毕业设计-基于at89c51单片机的公交车语音报站系统的设计

毕业设计-基于at89c51单片机的公交车语音报站系统的设计内容摘要：

好 5V— 电压转换处理（由 实现）模块引脚直接接 5V 电源。 模块有两路输入和两路输出。 输入：MIC 输入以及耳机插口输入；输出：喇叭输出与耳机插口输出。 其中 GND 与 相 9 连， VCC 与 相连接，为语音模块提供电源。 SCLK 串行接口时钟输入端与 相连， /SS 为片选与 相连， MISO 串行数据输出端与 相连，用来控制数据输出，MOSI 串行数据输入端与 相连，用来控制数据输入。 模块的接口定义如下（顶视）图 所示。 （注： NC 为空脚） MISO串行输出 MOSI串行输入 VCC＋ 5V /SS片选 SCLK时钟 GND地 图 语音 模块的接口定义 LCD1602 液晶显示模块的 rs,rw,e 分别与 51 单片机的 P3^5， P3^6， P3^7 端口连接，进行程序的读写数据，字符操作。 而 D0~D7 分别与 51 单片机的 P0 口进行连接，用来输出数据与字符。 如图 所示。 输入和输出音量调节 电源转换 音频输出 音频输入 MIC 此处为 IDC10接口 标有白色框的为 10 图 液晶 1602 与 AT89C51 实物连接图 本次设计的按键模块采用通用按键开关，简单易行且控制方便， 与 51 单片机的 口连接，用以控制整个系统设计中 LCD 液晶显示以及语音播放。 在此就不做详细介绍。 功能描述 本次设计的课题是基于单片机的公交车语音报站系统，因此主要功能是完成公交车语音报站。 采用 AT89C51 单片机作为主控芯片，对 ISD4004 数码语音芯片与 LCD1602进行控制，实现语音报站 ,同时显示站名。 键盘采用通用按键开关，简单易行且控制方便。 在本次软件设计中，主要设计了 4 站，通过三个按键进行控制。 具体如下： k1 键 ——起始键 现象： ISD4004 播报 “欢迎乘坐 ”，同时 LCD1602 上显示 “Huan Ying Cheng Zuo”。 k2 键 ——上一站， k3 键 ——下一站， 现象： num=1,ISD4004 播报 “欢迎乘坐 363 路公交车 ”，同时 LCD1602 上显示 “Huan Ying Cheng Zuo ”。 num=2,ISD4004 播报 “宁波理工到了，请从后门下车，下车请当心；车辆起步，请拉好扶手，前方停靠万里学院 ”，同时 LCD1602 上显示 “Ningboligong Dao Le”。 num=3,ISD4004 播报 “万里学院到了，请从后门下车，下车请当心；车辆起步，请 11 拉好扶手，前方停靠医药学校 ”，同 时 LCD1602 上显示 “Wanglixueyuan Dao Le”。 num=4,ISD4004 播报 “医药学校到了，请从后门下车，下车请当心；车辆起步，请拉好扶手，前方停靠鄞州二院 ”，同时 LCD1602 上显示 “Yiyaoxuexiao Dao Le”。 num=5,ISD4004 播报 “鄞州二院到了，请从后门下车，下车请当心； ”，同时 LCD1602上显示 “Yinzhoueryuan Dao Le”。 num=6,ISD4004 播报 “谢谢乘坐本次公交车 ”，同时 LCD1602 上显示 “Xie Xie Cheng Zuo”。 技术指标 针对本次基于单片机的公交车语音报站系统的设计，其技术指标主要来源于ISD4004 语音模块以及 LCD1602 液晶显示模块。 ISD4004： 1) 3V单电源工作 2) 工作电流 25—30mA 3) 维持电流 1uA 4) 多段信息处理 5) 10 万次录音周期 (典型值 ) 6) 不耗电信息保存 100 年（典型值） LCD1602： 1) 显示容量 :162 个字符 2) 芯片工作电压 :— 3) 工作电流 :() 4) 模块最佳工作电压 : 5) 字符尺寸 :(WH)mm 12 第 3章 系统硬件 设计思想 本次设计主 要是利用 AT89C51 单片机作为 CPU 来进行总体控制，通过语音芯片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 液晶显示电路进行字符显示，能够实现公交车的语音报站及字符显示。 在 CPU 控制模式下，键盘采用按键扫描法，当有键按下时，通过软件进行按键扫描，实现键码对应的功能。 