公交車報(bào)站系統(tǒng)

1、目 錄引言21.緒論32.系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及模塊功能簡(jiǎn)介42.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求42.2 硬件架構(gòu)43 模塊選擇及簡(jiǎn)介53.1 單片機(jī)模塊53.2 錄音模塊 103.3 播放系統(tǒng)模塊 123.4 電源模塊 133.5 行列式按鍵模塊 134 系統(tǒng)工作原理 144.1系統(tǒng)電路原理圖 14原理框圖 144.2 系統(tǒng)各模塊原理簡(jiǎn)介 154.2.1語(yǔ)音采集模塊原理簡(jiǎn)介 15 播放模塊原理簡(jiǎn)介 18行列式按鍵模塊 18 ISP下載模塊20 電源模塊 205系統(tǒng)軟件流程圖 216參考文獻(xiàn)：23引言在當(dāng)代科學(xué)發(fā)展的道路上，交通工具的發(fā)展是使我們?nèi)祟愡M(jìn)步的必要前提，因?yàn)槲覀冇辛烁臁⒏孢m的交通工具，人們的效率有了

2、前所未有的發(fā)展.所以說交通工具也是人類發(fā)展的一大重要要素。從早期的蒸汽式公交車到現(xiàn)在完全的電子式自動(dòng)控制公交車，都是機(jī)械與電子技術(shù)。 本文就是利用單片機(jī)技術(shù)，為小型公交車設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單的報(bào)站系統(tǒng)。以便于公交車報(bào)站系統(tǒng)內(nèi)容更新，易于維護(hù)。1 緒論。1.1背景隨著人類的發(fā)展，城市的規(guī)模越來(lái)越大，人們的生活步伐也越來(lái)越快，自然交通工具也得到了快的發(fā)展，自二十世紀(jì)初汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車越來(lái)越成為了人們出行不可必少的交通工具，自然在城市中看到的是越來(lái)越多的公共汽車，這也是人類快速發(fā)展的必然趨勢(shì)，從最早的蒸汽式公共汽車到電動(dòng)汽車，再到現(xiàn)在天然氣的汽車，這無(wú)不反應(yīng)了人們的進(jìn)步。最初的公交車上面就必需的有兩個(gè)人

3、，即一個(gè)司機(jī)加上一個(gè)售票員，這個(gè)售票員的工作不僅需要負(fù)責(zé)售票的工作，還要準(zhǔn)確的為乘客報(bào)站的工作，作為一個(gè)地區(qū)的公交站行業(yè)，有一定的地方特色，他們報(bào)站時(shí)多采用地方口音，作為一個(gè)外地人有時(shí)候很難的聽懂報(bào)站，從而引起很多的麻煩，還有一個(gè)難以避免的麻煩，那就是一天下來(lái)，售票員都會(huì)在公交車上不停的招呼大家，還要準(zhǔn)確的為乘客們報(bào)站，他們是非常勞累與辛苦?，F(xiàn)在也是一個(gè)高科技發(fā)達(dá)的時(shí)期，人們不必要再做那個(gè)枯燥的事情，現(xiàn)在都提倡的是智能設(shè)備，用科技來(lái)改變?nèi)藗冇械纳钏脚c方式，所以現(xiàn)在在人們的生活中都感受到了科技給我們帶來(lái)的方便.現(xiàn)在的城市里的公交車都裝上了語(yǔ)音報(bào)站系統(tǒng)，從而提高人們的工作效率，因此現(xiàn)在就興起了

