15_公交车语音报站器

15_公交车语音报站器 辽 宁 工 业 大 学 单片机及接口技术课程设计(论文) 题目:公交车语音报站器 院(系):电子与信息工程学院 专业班级:电子061 学 号:060304015 学生姓名:陈权 指导教师: 教师职称: 起止时间:2009.7.11—2009.7.18 课程设计(论文)任务及评语 院(系):电子与信息工程学院 教研室:电子信息教研室 学 号 060304015 学生姓名 陈权 专业班级 电子061 课程设计 (论文)公交车语音报站器 题目 主要技术指标及要求: 1、设计一个单片机控制的公交车语音报站器; 2、公共汽车车到达A站时，司机按键，扬声器发出“A站到了，请从后门下 车”的语音信号，当监测到汽车启动信号时，扬声器发出“车辆启动，请课站稳扶好，下一站B站”的语音信号; 程 设3、报站点可达16个; 计 )设计内容: 论 文1、设计要求，明确性能指标;查阅资料、设计分析对比。 ) 任2、论证并确定合理的总体设计方案，绘制总体结构框图，分析工作原理。 务 3、完成各单元具体电路的设计:单片机最小系统、语音电路、显示等电路。 包括元器件选择、工作原理分析。 4、写出程序流程图及汇编源程序。 5、完成课程设计说明书。 指 导 教 师 评 语 及 成 绩 成绩: 指导教师签字: 年 月 日 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书(论 文) 目 录 第1章 设计方案论证 .....................................................................................................................1 1.1设计的应用意义…………………………………………………………………….1 1.2设计方案选择………………………………………………………………………..2 1.3总体设计方案框图及分析…………………………………………………………..2 第2章 硬件电路设计 ...................................................................................................3 2.1单元电路设计与原理分析………………………………………………………….3 第3章 软件设计 ............................................................................................................8 3.1程序流程图………………………………………………………………………….8 3.2源程序清单………………………………………………………………………….9 第4章 设计 ......................................................................................................... 13 参考文献 ......................................................................................................................... 14 附录1............................................................................................................................... 15 附录2............................................................................................................................... 16 附录3............................................................................................................................... 17 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书(论 文) 第1章 设计方案论证 1.1设计的应用意义 随着国民经济的快速发展，城市建设规模不断扩大，大城市人口高度集中并大幅度增长，同时汽车拥有量急剧上升，交通需求迅速扩大，而道路交通基础设施建设的发展则相对滞后。