電子與信息工程畢業(yè)論文單片機公交車報站器設計

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 設 計</p><p>　　單片機公交車報站器設計</p><p>　　所在學院 </p><p>　　專業(yè)班級 電子與信息工程 </p><p>　　學生姓名 學號 </

2、p><p>　　指導教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　在交通高度發(fā)達、便利的當代，城市公交車系統(tǒng)在我國仍占有舉足輕重的地位。隨著經濟的持續(xù)發(fā)展，對公交運輸

3、也提出更高的要求。隨著我們城市的公交運輸系統(tǒng)服務人員的精編，目前的情況是，每個公交公司都只在公交車上配置了一個司機，進行無人售票。為了使公交系統(tǒng)服務的完善，智能化、自動化的公交語音報站系統(tǒng)應運而生，公交車上報站器的好壞更是公交的實在表現。</p><p>　　本設計主要利用STC89C58RD+單片機作為控制核心，結合語音控制芯片ISD4004組成的語音控制電路能夠建立多段語音提示信息，并且可以對這些段的語音信息

4、進行自由的組合，形成變化多樣的語音提示信息，同時使用OCMJ4x8C液晶顯示電路進行漢字顯示，從而實現了公交車的語音報站及文字提示。在控制核心控制模式下，鍵盤電路采用中斷掃描模式，當有按鍵按下時，系統(tǒng)產生中斷，單片機響應中斷后，即查詢鍵號，通過軟件來實現該鍵號所對應鍵的功能。因此當車輛到達預定位置時，通過鍵盤解碼將信息傳送給89C58RD+，進而控制語音芯片進行播報站名、廣告、提示語等信息，并在LCD模塊上顯示，實現半自動報站功能。&l

5、t;/p><p>　　本設計的公交車報站系統(tǒng)主要由四個部分組成，即主控電路、語音電路、顯示電路以及鍵輸入控制。</p><p>　　該報站器不僅可以提供自動報站，而且對公交車的行車安全提供了一定的報站，且不僅可以應用到公交車上，還可以應用到火車及長途汽車上，結合LCD液晶模塊進行報站顯示，提供車上的宣傳用語及車廂廣告等文字服務，使得乘客能愉快、安全地上下車。</p><p&

6、gt;　　[關鍵字]：單片機；語音控制電路；液晶顯示；89C51；公交車報站器；</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In the transportation is highly developed and convenient society , urban public transport system in China s

7、till occupies a pivotal position. With the constant development of economic, people have higher expectation with public transportation systems. As our city’s public transport system for fine service staff, the current si

8、tuation is that each bus company only in the bus is equipped with a driver, for no ticket. In order to improve the public transportation system services, intelligent, automa</p><p>　　This design is mainly to

9、 use STC89C58RD+ microcontroller as the control core to carry out over all controls through the voice chip ISD4004 component of voice control circuit to build multi-segment voice library information, and can combine thes

10、e segments speech information free, form a diverse voice prompts, meanwhile it uses OCM4x8C character LCD display circuit to achieve the bus station and text prompts. In the control mode, the keyboard scan mode interrupt

11、 circuit, when a key is pressed ,the</p><p>　　The design of the bus stations system consists of four parts, namely, the main control circuit, voice circuits, display and key input control circuit.</p>

12、<p>　　The bus stop device can not only provide automatic station, and bus tranffic safety for some of the stops provided, and not only can be applied to the bus, can also be used to train and coach, combined of the

13、 stops LCD liquid crystal display module to provide the car and car advertising, advertising and text services, making passengers happy, safe to get off the ground.</p><p>　　Keyword：microcontroller; voice co

14、ntrol circuit; LCD;89C51;Bus-stop device;</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　引言1</b></p><p><b>　　第1章 綜述2</b></p><p>　　1.1 公交車報站器的發(fā)展狀況

15、2</p><p>　　1.2 公交車報站器的發(fā)展趨勢2</p><p>　　1.3 課題研究的背景和意義3</p><p>　　第2章 公交車報站器的總體設計4</p><p>　　2.1 系統(tǒng)的總體框圖4</p><p>　　2.2 系統(tǒng)設計方案各模塊的選擇4</p><p>　　

16、2.2.1 MCU微處理控制器的選擇4</p><p>　　2.2.2 LCD液晶顯示模塊的選擇5</p><p>　　2.2.3 語音芯片的選擇5</p><p>　　第3章 系統(tǒng)的硬件設計及元件說明6</p><p>　　3.1 單片機控制電路6</p><p>　　3.1.1 STC89C58RD+簡介

17、6</p><p>　　3.1.2 引腳功能說明6</p><p>　　3.2 LCD液晶顯示電路7</p><p>　　3.2.1 OCMJ4x8C液晶顯示器引腳說明8</p><p>　　3.2.2 OCMJ4x8C并行工作模式介紹9</p><p>　　3.2.3 字符顯示9</p>&

18、lt;p>　　3.3 語音電路設計10</p><p>　　3.3.1 ISD4004芯片簡介11</p><p>　　3.3.2 ISD4004引腳的功能11</p><p>　　3.3.3 SPI口(串行外設接口)12</p><p>　　3.3.4 語音輸入電路14</p><p>　　3.3.5

19、 語音輸出電路14</p><p>　　3.36 語音芯片電路電源設計15</p><p>　　3.4 按鍵模塊設計15</p><p>　　3.5 復位電路設計16</p><p>　　3.6 晶振電路設計17</p><p>　　3.7 串口電路設計18</p><p>　　3.

