基于微计算机的公交语音报站器.doc

《基于微计算机的公交语音报站器.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于微计算机的公交语音报站器.doc（18页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、课程设计报告书 课程名称： 微计算机控制系统设计 题 目： 基于微计算机的公交语音报站系统 系 （院）： 电子工程学院 学 期： 10-11-1 专业班级： 姓 名： 学 号： 评语：成绩：签名：日期： 目录摘要.1一、引言.2二、硬件.3 1、单片机及接口.3 1.1、单片机模块.3 1.1.1、单片机的应用领域.3 1.1.2、单片机的选择. .3 1.1.3、89系列单片机的优点.3 1.1.4单片机的复位、晶振电路. .3 2.1、ISD4004芯片.4 2.1.1、ISD4004芯片简介. .4 2.1.2、引脚图. .4 2.1.3、引脚描述. .4 2.2、M386芯片. 5 2

2、.3、语音电路接口图. 6 3、键盘及消抖电路. .6 3.1、矩阵键盘. .6 3.1.1、键盘概述. .6 3.1.2、矩阵键盘的工作理. .7 3.2、消抖电路. .7 4、显示模块. .7 4.1、液晶显示器的优点. .7 4.2、1602LCD主要技术参数.8 4.3、功能引脚说明. .8 4.4、显示电路. .8 5、检测电路.9 5.1、霍尔元件.9 5.1.1、霍尔效应.9 5.1.2、霍尔传感器.9 5.2、运算放大器.9 5.2.1、运算放大器的基本结构.10 5.2.2、运放的实现.10 5.3、电压比较器.10 5.4、脉冲产生电路.11 6、电源模块简介.11附：系统

3、整体图. .12三、程序流程图.13 1、自动程序流程图.13 2、手动程序流程图.14结束语. .15摘要本设计主要是利用 89C51 单片机作为 CPU 来进行总体控制，结合霍尔器件检测系统，对车辆的运行状态进行实时采集，对数据进行分析，当车辆达到预定位置时，通过语音芯片ISD4004实现播报站名、提示语、时间等信息，并在LCD显示器上显示，实现全自动报站功能，当霍尔器件遇到外界影响时，还可通过键盘操作进行手动报站功能等。另外，该系统还可以为乘客提供各种各样的提示或警示服务，使得乘客能愉快、安全地上下车。一、引言随着国民经济的快速发展，城市建设规模不断扩大，大城市人口高度集中并大幅度增长，

4、同时汽车拥有量急剧上升，交通需求迅速扩大，而道路交通基础设施建设的发展则相对滞后。实施“公交优先”是解决我国城市交通发展问题的有效途径，也是我国目前城市交通发展的基本政策。公交智能化是智能交通的一个重要的子领域，同时也是落实“公交优先”，使城市交通与社会经济和谐发展的重要组成部分。实施公交智能化，必须提高公交服务质量，而到站后的准确、及时报站就是一个方面，本文设计的公交车语音报站器就能解决这方面的问题。目前公交报站有三种方式，一种是利用GPS全球卫星定位系统的公交车报站系统，目前美国部分城市投入使用，国内也有此类产品的研制开发，其功能强大，系统稳定，但其投资昂贵，尤其是一些中小城市无法承受。目

5、前我国部分城市采用手动电子报站和人工报站的方式，而它们都离不开司务人员，加大司乘人员的工作强度。手动电子报站一般由司机或者乘务员控制，经常出现错报，误报的情况，基于上述情况的不足，结合公交车辆的使用特点及实际营运环境，研制开发了市内公交智能报站系统。技术关键是对车轮转轴的转角的脉冲进行计数，将计数值与预置值对比，即可确定报站时刻，达到准确自动的目的。以AT89C51为CPU在中断处理程序中对外来脉冲计数，利用ISD4004输出语音。本设计总体图如下： 图1-1 系统整体图二、硬件电路设计1、单片机及接口1.1、单片机模块1.1.1、单片机的应用领域由于单片机的体积小、使用灵活、成本低、易于产品

6、化等特点，特别是有强大的、面向控制的能力，使它在工业控制、智能化仪表、外设控制、家用电器、机器人、军事装置等到方面得到了广泛的应用。1.1.2、单片机的选择本设计主要考虑了两块现在广泛用于生产生活中的、价格低廉的单片机. Atmel公司生的at89c5x系列的单片机和stc89c5xxx系列和芯片。atmel89系列单片机是以8031核构成的，所以，它和8051列单片机是兼容的系列.这 个系列对于以8051为基础的系统来说，是十分容易进行取代和构造的.故而对于熟悉8051的用户来说，用 Atmel公司的89系列单片机进行取代8051的系统设计是轻而易举的事。1.1.3、89系列单片机的优点1）

