【導(dǎo)讀】車輛智能化的研究與嘗試，這其中就包括自動報(bào)站系統(tǒng)。目前，國內(nèi)只有北京、工報(bào)站不準(zhǔn)確不方便等問題。本文設(shè)計(jì)的新型的公交車自動報(bào)站系統(tǒng)，以AT89S51. 單片機(jī)為核心，外擴(kuò)ISD1730語音芯片，點(diǎn)陣LED漢字顯示屏和行列驅(qū)動芯片。單元電路，包括語音電路、LED顯示電路、電源電路。利用C語言進(jìn)行了程序設(shè)。示模塊、語音播放模塊的實(shí)現(xiàn)流程，給出了大部分源代碼?；?、工作穩(wěn)定、誤報(bào)率低等特點(diǎn)。

　　

【正文】 字的點(diǎn)陣，其大小也可以有 161 242 323 4848等不同規(guī)格。漢字的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)相應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)是用 16進(jìn)制格式以字節(jié)為單位表示的。 LED 顯示方式 本方案是 4 個 16 16 點(diǎn)陣 LED 電子顯示屏的設(shè)計(jì)。整機(jī)以 AT89C51 單片機(jī)為核心，通過單片機(jī)片控制一個行驅(qū)動器 74LS154 和八個列驅(qū)動器 74HC595 來驅(qū)動顯示屏顯示。該電子顯示屏可以顯示各種文字，全屏能顯示 4 個漢字，采用 16塊 8 x 8 點(diǎn)陣 LED 顯示模塊來組成 4 個 16x16 點(diǎn)陣顯示模式。顯示采用動態(tài)顯示，使得圖形或文字能夠?qū)崿F(xiàn)靜止、移入移出等多種顯示方式。 本 LED 點(diǎn)陣屏采用動態(tài)掃描的方式顯示，即逐行 掃描，工作時(shí)先將一行點(diǎn)陣字模通過列驅(qū)動輸出，然后運(yùn)用譯碼器選中對應(yīng)行，使該行得以顯示，接著再送下一行數(shù)據(jù)，再選中下一行有效，直到 16行全被掃描一遍。至此，一幅完整的文字信息就顯現(xiàn)出來。然后在反復(fù)掃描這 16行直至顯示新的信息。采用這種方式的優(yōu)點(diǎn)是耗電少，成本低，壽命長，但是也存在顯示亮度及內(nèi)容顯示穩(wěn)定的問題。根據(jù)視覺滯留原理，根據(jù)視覺滯留原理，每屏的完整的顯示時(shí)間應(yīng)控制在 20ms之內(nèi)，即 50Hz，人眼看上去才不會覺得閃爍。由于要掃描 16 行的點(diǎn)陣，所以每行的時(shí)間絕不能超過 20ms247。 16=，同時(shí)也不 是每行的掃描時(shí)間越短越好，因?yàn)?LED 的亮度同電流的大小和維持時(shí)間的長短有關(guān)。 LED 點(diǎn)陣塊的單點(diǎn)靜態(tài)電流一般在 10mA 左右，由于占空比是 1/16，所以單點(diǎn)的動態(tài)電流最大可以達(dá)到160mA。在維持時(shí)間恒定的情況下，電流越大（不超過額定電流），點(diǎn)陣亮度也越亮，而在電流恒定的情況下，需要一段維持時(shí)間來保持亮度。試驗(yàn)表明當(dāng)輸入 LED的電流為 15mA 時(shí)，維持時(shí)間至少需要 1ms，否則 LED 呈微亮狀態(tài)。 LED 驅(qū)動原理 1． 行驅(qū)動芯片 74LS154 4 線 — 16 線譯碼器 ,74HC154 是此集成電路的 s 版本，其功耗更小 ，功能一樣。譯碼器在單片機(jī)系統(tǒng)中一般起擴(kuò)展 IO 的作用，當(dāng)外設(shè)比較多， 20 單片機(jī)的引腳不夠用的時(shí)候，就可以由 74LS154 把 4個單片機(jī) IO 口擴(kuò)展為 12 個。增強(qiáng)了單片機(jī)控制外設(shè)的能力。 (1)A、 B、 C、 D 譯碼地址輸入端 (低電平有效 ) (2)G G2選通端 (低電平有效 ) (3)0－ 15輸出端 (低電平有效 ) (4)電源電壓 7V (5)輸入電壓 5V (6)工作環(huán)境溫度 0～ 70℃ (7)貯存溫度－ 65～ 150℃ 2． 列驅(qū)動芯片 74HC595 在 5V供電的時(shí)候能夠達(dá)到 30MHz 的時(shí)鐘速度，每個并行輸出端口均能承受 20mA 的灌電流和拉電流。這個 特點(diǎn)保證了不用增加額外的擴(kuò)流電路即可輕松的驅(qū)動 LED。