毕业设计（论文）单片机的公交车自动报站设计

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1、武汉理工大学毕业设计（论文）目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 论文研究背景和意义11.2 国内外现状21.3 论文研究内容31.4 本次设计的预期目标32公交报站系统方案论证与选择42.1 方案一：通过脉冲计数达到自动报站系统方案42.2 方案二：采用GPS定位报站系统52.3 方案三：采用凌阳61单片机63 报站系统模块特性简介73.1 SPCE061A简介73.2 芯片特性简介83.3 SPCE061A精简开发板83.4 无线模块简介104 报站系统总体设计164.1 报站系统的硬件设计164.2 报站系统软件设计215 结论27参考文献28附录29附录30附录31致 谢

2、38摘 要当前公交车上安装使用的报站器还属于人工按键式操作，给行车带来一定安全隐患：为了加强车辆调度管理，规范车辆行驶速度，本文提出了基于无线发射技术的公交多功能自动报站系统。它通过射频信号自动识别目标并获取相应数据。该系统不仅能实现自动报站的基本功能，而且在此基础上做到对公交车各到站时间进行考勤，从而提升了公交行业的信息化水平，减少了管理成本，提高了公交行业的服务及运营水平，更为城市增添新的魅力。凌阳十六位单片机SPCE061A采用凌阳最新推出的16 位微处理器内核（以下简称nSP），而nSP内核是一个通用的核结构。SPCE061A内嵌32K字（Word）闪存（FLASH），2K字（Word

3、）SRAM，内置十位ADC、DAC，有多达十四个的中断源等丰富的片内资源。CPU最高可工作在49MHz的主频下，较高的处理速度使nSP能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号，这使得SPCE061A具有灵活的语音处理能力。因此，与其它类型的单片机相比，以nSP为核心的SPCE061A微控制器是适用于有数字语音功能的应用领域产品的一种最经济的选择。本文讨论了应用SPCE061A精简开发板61板、无线模组、SPR模组_4096实现简易的公交车报站器。关键词：公交车；自动报站；无线遥控；单片机；IIAbstractThe current bus stops device of installatio

4、n still use artificially touch-tone phones operation, to bring some safe hidden trouble driving vehicles dispatch.In order to strengthen the management and standardize the vehicle speed, this paper puts forward a way based on wireless transmitting technology bus multi-purpose automatic stops system.

5、 Rf signal through its automatic identifying target obtains corresponding data. This system can not only realize the basic function of automatic stops, and thus enhance the transit industry informatization level, reduce the management cost and improve the service and operation transit industry level

6、, which add new charm.foe city.Sunplus SPCE061A adopts single-chip 16 sunplus latest 16 microprocessor kernel (hereinafter referred to as muon ), and muon NSPS kernel is a generic NSPS nuclear structure. SPCE061A 32K Word (Word embedded FLASH memory (FLASH),) 2K Word (Word) of an SRAM, built-in ten

7、ADC and DAC, there are as many as 14 interrupt source rich piece inside resources. The CPU can top work in the 49MHz, high frequency processing speed make muon NSPS can easily and quickly handle complex digital signals, which makes SPCE061A vivifying speech processing ability. Therefore, compared wi

8、th other types of SCM, with muon for the core NSPS SPCE061A microprocessor controller which is suitable for the application of digital speech function field of product of a kind of the most economical choice. This paper discusses the application SPCE061A streamline development board - 61 board, wire

9、less module, SPR module _4096 achieve simple bus stops device.Key Words: bus; automatically broadcasting name of station; wireless telecontrol ; MCU;1 绪论当前，我国各行各业都在不失时机地借助信息化浪潮来推动或改进本行业的竞争能力与服务质量，在出行方面，公共交通作为城市居民主要的代步工具承载了重要的角色，但现今公交车上普遍采用的手动按键的报站方式给行车带来了一定安全隐患，不报站、报错站的情况时有发生；公交公司为了加强车辆调度管理，规范车辆行驶速度

