【正文】 設(shè)計 ...................................... 14 供電電源的接口電路設(shè)計 ............................................................................. 15 本章小結(jié) ......................................................................................................... 15 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 .............................................................................................. 17 主控單元軟件設(shè)計 ......................................................................................... 17 顯示界面設(shè)計 ................................................................................................. 18 語音部分軟件設(shè)計 ......................................................................................... 19 本章小結(jié) ......................................................................................................... 20 第 5 章 結(jié)束語 .......................................................................................................... 21 總結(jié) ................................................................................................................. 21 展望 ................................................................................................................. 21 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 II 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................ 1 致 謝 ............................................................................................................................ 1 附 錄 .......................................................................................................................... 1 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 1 第 1 章 緒 論 隨著社會的快速發(fā)展， 計算機(jī)應(yīng)用越來越普及，很多企業(yè)和單位、甚至是公共場所已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了電腦來代替日常繁忙的工作，進(jìn)行科學(xué)有效的管理。本文是基于收費(fèi)站研究的語音計費(fèi)顯示系統(tǒng)，它代替收費(fèi)員來自動完成報價工作，并將其顯示出來，這樣就可大大地提高了收費(fèi)效率。此系統(tǒng)顯著提高了整個系統(tǒng)的可靠性，并且簡化了系統(tǒng)的設(shè)計難度。傳統(tǒng)的計費(fèi)器通常采用硬件模塊化的設(shè)計結(jié)構(gòu)，主要包括主控模塊，電源模塊 ， 按鍵顯示模塊，防作弊及脈沖輸入模塊以及稅控模塊等。 系列單片機(jī)的語音計費(fèi)顯示系統(tǒng) 基于 FPGA 的 語音 計費(fèi) 顯示 器不僅可以解決電子系統(tǒng)小型化、低功耗、高可靠性 等問題，而且其開發(fā)周期短、開發(fā)軟件投入少、芯片價格不斷降低，特別是對小批量、多品種的產(chǎn)品需求，基于 FPGA 的 語音 計費(fèi) 顯示 器已成首選。 針對現(xiàn)有計費(fèi)系統(tǒng)通用性差的缺陷，本文采用 ISP 器件和 VHDL 語言開發(fā)了一套出租車計費(fèi)系統(tǒng)；該計費(fèi)系統(tǒng)的可靠性高、成本低、通用性強(qiáng)；該系統(tǒng)在不改變硬件電路的前提下，具有可以重構(gòu)系統(tǒng)的功能，采用完全相同電路結(jié)構(gòu)，只要根據(jù)各地區(qū)的需求在 VHDL程序中設(shè)置各參數(shù)，就可以適應(yīng)各地區(qū)出租車不同計費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)的需要，還可根據(jù)各地區(qū)需求增加其他功能。 該芯片可用來替代已經(jīng)停產(chǎn)的 ISD2560芯片 。 相比過去的 ISD2560芯片 ， ISD1760在功能上集成了錄放功能 ， 并增加了一些更加人性化的提示功能以及對存儲空間的精確操作功能 ， 而且音質(zhì)也有了明顯的提高 。 