它輸入端允許 500nS 的上升（下降）時(shí)間，對嚴(yán)重畸形的時(shí)鐘脈沖仍能檢測。這樣就可以容納較大的傳輸線對地電容，使本設(shè)計(jì)的抗干擾能力增強(qiáng)。 74HC595 并行輸出端與 LED 模塊列線之間通過 20Ω 的電阻連接，這里電阻起到分壓，去除紅色 LED 的并聯(lián)嵌位作用。使紅綠兩組 LED均能正常發(fā)光。 由于 LED 顯示屏的工作電流時(shí)刻在變化，造成了系統(tǒng)電壓的波動。這種電壓波動有高頻成分，也有低頻成分。輕則對周圍無線電環(huán)境造成電磁污染，重則使系統(tǒng)時(shí)鐘紊亂，邏輯錯誤。為避免此，在每 個 74HC595 的電源 VCC和 GND 旁邊都并聯(lián)了兩個電容，用于濾波和退耦。穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，旁路掉電源中的高頻脈動成份。消除自激，減小對外雜散電磁輻射，提高 EMI 電磁兼容性。 3． 集成驅(qū)動芯片 在本設(shè)計(jì)中集成驅(qū)動芯片是為了節(jié)省 I/O 口，通過整合驅(qū)動信號做到時(shí)間上的匹配，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 74HC245 譯碼器可接受 3位二進(jìn)制加權(quán)地址輸入（ A0, A1 和 A2），并當(dāng)使能時(shí)，提供 8 個互斥的低有效輸出（ Y0 至 Y7）。 74HC245 特有 3個使能輸入端：兩個低有效（ E1和 E2）和一個高有效（ E3）。除非 E1和 E2 置低且 E3 置高，否則74HC245 將保持所有輸出為高。利用這種復(fù)合使能特性，僅需 4 片 74HC245 芯片和 1個反相器，即可輕松實(shí)現(xiàn)并行擴(kuò)展，組合成為一個 132（ 5 線到 32 線）譯碼器。任選一個低有效使能輸入端作為數(shù)據(jù)輸入，而把其余的使能輸入端作為選通端，則 74HC245 亦可充當(dāng)一個 8輸出多路分配器，未使用的使能輸入端必須保持綁定在各自合適的高有效或低有效狀態(tài)。 21 顯示電路 設(shè)計(jì)采用以 AT89C51 單片機(jī)為核心芯片 ,16*16LED 漢字顯示 4 個字，即為16*64 點(diǎn)陣漢字顯示， 采用重疊處理的方法。即在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同 時(shí)，傳送下一列數(shù)據(jù)。為了達(dá)到重疊處理的目的，列數(shù)據(jù)的顯示就需要具有鎖存功能。經(jīng)過上述分析，就可以歸納出列驅(qū)動器電路應(yīng)具有的功能。對于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來說，它應(yīng)能實(shí)現(xiàn)串入并出的移位功能；對于列數(shù)據(jù)顯示來說，應(yīng)具有并行鎖存的功能。這樣，本行已準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)打入并行鎖存器進(jìn)行顯示時(shí)，串并移位寄存器就可以準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會影響本行的顯示。 LED 電路圖見附錄， 框 圖如 圖 所示 ： GPS 定位模塊 設(shè)計(jì) GPS 是 Global Positioning System 的縮寫，即全球定位系統(tǒng)。其目的 是在全球范圍內(nèi)對地面和空中目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確定位和監(jiān)測。隨著全球性空間定位信息應(yīng)用的日益廣泛， GPS 提供的全時(shí)域、全天候、高精度定位服務(wù)將給空間技術(shù)、地球物理、大地測繪、遙感技術(shù)、交通調(diào)度、軍事作戰(zhàn)以及人們的日常生活帶來巨大的變化和深遠(yuǎn)的影響。 GPS 系統(tǒng)一般由地面控制站、導(dǎo)航衛(wèi)星和用戶接收機(jī)三大部分組成。導(dǎo)航衛(wèi)星至少 24顆，均勻分布在 6個極地軌道上，軌道的夾角為 60度，距地平均高度為 20200 公里，每 12 恒星時(shí)繞地球一周。 