语音播报无人公交车硬件设计(编辑修改稿)

语音播报无人公交车硬件设计(编辑修改稿)内容摘要：

内部由振荡器、语音存储单元、前置放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、输出放大器组成。 一个最小的录放系统仅由一个麦克风、一个喇叭、两个按钮、一个电源、少数电阻电容组成。 录音内容存入永久存储单元，提供零功率信息存储，这个独一无二的方法是借助于美国 ISD 公司的专利 —— 直接模拟存储技术（ DAST TM）实现的。 利用它，语音和音频信号被直接存储，以其原本的模拟形式进入 EEPROM 存储器。 直接模拟存储允许使用一种单片固体电路方法完成其原本语音的再现。 不仅语音质量优胜，而且断电语音保护。 目前， ISD1420 录放时间为 20 秒，（ APR9301 录放时间为 20 秒 30秒， RPR9600录放时间为 50 秒 60 秒） , 特点 ◎重现优质原声 ◎基本上不耗电信息存储 ◎信息可保存 100年 ,可反复录放 10万次 16 ◎选址处理多达 160段信息 ◎具有自动节电模式 ◎维持状态 ,仅需 A 电流 电特性 ◎工作电压 :5V ◎静态电流 :～ 2μ A ◎工作电流 :15～ 30mA 图 语音芯片结构图 图 引脚图 17 表 各引脚功能说明 , 地址模式 A0A7地址输入有双重功能 ,根据地址中的 A6,A7的电平状态决定功能。 如果A6,A7有一个是低电平 ,A0～ A7输入全解释为地址位 ,作为起始地址用。 根据 PLAYL、 PLAYE或 REC的下降沿信号 ,地址输入被锁定。 A0A7 由低位向高位排列， 每位地址代表 125 毫秒的寻址， 160 个地址覆盖 20 秒的语音范围 （ 160*=20s）， 录音及放音功能均从设定的起始地址开始，录音结束由停止键操作决定，芯片内部自动在该段的结束位置插入结束标志（ EOM）；而放音时芯片遇到 EOM标志即自动停止放音。 操作模式 如果 A6,A7同为高电平时 ,它们即为模式位。 地址位仅作为输入端 ,在操作过程中不能输出内部地址信息。 使用操作模式有两点要注意 : 所有初始操作都是从 0地址开始 ,0地址是 ISD1420存储空间的起始端 ,以后的操作可根据模式的不同 ,而从不同的地址开始工作。 当电路中录放音转换或进入省电状态时，地址 计数器复位为 0。 当 PLAYL、 PLAYE或 REC变为低电平 ,同时 A6,A7为高电平时 ,执行对应操作模式。 这种操作模式一直执行到下一个低电平控制输入信号出现为止 ,这一刻现行的地址 /模式信号被取样并执行。 操作模式可以与微控制器一起使用 ,也可用硬件连线 18 得到所需系统操作。 A0信息检索 (PLAYE或 PLAYL only) 不知道每个信息的实际地址 ,A0可使操作者快速检索每条信息 ,A0每输入一个低脉冲 ,可使得内部地址计数器跳到下一个信息。 这种模式仅用于放音 ,通常与 A4操作同时应用。 A1 删除 EOM标志 (REC only)可使录入的分段信息成为连续的信息 ,用 A1可删除掉每段中间信息后的 EOM标志 ,仅在所有信息后留一个 EOM标志。 当这个操作模式完成时 ,录入的所有信息就作为一个连续的信息放出。 A2 未用。 A3 循环重放信息 (PLAYE或 PLAYLonly)可使存于存储空间始端的信息自动地连续重放。 一条信息可以完全占满存储空间 ,那么循环就可以从头至尾进行工作 ,并由始至终反复重放。 A4 连续寻址：在正常操作中 , 当一个信息放出 , 遇到一个 EOM标志时 ,地址计数器会复位， A4可防止地址计 数器复位 ,使得信息连续不断地放出。 A5 未用。 地址功能表 表 ISD1420地址功能表 语音报站硬件连接 由于系统采取自动报站方式，需要预录取站名及提醒语句，电路中必须加入 19 语音电路。 本系统采用 ISD1420P 语音录放集成芯片。 