【正文】 礎(chǔ)，任何嵌入式控制器都離不開單片機(jī)種所涵蓋的如中央處理器，定時(shí)器、中斷控制器， IO口控制器， 串行通訊控制器， I2C總線控制器，片內(nèi)外存儲(chǔ)控制器，匯編語(yǔ)言， C語(yǔ)言，操作系統(tǒng)的概念?？梢哉f學(xué)好單片機(jī)是其它進(jìn)階微處理器的一個(gè)臺(tái)階。 本次設(shè)計(jì)以 Keil C51 開發(fā)環(huán)境為編程平臺(tái)進(jìn)行代碼的編譯和運(yùn)行，并在Proteus 上進(jìn)行仿真。隨著技術(shù)的進(jìn)步、應(yīng)用需求的增加， GPS以全天候、高精度、自動(dòng)化、高效率等顯著特點(diǎn)及其所獨(dú)具的定位導(dǎo) 航、授時(shí)校頻、精密測(cè)量等多方面的強(qiáng)大功能，已涉足眾多的應(yīng)用領(lǐng)域，使 GPS成為繼蜂窩移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)之后的全球第三個(gè) IT經(jīng)濟(jì)新增長(zhǎng)點(diǎn)。 通過近 20年的發(fā)展， GPS產(chǎn)品 已逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橄M(fèi)電子產(chǎn)品，且所能應(yīng)用的范圍已擴(kuò)展到日常生活中的通信、 PDA、定位信息等。 國(guó)內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi) GPS市場(chǎng)呈現(xiàn)出兩個(gè)重點(diǎn)發(fā)展趨勢(shì)。 在 GPS應(yīng)用領(lǐng)域， 車輛應(yīng)用所占的比例較大。但當(dāng)摩托羅拉公司推出集車輛導(dǎo)航與跟蹤于一體的車輛信息系統(tǒng)后，它就成了發(fā)展的方向。車輛監(jiān)控系統(tǒng)是集 GPS技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)和地理信息系統(tǒng)技術(shù)于一體的綜合車輛管理系統(tǒng)。系統(tǒng)的工作原理是：安裝在車輛上的 GPS接收機(jī)根據(jù)收到的衛(wèi)星信息計(jì)算出車輛的當(dāng)前位置，通信控制器 從GPS接收機(jī)輸出的信號(hào)中提取所需要的位置、速度和時(shí)間信息，結(jié)合車輛身份等信息形成數(shù)據(jù)包，然后通過無(wú)線信道發(fā)往控制中心。同時(shí)，控制中心的系統(tǒng)管理員可以查詢各車輛的運(yùn)行狀況，根據(jù)車流量合理調(diào)度車輛。 芯片的小型化技術(shù)、生產(chǎn)成本的降低、體積與耗電量的減小等有利因素，使GPS產(chǎn)品走下神壇、深入到人們的日常生活中。 有集成了 GPS芯片和地理信息系統(tǒng)數(shù)字地圖的移動(dòng)通信手機(jī)、 GPS手持機(jī)、 GPS 手表，甚至 GPS相機(jī)等，也有基于掌上電腦和筆記本電腦等移動(dòng)設(shè)備的插卡 (CF卡式 GPS接收機(jī) )式、外接 (GPS接收機(jī) )式等集成產(chǎn)品。 1．課題的主要研究的內(nèi)容 針對(duì)我國(guó)的中小城市，自主研發(fā)一套基于 GPS的公交車自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)。 在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求的功能以外，同時(shí)，由于系統(tǒng)是安裝在公交車上，屬于車載終端設(shè)備，所以必須兼顧電源、功耗、體積等因素，且還要考慮到產(chǎn)品成本、開 發(fā)工具、研發(fā)周期等問題。 2． 課題研究的目標(biāo) 本課題研究的是基于 GPS的公交車自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)，目的是使公交車通過 GPS定位，準(zhǔn)確獲知并且確定車輛位置，然后通過液晶顯示站點(diǎn)信息，提示燈變亮，再由音頻系統(tǒng)自動(dòng)播報(bào)站名，從以前完全手動(dòng)控制變?yōu)檫x擇性自動(dòng)控制，以提高公交系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和安全性。系統(tǒng)主要有兩大部分，主控 制程序單片機(jī)和語(yǔ)音芯片部分。 