【文章內(nèi)容簡介】 路進行漢字顯示。本設哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 2 計要求利用 AT89C51 作為主控芯片完成主控電路的設計，輔助電路要求包括語音電路、漢字點陣顯示電路、電源電路等。 技術指標 工作電壓 24V 靜態(tài)功耗 ?6W 音頻輸出 ?10W 信噪比 34DB 系統(tǒng)容量 可容 納 300 個站點信息和 8 分鐘語音廣告信息 環(huán)境溫度 30℃ ～ 80℃ 最大廣告條數(shù) 100 條 哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 3 第 2 章 方案的選擇與論證 公交車自動報站系統(tǒng)的設計主要是對里程計數(shù)來控制報站時刻，進站、出站自動播報站名及服務用語，準確、及時、完全不需要人工介入。本章介紹了兩種不同的方案，并將其進行對比。 方案比較 方案一 公交車站自動報站器的設計，對車輪軸的轉(zhuǎn)角的脈沖進行計數(shù)，將計數(shù)值與預置值對比，即可確定報站時刻，達到準確自動的目的。以 AT89C51 為主控芯片，對外來脈沖計數(shù)，結(jié)合語音芯片 ISD4004 輸出語音。 系統(tǒng)由脈沖檢測、脈沖計數(shù)、 CPU控制、控制信號、語音芯片、輸出顯示等組成。原理框圖如圖 21 所示。 圖 21 原理框圖 1. 脈沖檢測：該系統(tǒng)關鍵是對轉(zhuǎn)軸所轉(zhuǎn)過的圈數(shù)進行計數(shù)，考慮到車輛將在復雜的 環(huán)境中運行，故采用可靠的霍爾元件 DN6848 作為信號的采集裝置，再經(jīng)光電耦合器 4N25輸入給單片機。 2. 脈沖計數(shù)：光電耦合器的信號進入 C51 后，采用中斷方式對脈沖計數(shù)。外部晶振12MHz。 3. CPU控制：程序中將計數(shù)值于預置值進行比較，判斷是否到站，當?shù)秸緯r就輸出信號控制語言芯片進行報站。 4. 控制按鍵：用于手動控制、手動調(diào)整、預置值的輸入等 5. 語言芯片：由專用語音芯片 ISD4004 組成，可擦寫，便于在不同公交線上使用。 6. 輸出顯示： LED 點陣漢字顯示。 7. 預置存儲：采用兩種方式存儲，一種是在燒寫器上將數(shù)據(jù)寫入，另一種是在車上，單片機處于輸入狀態(tài)，車輛行駛一遍，將站與站之間的脈沖數(shù)寫 入片內(nèi)。 方案二 利用 8031 單片機作為 CPU來進行總體控制，當汽車到達某站時，汽車司機通過鍵盤語音芯片 控制信號 脈沖計數(shù) CPU 控制 輸出顯示 放音電路 脈沖檢測 哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 4 來控制本系統(tǒng)進行工作，并且，系統(tǒng)將使用狀態(tài)指示電路，向司機指示出當前的行駛方向及站號 (如與實際方向不符，司機可通過鍵盤來調(diào)整 )。原理圖框圖如圖 22 所示。 圖 22 原理框圖 本系統(tǒng)使用 8031 作為 CPU，由 CPU來控制語音合成芯片 TC8830AF，使其工作在 CPU控制模式下。當系統(tǒng)進行語音再生時，由 CPU控制語音合成電路中的語音芯片來讀取其外接的存儲器內(nèi)部的語音信息，并合成語 音信號，再通過語音輸出電路，進行語音報站和提示。 CPU同時通過程序讀取漢字信息，送入 LED 點陣顯示電路來進行漢字提示。當系統(tǒng)進行語音錄制時，語音信號通過語音輸入電路輸入給語音合成電路中的語音合成芯片，由語音合成芯片進行數(shù)據(jù)處理，并將生成的數(shù)字語音信息存儲到語音存儲芯片中，從而建立語音庫。 方案選擇 將方案一與方案二進行比較，方案二是采用 8031 單片機控制，通過鍵盤來控制報站時刻，并不完全符合設計的要求，它仍然需要操作員員手動控制，所以本課題決定選用方案一，它使用 AT89C51 作為主控制芯片，通過對里程 的計數(shù)來控制報站時刻，完全無需人工介入，選用的語音芯片是美國 ISD 公司的 ISD4004，該芯片與其它語音芯片相比較，其語音音質(zhì)好，錄放時間長 。 語音合成 電路 8031 小系統(tǒng) LED 點陣顯示電路 語音輸入輸出電路 鍵盤 狀態(tài)指 示電路 哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 5 第 3 章 硬件電路的設計 公交車報站系統(tǒng)主要由四個部分組成，即主控電路、脈沖檢測電路、語音電路以及 LED點陣漢字顯示電路。各部分電路的設計在本章中做了詳細的說明。 主控電路的設計 關于 AT89C51 單片機 AT89C 單片機的結(jié)構(gòu)框圖如圖 31 所示。它主要由下面幾個部分組成： 1 個 8 位中央處理單元 (CPU)、片內(nèi) Flash 存儲 器、片內(nèi) RAM、 4 個 8 位的雙向可尋址 I/O 口、 1 個全雙工 UART(通用異步接收發(fā)送器 )的串行接口、 2 個 16 位的定時器 /計數(shù)器、多個優(yōu)先級的嵌套中斷結(jié)構(gòu)，以及一個片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。在 AT89C 單片機結(jié)構(gòu)中，最顯著的特點是內(nèi)部含有 Flash 存儲器，而在其他方面的結(jié)構(gòu)，則和 Inter 公司的 8051 的結(jié)構(gòu)沒有太大的區(qū)別。 圖 31 AT89C單片機的結(jié)構(gòu)框圖 主要性 能 1. 與 MCS51 兼容 2. 