20、8 系統(tǒng)供電電源電路設計19</p><p>　　第4章 系統(tǒng)軟件設計20</p><p>　　4.1主程序流程圖20</p><p>　　4.2語音芯片錄放音程序流程圖20</p><p>　　4.3LCD漢字顯示流程圖22</p><p><b>　　小結23</b></p&

21、gt;<p>　　致謝錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　[參考文獻]24</b></p><p>　　附錄 1:單片機公交車報站器電路原理圖25</p><p>　　附錄 2：部分程序清單26</p><p><b>　　引言</b></p><

22、;p>　　隨著我國城市建設的發(fā)展，對城市服務行業(yè)的服務質量要求也越來越高。公交車作為市民出行的主要交通工具，已近被越來越多的市民所熟悉，公交車服務質量—它代表了一個城市交通發(fā)展的水平。現如今由售票員人工售票，報站的公交車已近基本沒有了，無人售票公交車在街頭逐漸多起來了，語音報站器也被廣泛使用，這在相當大的程度上免除了乘務人員沿途報站的麻煩，給許多不熟悉公交線路的乘客帶來了方便。隨著電子技術的不斷發(fā)展，單片機技術的日益成熟，和多媒體

23、技術的普遍應用，使得公交車語音報站器服務更加完善。</p><p>　　本文所設計的公交車語音報站系統(tǒng)主要包括硬件電路設計和軟件程序設計兩個方面，其中前者主要在第三章中重點敘述，后者在第四章中敘述。本系統(tǒng)的硬件設計充分考慮了性價比，用較少的器件設計出滿足要求的硬件電路。本系統(tǒng)的硬件結構設計結合了單片機的特點和公交車報站器的特點，提出了一種基于單片機STC89C58RD+來控制語音芯片ISD4004進行公交車語音吧

24、報站，并通過LCD來顯示當前實時情況。該系統(tǒng)主要通過單片機檢測按鍵，發(fā)出語音播報命令，語音錄放芯片在接收到放音命令后根據單片機發(fā)送過來的語音信息地址，對存放的語音數據進行組合，通過喇叭發(fā)出語音信息，實現語音播報功能；另外，在播報站臺語音的同時，單片機及時訪問預先設置的路線站臺名稱所在的地址，通過LCD，實現站臺信息的實時顯示。</p><p><b>　　第1章 綜述</b></p&g

25、t;<p>　　1.1 公交車報站器的發(fā)展狀況</p><p>　　公交車自動報站器的設計主要是為了彌補傳統(tǒng)人工語音報站的落后方式，使進站、出站信息自動播報站名及服務用語等信息，為市民提供更人性化，更完善的服務。</p><p>　　最初的公交車上面就必須有兩個人，即一個司機加上一個售票員，這個售票員的工作不僅需要負責售票工作，還要準確的為乘客報站的工作，作為一個地區(qū)的公交車

26、行業(yè)，有一定的地方特色，他們報站時多采用地方口音，作為一個外地人有時候很難聽懂報站，從而引起很多麻煩，還有一個難以避免的麻煩，那就是一天下來，售票員在公交車上不停的招呼大家，還要準確的為乘客們報站，他們非常勞累與辛苦。</p><p>　　隨著經濟的增長，城市的人口逐漸增多，城市的車輛也是逐年遞增，使本來就擁擠的公路變的更加擁擠，嚴重影響了車輛通行的速度。在二十一世紀的城市里，都市人繁忙的生活中，公交車儼然成為不

27、可替代的交通工具，人們的生活與出行直接和它的運行狀況所掛鉤。目前國內的大中城市中，無人售票這種方式被普遍的采用在現代公交車服務系統(tǒng)中。存在了幾十年的依靠公交車售票員服務的公交系統(tǒng)已經不多了，取而代之的是使用手動報站及無人售票。就當前公交車報站系統(tǒng)來看，形式還是很單一，智能化程度不夠，不能為市民提供更多的服務。目前語音播報這種方式在許多公交車報站系統(tǒng)仍然被采用，這讓聽力不好的乘客情何以堪；雖然有的公交車報站系統(tǒng)還帶有屏幕顯示功能，但它基本

28、上是一個大屏幕的LED顯示點陣列，只有遵循動態(tài)掃描規(guī)律，LED大屏幕才能實現穩(wěn)定顯示，LED還存在著需要更多的信號傳輸線、不良的抗干擾性能、更復雜的掃描驅動電路等缺點。</p><p>　　1.2 公交車報站器的發(fā)展趨勢</p><p>　　現在是一個高科技發(fā)達的時期，人們不必要再做枯燥的事情，現在都提倡的是智能設備，用科技來改變人們的生活水平與方式，所以現在人們的生活中都感受到了科技給我

29、帶來的方便。</p><p>　　公交車報站器在公交事業(yè)中占有舉足輕重的地位，它直接影響到公交車服務質量。目前，公交車報站有三種方式：一種通過GPS完成公交車自動報站；第二種通過無線射頻NRF401設計無線公交車自動報站系統(tǒng)；第三種采用編碼芯片的公交車自動報站系統(tǒng)設計。第一種基于GPS方案，目前已經在大多數的中心大城市投入使用，在司機座位后面隔板上，安裝了一臺液晶電視和GPS信號接收器，安裝了這套設備后，公交車在

30、語音報站的同時，通過液晶電視還可以顯示在站站名的字幕，這樣如果沒聽清報站的話，通過顯示器，乘客也可以一目了然。當出現緊急情況時，調度中心將會給公交車發(fā)出相應的信息，以短信的行駛傳到顯示屏上，同時車載臺會發(fā)出相應的提示音。目前在美國部分城市GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)已將投入使用，國內也此系統(tǒng)的研發(fā)，其功能強大，系統(tǒng)穩(wěn)定，但其投資昂貴，尤其是一些中小城市無法承受的。第二種基于無線射頻技術的方案，在中小城市也有投入使用，但是其設備必須要在公交車和每個

31、站臺上都進行設置，并且在一個公交運營區(qū)內帶來一定的麻煩，同時也需要大量的維護損耗。第三種基于編輯芯片的方案，是對站點信息預先進行編碼設置，在公交線路既定的前提下，此方案造價相對較</p><p>　　1.3 課題研究的背景和意義</p><p>　　城市建設和發(fā)展的決定因素是城市公共交通，城市公共交通深深的影響國民經濟和社會發(fā)展，它是一個具有先導性、全局性的基礎產業(yè)，城市化進程的加速的一項