10、，不得不安排专人在指定站点对公交车到站时间进行登记，费时间又费人力；与此同时，近几年来在公交车上普遍安装的车载电视让乘客能在乘车之余有个娱乐放松的方式，但天天面对同样而自己几乎几年都不会去购买该产品的商业广告却又让乘客对车载电视评价大打折扣。因此，借助信息化手段并应用新技术，改进我们的公交报站系统和车载电视广告播放的方式，就成为提高公交服务质量的一个重要突破口和亟待解决的问题1。1.1 论文研究背景和意义在我国各行业推行信息化的浪潮中，做为城市一个重要文明窗口的公共交通行业自然成为公众衡量城市文明程度及信息化的参照点，公交事业的发达程度不仅体现着城市的形象，也和每一位出行的市民息息相关，公交报

11、站系统则更多体现着公交行业对乘客的贴心服务与人文关怀!报站作为公交事业中不可缺少的环节，自身的服务性质决定了要伴随公交事业的始终。由于技术条件所限，目前大部分公交车上使用的按键式报站器，报站工作由司机在各个报站时刻点通过按报站器的各个按钮来实现语音报站，就是我们现在在公交车上常见的报站方式，它通常的工作过程是：车辆进站前预报一次车站，车停稳开门时报一次车站，车辆起步后，报一次站，车辆离开车站再预报下一个车站，如此循环。实质还都属于人工控制的播音系统，车站站名的识别、语音的播放及行车中各种提示信息的播放还要靠司机来控制，归纳起来存在如下弊端：1）报站不准确：由于司机在操作报站系统时有时会按错键或

12、忘记按键，而且在调整系统时会连续报出几个站点，让不熟悉路线站点的乘客不知所措。2）存在安全隐患：每次报站时都需要由驾驶员对报站器进行操作，而在车辆起动与进站时，往往是路面情况最复杂的时候，驾驶员既要对行驶中的汽车进行起动或制动等操作，同时还要兼顾报站系统的操作，这对驾驶员的各项操作技能要求较高，给行驶中的车辆带来一定的安全隐患。总之，当前广泛使用的人工按键方式报站器没有从根本上实现自动报站的目的。针对存在的这些问题，有人设计了一种基于车辆运行状态的自动报站系统，该系统用车辆的行驶特征，如起步后行驶的距离、开关门的信号、起步和进站打转向灯的方式综合起来判断车辆的起步、行驶、进站状态口1。这种方法

13、做到了一定程度上的自动报站，但这种方法要求驾驶员一定要按驾驶规范操作，如果驾驶员操作不规范或者遇到特殊情况时紧急处理，例如中途临时停车，就有可能引起报站错误。同时，对行驶距离的判断需要加装额外的传感器或连接汽车原有的计程电路，技术安装比较复杂。为改进当前现状，现今出现了利用GPS定位系统来实现自动报站，该系统根据GPS提供的车的具体位置来决定是否需要报站、报那个站等，从而实现公交车的自动报站，这种方法确实能实现公交的自动报站，减轻司机的劳动量，但系统配套软件设计复杂、强烈依赖实时卫星通讯，且初装成本昂贵，后期使用费用不菲，并不适合含有强烈公益色彩的公交行业的资金实际，故基于GPS定位技术的公交

14、报站系统仅在某些大城市的部分线路的公交车上有所应用，所以难以推广普及。本论文结合我们对公交运营现状与射频通信系统的相关研究，建立一个基于嵌入式无线射频传输的公共交通全自动报站系统，为公交系统提供可靠且成本可控的公交多功能自动报站系统，并从根本上解决费用高、错报站的问题，为公交公司提供省时省力的车辆各站点考勤数据，避免了人为因素的影响，使公交管理部门对公交车辆速度监控工作变得简单且可靠，为车载电视运营商提供电视广告的实地播放模式，降低公司商家广告成本及门槛，提升公交系统在人们心目中的印象，真正实现“公交优先、“和谐交通”“大公交等发展战略模式，这也是本文立项研究的根据。主要研究的原因是该方案具有

