù)脈沖CP，同時選通緩沖器U8和U9的第2組通道，使單片機(jī)送入的地址信號A0A8通過緩沖器(U8、U9)作為顯存的地址信號，單片機(jī)送來的數(shù)據(jù)(P00P07)就可以通過緩沖器U12寫入顯存(P1.6已為低電平)中的對應(yīng)地址單元內(nèi)，顯示信息完全寫入后，P1.6被置成高電平，計(jì)數(shù)

19、脈沖CP開鎖，計(jì)數(shù)器U13工作，循環(huán)提供9位地址信號，使顯存中的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)被循環(huán)送入顯示屏)，以實(shí)現(xiàn)漢字提示信息的顯示輸出。LED漢字顯示程序： MOV R2, #16 ；16個字 MOV DPTR, #CDATD ；字模庫首地址SHU1: MOV A, #DAT ；要顯示字的代碼首地址 MOV B, #16 ；每個字符占16個字節(jié) MUL AB ；代碼*16 ADD A, DPL MOV DPL, A MOV A, B ADDC A, DPH MOV DPH, A MOV R0, 16 ；每個字符16個字節(jié) CLR P1.6 ；寫入顯存數(shù)據(jù) CLR CP MOV R1, #00H ；顯存數(shù)據(jù)存

20、儲首地址SHU2: MOVX R1, DPTR INC R1 ；地址值加1 INC DPTR DJNZ R0, SHU2 ；第一個字的顯存存完否 INC DAT DJNZ R2, SHU1 ；16個字存完否 SETB P1.6 ；送數(shù)、顯示 SETB CP RET4 結(jié)束語此次設(shè)計(jì)的公交車自動報(bào)站器初始值存入的方式是在車上,單片機(jī)處于輸入狀態(tài)，車輛行駛一遍，將站與站之間的脈沖數(shù)寫入片內(nèi)，該方式在公交車改變路線時便于修改。系統(tǒng)選用ISD4004語音芯片，它的錄音數(shù)據(jù)被存放方法是通過ISD多級存儲專利技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，用聲音和聲頻信號的自然形式直接存放在故態(tài)存儲器，從而提供高質(zhì)量回放語音的保真度，使得該

21、系統(tǒng)與其他語音報(bào)站系統(tǒng)相比較，語音質(zhì)量較好。另外，本設(shè)計(jì)仍然存在的許多的不足之處，比如，對知識的了解還不是那么的深刻，不能很好的運(yùn)用于實(shí)踐。在設(shè)計(jì)過程中，我得到了周圍許多人的幫助，在此我對他們表示忠心的感謝。首先我要感謝的是我的指導(dǎo)老師XX老師和XX老師，這個設(shè)計(jì)的每個細(xì)節(jié)和每個數(shù)據(jù)，都離不開你的細(xì)心指導(dǎo)，你嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我學(xué)習(xí)的榜樣；你循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。其次，我要感謝XX等同學(xué)在軟件設(shè)計(jì)方面給予我的幫助。再次我要感謝我的室友們，從遙遠(yuǎn)的家來到這個陌生的城市里，是你們和我共同維系著彼此之間姐妹般的感情，維系著寢室那份家的融洽。三年了，仿佛就在昨天。三年里，我們沒有紅過臉，沒有吵過嘴，沒有發(fā)生上大學(xué)前所擔(dān)心的任何不開心的事情。感謝你們，一路有你!參考文獻(xiàn)：1 謝淵： 電路分析， 清華大學(xué)出版社， 2003.4, P90-932 韋宏利: 語音芯片在報(bào)站器中的應(yīng)用, 現(xiàn)代電子技術(shù), 2003.13, P30-P313 袁成: 自動報(bào)站設(shè)備, 城市公用事業(yè), 2003.17, P42-P434 余永權(quán): ATMEL89系列單片機(jī)應(yīng)用技術(shù), 北京航空航天出版社，2003.4 P45-P475 張俊謨: 單片機(jī)中級教程, 北京航空航天大