32、重要指標是加速公共交通事業(yè)的發(fā)展。隨著城市人口的不斷增加，導致城市區(qū)域不斷擴大，道路網絡構筑復雜的變化，人民生活水平不斷的提高，蓬勃發(fā)展的旅游業(yè)，以及政府政策的推行--“公交優(yōu)先”，城市公共交通事業(yè)的發(fā)展勢在必行。隨著科學技術的日益發(fā)展和進步，在許多領域中，微型計算機技術已經得到了普遍的采用，在聲學領域中，通過各種語音芯片與微型計算機相結合，語音合成技術得以實現，使得汽車報站器應運而生，從而能為市民提供了更加細致、周到的人性化服務。&l

33、t;/p><p>　　隨著高速發(fā)展的國民經濟，公交系統(tǒng)也日新月異，不僅公交車的樣式今非昔比，而且服務方式已經全部改成無人售票車，而且?guī)恿斯镜男б妗笳疽灿伤緳C按鍵包站代替原有的隨車售票員報站，究其原因主要表現為售票員報站不準確，比如聲音太小，使得報站不明朗；誤報；忘報等，使得不熟悉路線站點或者聽覺不好的乘客不知所措。因此，對自動報站系統(tǒng)的需求也格外強烈，應用自動報站系統(tǒng)即可以節(jié)省員工開支，增強公司效益，又可以利用

34、報站器報站標準的普通話站名，使各城市更利于交流和發(fā)展。</p><p>　　第2章 公交車報站器的總體設計</p><p>　　2.1 系統(tǒng)的總體框圖</p><p>　　根據系統(tǒng)設計的要求和設計思路，確定該系統(tǒng)的系統(tǒng)設計結構圖。如圖2.1所示。硬件電路主要由MCU微處理控制器單元、LCD液晶顯示模塊、語音芯片、功放、按鍵控制、串口部分、晶振電路、系統(tǒng)電源等電路組成

35、。</p><p>　　圖2.1系統(tǒng)的總體框圖</p><p>　　2.2 系統(tǒng)設計方案各模塊的選擇</p><p>　　根據設計要求，結合實際情況和設計成本要求，對系統(tǒng)主要部分的電路方案進行選擇。</p><p>　　2.2.1 MCU微處理控制器的選擇</p><p>　　方案一：MCU微處理控制器的種類很多，有A

36、TMEL公司生產的AT89CXX系列單片機，AT89C51是一種CMOS、高性能、低損耗、八位微處理器。片內有4K字節(jié)的在線可重復編程快擦快寫程序存儲器，能重復寫入/擦除一千次，數據能保存10年。它的指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容MCS-51單片機，不僅能使系統(tǒng)具有許多MCS-51系列產品沒有的功能，而且還可完全代替MCS-51系列單片機。</p><p>　　方案二：采用宏晶科技公司生產的STC89系列單片機，STC

37、89C51RC/RD+系列是宏晶科技推出的新一代單片機，該系列單片機高速、高可靠、支持在線編程，無需編輯器，需求仿真器、加密性強，出廠時就已完全加密，無法解密、超強的抗干擾能力，真正的看門狗電路，可放心省去外部看門狗，內部FLASH擦寫次數為100000次以上。指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機，最新的D版本內部集成了MAX810專用復位電路。</p><p>　　綜上所述，本設計中，考慮到單片機的功能領域和實際

38、情況，選擇宏晶公司生產的STC89C58RD+單片機作為本設計的微控制器，成本低，性能強勁，功耗更低，支持ISP編寫程序，真正的看門狗電路。</p><p>　　2.2.2 LCD液晶顯示模塊的選擇</p><p>　　方案一：顯示的方法很多種，其中LED數碼管是常用的一種顯示方法。在這個設計中，可以用LED數碼管來顯示相應站臺的站號，提醒司機知道是去向或者是回向的第幾站，讓司機心里有數，

39、同時增加顯示數字的可讀性，因為本設計所小顯示的東西很多，所以就需要多個LED，這就造成了成本很高，另外在PCB布線過程中很困難，給設計帶來很多不便。</p><p>　　方案二：液晶顯示器簡稱LCD，它具有功耗低、體積小、美觀、方便、使用壽命長、控制簡單的特點。LCD128X64是一種具有二線或三線串行連接、四位或八位并行傳輸的多種接口方式的點陣圖形液晶顯示模塊。利用該模塊簡便的操作指令和靈活多樣的接口方式，可構

40、成人機交互的全中文圖形界面，其又一顯著特點是低功耗低電壓，在價格比起相同點陣的圖形液晶模塊也有一定的優(yōu)勢。</p><p>　　綜上所述，再結合本次設計，選擇方案二中的LCD128X64液晶顯示器，本次設計選擇OCMJ的4X8C液晶顯示器。</p><p>　　2.2.3 語音芯片的選擇</p><p>　　方案一：臺灣公司生產的APR9600語音錄放芯片，是采用模

41、擬儲存技術的一款可反復錄放、噪音低、音質好、不怕斷電的新型語音芯片，單片可錄放32-60秒，并行控制時最大可分8段，串行控制時可分256段以上。</p><p>　　方案二：美國ISD公司生產的ISD4004芯片，ISD4004的特點是記錄聲音沒有段長長度限制，并且聲音記錄不需要A/D轉換和壓縮即可真實地、自然地再現語音信號，只需要很少的外圍器件就可以構成一個完整的聲音錄放系統(tǒng)。</p><p

42、>　　綜上所述，結合本設計的需要及控制情況，選擇方案二最好，主要基于本設計中需要錄音時間長，利于每個站臺的錄音和報站。</p><p>　　第3章 系統(tǒng)的硬件設計及元件說明</p><p>　　本章根據系統(tǒng)設計結構圖來對每個部分的電路進行分析和說明，重點講述單片機控制器STC89C51RD+、液晶顯示模塊OCMJ4X8C、語音芯片ISD4004、串口部分的MAX232芯片。該系統(tǒng)中S

43、TC89C51RD+是控制核心器件。</p><p>　　3.1 單片機控制電路</p><p>　　3.1.1 STC89C58RD+簡介</p><p>　　STC系列單片機是宏晶科技推出的新一代低功耗超/高速/強抗干擾的單片機，完全兼容傳統(tǒng)8051單片機的指令代碼。本設計采用該系列的89C58RD+，使用DIP-40的芯片，它內部包含32K FLASH ROM