15、很好的推广前景和现实意义，同时给社会带来可观的经济效益。1.2 国内外现状公交车自动报站器的设计主要是为了弥补传统人工语音报站的落后方式，是进站、出站信息自动播报站名及服务用语，为市民提供更人性化，更完善的服务。目前语音报站器技术主要有以下几种：一般语音报站器，到站前由乘务人员按动进站按钮开始报站，出站时由乘务人员按下出站按钮，开始预报下站的站名，通过序号来记录各个站点；第二种是门控语音报站器，将开门、关门时转换信号和语音报站器连接，开门和关门时自动报站；第三种是无线信标语音报站器，它是在每个公交车站点设置发射信标点，公交车临近到站点左右会收到信标信号，开始自动报站，出站后信号消失，开始预报下

16、一站，此报站器报站准确，但需要为每个站点组建无线发射信标，建设复杂、费用高，大部分站点无电源供应，公交车数量多时存在频率干扰问题，且较严重，用户修改站点非常不方便，系统维护成本高；第四种就是GPS自动语音报站器，此报器是在公交车上安装GPS自动语音报站器，自动识别站点并报告站点信息。由于报站精准，无须人工操作，无须建设任何车外设施，被广泛使用。1.3 论文研究内容本毕业设计方案采用凌阳科技公司的SPCE061A单片机，SPR4096存储器与无线发射、接收模组制作一个简易的公交车自动报站器。SPCE061A 是凌阳科技的一款16 位微控制器，内嵌32K的闪存（FLASH）。SPCE061A为语音

17、产品而集成了ADC、DAC、AGC等，较高的处理速度使unSP能够非常容易快速地处理复杂的数字信号，是数字语音应用领域的一种最经济选择。SPCE061A精简开发板61板配有在线调试功能；结合集成开发环境不需外界任何仿真、调试器即可以完成在线编程、仿真、调试功能。本方案直接使用SPCE061A精简开发板，利用SPCE061A的语音处理功能，以及其强大的处理能力，再配合SPR模组_4096，扩大存储容量，很容就可以实现公交车报站器。1.4 本次设计的预期目标利用SPCE061A单片机以及T2262/PT2272无线模块设计出一个可以语音自动播报不同站台名称，通过无线发射模块按不同的按钮，发出不同的

18、数据，从而使接收模块接收不同的信号而播报不同的站台，本次设计设计3个不同的站台。32公交报站系统方案论证与选择2.1 方案一：通过脉冲计数达到自动报站系统方案公交车站自动报站器的设计，对车轮轴的转角的脉冲进行计数，将计数值与预置值对比，即可确定报站时刻，达到准确自动的目的。以AT89C51为主控芯片，对外来脉冲计数，结合语音芯片ISD4004输出语音。系统由脉冲检测、脉冲计数、CPU控制、控制信号、语音芯片、输出显示等组成。原理框图如图2.1所示。语音芯片控制信号脉冲计数CPU控制输出显示放音电路脉冲检测 图2.1 原理框图1） 脉冲检测：该系统关键是对转轴所转过的圈数进行计数，考虑到车辆将在

19、复杂的 环境中运行，故采用可靠的霍尔元件DN6848作为信号的采集装置，再经光电耦合器4N25输入给单片机。2） 脉冲计数：光电耦合器的信号进入C51后，采用中断方式对脉冲计数。外部晶振12MHz。3） CPU控制：程序中将计数值于预置值进行比较，判断是否到站，当到站时就输出信号控制语言芯片进行报站。4） 控制按键：用于手动控制、手动调整、预置值的输入等。5） 语言芯片：由专用语音芯片ISD4004组成，可擦写，便于在不同公交线上使用。6） 预置存储：采用两种方式存储，一种是在烧写器上将数据写入，另一种是在车上，单片机处于输入状态，车辆行驶一遍，将站与站之间的脉冲数写入片内2。2.2 方案二：

20、采用GPS定位报站系统本设计以单片机技术为核心，选用89c52为主控芯片，ISD4004为语音部分的控制芯片同时加装了24c64芯片储存设定的站台信息，广播部分运用TDA2822对声音信号进行放大。用户可以自主设定站点，自主进行站台信息的录制。该系统通过实时对GPS模块输出数据采集，并根据得到的经纬度信息判断公交车当前是否到达预设的各个站点。当到达既定的站点时通过语音芯片实时播报站点信息，并通过LCD显示站名和当前经纬度。本系统的优越性主要体现在通过GPS对公交车进行实时定位，无需人工干预，便可准确无误的进行自动报站，以实现智能化和高可靠性。采用以单片机为控制核心，使用GPS卫星定位模块对公交

