【文章內(nèi)容簡介】 3。 30 附錄 A 外文資料 30 附錄 B 硬件原理圖 45 附錄 C 程序清單 46 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設(shè)計 1 第 1 章 緒 論 課題研究的背景 隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市化進程越來越快，城市人口急劇增加從而使城市交通壓力不 斷 增大，在倡導綠色低碳環(huán)保的今天，公交車作為城市公共交通的重要方式，是城市居民出行的重要工具。因為公交車具有方便、快捷、經(jīng)濟實惠等優(yōu)點。公共汽車為外出的人們提供了方便快捷的服務(wù)，而公共汽車的報站直接影響 到 服務(wù)的質(zhì)量。 課題研究的意義 傳統(tǒng)由乘務(wù)人員人工報站的方式工作強度大且效果差，并需要大量的人力資源。而通過單片機和語音芯片的結(jié)合， 使得公交車 到站信息及提示信息以 語音和顯示的方式告知乘客， 為市民提供更人性化，完善的服務(wù)，并且節(jié)省了大量的人力資源。 公交車語音報站系統(tǒng)還可以結(jié)合每條線路的特點和實際情況自主設(shè)定不同的報站方式和站點設(shè)置，在為乘客提供方便的同時也便于公交車的運營和司乘人員的操作。 課題研究的主要內(nèi)容 本論文主要是對 C 語言和單片機的一些基本知識、概念的應(yīng)用學習和研究，以及 STC89C52 芯片模塊、 ISD4004 語音模塊 和 LCD12864 液晶屏 的開發(fā)設(shè)計，該設(shè)計的目的是設(shè)計一 實現(xiàn)單片機與語音控制芯片系統(tǒng)互聯(lián)，通過按鍵，系統(tǒng)可播報相應(yīng)的車站信息或者公益提 醒， 也可以實現(xiàn)錄音和放音功能。本設(shè)計的主要工作有以下幾個方面： 整體方案的設(shè)計 方案的選擇要符合芯片功能的要求，既要保證操作簡單 適合公交司機操作 ，又要體現(xiàn)出本產(chǎn)品的特點，本文研究設(shè)計的帶錄音功能的 公交車語音報站系統(tǒng) 是采用STC89C52 單片機和 ISD4004 語音芯片，用來實現(xiàn) 公交車站信息 的 播放以及錄音和放音功能，用 LCD12864 帶中文字庫的液晶顯示屏實現(xiàn)公交站名的顯示。 程序流程圖及軟件設(shè)計 一個程序要想實現(xiàn)其功能，不能沒有次序而盲目下手，必須對其有一個全面的了石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設(shè)計 2 解后畫出流程框圖，然后逐個模塊的實 現(xiàn)其功能，最終把模塊之間合理的連接起來，構(gòu)成完整程序。本設(shè)計的軟件設(shè)計主要包括系統(tǒng)的初始化設(shè)計、延時子程序的設(shè)計、錄音子 程序 的設(shè)計、放音子 程序 的設(shè)計、 液晶屏 的顯示設(shè)計、中斷程序設(shè)計、以及 主程序 設(shè)計等。整個系統(tǒng)程序采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計程序相對比較優(yōu)化易修改和調(diào)試 ， 系統(tǒng)軟件的開發(fā)是用 C 語言設(shè)計的。 系統(tǒng)原理圖及硬件調(diào)試 本設(shè)計在進行硬件原理分析后，需要連接實物進行實際操作，檢驗自己的設(shè)計是否可以行得通。需要在 protel99SE 環(huán)境下畫出硬件原理圖并進行電氣測試，檢測無異議后進行硬件系統(tǒng)的調(diào)試，為了保證系統(tǒng)的 可靠性分析查找，硬件的調(diào)試 分模塊分別進行了模擬 。 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設(shè)計 3 第 2 章 系統(tǒng)總體設(shè)計 方案 功能要求 通過 STC89C52 芯片實現(xiàn)對按鍵的讀取并將所對應(yīng)的信息送至揚聲器 同時 將到站信息通過液晶屏顯示； 語音芯片 ISD4004 完成語音模塊，實現(xiàn)公交站信息的錄入及到站時的放音功能； 采用兩個獨立按鍵，作為錄音和放音的控制鍵； 采用 LCD12864 液晶屏，顯示相對應(yīng)的站的信息； 設(shè)計思路 電路總體上分為 主 芯片控制部分 、 語音芯片 和液晶顯示 部分。以 STC89C52 單片機最小系統(tǒng)作為核心控制電路，控制 獨 立按鍵 對錄音放音的選擇，具體顯示內(nèi)容及方式由軟件來完成。語音部分由 ISD4004 芯片來實現(xiàn)，它是一個多功能的語音芯片，可以多次重復錄放，本設(shè)計正是運用此特點，完成錄音和放音功能的。具體步驟是：先錄入 兩站的信息 ，存儲到芯片內(nèi)部，建立 語音 庫，并且具體鎖定到 對應(yīng)的地址中 ，通過按 鍵的次序播放不同的信息 。 方案選擇 顯示 模塊選擇方案 方案一： 用 LCD1602 液晶顯示，但是由于 1602 主要顯示英文和字符，不適合用于帶漢字的公交車報站。 方案二：采用 LCD12864 不帶字庫芯片， 但 需要用取模軟件取模， PROTEUS 可以仿真 HT1621（ 1602） KS0108(12864) T6963C(24064)，等系列的模塊， 需 先學 會仿真軟件 方案三：采用 帶字庫的 LCD12864 芯片，可直接調(diào)用字庫，使用比較方便。 