【正文】 ............................................................................................ 33 附錄 .............................................................................................................................. 34 1 1 緒論 課題研究的背景及意義 隨著鄉(xiāng)鎮(zhèn)城市化的加快 ， 客運汽車交通作為鄉(xiāng)鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施之一 ， 仍然是絕大多數(shù)出行者的首選交通方式。 本系統(tǒng)很大程度上提高客運汽車報站的準(zhǔn)確性，可靠性 ， 提高了客運汽車系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量。當(dāng)客運 汽車到達(dá)某站點，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，同時站數(shù)信息在LED 數(shù)碼管上顯示。 本文主要介紹硬件電路設(shè)計部分。 學(xué)科分類號 0810 本科學(xué)生畢業(yè)論文（設(shè)計） 題 目 （ 中文） ： 基于單片機的 鄉(xiāng)鎮(zhèn)客運汽車 報站系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) （英文）： Design and Implementation of the Passenger Car Stops System Based on Singlechip Microputer 姓 名 鄭家鑫 學(xué) 號 202208002115 院 （系） 計算機與通信工程系 專業(yè)、年級 通信工程 2022級 指導(dǎo)教師 黃文（教 授） 2022年 4月 17日 I 基于 單片機的鄉(xiāng)鎮(zhèn)客運汽車報站系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 摘 要 根據(jù) STC89C52 單片機的特點和客運汽車報站器的特點，本文提出了一種用單片機控制語音芯片進(jìn)行客運汽車語音自動報站的方法。同時給出了軟硬件設(shè)計的方法，設(shè)計過程中包括硬件電路設(shè)計和軟件程序編寫兩個方面，解釋了單片機在應(yīng)用過程中的方法和可能出現(xiàn)的問題。利用 STC89C52 作為控制器，通過 ISD4004語音芯片建立語音信息庫，形成變化多樣 的語音信息，利用其功放播放語音信息以及提示語音，同時運用 LCD12864 進(jìn)行站名顯示。整個系統(tǒng)硬件設(shè)計包括鍵盤電路、復(fù)位電路、顯示驅(qū)動電路、顯示電路、內(nèi)存擴(kuò)展電路模塊。該系 統(tǒng)組成簡單，成本低廉，性價比高，在不發(fā)達(dá)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)能夠有廣泛的實用 價值 。為使得人們特別是為外來旅游、出差、就醫(yī)、求職等急需了解本地的客運汽車路線的人提供高效、方便、快捷的客運汽 車系統(tǒng) ， 讓他們得到自己所需要的各種相關(guān)信息 ， 以便減少各種可能產(chǎn)生不必要的交通流量 ,提高客運汽車的運作效率，客運汽車自動報站系統(tǒng)便應(yīng)運而生。隨著社會的進(jìn)步和計算機科學(xué)的迅速發(fā)展，便有了客運汽車自動報站系統(tǒng)的出現(xiàn)。 現(xiàn)今社會，客運汽車事業(yè)關(guān)乎到大多數(shù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)人民的出行，可客運汽車的傳統(tǒng)的人工按鍵報站依然無法滿足大家對其的要求。為了改變這種狀況，本文設(shè)計了客運汽車的智能報站系統(tǒng)，在到站時進(jìn)行語音報站的同時并在液晶模塊上進(jìn)行漢字顯示站名。 20 世紀(jì) 80 年代中期，Intel公司將 8051內(nèi)核使用權(quán)以專利互換或出售的形式轉(zhuǎn)給世界許多著名 IC 制造廠商，這樣 8051 就 變成有眾多制造廠商支持的，發(fā)展出上百個品種的大家族。 客運汽車自動報站器的設(shè)計主要是為了彌補傳統(tǒng)人工語音報站的落后方式，使進(jìn)站、出站信息自動播報站名及服務(wù)用語，為市民提供更人性化，更完善的服務(wù) [1]。 設(shè)計的主要目標(biāo)任務(wù) 本課題要求設(shè)計一 個 鄉(xiāng)鎮(zhèn)客運汽車報站系統(tǒng)，以實現(xiàn)客運汽車的語音自動報站，即在進(jìn)站、出站時候自動播報語音提示信息及服務(wù)用語，同時利用 LED 點陣電路進(jìn)行漢字顯示。 技術(shù) 指標(biāo) 工作電壓 ： 12V(52 單片機為 5V,語音芯片 )； 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 。 根據(jù)收集的資料及自己的見解，決定將系統(tǒng)分為四個功能小模塊： 按鍵、語音、液晶顯示、 MCU 模塊，重點分析語音、液晶顯示和按鍵模塊及各模塊軟硬的實現(xiàn)。其次為原理圖的設(shè)計及 PCB 的制版。 基于以上的構(gòu)思，設(shè)計出硬件的原理圖及畫出軟件的流程圖，通過軟硬件反復(fù)調(diào)試，最后初步實現(xiàn)了預(yù)期的效果 。各部分電路的 設(shè)計在本章中做了詳細(xì)的說明。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash， 使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。另外 STC89C52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 STC89C52 引腳圖如圖 21 所示 [4]。 VSS：接地。當(dāng) 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(dāng) FIASH 進(jìn)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(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。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時， P2 口輸出地址的高八位。P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。當(dāng) P3 口寫入 “ 1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P3 也可作為 STC89C52 的一些特殊功能口，如下所示： 管腳 備選功能 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。