【正文】 寧波理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 基于單片機(jī)的公交車語(yǔ)音報(bào)站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)姓 名 周玲燕 學(xué) 號(hào) 3080431052 專業(yè)班級(jí) 08通信工程2班 指導(dǎo)教師 李林功 學(xué) 院 信息科學(xué)與工程學(xué)院 完成日期 2012年5月20日 摘要為了提高公交車服務(wù)質(zhì)量，滿足各類乘客需求，設(shè)計(jì)了一個(gè)帶有語(yǔ)音播放的公交車報(bào)站系統(tǒng)。系統(tǒng)通過(guò)3個(gè)按鍵控制實(shí)現(xiàn)起始站、上一站、下一站的控制功能。系統(tǒng)主要由AT89C51單片機(jī)、語(yǔ)音模塊ISD400按鍵和LCD1602顯示器組成。ISD4004語(yǔ)音模塊存放報(bào)站信息，按鍵控制語(yǔ)音播放，播放的信息在液晶上顯示。經(jīng)6組人員的試用測(cè)試，結(jié)果表明系統(tǒng)工作穩(wěn)定，可靠，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制；液晶顯示；ISD4004；鍵盤AbstractIn order to improve the quality of bus service and satisfy the requirements of all kinds of passengers, a busstopreporting system with voice player is designed. The system realizes the function of reporting the originating station、the previous station and the next station. The system is made up of AT89C5voice module ISD400buttons and monitor LCD1602. Information of stations reported is stored in ISD4004 voice module. Voice player is controlled by buttons, broadcasted information is displayed on LCD. The design is tested by six groups of people and the result shows that the system works stably and reliably. It reaches the design requirements.Keywords：Single chip microputer；LCD；ISD4004；Keys 目錄摘要 IAbstract II目錄 III第1章 選題背景和意義 1第2章 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 3 系統(tǒng)構(gòu)成 3 軟硬件功能分配 6 軟件功能分配 6 硬件功能分配 8 功能描述 10 技術(shù)指標(biāo) 11第3章 系統(tǒng)硬件 12 設(shè)計(jì)思想 12 系統(tǒng)原理圖 12 元器件選擇 13 各模塊介紹 14第4章 系統(tǒng)軟件 18 設(shè)計(jì)思想 18 模塊程序設(shè)計(jì) 18 軟件主流程圖 19 ISD4004語(yǔ)音模塊錄放音 19 LCD1602 21 按鍵部分 22 仿真過(guò)程、結(jié)果分析 23第5章 系統(tǒng)調(diào)試 28 硬件調(diào)試 28 軟件調(diào)試 29 綜合調(diào)試 32 測(cè)試結(jié)果 32第6章 測(cè)試結(jié)果及分析 37 測(cè)試環(huán)境 37 測(cè)試結(jié)果 37第7章 總結(jié)與展望 39參考文獻(xiàn) 41附件 42致 謝 56第1章 選題背景和意義 隨著城市化的進(jìn)展和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大城市人口高度集中并大幅度增長(zhǎng)，同時(shí)汽車越來(lái)越普及，交通需求迅速擴(kuò)大，而道路交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展相對(duì)滯后。城市交通需求與供給之間的矛盾越來(lái)越突出，城市“乘車難”、“行車難”的局面在加劇，交通堵塞呈現(xiàn)出點(diǎn)到線，由線到面的擴(kuò)展趨勢(shì)，交通擁擠、交通延誤、交通堵塞以及由此引起的噪音、廢氣污染，城市空氣質(zhì)量指數(shù)的嚴(yán)重跌落嚴(yán)重影響著居民的正常生活以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)、健康發(fā)展。而與出租車和私家車相比，公交車人均占道面積少、成本低、運(yùn)載能力高，同時(shí)它的通行路線覆蓋面廣，在緩解交通擁堵，節(jié)能減排方面都有較好的作用，因此很多城市建議人們出門乘坐公交車[1]。