基于单片机公交车语音报站器设计

基于单片机公交车语音报站器设计内容摘要：

的元件，目的是使系统达到一个低成本、高质量、稳定可靠的设计。 系统设计结构图 根据系统设计的要 求和设计思路，确定该系统的系统设计结构图。 如图 所示。 硬件电路主要由 MCU 微处理控制器单元、 LCD 液晶显示模块、语音芯片、功放、按键控制、实时时钟电路、晶振电路、串口部分等电路组成。 图 系统结构设计图 根据设计要求， 结合实际情况和设计成本要求，对 系统主要部分的电路方案 叙述如下。 MCU微处理控制器的方案对比选择 方案一： MCU 微处理控制器的种类很多，有 ATMEL 公司生产的 AT89SXX 系列单片机，其中有 8 位的单片机，也有 16 位的单片机。 AT89S52 为 8 位的单片机，它是一种低损耗、高性能 的 CMOS 微处理器，片内有 8K 字节的存储空间， 128 字节RAM、 4 个 8 位并口、 1 个全双工串行口、 2 个 16 位定时 /计数器，寻址范围 64K。 并且 可以在线进行重复编程、快速擦除、快速写入程序，能重复擦除 / 写入 1000 次左右 ，数据保存时间为十年。 贵州大学本科毕业论文 (设计 ) 第 4 页 方案二：微处理控制器也有凌阳公司生产的 ，同 样有 8 位的 CPU 和 16 位的 CPU。 它 也有很多特点，比如： 体积小 、 集成度高 、 可靠性好 、 易于扩展 ； 具有较强的中断处理能力 ； 功能强、效率高的指令系统 及 低功耗、低电压。 但是其应用领域主要是为控制处 理数据处理以及数字信号处理等领域 ，其中 凌阳的 16 位单片机就是为适应这种发展而设计的。 综上所述，在本设计中，考虑到本人对单片机的运用熟练度和单片机的功能领域，选择 ATMEL 公司生产的 AT89S52 单片机作为本设计的微控制器。 LCD液晶显示模块的方案对比选择 方案一：显示的方法有很多种，其中 LED 数码管是常用的一种显示方法。 在这个设计中，可以用 LED 数码管 来 显示 相应 站台的站号， 提醒 司机 知道 是去向或者 是回向的第几站，让司机心里有数，同时增加显示数字的可读性。 该设计中，显示站号至少要 2 个 LED 数码 管，显示时间信息要 12 个，显示星期信息要 1 个，总共需要15 个 LED 数码管。 单价是 元，那 15 个共需要 15 =18（元）。 另外 在 PCB布线 过程 中很困难，给设计带来很不方便的使用。 方案二： LCD1602 液晶显 示 器是一块价廉物美的器件，其体积小，控制简单，使用方便。 它能显示 2 行 16 列的数字或英文信息，另外连接它 的 线很少，只要 8 根数据线和 3 根控制线，这样给使用带来很大的方便，节约单片机 I/O 口。 市场上一块LCD1602 的价格也只在 15 元左右，比数码管便宜。 方案三：功能强大、可以显示中文文字的 LCD12864 液晶显示器，其价格贵，体积大，控制比 LCD1602 稍微复杂点，但是使用也是很方便的。 在控制使用上，需要8 根数据线和 3 根控制线，其余的 PSB、 RST 和 BLA 直接与 VCC 相连接。 但是在本设计中使用它的性价比不高，体积大，占用覆铜板面积 大 ，而且笨拙。 综上所述，在 LCD 液晶显示模块上，选择方案二中的 LCD1602 液晶显示器 作为本设计的显示模块。 显示时间、星期、去向或者 是 回向的 站号 信息，方便司机读取其上面的信息知道目前的 实时 情况。 语音芯片的方案对比选择 方 案一： 台湾公司 生产的 APR9600 语音录放芯片 ，是 采用模拟存储技术的一款音质好、低噪音、不怕断电、可反复录放的新型语音 芯片 ，单片可录放 3260 秒，串行控制时可分 256 段以上，并行控制时最大可分 8 段。 与 ISD 同类芯片相比它具有：贵州大学本科毕业论文 (设计 ) 第 5 页 价格便宜，有多种手动控制方式，分段管理方便、多段控制时电路简单、采样速度及录放音时间可调、每个单键均有开始停止循环多种功能等特点，同时保留了 ISD2500芯片的一些特点，都是 DIP28 双列直插塑料封装，在管脚排列上也基本相同。 方案二： 美国 ISD 公司 生产 的 ISD2500 系列 芯片，按录 放时间 60 秒、 75 秒、 90秒和 120 秒 可 分成 ISD2560、 257 2590 和 25120 四 种。 ISD2500 系列语音电路具有抗断电、音质好，使用方便 以及使用 语音还原技术和自动静噪功能强 等优点。 它的最大特点在于片内 有 E2PROM 容量为 480K 的存储空间 ，所以录放时间长； 同时由于E2PROM 可以电擦除， 所以 次芯片 可以随录、随放，任意改写或删除，不需专用的语言固化开发系统进行编程和烧录 ； 重复录音次数为 1 万次以上，录放的信息可以保存l0 年以上，断电后信息不会丢失。 它 有 10 个地址输入端，寻址能力可达 1024 位；最多能分 600 段；设有 OVF（溢出）端，便于多个器件级联。 综上所述，结合本设计的需要及控制情况，选择方案二最好。 台湾公司 生产的APR9600 语音录放芯 片和 美国 ISD 公司的 ISD2590 语音录放 芯片 相比，相同点 都是DIP28 双列直插塑料封装，在管脚排列上也基本相同 ， +5V 电源供电，可以不加功放直接外接驱动扬声器。 但是不同点是 ISD2590 的录放时间为 90s，在本设计中需要录音时间长点的，利于每个站台的录音和报站；另外，在控制上， ISD2590 可以直接通过地址的方式查询录音信息并通过扬声器报放录音信息；最后也是 最重要的， ISD2590具有录音结束标志 EOM ，当录音结束后，单片机可以通过读取该标志产生中断信号，使 CE 、 PD 置高电平，从而控制 ISD2590 进入不工作节能状态。 实时时钟电路的方案对比选择 方案一： DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟电路 芯片 ，它可以对年、月、日、 星期 、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为 ～。 