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。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。 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 。 如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。另外，該引腳被略微拉高。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。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)。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。 振蕩器電路的設(shè)計 89 系列單片機的內(nèi)部振蕩器電路如圖 22 所示，由一個單級反相器組成。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 23 所 示，此方法稱為內(nèi)部方式。在組成一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)時，多數(shù)采用圖 23 所示的方法，這種方式的結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉，可靠性高。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。有時，在某些應(yīng)用場合，為了降低成本，晶體振蕩器可用陶瓷振蕩器代替。 圖 24 外部時鐘接法 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 25 選取。 CL（負(fù)載電容）： 30pF+3pF。 圖 25 ESR 與頻率的關(guān)系曲線 XTAL2 XTAL1 GND NC CMOS 門 外部振蕩信號 600 500 400 300 200 100 0 4 8 12 16 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 7 在本設(shè)計中，采用的是內(nèi)部方式，即如圖 25 所示，在 XTAL1 和 XTAL2引腳上外接一個 12MHZ 的晶振及兩個 47pF 的電容組成。 89 系列單片機的復(fù)位信號是從 RST 引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。復(fù)位時序如圖 26 所示，因外部的復(fù)位信號是與內(nèi)部時鐘異步的，所以在每個機器周期的 S5P2 都對 RST 引腳上的狀態(tài)采樣。在 RST 端電壓變低后，經(jīng)過 12個機器周期后退出復(fù)位狀態(tài)，重新啟動時鐘，并恢復(fù) ALE 和 /PSEN 的狀態(tài)。 圖 26 內(nèi)部復(fù)位定時時序 （ 1） 手動復(fù)位 手動復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端 RST 上加入高電平。當(dāng)人為按下按 鈕時，則 VCC 的 +5V 電平就會直接加到 RST 端。手動復(fù)位的電路如圖 27 所示。對于 CMOS 型單片機，由于在 RST端內(nèi)部有一個下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減至 1uF。 上電時， Vcc 的上升時間約為 10ms，而振蕩器的起振時間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為 10MHz，起振時間為 1ms；晶振頻率為 1MHz，起振時間則為 10ms。另外，在復(fù)位期間，端口引腳處于隨機狀態(tài)，復(fù)位后，系統(tǒng)將端口置為全“ 1”態(tài)。 圖 28 上電復(fù)位電路 Vcc STC89C52 RST 10uF + Vcc GND Vcc STC89C52 RST GND 10uF + Vcc 9 （ 3） 復(fù)位后寄存器的狀態(tài) 當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位時，內(nèi)部寄存器的狀態(tài)如表 所列，即在 SFRS 中，除了端口鎖存器、堆棧指針 SP 和串行口的 SBUF 外，其余的寄存器全部清 0，端口鎖存器的復(fù)位值為 0FFH，堆棧指針值為 07H， SBUF 內(nèi)為不定值。 表 各特殊功能寄存器的復(fù)位值 專用寄存器 復(fù)位值 專用寄存器 復(fù)位值 PC 0000H TCON 00H ACC 00H B 00H PSW 00H SP 07H DPTR 0000H P0P3 FFH IP 00000B IE 0 00000B TMOD 00H TH0 00H TL0 00H TH1 00H TL1 00H SCON 00H SBUF 不定 PCON（ CHMOS） 0 0000B 在本設(shè)計中復(fù)位電路采用的是上電復(fù)位，即如圖 28 所示。該公司與 1998 年 12 月被臺灣華邦（ Winbond）并購， 1990 年改名為 WECA（ Winbond Electronic Corpration American），但保留其 ISD 名稱和標(biāo)識，這個合并將 把 ISD 公司領(lǐng)先的信息存儲、語音錄放技術(shù)和強大的用戶群與 Winbond 公司的高效率的制造能力和分布于全時間的營銷能力結(jié)合起來。 ISD1100 系列中有 10s 和 12s 的單片聲音錄放器件 ISD1110 和 ISD1112。 ISD1400 系列中有 16s 和 20s 的單片聲音錄放器件 ISD1416 和 ISD1620。 ISD2500 系列中有 32s、 40s、 48s、 64s 和 60s、 75s、 90s、 120s 的單片聲音錄放器件 ISD253 ISD25 ISD254 ISD2564 和 ISD2560、 ISD257 ISD2590、ISD120。 ISD5000 系列中有 4min、 5min、 6min 和 8min 的單片聲音錄放器件 ISD5008。 語音芯片 ISD4004 ISD4000 系列單片聲音錄放器件是用 CMOS 工藝實現(xiàn)的高語音質(zhì)量、 3V 工作電壓的集成電路芯片，特別適用于移動電話和各種便攜式產(chǎn)品 [8]。片內(nèi)集成有振蕩器、抗混疊濾波器、平滑濾波器、自動靜音電路、音頻放大器和高密度多級 Flash 存儲陣列。錄音數(shù)據(jù)被存放方法是通過 ISD 的多級存儲專利技術(shù)實現(xiàn)的，用聲音和聲頻信號的自然形式直接存放在故態(tài)存儲器中，從而提供高質(zhì)量回放語音的保真度。 地線 (VSSA,VSSD)： 芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線。輸入放大器可用單端或差分驅(qū)動。差分驅(qū)動時 ， 信號最大幅度為峰峰值 16mV，為 ISD33000 系列相同。信號通過耦合電容輸入 ， 最