44、、1.2K RAM，能完全滿足程序的存儲，每個I/O口對VCC和GND均進行了二極管箝位保護，因此輸入電壓范圍寬，不怕電源抖動，同時對單片機的電源、時鐘、復位電路都進行了特殊處理，避免引人干擾。在系統(tǒng)可編程，無需專用編程器/仿真器，EEPROM功能，自帶看門狗電路。[22]</p><p>　　3.1.2 引腳功能說明</p><p>　　STC89C58RD+管腳圖如圖3.1所示【17】

45、</p><p>　　圖3.1STC89C58RD+管腳圖</p><p>　　1）GND：20腳，接地。</p><p>　　2）VCC：40腳，供電電壓，一般接+5V電壓。</p><p>　　3）P0口：1-8腳，P0口是數據/地址總線復用口，也是一組8位漏極開路的雙向I/O口，P0口用作輸出口使用時，每位能支持運行8個TTL邏輯門電路

46、。要作高阻抗輸入端口使用時，對端口寫“1”即可。在訪問外部數據存儲器和程序存儲器時，這組口線分時轉換數據和地址總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。不擴展時，作為輸入或輸出時應在外部接上拉電阻，一般上拉電阻選4.7K-10K為宜。本設計中選用10K的排阻對P0口進行上拉電平。[4]</p><p>　　4）P1口：32-39腳，P1口是一個8位雙向I/O口，其內部自帶上拉電阻，P1口緩沖器能接受輸出4個TTL門電

47、路。對P1端口寫“1”后，通過內部的上拉電阻的作用，P1端口的電平被拉為高電平，此時端口可作輸入口使用。[4]</p><p>　　5）P2口：20-27腳，P2口是一個8位雙向I/O口，內部自帶了上拉電阻。P2的輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P2端口寫“1”時，通過內部的上拉電阻的作用，P2端口的電平被拉為高電平，此時端口可作為輸入口使用。[4]</p><p>　　6）P3口：

48、10-17腳，P3口 是一組內部自帶上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級能驅動（輸出電流或吸收）4個TTL邏輯門電路。當P3口寫人“1”時，他們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。P3口除了作為一般的I/O線外，它的第二功能反而更為重要，P3口的第二功能如下表3.1[4]</p><p>　　表3.1P3口的第二功能</p><p>　　7）RST: 9腳，復位輸入。當振蕩工作時，

49、RST引腳出現兩個機器周期的高電平時間后，將使單片機復位。</p><p>　　8）ALE/:30腳，當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編輯期間，輸入編程脈沖應使用此引腳。在平時，正脈沖信號在ALE端以不變的頻率周期輸出，其頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于系統(tǒng)校驗。[4]</p><p>　　9

50、）PSEN：29腳，外部程序存儲器的選通信號。</p><p>　　10）/VPP：31腳，訪問外部程序存儲器控制信號。當為低電平時，讀取外部程序存儲器；當端為高電平時，則讀取內部程序存儲器，設計中一般接高電平。[4]</p><p>　　11）XTAL1：19腳，振蕩器反相放大器和內部時鐘發(fā)生電路的輸入端。如采用外部時鐘源時，XTAL1為輸入端。</p><p>

51、　　12）XTAL2：18腳，振蕩器反相放大器的輸出端。如采用外部時鐘源時，XTAL2應懸空不接。</p><p>　　3.2 LCD液晶顯示電路</p><p>　　液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內容豐富、超薄輕巧等諸多優(yōu)點，在各種小系統(tǒng)中得到了更廣泛的應用。本設計中使用的液晶顯示模塊是OCMJ4X8C。圖3.2所示為本設計OCMJ4X8C的連接圖。</p><p

52、>　　圖3.2OCMJ4X8的連接圖</p><p>　　本設計LCD采用了并行工作模式，串并模式是由PSB腳（15腳）的電位決定的，低電平為串行模式，高電平為并行模式。如圖3.2所示，液晶的4腳、5腳、6腳分別為控制信號RS、R/W、E，與STC89C58RD+的P2.5、P2.6、P2.7相連；7腳-14腳為液晶的數據通信信口，與89C58RD+的P0口相連接，因為用到了P0口，所以在外圍接了個10K的

53、上拉電阻；3腳VO是對比度電位引腳，本設計采用10K的可變電阻滑動端連接VO腳，固定端的一端接VCC，另外一端直接接地，這個決定了液晶屏是否顯示，只有阻值在特定的位置區(qū)域以內才會顯示。18腳為復位腳，外接了一個上電復位電路。其它管腳為電源腳，直接接5V即可。[23]</p><p>　　3.2.1 OCMJ4x8C液晶顯示器引腳說明</p><p>　　OCMJ4X8C各引腳說明如下表3.

54、2</p><p>　　表3.2OCMJ4X8C引腳說明</p><p>　　3.2.2 OCMJ4x8C并行工作模式介紹</p><p>　　當高電位輸入到PSB腳時時，模塊將啟用并列模式，在并列模式下可由指令DL FLAG 來選擇8-位或4-位接口，主控制系統(tǒng)將配合（RS、RW、E、DB0-DB7）來實現傳輸達成。從一個完整傳輸的流程來分析，此時設定地指令后若要

55、讀取系統(tǒng)的數據，則要先執(zhí)行DUMMY READ指令一次，正確數據才會被讀取成功，下次讀取時則不需要DUMMY READ操作，除非又下設定地址指令。在4位傳輸方式中，每一個八位的指令或數據都將被分為兩個字節(jié)動作：較高4位（DB7-DB4）的資料將會被放在第一字節(jié)的(DB7-DB4)部分，而較低4位（DB3-DB0）的資料則會被放在第二字節(jié)的（DB7-DB4）部分，至于相關的另四位則在4-位傳輸模式中DB3-DB0接口未使用。相關接口傳輸訊

