【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 好 5V— 電壓轉(zhuǎn)換處理（由 實(shí)現(xiàn)）模塊引腳直接接 5V 電源。模塊有兩路輸入和兩路輸出。輸入：MIC 輸入以及耳機(jī)插口輸入；輸出：喇叭輸出與耳機(jī)插口輸出。其中 GND 與 相 9 連， VCC 與 相連接，為語(yǔ)音模塊提供電源。 SCLK 串行接口時(shí)鐘輸入端與 相連， /SS 為片選與 相連， MISO 串行數(shù)據(jù)輸出端與 相連，用來(lái)控制數(shù)據(jù)輸出，MOSI 串行數(shù)據(jù)輸入端與 相連，用來(lái)控制數(shù)據(jù)輸入。 模塊的接口定義如下（頂視）圖 所示。 （注： NC 為空腳） MISO串行輸出 MOSI串行輸入 VCC＋ 5V /SS片選 SCLK時(shí)鐘 GND地 圖 語(yǔ)音 模塊的接口定義 LCD1602 液晶顯示模塊的 rs,rw,e 分別與 51 單片機(jī)的 P3^5， P3^6， P3^7 端口連接，進(jìn)行程序的讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，字符操作。而 D0~D7 分別與 51 單片機(jī)的 P0 口進(jìn)行連接，用來(lái)輸出數(shù)據(jù)與字符。如圖 所示。 輸入和輸出音量調(diào)節(jié) 電源轉(zhuǎn)換 音頻輸出 音頻輸入 MIC 此處為 IDC10接口 標(biāo)有白色框的為 10 圖 液晶 1602 與 AT89C51 實(shí)物連接圖 本次設(shè)計(jì)的按鍵模塊采用通用按鍵開(kāi)關(guān)，簡(jiǎn)單易行且控制方便， 與 51 單片機(jī)的 口連接，用以控制整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中 LCD 液晶顯示以及語(yǔ)音播放。在此就不做詳細(xì)介紹。 功能描述 本次設(shè)計(jì)的課題是基于單片機(jī)的公交車語(yǔ)音報(bào)站系統(tǒng)，因此主要功能是完成公交車語(yǔ)音報(bào)站。采用 AT89C51 單片機(jī)作為主控芯片，對(duì) ISD4004 數(shù)碼語(yǔ)音芯片與 LCD1602進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音報(bào)站 ,同時(shí)顯示站名。鍵盤(pán)采用通用按鍵開(kāi)關(guān)，簡(jiǎn)單易行且控制方便。在本次軟件設(shè)計(jì)中，主要設(shè)計(jì)了 4 站，通過(guò)三個(gè)按鍵進(jìn)行控制。具體如下： k1 鍵 ——起始鍵 現(xiàn)象： ISD4004 播報(bào) “歡迎乘坐 ”，同時(shí) LCD1602 上顯示 “Huan Ying Cheng Zuo”。 k2 鍵 ——上一站， k3 鍵 ——下一站， 現(xiàn)象： num=1,ISD4004 播報(bào) “歡迎乘坐 363 路公交車 ”，同時(shí) LCD1602 上顯示 “Huan Ying Cheng Zuo ”。 num=2,ISD4004 播報(bào) “寧波理工到了，請(qǐng)從后門(mén)下車，下車請(qǐng)當(dāng)心；車輛起步，請(qǐng)拉好扶手，前方?？咳f(wàn)里學(xué)院 ”，同時(shí) LCD1602 上顯示 “Ningboligong Dao Le”。 num=3,ISD4004 播報(bào) “萬(wàn)里學(xué)院到了，請(qǐng)從后門(mén)下車，下車請(qǐng)當(dāng)心；車輛起步，請(qǐng) 11 拉好扶手，前方?？酷t(yī)藥學(xué)校 ”，同 時(shí) LCD1602 上顯示 “Wanglixueyuan Dao Le”。 num=4,ISD4004 播報(bào) “醫(yī)藥學(xué)校到了，請(qǐng)從后門(mén)下車，下車請(qǐng)當(dāng)心；車輛起步，請(qǐng)拉好扶手，前方停靠鄞州二院 ”，同時(shí) LCD1602 上顯示 “Yiyaoxuexiao Dao Le”。 num=5,ISD4004 播報(bào) “鄞州二院到了，請(qǐng)從后門(mén)下車，下車請(qǐng)當(dāng)心； ”，同時(shí) LCD1602上顯示 “Yinzhoueryuan Dao Le”。 num=6,ISD4004 播報(bào) “謝謝乘坐本次公交車 ”，同時(shí) LCD1602 上顯示 “Xie Xie Cheng Zuo”。 技術(shù)指標(biāo) 針對(duì)本次基于單片機(jī)的公交車語(yǔ)音報(bào)站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其技術(shù)指標(biāo)主要來(lái)源于ISD4004 語(yǔ)音模塊以及 LCD1602 液晶顯示模塊。 