7、、内部含Flash存储器 因此在系统的开发过程中可以十分容易进行程序的修改，这就大大缩短了系统的开发周期.同时，在系统工作过程中，能有效地保存一些数据信息，即使外界电源损坏也不影响到信息的保存。 2）、与89c51插座兼容 89系列单片机的引脚是和89c51一样的，所以，当用89系列单片机取代89c51时，可以直接进行代换.这时，不管采用40引脚亦或44引脚的产品，只要用相同引脚的89系列单片机取代89c51的单片机即可。1.1.4、单片机的复位、晶振电路图2-1 单片机最小控制系统接口图2、音响电路与接口2.1、ISD4004芯片2.1.1、ISD4004芯片简介ISD4004系列工作电压3

8、V,单片录放时间8至16分钟,音质好,适用于移动电话及其他便携式电子产品中。芯片采用CMOS技术,内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮阵列。芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制,操作命令可通过串行通信接口(SPI或Microwire)送入。芯片采用多电平直接模拟量存储技术, 每个采样值直接存贮在片内闪烁存贮器中,因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声,避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和金属声。采样频率可为 4.0,5.3,6.4,8.0kHz,频率越低,录放时间越长,而音质则有所下降,片内信息存于闪烁存贮器中,可在断

9、电情况下保存100年(典型值),反复录音10万次。 ISD40042.1.2、引脚图 图2-2 ISD4004管脚图2.1.3、引脚描述电源:(VCCA,VCCD) 为使噪声最小,芯片的模拟和数字电路使用不同的电源总线,并且分别引到外封装的不同管脚上,模拟和数字电源端最好分别走线,尽可能在靠近供电端处相连,而去耦电容应尽量靠近器件。地线:(VSSA,VSSD) 芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线。同相模拟输入(ANA IN+) 这是录音信号的同相输入端。输入放大器可用单端或差分驱动。反相模拟输入(ANA IN-) 差分驱动时,这是录音信号的反相输入端。信号通过耦合电容输入,最大幅度为峰峰

10、值16mV。音频输出(AUD OUT) 提供音频输出,可驱动5K的负载。片选(SS) 此端为低,即向该ISD4004芯片发送指令，两条指令之间为高电平。串行输入(MOSI) 此端为串行输入端，主控制器应在串行时钟上升沿之前半个周期将数据放到本端,供ISD输入。串行输出(MISO) ISD的串行输出端。ISD未选中时,本端呈高阻态。串行时钟(SCLK) ISD的时钟输入端,由主控制器产生,用于同步MOSI和MISO的数据传输。数据在SCLK上升沿锁存到ISD,在下降沿移出ISD。中断(/INT) 本端为漏极开路输出。ISD在任何操作(包括快进)中检测到EOM或OVF时,本端变低并保持。中断状态在

11、下一个SPI周期开始时清除。中断状态也可用RINT指令读取。OVF标志-指示ISD的录、放操作已到达存储器的未尾。EOM标志-只在放音中检测到内部的EOM标志时,此状态位才置1。行地址时钟(RAC) 漏极开路输出。每个RAC周期表示ISD存储器的操作进行了一行(ISD4004系列中的存贮器共2400行)。该端可用于存储管理技术。外部时钟(XCLK) 本端内部有下拉元件。芯片内部的采样时钟在出厂前已调校,误差在 +1%内。商业级芯片在整个温度和电压范围内, 频率变化在+2.25%内。工业级芯片在整个温度和电压范围内,频率变化在-6/+4%内,此时建议使用稳压电源。若要求更高精度,可从本端输入外部

12、时钟(如附录所列)。由于内部的防混淆及平滑滤波器已设定,故上述推荐的时钟频率不应改变。输入时钟的占空比无关紧要,因内部首先进行了分频。在不外接地时钟时,此端必须接地。自动静噪(AMCAP) 当录音信号电平下降到内部设定的某一阈值以下时,自动静噪功能使信号衰弱,这样有助于养活无信号(静音)时的噪声。本端接VCCA则禁止自动静噪。2.2、LM386芯片LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音和收音机中。LM368是专为低损耗电源所设计的功率放大器。它的内建增益为20，通过pin1和pin8脚位间电容的搭配，增益最高

13、可达到200。LM386可使用电池为供电电源，输入电压范围可由4V-12V，无动作时仅消耗4mA电流，且失真低。 图2-3 LM386的引脚图2.3、语音电路接口图 图2-4 语音电路图3、键盘及消抖电路3.1、矩阵键盘3.1.1、键盘概述键盘分两大类：编码键盘和非编码键盘，独立式按键属于非编码键盘，只简单地提供键盘的行列与矩阵，其他操作如键的识别，决定按键的读数等仅靠软件完成，故硬件较为简单，但占用CPU较多时间。非编码键盘的键输入程序应完成的基本任务1.监测有无键按下；2.判断是哪个键按下；3.完成键处理任务。矩阵式键盘适用于按键数量较多的场合，由行线和列线组成，按键位于行列的交叉点上。节