芯片采用多电平直接模拟量存储技术，每个采样值直接存储在片内的闪烁存储器中，因此能够非常真实、自然地在现语音，避免了一般固体录音电路固置化和压缩造成的量化噪声和多属声。 单片机和 ISD1420之间的连接较少，其中 ISD1420 的 AOA7 口分别接单片机对应的 P1 口的， PLAYE 接单片机的中断引脚 INT1， REC 接单片机的中断引脚 INT0口。 此外由于 ISD1420 的工作电压为 5 伏，而单片机所需供电电压为 5伏，和单片机通用 5伏电源。 数据接收模块将接收到的信号送入单片机，单片机将此信号进行解码，信号经过校验确认正确后，然后通过显示模块显示出来；另一方面根据信号读取相应的地址，送给语音芯片，启动语音芯片送出声音信号，完成语音报站。 其硬件连接图如下： 图 ISD1420P原理图 LED 显示电路设计 现在驱动 LED 数码管流行采用单片机设计电路，但发现一些显示（ LED 数码管）电路设计复杂，没有充分利用单片机的电器特点、没有采用 “硬件软化 ”的方法。 直接用单片机的 8 位数据口作为数码管的 8 段显示驱动口。 这种显示方式虽然简便，电路也最简单，但显示的位数很少（最多四位）。 但已经满足了此次设计要求，所以选用此种方式。 （ 1） LED 的结构原理 发光二极管是一种将电能转变成光能的半导体器件。 简称 LED(Light Emitting Diode)。 LED 数码管结构简单，价格便宜。 八段 LED 显示管有八只 发光二极管组成，编号是 a、 b、 c、 d， e， f 和 SP，分别和同名管脚相连。 七段 LED 显示管比八段 LED 少一只发光二极管 SP，其 20 它和八段 LED 相同。 在给每个二极管通电后，二极管发光后表示要显示的数字的一部分，当组成这个数字的所有二极管都发亮时，才能正确的显示这个数字。 LED 显示器是单片机应用系统中常用的廉价输出设备。 它是由若干个发光二极管组成的，当发光二极管导通时，相应的一个点或一段笔画发亮。 控制不同组合的二级管导通，就能显示出各种字符。 使用 LED 显示器的时候，为了显示数字或是字符，要为 LED 显示器提供代码， 因为这些代码是通过各个段的亮与灭来显示不同字符的，因此称之为段码。 7 段 LED 的段码如下表 3 所示： 表 段 LED的段码 显示字符 共阴极段码 共阳极段码 显示字符 共阴极段码 共阳极段码 0 3FH C0H c 39H C6H 1 06H F9H d 5EH A1H 2 5BH A4H E 79H 86H 3 4FH B0H F 71H 8EH 4 66H 99H P 73H 8CH 5 6DH 92H U 3EH C1H 6 7DH 82H T 31H CCEH 7 07H F8H y 6EH 91H 8 7FH 80H H 76H 89H 9 6FH 90H L 38H C7H A 77FH 88H “灭” 00H FFH B 7CH 83H „„ „„ „„ （ 2） LED 显示器工作原理 由 N个 LED 显示块可以接成 N 位 LED 显示器。 N个 LED 显示块有 N根位选线和 8*N 根段选线。 根据显示方式的不同，位选线和段选线的连接方法也各不同。 段选线控制显示字符的字型，而位选线为 各个 LED 显示块的公共端，它控制该LED显示位的亮，暗。 A． LED 静态显示方式 LED 显示器工作于静态显示方式时，各位的共阴极或是共阳极连接在一起并接地（或是 +5V）；每段的段选线（ a～ dp）分别与一个 8 位的锁存器输出连接。 所以称为静态显示。 LED 的显示字符一经确定，相应锁存器的输出将维持不变，直到显示另一个字符为止。 也正是因为如此，静态显示的亮度都较高。 21 B． LED 动态显示方式 在多位 LED 显示时，为了简化硬件电路，通常将所有位的段选线相应的并联在一起，由一个 8位 I/O 口控制，形成段选线的多路复用。 而各 位的共阴极或是共阳极分别由相应的 I/O 线选址，实现各位的分时选通。 如以一个四位段显示为例来说明，其中段选线占用一个 8 位 I/O 口，而位选线占用一个 4位 I/O 口。 