56、號如下圖所示。[23]</p><p>　　圖3.38位并行總線數據傳輸模式的時序</p><p>　　圖3.44位并行總線數據傳輸模式的時序</p><p>　　3.2.3 字符顯示</p><p>　　OCMJ4X8C按照每個中文字符16X16點陣將顯示屏分類4行8列，共32個區(qū)。每個區(qū)可顯示1個中文字符或2個16X8點陣全顯示ASCⅡ碼

57、字符，即每屏最多可實現32個中文字符或64個ASCⅡ碼字符的顯示。OCMJ4X8C內部提供64X2個字節(jié)的字符顯示RAM緩沖區(qū)（DDRAM）。通過字符顯示RAM中寫入字符顯示編碼來實現字符顯示。根據輸入不同的內容信息，可分別在液晶屏上顯示CGRAM（自定義字形）、HCGROM（ASCⅡ碼字庫）及CGROM(中文字庫)的內容。三種不同字型/字符的選擇編碼范圍為：A1A0H-F7FFH顯示8192種GB2312中文字庫字型，02H-7FH顯

58、示半寬ASCⅡ碼字符，0000-0006H顯示自定義字型。在液晶模塊中，字符顯示RAM的地址為80H-9FH。32個字符顯示區(qū)域與字符顯示的RAM的地址有著依次對應的關系。[23]</p><p>　　3.3 語音電路設計</p><p>　　傳統(tǒng)的語音錄放需要經過如下過程：先經過特定的設備接收，將語音信號轉化為模擬電信號，模擬電信號通過前置放大器放大，帶通濾波再過濾之后，多余的干擾被去掉

59、，輸入的模擬電信號再經過自動增益控制和A/µ壓縮電路凈化，而后通過模數轉換器轉換為數字信號，由控制器對其進行處理和存儲，之后再由數模轉換為模擬信號，達到放音目的。本設計采用了ISD公司的新產品ISD4004語音芯片，該芯片自帶A/D轉換和壓縮功能，直接把聲音信號存儲在芯片內的閃存寄存器中，通過在語音芯片的前端加一個前置放大電路來完成聲音信號的輸入，通過在輸出端加一個LM386的功率放大器來增強聲音輸出信號。89C58RD+再對

60、其控制，達到系統(tǒng)的設計目的。圖3.5為ISD4004語音芯片的外圍連接圖。【17】</p><p>　　圖3.5ISD4004語音芯片外圍連接圖</p><p>　　單片機的P1.0-p1.4引腳接按鍵控制報站器工作過程中是否放音和放音的內容；P1.6接ISD4004的片選信號SS，控制語音芯片是否被選通；P1.7接芯片的串行輸入引腳MOSI,讀入放音的地址是通過此引腳來實現；P3.2和P

61、3.3分別接中斷引腳INT和串行時鐘引腳SCLK。通過一個濾波電容與揚聲器連接到ISD4004芯片音頻信號輸出引腳AUDOUT；AM CAP是自動靜音端，在使用時通過一個電容接地。由于ISD4004的工作電壓是3V而直流電源模塊所提供的供電電壓是5V，因此需要采用變壓器得到3V電壓供ISD4004使用。在放音電路的調試過程中，首先需要測量語音芯片的工作電壓是否達標，如果是則進入下級調試。再測量AUDOUT引腳的電壓，看是否可以送入放音地

62、址，要讀入放音地址，引腳的電壓需要達到1.2V，再后是測量是否可以放音，可以測量AUDOUT引腳電壓，若為1.2V則說明ISD4004芯片正常工作，可以放音。如果沒有聽到放音則調試后級放音電路，看是否后級電路有問題。</p><p>　　3.3.1 ISD4004芯片簡介</p><p>　　ISD4004語音芯片采用CMOS技術，內含高密多電平閃爍存儲陣列、音頻放大器、自動靜噪、防混疊濾

63、波器、平滑濾波器及晶體振蕩器。因此只需很少的外圍器件就可構成一個完整的聲音錄放系統(tǒng)。執(zhí)行操作命令時，通過串行通信接口(SPI或Microwire)送入?？捎?.0HZ、5.3HZ、6.4HZ、8.0KHZ的采樣頻率，要實現放音、錄音時間越長，則使用的頻率要越低，但音質會有所下降。閃爍存儲器中存儲著片內信息，在斷電情況下可以保持100年，反復錄音十萬次。工作電壓為3V，工作電流為25-30mA,維持電流1µA，單片錄放語音時間為

64、8-16分鐘，音質好，適用于移動電話及其它便攜式電子產品中。</p><p>　　3.3.2 ISD4004引腳的功能</p><p>　　電源（VCCA,VCCD）:為了降低噪聲, 不同的電源總線應運用在芯片的模擬和數字電路中，并且外封裝的管腳被不同引用才行,模擬和數字電源端盡可能在靠近供電端處相連，最好分別走線, ,去耦電容盡量靠近器件。[19]</p><p>

65、;　　地線（VSSA,VSSD）:在連接芯片內部的數字電路和模擬電路時，使用不同的地線連接。</p><p>　　同相模擬輸入端(ANA IN+):這是錄音信號的同相輸入端，輸入放大器可用差分或單端驅動，使用差分驅動時，信號最大幅度：16mV，為峰值。使用單端輸入時，最大幅度：32mV，為峰值，信號由耦合電容輸入，芯片頻帶的低端截止頻率由本端的3KΩ電阻輸入阻抗和耦合電容決定。[19]</p>&l

66、t;p>　　音頻輸出(AUD OUT)：能驅動5KΩ的負載，提供音頻輸出。</p><p>　　反相模擬輸入端(ANA IN-)：在差分驅動時，作為錄音信號的反相輸入端。通過耦合電容輸入信號，最大幅度為峰值16mV。</p><p>　　片選(SS)：要向語音芯片發(fā)送指令，此端需送入低電平，兩條指令之間為高電平。</p><p>　　串行輸出(MISO)：語音

67、芯片的串行輸出端。本端呈高阻態(tài)，表示ISD未選中。</p><p>　　串行輸入(MOSI)：語音芯片的串行輸入端。在串行時鐘上升沿之前半個周期，主控制器應將數據放到本端，供ISD輸入。[19]</p><p>　　串行時鐘(SCLK)：語音芯片的時鐘輸入端。由主控制器產生，作用是同步MISO和MOSI的數據傳輸。在SCLK下降沿將數據移出ISD，在上升沿將數據鎖存到ISD。</p&