14、省I/O口。行线通过上拉电阻接到+5V上。无按键时，行线处于高电平状态，有键按下，行线电平状态将由与此行线相连的列线电平决定。3.1.2、矩阵键盘的工作原理最常见的键盘布局如图3-1所示。一般由16个按键组成，在单片机中正好可以用一个P口实现16个按键功能，这也是在单片机系统中最常用的形式，4*4矩阵键盘的内部电路如图3-2所示。图3-1 矩阵键盘布局图 图3-2 矩阵键盘内部电路图 当无按键闭合时，P1.0P1.3与P1.4P1.7之间开路。当有键闭合时，与闭合键相连的两条I/O口线之间短路。判断有无按键按下的方法是：第一步，置列线P1.4P1.7为输入状态，从行线P1.0P1.3输出低电平

15、，读入列线数据，若某一列线为低电平，则该列线上有键闭合。第二步，行线轮流输出低电平，从列线P1.4P1.7读入数据，若有某一列为低电平，则对应行线上有键按下。综合一二两步的结果，可确定按键编号。但是键闭合一次只能进行一次键功能操作，因此须等到按键释放后，再进行键功能操作，否则按一次键，有可能会连续多次进行同样的键操作。各键功能“0”：前进加一键； “1”：后退减一键； “2”：播放车到站语音提示键； “3”：播放汽车起步语音键；其他键用于以后的功能扩展。3.2、消抖电路按键开关是电子设备实现人机对话的重要器件之一。由于大部分按键是机械触点，在触点闭合和断开时都会产生抖动。为了避免抖动引起误动作

16、造成系统的不稳定，就要求消除按键的抖动，确保按键每按一次只做一次响应。消抖的方法可采用消抖电路（R-S触发器电路）进行硬件消抖，也可以采用延迟方式进行软件消抖（延迟后再重读，以跳过抖动期）。在矩阵键盘中，本设计用的是软件消抖。4、显示模块4.1、液晶显示器的优点1）、显示质量高：由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新新亮点。因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。2）、数字式接口：液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。3)、体积小、重量轻：液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到

17、显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。4)、功耗低：相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。4.2、1602LCD主要技术参数作显示容量:162个字符芯片工作电压:4.55.5V工电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm4.3、功能引脚说明1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表1所示:表1：引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/

18、命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极4.4、显示接口电路 图4-1 显示电路 5、检测电路5.1、霍尔元件5.1.1、霍尔效应若将通有电流的导体置于磁场B之中，磁场B （沿z轴）垂直于电流IH （沿x轴）的方向，如图所示，则在导体中垂直于B和IH的方向上出现一个横向电位差UH。 5.1.2、霍尔传感器 霍尔传感器是对磁敏感的传感器件，由磁钢、霍尔元件等组成。在非磁材料的圆盘边上粘贴一块磁钢，霍尔传感器固定在圆盘外缘附近。圆盘每转动一圈，霍尔传感器便产生一个霍尔电势。通过运放和电压比较器，再由单片机

19、测量产生脉冲的个数就可以得出行驶的距离。5.2、运算放大器运算放大器是目前应用最广泛的一种器件，虽然各中不同的运放结构不同，但对于外部电路而言，其特性都是一样的。运算放大器一般由4个部分组成，偏置电路，输入级，中间级，输出级，其中输入级一般是采用差动放大电路（抑制电源），中间级一般采用有源负载的共射负载电路（提高放大倍数），输出级一般采用互补对称输出级电路（提高电路驱动负载的能力）。5.2.1、运算放大器的基本结构 图5-1 运算放大器基本结构1）、差动式输入级：提高共模信号抑制能力，经常采用采用双输入双输出形式。2)_、电压放大级：提供高的电压增益，以保证运放的运算精度。3)、输出级：提高输

20、出功率。通常由PNP和NPN两种极性的三极管或复合管组成，以获得正负两个极性的输出电压或电流5.2.2、运放的实现在实际运用经常将运放理想化，这是由于一般说来，运放的输入电阻很大，开环增益也很大，输出电阻很小，可以将视之为理想化的，这样就能得到：RIR00,A。由A，得到U+U-,于是两个输入端可以近似看作短路（称为“虚短”），如果同向输入端接地，反向输入端与地几乎同电位（称为“虚地”）。由RI可知，输入端电路近似等于0，故可把输入端看作是断路（称之为“虚断”）。输出：U0= A(U+-U-) ； A称为运算放大器的开环增益（开环电压放大倍数）。5.3、电压比较器比较器的输入量是模拟量，输出量

