【正文】 Key words: Microcontroller Voice prompt LCD screen Bus stop announcer I 目 錄 第 1 章 緒 論 1 課題研究的背景 1 課題研究的主要內容 3 按鍵選擇方案 4 總體設計框圖 5 第 3 章 系統(tǒng)硬件設計 6 概述 6 主控模塊 6 STC89C52 芯片的簡介 6 主控模塊電路原理圖 9 語音芯片模塊 9 ISD4004 芯片簡介 13 語音芯片模塊電路原理圖 15 LCD 液晶顯示模塊 15 組成結構 16 按鍵控制模塊 17 按鍵控制模塊電路原理圖 18 第 4 章 系統(tǒng)軟件設計 19 錄音模塊設計 20 放音模塊設計 20 顯示模塊設計 21 鍵盤掃描模塊設計 22 第 5 章 系統(tǒng)分析與調試 27 參考文獻 28 致 謝 29 附 錄 30 附錄 A 外文資料 46 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 1 第 1 章 緒 論 課題研究的背景 隨著社會經濟的發(fā)展，城市化進程越來越快，城市人口急劇增加從而使城市交通壓力不 斷 增大，在倡導綠色低碳環(huán)保的今天，公交車作為城市公共交通的重要方式，是城市居民出行的重要工具。公共汽車為外出的人們提供了方便快捷的服務，而公共汽車的報站直接影響 到 服務的質量。而通過單片機和語音芯片的結合， 使得公交車 到站信息及提示信息以 語音和顯示的方式告知乘客， 為市民提供更人性化，完善的服務，并且節(jié)省了大量的人力資源。 課題研究的主要內容 本論文主要是對 C 語言和單片機的一些基本知識、概念的應用學習和研究，以及 STC89C52 芯片模塊、 ISD4004 語音模塊 和 LCD12864 液晶屏 的開發(fā)設計，該設計的目的是設計一 實現單片機與語音控制芯片系統(tǒng)互聯，通過按鍵，系統(tǒng)可播報相應的車站信息或者公益提 醒， 也可以實現錄音和放音功能。 程序流程圖及軟件設計 一個程序要想實現其功能，不能沒有次序而盲目下手，必須對其有一個全面的了石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 2 解后畫出流程框圖，然后逐個模塊的實 現其功能，最終把模塊之間合理的連接起來，構成完整程序。整個系統(tǒng)程序采用模塊化結構設計程序相對比較優(yōu)化易修改和調試 ， 系統(tǒng)軟件的開發(fā)是用 C 語言設計的。需要在 protel99SE 環(huán)境下畫出硬件原理圖并進行電氣測試，檢測無異議后進行硬件系統(tǒng)的調試，為了保證系統(tǒng)的 可靠性分析查找，硬件的調試 分模塊分別進行了模擬 。以 STC89C52 單片機最小系統(tǒng)作為核心控制電路，控制 獨 立按鍵 對錄音放音的選擇，具體顯示內容及方式由軟件來完成。具體步驟是：先錄入 兩站的信息 ，存儲到芯片內部，建立 語音 庫，并且具體鎖定到 對應的地址中 ，通過按 鍵的次序播放不同的信息 。 方案二：采用 LCD12864 不帶字庫芯片， 但 需要用取模軟件取模， PROTEUS 可以仿真 HT1621（ 1602） KS0108(12864) T6963C(24064)，等系列的模塊， 需 先學 會仿真軟件 方案三：采用 帶字庫的 LCD12864 芯片，可直接調用字庫，使用比較方便。 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 4 按鍵選擇方案 方案一：采用 STC89C52 的獨立鍵盤，其獨立鍵盤有 4 個按鍵，按鍵數量 符合錄音和放音兩個按鍵的需要。 故采用 K1 和 K2 兩個獨立按鍵， K1 為放 音鍵，按第一下時，對應播放第一站信息，同時調用顯示子程序，在液晶屏上顯示對應信息。 K2 為錄音鍵，按下時，錄制第一段語音信息并存放在對應的地址中，按下第二下時，錄制第二段語音信息并存放于第二段語音對應的地址中，以方便調用。其片內的 4K 程序存儲器是 FLASH 工藝的，這種單片機對開發(fā)設備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。再者， AT89C51 目前的售價比 8031 低，市場供應也很充足。只要程序長度小于 4K，四個 I/O 口全部提供給用戶。 AT89C51 芯片提供三級程序存儲器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完 全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。 方案二： STC89C52 單片機的指令系統(tǒng)和 AT89C51 系列 的完全兼容 AT89C51 不帶 ISP 下載，要用下載器才行， STC89C52 可以用你的 USB 轉串口下載，下載軟件可以到 STC 廠 家網上 去 下。再者， 由于 執(zhí)行速度 的加快 ，非定時器控制的精確延時 也會受到一定 影響，用 STC 時注意得加長延時，大約是 AT 的 10—30 倍 。 比較這兩種方案，由于在學校期間學過數字電路、單片機原理、 C 語言程序設計，綜合考慮單片機的各部分資源和作為學生能夠獲得的資源，經過對比此次設計要求，我選擇用 STC 系列芯片完成。 總體設計框圖 按照系統(tǒng)功能的具體要求，在保證實現其功能的然礎上，盡可能降低系統(tǒng)成本。在方案設計中，遵循簡潔至上的原則，因此所有的外圍模塊采用串行方式與微處理器模塊接口。在設計系統(tǒng)時，為了更好地采用模塊化設計法，分步的設計各個單元功能模塊，系統(tǒng)的硬件部分可以分為鍵盤設定、單片機控制、 LCD 顯示和 語音控制四大部分。 