系統(tǒng)整體框架結(jié)構(gòu)圖 本設(shè)計(jì)的整體思路是：通過按鍵電路和 GPS 定位系統(tǒng)輸入地段信息，直接輸出數(shù)字信號(hào)給單片機(jī) AT89C51 進(jìn)行處理，在 LCD 液晶頻上顯示當(dāng)前站名信息。其結(jié)構(gòu)框圖如圖所示： 圖 整體框架結(jié)構(gòu)圖 單片機(jī)的選擇 目前基于此課題的設(shè)計(jì)方案主要有兩種，分別是基于 FPGA的 VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)，基于 AT89C51 單片機(jī)設(shè)計(jì)，下面具體分析各 種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)。FPGA 在通信、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)、儀器、工業(yè)控制、軍事和航空航天等眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。 缺點(diǎn)：用 VHDL 語(yǔ)言編寫的程序很難實(shí)現(xiàn)符合這個(gè)課題的效果，在邏輯算法上也不及 51 單片機(jī)來(lái)得靈活。 方案二：基于 AT89C51 單片機(jī)設(shè)計(jì) GPS 模塊 音頻輸出 音頻放大 AT89C51 揚(yáng)聲器 LCD 按鍵電路 蘇州經(jīng)貿(mào)學(xué)院 5 優(yōu)點(diǎn)： 51 單片機(jī)具有高效 能，資源占用率低等特點(diǎn)。使用C 語(yǔ)言編程可以實(shí)現(xiàn)豐富的功能，在 Proteus 仿真環(huán)境上也可以很好地體現(xiàn)出本設(shè)計(jì)欲達(dá)到的效果。在多任務(wù)的處理能力上根本無(wú)法與基于嵌入式操作系統(tǒng)構(gòu)架的方案同日而語(yǔ)。由于本課題屬于小型項(xiàng)目，信息處理量不大，采用 FPGA 的設(shè)計(jì)存在成本高， 開發(fā)過程復(fù)雜等情況，本項(xiàng)目并不能發(fā)揮出這些芯片的強(qiáng)大功能。選用 ATMEM 公司的 AT89C51 作為控制芯片，成本低，開發(fā)周期短，配合各種專用芯片的使用能夠?qū)崿F(xiàn)豐富的功能。 語(yǔ)音芯片的比較 本論文主要考慮了兩種語(yǔ)音芯片， ISD1700S 語(yǔ)音芯片和 OTP 語(yǔ)音芯片，并且對(duì)它們做了分析比較。該芯片提供多項(xiàng)新功能，包括內(nèi)置專利的多信息管理系統(tǒng)，新信息提示（ vAlert） ,雙運(yùn)作模式（獨(dú)立 amp。芯片內(nèi)部包含有自動(dòng)增益控制、麥克風(fēng)前置擴(kuò)大器、揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)線路、振蕩器與內(nèi)存等的全方位整合系統(tǒng)功能。 蘇州經(jīng)貿(mào)學(xué)院 6 OTP 語(yǔ)音芯片特點(diǎn) ? 性能高度集成外圍無(wú)需任何元件 ,只需一個(gè) 104 濾波電容。 ? 音質(zhì)效果好，音量大 ? 支持多種控制方式，按鍵控制和單片機(jī)串行脈沖控制 .語(yǔ)音可分成 32段 . ? 批量?jī)r(jià)格具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì) ,交貨周期短 7 天。 本系統(tǒng)中采用方案一。而由于方案二中芯片價(jià)格相對(duì)較高，且本程序較小不需要如此高性能芯片，所以相比之下選擇方案一最適合。每塊電路通過與單片機(jī)的連接組合，實(shí)現(xiàn)其各自的功能。本自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)為內(nèi)部時(shí)鐘方式，即采用外接晶振和電容組成的并聯(lián)諧振電路， AT89C51 可以工作在 20MHz 頻率下。在本系統(tǒng)中采用較簡(jiǎn)單的 RC 復(fù)位電路，單片機(jī)在上電瞬間， RST 引腳端出現(xiàn)正脈沖，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)復(fù)位。電路圖如圖 31所示。基本操作時(shí)序?yàn)樽x狀態(tài)： RS＝ L， RW＝ H， E＝ H ；寫指令： RS＝ L， RW＝ L， D0~D7=指令碼， E＝高脈沖；讀數(shù)據(jù)： RS＝ H， E＝ H ；寫數(shù)據(jù)： RS＝ H， RW＝ L， D0~D7=數(shù)據(jù)， E＝高脈沖 ，數(shù)碼管的 4， 5,6 分別與單片機(jī)的 — 相連； 7~14 分別與 ~ 相連，通過單片機(jī)的信息處理，從而在液晶顯示頻上顯示各段信息。 