城市交通需求与供给之间的矛盾越来越突出，城市“乘车难”、“行车难”的局面在加剧，交通阻塞呈现出点到线、由线到面的扩展趋势，交通拥挤、交通延误、交通阻塞以及由此引起的噪音、废气污染严重影响着居民的正常的生活以及社会经济的持续、健康发展。 近年来，我国城市交通的现状已引起了政府、公众、社会各界的广泛关注， 有关专家学者和交通工程师们在吸取各国城市交通发展经验的基础上，找到了一条解决我国城市交通发展问题的有效途径，即优先发展城市公共交通，以公共交通为杠杆降低城市交通需求总量，实现道路交通基础设施发展与交通需求增长的均衡。 实施“公交优先”是解决我国城市交通发展问题的有效途径，也是我国目前城市交通发展的基本政策。公交智能化是智能交通的一个重要的子领域，同时也是落实“公交优先”，使城市交通与社会经济和谐发展的重要组成部分。实施公交智能化，必须提高公交服务质量，而到站后的准确、及时报站就是一个方面，本文设计的公交车语音报站器就能解决这方面的问题。 从而，达到公共形象的提升。当前国内主要大城市的公交车大都采用人工报站,即每到一站由司机或者乘务员来进行报站。但有时由于受到各种因素如雨雪天路滑、车上拥挤、乘务员心情的变化等的影响,会出现报错站,漏报站的情况,给乘客特别是不熟悉本市地形的乘客带来了不必要的麻烦,从而影响到了一个城市的窗口形象工程建设。于是开发研制语音报站系统成为必然。 公共汽车语音报站器主要利用51单片机以及ISD4004模拟公交车语音报站系统。设计时需对单片机进行程序设计，处理好系统人机交互界面。为了使设计的人机交互系统更具人性化，可在报站的同时可使用点阵LED显示器显示当前的站台信息。单片机在生活中有着极其广泛的应用，包括计算机、数字通信、智能仪器仪、自动控制及航天等领域中。随着单片机技术的不断发展，生活中的很多东西都需要运用单片机技术,而公交 1 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书(论 文) 车是最平常的，利用单片机的控制可以达到自动语音报站效果，这给人们生活，工作等方面带来了极大的方便。 1.2设计方案选择 单片机语音报站器设计的要求及技术指标: 1、设计一个单片机控制的公交车语音报站器; 2、公共汽车车到达A站时，司机按键，扬声器发出“A站到了，请从后门下车”的语音信号，当监测到汽车启动信号时，扬声器发出“车辆启动，请站稳扶好，下一站B站”的语音信号; 3、报站点可达16个; 综合上述要求，公共汽车语音报站器设计方案采用由单片机、,,,,,语音处理器、地址锁存器、经固化的存贮器、语音再现部件和机壳构成，机壳上设有方向开关、复位键、退站键、语音转换按键、开门控制键、直接开关门控制键和音量电位器旋钮等。具有声音清晰自然，节约内存，体积小、成本低，可靠性高，安装、调试使用都很方便的特点。可广泛用于各种公共汽车、电车等的自动报站。本次设计主要利用51单片机以及ISD4004模拟公交车语音报站器。 1.3总体设计方案框图及分析 总方案框图分语音报站框图和LED显示框图，其中语音报站以ISD4004语音芯片为主体，显示部分以矩阵式键盘和LED显示器为主体，两者均与单片机相连接。 图1语音报站框图 2 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书(论 文) NPN P1.0--P1.7 行驱动 P2.0--P2.7 译码器 PNP 4*4 列驱LED 74LS154 AT89C51 1,2 动 3,4 图2显示框图 第2章 硬件电路设计 2.1单元电路设计与原理分析 ISD4004的工作原理 (1)ISD4004芯片简介 ISD4004系列工作电压3V,单片录放时间8至16分钟,音质好,适用于移动电话及其他便携式电子产品中。芯片采用CMOS技术,内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮阵列。芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制,操作命令可通过串行通信接口(SPI或Microwire)送入。芯片采用多电平直接模拟量存储技术, 每个采样值直接存贮在片内闪烁存贮器中,因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声,避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和"金属声"。采样频率可为 4.0,5.3,6.4,8.0kHz,频率越低,录放时间越长,而音质则有所下降,片内信息存于闪烁存贮器中,可在断电情况下保存100年(典型值),反复录 3 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书(论 文) 音10万次。 (2) 引脚描述 电源:(VCCA,VCCD) 为使噪声最小,芯片的模拟和数字电路使用不同的电源总线,并且分别引到外封装的不同管脚上,模拟和数字电源端最好分别走线,尽可能在靠近供电端处相连,而去耦电容应尽量靠近器件。 地线:(VSSA,VSSD) 芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线。 同相模拟输入(ANA IN+) 这是录音信号的同相输入端。输入放大器可用单端或差分驱动。 反相模拟输入(ANA IN-) 差分驱动时,这是录音信号的反相输入端。信号通过耦合电容输入,最大幅度为峰峰值16mV。 音频输出(AUD OUT) 提供音频输出,可驱动5KΩ的负载。 片选(SS) 此端为低,即向该ISD4004芯片发送指令，两条指令之间为高电平。 串行输入(MOSI) 此端为串行输入端，主控制器应在串行时钟上升沿之前半个周期 供ISD输入。 将数据放到本端, 串行输出(MISO) ISD的串行输出端。ISD未选中时,本端呈高阻态。 串行时钟(SCLK) ISD的时钟输入端,由主控制器产生,用于同步MOSI和MISO的数据传输。数据在SCLK上升沿锁存到ISD,在下降沿移出ISD。 中断(/INT) 本端为漏极开路输出。ISD在任何操作(包括快进)中检测到EOM或OVF时,本端变低并保持。中断状态在下一个SPI周期开始时清除。中断状态也可用RINT指令读取。 OVF标志----指示ISD的录、放操作已到达存储器的未尾。 EOM标志----只在放音中检测到内部的EOM标志时,此状态位才置1。 行地址时钟(RAC) 漏极开路输出。每个RAC周期表示ISD存储器的操作进行了一行(ISD4004系列中的存贮器共2400行)。该端可用于存储管理技术。 外部时钟(XCLK) 本端内部有下拉元件。芯片内部的采样时钟在出厂前已调校,误差在 +1%内。商业级芯片在整个温度和电压范围内, 频率变化在+2.25%内。工业级芯片在整个温度和电压范围内,频率变化在-6/+4%内,此时建议使用稳压电源。若要求更高精度,可从本端输入外部时钟(如附录所列)。由于内部的防混淆及平滑滤波器已设定,故上述推荐的时钟频率不应改变。输入时钟的占空比无关紧要,因内部首先进行了分频。在不外接地时钟时,此端必须接地。 4 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书(论 文) 自动静噪(AMCAP) 当录音信号电平下降到内部设定的某一阈值以下时,自动静噪功能使信号衰弱,这样有助于养活无信号(静音)时的噪声。本端接VCCA则禁止自动静噪。 ISD4004 图3 ISD4004引脚图 (3) SPI(串行外设接口) ISD4004工作于SPI串行接口。SPI是一个同步串行数据传输协议,协议假定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK的下降沿动作,因此对ISD4004而言,在时钟止升沿锁存MOSI引脚的数据,在下降沿将数据送至MISO引脚。 LED数码显示原理 (1) LED数码管显示原理 通常所说的的LED显示器由7个发光二极管组成，因此也称之为七段数码显示器，其排列形状如图2。此外，数码管中还有一个圆点发光二极管，用于显示小数点。通过七个发光二极管亮灭的不同组合，可以显示多种数字、字母及其它字符。 5 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书(论 文) 图4 LED数码管脚图 2) LED数码管动态显示原理 ( LED数码管的显示主要分为静态和动态显示两种方式，静态显示方式下，一个八位端口只能驱动一个数码管，如要驱动四个数码管将占用四个端口共32位，而单片机的端口是非常有限的，因此对于要求有多个数码管显示的单片机系统往往采用动态显示的方法。动态显示就是采用动态扫描的方法逐个地循环点亮各位显示器一小段时间，通常为几微秒。这样虽然在某一时段只有一位数码管被点亮，但是由于人眼的视觉暂留效应，实际效果与静态显示完全一样。根据经验，四位数码管动态显示，每位数码管显示的时间不应大于10ms，否则会有闪烁感。 (3) LED显示器中的发光二极管共有两种连接方法: ? 共阳极接法 把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。使用时公共端接高电平(51单片机系统中通常为，5V)。其它端输入低电平时对应发光二极管段亮，反之则灭。 ? 共阴极接法 将发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。使用时公共阴极接低电平(51单片机系统中通常接地)。