21、是数字量，所以它兼有模拟电路和数字电路的某些属性，是模拟电路和数字电路之间联系的桥梁，是重要的接口电路。电压比较器用来判断输人信号电位之间的相对大小, 所以它至少有两个输人端。一般在电压比较器的一个输人端加门限电位作为基准电压, 其大少可根据实际需要而定, 另一个输人端加被比较信号u1。比较器的输出信号仅有两个电位：高输出电位VH和低输出电位VL。从数字电路的观点来看, 高输出电位VH相当于逻辑电平“1” 低输出电位VL相当于逻辑“0”。当输人信号(被比较信号)超过或低于门限电压Vth时, 比较器发生翻转, 其输出电位由VH变为VL, 或由VL复为VH, 比较器是模拟电路和数字电路进行联系的桥

22、梁。在电子线路, 自动控制和计算机系统中获得广泛的应用。一个性能优良的比较器应具有高的分辨率、快的比较速度、宽的输入电压范围和强的逻辑兼容性。差动电压比较器，如下图： 图5-2 差动电压比较器5.4、脉冲产生电路当车轮转一圈时，霍尔元件产生一个霍尔电势，经运放放大以后输入到电压比较器产生脉冲输入到单片机。电路如下：图5-3 脉冲产生图6、电源模块简介电源模块是把市电电压转化为单片机使用的5v电压，并具备稳压的功能。 图6-1 电源模块图系统整体图利用 89C51 单片机作为 CPU 来进行总体控制，结合霍尔器件检测系统，对车辆的运行状态进行实时采集，对数据进行分析，当车辆达到预定位置时，通过语

23、音芯片 ISD4004 组成的语音控制电路能够建立多段语音库信息，并且可以对这些段的语音信息进行自由的组合，形成变化多样的语音提示信息，同时使用LCD1602 液晶显示电路进行汉字显示，能够实现公交车的语音报站及汉字显示，实现全自动报站功能，当霍尔器件遇到外界影响时，还可通过键盘操作进行手动报站功能，在CPU 控制模式下，键盘电路采用中断扫描模式，当有键按下时，系统产生中断，CPU 响应中断后，即查询键号，通过软件来实现该键号所对应键的功能。因此当公交车到达某站时通过键盘来控制本系统进行工作，通过语音输出电路进行语音报站和提示，CPU 同时通过程序读取汉字信息送入LCD 液晶显示电路进行汉字提

24、示。具体系统电路如下图： 图c 系统整体图三、 程序流程1、自动程序流程图 上 电上电 初始化NY 返 回调中断程序检查溢出位 等 待 赋初值 图a 自动程序流程图上电以后开始初始化，然后送入第一个站的初值，汽车启动，进行等待并检测溢出位，到站发生溢出时，调中断程序进行语音报站，没有溢出时，继续等待，中断返回时再次送入下一个车站的计数初值，在等待，直到汽车到达终点站。2、手动程序流程图初始化按键查询放音键按下？加一键按下？减一键按下？特殊语音键按下？执行放音对对应子流程执行加一键对应子流程执行减一键对应子流程执行特殊键对应子流程上电YNYNYNYN停止键按下？执行停止键对应子流程NY 图b 手

25、动程序流程图手动报站时，需要查询键码，当有键按下的时候，产生中断，调出相应的子程序。结束语：该设计主要有四部分组成：单片机控制部分、信号部分、语音部分和显示部分，控制部分由89C51组成，包括必要的按键电路、复位电路等外围电路。显示部分由LCD液晶显示器完成，包括配套的电压电路等。在用单片机实现液晶公交报站系统的毕业设计中，我综合运用了单片机原理及应用、模拟电子、数字电子技术、计数机控制系统等专业理论课，并且熟练运用了Protel99 绘图软件，而且通过这次设计我也知道了自己的不足，受益匪浅。这次的设计对我来说无疑是一笔宝贵的财富。是我更加了解了单片机结构小而功能大等特点以及它那无可比拟的优点，我也会将学习进行到底，深入实践，不断提升自我，在以后的工作中继续创新思维，认真工作，使我能够在以后的工作中更加得心应手。在此感谢老师们的指导和帮助，感谢老师们传授给我的知识，指导老师的严谨和求实的治学精神及踏实细致的科研态度使我受益非浅。在课程设计完成之际，谨向马娟丽老师表示忠心的感谢和诚挚的祝福。最后感谢我的同学这段时间以来对我的关心和支持。