【正文】 報站 ,即每到一站由司機或 者乘務(wù)員來進行報站。但有時由于受到各種因素如雨雪天路滑、車上擁擠、乘務(wù)員心情的變化等的影響 ,會出現(xiàn)報錯站 ,漏報站的情況 ,給乘客特別是不熟悉本市地形的乘客帶來了不必要的麻煩 ,從而影響到了一個城市的窗口形 象工程建設(shè)。于是開發(fā)研制 語音報站系統(tǒng)成為必然。 公共汽車語音報站器主要利用 51 單片機以及 ISD4004 模擬公交車 語音報站系統(tǒng) 。設(shè)計時需 對單片機進行程序設(shè)計，處理好系統(tǒng) 人機交互界面 。 為了使設(shè)計的人機交互系統(tǒng)更具人性化，可在報站的同時可使用點陣 LED 顯示器顯示當前的站臺信息。 單片機 在生活中有著極其廣泛的應(yīng)用，包括計算機、數(shù)字通信、智能儀器儀表、自動控制及航天等領(lǐng)域中。 畢業(yè)設(shè)計用紙 共 頁 第 頁 隨著 單片機 技術(shù)的不斷發(fā)展，生活中的很多東西都需要運用 單片機 技術(shù) ,而公交車是最平常的，利用單片機的控制可以達到自動語音報站效果 ， 這給人們生活 ， 工作等 方面帶來了極大的方便。 設(shè)計 方案論證 設(shè)計方案選擇 單片機語音報站器設(shè)計的要求及技術(shù)指標： 設(shè)計一個單片機控制的公交車語音報站器； 公共汽車車到達 A 站時，司機按鍵，揚聲器發(fā)出“ A站到了，請從后門下車”的語音信號，當監(jiān)測到汽車啟動信號時，揚聲器發(fā)出“車輛啟動，請站穩(wěn)扶好，下一站 B 站”的語音信號； 報站點可達 16 個； 綜合上述要求， 公共汽車語音報站器 設(shè)計方案采用 由單片機、Ｔ６６６８語音處理器、地址鎖存器、經(jīng)固化的存貯器、語音再現(xiàn)部件和機殼構(gòu)成，機殼上設(shè)有方向開關(guān)、復位鍵、退站鍵、語 音轉(zhuǎn)換按鍵、開門控制鍵、直接開關(guān)門控制鍵和音量電位器旋鈕等。具有聲音清晰自然，節(jié)約內(nèi)存，體積小、成本低，可靠性高，安裝、調(diào)試使用都很方便的特點。可廣泛用于各種公共汽車、電車等的自動報站。本次設(shè)計主要利用 51單片機以及 ISD4004 模擬公交車 語音報站 器 。 總體設(shè)計方案框圖及分析 總方案框圖分語音報站框圖和 LED 顯示框圖，其中語音報站以 ISD4004 語音 芯片 為主體，顯示部分以矩陣式鍵盤和 LED 顯示器為主體，兩者均與單片機相連接。 畢業(yè)設(shè)計用紙 共 頁 第 頁 圖 1 語音報站框圖 圖 2 顯示框圖 AT89C51 NPN 行驅(qū)動 4*4 LED 1,2 3,4 PNP 列驅(qū)動 譯碼器 74LS154 畢業(yè)設(shè)計用紙 共 頁 第 頁 第 二 章 硬件電路設(shè)計 單元電路設(shè)計與原理分析 ISD4004 的工作原理 （ 1） ISD4004 芯片簡介 ISD4004 系列工作電壓 3V,單片錄放時間 8 至 16 分鐘 ,音質(zhì)好 ,適用于移動電話及其他便攜式電子產(chǎn)品中。芯片采用 CMOS 技術(shù) ,內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動靜噪及高密度多電平閃爍存貯陣列。芯片設(shè) 計是基于所有操作必須由微控制器控制 ,操作命令可通過串行通信接口 (SPI 或 Microwire)送入。芯片采用多電平直接模擬量存儲技術(shù) , 每個采樣值直接存貯在片內(nèi)閃爍存貯器中 ,因此能夠非常真實、自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)和效果聲 ,避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和 金屬聲 。采樣頻率可為 ,頻率越低 ,錄放時間越長 ,而音質(zhì)則有所下降 ,片內(nèi)信息存于閃爍存貯器中 ,可在斷電情況下保存 100 年 (典型值 ),反復錄音 10 萬次。 （ 2） 引腳描述 電源 :(VCCA,VCCD) 為使噪聲最小 ,芯片的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線 ,并且分別引到外封裝的不同管腳上 ,模擬和數(shù)字電源端最好分別走線 ,盡可能在靠近供電端處相連 ,而去耦電容應(yīng)盡量靠近器件。 地線 :(VSSA,VSSD) 芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線。 同相模擬輸入 (ANA IN+) 這是錄音信號的同相輸入端。輸入放大器可用單端或差分驅(qū)動。 反相模擬輸入 (ANA IN) 差分驅(qū)動時 ,這是錄音信號的反相輸入端。信號通過耦合電容輸入 ,最大幅度為峰峰值 16mV。 音頻輸出 (AUD OUT) 提供音頻輸出 ,可 驅(qū)動 5KΩ的負載。 片選 (SS) 此端為低 ,即向該 ISD4004 芯片發(fā)送指令，兩條指令之間為高電平。 串行輸入 (MOSI) 此端為串行輸入端，主控制器應(yīng)在串行時鐘上升沿之前半個周期將 畢業(yè)設(shè)計用紙 共 頁 第 頁 數(shù)據(jù)放到本端 ,供 ISD 輸入。 串行輸出 (MISO) ISD 的串行輸出端。 ISD 未選中時 ,本端呈高阻態(tài)。 