【文章內容簡介】 ed. When the bus reaches a site, use the keyboard to control the system work, the output voice information through voice circuits and tips, LCD simultaneously shows time, year, month, day, week Information, real time clock chip DS1302 used to obtain time information by manual keyboard, voice broadcast address recognition, driving speaker broadcast station name. The busstop device structure is simple, flexible, functional stability, and sound natural, clearly, regardless of social or scientific research has some value. Keywords： Bus, LCD, MCU, Voice Chip貴州大學本科畢業(yè)論文 (設計 ) 第 1 頁 前言 隨著我國城市建設的發(fā)展，對城市服務行業(yè)的服務質量要求也越來越高。公交車作為市民出行的主要交通工具，已經被越來越多的市民所熟悉，公交車服務質量它代表了一個城市交通發(fā)展的水平?，F如今由售票員人工售票，報站的公交車已經基本沒有了，無人售票公交車在街頭逐漸多起來了，語音報站器也被廣泛使用，這在相當大的程度上免除了乘務人員沿途報站的麻煩，給許多不熟悉公交線路的乘客帶來了方便。隨著電子技術的不斷發(fā)展，單 片機技術的日益成熟，和多媒體技術的普遍應用，使得公交車語音報站器服務更加完善。 本設計結合 單片機的特點和公交車報站 器 的特點 ， 提出了一種 基于 單片機 AT89S52 來 控制語音芯片 ISD2590 進行公交車語音報站 ，并通過 LCD1602 來顯示當前實時情況。 本 設計 的論文 包括硬件電路設計和軟件程序 設計 兩個方面 ，其中前者主要在第三章中重點敘述，后者在第四章中敘述。在本設計論文的結尾，分別附有與本設計相關的資料，包括設計系統(tǒng)主程序，系統(tǒng)原理圖，系統(tǒng) PCB 圖，系統(tǒng)元件清單，系統(tǒng)實物圖及系統(tǒng)使用說明。 貴州大學本科畢業(yè)論文 (設計 ) 第 2 頁 第一章 語音報站器設計 的意義及 任務 語音報站器設計的意義 隨著我國城市建設的發(fā)展，對城市服務行業(yè)的服務質量要求也越來越高。公交車作為市民出行的主要交通工具，已經被越來越多的市民所熟悉，公交車服務質量它代表了一個城市交通發(fā)展的水平。現如今由售票員人工售票，報站的公交車已經基本沒有了，無人售票公交車在街頭逐漸多起來了，語音報站器也被廣泛使用，這在相當大的程度上免除了乘務人員沿途報站的麻煩，給許多不熟悉公交線路的乘客 出行 帶來了方便。 設計任務 本設計結合 單片機的特點和公交車報站 器 的特點 ， 提出了一種 基于 單片機AT89S52 來 控制語音芯片 ISD2590 進行公交車語音報站 ，并通過 LCD1602 來顯示當前實時情況。 設計過程中包括硬件電路設計和軟件程序編寫兩個方面 。 本系統(tǒng)硬件利用 AT89S52 作為 CPU 進行總體控制，通過 ISD2590 語音芯片建立語音信息庫，對語音信息進行自由組合，形成變化多樣的語音信息，利用 LM386 功放播出 站號 語音信息以及提示語音 信息 ，同時運用 LCD 液晶顯示器 進行 相應 站 好 顯示。當公交車到達某站點 時 ，用鍵盤控制本系統(tǒng)工作，通過語音電路輸出語音信息和提示， LCD 液晶顯示器同時 顯示時間 、年、月、日、星期信息 ， 時間 采用 實時時鐘芯片 DS1302 來獲取時間，通過手動鍵盤，識別語音播放地址，驅動 揚聲器 播放站名。該公交車報站器設計 結構簡單，使用靈活，功能穩(wěn)定，音質自然、清晰，無論對于社會或者科研也有一定的研究價值 。 