圖 32JHD162A 液晶顯示 電路 ISD1700S 音頻輸出電路及按鍵電路 ISD1700S 通過按鍵系統(tǒng)和 GPS 模塊的信息輸入，在按鍵模式工作時(shí)，芯片可以通過 /LED 管腳給出信號(hào)來(lái)提示芯片的工作狀態(tài)，并且伴隨有提示音，ISD1700S 芯片具有語(yǔ)音錄放功能，通過不同的數(shù)字信息輸入，系統(tǒng)將會(huì)把先前收錄好的語(yǔ)音通過音頻放大器進(jìn)行處理，最后經(jīng)過揚(yáng)聲器喇叭播報(bào)出來(lái)。（ 1）錄音結(jié)束后，錄音指針自動(dòng)移向下一個(gè)有效地址，而放音指針則指向剛剛錄完的那段語(yǔ)音地址。（ 3）快進(jìn)操作：點(diǎn)按一下 FWD 按鈕將 /FWD 端拉低，會(huì)啟動(dòng)快進(jìn)操作。設(shè)計(jì)電路圖如圖 33 所示。 5%（即 +~+），因此模塊引腳 引腳 2，引腳 3 均接系統(tǒng)的 +5V 電源。另外， GPS 模塊工作電源是 +5V，而 AT89C51 單片機(jī)的 I/O 電壓為+，所以在 GPS 模塊與 AT89C51 單片機(jī)之間串接 27K 的保護(hù)電阻。單片機(jī)主芯片通過對(duì)按鍵電路和 GPS模塊的信息處理，將信息發(fā)送到音頻輸出電路和 LCD 液晶顯示電路，從而可以明確的獲知該地段的站名和準(zhǔn)確播報(bào)信息。 蘇州經(jīng)貿(mào)學(xué)院 11 圖 35 系統(tǒng)整體電路圖 蘇州經(jīng)貿(mào)學(xué)院 12 第四章 系統(tǒng)軟件的研究與設(shè)計(jì) 在自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)之后，還需要配合設(shè)計(jì)完善的程序才能完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。 主程序流程圖 主程序主要涉及各個(gè)部分子程序的調(diào)用。本程序主要兼有兩種控制方式：按鍵控制和 GPS接收控制。選擇 NO，則是繼續(xù)行車報(bào)站，選擇 YES，則停止行車，終止系統(tǒng)。 蘇州經(jīng)貿(mào)學(xué)院 13 圖 41 主程序流程圖 開機(jī)界面 液晶顯示下一站 是否選擇GPS 模式 ? GPS接口電路 按鍵掃描 語(yǔ)音播報(bào)當(dāng)前到站信息 液晶更新顯示下一站 下車指示燈亮 接收 GPS？ 按鍵按下？ 是否停止行車？ N N Y Y Y N Y N 結(jié)束 蘇州經(jīng)貿(mào)學(xué)院 14 語(yǔ)音模塊子程序 ISD1700S語(yǔ)音模塊子程序主要是接收主芯片發(fā)送過來(lái)的音頻信號(hào)，然后由P25端輸出一個(gè)負(fù)脈沖信號(hào)，語(yǔ)音芯片內(nèi)部 指針指向本站點(diǎn)的語(yǔ)音段頭，再由 P26端輸出一個(gè)負(fù)脈沖信號(hào)，經(jīng)過音頻放大，通過揚(yáng)聲器播放當(dāng)前指針指向的語(yǔ)音段。流程圖如圖 43所示。 Keil軟件提供了豐富的函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具。 系統(tǒng)仿真 SIGNAL：模擬 GPS接收信號(hào)。 ? D1：播放 燈亮說明 /PLAY使能，模擬按鍵開關(guān)的負(fù)脈沖 ? D2：快進(jìn) 燈亮說明 /FWD使能，模擬負(fù)脈沖。 ? LCD模塊：初步選用字符型液晶，可以顯示公交車名以及下一站站名。 仿真實(shí)現(xiàn)流程 公交車在離站 100米左右收到 GPS信號(hào) ,SIGNAL給出持續(xù)的低電平直到車子馳離站點(diǎn)。 ? T1:公交車從接收到信號(hào)到停靠到站 ? T2：?？? ? T3：馳離公交站，信號(hào)消失 ? T1期間當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到 SIGNAL信號(hào)的下降沿時(shí)，液晶就顯示下一站站名同時(shí)給 D2一個(gè)負(fù)脈沖，將語(yǔ)音芯片的播放指針指向下一段；延時(shí)后再給D1一個(gè)負(fù)脈沖，播放當(dāng)前指向語(yǔ)音段。 ? T2期間，指示燈 D3保持亮的狀態(tài)。 ? T3期間，車子馳離信號(hào)區(qū)， SIGNAL