【文章內(nèi)容簡介】 S52 作為 CPU 進(jìn)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(jìn)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(jìn)行 相應(yīng) 站 好 顯示。當(dāng)公交車到達(dá)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(qū)動 揚聲器 播放站名。該公交車報站器設(shè)計 結(jié)構(gòu)簡單，使用靈活，功能穩(wěn)定，音質(zhì)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(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 3 頁 第二章 系統(tǒng) 的硬件 設(shè)計 和方案對比選擇 本章重點主要是從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖來闡述了硬件的設(shè)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(dá)到一個低成本、高質(zhì)量、穩(wěn)定可靠的設(shè)計。 系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)圖 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的要求和設(shè)計思路，確定該系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計圖 根據(jù)設(shè)計要求，結(jié)合實際情況和設(shè)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(chǎn)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(nèi)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(shù)器，尋址范圍 64K。并且 可以在線進(jìn)行重復(fù)編程、快速擦除、快速寫入程序，能重復(fù)擦除 / 寫入 1000 次左右，數(shù)據(jù)保存時間為十年。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 4 頁 方案二：微處理控制器也有凌陽公司生產(chǎn)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(kuò)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(yīng)用領(lǐng)域主要是為控制處理數(shù)據(jù)處理以及數(shù)字信號處理等領(lǐng)域 ，其中 凌陽的 16 位單片機就是為適應(yīng)這種發(fā)展而設(shè)計的 。 綜上所述，在本設(shè)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(lǐng)域，選擇 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89S52 單片機作為本設(shè)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(shù)碼管是常用的一種顯示方法。在這個設(shè)計中，可以用 LED 數(shù)碼管來顯示相應(yīng)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(shù)，同時增加顯示數(shù)字的可讀性。該設(shè) 計中，顯示站號至少要 2 個 LED 數(shù)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(shù)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(shè)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(shù)字或英文信息，另外連接它的線很少，只要 8 根數(shù)據(jù)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(shù)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(fù)雜點，但是使用也是很方便的。在控制使用上，需要8 根數(shù)據(jù)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(shè)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(shè)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(chǎn)的 APR9600 語音錄放芯片 ，是 采用模擬存儲技術(shù)的一款音質(zhì)好、低噪音、不怕斷電、可反復(fù)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(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)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(diào)、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(chǎn) 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(zhì)好，使用方便 以及使用 語音還原技術(shù)和自動靜噪功能強 等優(yōu)點。它的最大特點在于片內(nèi) 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(jìn)行編程和燒錄 ； 重復(fù)錄音次數(shù)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(dá) 1024 位；最多能分 600 段；設(shè)有 OVF（溢出）端，便于多個器件級聯(lián)。 綜上所述，結(jié)合本設(shè)計的需要及控制情況，選擇方案二最好。 臺灣公司 生產(chǎn)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(qū)動揚聲器。但是不同點是 ISD2590 的錄放時間為 90s，在本設(shè)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(jié)束標(biāo)志 EOM ，當(dāng)錄音結(jié)束后，單片機可以通過讀取該標(biāo)志產(chǎn)生中斷信號，使 CE 、 PD 置高電平，從而控制 ISD2590 進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(shù)據(jù)。 DS1302 內(nèi)部有一個 318 的用于臨時性存放數(shù)據(jù)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(jìn)行涓細(xì)電流充電。 方案二： DS12887 也是 是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司最新推出的串行接口實時時鐘芯片 ， 采用 CMOS 技術(shù)制成 ， 內(nèi)部具有晶振和時鐘芯片備份鋰電池 。 采用 DS12887芯片設(shè)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(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)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(dá)到一個很好的控制。 綜上所述，結(jié)合本設(shè)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(shè)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(shè)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(jìn)行串口通訊。 但是 進(jìn)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(zhuǎn)換電路，在本設(shè)計中采用了專用芯片 MAX232 進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換 ，它是 美信公司專門為電腦的RS232 標(biāo)準(zhǔn)串口 芯片 設(shè)計的接口電路 芯片， 使用 +5V 單電源供電。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 7 頁 第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計電路及元件說明 本章根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)圖來對每個部分的電路進(jìn)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(shè)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(jìn)入正常工作狀態(tài)。因此，下面對 AT89S52 進(jìn)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(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)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(qū)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(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時， P0 口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0 具有內(nèi)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(shè)計中用 的排阻對 P0 口進(jìn)行上拉電平。 4） P1 口： 32～ 39 腳， P1 口是一個內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P2 端口寫“ 1”時，內(nèi)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(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P3 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P3 端口寫“ 1”時，內(nèi)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(fù)位輸入 端 。當(dāng)振蕩器復(fù)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(dāng)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(dāng) EA為 低電平時， 讀取外部程序存儲器；當(dāng) EA端 為 高電平時，則 讀取 內(nèi)部程序存儲器 ，設(shè)計中一般接高電平。 11） XTAL1： 19 腳， 振蕩器反相放大器和內(nèi)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(yīng)懸空不接 。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)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(nèi)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(yīng)用 。 本設(shè)計中使用的液晶顯示模塊是 LCD1602。圖 所示為本設(shè)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(nèi)容豐富 、 體積小、美觀和易于控制都是本設(shè)計選擇作為顯示模塊的原因。其引腳結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 10 頁 圖 LCD1602正面圖 圖 LCD1602反面圖 圖 LCD1602引腳結(jié)構(gòu)圖 關(guān)于 LCD1602 的引腳說明如下： 1） 第 1 腳： GND 為地電源 。 2） 第 2 腳： VCC 接 +5V 電源 。 3） 第 3 腳： VEE 為液晶顯示器對比度調(diào)整端 。 接 +5V 電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生 “ 鬼影 ” ，使用時可以通過一個 10K 的 精密 電位器調(diào)整對比度 ，一般對比電壓為 左右。 4） 第 4 腳： RS 為寄存器選擇 。 高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器 ，否則 選擇指令寄存器。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 11 頁 5） 第 5 腳： RW 為讀寫信號線 。 高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS 和 RW 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 RW 為高電平時可以讀 出 忙信號，當(dāng) RS 為高電平 RW 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 6） 第 6 腳： E 端為使能端 。 當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 7） 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 8） 第 15 腳： 背光燈 VCC，一般直接和 +5V 電源相連接。 9） 第 16 腳 ：背光燈 GND。 LCD1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器已經(jīng)存儲了 160 個不同的點陣字符圖形，這些字符 圖 有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母 “ A” 的代碼是 01000001B（ 41H），顯示時模塊把地址 41H 中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“ A”。 LCD1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令，如表 所示 。 表 控制指令表 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 光標(biāo)返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 置輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 顯示開 /關(guān)控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 光標(biāo)或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 置字符發(fā)生存貯器地址 0 0 0 1 字符發(fā)生存貯器地址 置數(shù)據(jù)存貯器地址 0 0 1 顯示數(shù)據(jù)存貯器地址（ ADD） 讀忙標(biāo)志或地址 0 1 BF 計數(shù)器地址（ AC） 寫數(shù)到 CGRAMD 或 DRAM 1 0 要寫的數(shù) 從 CGRAMD 或 DRAM 讀數(shù) 1 1 讀出的數(shù)據(jù) 它的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的（說明： 1 為高電平 ， 0 為低電平） 。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 12 頁 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，低電平則無效 。 指令 4：顯示開關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 。 C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(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