68、gt;<p>　　中斷(INT):為漏極開路輸出端。指示ISD的放、錄操作已到達存儲器的末尾---- OVF標志。檢測到內部的EOM標志時（只在放音中）---- EOM標志,此狀態(tài)位才置1。ISD在任何操作(包括快進)中檢測到OVF或EOM時，本端將變成低電平并保持。在下一個SPI周期開始時中斷狀態(tài)將清除。中斷狀態(tài)也可用RINT指令讀取。[19]</p><p>　　外部時鐘(XCLK)：芯片內部的

69、采樣時鐘在出廠前已調校，在不外接地時鐘時，此端必須接地。本端內部自帶下拉元件。</p><p>　　行地址時鐘(RAC):也是漏極開路輸出端。ISD存儲器的操作進行了一行（ISD4004系列中的存儲器共2400行）的特征是通過每個RAC周期表示。該端可用于存儲管理技術。</p><p>　　自動靜噪(AM CAP)：通常本端對地接1uF的電容，構成內部信號電平峰值檢測電路的一部分。決定自動

70、靜噪電路的工作與否，需要通過內部設定的閾值與檢出的峰值電平進行比較。如果自動靜噪電路不衰減,則表明為大信號，靜音時衰減6dB。自動靜噪電路對信號幅度的響應速度也受1uF的電容的影響。要禁止自動靜噪，本端和VCCA接就可以了。[19]</p><p>　　3.3.3 SPI(串行外設接口)</p><p>　　ISD4004和外圍電路進行傳輸是通過SPI 串行接口。SPI協(xié)議：數據傳輸協(xié)議（

71、同步串行的）假定微控制器SPI的移位寄存器是串行時鐘SCLK 的下降沿驅動。而對ISD4004而言, 在下降沿將數據送至MISO引腳，在時鐘上升沿鎖存MOSI引腳的數據,。協(xié)議的具體內容為:</p><p>　　1.當SS接收到下降沿時，所有串行數據傳輸開始工作。</p><p>　　2.SS端要想保持傳輸，其端口上必須保持低電平,在兩條指令之間則保持高電平。</p><

72、;p>　　3.數據在時鐘下降沿移出，在上升沿移入。</p><p>　　4.要使ISD開始錄放操作，需要SS端變低電平，在輸入完地址和指令后。</p><p>　　5.(8位控制碼)加(16位地址碼)是SPI協(xié)議的指令格式。</p><p>　　6.如果遇到EOM或OVF, ISD的任何操作(含快進)將產生一個中斷,下一個SPI周期開始時該中斷狀態(tài)被清除。&l

73、t;/p><p>　　7.要移出ISD的MISO引腳中斷狀態(tài)位，需使用"讀"指令,同時同步進行MOSI端移入控制及地址數據。因此要注意器件當前進行的操作與移入的數據是否兼容。當然, 在一個SPI周期里，也允許同時執(zhí)行讀狀態(tài)和開始新的操作。</p><p>　　8.在RUN(運行位) 置0時所有操作結束，置1時所有操作開始。</p><p>　　9.當

74、SS 端上升沿，開始執(zhí)行所有指令都。</p><p><b>　?。ㄒ唬┬畔⒖爝M</b></p><p>　　不必知道確切的信息地址，通過快進用戶就能跳過一條信息。遇到EOM 后信息快進停止,然后內部地址計數器加1,并指向下條信息的開始處。信息快進只用于放音模式。放音速度是正常的1600倍,</p><p><b>　　（二）上電順序

75、</b></p><p>　　要想開始操作，器件延時TPUD(8kHz采樣時,約為25毫秒)后才行。因此,上電指令被用戶發(fā)出后,必須等待TPUD,操作指令才能發(fā)出。 </p><p>　　例如,從00處發(fā)音,應遵循如下時序：</p><p>　　1.發(fā)POWERUP命令;</p><p>　　2.等待上電延時(TPUD);<

76、/p><p>　　3.發(fā)的SETPLAY命令，其地址值為00; </p><p>　　4.發(fā)PLAY命令。器件會從此00地址開始放音,當出現EOM時,立即中斷,停止放音。</p><p>　　如果從00處錄音,則按以下時序:</p><p>　　1.發(fā)POWER UP命令; </p><p>　　2.等待上電延時(TPUD

77、); </p><p>　　3.發(fā)POWER UP命令</p><p>　　4.等待2倍TPUD;</p><p>　　5.發(fā)SETREC命令，其地址值為00; </p><p>　　6.發(fā)REC命令。器件便從00地址開始錄音,一直到出現OVF(存貯器末尾)時,錄音停止。</p><p>　　表3.3為ISD4004的

78、指令及其相應的控制位二進制編碼和其所對應的地址，表中的快進MC只能在放音操作時才有效。SPI口的控制位如圖3.6。SPI控制寄存器控制器件的每位功能，如開始、信息檢索（快進）、錄音、放音、忽略地址指針、停止操作、上電/掉電等，詳見表3.4。</p><p>　　表3.3ISD4004指令表</p><p>　　圖3.6SPI端口控制為</p><p>　　表 3.4

79、 寄存器中各控制位的功能</p><p>　　3.3.4 語音輸入電路</p><p>　　ISD4004的輸入端接的是一個模擬輸入信號，通過一個ECM連接，從而達到錄制聲音的目的。</p><p>　　ECM(全稱駐極體電容話筒):一種價格低，體積小的高靈敏寬頻話音傳感器。阻抗變換和聲電轉換兩部分一起組成了駐極體話筒。駐極體振動膜是聲電轉換的關鍵元件。它是一片極薄

80、的塑料膜，當聲波振動發(fā)生時，電容兩端的電場將發(fā)生變化，從而產生了隨聲波變化而變化的交變電壓。[19]</p><p>　　錄音時人只要面向有EMC的任一面錄音即可，兩話筒間用隔音材料填充，工作電壓為1.5V-12V。使用雙話筒語音輸入方式的優(yōu)點是可以降低背景噪聲。電路圖如圖3.7。</p><p>　　圖3.7雙話筒語音輸入級電路</p><p>　　3.3.5 語