貴州大學本科畢業(yè)論文 (設計 ) 第 3 頁 第二章 系統(tǒng) 的硬件 設計 和方案對比選擇 本章重點主要是從系統(tǒng)結構圖來闡述了硬件的設計以及從方案上對比選擇各個電路部分的元件，目的是使系統(tǒng)達到一個低成本、高質量、穩(wěn)定可靠的設計。 系統(tǒng)設計結構圖 根據系統(tǒng)設計的要求和設計思路，確定該系統(tǒng)的系統(tǒng)設計結構圖。如圖 所示。硬件電路主要由 MCU 微處理控制 器單元、 LCD 液晶顯示模塊、語音芯片、功放、按鍵控制、實時時鐘電路、晶振電路、串口部分等電路組成。 圖 系統(tǒng)結構設計圖 根據設計要求，結合實際情況和設計成本要求，對系統(tǒng)主要部分的電路方案敘述如下。 MCU微處理控制器的方案對比選擇 方案一： MCU 微處理控制器的種類很多，有 ATMEL 公司生產的 AT89SXX 系列單片機，其中有 8 位的單片機，也有 16 位的單片機。 AT89S52 為 8 位的單片機，它是一種低損耗、高性能的 CMOS 微處理器，片內有 8K 字節(jié)的存儲空間， 128 字節(jié)RAM、 4 個 8 位并口、 1 個全雙工串行口、 2 個 16 位定時 /計數器，尋址范圍 64K。并且 可以在線進行重復編程、快速擦除、快速寫入程序，能重復擦除 / 寫入 1000 次左右，數據保存時間為十年。 貴州大學本科畢業(yè)論文 (設計 ) 第 4 頁 方案二：微處理控制器也有凌陽公司生產的，同樣有 8 位的 CPU 和 16 位的 CPU。它也有很多特點，比如： 體積小 、 集成度高 、 可靠性好 、 易于擴展 ； 具有較強的中斷處理能力 ； 功能強、效率高的指令系統(tǒng) 及 低功耗、低電壓 。但是其應用領域主要是為控制處理數據處理以及數字信號處理等領域 ，其中 凌陽的 16 位單片機就是為適應這種發(fā)展而設計的 。 綜 上所述，在本設計中，考慮到本人對單片機的運用熟練度和單片機的功能領域，選擇 ATMEL 公司生產的 AT89S52 單片機作為本設計的微控制器。 LCD液晶顯示模塊的方案對比選擇 方案一：顯示的方法有很多種，其中 LED 數碼管是常用的一種顯示方法。在這個設計中，可以用 LED 數碼管來顯示相應站臺的站號，提醒司機知道是去向或者是回向的第幾站，讓司機心里有數，同時增加顯示數字的可讀性。該設計中，顯示站號至少要 2 個 LED 數碼管，顯示時間信息要 12 個，顯示星期信息要 1 個，總共需要15 個 LED 數碼管。單價是 元 ，那 15 個共需要 15 =18（元）。另外在 PCB布線過程中很困難，給設計帶來很不方便的使用。 方案二： LCD1602 液晶顯示器是一塊價廉物美的器件，其體積小，控制簡單，使用方便。它能顯示 2 行 16 列的數字或英文信息，另外連接它的線很少，只要 8 根數據線和 3 根控制線，這樣給使用帶來很大的方便，節(jié)約單片機 I/O 口。市場上一塊LCD1602 的價格也只在 15 元左右，比數碼管便宜。 方案三：功能強大、可以顯示中文文字的 LCD12864 液晶顯示器，其價格貴，體積大，控制比 LCD1602 稍微復雜點，但是使用也是很方便的 。在控制使用上，需要8 根數據線和 3 根控制線，其余的 PSB、 RST 和 BLA 直接與 VCC 相連接。但是在本設計中使用它的性價比不高，體積大，占用覆銅板面積大，而且笨拙。 綜上所述，在 LCD 液晶顯示模塊上，選擇方案二中的 LCD1602 液晶顯示器作為本設計的顯示模塊。顯示時間、星期、去向或者是回向的站號信息，方便司機讀取其上面的信息知道目前的實時情況。 語音芯片的方案對比選擇 方案一： 臺灣公司 生產的 APR9600 語音錄放芯片 ，是 采用模擬存儲技術的一款音質好、低噪音、 不怕斷電、可反復錄放的新型語音 芯片 ，單片可錄放 3260 秒，串行控制時可分 256 段以上，并行控制時最大可分 8 段。與 ISD 同類芯片相比它具有：貴州大學本科畢業(yè)論文 (設計 ) 第 5 頁 價格便宜，有多種手動控制方式，分段管理方便、多段控制時電路簡單、采樣速度及錄放音時間可調、每個單鍵均有開始停止循環(huán)多種功能等特點，同時保留了 ISD2500芯片的一些特點，都是 DIP28 雙列直插塑料封裝，在管腳排列上也基本相同。 方案二： 美國 ISD 公司 生產 的 ISD2500 系列 芯片，按錄放時間 60 秒、 75 秒、 90秒和 120 秒 可 分成 ISD2560、 257 2590 和 25120 四 種 。 