采用三线接口与 CPU 进行同步通信 ，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或 RAM 数据。 DS1302 内部有一个 318 的用于临时性存放数据的 RAM 寄存器。 DS1302 是 有 主电源 /后背电源双电源引脚， 可以 同时对后背电源进行涓细电流充电。 方案二： DS12887 也是 是美国 DALLAS 半导体公司最新推出的串行接口实时时钟芯片 ， 采用 CMOS 技术制成 ， 内部具有晶振和时钟芯片备份锂电池。 采用 DS12887芯片设计的时钟电路无需任何外围电路和器件 ， 并具有良好的微机接口。 DS12887贵州大学本科毕业论文 (设计 ) 第 6 页 芯片具有微功耗 、 外围接口简单 、 精度高 、 工作稳定可靠等优点 ， 可广泛用于 各种需要较高精度的实时时钟系统中。 但是由于它是串行接口的，外接单片机需要接很多引脚，才能对它达到一个很好的控制。 综上所述，结合本设计的实际问题及单片机的 I/O 口线，选择方案一中的 DS1302作为本设计的实时时钟电路的芯片。 其控制方便、占单片机 I/O 口线少、体积小、价格便宜，方便本设计的使用。 串口部分的方案选择 AT89S52 单片机有一个全双工的串行通讯口，所以单片机和电脑之间可以方便地进行串口通讯。 但是 进行串行通讯时 需 要满足一定的条件，比如电脑的串口是RS232 电平的，而单片机的串 口是 TTL 电平的，两者之间必须有一个电平转换电路，在本设计中采用了专用芯片 MAX232 进行电平转换 ，它 是 美信公司专门为电脑的RS232 标准串口 芯片 设计的接口电路 芯片， 使用 +5V 单电源供电。 贵州大学本科毕业论文 (设计 ) 第 7 页 第三章 系统的硬件设计 电 路及元件说明 本章根据系统设计结构图来对每个部分的电路进行分析和说明，重点讲述微控制器 AT89S5语音芯片 ISD2590、液晶显示模块 LCD160实时时钟芯片 DS1302和串口部分的 MAX232 芯片。 该系统中 AT89S52 是核心器件，系统的设计原理图如附录 二 所示。 MCU微 控制器电路 AT89S52 的塑封图 如图 所示，它为 DIP40 双列直插塑料封装。 AT89S52 作为系统的核心控制元件，只有它能正常工作后才能使其它的元件进入正常工作状态。 因此，下面对 AT89S52 进行必要的说明， AT89S52 的管脚如图 所示。 图 AT89S52的塑封图 图 AT89S52的管脚图 1） VCC： 40 脚，供电电压，一般接 +5V 电压。 2） GND： 20 脚， 接 工作 地。 3） P0 口： 1～ 8 脚， P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。 作为 输出口，每位能驱动 8 个 TTL 逻辑电平。 对 P0 端口写“ 1”时，引脚用作高阻抗输入。 贵州大学本科毕业论文 (设计 ) 第 8 页 当访问外部程序和数据存储器时， P0 口也被作为低 8 位地址 /数据复用。 在这种模式下， P0 具有内部上电阻。 但是 P0 口在程序校验 作为 输出指令字节 时 ，需要外部加上拉电阻，一般上 拉 电阻选 ～ 10K 为宜。 本设计中用 的排阻对 P0 口进行上拉电平。 4） P1 口： 32～ 39 脚， P1 口是一个内部 具有 上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 口缓冲器能接收输出 4 个 TTL 门电流。 P1 端口 写入 “ 1” 后，被内部上拉 电阻把端口拉高 ， 此时可以作为 作输入 口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。 5） P2 口： 20～ 27 脚， P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。 对 P2 端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。 6） P3 口： 10～ 17 脚， P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P3 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。 对 P3 端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。 7） RESET： 9 脚， 复位输入 端。 当振荡器复 位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。 8） PALE/ ： 30 脚， 当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。 在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。 在平时， ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。 因此它可用作对外部输出的脉冲或用于 系统校验。 9） PSEN： 29 脚， 外部程序存储器的选通信号。 10） VPRST/ ： 31 脚，访问外部程序存储器控制信号。 当 EA 为 低电平时， 读取外部程序存储器；当 EA 端 为 高电平时，则 读取 内部程序存储器 ，设计中一般接高电平。 11） XTAL1： 19 脚， 振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 如采用外部时钟源 时， XTAL1 为输入端。 12） XTAL2： 18 脚， 振荡器反相放大器的输出端。 如采用外部时钟源 时 ， XTAL2应悬空不接。 