GPS 信號接收機(jī)的任務(wù)主要是捕獲一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，并跟 蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行，同時(shí)對所接收到的 GPS 信號進(jìn)行變換、放大和處理，以便測量出 GPS 信號從衛(wèi)星到接收機(jī)天線的傳播時(shí)間，解譯出 GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，最終實(shí)時(shí)計(jì)算出現(xiàn)測站的三維位置、位置、甚至三維速度和時(shí)間。 動態(tài)定位是用 GPS 接收機(jī)測定一個運(yùn)動物體的運(yùn)行軌跡。 GPS 信號接收機(jī)所在的運(yùn)動物體叫做載體（如航行中的船艦，空中的飛機(jī)，行走的車輛等）。由于載體上的 GPS 接收機(jī)天線在跟蹤 GPS 衛(wèi)星的過程中將相對地球而運(yùn)動，這樣，接收74HC245 16*16 LED 點(diǎn)陣 列驅(qū)動 行驅(qū)動 列驅(qū)動 列驅(qū)動 列驅(qū)動 16*16 LED 點(diǎn)陣 16*16 LED 點(diǎn)陣 16*16 LED 點(diǎn)陣 圖 LED電路設(shè)計(jì)程圖 22 機(jī)用 GPS 信號就可實(shí)時(shí)地測量運(yùn)動載體的狀態(tài)參數(shù)（瞬間三維位置和三維速度）。 接收機(jī)硬件、機(jī)內(nèi)軟件以及 GPS 數(shù)據(jù)的后處理軟件包構(gòu)成了完整的 GPS用戶設(shè)備。 GPS 接收機(jī)的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩大部分。對于測地型接收機(jī)來說，兩個單元一般分成兩個獨(dú)立的部件，觀測時(shí)將天線單元安置在測站上，接收單元則置于測站附近的適當(dāng)?shù)胤?，并用電纜線將兩者連接成一個整機(jī)。實(shí)際上，也可以將天線單元和接收單元制作成一個整體，而在觀測時(shí)將其安置在測站點(diǎn)上。 GPS 接收機(jī)一般用蓄電池做電源，同時(shí)采用機(jī)內(nèi)機(jī)外兩種直流電源。設(shè)置機(jī)內(nèi)電池的目的在于更換外電池時(shí)不中斷連續(xù)觀測。在用機(jī)外電池的過程中，機(jī)內(nèi)電池自動 充電。關(guān)機(jī)后，機(jī)內(nèi)電池為ＲＡＭ存儲器供電，以防丟失數(shù)據(jù)。 本設(shè)計(jì)中 采用 全新臺灣 HOLUX 公司推出的 SIRF 第三代高靈敏度超小型 GPS接收模塊這是最新推出的產(chǎn)品，采用 SiRF 第三代芯片，主要是定位靈敏度大大提高， 在 公交 車上應(yīng)用時(shí)，只要靠近車窗就能較好工作，使用更方便，定位也更準(zhǔn)確。 GPS 模塊的特性： 使用 SiRF 第三代低耗電量 (LP)，高效能晶片 ,大大降低耗電量?？焖俣ㄎ患白粉? 12 顆衛(wèi)星的能力。 晶片內(nèi)建 1920 次 / 頻率硬體 , 提高接收傳送搜尋衛(wèi)星訊號。內(nèi)建 WASS/EGNOS 解調(diào)器。 可支援 美國海岸部隊(duì)塔臺差分全球定位系統(tǒng)修正訊號。 內(nèi)部有多次充電式備份電池。支援 NMEA0183 標(biāo)準(zhǔn)信號格式及 SiRF 二位元編碼。 超強(qiáng)定位運(yùn)算程式 , 在戶外任何環(huán)境 , 皆可提供優(yōu)越導(dǎo)航效果。 將 GPS 模塊接入單片機(jī)的 RXD/TXD 引腳，做數(shù)據(jù)的讀取和寫入，當(dāng)公交車到達(dá)某一站點(diǎn)時(shí)，由 GPS 進(jìn)行定位，將定位的信號傳入單片機(jī)中，觸發(fā)單片機(jī)工作進(jìn)而實(shí)現(xiàn)語音與漢字顯示的工作。 由于在本文中 GPS 模塊不是設(shè)計(jì)重點(diǎn)，所以不做過多贅述，電路圖也非常簡單， 如圖 所示 ： 電源電路 設(shè)計(jì) 由于公 交車電平通常是 12V，故而需要 +12V轉(zhuǎn)變 +5V的降壓芯片，選用 LM7805。