ISD2500 系列語音電路具有抗斷電、音質好，使用方便 以及使用 語音還原技術和自動靜噪功能強 等優(yōu)點。它的最大特點在于片內 有 E2PROM 容量為 480K 的存儲空間 ，所以錄放時間長； 同時由于E2PROM 可以電擦除， 所以 次芯片 可以隨錄、隨放，任意改寫或刪除，不需專用的語言固化開發(fā)系統(tǒng)進行編程和燒錄 ； 重復錄音次數為 1 萬次以上，錄放的信息可以保存l0 年以上，斷電后信息不會丟失 。它 有 10 個地址輸入端，尋址能力可達 1024 位；最多能分 600 段；設有 OVF（溢出）端，便于多個器件級聯。 綜上所述，結合本設計的需要及控 制情況，選擇方案二最好。 臺灣公司 生產的APR9600 語音錄放芯 片和 美國 ISD 公司的 ISD2590 語音錄放 芯片 相比，相同點 都是DIP28 雙列直插塑料封裝，在管腳排列上也基本相同 ， +5V 電源供電，可以不加功放直接外接驅動揚聲器。但是不同點是 ISD2590 的錄放時間為 90s，在本設計中需要錄音時間長點的，利于每個站臺的錄音和報站；另外，在控制上， ISD2590 可以直接通過地址的方式查詢錄音信息并通過揚聲器報放錄音信息；最后也是最重要的， ISD2590具有錄音結束標志 EOM ， 當錄音結束后，單片機可以通過讀取該標志產生中斷信號，使 CE 、 PD 置高電平，從而控制 ISD2590 進入不工作節(jié)能狀態(tài)。 實時時鐘電路的方案對比選擇 方案一： DS1302 是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實時時鐘電路 芯片 ，它可以對年、月、日、 星期 、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為 ～ 。采用三線接口與 CPU 進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或 RAM 數據。 DS1302 內部有一個 318 的用于臨時性存放數據的 RAM 寄存器。 DS1302 是 有 主電源 /后背電源雙電源引腳， 可以 同時對后背電源進行涓細電流充電。 方案二： DS12887 也是 是美國 DALLAS 半導體公司最新推出的串行接口實時時鐘芯片 ， 采用 CMOS 技術制成 ， 內部具有晶振和時鐘芯片備份鋰電池 。 采用 DS12887芯片設計的時鐘電路無需任何外圍電路和器件 ， 并具有良好的微機接口。 DS12887貴州大學本科畢業(yè)論文 (設計 ) 第 6 頁 芯片具有微功耗 、 外圍接口簡單 、 精度高 、 工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點 ， 可廣泛用于各種需要較高精度的實時時鐘系統(tǒng)中。 但是由于它是串行接口的，外接單片機需要接很多引腳，才能 對它達到一個很好的控制。 綜上所述，結合本設計的實際問題及單片機的 I/O 口線，選擇方案一中的 DS1302作為本設計的實時時鐘電路的芯片。其控制方便、占單片機 I/O 口線少、體積小、價格便宜，方便本設計的使用。 串口部分的方案選擇 AT89S52 單片機有一個全雙工的串行通訊口，所以單片機和電腦之間可以方便地進行串口通訊。 但是 進行串行通訊時 需 要滿足一定的條件，比如電腦的串口是RS232 電平的，而單片機的串口是 TTL 電平的，兩者之間必須有一個電平轉換電路，在本設計中采用了專用芯片 MAX232 進 行電平轉換 ，它是 美信公司專門為電腦的RS232 標準串口 芯片 設計的接口電路 芯片， 使用 +5V 單電源供電。 貴州大學本科畢業(yè)論文 (設計 ) 第 7 頁 第三章 系統(tǒng)的硬件設計電路及元件說明 本章根據系統(tǒng)設計結構圖來對每個部分的電路進行分析和說明，重點講述微控制器 AT89S5語音芯片 ISD2590、液晶顯示模塊 LCD160實時時鐘芯片 DS1302和串口部分的 MAX232 芯片。該系統(tǒng)中 AT89S52 是核心器件，系統(tǒng)的設計原理圖如附錄二所示。 MCU微控制器電路 AT89S52 的塑封圖如圖 所示，它為 DIP40 雙列直插塑料封裝 。 