4、股科技熱，要為我們的公交車配上報(bào)站功能。1.2 意義正是由于科技給我們的生活帶來(lái)了巨大的改變，人們的生活水平和工作效率都得到了巨大的改變，本文正是一個(gè)研究如何利用單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)一種適合在公交車上用的語(yǔ)音報(bào)站系統(tǒng).對(duì)此的研究我們不僅能夠?qū)卉囆袠I(yè)的發(fā)展起到一個(gè)非常重要的作用，還能夠?yàn)槲覀兊纳鐣?huì)進(jìn)步作出一定的貢獻(xiàn)。2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及模塊功能簡(jiǎn)介2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求具有穩(wěn)定的供電系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)通過ICP更新程序。在各功能模塊整合上，可實(shí)現(xiàn)接口通訊。以單片機(jī)作為主控MCU，鍵盤作為控制輸入，實(shí)現(xiàn)響應(yīng)鍵值語(yǔ)音功能。要求可移植性強(qiáng)，特別是語(yǔ)音模塊能夠支持SPI串行通信選段模式，具有較長(zhǎng)的錄音時(shí)間和擦除功能。

5、主控MCU的I/O口要滿足系統(tǒng)需求，響應(yīng)時(shí)間快、功耗低，具有較大的片內(nèi)外存儲(chǔ)空間。不同站點(diǎn)有不同的語(yǔ)音播報(bào)內(nèi)容。設(shè)有站號(hào)手動(dòng)調(diào)整功能 ，即各個(gè)站點(diǎn)均用一個(gè)數(shù)字號(hào)碼表示。當(dāng)公交車實(shí)際到站與所播報(bào)的號(hào)碼不同時(shí)，可手動(dòng)按前進(jìn)鍵或后退鍵以調(diào)整站號(hào)。2.2 硬件架構(gòu) 本系統(tǒng)硬件構(gòu)架主要有幾大模塊組成：?jiǎn)纹瑱C(jī)模塊，錄音模塊，播放系統(tǒng)模塊，電源模塊，ISP下載模塊，行列式按鍵模塊。以上六個(gè)模塊構(gòu)成了公交車報(bào)站系統(tǒng)。3 模塊選擇及簡(jiǎn)介3.1 單片機(jī)模塊單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域由于單片機(jī)的體積小、使用靈活、成本低、易于產(chǎn)品化等特點(diǎn)，特別是有強(qiáng)大的、面向控制的能力，使它在工業(yè)控制、智能化儀表、外設(shè)控制、家用電器、機(jī)器人、

6、軍事裝置等到方面得到了廣泛的應(yīng)用。 單片機(jī)的選擇本設(shè)計(jì)主要考慮了兩塊現(xiàn)在廣泛用于生產(chǎn)生活中的、價(jià)格低廉的單片機(jī).atmel公司生的a89c5x系列的單片機(jī)和stc89c5xxx系列和芯片。atmel系列單片機(jī)。一、 atmel89系列單片機(jī)特點(diǎn)atmel89系列單片機(jī)是以8031核構(gòu)成的，所以，它和8051列單片機(jī)是兼容的系列.這 個(gè)系列對(duì)于以8051為基礎(chǔ)的系統(tǒng)來(lái)說，是十分容易進(jìn)行取代和構(gòu)造的.故而對(duì)于熟悉8051的用戶來(lái)說，用atmel公司的89系列單片機(jī)進(jìn)行取代8051的系統(tǒng)設(shè)計(jì)是輕而易舉的事。 89系列單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)89系列單片機(jī)對(duì)一地一般用戶來(lái)說，存在下列很明顯的優(yōu)點(diǎn)： 1、內(nèi)部含F(xiàn)l

7、ash存儲(chǔ)器 因此在系統(tǒng)的開發(fā)過程中可以十分容易進(jìn)行程序的修改，這就大大縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期.同時(shí)，在系統(tǒng)工作過程中，能有效地保存一些數(shù)據(jù)信息，即使外界電源損壞也不影響到信息的保存。 2、 與80c51插座兼容 89系列單片機(jī)的引腳是和80c51一樣的，所以，當(dāng)用89系列單片機(jī)取代80c51時(shí)，可以直接進(jìn)行代換.這時(shí)，不管采用40引腳亦或44引腳的產(chǎn)品，只要用相同引腳的89系列單片機(jī)取代80c51的單片機(jī)即可。引腳功能說明1、AT89C51引腳圖如圖1所示。圖1 AT89C51引腳圖VCC：供電電壓。VSS：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8個(gè)TTL門電流。當(dāng)P1

