【正文】 GPS 模塊接收 到 所選衛(wèi)星發(fā)來的導航信息和星鐘校正參數(shù)的時間 信息 ， 如此 計算出車輛當前的經緯度坐標信息。將此坐標信息與存儲在單片機中的車站的經緯度坐標信息比對，就可查得車站站名信息，由語音系統(tǒng)播報即可。 該系統(tǒng)通過實時對 GPS 模塊輸出數(shù)據(jù)采集，并根據(jù)得到的經緯度信息判斷公交車當前是否到達 預設的各個站點。當?shù)竭_既定的站點時通過語音芯片實時播報站點信息，并通過LCD 顯示站名和當前經緯度。本系統(tǒng)的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在通過 GPS 對公交車進行實時定位，無需人工干預，便可準確無誤的進行自動報站，以實現(xiàn)朽能化和高可靠性。 用于公交車站臺信息的自動播報，無需人工干預便可準確無誤的進行自動報站。 青島大學本科生畢業(yè)論文（設計） 2 第 1章 總體方案 此系統(tǒng)硬件主要由單片機、電源、 GPS 接收器、液晶 模塊等構成，主要是解決各模塊間的通信問題，實現(xiàn)單片機、 GPS 接收器、 液晶 之間的互相通訊，從而完成 GPS 定位 及自動語音報站 。簡要過程為：車載 GPS 接收機接收定位 衛(wèi)星發(fā)來的定位數(shù)據(jù)，并根據(jù)從三顆以上不同衛(wèi)星發(fā)來的數(shù)據(jù)計算出自身所處地理位置的經緯度 ，之后將數(shù)據(jù)通過串口傳遞給MCU。然后 MCU 將經緯度數(shù)據(jù) 與存儲的 公交站點經緯度數(shù)據(jù)進行比較 。系統(tǒng)方案選擇主要涉及以下幾個方面的內容： （ 1） 系統(tǒng)供電電源選擇 （ 2） 控制器的選擇 （ 3） 定位裝置 GPS 選擇 （ 4） 顯示部分即 液晶 屏選擇 系統(tǒng)供電電源選擇 方案一：采用普通降壓芯片 LM7805。 LM7805 系列三端穩(wěn)壓電源芯片 ， 電路內部 局 有過流、過熱及調整管的保護電路 ，并且 組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元 件極少 ，使用起來 不但 方便，而且價格便宜。可調線性穩(wěn)壓電源多采用 LM318 進行電平轉換。但是由于線性穩(wěn)壓電源芯片 具有 效率比較低 等缺點 ，所以本系統(tǒng)未采用。 方案二：采用開關穩(wěn)壓電源芯片 LM2596。 LM1117 是 National Semiconductor Corporation（國家半導體）生產的電源芯片 ， LM2596是 MOTORALA 公司生產的開關穩(wěn)壓電源芯片芯片。 LM2596 輸入電壓范圍為 6V30V，輸出電壓可調范圍為 。 輸出電流 可達 3A。內部振蕩器產生 52KHZ 的固定頻率；過熱和過流保護； 可用 TTL 電平關閉輸出，低功耗待機模式，典型待機電流為 50u A， BUCK式降壓器，較高的轉換頻率；可實現(xiàn) BuckBoost 正 — 負電壓轉換器 LM1117 和 LM2596 符合系統(tǒng)的要求， 因此 選擇此芯片為電壓轉換芯片。 控制器選擇 方案一：采用可編程邏輯器件 CPLD 作為控制器。 CPLD 可以實現(xiàn)各種復雜的邏輯功能、系統(tǒng)處理速度快 、 IO 資 源豐富 ， 可由用戶根據(jù)需要生成特定的電路結構，完成一定的功能。 CPLD 適合作為大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的控制核心。但本系統(tǒng)不需要復雜的邏輯功能。從器件功能利用率及經濟的角度考慮， 不采用 此方 案。 青島大學本科生畢業(yè)論文（設計） 3 方案二：使用 8 位單片機 AT89C52。 AT89C52 是一種低電壓、高性能的 CMOS8 位單片機， 本身 帶 有 8 字節(jié)可編程和擦除的只讀存儲器 Flash。該器件采用 了 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術，并且 跟 符合工業(yè)標準的 80C51 和 80C52 產品的指令系統(tǒng)和引腳兼容。片內 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)重復編程 ， 或 著 通過傳統(tǒng)的非易失性存儲器編程器重復編程。通用 8 位中央處理器和Flash 存儲單元在片內的結合 使 Atmel 公司的 AT89C52 成為一款功能強大的單片機， 因此它 能 對許多嵌入式控制應用提供極為靈活 和廉價的解決方式。 