AT89S52 作為系統(tǒng)的核心控制元件，只有它能正常工作后才能使其它的元件進入正常工作狀態(tài)。因此，下面對 AT89S52 進行必要的說明， AT89S52 的管腳如圖 所示。 圖 AT89S52的塑封圖 圖 AT89S52的管腳圖 1） VCC： 40 腳，供電電壓，一般接 +5V 電壓。 2） GND： 20 腳，接工作 地 。 貴州大學本科畢業(yè)論文 (設計 ) 第 8 頁 3） P0 口： 1～ 8 腳， P0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅動 8 個 TTL 邏輯電平。對 P0 端口寫“ 1”時，引腳用作高阻抗輸入。 當訪問 外部程序和數據存儲器時， P0 口也被作為低 8 位地址 /數據復用。在這種模式下， P0 具有內部上電阻。但是 P0 口在程序校驗作為輸出指令字節(jié)時，需要外部加上拉電阻，一般上拉電阻選 ～ 10K 為宜。本設計中用 的排阻對 P0 口進行上拉電平。 4） P1 口： 32～ 39 腳， P1 口是一個內部 具有 上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4 個 TTL 門電流。 P1 端口 寫入 “ 1” 后，被內部上拉 電阻把端口拉高 ， 此時可以作為 作輸入 口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流。 5） P2 口： 20～ 27 腳， P2 口是一個具有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P2 端口寫“ 1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。 6） P3 口： 10～ 17 腳， P3 口是一個具有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P3 輸出緩沖器能驅動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P3 端口寫“ 1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。 7） RESET： 9 腳， 復位輸入 端 。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。 8） PALE/ ： 30 腳， 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 系統(tǒng)校驗 。 9） PSEN： 29 腳， 外部程序存儲器的選通信號。 10） VPRST/ ： 31 腳，訪問外部程序存儲器控制信號 。 當 EA 為 低電平時， 讀取外部程序存儲器；當 EA 端 為 高電平時，則 讀取 內部程序存儲器 ，設計中一般接高電平。 11） XTAL1： 19 腳， 振蕩器反相放大器和內部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 如采用外部時鐘源 時， XTAL1 為輸入端 。 12） XTAL2： 18 腳， 振蕩器反相放大器的輸出端。 如采用外部時鐘源 時 ， XTAL2應懸空不接 。 貴州大學本科畢業(yè)論文 (設計 ) 第 9 頁 LCD液晶顯示電路 液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點，在 各種小系統(tǒng)中得到了更廣泛的應用 。 本設計中使用的液晶顯示模塊是 LCD1602。圖 所示為本設計 LCD1602 的連接圖。 圖 LCD1602的連接圖 LCD1602 是 一種用 5x7 點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器模塊 ，它 顯示的 容量為 2 行 16 個字 。其實物如圖 和圖 所示，它的 顯示內容豐富 、 體積小、美觀和易于控制都是本設計選擇作為顯示模塊的原因。其引腳結構圖如圖 所示。 貴州大學本科畢業(yè)論文 (設計 ) 第 10 頁 圖 LCD1602正面圖 圖 LCD1602反面圖 圖 LCD1602引腳結構圖 關于 LCD1602 的引腳說明如下：