同時(shí)有關(guān)專家學(xué)者和交通工程師們?cè)谖「鲊?guó)城市交通發(fā)展經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，也提出解決我國(guó)城市交通發(fā)展問(wèn)題的有效途徑，即優(yōu)先發(fā)展城市公共交通，以公共交通為杠桿降低城市交通需求總量，實(shí)現(xiàn)道路交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展與交通需求增進(jìn)的均衡。實(shí)施“公交優(yōu)先”是解決我國(guó)城市交通問(wèn)題的有效途徑，也是我國(guó)目前城市交通發(fā)展的基本政策?？梢?jiàn)，未來(lái)，公交車將充當(dāng)現(xiàn)代城市生活中一個(gè)重要的角色，也就是說(shuō)城市公共交通在今后的發(fā)展中將得到迅速的發(fā)展。然而，現(xiàn)有的城市公交車運(yùn)輸方面存在一些不良問(wèn)題：首先，目前公交車報(bào)站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)只為了公交車內(nèi)的乘客服務(wù)，因而沒(méi)有考慮到車站臺(tái)等車乘客的需要，在天氣惡劣或視線不好的時(shí)候，乘客往往無(wú)法清楚的分辨到達(dá)的車輛路線，出現(xiàn)眾多乘車不利的現(xiàn)象：有的乘客下到機(jī)動(dòng)車道伸頭觀望，更多的是常常一擁而上，前后跑動(dòng)、追趕，找尋自己要上得車輛，很容易造成盲目擁擠，秩序混亂的場(chǎng)面。還經(jīng)常出現(xiàn)乘客坐不到車，耽誤坐車時(shí)間，還會(huì)出現(xiàn)一些不安全事故。其次，傳統(tǒng)的報(bào)站方式效果太差。即由售票人員進(jìn)行人工報(bào)站，這個(gè)售票人員多的工作不僅需要負(fù)責(zé)售票工作，還要準(zhǔn)確的為乘客報(bào)站，作為一個(gè)地區(qū)的公交車站行業(yè)，有一定的地方特色，他們報(bào)站時(shí)多采用地方口音，作為一個(gè)外地人有時(shí)候很難聽(tīng)懂報(bào)站，從而引起很多麻煩?，F(xiàn)在傳統(tǒng)的人工語(yǔ)音報(bào)站已經(jīng)被很多城市淘汰了，取而代之的是公交車自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)，它彌補(bǔ)了傳統(tǒng)人工語(yǔ)音報(bào)站的落后方式，使使進(jìn)站、出站信息自動(dòng)服務(wù)用語(yǔ)，為，市民提供更人性化，更完善的服務(wù)。比如可以通過(guò)公交車語(yǔ)音報(bào)站，照顧盲人乘客；可以用液晶顯示器顯示站名，照顧聾啞人等等，讓人們?cè)谏钪懈惺艿娇萍冀o我們帶來(lái)的便捷。目前語(yǔ)音報(bào)站器技術(shù)主要有以下四種[2]：1) 手動(dòng)語(yǔ)音報(bào)站器。這類控制器是由乘務(wù)人員按動(dòng)進(jìn)站按鈕開(kāi)始報(bào)站，出站時(shí)，由乘務(wù)人員按下出站按鈕，開(kāi)始預(yù)報(bào)下站的站名，通過(guò)序號(hào)來(lái)記錄各個(gè)站點(diǎn)；2) 門控語(yǔ)音報(bào)站器。它是將開(kāi)門，關(guān)門時(shí)轉(zhuǎn)換信號(hào)和語(yǔ)音報(bào)站器連接，開(kāi)門和關(guān)門時(shí)自動(dòng)報(bào)站；3) 無(wú)線信標(biāo)語(yǔ)音報(bào)站器[3]。它是在每個(gè)公交車站點(diǎn)設(shè)置發(fā)射信標(biāo)點(diǎn)，公交車臨近到站點(diǎn)左右會(huì)收到信標(biāo)信號(hào)，開(kāi)始自動(dòng)報(bào)站，出站后信號(hào)消失，開(kāi)始預(yù)報(bào)下一站，此報(bào)站器報(bào)站準(zhǔn)確，但需要為每個(gè)站點(diǎn)組建無(wú)線發(fā)射信標(biāo)，建設(shè)復(fù)雜、費(fèi)用高，大部分站點(diǎn)無(wú)電源供應(yīng)，公交車數(shù)量多時(shí)存在頻率干擾問(wèn)題，而且較嚴(yán)重，用戶修改站點(diǎn)非常不方便，系統(tǒng)維護(hù)成本高。4) GPS自動(dòng)語(yǔ)音報(bào)站器[4]。此報(bào)站器是在公交車上安裝GPS自動(dòng)語(yǔ)音報(bào)站器，自動(dòng)識(shí)別站點(diǎn)并報(bào)告站點(diǎn)信息。從技術(shù)層面講，此方案從原理上解決了可靠性低的問(wèn)題，問(wèn)題是如何把一個(gè)先進(jìn)的原理性的技術(shù)成果轉(zhuǎn)化成為“產(chǎn)品化”的產(chǎn)品，還存在一些不足，如：把要報(bào)站的語(yǔ)音內(nèi)容事先固化到語(yǔ)音芯片中，這種設(shè)計(jì)在很多應(yīng)用中普遍采用，但就這個(gè)項(xiàng)目而言，卻十分不合理，因?yàn)樗秀Ｓ凇巴ㄓ没痹O(shè)計(jì)原則。