鑒于上述對比與分析，本設(shè)計采用方案三 。 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設(shè)計 4 按鍵選擇方案 方案一：采用 STC89C52 的獨立鍵盤，其獨立鍵盤有 4 個按鍵，按鍵數(shù)量 符合錄音和放音兩個按鍵的需要。 方案二：采用 STC89C52 的矩陣鍵盤，其矩陣鍵盤具有 16 個按鍵，數(shù)量 太多，不如獨立按鍵方便。 故采用 K1 和 K2 兩個獨立按鍵， K1 為放 音鍵，按第一下時，對應(yīng)播放第一站信息，同時調(diào)用顯示子程序，在液晶屏上顯示對應(yīng)信息。按第二下時，對應(yīng)播放第二站信息，并在液晶屏上顯示信息。 K2 為錄音鍵，按下時，錄制第一段語音信息并存放在對應(yīng)的地址中，按下第二下時，錄制第二段語音信息并存放于第二段語音對應(yīng)的地址中，以方便調(diào)用。 芯片選擇方案 方案一： AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 型 8 位單片機，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器 (CPU)和 Flash 存儲單元，功能強大。其片內(nèi)的 4K 程序存儲器是 FLASH 工藝的，這種單片機對開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。寫入單片機內(nèi)的程序還可以進行加密，這又很好地保護我們的勞動成果。再者， AT89C51 目前的售價比 8031 低，市場供應(yīng)也很充足。 AT89C51 可構(gòu)成真正的單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠性，降低系統(tǒng)的成本。只要程序長度小于 4K，四個 I/O 口全部提供給用戶?？捎?5V 電壓編程，而且擦寫時間僅需l0ms。 AT89C51 芯片提供三級程序存儲器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完 全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。 PO 口是三態(tài)雙向口，通稱數(shù)據(jù)總線口，因為只有該口能直接用于對外部存儲器的讀 /寫操作 [1]。 方案二： STC89C52 單片機的指令系統(tǒng)和 AT89C51 系列 的完全兼容 AT89C51 不帶 ISP 下載，要用下載器才行， STC89C52 可以用你的 USB 轉(zhuǎn)串口下載，下載軟件可以到 STC 廠 家網(wǎng)上 去 下。 STC 單片機執(zhí)行指令的速度很快，大約是 AT 的 330 倍， 所以 在 AT 上好使的程序在 STC 上不一定好用，最典型的例子就是那些對時序有嚴格 要 求的模塊，比如 IIC， DS18B DS1302 等的 時序。再者， 由于 執(zhí)行速度 的加快 ，非定時器控制的精確延時 也會受到一定 影響，用 STC 時注意得加長延時，大約是 AT 的 10—30 倍 。 片機對工作環(huán)境的要求比較低，電壓低于 5 伏時仍然正常工作，甚至 3 伏到4 伏之間都還可以工作，然而這樣的環(huán)境下 AT 肯定不行了，所以當一個系統(tǒng)用 STC石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設(shè)計 5 單片機好用，但用 AT 的單片機不工作時，直接查最小系統(tǒng)，看單片機的供電是否正常。 比較這兩種方案，由于在學校期間學過數(shù)字電路、單片機原理、 C 語言程序設(shè)計，綜合考慮單片機的各部分資源和作為學生能夠獲得的資源，經(jīng)過對比此次設(shè)計要求，我選擇用 STC 系列芯片完成。而且學校也提供了相應(yīng)的硬件操作平臺，實際操作起來比較方便，故 STC 為更合理的選擇。 總體設(shè)計框圖 按照系統(tǒng)功能的具體要求，在保證實現(xiàn)其功能的然礎(chǔ)上，盡可能降低系統(tǒng)成本?？傮w設(shè)計方案圍繞上述思想，初步確定系統(tǒng)的方案如圖 21 所示 ： 圖 21 系統(tǒng)初步方案 從圖中可以看出，系統(tǒng)有微處理器模塊、 液晶屏 顯示模塊、 獨立按鍵 模塊和 語音模塊組成。在方案設(shè)計中，遵循簡潔至上的原則，因此所有的外圍模塊采用串行方式與微處理器模塊接口。該設(shè)計以 STC89C52 系列單片機為控制核心，實現(xiàn) 公交車語音報站 基本功能。在設(shè)計系統(tǒng)時，為了更好地采用模塊化設(shè)計法，分步的設(shè)計各個單元功能模塊，系統(tǒng)的硬件部分可以分為鍵盤設(shè)定、單片機控制、 LCD 顯示和 語音控制四大部分。 