21、车进行实时定位，并事先采集各站点的GPS的定位坐标，建立数据站点信息库，当发现有当前坐标与信息库中的坐标相同时，语音播报当前站点并通过LCD显示站名和当前经纬度。此方法具体实现如图2.2。该方法采用先进的GPS定位技术，能精确跟踪公交车行驶位置，报站精度高，可靠性高。GPS接收模块GB10单片机89c52主控制系统模块语音模块LCD1602显示站台设定24c64 图2.2 方案框图主控制系统模块采用MCS-52系列单片机为主控芯片。MCS-52系列单片机是美国Intel公司在1980年推出的高性能8位单片机，其有40个引脚，多数芯片采用双列直插式封装。其有外部时钟电路、ROM/EPROM、RA

22、M、定时/计数器、并行接口、串行接口、中断系统等部分构成。这里我们采用11.0592MHz的晶振。因其需要+5V的电源这里我们用了稳压模块7805。GPS定位模块选用深圳天工测控技术有限公司生产的GB10模块。该模块是专门用于车载导航的GPS接收模块。其接收信号为L1（1575.42MHz）波段，灵敏度为-152dBm，支持NMEA-0183协议，并通过通用UART串行通信口把数据发送出来，该协议使主控器接收和处理GPS定位信息变得非常简单。另外GB10支持从4800bps到115200bps的所有标称波特率，主控器可通过UART发送命令设置通信波特率和接收那些GPS定位语句，从而适应主控器的

23、要求。在语音放大电路中，功放芯片选用的是TDA2822，该芯片性能好具有高保真的声音输出。在该电路中的speaker为一个标准的音频接口，可以方便声音的输出，在该系统中用了一个外接的8喇叭。站台设定模块自主进行站台信息的录制，让设定的信息在掉电后不丢失，我们用到了24c64储存芯片。其和单片机的通信采用I2C通讯方式，其外部接线少。2.3 方案三：采用凌阳61单片机公交车自动报站器主要由无线遥控发射器、接收器、主控制电路板、语音存储模块和等部分组成，如图2.3。站牌无线发射模块存储语音资源tianxian SPCE061A语音播报无线接收模块 图2.3 原理结构图在公交车站台处设置无线遥控发射

24、器，当公交车离站台一定距离时（距离可根据具体环境进行调整），接收到发射器的信号，经过编码验证后，将信号送入主控制电路板。主控制电路板由单片机来进行控制，通过编写程序，按照顺序发出控制信号给语音存储模块，调用语音模块中录制好的语音信息，再通过功率放大电路放大后，就可驱动扬声器，自动播报如“车站到了，下车的乘客请准备”、“车辆起步，请拉好扶好，下一站”等语音信息。整个过程完全由单片机控制自动完成，无需公交车驾驶员参与。将方案一、方案二与方案三进行比较，方案一采用对车轮轴的转角的脉冲进行计数，将计数值与预置值对比，即可确定报站时刻，达到自动报站的目的，符合设计的要求，但是由于该方案要涉及到路面状况，

25、误差较大。而方案二可以做到精确报站，但是由于需要耗费大量资金，所以选择方案三。凌阳spce061A单片机作为主控制芯片，通过无线遥控发射器与接收器达到报站的目的，完全无需人工介入，并且报站精确，该芯片与其它语音芯片相比较，其语音音质好，录放时间长3 。403 报站系统模块特性简介 3.1 SPCE061A简介SPCE061A是凌阳科技研发生产的性价比很高的一款十六位单片机，使用它可以非常方便灵活的实现语音的录放系统，该芯片拥有8路10位精度的ADC，其中一路为音频转换通道，并且内置有自动增益电路。这为实现语音录入提供了方便的硬件条件。两路10位精度的DAC，只需要外接功放（SPY0030A）即