其次，把顯示屏要顯示的報(bào)站內(nèi)容也事先固化到車載控制系統(tǒng)內(nèi)，從用戶角度看，通過(guò)有線的串行口配置或更新一個(gè)已經(jīng)安裝完成的“移動(dòng)式”的車載設(shè)備談何容易?？紤]到各方面的因素后，在本次公交車報(bào)站器系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我采用了第一種的語(yǔ)音報(bào)站方法。第2章 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)AT89C51作為自動(dòng)報(bào)站的檢測(cè)和驅(qū)動(dòng)控制核心，控制ISD4004語(yǔ)音芯片電路以及LCD1602液晶顯示站名的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)公交車的語(yǔ)音報(bào)站。 系統(tǒng)構(gòu)成本公交報(bào)站系統(tǒng)工作原理為公交車每到一站，乘務(wù)人員通過(guò)按鍵中斷的方式讓報(bào)站器播報(bào)當(dāng)前站名和下一站站名，提醒乘客到車下車，下一站下車的乘客做好下車準(zhǔn)備，這樣方便了乘客使其不至錯(cuò)過(guò)了車站；并帶有LCD 顯示系統(tǒng)，告知乘客當(dāng)前的站點(diǎn)。 在本次設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)由以下幾部分電路構(gòu)成：?jiǎn)纹瑱C(jī)主控電路、語(yǔ)音錄放電路、液晶顯示電路、按鍵電路、復(fù)位電路。采用AT89C51單片機(jī)作為主控芯片，利用ISD4004數(shù)碼語(yǔ)音芯片實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音報(bào)站，顯示采用LCD1602，鍵盤采用通用按鍵開(kāi)關(guān)，簡(jiǎn)單易行且控制方便。[5]。圖 系統(tǒng)總框圖下面介紹一下各部分電路的功能及原理。主控電路是由AT89C51單片機(jī)及其相關(guān)外圍電路組成，AT89C51在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)ISD4004中的語(yǔ)音信號(hào)的控制，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)和播放的控制，并響應(yīng)按鍵引起的中斷，播放合適的語(yǔ)音，同時(shí)調(diào)用字符庫(kù)在液晶上顯示相關(guān)站點(diǎn)名稱。總之，AT89C51在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的全局控制，是該系統(tǒng)的指揮部件。ISD4004具有如下特點(diǎn)：首先是記錄聲音沒(méi)有段長(zhǎng)度限制，并且聲音記錄不需要A/D轉(zhuǎn)換和壓縮。其次，快速閃存作為存儲(chǔ)介質(zhì)，無(wú)需電源可保存數(shù)據(jù)長(zhǎng)達(dá)100年，重復(fù)記錄10000次以上。此外，ISD4004具有記錄時(shí)間長(zhǎng)（可達(dá)16分鐘）的優(yōu)點(diǎn)。而且ISD4004開(kāi)發(fā)應(yīng)用具有所需外圍電路簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。ISD4004系列工作電壓3V,單片錄放時(shí)間8分鐘至16分鐘,音質(zhì)好,適用于移動(dòng)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(dòng)靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列。芯片設(shè)計(jì)是基于所有操作必須由微控制器控制,操作命令可通過(guò)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(chǔ)技術(shù), 每個(gè)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(shí)、自然地再現(xiàn)語(yǔ)音、音樂(lè)、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(shí)間越長(zhǎng),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(fù)錄音10萬(wàn)次。適合用于公交車語(yǔ)音報(bào)站系統(tǒng)這種多段錄音的設(shè)計(jì)[6]。本次液晶模塊選用LCD1602?？刂齐娐愤x用單片機(jī)AT89C51，本電路/EA接高電平，沒(méi)有擴(kuò)展ROM。將液晶的數(shù)據(jù)輸入端DB0~DB7與單片機(jī)的P2口相連，，,RW,E端連接，用來(lái)控制液晶LCD1602的顯示。圖 主控電路圖 液晶顯示電路在本次按鍵模塊的設(shè)計(jì)中，我選擇了擁有8個(gè)按鍵的矩陣式鍵盤模塊。矩陣式鍵盤的工作過(guò)程可分為兩步：第一步是CPU首先檢測(cè)鍵盤上是否有按鍵按下；第二步是識(shí)別哪一個(gè)鍵按下。