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命： 1000 次寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時 間： 10 年 3. 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 4. 三級程序存儲器鎖定 CPU 中斷控制 振蕩器 片內(nèi) Flash 存儲器 總線控制 片內(nèi) RAM 4I/O 端口 ETC 定時器 1 定時器 0 串行端口 外部 中斷 P0 P2 P1 P3 地址 /數(shù)據(jù) TXD RXD 計數(shù)器 輸入 哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 6 5. 128*8 位內(nèi)部 RAM 6. 32 可編程 I/O 線 7. 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 8. 6 個中斷源 9. 可編程串行通道 10. 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 另外， AT89C51 是用靜態(tài)邏輯來設計的，其工作頻率可下降到 0Hz，并提供兩種可用軟件來選擇的省電方式 ——空閑方式 (Idle Mode)和掉電方式 (Power Down Mode)。在空閑方式中， CPU停止工作，而 RAM、定時器 /計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)都繼續(xù)工作。在掉電方式中 ，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時鐘被 “凍結(jié) ”，使一切功能都暫停，故只保存片內(nèi) RAM中的內(nèi)容，直到下一個硬件復位為止。 引腳功能說明 AT89C51 引腳圖如圖 32 所示。 圖 32 AT89C51 引腳圖 VCC：供電電壓。 VSS：接地。 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8 個 TTL 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。 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。 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。 哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 7 當 P3 口寫入 “1”后，它們 被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流 (ILL)這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： P3 口管腳 備選功能 (這里應該丟字了，看看原版填上 ) 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：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出 [6] 。 振蕩器電路的設計 89 系列單片機的內(nèi)部振蕩器電路如圖 23 所示，由一個單級反相器組成。 XTAL1 為反相器的輸入， XTAL2 為反相器的輸出。可以利用它內(nèi)部的振蕩器產(chǎn)生時鐘，只要在 XTAL1和 XTAL2 引腳上外接一個晶體及電容組成的并聯(lián)諧振電路，便構(gòu)成一個完整的振蕩信號發(fā)生器，如圖 35 示，此方法稱為 內(nèi)部方式。 另一種使用方法如圖 34 示，由外部時鐘源提供一個時鐘信號到 XTAL1 端輸入，而XTAL2 端浮空。在組成一個單片機應用系統(tǒng)時，多數(shù)采用圖 35 所示的方法，這種方式的結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉，可靠性高。 振蕩器的等效電路如圖 35 上部所示。在圖中給出了外接元件，即外接晶體及電容 C1，C2，并組成并聯(lián)諧振電路。在電路中，對電容 C1 和 C2 的值要求不是很嚴格，如果用高質(zhì)的晶振，則不管頻率為多少， C1， C2 通常都選擇 30pF。有時，在某些應用場合，為了哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 8 降低成本，晶體振蕩器可用陶瓷振蕩器代替。如果使用陶瓷振蕩器，則 電容 C1， C2 的值取 47pF。 圖 33 AT89C51 單片機內(nèi)部振蕩器電路 圖 34 外部時鐘接法 圖 35 片內(nèi)振蕩器等效電路 XTAL2 XTAL1 GND NC CMOS 門 外部振蕩信號 XTAL1 XTAL2 89 系列單片機 GND 內(nèi)部定時 VCC /PD Rf 石英晶體或 陶瓷振蕩器 C1 C2 XTAL2 XTAL1 內(nèi)部 定時 /PD 400? D1 D2 Q1 Rf Q2 VCC Q3 Q4 哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 9 通常，在單片機中對所使用的振蕩晶體的參數(shù)要求如下： ESR(等效串聯(lián)電阻 )：根據(jù)所需頻率按圖 36 選取。 C0(并聯(lián)電容 )：最大 。 CL(負載電容 )： 30pF+3pF。 通常，其誤差及溫度變化的范圍要按系統(tǒng)的要求來確定。