26、可完成语音的播放。另外凌阳十六位单片机具有易学易用的效率较高的一套指令系统和集成开发环境。在此环境中，支持标准C语言，可以实现C语言与凌阳汇编语言的互相调用，并且，提供了语音录放的库函数，只要了解库函数的使用，就会很容易完成语音录放，这些都为软件开发提供了方便的条件4。 下图为SPCE061A单片机的内部结构框图，如图3.1所示。 图3.1 SPCE061A内部结构图3.2 芯片特性简介 1）SPCE061A性能简介5： 2）16位unSP 微处理器3）工作电压（CPU）VDD为3.03.6V，（I/O）VDDH为3.05.5V 4）CPU时钟：0.3249.152MHz 5）内置2K字SRA

27、M 6)内置32K字FLASH 7)可编程音频处理 8)晶体振荡器 9）系统处于备用状态下（时钟处于停止状态），耗电仅为2uA/3.6V 10）2个16位可编程定时器/计数器（可自动预置初始计数值） 11）2个10位DAC（数/模转换）输出通道12）32位通用可编程输入/输出通道13）14个中断源可来自定时器A/B、时基、2个外部时钟源输入和键唤醒14）具备触键唤醒的功能 15）使用凌阳音频编码SACM_S480可以播放压缩的语音资源16）锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号17）32768Hz实时时钟18）7通道10位电压模/数转换器（ADC）和单通道声音模/数转换器19）声音模/数转换器输入

28、通道麦克风放大器，并具有自动增益控制（AGC）功能20）具备串行设备接口 21）具备低电压复位功能和低电压检测功能 22）内置在线仿真电路接口 23）具有WatchDog功能。3.3 SPCE061A精简开发板SPCE061A精简开发板（简称61板），是以凌阳16位单片机SPCE061A为核心的精简开发仿真实验板，大小相当于一张扑克牌，是“凌阳科技大学计划”专为大学生、电子爱好者等进行电子实习、课程设计、毕业设计、电子制作及电子竞赛所设计的，也可作为单片机项目初期研发使用。61板除了具备单片机最小系统电路外，还包括有电源电路、音频电路（含MIC输入部分和DAC音频输出部分）、复位电路等，采用电

29、池供电，方便学生随身携带！使学生在掌握软件的同时，熟悉单片机硬件的设计制作，锻炼学生的动手能力，也为单片机学习者和开发者创造了一个良好的学习条件和开发新产品的机会！61板上有调试器接口（Probe接口）以及下载线（EZ_Probe）接口，分别可接凌阳科技的在线调试器、简易下载线，配合unSP IDE，可方便地在板上实现程序的下载、在线仿真调试。61板上的主要功能模块如下： 1)SPCE061A单片机最小系统外围电路模块 2)电源输入模块 3)音频电路（包含MIC输入、DAC音频功放输出）模块 4)按键模块 5）I/O端口接口模块 6）调试、下载接口模块。下图3.2为61板的实物图。图3.2 6

30、1板实物图凌阳spce061A中ADC的结构及工作原理：unSP单片机的内部集成了一个10位的A/D转换器，它采用逐次逼近式原理实现模/数转换。unSP中的ADC由以下几部分组成：10位数/模转换器DAC0、10位数据缓存器DAR0、逐次逼近寄存器SAR、比较器COMP以及ADC控制寄存器。其输入信号有两个通道：一个由LINE_IN通道输入；另一个由MIC_IN通道输入。MIC_IN一般用于麦克风通道输入，对较弱的信号一般经音频放大器AGC（Automation Gain Control）自动增益控制放大后再进行A/D转换。具体控制参数如表所示14 。表3.1 控制参数B15B14B13 B3

31、B2B1B0控制功能描述ReadmuxFALL-Channel_sel1-10位模/数转换未完成-0-10位模/数转换完成-000模拟信号电压通过MICINO输入-001模拟信号电压通过MICIN1输入-010模拟信号电压通过MICIN2输入-011模拟信号电压通过MICIN3输入-100模拟信号电压通过MICIN4输入-101模拟信号电压通过MICIN5输入-110模拟信号电压通过MICIN6输入-111模拟信号电压通过MICIN7输入SPCE061A内嵌了凌阳科技开发的16位微处理器nSP。它内含有8个寄存器：4个通用寄存器R1R4，1个程序计数器PC，1个堆栈指针SP，1个基址指针BP和