由于各位的段选线并联，段码的输出对于各位来说都是相同的。 因此次，同一时刻，如果各位选线都处于选通状态的话， 4 位 LED 将显示相同的字符。 若要各位 LED能够显示出与本位相应的显示字符，就必须采用扫描显示方式，即在某一时刻，只要让某一位的位选线处于选通状态，而其他各位的为选线处于关闭状态，同时，段选线上输出相应位要显示字符的段码。 这样同一时刻，只让下一位的位 选线处于选通状态，而其他各位的位选通处于关闭状态，同时，在段选线上输出相应位将要显示字符的段码，则同一时刻，只有选通位显示出相应的字符，而其他各位都是熄灭的。 如此循环下去，就可以使各位显示出将要显示的字符。 虽然这些字符上在不同时刻出现的，而且同一时刻，只有一个位显示，其他各位熄灭，但是LED显示器的余辉和人眼的视觉暂留作用，只要每位显示间隔足够短，则可以造成多位同时亮的假象，达到同时显示的目的。 数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字 ,本次实验为静态驱动。 静态显示 驱动：静态驱动也称直流驱动。 静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的 I/O 端口进行驱动，或者使用如 BCD 码二 十进制译码器译码进行驱动。 静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用 I/O 端口多，如驱动 5 个数码管静态显示则需要 58＝ 40 根 I/O 端口来驱动，要知道一个 89S51 单片机可用的 I/O 端口才 32 个呢：），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。 图 静态显示数码管原理图 22 按键输入模块电路 单片机控制系统中，往往只需要几个功能键，此时，可采用独 立式按键结构。 1. 独立式按键结构 独立式按键是直接用 I/O 口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根 I/O 口线，每个按键的工作不会影响其它 I/O 口线的状态。 独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根 I/O口线，因此，在按键较多时， I/O 口线浪费较大，不宜采用。 I/O 端线分为行线和列线，按键跨接在行线和列线上，按键按下时，行线与列线发生短路。 特点： ①占用 I/O端线较少； ②软件结构教复杂。 适用于按键较多的场合。 控制方式 ⑴ 程序控制扫描方式 键处理程序固定在主程序的某个程序段。 特点：对 CPU 工作影响小，但应考虑键盘处理程序的运行间隔周期不能太长，否则会影响对键输入响应的及时性。 ⑵ 定时控制扫描方式 利用定时 /计数器每隔一段时间产生定时中断， CPU 响应中断后对键盘进行扫描。 特点：与程序控制扫描方式的区别是，在扫描间隔时间内，前者用 CPU 工作程序填充，后者用定时 /计数器定时控制。 定时控制扫描方式也应考虑定时时间不能太长，否则会影响对键输入响应的及时性。 ⑶ 中断控制方式 中断控制方式是利用外部中断源，响 应键输入信号。 特点：克服了前两种控制方式可能产生的空扫描和不能及时响应键输入的缺点，既能及时处理键输入，又能提高 CPU 运行效率，但要占用一个宝贵的中断资源。 23 图 按键电路原理图 对于此次设计来说我们要准确的显示我们所对应的信息，每按下一次按键要显示所显示的信息，这按键主要用来报站而设计的。 这样操作方便而且实惠。 按键电路采用中断模式。 当有按键按下时，系统产生中断， CPU 响应中断后，开始计数，即查询键号，通过软件来实现该键号所对应键的功能。 本设计采用独立按键方式， K2为 终点站报站键 ； K K4 为上一站、 下一站报站键 ； K5为重复键，按下此键重复前一按键的播报内容。 24 4 公交报站。