杭州地铁一号线语音报站器模拟设计(编辑修改稿)

杭州地铁一号线语音报站器模拟设计(编辑修改稿)内容摘要：

情况之下，单片机开发人员可以直接利用单片机的内部程序存储器、数 据存储器、定时 /计数器、中断、 I/O 端口，因为这样可以减少开发整个系统的成本。 但是在很多情况下，仅仅依靠单片机内部的资源是不能够达到要求的，在很多更高级更繁杂的应用中，单片机内部的 RAM、 ROM 容量不够大， I/O 接口的数量也可能会不够用，这个时候我们就应该对单片机进行扩展，单片机最小系统的扩展是在单片机应用系统硬件设计时经常会遇到的情况。 本次设计为简单的单片机控制的 语音报站系统 ，因为功能不是很复杂，所以不需要拓展，只需要采用单片机最小系统电路（复位电路和外部时钟电路）再外加一些外设就能够满足要求。 在这里 复位电路采用手动复位。 STC12C5A60S2 芯片性能介绍 STC12C5A60S2 是 STC 公司 发布 的一 款功耗比较低 、 性能却比较高的 8 位微处理芯片 ， 它能为用户提供 60K 系统可编程 片内 ROM 存储器 ，高速 10 位 8 路A/D 数 /模转换器。 STC12C5A16S2 采用了 经典的 8051 内核，但 STC 公司在此基础上 做 出 了 许多 的改进 ，增加了很多 传统 8051 单片机不 具备 的功能。 在 单片机 上 ，集成了灵活 的 8 位 CPU 和 60K 的 可编程 ROM， 这让 STC12C5A60S2 为 广大 嵌入式 控制系统的 应 用提供的 解决方 法变得更 加灵活多变、有效。 STC12C5A60S2 主要性能参数： 1. 单片机的性能变得更好 ， 单片机开发人员可以根据自己的需要选择 6 时钟 /机器周期和 12 时钟 /机器周期 2. 工作电压 可以是 ～ 或者 ～ 3. 工作频率： 0～ 40M 赫兹 ， 差不多是一般 8051 单片机 的 0～ 80M 赫兹 ，实际工作频率 最高可达到 48M 赫兹 4. 用户应用程序空间为 60K 字节 5. 片上集成 1280 字节 RAM 6. 32 个可编程 I/O 口线 7．灵活 ISP 编程 杭州电子科技大学本科毕业设计 7 8. 具有 EEPROM 功能 9. 共 4 个 16 位定时器 /计数器 10. 工作温度 限制 ： 工业应用中，温度最小为 40℃，最高为 +85℃ ，一般的商业应用要求比较低，为 0～ 75℃ 11. PDIP 封装 芯片如图 41 所示： 图 41 STC12C5A60S2 芯片引脚图 芯片引脚介绍： （ 1）输入 /输出（ I/O）引脚分为 P0、 P P P3 四个口 在这四个口中，每个口都有 8 个引脚，即 8 位，一共是 32 个引脚。 P0 口（ 32 至 39 脚）： 8 位双向三态 I/O 口线，既可以作为普通的 I/O 口引脚，也可以作为数据 /低 8 位地址总线。 P1 口（ 1 至 8 脚）： 8 位准双向 I/O 口，可以作为普通的 I/O 口引脚，是四个口中最普通的一个。 P2 口（ 21 至 28脚）： 8 位准双向 I/O 口，既可以作为普通的 I/O 口引脚，也可以作为高 8 位地址总线。 P3 口（ 10 至 17 脚）： 8 位准双向 I/O 口，除了可作为普通的 I/O 口引脚之外，每个引脚还有第二功能。 第二功能如表 41 所示： 引脚 第二功能 第二功能信号名称 RXD 串行口输入端 TXD 串行口输出端 INT0 外部中断 0 请求输入端口 INT1 外部中断 1 请求输入端口 T0 定时 /计数器 0 T1 定时 /计数器 1 WR 外部 RAM 写选通 杭州电子科技大学本科毕业设计 8 RD 外部 RAM 读选通 （ 2）电源及时钟引脚 电源及时钟引脚总共 4 个，分别是： ① Vcc（ 40 脚）：接 +5V 电源。 ② Vss（ 20 脚）：接地。 ③ XTAL1（ 19 脚）：接单片机外部晶振电路的引脚，包括晶体振荡器和微调电容，采用外部时钟时，这个引脚接地。 ④ XTAL2（ 18 脚）：接单片机外部晶振电路的引脚，包括晶体振荡器和微调电容，采用外部时钟时，这个引脚输入外部时钟。 （ 3）控制线和 复位引脚 单片机用于复位和控制用的引脚共 4 个，分别为：第 9 脚，第 29 脚，第 31脚和第 30 脚。 这些引脚都有自己特殊的功能，有些可以有两种模式选择，在这里不一一介绍，下面以第 30 脚作为代表进行介绍： 第 30 脚的名称是 ALE/PROG，有两个功能，分别可以作为地址锁存允许信号输出引脚和编程脉冲输入引脚，通过引脚输出的高低电平来实现不同的功能。 在系统扩展单片机访问外部存储器的情况下， ALE 端口的输出信号用来锁存存储器的低8 位地址；如果不需要访问外部存储器， ALE 端口和正常一样，输出周期变化的正脉冲信号，其频 率为振荡器的六分之一。 