这样其它端输入高电平时对应发光二极管段亮，反之则灭。 矩阵式按键的工作原理 键盘分两大类:编码键盘和非编码键盘，独立式按键属于非编码键盘，只简单地提供键盘的行列与矩阵，其他操作如键的识别，决定按键的读数等仅靠软件完成，故硬件较为 6 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书(论 文) 简单，但占用CPU较多时间。非编码键盘的键输入程序应完成的基本任务1.监测有无键按下;2.判断是哪个键按下;3.完成键处理任务。矩阵式键盘适用于按键数量较多的场合，由行线和列线组成，按键位于行列的交叉点上。节省I/O口。行线通过上拉电阻接到+5V上。无按键时，行线处于高电平状态，有键按下，行线电平状态将由与此行线相连的列线电平决定。列线电平为低，则行线电平为低;列线电平为高，则行线电平为高。等效电路图如图5。硬件电路图见附录。 第3章 程序设计 图5 矩阵式按键的等效电路图 整机调试 (1)根据给出的电路原理图，正确连接电路; (2)调试已编译的程序，并将程序下载到51单片机中; (3)按下录音键进行录音，连续录完一段后，按下停止键停止，再次按下录音键录音，按停止键停止; (4)录完音后，按放音键放音，按一次键就播放一段录音，通过修改程序可实现顺序和倒序播放; (5)最后按照公交车站台信息，将站台名称语音信息和特殊语音信息录制到ISD4004中，并记录下各个站台语音和特殊语音信息所存的单元位置，以便使用; (6)进行最后的调试 ，公共汽车语音报站系统完成。 7 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书(论 文) 第3章 程序设计 3.1程序流程图 图6 公交车语音报站系统程序流程 8 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书(论 文) 3.2源程序清单 ;按键扫描子程序。扫描的键值存放在R3中。可组成4*4键盘。 PTKEY EQU P0 ;扫描的端口,其中低位接列线，高位接行线 DIS_SHI EQU 50H ;显示十位缓冲区 DIS_GE EQU 51H ;显示个位缓冲区 ORG 0000H AJMP START ORG 0030H START: MOV DIS_SHI , #0AH ;初始化数码管灭 MOV DIS_GE , #0AH LCALL DISPLAY MAIN: LCALL KEY1 MOV A , R3 MOV B , #10 DIV AB MOV DIS_SHI , A MOV DIS_GE , B LCALL DISPLAY SJMP MAIN KEY1: LCALL KS1 ;调用按键总扫描程序，无按键则继续查询 JNZ LK1 ;用按键则去判断所按键值。 ACALL DISPLAY AJMP KEY1 LK1: 9 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书(论 文) ACALL DISPLAY ;有按键延时12MS ACALL DISPLAY ACALL KS1 ;继续判断有无按键，这样处理可防止按键干扰。 JNZ LK2 ACALL DISPLAY ;有按键延时6MS。 AJMP KEY1 LK2: MOV R2 , #0FEH ;送扫描的首列。 MOV R4 , #00H ;列号送初值。 LK4: MOV A , R2 MOV PTKEY , A MOV A , PTKEY JB ACC.4 , LONE ;第零行无按键则转第一行。 MOV A , #00H AJMP LKP LONE: JB ACC.5 , LTWO ;第一行无按键则转第二行。 MOV A , #04H AJMP LKP LTWO: JB ACC.6 , LTHREE ;第二行无按键则转第三行。 MOV A , #08H LTHREE: JB ACC.7 , NEXT ;第二行无按键则转下一次扫描。 MOV A , #0BH LKP: ADD A , R4 ;将按键值的行和列想加送R3 MOV R3 , A 10 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书(论 文) LK3: ACALL DISPLAY ;等待按键的释放。 ACALL KS1 JNZ LK3 RET NEXT: ;进行下一列的扫描。 INC R4 MOV A,R2 JNB ACC.3,KND RL A MOV R2,A AJMP LK4 KND: AJMP KEY1 KS1: ANL PTKEY , #0F0H ;给低四位送低电平 MOV A , PTKEY XRL A , #11110000B ;读区高四位，若高四位不全为1表示有按键。 