32、1个段寄存器SR。通用寄存器R3和R4结合形成一个32位寄存器MR，MR可被用作乘法运算和内积运算目标寄存器。此外，SPCE061A有3个FIQ中断和14个IRQ中断，并且带有一个由指令BREAK控制的软中断。 nSP不仅可以进行加、减等基本算术运算和逻辑运算，还可以完成用于数字信号处理的乘法运算和内积运算6。3.4 无线模块简介T2262/PT2272无线模块工作原理。PT2262/2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编/解码电路，是目前在无线通讯电路中作地址编码识别最常用的芯片之一。PT2262/2272最多可有12位(A0-A11)三态(悬空,接高电平,接低

33、电平)地址设定管脚,任意组合可提供531441个地址码。PT2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚（Dout）串行输出，可用于无线遥控发射电路。PT2262和PT2272的引脚排列见图3.3。对于编码器PT2262，A0A5共6根线为地址线，而A6A11共6根线可以作为地址线，也可以作为数据线，这要取决于所配合使用的解码器。若解码器没有数据线，则A6A11作为地址线使用，这种情况下，A0A11共12根地址线，每线都可以设置成“1”、“O”、“开路”三种状态之一，因此共有编码数531441种；但若配对使用的解码器的A6A11是数据线，例如PT2272，那么这时

34、PT2262的A6A11也作为数据线用，并只可设置为“1”和“0”两种状态之一，而地址线只剩下A0A5共6根，编码数降为729种。 图3.3 PT2262、PT2272引脚排列图该编解码器的编码信号格式是：用2个周期的占空比为1:3(即高电平宽度为1，低电平宽度为2，周期为3)的波形来表示1个“0”，用2个周期的占空比为2:3(即高电平宽度为2，低电平宽度为1，周期为3)的波形来表示1个“1”，用1个周期的占空比为1:3的波形紧跟着1个周期的占空比为2:3的波形来表示“开路”。地址码和数据码都用宽度不同的脉冲来表示，两个窄脉冲表示“0”；两个宽脉冲表示“1”；一个窄脉冲和一个宽脉冲表示“F”也

35、就是地址码的“悬空”。编码芯片PT2262发出的编码信号由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字。解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平。PT2262每次发射时至少发射4组字码，因为无线发射的特点，第一组字码非常容易受零电平干扰，往往会产生误码，所以PT2272只有在连续两次检测到相同的地址码加数据码才会把数据码中的“1”驱动相应的数据输出端为高电平和驱动VT端同步为高电平。当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其

36、第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100的调幅。PT2272解码芯片有不同的后缀，表示不同的功能，有L4/M4/L6/M6之分，其中L表示锁存输出，数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态，直到下次遥控数据发生变化时改变。M表示非锁存输出，数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应，可以用于类似点动的控制。后缀的6和4表示有几路并行的控制通道，当采

37、用4路并行数据时（PT2272-M4），对应的地址编码应该是8位，如果采用6路的并行数据时(PT2272-M6)，对应的地址编码应该是6位。PT2262和PT2272除地址编码必须完全一致外，振荡电阻还必须匹配，一般要求译码器振荡频率要高于编码器振荡频率的2.58倍，否则接收距离会变近甚至无法接收，随着技术的发展市场上出现一批兼容芯片，在实际使用中只要对振荡电阻稍做改动就能配套使用。在具体的应用中，外接振荡电阻可根据需要进行适当的调节，阻值越大振荡频率越慢，编码的宽度越大，发码一帧的时间越长。市场上大部分产品都是用2262/1.2Mh和2272/200K组合的，少量产品用2262/4.7M与2