AT89C52 提供 了 以下 的 標準功能： 8K字節(jié)閃速存儲器， 256 字節(jié) RAM， 32 個 I/O 口線 ， 3 個 16 位定時 /計數(shù)器， 一個全雙工串行口， 一個 6 向量兩級中斷結構，片內振蕩器和時鐘電路。但系統(tǒng)控制器至少需要 有兩個串口，而 5 52 單片機只有一個串口，故也放棄此方案。 方案三：采用 凌陽 SPCE061A 單片機。 SPCE061A 是由凌陽科技推出的一個 16 位結構的微控制器?？紤]到用戶在存儲器資源方面較少的資源需求以及便于程序調試等功能， SPCE061A 里只內嵌 32K 字的閃存FLASH ROM。較高的處理速度使μ ’nSP?能夠非常容易地、快速地處理復雜的數(shù)字信號，適用在數(shù)字語音識別應用領域。 SPCE061A 是數(shù)字聲音和語音識別產品的一種最經濟的應用。 凌陽的 SPCE061A 是 16 位單片機，具有 DSP 功能，有很強的信息處理能力，最高時鐘頻率可達到 49MHz，具備運算速度高的優(yōu)勢等等，這些都無疑為語音的播放、錄放、合成及辨識提供了條件。 因此選用 凌陽 SPCE061A 單片機 作為系統(tǒng)的主控芯片。 靈活、高效是μ’ nSP?指令系統(tǒng)的顯著特點 。 μ’ nSP?的匯編指令只有單字和雙字 這兩種，其結構緊湊， 并 且 對高級 語言中 C 語言的支持 提供 最大限度地考慮。另外，在需要尋址的各類指令中的每一個指令都可通過與 6 種尋址方式的組合而形成一個指令子集，目的是為增強指令應用的 實用性 和 靈活性 。而 復合式的「移位算邏操作」指令允許操作數(shù)在經過 ALU 的算邏操作前可 以 先由移位器進行各種移位處理，然后再經 由 ALU 的算邏運算操作。 此外， 算邏運算類指令中的 16 位 16 位的乘法運算指令（ Mul）和內積運算指令（ Muls），又提供了對數(shù)字信號處理應用的支持。 定位裝置 GPS 的選擇 方案一：選用 測地型接收機 作為定位裝置。 測地型接收機主要 應 用于 精密大地測量和精密工程測量。這類儀器主要采用載波相位觀測值進行相對定位，定位精度高。儀器結構復雜，價格較貴 ，不宜采用，故舍棄。 方案二：利用 授時型接收機 。 青島大學本科生畢業(yè)論文（設計） 4 這類接收機主要利用 GPS 衛(wèi)星提供的高精度時間標準進行授時，常 常 用于天文臺及無線電通訊中時間同步。 對于本設計不適用，放棄此方案。 方案三：采用 導航型接收機 。 此類型接收機主要 運 用于運動載體的導航，它可以實時 的 給出載體的位置和速度。這類接收機一般采用 C/A 碼偽距測量，單點實時定位精度較低一般為 177。25m,有 SA 影響時為177。100m。這類接收機 應用廣泛 ， 價格便 宜， 適合系統(tǒng)設計，由于是對車輛定位，故選用車載型 GPS 接收器。 在本項目中使用基于 SiRF star III 型 GPS 模塊，采用 +5V供電， TTL電平自動輸出 NMEA 0183 格式 (ASCII 字符型 )語句 。 顯示器件選擇 本項目采用 C 系列液晶， C 系列中文模塊可以顯示字母、數(shù)字符號、中文字型及圖形，具有繪圖及文字畫面混合顯示功能。提供三種控制接口，分別是 8 位微處理器接口， 4 位微處理器接口及串行接口（ OCMJ4X16A/B 無串行接口）。所有的功能，包含顯示 RAM，字型產生器，都包含在一個芯片里面， 因此 只要一個最小的微處理系統(tǒng)，就可以方便操作模塊。 顯示數(shù)據(jù) RAM 可以 提供 64x2 個字節(jié)的空間，最多 能 控制 4 行 16 字（ 64 個字）的中文字型顯示。 內置 2M位中文字型 ROM (CGROM) 總共 能夠 提供 8192 個中文字型(16x16 點陣 )， 16K位半寬字型 ROM (HCGROM) ， 總共 能夠 提供 64 x 16位字型產生 RAM (CGRAM)， 126 個符號字型 (16x8 點陣 )，另外繪圖顯示畫面 還 提供 了 一個 64x256 點的繪圖區(qū)域（ GDRAM），可以 實現(xiàn) 和文字畫面混和顯示。 青島大學本科生畢業(yè)論文（設計） 5 第 2章 硬件設計 總體設計 此系統(tǒng)主要由 凌陽 的 SPCE061A 單片機、 GPS 接收器、 C 系列中文顯示液晶 、 SPR 模組 等構成。主要實現(xiàn)衛(wèi)星定位導航，即在彩屏上顯示導航路徑及當前位置，系統(tǒng)的總體框圖如圖 所示。 (1) GPS 接收模塊：接收衛(wèi)星 發(fā)來的定位數(shù)據(jù)，并根據(jù)從三顆以上不同衛(wèi)星發(fā)來的數(shù)據(jù)計算出自身所處地理位置的經緯度 。并將經緯度信息通過串口傳送給單片機。 (2) 主控制模塊：將從 GPS 接收器傳來的數(shù)據(jù)進行運算， 將經緯度數(shù)據(jù)與存儲的公交站點經緯度數(shù)據(jù)進 行比較 得出當前的位置。讀取 SPR 模組存儲的語音資源并實現(xiàn)語音報站，將位置信息通過液晶顯示出來。 整個系統(tǒng)的設計思想是將顯示和計算分開，不僅在硬件上是這樣，在軟件上也把顯示函數(shù)和計算函數(shù)分開，每塊程序可以調用顯示函數(shù)，顯示函數(shù)根據(jù)當前狀態(tài)的不同顯示不同的內容，并且這樣做會給將來做下一個項目時帶來很大方便（可以直接將源文件包含進去，需要時直接調用源文件中的函數(shù)）。 (3) 液晶顯示模塊： 液晶顯示模塊要求帶有中文顯示功能， 顯示當前的位置信息。 站點名稱及經緯度坐標。 (4) SPR 模組：存貯音頻文件供單片機讀取。 考慮到語音文件的存 儲， SPR 模組 可用來 存儲體積較大語音文件。 SPR 模組是針對凌陽科技公司的存儲器芯片 SPR4096/SPR1024開發(fā)的簡易燒寫器。 由于單片機帶有 10 位 雙通道 DAC 音頻輸出能力。因此不需要額外的語音模塊。 微控制器（ SPCE061A） 液晶顯示 SPR 模組 GPS 接收模塊 天線 圖 系統(tǒng)總體框圖 青島大學本科生畢業(yè)論文（設計） 6 各模塊設計 電源設計 單片機的工作電壓范圍 ，與 GPS 及液晶屏并不相同。 因為 系統(tǒng)電源需要兩個電壓，單片機需 供電， 另外 GPS 及 液晶 屏需 5V 供電，因此采用 LM2596 芯片穩(wěn)出 5V 電壓，然后用 AS1117 模塊 將 5V電壓轉換為 電壓。圖 、圖 、圖 分別 為 電 源 芯 片 原 理 圖 及 部 分 布 線 圖 。 圖 LM2596 PCB 布線圖 圖 LM2596 電源電路原理圖 圖 3V電源原理圖 青島大學本科生畢業(yè)論文（設計） 7 微控制器 1. SPCE061A 是由凌陽科技推出的一個 16 位結構的微控制器?？紤]到用戶在存儲器資源方面較少的資源需求以及便于程序調試等功能， SPCE061A 里只內嵌 32K 字的閃存FLASH ROM。較高的處理速度使 得 μ ’nSP?能夠非常容易地、快速地處理復雜 的數(shù)字信號，適用在數(shù)字語音識別應用領域。 SPCE061A 在工作電壓范圍內 （ ~） 的工作速度 ~，較高的工作速度使其應用領域更加拓寬。 2K 字 SRAM 和 32K 字閃存 ROM 僅 僅 占 了 一頁存儲空間， 32 位可編程的多功能 I/O 端口；兩個 16 位定時器 /計數(shù)器； 低電壓復位 /監(jiān)測功能；32768Hz 實時時鐘； 雙通道 10 位 DAC 方式的音頻輸出功能； 8 通道 10 位模 數(shù)轉換輸入功能并具有內置自動增益控制功能的麥克風輸入方式??。 SPCE061A 是數(shù)字聲音和語音識別產品的一種 最經濟的應用。 2. 結構概覽 SPCE061A 的結構如圖 所示： 圖 SPCE061A的結構 青島大學本科生畢業(yè)論文（設計） 8 3. SPCE061A 共有 84 個引腳，封裝形式為 PLCC84，它的排列如圖 所示， 4. SPCE061A 的性能參數(shù)如下： ? 16 位μ ’nSP?微處理器； ? 工作電壓： VDD 為 ~(cpu)； VDDH 為 VDD~(I/O)； ? CPU 時鐘： ~ ； ? 32768Hz 實時 時鐘； ? 內置 32K 閃存 ROM； ? 內置 2K 字 SRAM； ? 晶體振蕩器； ? 可編程音頻處理； ? 系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下 (時鐘處于停止狀態(tài) )， 耗電小于 2μ A， ； ? 2 個 10 位 DAC(數(shù) 模轉換 )輸出通道； ? 2 個 16 位可編程定時器 /計數(shù)器 (可自動預置初始計數(shù)值 )； ? 32 位通用可編程輸入 /輸出端口； ? 14 個中斷源可來自定時器 A / B，時基， 2 個外部時鐘源輸入，鍵喚醒； ? 使用凌陽音頻編碼 SACM_S240 方式 ( 位 /秒 )，能容納 210 秒的語音數(shù)據(jù)； ? 具備觸鍵喚醒的功能； 圖 SPCE061A引腳排列圖 青島大學本科生畢業(yè)論文（設計） 9 ? 鎖相環(huán) PLL 振蕩器提供系統(tǒng)時鐘信號； ? 7 通道 10 位電壓模 數(shù)轉換器 (ADC)和單通道聲音模 數(shù)轉換器 ? 具備串行設備接口； ? 聲音模 數(shù)轉換器輸入通道內置麥克風放大器和自動增益控制 (AGC)功能； 5. SPCE061A 最小系統(tǒng) 最小系統(tǒng)接線如圖