需要注意的是，当访问外部存储器时，系统会自动跳过一个 ALE 脉冲。 单片机复位电路 单片机的复位顾名思义就是对单片机的初始化操作，它就好像是对电脑的重启，当电脑出现死机的情况时，只需重启电脑，电脑的内部程序就会初始化。 单片机也是这样，在单片机的运行过程中，有时候会受到各种特殊情况干扰，单片机的工作会变得不正常，这时只需要按下复位按钮，单片机内部的程序就会重新开始运行。 为了使单片机 CPU 和系统其他各个模块进入已经设定好的初始状态，并且从初始状态开始正常工作，我们需要对单片机 在启动的时候进行复位。 单片机的复位信号是从 RST 引脚进入到单片机里的施密特触发器中的。 当整个系统进入正常的工作状态后，且晶振电路稳定工作，如果 RST 引脚接收到一个高电平信号，而且能够维持 2 个机器周期以上，这时 CPU 就会响应，并且让系统复位。 单片机的复位方法有两种，一种方法是通过按键对单片机系统进行手动按键复位，另一种就是上电以后系统的自动复位，此次设计使用的是手动按钮复位。 手动复位的方法需要在 RST 端直接加上高电平，所以只需在正电源和 RST 端加上一个独立按键，那么当按下独立按键的时候， +5V 的正电源将会直接 加到 RST 端，松开的时候，杭州电子科技大学本科毕业设计 9 RST 又将与正电源断开，由于人的反应时间的原因，按按键的时间远远大于两个机器周期，所以，完全能够满足复位时间的要求。 这个系统的手动按键复位电路如下图 42，图中的 EST 就是 RST，接单片机的第 9 引脚： 图 42 复位电路 单片机晶振电路 单片机系统都必须带有晶振，即晶体振荡器，它在单片机系统里扮演了重要的角色。 单片机每完成一步任务，都需要一个时间，也就是单片机在完成任务的时候需要时钟信号。 因此，晶振的作用片很明确了，是为单片机系统产生一个单片机要用的时钟信号，一般 情况下一个系统只需要一个晶振，这样可以让各模块的运行保持同步，当然也有一个系统使用多个晶振的情况，本次设计是共用了一个晶振。 简而言之，晶振就是给单片机提供工作信号脉冲的，也就是确定单片机的工作速度的。 STC12C5A60S2 单片机内有一个放大器，可以进行反向放大，它的增益比较高，用来构成内部的振荡电路， XTAL1 引脚作为此放大器的输入端， XTAL2 引脚作为此放大器的输出端。 与这个放大器一起组成自激电路的，是单片机外部电路中的石英晶体或者其他材料谐振器，它们作为反馈元件。 由于晶振和单片机对应的两个引脚组 成的振荡电路中会有谐波生成，尽管这个谐波对电路的影响很小，但是会降低电路的时钟振荡器的稳定性，所以为了提高电路的稳定性，我们需要在和晶振的两个引脚处接近的地方接入两个电容来降低谐波对电路稳定性的影响，一般两个电容的范围是在 10pF 到 50pF。 我在这个系统中选择了两个 30pF 的电容和 的晶振，接在放大器的反馈回路中，形成一个并联的晶振电路。 此系统的晶振电路如图 43 所示： 图 43 晶振电路 杭州电子科技大学本科毕业设计 10 显示模块 由于段式液晶屏只能显示数字和少量的英文字符，而单色图形式液晶模的图形分辨率 较低，所以本次设计我选择了可以显示数字、中英文字符并且分辨率较高的 TFT 液晶模块。 另外 TFT 屏幕的价格也在逐渐降低，也减少了成本。 TFT（ Thin Film Transistor）是薄膜型晶体管液晶显示屏，它其中的每一个象素点全都是通过它后面的薄膜型晶体管来驱动的，这样提高了显示屏的响应速度 ，所以 TFT 液晶的色彩更逼真，图像质量更高。 显示模块电路如图 44 所示： 图 44 显示模块电路 本次设计 TFT 液晶屏采用的是 16 位并行方式与单片机相连接，它与 8 位的方式相比速度更快。 该模块的 80 并口有如下一些 信号线： CS： TFTLCD 片选信号； WR：向 TFTLCD 写入数据； RD：从 TFTLCD 读取数据； D[15:0]： 16 位双向数据线； RST：硬复位 TFTLCD； RS：命令 /数据标志（ 0，读写命令； 1，读写数据）。 杭州电子科技大学本科毕业设计 11 TFT 显示屏显示的效果如图 4图 46 所示： 图 45 列车运行时信息 图 46 列车到站时信息 屏幕的上面部分可以显示列车到站的信息和下一站的预报，而屏幕的下面部分则可以显示列车已过站台的信息，当列车已经经过某站点时，该站点就会从红色变成绿色 ，并且叉会变成勾。 语音模块 现在市场上主要有，既可以录音又可以播放的 ISD 系列，一次性的 APLUS 系列，掩膜型 等等。 根据本次设计的要求，我选择 ISD4004 语音芯片，它最长可以录制16 分钟，完全够 25 个站语音播报的储存，而且它能较好的还原之前录制的声音效果。 杭州电子科技大学本科毕业设计 12。