毕业设计--基于单片机公交车语音报站器设计

毕业设计--基于单片机公交车语音报站器设计内容摘要：

ed. When the bus reaches a site, use the keyboard to control the system work, the output voice information through voice circuits and tips, LCD simultaneously shows time, year, month, day, week Information, real time clock chip DS1302 used to obtain time information by manual keyboard, voice broadcast address recognition, driving speaker broadcast station name. The busstop device structure is simple, flexible, functional stability, and sound natural, clearly, regardless of social or scientific research has some value. Keywords： Bus, LCD, MCU, Voice Chip贵州大学本科毕业论文 (设计 ) 第 1 页 前言 随着我国城市建设的发展，对城市服务行业的服务质量要求也越来越高。 公交车作为市民出行的主要交通工具，已经被越来越多的市民所熟悉，公交车服务质量它代表了一个城市交通发展的水平。 现如今由售票员人工售票，报站的公交车已经基本没有了，无人售票公交车在街头逐渐多起来了，语音报站器也被广泛使用，这在相当大的程度上免除了乘务人员沿途报站的麻烦，给许多不熟悉公交线路的乘客带来了方便。 随着电子技术的不断发展，单 片机技术的日益成熟，和多媒体技术的普遍应用，使得公交车语音报站器服务更加完善。 本设计结合 单片机的特点和公交车报站 器 的特点 ， 提出了一种 基于 单片机 AT89S52 来 控制语音芯片 ISD2590 进行公交车语音报站 ，并通过 LCD1602 来显示当前实时情况。 本 设计 的论文 包括硬件电路设计和软件程序 设计 两个方面 ，其中前者主要在第三章中重点叙述，后者在第四章中叙述。 在本设计论文的结尾，分别附有与本设计相关的资料，包括设计系统主程序，系统原理图，系统 PCB 图，系统元件清单，系统实物图及系统使用说明。 贵州大学本科毕业论文 (设计 ) 第 2 页 第一章 语音报站器设计 的意义及 任务 语音报站器设计的意义 随着我国城市建设的发展，对城市服务行业的服务质量要求也越来越高。 公交车作为市民出行的主要交通工具，已经被越来越多的市民所熟悉，公交车服务质量它代表了一个城市交通发展的水平。 现如今由售票员人工售票，报站的公交车已经基本没有了，无人售票公交车在街头逐渐多起来了，语音报站器也被广泛使用，这在相当大的程度上免除了乘务人员沿途报站的麻烦，给许多不熟悉公交线路的乘客 出行 带来了方便。 设计任务 本设计结合 单片机的特点和公交车报站 器 的特点 ， 提出了一种 基于 单片机AT89S52 来 控制语音芯片 ISD2590 进行公交车语音报站 ，并通过 LCD1602 来显示当前实时情况。 设计过程中包括硬件电路设计和软件程序编写两个方面。 本系统硬件利用 AT89S52 作为 CPU 进行总体控制，通过 ISD2590 语音芯片建立语音信息库，对语音信息进行自由组合，形成变化多样的语音信息，利用 LM386 功放播出 站号 语音信息以及提示语音 信息 ，同时运用 LCD 液晶显示器 进行 相应 站 好 显示。 当公交车到达某站点 时 ，用键盘控制本系统工作，通过语音电路输出语音信息和提示， LCD 液晶显示器同时 显示时间 、年、月、日、星期信息 ， 时间 采用 实时时钟芯片 DS1302 来获取时间，通过手动键盘，识别语音播放地址，驱动 扬声器 播放站名。 该公交车报站器设计 结构简单，使用灵活，功能稳定，音质自然、清晰，无论对于社会或者科研也有一定的研究价值。 贵州大学本科毕业论文 (设计 ) 第 3 页 第二章 系统 的硬件 设计 和方案对比选择 本章重点主要是从系统结构图来阐述了硬件的设计以及从方案上对比选择各个电路部分的元件，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。 贵州大学本科毕业论文 (设计 ) 第 8 页 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。 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：。