38、272/820K。PT2262编码电路与PT2272解码电路一般配对使用，PT2262的特点是在其内部已经把编码信号调制在了一个较高的载频上。要把遥控编码信息用无线方式(红外线或无线电等)传送出去，必须有载体(载波)，把编码信息“装载”在载体上(调制在载波上)才能传送出去，因此需要一个振荡电路和一个调制电路。PT2262编码器内部，已包含了这些电路，从DOUT端送出的是调制好了的约38kHz的高频已调波，因此使用起来非常方便，适用于红外线和超声波遥控电路。表3.2：编码电路PT2262管脚功能表名称 管脚说 明 D0-D57-8、10-13数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内部下拉 Vc

39、c18电源正端（）Vss9电源负端（）TE14编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效OSC116振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率OSC215振荡电阻振荡器输出端Dout17编码输出端（正常时为低电平）表3.3 解码电路 PT2272 脚管功能表名称 管脚说 明 A0-A111-8、10-13地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空),必须与2262一致,否则不解码 D0-D57-8、10-13地址或数据管脚,当做为数据管脚时,只有在地址码与2262一致,数据管脚才能输出与2262数据端对应的高电平,否则输出为低电平,锁存型只有在接收到下一数据才能转换

40、Vcc18电源正端（）Vss9电源负端（）DIN14数据信号输入端，来自接收模块输出端OSC116振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率OSC215振荡电阻振荡器输出端VT17解码有效确认输出端（常低）解码有效变成高电平（瞬态）基于PT2262的无线编码模块：码发射模块外形小巧、美观，与很多车辆防盗系统中的遥控器一样。根据功能的多少按键数也不一样，我们本章所用的发射模块为A、B、C、D四个按键。编码发射模块主要由PT2262编码IC和高频调制、功率放大电路组成。 电压为DC12V(电池供电) ，尺寸为58*39*14（mm），,工作频率为315MHz，工作电流13mA， 编码类型： 固

41、定码(板上焊盘跳接设置) 。应用说明：与各类型带解码功能的接收模块联合使用，解码输出后进行相应控制，如采用单片机进行读取接收并解码数据然后控制相应的灯或电源开关。其实物图和原理图如图3.4示。图3.4 发射接收模块实物图其中编码部分电路由PT2262编码IC来组成，具体电路见图3.5示。图3.5 电路原理图基于PT2272的无线解码模块：解码接收模块包括接收头和解码芯片PT2272两部分组成。接收头将收到的信号输入PT2272的14脚（DIN），PT2272再将收到的信号解码。解码接收模块和电路原理图如图3.6，接收板实物如图3.7所示。接收板工作电压为DC 5V，接收灵敏度： -103dBm

42、，尺寸(mm)： 49*20*7，工作频率：315MHz，工作电流：5mA，编码类型：固定码(板上焊盘跳接设置) 应用说明：与各类型遥控器配合使用，解码输出后进行相应控制，如采用单片机进行读取接收并解码数据然后控制相应的灯或电源开关。图3.6 模块和电路原理图图3.7 无线遥控接收实物图无线收发模块的地址码设定在通常使用中，我们一般采用8位地址码和4位数据码，这时编码芯片PT2262和解码芯片PT2272的第18脚为地址设定脚，有三种状态可供选择：悬空、接正电源、接地三种状态，地址编码不重复度为6561组，只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同，才能配对使用，遥控模块的生

43、产厂家为了便于生产管理，出厂时遥控模块的PT2262和PT2272的八位地址编码端全部悬空，这样用户可以很方便选择各种编码状态，用户如果想改变地址编码，只要将PT2262和PT2272的18脚设置相同即可，例如将发射机的PT2262的第2脚接地，第3脚接正电源，其它引脚悬空，那么接收机的PT2272只要也第2脚接地，第3脚接正电源，其它引脚悬空就能实现配对接收。用户可以在PCB板上直接将地址引脚（PCB板中间8个过孔焊盘）与L（低电平）或H（高电平）相连，从而实现地址设置。PT2262与PT2272地址设置要完全一样。当两者地址编码完全一致时，接收机对应的D1D4端输出约4V互锁高电平控制信号