芯片內(nèi)部包含有自動增益控制 、 麥克風(fēng)前置擴(kuò)大器 、 揚(yáng)聲器驅(qū)動線路 、 振蕩器與內(nèi)存等全方位整合系統(tǒng)功能 。 非常適用于公路收費(fèi)站和公交車等場合進(jìn)行語音播報 。 本系統(tǒng)采用 SPI工作模式 ， 其中單片機(jī)為主機(jī) ， ISD1760作為從機(jī) 。 采用單片機(jī)的 IO口來模擬 SPI接口以對 ISD1760進(jìn)行控制 ， 適用于大多數(shù)的單片機(jī)與 ISD1760進(jìn)行通信 。 國內(nèi)外語音計費(fèi)顯示系統(tǒng)研制生產(chǎn)現(xiàn)狀 國外語音計費(fèi)顯示系統(tǒng)研制生產(chǎn)現(xiàn)狀 目前，國外 收費(fèi)站 已經(jīng)基本完成了自動化，不需要人工干預(yù)。國外 收費(fèi)站 設(shè)備精良，采用高科技提高產(chǎn)品質(zhì)量，系統(tǒng)可靠性已經(jīng)相當(dāng)高。國外 收費(fèi)站 系統(tǒng)與目前國內(nèi)先進(jìn)的 收費(fèi)站 一樣，都具備泊車位引導(dǎo)系統(tǒng)、車位報警系統(tǒng)，以及車位查詢系統(tǒng)，使得系統(tǒng)更加先進(jìn)。這種新型系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)給人們生活帶來的便利之一。 國內(nèi)語音計費(fèi)顯示系統(tǒng)研制生產(chǎn)現(xiàn)狀 目前，公路收費(fèi)站的監(jiān)控、收費(fèi)、起落桿等的控制多采用工控機(jī)實(shí)現(xiàn)，但對許多中、小型收費(fèi)站的人工車道，仍需要收費(fèi)員根據(jù)車型告知司機(jī)繳費(fèi)金額。由于收費(fèi)現(xiàn)場噪音較大，僅靠收費(fèi)員人工報價，不僅降低了收費(fèi)效率，而且加大了收費(fèi)人員的工作負(fù)擔(dān)。 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 3 本文的主要研究內(nèi)容 本論文通過以 單片機(jī) ATmega16 為核心部件設(shè)計一個 語音計費(fèi)顯示系統(tǒng) 。 論文的主要研究內(nèi)容如下： 語音計費(fèi)顯示系統(tǒng) 的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，闡述了本課題研究的目的和意義。 語音計費(fèi)顯示系統(tǒng) 后端電路設(shè)計，說明各模塊間的相互聯(lián)系。 5. 總結(jié)開發(fā)系統(tǒng)時所做的工作以及對后續(xù)工作的展望。 語音計費(fèi) 顯示器的通信命令來源于收費(fèi)系統(tǒng)的車道控制計算機(jī)。單片機(jī)處理后的數(shù)據(jù)可分兩路輸出，其中一路輸出至解碼、驅(qū)動芯片，以用于驅(qū)動 液晶顯示器 的 計費(fèi) 顯示；另一路則輸出至語音芯片， 以用于進(jìn)行同步語音 播報 。 微控制器的選型 51 單片機(jī)， ARM， DSP 都是嵌入式系統(tǒng)的核心芯片的類型，現(xiàn)在的嵌入式系統(tǒng)都是高度面向?qū)ο蟮??；趯ο到y(tǒng)的整體設(shè)計和硬件資源的要求，電路設(shè)計中采用的微處理器電路相對模擬系統(tǒng)更為簡單，可實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制算法，有一定的數(shù)據(jù)存儲空間，靈活適應(yīng)性強(qiáng)，控制精度高，無零點(diǎn)漂移。 ARM 系列處理器價格昂貴且在長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 5 本系統(tǒng)設(shè)計中使用，會浪費(fèi) 資源 。根據(jù)單片機(jī)的對比，系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)該選用 8 位機(jī)中性能優(yōu)越的單片機(jī)。 ATmega16 單片機(jī) ATmega16 單片機(jī)介紹 ATmega16 是基于增強(qiáng)的 AVR RISC 結(jié)構(gòu)的低功耗 8 位 CMOS 微控制器。 ATmega16 有如下特點(diǎn) [1]： 16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash(具有同時讀寫的能力，即 RWW)， 512 字節(jié) EEPROM， 1K 字節(jié) SRAM， 32 個通用 I/O 口線， 32個通用工作寄存器，用于邊界掃描的 JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個具有比較模式的靈活的定時器 / 計數(shù)器 (T/C)， 片內(nèi) /外中斷，可編程串行 USART，有起始條件檢測器的通用串行接口， 8 路 10 位具有可選差分輸入級可編程增益(TQFP 封裝 )的 ADC，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器，一個 SPI 串行端口，以及六個可以通過軟件進(jìn)行選擇的省電模式。 ATmega16 單片機(jī)的引腳功能 ATmega16 單片機(jī)為 40 引腳芯片，如圖 22 所示。 GND： 電源地 。端口 A 為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。 端口 B(PB7..PB0)： 端口 B 為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。