8、口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)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口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口：P2口為一個(gè)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(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，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(shí)，P2口的管

9、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(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)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：口

10、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0） P3.3 /INT1（外部中斷1） P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入） P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正

11、脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， 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(wú)效。    /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。     /EA/VPP：當(dāng)/E

12、A保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)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(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。3.2 錄音模塊該模塊主要由聲音采集及A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)組成以完成聲音信號(hào)的采集及存儲(chǔ)。 ADC0809是采樣頻率為8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)

13、進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。主要特性：1）8路8位AD轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。 2）具有轉(zhuǎn)換起停控制端。 3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s4）單個(gè)5V電源供電5）模擬輸入電壓范圍05V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。6）工作溫度范圍為-4085攝氏度 7）低功耗，約15mW。內(nèi)部結(jié)構(gòu)： ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1322所示，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型DA轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器。ADC0809引腳功能說明： 圖2ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖1323所示。下面說明各引腳功能。 IN0IN7：8路模擬量輸入端。2-12-8：8位數(shù)字量

14、輸出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 START： AD轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少100ns寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）。 EOC： AD轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。 Vcc：電源，單一5V。 GN

15、D：地。 ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) AD轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到AD轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示AD轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。3.3 播放系統(tǒng)模塊播放系統(tǒng)模塊通過串行接口與單片機(jī)通訊，并進(jìn)行選段播放。（一） D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC0832是采用CMOS工藝制成的單片直流輸出型8位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。如圖3所示

16、，它由倒T型R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、運(yùn)算放大器和參考電壓VREF四大部分組成。運(yùn)算放大器輸出的模擬量V0為 圖3 由上式可見，輸出的模擬量 與輸入的數(shù)字量 成正比，這就實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。一個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器有8個(gè)輸入端（其中每個(gè)輸入端是8位二進(jìn)制數(shù)的一位），有一個(gè)模擬輸出端。輸入可有28-256個(gè)不同的二進(jìn)制組態(tài)，輸出為256個(gè)電壓之一，即輸出電壓不是整個(gè)電壓范圍內(nèi)任意值，而只能是256個(gè)可能值。圖 4是DAC0832的邏輯框圖和引腳排列。 圖4D0D7：數(shù)字信號(hào)輸入端。ILE：輸入寄存器允許，高電平有效。CS：片選信號(hào)，低電平有效。WR1：寫信號(hào)1，低電平有效。XF

17、ER：傳送控制信號(hào)，低電平有效。WR2：寫信號(hào)2，低電平有效。IOUT1、IOUT2：DAC電流輸出端。Rfb：是集成在片內(nèi)的外接運(yùn)放的反饋電阻。 Vref：基準(zhǔn)電壓（-1010V）。Vcc：是源電壓（+5+15V）。AGND：模擬地 NGND：數(shù)字地，可與AGND接在一起使用。DAC0832輸出的是電流，一般要求輸出是電壓，所以還必須經(jīng)過一個(gè)外接的運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換成電壓。3.4 電源模塊簡(jiǎn)介電源模塊是把市電電壓轉(zhuǎn)化為單片機(jī)使用的5v電壓，并具備穩(wěn)壓的功能。3.5 行列式按鍵模塊行列式按鍵模塊是利用鍵盤掃描原理，觸發(fā)單片機(jī)使能各模塊響應(yīng)錄音或語(yǔ)音報(bào)站。4. 系統(tǒng)工作原理通過鍵盤控制，用MIC把聲