S T C 8 9 C 5 2 單片機 LCD12864 液晶顯示屏 ISD4004 語音模塊 獨立按鍵 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設(shè)計 6 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 概述 此次的畢業(yè)設(shè)計主要由 4 個大的模塊構(gòu)成，分別是主控模塊、語音芯片模塊、LCD 液晶 顯示模塊、鍵盤控制模塊，其中主控模塊是此次畢業(yè)設(shè)計的核心模塊，主要是指 STC89C52 芯片，它控制整個系統(tǒng)的運行，利用其各個口分別控制其他模塊，使其他模塊能夠成為一個整體，實現(xiàn)功能的需 要；語音模塊主要指 ISD4004 芯片和LM386 芯片，用 ISD4004 來實現(xiàn)錄音功能， LM386 實現(xiàn)功率放大；而 LCD 液晶 顯示模塊是整個系統(tǒng)的輔助模塊，用來顯示 到站信息 ；按鍵控制模塊則是用按鍵來控制實現(xiàn)的是哪個功能，對應(yīng)錄音、放音。 主控模 塊 STC89C52 芯片的簡介 功能特性： STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁 有靈巧的 8 位 CPU和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案，如圖 31 所示。 STC89C52 具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下 ， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。 主要性能：與 MCS51 單片機產(chǎn)品兼容、 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器、 1000次擦寫周期、全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz 、三級加密程序存儲器 、 32 個可編程 I/O 口線 、三個 16 位定時器 /計數(shù)器八個中斷源、全雙工 UART 串行通道、低功耗空閑和掉電模式、掉電后中斷可喚醒、看門狗定時器、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標識符 [1]。 如圖 31： 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設(shè)計 7 圖 31 STC89C52 芯片 管腳說明： P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當 P1口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的 低 八位。在 FIASH編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時，P1 口作為 低 八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出4 個 TTL 門電流，當 P2 口被寫 ―1‖時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號 [2] 。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。當 P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸由于外石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設(shè)計 8 部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 STC89C52 的一些特殊功能口，如表 31 所示： 表 31 P3 口的第二功能 接口 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外部中斷 0） INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈 沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 PSEN： 外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 PSEN 信號將不出現(xiàn)。 EA/VPP：當 EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不 管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時， EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當 EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL1：反 相 振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反 相 振蕩器的輸出。 XTAL1 和 XTAL2 分別為反相 放大器的輸入和輸出。該反 相 放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件， XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入