ISD4004： 1) 3V單電源工作 2) 工作電流 25—30mA 3) 維持電流 1uA 4) 多段信息處理 5) 10 萬(wàn)次錄音周期 (典型值 ) 6) 不耗電信息保存 100 年（典型值） LCD1602： 1) 顯示容量 :162 個(gè)字符 2) 芯片工作電壓 :— 3) 工作電流 :() 4) 模塊最佳工作電壓 : 5) 字符尺寸 :(WH)mm 12 第 3章 系統(tǒng)硬件 設(shè)計(jì)思想 本次設(shè)計(jì)主 要是利用 AT89C51 單片機(jī)作為 CPU 來(lái)進(jìn)行總體控制，通過(guò)語(yǔ)音芯片ISD4004 組成的語(yǔ)音控制電路能夠建立多段語(yǔ)音庫(kù)信息，并且可以對(duì)這些段的語(yǔ)音信息進(jìn)行自由的組合，形成變化多樣的語(yǔ)音提示信息，同時(shí)使用 LCD1602 液晶顯示電路進(jìn)行字符顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)公交車的語(yǔ)音報(bào)站及字符顯示。在 CPU 控制模式下，鍵盤(pán)采用按鍵掃描法，當(dāng)有鍵按下時(shí)，通過(guò)軟件進(jìn)行按鍵掃描，實(shí)現(xiàn)鍵碼對(duì)應(yīng)的功能。因此當(dāng)公交車到達(dá)某站時(shí)通過(guò)鍵盤(pán)來(lái)控制本系統(tǒng)進(jìn)行工作，通過(guò)語(yǔ)音輸出電路進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)站，CPU同時(shí)通過(guò)程序讀取字符信息送入 LCD 液晶顯示電路進(jìn)行液 晶顯示 [8]。 系統(tǒng)原理圖 圖 是系統(tǒng)仿真時(shí)的原理圖，在整個(gè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，依舊從語(yǔ)音，液晶顯示以及按鍵這三大部分進(jìn)行綜合考慮。由于 Proteus 軟件的限制，無(wú)法對(duì) ISD4004 語(yǔ)音芯片進(jìn)行仿真，從而在此處我選用了 LED 燈來(lái)代替語(yǔ)音芯片，當(dāng)按鍵按下時(shí)，相對(duì)應(yīng)的 LED燈點(diǎn)亮。所以在此，我主要介紹一下液晶顯示模塊 LCD1602 以及按鍵 顯示的工作原理。 在此次軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，總共有 4 個(gè)按鍵， k1： HuanyingChengzuo， k2：上一站，k3：下一站 ,k4：謝謝乘坐。當(dāng)按下 k1 鍵時(shí)， LCD 上顯示 “HuanyingChengzuo”，同時(shí)LED1 亮；如果當(dāng)前的站是 “Wanlixueyuan Dao Le”，當(dāng)按下 k2 鍵時(shí)， LCD 上顯示“Ningboligong Dao Le”，此時(shí) LED2 亮， LED3 滅；當(dāng)按下 k3 鍵時(shí)， LCD 上顯示“Yiyaoxuexiao Dao Le”，此時(shí) LED4 亮， LED3 滅。當(dāng)按下 k4 時(shí)， LCD 上顯示“XiexieChengzuo”。 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）。 1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令 ，通過(guò)這 11 條指令，可以完成 1602 上數(shù)據(jù)、字幕等顯示。 LCD1602 液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字 13 符 [9]。 圖 系統(tǒng)原理圖仿真 在 將 12864 與 LCD1602 進(jìn)行對(duì)比后 ，我選擇 了 LCD1602 液晶顯示模 ， 因?yàn)?1602實(shí)現(xiàn)起來(lái) 較為 簡(jiǎn)單，也很實(shí)用，在兩個(gè)能夠達(dá)到類似功能的時(shí)候，我選擇了 1602，不過(guò)唯一的缺點(diǎn)就是 1602 不能顯示漢字。除此之外，我將仿真中的 LED 換成了真正的語(yǔ)音模塊， ISD4004 語(yǔ)音模塊，用以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播放的功能。 元器件選擇 在本次設(shè)計(jì)中，我主要選擇的器件有 LCD1602，語(yǔ)音模塊 ISD4004，按鍵模塊，以及 AT89C51 的最小系統(tǒng)。 