LM7805 是我們最常用到的穩(wěn)壓芯片了，他的使用方便，用很簡單的電路即可以輸入一個直流穩(wěn)壓電源 ,他的輸出電壓恰好為 5v，剛好是 51系列單片機(jī)運(yùn)行所需的電壓， 很符合本設(shè)計(jì)的要求， 電路圖如 圖 所示 ： 圖 GPS模塊 23 24 第 4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì)是軟件開發(fā)工作的重要部分，而軟件開發(fā)是工程性的工作，所以要有規(guī)范。語言影響程序設(shè)計(jì)的功效以及軟件的可靠性、易讀性和易維護(hù)性。專用程序?yàn)檐浖藛T提供合適的環(huán)境，便于進(jìn)行程序設(shè)計(jì)工作。 程序設(shè)計(jì)語言是 軟件的重要方面，其發(fā)展趨勢是模塊化、簡明化、形式化、并行化和可視化。匯編語言比機(jī)器語言易于讀寫、調(diào)試和修改，同時(shí)具有機(jī)器語言全部優(yōu)點(diǎn)。但在編寫復(fù)雜程序時(shí)，相對高級語言代碼量較大，而且匯編語言依賴于具體的處理器體系結(jié)構(gòu)，不能通用，因此不能直接在不同處理器體系結(jié)構(gòu)之間移植。 匯編語言是一種效率很高的語言，在對資源利用、實(shí)時(shí)響應(yīng)等方面具有高級語言難以比擬的優(yōu)點(diǎn)，但它同時(shí)存在可讀性、可移植性和可維護(hù)性差的弱點(diǎn)。C 語言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語言，它兼顧了多種高級語言的特點(diǎn)，并具備匯編語言的功能。用 C 語言編寫的程序可 以較好地解決匯編語言存在的這些不足。由于 C 語言有很好的層次結(jié)構(gòu)，使其編寫的程序更容易閱讀和維護(hù)，且 C 編寫的程序比匯編更符合人們的思考習(xí)慣。目前，使用 C 語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)已成為軟件開發(fā)的主流之一。使用 C 語言開發(fā)系統(tǒng)可以大大縮短開發(fā)周期，增強(qiáng)程序的可讀性，便于日后改進(jìn)和擴(kuò)充。因此，本自動報(bào)站系統(tǒng)的程序采用了 C 語言編寫。 51系列單片機(jī)內(nèi)部具有豐富的硬件資源，例如定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、串行接，并且它還提供了詳盡的指令操作系統(tǒng)，可以供很方便地進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。在51系列單片機(jī)的開發(fā)過程中，程序設(shè)計(jì)是重 點(diǎn)也是難點(diǎn)。 C51是 nVIDIA 公司推出的首款 K8平臺整合芯片組的產(chǎn)品系列代號，現(xiàn)在使用 C51系列芯片組的北橋芯片分為兩個版本： GeForce6150和 GeForce6100，它們與 Nforce400系列的南橋芯片搭配組成新一代平臺。 C51是 MCS51系列單片機(jī)的 C 語言。 25 主程序的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)主要是由單片機(jī)為核心控制，由 GPS 模塊觸發(fā)單片機(jī)調(diào)用了語音輸出子程序， LED 漢字顯示子程序。 本程序?qū)崿F(xiàn)了，在公交車進(jìn)站出站時(shí)語音和漢字顯示的同時(shí)調(diào)用， 如圖 所示主程序流程圖： GPS 判斷是否到站 AT89C51 初始化 觸發(fā) AT89C51 工作 返回 語音輸出子程序 LED 顯示子程序 開始 是 否 圖 主程序框圖 26 子程序的設(shè)計(jì) LED 漢字顯示程序 LED 漢字顯示子程序 主要由開始、初始化、設(shè)置片選然后提取 漢字庫模 ?？刂菩辛卸O管發(fā)光，達(dá)到顯示漢字的的功能。程序流程圖，如圖 。 漢字顯示程序代碼： 開始 初始化 列切換顯示 延時(shí) 1ms 是否顯示完漢字？ Y N 返回 查漢字?jǐn)?shù)據(jù)顯示 設(shè)置片選 調(diào)用漢字庫模 顯示時(shí)間是否到？ Y N 圖 是 是 否 否 27 //*16X16LED 點(diǎn)陣流動顯示 *// ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0030H MAIN: MOV DPTR,TAB 。字碼表初址賦值 MOV R1,00H ；