串行時鐘 (SCLK) ISD 的時鐘輸入端 ,由主控制器產(chǎn)生 ,用于同步 MOSI 和 MISO 的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)在 SCLK 上升沿鎖存到 ISD,在下降沿移出 ISD。 中斷 (/INT) 本端為漏極開路輸出。 ISD 在任何操作 (包括快進 )中檢測到 EOM 或 OVF時 ,本端變低并保持。中斷狀態(tài)在下一個 SPI 周期開始時清除。中斷狀態(tài)也可用 RINT 指令讀取。 OVF 標志 指示 ISD 的錄、放操作已到達存儲器的未尾。 EOM 標志 只在放音中檢測到內(nèi)部的 EOM 標志時 ,此狀態(tài)位才置 1。 行地址時鐘 (RAC) 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(ISD4004 系列中的存貯器共 2400 行 )。該端可用于存儲管理技術(shù)。 外部時鐘 (XCLK) 本端內(nèi)部有下拉元件。芯片內(nèi)部的采樣時鐘在出廠前已調(diào)校 ,誤差在 +1%內(nèi)。商業(yè)級芯片在整個溫度和電 壓范圍內(nèi) , 頻率變化在 +%內(nèi)。工業(yè)級芯片在整個溫度和電壓范圍內(nèi) ,頻率變化在 6/+4%內(nèi) ,此時建議使用穩(wěn)壓電源。若要求更高精度 ,可從本端輸入外部時鐘 (如附錄所列 )。由于內(nèi)部的防混淆及平滑濾波器已設(shè)定 ,故上述推薦的時鐘頻率不應(yīng)改變。輸入時鐘的占空比無關(guān)緊要 ,因內(nèi)部首先進行了分頻。在不外接地時鐘時 ,此端必須接地。 自動靜噪 (AMCAP) 當錄音信號電平下降到內(nèi)部設(shè)定的某一閾值以下時 ,自動靜噪功能使信號衰弱 ,這樣有助于養(yǎng)活無信號 (靜音 )時的噪聲。本端接 VCCA則禁止自動靜噪。 （ 3） SPI(串行外設(shè)接口 ) ISD4003 工作于 SPI 串行接口。 SPI 協(xié)議是一個同步串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議 ,協(xié)議假定微控制ISD4004 畢業(yè)設(shè)計用紙 共 頁 第 頁 器的 SPI 移位寄存器在 SCLK 的下降沿動作 ,因此對 ISD4003 而言 ,在時鐘止升沿鎖存 MOSI引腳的數(shù)據(jù) ,在下降沿將數(shù)據(jù)送至 MISO 引腳。 LED 數(shù)碼顯示原理 （ 1） LED 數(shù)碼管顯示原理 通常所說的的 LED 顯示器由 7 個發(fā)光二極管組成，因此也稱之為七段數(shù)碼顯示器，其排列形狀如圖 2。此外，數(shù)碼管中還有一個圓點發(fā)光二極管，用于顯示小數(shù)點。通過七個發(fā)光二極管亮滅的不同組合，可以顯示多種數(shù) 字、字母及其它字符。 畢業(yè)設(shè)計用紙 共 頁 第 頁 圖 4 LED 數(shù)碼管 腳圖 （ 2） LED 數(shù)碼管動態(tài)顯示原理 LED 數(shù)碼管的顯示主要分為靜態(tài)和動態(tài)顯示兩種方式，靜態(tài)顯示方式下，一個八位端口只能驅(qū)動一個數(shù)碼管，如要驅(qū)動四個數(shù)碼管將占用四個端口共 32 位，而單片機的端口是非常有限的，因此對于要求有多個數(shù)碼管顯示的單片機系統(tǒng)往往采用動態(tài)顯示的方法。動態(tài)顯示就是采用動態(tài)掃描的方法逐個地循環(huán)點亮各位顯示器一小段時間，通常為幾微妙。這樣雖然在某一時段只有一位數(shù)碼管被點亮，但是由于人眼的視覺暫留 效應(yīng)，實際效果與靜態(tài)顯示完全一樣。根據(jù)經(jīng)驗，四位數(shù)碼管動態(tài)顯示，每位數(shù)碼管顯示的時間不應(yīng)大于 10ms，否則會有閃爍感。 （ 3） LED 顯示器中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法： ? 共陽極接法 把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極。使用時公共端接高電平（ 51 單 片機系統(tǒng)中通常為＋ 5V）。其它端輸入低電平時對應(yīng)發(fā)光二極管段亮，反之則滅。 ? 共陰極接法 將發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極。使用時公共陰極接低電平（ 51 單 片機系統(tǒng)中通常接地）。這樣其它端輸入高電平時對應(yīng)發(fā)光二極管段亮，反之則滅。 畢業(yè)設(shè)計用紙 共 頁 第 頁 矩陣式按鍵的工作原理 鍵盤分兩大類：編碼鍵盤和非編碼鍵盤 ，獨立式按鍵屬于 非編碼鍵盤 ， 只簡單地提供鍵盤的行列與矩陣，其他操作如鍵的識別，決定按鍵的讀數(shù)等僅靠軟件完成，故硬件較為簡單，但占用 CPU 較多時間。非編碼鍵盤的鍵輸入程序應(yīng)完成的基本任務(wù) ； 2.判斷是哪個鍵按下 ； 。矩陣式鍵盤適用于按鍵數(shù)量較多的場合，由行線和列線組成，按鍵位于行列的交叉點上。節(jié)省 I/O 口。行線通過上拉電阻接到 +5V 上。無按鍵 時 ，行線處于高電平狀態(tài)，有鍵按下，行線電平狀態(tài)將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。列線電平為低，則行線電平為低；列線電平為高，則行線電平為高。 等效電路圖如圖 5。 硬件電路圖見附錄 。