1) 檢測(cè)鍵盤上是否有按鍵按下的處理方法是：將列線送入全掃描字，讀入行線的狀態(tài)來(lái)辨別。其過(guò)程如下：PA口輸出00H，即所有列線置成低電平，然后將行線的電平狀態(tài)讀入累加器A中。如果有按鍵按下，總會(huì)有一根行線的電平被拉至低電平，從而使行輸入狀態(tài)不全為“1”。2) 識(shí)別鍵盤中哪一個(gè)鍵按下的處理方法是：將列線逐列置成低電平，檢查行輸入狀態(tài)，稱為逐列掃描。其具體過(guò)程如下：從PA0開(kāi)始，依次輸出“0”，置對(duì)應(yīng)的列線為低電平，然后從PC口讀入行線狀態(tài)，如果全為“1”，則按下的鍵不在此列；如果不全為“1”，則按下的鍵必在此列，而且是該列與“0”電平行線相交的交點(diǎn)上的那個(gè)鍵。為求取編碼，在逐列掃描時(shí)，可用計(jì)數(shù)器記錄下當(dāng)前掃描列的列號(hào)，檢測(cè)到第幾行有鍵按下，就用該行的首鍵碼加列號(hào)得到當(dāng)前按鍵的編碼。 軟硬件功能分配 軟件功能分配 在整一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，軟件主要負(fù)責(zé)程序的編寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音模塊ISD4004的多段語(yǔ)音錄放，以及LCD1602的液晶顯示，最后將各個(gè)獨(dú)立的程序進(jìn)行整合實(shí)現(xiàn)最終的公交車語(yǔ)音報(bào)站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。下面主要介紹一下語(yǔ)音模塊ISD4004，以及LCD1602在程序編寫(xiě)時(shí)所采用的原理。ISD4004 采用多電平直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù)，每個(gè)采樣值直接存儲(chǔ)在片內(nèi)閃爍存儲(chǔ)器中，因此能夠非常真實(shí)的再現(xiàn)語(yǔ)音，音樂(lè)等效果。ISD4004工作于SPI串行接口。SPI協(xié)議是一個(gè)同步串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。協(xié)議要求數(shù)據(jù)在時(shí)鐘上升沿移入，在下降沿移出。即在時(shí)鐘上升沿鎖存MOSI引腳數(shù)據(jù)，寫(xiě)入命令字；在下降沿將數(shù)據(jù)送至MISO引腳，讀取狀態(tài)字。MCS51單片機(jī)的串行口方式0與其要求一致的。命令字的高5為為操作碼，低11位為操作地址。狀態(tài)字的最高2位分別是溢出標(biāo)志OVF和信息段末尾標(biāo)志EOM，緊跟其后的是行地址計(jì)數(shù)器的值。ISD4004總共10條命令。當(dāng)單片機(jī)作為主芯片控制ISD4004時(shí)，我們只需要在主程序中完成一些初始化的工作以及錄放結(jié)束工作，如ISD上電，掉電等。另外通過(guò)循環(huán)掃描鍵盤，來(lái)檢查啟動(dòng)鍵是否按下，根據(jù)錄放開(kāi)關(guān)狀態(tài)跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的子程序[7]。圖 SPI端口的命令字和狀態(tài)字LCD1602字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式的顯示模塊。1602液晶模塊的讀寫(xiě)操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（說(shuō)明：1為高電平、0為低電平）。表 1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共用11條控制指令指令1：清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H。指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無(wú)效。指令4：顯示開(kāi)關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開(kāi)與關(guān)，高電平表示開(kāi)顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開(kāi)與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無(wú)光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線 N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 F: 低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符。指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。指令8：DDRAM地址設(shè)置。指令9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)