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，CPU同时通过程序读取字符信息送入 LCD 液晶显示电路进行液 晶显示 [8]。 系统原理图 图 是系统仿真时的原理图，在整个系统软件设计中，依旧从语音，液晶显示以及按键这三大部分进行综合考虑。 由于 Proteus 软件的限制，无法对 ISD4004 语音芯片进行仿真，从而在此处我选用了 LED 灯来代替语音芯片，当按键按下时，相对应的 LED灯点亮。 所以在此，我主要介绍一下液晶显示模块 LCD1602 以及按键 显示的工作原理。 在此次软件设计过程中，总共有 4 个按键， k1： HuanyingChengzuo， k2：上一站，k3：下一站 ,k4：谢谢乘坐。 当按下 k1 键时， LCD 上显示 “HuanyingChengzuo”，同时LED1 亮；如果当前的站是 “Wanlixueyuan Dao Le”，当按下 k2 键时， LCD 上显示“Ningboligong Dao Le”，此时 LED2 亮， LED3 灭；当按下 k3 键时， LCD 上显示“Yiyaoxuexiao Dao Le”，此时 LED4 亮， LED3 灭。 当按下 k4 时， LCD 上显示“XiexieChengzuo”。 1602 液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。 （说明： 1 为高电平、 0 为低电平）。 1602 液晶模块内部的控制器共有 11 条控制指令 ，通过这 11 条指令，可以完成 1602 上数据、字幕等显示。 LCD1602 液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。 要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字 13 符 [9]。 图 系统原理图仿真 在 将 12864 与 LCD1602 进行对比后 ，我选择 了 LCD1602 液晶显示模 ， 因为 1602实现起来 较为 简单，也很实用，在两个能够达到类似功能的时候，我选择了 1602，不过唯一的缺点就是 1602 不能显示汉字。 除此之外，我将仿真中的 LED 换成了真正的语音模块， ISD4004 语音模块，用以实现语音播放的功能。 元器件选择 在本次设计中，我主要选择的器件有 LCD1602，语音模块 ISD4004，按键模块，以及 AT89C51 的最小系统。 由于 LCD1602 具有显示质量高，数字式接口，功耗低等优点，其中因为拥有数字式接口，在 和单片机系统的接口变得更加简单可靠，操作更加方便。 因此对于 LCD 液晶显示模块我选择了 LCD1602。 14 ISD4004 具有如下特点：首先是记录声音没有段长度限制，并且声音记录不需要A/D 转换和压缩。 其次，快速闪存作为存储介质，无需电源可保存数据长达 100 年，重复记录 10000 次以上。 此外， ISD4004 具有记录时间长（可达 16 分钟），音质好 ,适用于移动电话及其他便携式电子产品中的优点。 同时 ISD4004 开发应用具有所需外围电路简单的优点。 同时 51 最小系统能够给他提供 ，让它正常工作。 除此之外，由于身边有同学用过这个芯片，对它比较了解，如果我遇到问题了，可以有人请教。 因此对于语音模块，我选择了 ISD4004。 按键模块比较简单，因为我只需要 3 个按键而已，所以无论是三个独立的按键，还是一个按键模块，只要能实现我要的功能都可以。 在本次设计中，我选择了一个按键模块。 AT89C51 单片机最小系统是上课上过的内容对此比较熟悉，同时本次设计也是针对单片机的公交车语音报站系统的设计，而且实验室有现成的资源可以利用，所以毫无疑问， 主控系统就选择了 AT89C51 最小系统。 各模块介绍 本次设计主要由 AT89C51 最小系统， ISD4004 语音模块， LCD1602 液晶显示模块以及按键模块这四模块组成。 单片机又称单片微控制器，是在一块芯片中集成了 CPU（中央处理器）、 RAM（数据存储器）、 ROM（程序存储器）、定时器 /计数器和多种功能的 I/O（输入 /输出）接口等一台计算机所需要的基本功能部件，从而可以完成复杂的运算、逻辑控制、通信等功能。 对 51 系列单片机来说，最小系统一般应该包括：单片机、时钟电路、复位电路、输入 /输出设备等（见图 ）。 