RET DISPLAY: ;显示子程序 MOV DPTR , #SHUMA MOV A , DIS_SHI MOVC A , @A+DPTR MOV P1 , A SETB P2.0 ACALL Y3MS CLR P2.0 MOV A , DIS_GE MOVC A , @A+DPTR 11 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书(论 文) MOV P1 , A SETB P2.1 ACALL Y3MS CLR P2.1 RET Y3MS: ;延时3ms子程序 MOV R7 , #15 Y3MS1: MOV R6 , #48 Y3MS2: DJNZ R6 , Y3MS2 NOP DJNZ R7 , Y3MS1 MOV R6 , #07 Y3MS3: DJNZ R6 , Y3MS3 RET SHUMA: ;共阳数码代码。 DB 0c0h ,0f9h ,0a4h ,0b0h ,99h ,92h ,82h ,0f8h ,80h ,90h ,0FFH;0,9 ,灭 12 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书(论 文) 第4章 设计总结 公共汽车语音报站系统主要由集成电路AT89C51和74LS245.以及2位独立或连体的 加上电阻等元件组成, 数码管有共阴和共阳必须好好分辨 ，不然影响实数码管和键盘. 验。其中集成电路AT89C51和74LS245必须具有双向驱动器,利用51单片机以及ISD4004模拟公交车移语音报站系统.必须自行编译好程序输入到集成块中,元件中的LED数码管的显示主要分为静态和动态显示两种方式，静态显示方式下，一个八位端口只能驱动一个数码管，如要驱动四个数码管将占用四个端口共32位，而单片机的端口是非常有限的，因此对于要求有多个数码管显示的单片机系统往往采用动态显示的方法。动态显示就是采用动态扫描的方法逐个地循环点亮各位显示器一小段时间，通常为几微秒。通过这次课程设计，使我快速步入单片机设计的大门。设计过程是一个考验人耐心的过程，不能有丝毫的急躁，对电路一步一步来。经过这次课程设计的训练，使我对单片机的运用以及编写程序有了进一步的深刻理解，尤其增加了我对这门专业的兴趣。21世纪是科技快速发展的时期，更是电子产品飞书速更新的时期，对于我们，是个机遇。因此巩固理论知识，提高动手能力是我们现在的当务之急，这次课程设计是给我提高的机会。也因为这样，我明白了真理总是在不断的揣摩中产生的，这是我的最深体会。为了做好这次课程设计，我查阅了很多资料，也请教了老师，真是费了不少心思啊。 在此感谢老师们的指导和帮助，感谢老师们传授给我的知识，指导老师的严谨和求实的治学精神及踏实细致的科研态度使我受益非浅。在课程设计完成之际，谨向敬爱的洪远泉老师表示忠心的感谢和诚挚的祝福。最后感谢我的同学这段时间以来对我的关心和支持。 13 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书(论 文) 参考文献 [1] 李全力 《单片机原理及接口技术》 北京 高等教育出版社 2002; [2]赵文博 《新型常用集成电路速查手册》 北京 人民邮电出版社; [3]高吉祥 《全国大学生电子设计竞赛系列教程培训》 北京 电子工业出版社。 14 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书(论 文) 附录1: 键盘输入数据 图7矩阵式按键输入数据的电路 15 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书(论 文) 附录2: 整体电路原理图 图8公交车语音报站系统总电路图 16 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书(论 文) 附录3: 元器件清单 类别 型号 数量 单位 说明 AT89C51 1 片 语音芯 ISD4004 1 片 片 音频放 LM386 1 片 大电路 集 成 电 路 可调集 LM317 1 片 成稳压 电路 双向驱 74LS245 1 片 动器 连体或数码管 共阳 2 位 独立均 可 发光二极管 红、绿 各1 只 按键 独立式 5 个 10K 5 个 5.1K 1 个 1K 1 个 电阻 510Ω 2 个 300Ω 1 个 200Ω 1 个 10Ω 1 个 滑动变阻器 10K 1 个 220u 1 个 100u 1 个 22u 1 个 10u 1 个 4.7u 1 个 电容 3.3u 1 个 1u 2 个 0.1u 3 个 0.047 1 个 驻极体话筒 1 个 键盘 4*4矩阵 1 个 扬声器 4Ω或8Ω、2W 1 个 17