主控模 塊 STC89C52 芯片的簡介 功能特性： STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 STC89C52 具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數據指針，三個 16 位定時器 /計數器，一個 6 向量 2 級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數器、串口、中斷繼續(xù)工作。 主要性能：與 MCS51 單片機產品兼容、 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器、 1000次擦寫周期、全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz 、三級加密程序存儲器 、 32 個可編程 I/O 口線 、三個 16 位定時器 /計數器八個中斷源、全雙工 UART 串行通道、低功耗空閑和掉電模式、掉電后中斷可喚醒、看門狗定時器、雙數據指針、掉電標識符 [1]。當 P1口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。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 口管腳寫入 1 后，被內部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。 P2 口： P2 口為一個內部上拉電阻的 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，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內部上拉的緣故。在給出地址“ 1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內容。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。作為輸由于外石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 8 部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 RST：復位輸入。 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。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE 脈沖。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 PSEN 有效。 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）。 XTAL2：來自反 相 振蕩器的輸出。該反 相 放大器可以配置為片內振蕩器。如采用外部時鐘源驅動器件， XTAL2 應不接。 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 9 主控模塊電路原理圖 單片機主 控 模塊 由 STC89C52 芯片和晶振復位組成。 如圖 32， 33 所示 ： 圖 32 STC89C52 芯片 圖 33 晶振復位 語音芯片模塊 ISD4004 芯片簡介 ISD4004 語音系列芯片是美國 ISD 公司推出的產品，與普通的錄音 /重放芯片相比， ISD4004 具有如下特點 :首先是記錄聲音沒有 段長度限制，并且聲音記錄不需要A/D 轉換和壓縮。此外， ISD4004 具有記錄時間長（可達 16 分鐘，本文采用的為 8 分鐘的 ISD4004 語音芯片）的優(yōu)點。 ISD4004 芯片如圖 34 所示 ： 圖 34 ISD4004 芯片 引腳介紹： 電源（ VCCA, VCCD）：為使噪聲最小，芯片的模擬和數字電路使用不同的電源總線 ，并 A 分別引到外封裝的不同管腳上模擬和數字電源端最好分別走線盡可能在靠近供電端處相連，而去藕電容應盡量靠近器件。 同相模擬輸入（ ANA IN+）：這是錄音信號的同相輸入端。單端輸入時，信號由藕合電容輸入，最大幅度為峰峰值 32mV,藕合電容和本端的 3KΩ 電阻輸入阻抗決定了芯片頻帶的低端截止頻率。 反相模擬輸入（ ANA IN）：差分驅 動時，這是錄音信號的反相輸入端。 片選（ SS）：此端為低，即向該 ISD4004 芯片發(fā)送指令，兩條指令之問為高電平。 串行輸出（ MISO）： ISD 的串行輸出端。 串行時鐘（ SCLK）： ISD 的時鐘輸入端，由主控制器產生，用于同步 MOSI 和MISO 的數據傳輸。 中斷（ INT）：本端為漏極開路輸出。中斷狀態(tài)在下一個 SPI 周期開始時清除。 OVF 標志一指示 ISD 的錄、放操作已到達存儲器的未尾。 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 11 行地址時鐘（ RAC）： 漏極開路輸出。該信號 175ms 保持高電平，低電平為 25ms。s 是高電平， 為低電平。 外部時鐘（ XCLK）：本端內部有下拉元件。商業(yè)級芯片在整個溫度和電壓范圍內，頻率變化在 +%內。若要求更高精度，可從本端輸入外部時鐘（如前表所列）。輸入時鐘的占空比無關緊要，因內部首先進行了分頻。 自動靜噪（ AMCAP）：當錄音信號電平下降到內部設定的某一闌值以下時，自動靜噪功能使信號衰弱，這樣有助于養(yǎng)活無信號（靜音）時的噪聲。檢出的峰值電平與內部設定的闌值作比較，決定自動靜噪功能的翻轉點。 1mF 的電容也影響自動靜噪電路對信號幅度的響應速度。 操作規(guī)則