贵州大学本科毕业论文 (设计 ) 第 9 页 LCD液晶显示 电路 液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在 各种小系统中得到了更广泛的应用。 本设 计中使用的液晶显示模块是 LCD1602。 图 所示为本设计 LCD1602 的连接图。 图 LCD1602的连接图 LCD1602 是 一种用 5x7 点阵图形来显示字符的液晶显示器模块 ，它 显示的 容量为 2 行 16 个字。 其实物 如图 和图 所示，它 的 显示内容丰富 、 体积小、美观和易于控制都是本设计选择作为显示模块的原因。 其引脚结构图如图 所示。 贵州大学本科毕业论文 (设计 ) 第 10 页 图 LCD1602正面图 图 LCD1602反面图 图 LCD1602引脚结构图 关于 LCD1602 的引脚说明如下： 1） 第 1 脚： GND 为地电源。 2） 第 2 脚： VCC 接 +5V 电源。 3） 第 3 脚： VEE 为液晶显示器对比度调整端。 接 +5V 电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生 “ 鬼影 ” ，使用时可以通过一个 10K 的 精密 电位器调整对比度 ，一般对比电压为 左右。 4） 第 4 脚： RS 为寄存器选择。 高电平时选择数据寄存器 ， 否则 选择指令寄存器。 贵州大学本科毕业论文 (设计 ) 第 11 页 5） 第 5 脚： RW 为读写信号线。 高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。 当 RS 和 RW 共同为低电平时可 以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 RW 为高电平时可以读 出 忙信号，当 RS 为高电平 RW 为低电平时可以写入数据。 6） 第 6 脚： E 端为使能端。 当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 7） 第 7～ 14 脚： D0～ D7 为 8 位双向数据线。 8） 第 15 脚： 背光灯 VCC，一般直接和 +5V 电源相连接。 9） 第 16 脚 ：背光灯 GND。 LCD1602 液晶模块内部的字符发生存储器已经存储了 160 个不同的点阵字符图形 ，这些字符 图 有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母 “ A” 的代码是 01000001B（ 41H），显示时模块把地址 41H 中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“ A”。 LCD1602 液晶模块内部的控制器共有 11 条控制指令，如表 所示。 表 控制 指令表 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 清显示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 光标返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 置输入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 显示开 /关控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 光标或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 置字符发生存贮器地址 0 0 0 1 字符发生存贮器地址 置数据存贮器地址 0 0 1 显示数据存贮器地址（ ADD） 读忙标志或地址 0 1 BF 计数器地址（ AC） 写数到 CGRAMD 或 DRAM 1 0 要写的数 从 CGRAMD 或 DRAM 读数 1 1 读出的数据 它的读写操作 、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）。 指令 1：清显示，指令码 01H， 光标复位到地址 00H 位置。 贵州大学本科毕业论文 (设计 ) 第 12 页 指令 2：光标复位，光标返回到地址 00H。 指令 3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移。 S： 屏幕上所有文字是否左移或者右移。 高电平表示有效，低电平则无效。 指令 4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示。 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标。 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电 平不闪烁。 指令 5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。 指令 6：功能设置命令 DL：高电平时为 4 位总线，低电平时为 8 位总线。 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示。 F： 低电平时显示 5X7 的点阵字符，高电平时显示 5x10 的点阵字符 （有些模块是 DL：高电平时为 8 位总线，低电平时为 4 位总线）。 指令 7：字符发生器 RAM 地址设置。 指令 8： DDRAM 地址设置。 指令 9：读 出 忙信号和光标地址。 BF 为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如 果为低电平表示不忙 ， 模块 就 能接收 相应的 命令或者数据。 指令 10：写数据。 指令 11：读数据。 液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每。