81、音輸出電路</p><p>　　LM386是一種集成音頻功放，具有電源電壓范圍大、外接元件少、總諧波失真小、電壓增益可調整和自身功耗低等優(yōu)點。低電壓消費類產品主要應用此元件。為使外圍元件最少，內置20的電壓增益。要將電壓增益調為任意值，只需在1腳和8腳之間增加一只外接電容和電阻，直至200。輸入端以地位參考，同時輸出端被自動偏置到電源電壓的一半，在6V電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為24mW，使得電池供電的場合特別適

82、合用LM386。[21]</p><p>　　盡管LM386的使用非常簡單，但因該注意的是，特別在斷電瞬間、器件上電，甚至工作穩(wěn)定后，一些操作（如旋音量調節(jié)鈕、插拔音頻插頭）都會造成瞬態(tài)沖擊，在輸出喇叭上會產生噪音。圖3.8 為ISD4004的輸出端接一個LM386的功率放大器增強聲音輸出信號的電路圖。[19]</p><p>　　圖3.8功率放大電路連接圖</p><

83、p>　　3.36 語音芯片電路電源設計</p><p>　　由于系統(tǒng)所要求的供電電壓為5V，而ISD4004的工作電壓為3V，因此要得到3V的電壓供于ISD4004使用則要采用變壓電路。本設計使用了LM317線性穩(wěn)壓器來實現語音芯片電源的要求。如圖3.9。</p><p>　　圖3.9語音芯片電路電源</p><p>　　3.4 按鍵模塊設計</p>

84、;<p>　　鍵盤是實現人機對話的必要設備，用戶可用鍵盤向計算機輸入數據和命令。根據按鍵識別方法，鍵盤可分為編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤兩種類型。編碼式鍵盤（靠硬件識別）包含有檢測按下哪一個鍵并產生相應的代碼的一些必要的硬件,而且一般還有將數據保持到新鍵按下為止的有關電路。非編碼鍵盤是用軟件方法來分析鍵的閉合與否，它通過周期性地對一組按鍵或開關進行掃描，查詢是否有鍵閉合。前者常用于一些專用的微型計算機系統(tǒng)中，如ASCⅡ碼鍵盤等

85、,后者常用于小型的單片機系統(tǒng)等。</p><p>　　在本設計中，采用了獨立鍵盤按鍵接口使非編碼鍵盤,鍵盤與ISD4004、單片機相連來控制語音的報站。設計電路如圖3.10【17】</p><p>　　圖3.10鍵盤設計電路圖</p><p>　　對于非編碼矩陣式鍵盤，單片機對它的控制可采用程序控制掃描方式和中斷掃描方式兩種。鍵掃描過程中應注意的問題：</p&

86、gt;<p>　?。?）當操作者按下或抬起按鍵時，按鍵會產生機械抖動（由彈簧產生），這種抖動一般在按下或抬起的瞬間要持續(xù)幾十毫秒（隨按鍵的結構不同而不同）。為防止錯誤識別，必須采用克服誤識別的措施，如用軟件進行延時再識別已確定的有效。</p><p>　?。?）在鍵盤掃描下，鍵按下一次的過程應當是從某鍵按下，直到確認該鍵已經抬起的整個過程。</p><p>　　3.5 復位電

87、路設計</p><p>　　單片機復位電路設計的好壞，直接影響到整個系統(tǒng)工作的可靠性。89系列單片機與其他微處理器一樣，在啟動的時候都需要復位，復位即使系統(tǒng)各部件及CPU恢復到初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開始工作。從單片機的RST引腳輸入到芯片內的施密特觸發(fā)器中進行復位。當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，加在RST引腳上的復位信號應至少保持2個機器周期（24個振蕩周期）的高電平，則CPU就可以響應并實現一次內部

88、復位，并將ALE和/PSEN兩引腳置為輸入方式（他們?yōu)闇孰p向口）。CPU在RST為高電平的第二個機器周期開始執(zhí)行內部復位，并且在RST變?yōu)榈碗娖角暗拿總€周期均重復執(zhí)行內部復位。執(zhí)行復位后內部各個寄存器變成如下表3.5所示的狀態(tài)。</p><p>　　表3.5各特殊功能寄存器的復位值</p><p>　　在本設計中復位電路采用的是上電復位模式。上電復位電路圖如圖3.11所示，只要在RST復位

89、輸入引腳上接一電容至VCC端，下接一個電阻到地即可。上電復位的過程是在加電時，復位電路通過電容,使一個短暫的高電平信號加在RST端，隨著VCC對電容的充電，此高電平信號逐漸回落。RST端的高電平信號維持足夠長的時間，能保證具有可靠地復位電路系統(tǒng)。上電時，VCC的上升時間約為10ms,而振蕩頻率決定了振蕩器的起振時間，如晶振頻率為10MHZ，起振時間為1ms。</p><p>　　圖3.11上電復位電路</p

90、><p>　　3.6 晶振電路設計</p><p>　　時鐘電路產生CPU的工作時序脈沖，是CPU正常工作的關鍵。時鐘信號被干擾后將導致CPU的工作時序發(fā)生紊亂，使得系統(tǒng)不能正常工作。89C58RD+的XTAL1和XTAL2引腳分別為單片機內反相放大器的輸入/輸出端，其頻率范圍為1.2-12MHZ。XTAL2又是內部時鐘發(fā)生器的輸入端。當采用石英晶體振蕩器時，C=30±10PF；當采

91、用陶瓷振蕩器時，C=40±10PF。本設計在其兩端各接上一個C=30PF的石英晶體瓷片電容，采用12HHZ的晶振，為單片機提供1µs的機器振蕩周期。其電路連接圖如圖3.12，在圖中，2個電容起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其電容值一般在20-50PF。</p><p>　　圖3.12晶振電路的連接圖</p><p>　　3.7 串口電路設計</p><