由于 LCD1602 具有顯示質(zhì)量高，數(shù)字式接口，功耗低等優(yōu)點(diǎn)，其中因?yàn)閾碛袛?shù)字式接口，在 和單片機(jī)系統(tǒng)的接口變得更加簡(jiǎn)單可靠，操作更加方便。因此對(duì)于 LCD 液晶顯示模塊我選擇了 LCD1602。 14 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），音質(zhì)好 ,適用于移動(dòng)電話及其他便攜式電子產(chǎn)品中的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí) ISD4004 開(kāi)發(fā)應(yīng)用具有所需外圍電路簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí) 51 最小系統(tǒng)能夠給他提供 ，讓它正常工作。除此之外，由于身邊有同學(xué)用過(guò)這個(gè)芯片，對(duì)它比較了解，如果我遇到問(wèn)題了，可以有人請(qǐng)教。因此對(duì)于語(yǔ)音模塊，我選擇了 ISD4004。 按鍵模塊比較簡(jiǎn)單，因?yàn)槲抑恍枰?3 個(gè)按鍵而已，所以無(wú)論是三個(gè)獨(dú)立的按鍵，還是一個(gè)按鍵模塊，只要能實(shí)現(xiàn)我要的功能都可以。在本次設(shè)計(jì)中，我選擇了一個(gè)按鍵模塊。 AT89C51 單片機(jī)最小系統(tǒng)是上課上過(guò)的內(nèi)容對(duì)此比較熟悉，同時(shí)本次設(shè)計(jì)也是針對(duì)單片機(jī)的公交車語(yǔ)音報(bào)站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，而且實(shí)驗(yàn)室有現(xiàn)成的資源可以利用，所以毫無(wú)疑問(wèn)， 主控系統(tǒng)就選擇了 AT89C51 最小系統(tǒng)。 各模塊介紹 本次設(shè)計(jì)主要由 AT89C51 最小系統(tǒng)， ISD4004 語(yǔ)音模塊， LCD1602 液晶顯示模塊以及按鍵模塊這四模塊組成。 單片機(jī)又稱單片微控制器，是在一塊芯片中集成了 CPU（中央處理器）、 RAM（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）、 ROM（程序存儲(chǔ)器）、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器和多種功能的 I/O（輸入 /輸出）接口等一臺(tái)計(jì)算機(jī)所需要的基本功能部件，從而可以完成復(fù)雜的運(yùn)算、邏輯控制、通信等功能。對(duì) 51 系列單片機(jī)來(lái)說(shuō)，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、輸入 /輸出設(shè)備等（見(jiàn)圖 ）。在本次設(shè)計(jì)中， AT89C51 作為系統(tǒng)的 CPU來(lái)對(duì)語(yǔ)音模塊，液晶顯示模塊，按鍵模塊進(jìn)行總體的控制。 15 圖 AT89C51 最小系統(tǒng)框圖 ISD4004 引腳排列如圖 所示，其中 NC 為空引腳，其余引腳的功能如下： 圖 ISD4004 引腳排列圖 VCCA、 VCCD 分 別為模擬和數(shù)字電路的電源端； VSSA、 VSSD 分別為模擬地和數(shù)字地； ANAIN+、 ANAIN 分別為模擬信號(hào)同相和反相輸入端，模擬信號(hào)可采用單端輸入方式或差分輸入方式； AUDOUT 為音頻輸出端，能驅(qū)動(dòng) 5000 歐姆的負(fù)載； /SS 為片選，低電平有效； MOSI 為串行數(shù)據(jù)輸入端； MISO 為串行數(shù)據(jù)輸出端； SCLK 為串行接口時(shí)鐘輸入端； 單 片 機(jī) 復(fù)位電路 時(shí)鐘電路 電源 輸入 /輸出設(shè)備 16 XCLK 為外部時(shí)鐘輸入端； /INT 為中斷請(qǐng)求端，漏極開(kāi)路； AMCAP 為自動(dòng)靜噪控制端； 單片機(jī)選用 ATMEL 公司的 AT89C51，其內(nèi)含 4KB 的 FLASH 存儲(chǔ)器，可擦 寫(xiě) 10萬(wàn)次。 ISD4004 語(yǔ)音芯片與單片機(jī)的接口如 圖 所示。 GND 與 相連， VCC 與 相連接，為語(yǔ)音模塊提供電源。 SCLK 串行接口時(shí)鐘輸入端與 相連， /SS 為片選與 相連， MISO 串行數(shù)據(jù)輸出端與 相連，用來(lái)控制數(shù)據(jù)輸出， MOSI 串行數(shù)據(jù)輸入端與 相連，用來(lái)控制數(shù)據(jù)輸入。 