18、音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)存到單片機(jī)內(nèi)。通過ISP接口將單片機(jī)與電腦相連實(shí)現(xiàn)程序下載及語(yǔ)音數(shù)據(jù)的讀取。通過放音模塊把片內(nèi)存儲(chǔ)的分段語(yǔ)音數(shù)據(jù)讀出，利用功放電路使之放出聲音完成報(bào)站功能。4.1系統(tǒng)電路原理圖原理框圖 4.2 系統(tǒng)各模塊原理簡(jiǎn)介4.2.1語(yǔ)音采集模塊原理簡(jiǎn)介語(yǔ)音信號(hào)的采集是系統(tǒng)的重要組成分，這個(gè)質(zhì)量的好壞直接影響這個(gè)系統(tǒng)的最終效果。通常信號(hào)的采集與放大可以利用模擬器件的進(jìn)行。在這個(gè)部分，我們主要解決的問題有：傳感的選擇，放大器的設(shè)計(jì)，濾波器的設(shè)計(jì)及阻抗匹配等問題。信號(hào)的分類：1模擬信號(hào)：在時(shí)間和幅度上都連續(xù)的信號(hào)是模擬信號(hào)。2數(shù)字信號(hào)：在時(shí)間和幅度上都離散的信號(hào)是

19、數(shù)字信號(hào)。采集信號(hào)過程如下圖所示：圖 7在單片機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和智能化系統(tǒng)的儀表等應(yīng)用系統(tǒng)中，傳感器負(fù)責(zé)把電信號(hào)如溫度，壓力，流量，速度以及聲音等轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，這時(shí)的電信號(hào)為模擬信號(hào)，無(wú)法被數(shù)字系統(tǒng)識(shí)別與處理為了解決這個(gè)問題，需要一個(gè)將模擬信號(hào)向數(shù)字量轉(zhuǎn)化的器件A/D（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）通過A/D后，信號(hào)才能輸入到單片機(jī)或微機(jī)中進(jìn)行處理。在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的，輸入的模擬的信號(hào)的在時(shí)間上的連續(xù)，而輸出的數(shù)字信號(hào)是離散的所以進(jìn)行轉(zhuǎn)換的只能在一系列選定的瞬間對(duì)輸入信號(hào)的取樣，然后把這些都取樣的值裝換為輸出的數(shù)字量。因?yàn)橐话愕腁/D轉(zhuǎn)換過程要經(jīng)過取樣，保持，量化和編碼這4個(gè)步驟進(jìn)行。前2個(gè)步驟在取樣-保持電路中完

20、成，后2個(gè)步驟在A/D轉(zhuǎn)換器中完成。1取樣定理 取樣是時(shí)間上和量值能連續(xù)的變化模擬量按一定的時(shí)間間隔采取樣值，將其裝換為時(shí)間上連續(xù)的變化，在振幅上等于取樣期間模擬信號(hào)大小的一竄脈沖。為了較能好的的恢復(fù)原來(lái)的模擬信號(hào)，取樣信號(hào)的必須有足夠的高度頻率。取樣信號(hào)的頻率Fs必須大于等于輸入模擬信號(hào)頻譜的中最高頻率Fi(Max)的2倍即Fs2Fi(Max)這就是取樣定理。量化和編碼：要將取樣-保持電路輸出地取樣電壓轉(zhuǎn)換成其成正比例的數(shù)字量，還必須對(duì)樣值電壓進(jìn)行量化和編碼。通常用數(shù)字信號(hào)最低位（LSB）1所代表的模擬電壓作為量化單位，用的整數(shù)倍的過程叫量化將量化的結(jié)果用二進(jìn)制代碼表示，稱為編碼。在量化時(shí)，取樣電壓一般不能被整除，因而量化過程不可避免的會(huì)引入誤差，這個(gè)誤差稱為量化誤差。A/D轉(zhuǎn)化器的位數(shù)越多，量化單位也越小，則量化誤差也越小。量化與編碼由A/D轉(zhuǎn)換器完成。 播放模塊原理簡(jiǎn)介把從單片機(jī)中取出的語(yǔ)音數(shù)據(jù)用數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC08032轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，經(jīng)功放電路用揚(yáng)聲器放出來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)站功能。另外,加入了功率放大電路來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的放大,所采用的功率放大器是LM386,在6V電源電壓下,其靜態(tài)功耗僅為24mw,使得LM386特別適用于電池供電的場(chǎng)合,LM386電壓增益內(nèi)置為20,但在1腳和8腳之間增加一只外接電阻