作為輸入使用時，長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 6 若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。端口 B 也可以用做其他不同的特殊功能 。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。 在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口 C 處于高阻狀態(tài)。端口 C 也可以用做其他不同的特殊功能 。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。在復(fù)位 過 程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口 D 處于高阻狀態(tài)。 RESET： 復(fù)位輸入引腳。持續(xù)時間小于門限間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。 XTAL2： 反向振蕩放大器的輸出端。不使用 ADC 時，該引腳應(yīng)直接與 VCC 連接。 AREF： A/D 的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。該器件包含兩路驅(qū)動器、兩路接收器和電壓發(fā)生器電路（提供 TIA/EIA232F 電平）。其主要特性有 [3]： 內(nèi)置兩路驅(qū)動器和兩路接收器 30V 符合甚至優(yōu)于 TIA/EIA232F 標(biāo)準(zhǔn)和 ITU 推薦標(biāo)準(zhǔn) 在實(shí)際應(yīng)用時，器件對噪聲很敏感，因此， VCC 必須對地加一個阻抗為 的去藕電容， C1＋與 C1－之間、 C2＋與 C2－之間、 Vs＋與 VCC 之間以及 Vs－與地之間均需連接一個阻抗為 的鉭電解電容，以提高抗干擾能力，且接線時盡量靠近器件。 該芯片可用來替代已經(jīng)停產(chǎn)的 ISD2560芯片 。 相比過去的 ISD2560芯片 ， ISD1760在功能上集成了錄放功能 ，并增加了一些更加人性化的提示功能以及對存儲空間的精確操作功能 ， 而且音質(zhì)也有了明顯的提高 。芯片內(nèi)部包含有自動增益控制 、 麥克風(fēng)前置擴(kuò)大器 、 揚(yáng)聲器驅(qū)動線路 、 振蕩器與REC24PLAY23ERASE25FWD26VOL19FT22SS7SCLK6MOSI5MISO4MIC+10MIC11ANALN9Rosc20AGC18RESET3LED2VCCD1VSSD28VCCA21VSSA8VCCP14VSSP116VSSP212SP+15SP13AUD/AUX17INT/RDY27長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 9 內(nèi)存等全方位整合系統(tǒng)功能 。本系統(tǒng)采用 SPI工作模式 ， 其中單片機(jī)為主機(jī) ， ISD1760作為從機(jī) 。 采用單片機(jī)的 I/O口來模擬 SPI接口以對 ISD1760進(jìn)行控制 ， 適用于大多數(shù)的單片機(jī)與 ISD1760進(jìn)行通信 。 系統(tǒng)中的微控制器和很多芯片需要有穩(wěn)定的 +5V電源供電 ,因此需要為直流電源提供穩(wěn)壓電路，以適應(yīng)設(shè)計需要 。 78M05芯片是美國 FAIRCHILD半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一款穩(wěn)壓器產(chǎn)品，該芯片的主要特性為 [5]： 輸出電壓為 5V 支持短路保護(hù) 該芯片為三端集成穩(wěn)壓芯片，其輸出電壓精度比較高，線性調(diào)整率為 100mV。 輸入端應(yīng)輸入直流電壓 ,輸入電容和輸出電容分別為 F和 F。 顯示器件是用戶快速讀取 費(fèi)額 數(shù)據(jù)的輸出器件，較常用的是 LED 數(shù)碼管和LCD 液晶顯示器。設(shè)計時，采用 LCD1602 作為輸出顯示器件?？梢燥@示 2 行，每行 16 個字符，對比度可調(diào)、黃綠色背光。 LCD1602 引腳特性如表 21 所示 [6]: 表 21 LCD1602 引腳特性 管腳號 管腳名稱 管腳功能描述 1 GND 電源地 2 VCC 電源電壓 3 V0 液晶顯示偏壓信號 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇端 5 RW 讀寫選擇端 6 E 使能信號 7 DB0 數(shù)據(jù) 0 8 DB1 數(shù)據(jù) 1 9 DB2 數(shù)據(jù) 2 10 DB3 數(shù)據(jù) 3 11 DB4 數(shù)據(jù) 4 12 DB5 數(shù)據(jù) 5 13 DB6 數(shù)據(jù) 6 14 DB7 數(shù)據(jù) 7 15 BG VCC 背光源正極 16 BG GND 背光源負(fù)極 本數(shù)據(jù)存儲部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲部分的作用是在電源斷開時 ， 存儲當(dāng)前設(shè)定的單價信息。如圖 26 所示： 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 11 圖 26 AT24C02引腳結(jié)構(gòu)圖 圖 10 中的時鐘信號線 SCL 與數(shù)據(jù)線 SDA 需外接 ， 其作用是減 AT24C02 的靜態(tài)功耗 ， 24C02 采用 I178。當(dāng)通過按鍵設(shè)定一次數(shù)據(jù)完畢后 (如 ： 車型、金額、余額 等 )， 系統(tǒng)就自動調(diào)用存儲程序 ， 將