92、;p>　　本設計中單片機和PC機之間通信的電平轉換采用MAX232芯片來實現。由于單片機是TTL電平，PC機是標準的RS-232正負邏輯狀態(tài)，所以它們之間只有經過相互轉換之后才能互相連接。本設計中MAX232的連接圖如圖3.13所示，【17】主要分為5個部分。</p><p>　　1）外接電容：外接有4個1µF瓷片電容，作用是產生+12V和-12V兩個電源，提供給RS-232串口電平的需要。<

93、;/p><p>　　2）TTL的輸入：兩路TTL電平的輸入引腳（10腳和11腳），連接單片機的TXD輸出端口。</p><p>　　3）TTL的輸出：兩路TTL電平的輸出引腳（9腳和12腳），連接單片機的RXD輸出端口。</p><p>　　4）RS-232的輸入：兩路RS-232邏輯電壓的輸入引腳（8腳和13腳），連接RS-232的TXD輸出端口。</p>

94、<p>　　5）RS-232的輸出：兩路RS-232邏輯電壓的輸出引腳（7腳和14腳），連接RS-232的TXD輸出端口。</p><p>　　圖3.13串口部分連接圖</p><p>　　3.8 系統(tǒng)供電電源電路設計</p><p>　　一個系統(tǒng)要想穩(wěn)定的工作，首先必須保證直流電源穩(wěn)定可靠。電源不穩(wěn)定，有時甚至是小小的波動，就可能造成整個系統(tǒng)的癱瘓。

95、設計中采用了三端固定正電壓集成穩(wěn)壓器7805，來得到+5V穩(wěn)定電壓。7805是個三端集成穩(wěn)壓器，它僅有輸入端、輸出端和公共端三個引腳、芯片內部設有過流、過熱保護以及調整安全保護電路，其所需外接元件少，使用方便、可靠，廣泛應用與各種電子設備中。電源電路如圖3.14所示。電容C23和C24起的是濾波作用，消除電源的紋波特性。</p><p>　　圖3.14系統(tǒng)供電電源電路連接圖</p><p>

96、;　　第4章 系統(tǒng)軟件設計</p><p><b>　　4.1主程序流程圖</b></p><p>　　本系統(tǒng)可以分段錄音和分段放音。</p><p>　　首次按下PLAY/REC鍵，使引腳為低電平，同時按下START鍵，語音芯片從00H開始進行錄音，錄玩一段后按PUASE，形成一段，再按PUASE鍵，語音芯片從當前地址開始錄音，按PUSH鍵，

97、便形成第二段。依次向后。按STOP鍵，停止錄音，同時使首地址寄存器清0，下次錄音從首地址開始進行錄音。</p><p>　　若使PLAY/REC鍵懸空，第一次按START鍵，提示第一段語音信息。按第二段START鍵，不按STOP鍵，提示第二段語音信息。按第N次，提示第N段語音信息。放音過程中，若按STOP鍵，下次按放音鍵時，從第一段開始放音。</p><p>　　圖4.1主程序流程圖<

98、;/p><p>　　4.2語音芯片錄放音程序流程圖</p><p>　　語音芯片錄放時，若有多條語音信息需要錄入到ISD4004中，若要實現任意組合回放，則必須知道所錄的每段信息的起始地址。ISD4004的24引腳為行地址時鐘漏極開路輸出，每個RAC周期表示ISD存儲器的操作進行了一行。據此語音段的起始地址，我們就可以直接設置了，系統(tǒng)錄音模式啟動時，將單片機的定時器T0工作在對RAC信號的計數

99、方式，結束錄音，則計數停止。由此該語音段所占的地址單元數就知道了，加上該段起始地址，再加1，即為下一語音段的起始地址。通過鍵盤輸入已編輯好的各語音段序號，再按下放音鍵，就實現了組合回放。根據EEPROM中的地址表，單片機通過口線對ISD4004發(fā)送相應的語音段的起始地址和播放指令，當INT1中斷產生時，結束該段語音播放，下一段語音的起始地址再從地址表上取出，繼續(xù)播放。圖4.2為語音芯片放錄音程序流程圖。[20]</p>&

100、lt;p>　　圖4.2語音芯片錄音放音流程圖</p><p>　　4.3LCD漢字顯示流程圖</p><p>　　圖4.3LCD漢字顯示流程圖</p><p>　　顯示流程圖說明：首先程序先初始化，然后通過延時程序來檢測系統(tǒng)忙還是不忙，若不忙則開始位定義，寫入起始地址。然后系統(tǒng)再進行一次忙信號檢測，若不忙，就開始取第一個數據，直到最后寫完，結束。</p&

101、gt;<p><b>　　總結</b></p><p>　　經過了幾個月的學習和工作，我終于完成了本畢業(yè)論文的設計。從開始選擇論文題目到設計的實現，再到論文文章的完成，每走一步對我來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在大學期間獨立完成的最大的項目。在這段時間里，我學到了很多知識也有很多感受，是自己非常稚嫩的作品一步步完善起來，每一次改進都是學習的收獲。經過這次畢業(yè)設計，使我覺得不論

102、從理論知識還是從實際操作中都學到了不少知識。通過這次畢業(yè)設計使我在大學四年所學的知識上得到了提高和掌握。體會到理論知識對實踐的重要性，還學會了高效率的查閱資料、運用工具書、利用網絡查找資料。我發(fā)現，在我們所使用的書籍上有一些知識在實際應用中其實并不是十分理想，各種參數都需要自己去調整。偶而還會遇到錯誤的資料，這就需要我們注重實踐環(huán)節(jié)。在設計中也出現了不少的問題，在程序編制時由于知識點掌握的還不夠扎實以及經驗上的不足，暴露出了我在實踐當中

103、動手能力的不足，不過在李老師的認證指導下以及通過查閱資料、認真分析思考使各個問題都得到了解決。</p><p><b>　　[參考文獻]</b></p><p>　　[1] 曹琳琳, 曹巧媛. 單片機原理及接口技術[M]. 北京: 國防科技大學出版社,2000. </p><p>　　[2] 胡漢才. 單片機原理及其接口技術[M]. 清華大學出

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