圖 ISD4004 語(yǔ)音模塊與 51 的實(shí)物連接圖 硬件連接的幾 點(diǎn)說(shuō)明： 1) 串口工作于方式 0 發(fā)送方式， 用于串口時(shí)鐘輸入端， 用于片選，此時(shí)高電平有效， 用于串行數(shù)據(jù)輸入端， 用于串行數(shù)據(jù)輸出端。 2) ISD 內(nèi)部功放驅(qū)動(dòng)能力較低，因此外接了一個(gè) LM386 可驅(qū)動(dòng)的 的喇叭。 3) 自動(dòng)靜噪端 AMCAP 通過(guò) 1uF 電容接地， XCLK 接地，使用內(nèi)部時(shí)鐘。 4) 撥動(dòng)開(kāi)關(guān) k1 為錄音狀態(tài)， k2 為放音狀態(tài)。錄音時(shí)按下 k4，可將錄音地址后移 17 100，存放另一段錄音片段。 LCD1602 液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過(guò)電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯 示出圖形。其實(shí)用 LCD 顯示一個(gè)字符時(shí)比較復(fù)雜，因?yàn)橐粋€(gè)字符由 68 或 88 點(diǎn)陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個(gè)位置對(duì)應(yīng)的顯示RAM 區(qū)的 8 字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為 “1”，其它的為 “0”，為 “1”的點(diǎn)亮，為 “0”的不亮。這樣一來(lái)就組成某個(gè)字符。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來(lái)說(shuō)，顯示字符就比較簡(jiǎn)單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在 LCD 上開(kāi)始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)找出顯示 RAM 對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對(duì)應(yīng)的代碼即可。在本次設(shè)計(jì)中， LCD1602 液晶顯示模塊的 rs,rw,e 分別與 51 單片機(jī)的 P3^5， P3^6， P3^7 端口連接，進(jìn)行程序的讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，字符操作。而 D0~D7 分別與 51 單片機(jī)的 P0 口進(jìn)行連接，用來(lái)輸出數(shù)據(jù)與字符，這樣就可以在液晶上顯示出自己想要的字符 [10]。 鍵盤(pán)是若干按鍵的集合，是向系統(tǒng)提供操作人員干預(yù)命令及數(shù)據(jù)的接口設(shè)備。鍵盤(pán)可分為編碼鍵盤(pán)和非編碼鍵盤(pán)兩種類型。前者能自動(dòng)識(shí)別按下的鍵并產(chǎn)生相應(yīng)代碼，以并行或串行方式發(fā)送給 CPU。它使用方便，接口簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快，但需要專用的硬件電路。后者則通 過(guò)軟件來(lái)確定按鍵并計(jì)算鍵值。這種方法雖然沒(méi)有編碼鍵盤(pán)速度快，但它不需要專用的硬件支持。鍵盤(pán)，作為向系統(tǒng)提供操作人員的干預(yù)命令的接口，以其特定的按鍵序列代表著各種確定的操作命令。所以，準(zhǔn)確無(wú)誤地辨認(rèn)每個(gè)鍵的動(dòng)作及其所處的狀態(tài)，是系統(tǒng)能否正常工作的關(guān)鍵。因此在設(shè)計(jì)按鍵模塊時(shí)，通過(guò)延時(shí)進(jìn)行了按鍵去抖動(dòng)的現(xiàn)象 [11]。 18 第 4章 系統(tǒng)軟件 設(shè)計(jì)思想 軟件設(shè)計(jì)的主要功能是完成公交車語(yǔ)音報(bào)站，采用 AT89C51 單片機(jī)作為主控芯片，對(duì) ISD4004 數(shù)碼語(yǔ)音芯片與 LCD1602 進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音報(bào)站 ,同時(shí)顯示站名。鍵盤(pán)采用通用按鍵開(kāi)關(guān)，簡(jiǎn)單易行且控制方便。在本次軟件設(shè)計(jì)中，主要設(shè)計(jì)了 4 站，通過(guò)三個(gè)按鍵進(jìn)行控制。具體如下： k1