在本次设计中， AT89C51 作为系统的 CPU来对语音模块，液晶显示模块，按键模块进行总体的控制。 15 图 AT89C51 最小系统框图 ISD4004 引脚排列如图 所示，其中 NC 为空引脚，其余引脚的功能如下： 图 ISD4004 引脚排列图 VCCA、 VCCD 分 别为模拟和数字电路的电源端； VSSA、 VSSD 分别为模拟地和数字地； ANAIN+、 ANAIN 分别为模拟信号同相和反相输入端，模拟信号可采用单端输入方式或差分输入方式； AUDOUT 为音频输出端，能驱动 5000 欧姆的负载； /SS 为片选，低电平有效； MOSI 为串行数据输入端； MISO 为串行数据输出端； SCLK 为串行接口时钟输入端； 单 片 机 复位电路 时钟电路 电源 输入 /输出设备 16 XCLK 为外部时钟输入端； /INT 为中断请求端，漏极开路； AMCAP 为自动静噪控制端； 单片机选用 ATMEL 公司的 AT89C51，其内含 4KB 的 FLASH 存储器，可擦 写 10万次。 ISD4004 语音芯片与单片机的接口如 图 所示。 GND 与 相连， VCC 与 相连接，为语音模块提供电源。 SCLK 串行接口时钟输入端与 相连， /SS 为片选与 相连， MISO 串行数据输出端与 相连，用来控制数据输出， MOSI 串行数据输入端与 相连，用来控制数据输入。 图 ISD4004 语音模块与 51 的实物连接图 硬件连接的几 点说明： 1) 串口工作于方式 0 发送方式， 用于串口时钟输入端， 用于片选，此时高电平有效， 用于串行数据输入端， 用于串行数据输出端。 2) ISD 内部功放驱动能力较低，因此外接了一个 LM386 可驱动的 的喇叭。 3) 自动静噪端 AMCAP 通过 1uF 电容接地， XCLK 接地，使用内部时钟。 4) 拨动开关 k1 为录音状态， k2 为放音状态。 录音时按下 k4，可将录音地址后移 17 100，存放另一段录音片段。 LCD1602 液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显 示出图形。 其实用 LCD 显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由 68 或 88 点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM 区的 8 字节，还要使每字节的不同位为 “1”，其它的为 “0”，为 “1”的点亮，为 “0”的不亮。 这样一来就组成某个字符。 但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在 LCD 上开始显示的行列号及每行的列数找出显示 RAM 对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。 在本次设计中， LCD1602 液晶显示模块的 rs,rw,e 分别与 51 单片机的 P3^5， P3^6， P3^7 端口连接，进行程序的读写数据，字符操作。 而 D0~D7 分别与 51 单片机的 P0 口进行连接，用来输出数据与字符，这样就可以在液晶上显示出自己想要的字符 [10]。 键盘是若干按键的集合，是向系统提供操作人员干预命令及数据的接口设备。 键盘可分为编码键盘和非编码键盘两种类型。 前者能自动识别按下的键并产生相应代码，以并行或串行方式发送给 CPU。 它使用方便，接口简单，响应速度快，但需要专用的硬件电路。 后者则通 过软件来确定按键并计算键值。 这种方法虽然没有编码键盘速度快，但它不需要专用的硬件支持。 键盘，作为向系统提供操作人员的干预命令的接口，以其特定的按键序列代表着各种确定的操作命令。 所以，准确无误地辨认每个键的动作及其所处的状态，是系统能否正常工作的关键。 因此在设计按键模块时，通过延时进行了按键去抖动的现象 [11]。 18 第 4章 系统软件 设计思想 软件设计的主要功能是完成公交车语音报站，采用 AT89C51 单片机作为主控芯片，对 ISD4004 数码语音芯片与 LCD1602 进行控制，实现语音报站 ,同时显示站名。 键盘采用通用按键开关，简单易行且控制方便。 在本次软件设计中，主要设计了 4 站，通过三个按键进行控制。 具体如下： k1。