44、，同时VT端也输出解码有效高电平信号7。O O O O O O O O L1 1 1 1 1 1 1 1 H无线模块的软硬件设计应用在功能稍复杂的系统中仅靠一对无线收发模块往往达不到要求，很多情况下都要借助于单片机扩展出更多的功能20。4 报站系统总体设计 4.1 报站系统的硬件设计系统以SPCE061A为核心，可以划分为无线发射接收，SPR4096资源存储与61板语音播放等部分，如下图所示。61板作为整个系统的核心控制，并且负责语音的输出。SPR模组_4096作为语音资源的存储介质。该模组配备SPR4096芯片可以存储512K(byte)的数据资源。其硬件框图如图4.1所示。SPR4096语

45、音存储模块无线遥控接收器无线遥控发射器扬声器功放电路主控制电路板图 4.1 自动报站系统硬件框图4.1.1 无线遥控发射接收模块设计接收板工作电压为5V，接收灵敏度103dBm，尺寸为 49*20*7 (mm)，工作频率为315MHz，工作电流为5mA，编码类型是固定码(板上焊盘跳接设置) 。应用说明：与各类型遥控器配合使用，解码输出后进行相应控制，如采用单片机进行读取接收并解码数据然后控制相应的灯或电源开关。无线遥控收发模块采用PT2262和PT2272微波收发配对集成电路，工作频率为315MHz左右，不会对其它电子设备的工作产生干扰.收发模块的电路原理13如图4.2和图4.3所示。图4.2

46、 遥控发射器电路原理图图4.3 遥控接收器电路原理图信号收发过程中利用PT2262和PT2272集成电路可实现编码，一方面可提高系统的抗干扰能力，另一方面还可对不同的站台进行不同的编码，以适应同一辆公交车在不同站台以及不同公交车在同一站台的准确报站。通过测试，遥控控制距离在离站台3050m左右为宜，根据不同站台的地理位置和环境条件的不同还可进行调整。4.1.2 SPR模组电路分析SPR模组_4096硬件原理图如图 4.4所示。图4.4 SPR模组_4096硬件原理图SPR模组_4096的硬件电路主要分成3大部分，下面分别介绍。 第一部分ResWriter工具对SPR4096/SPR1024进行

47、烧写的硬件电路如图4.5所示。 图4.5 烧写SPR4096/SPR1024硬件电路此部分电路主要起到控制SCK、SDA信号的作用，通过74HC244可以控制SDA信号的通与断，这样可以使用ResWriter工具发出符合烧写芯片的时序信号，完成对芯片的擦除、写入与校验功能。SPR模组预留两个接口，一个接口是EZ-probe，这是在使用ResWriter工具对SPR4096/1024进行烧写时连接使用的，另一个是10PIN的排线，主要提供电源以及与SPCE061A连接使用。用户请注意，SPR模组电路支持SPR4096和SPR1024，但只能同时对其中一种芯片进行使用。SPR模组有两种基本配置，一

48、种为电路板加SPR4096芯片，另一种为电路板加SPR1024芯片，而且在使用时必须配备下载线使用。第二部分SPR4096的工作电路，此部分工作电路是为了使SPR4096存储器工作的外围电路，通过SCK与SDA与外界相连。第三部分SPR1024的工作电路，如图4.6所示。图4.6 SPR1024工作电路此部分工作电路是为了使SPR1024存储器工作的外围电路，通过SCK与SDA与外界相连。4.1.3 CPU语音输出电路SPCE061A内置2路10位精度的DAC，只需要外接功放电路即可完成语音的播放。图 4.7是音频输出电路图。可以直接听喇叭输出的声音。图中的SPY0030也是凌阳公司的产品。它

49、的详细说明可以参见SPY0030 data sheet9。和LM386相比，SPY0030还具有下述优势；LM386输出功率100mW以下, SPY0030约700mW。其他特性请参考data sheet。图4.7 CPU语音输出电路SPCE061A内置2路10位精度的DAC，只需要外接功放电路即可完成语音的播放。如图2.5，图中的SPY0030是一款音频驱动放大芯片，可以工作在2.46V范围内(两节电池即可工作) ，最大输出功率可达700mW，由于它的便携性而有着广泛的实际应用。使用时用跳线将J2的1、2端连接起来即可。4.1.4 系统设计总原理图通过对凌阳单片机的特点以及无线遥控接发收模块

50、、SPR组模电路模块、CPU语音输出电路模块的分析，设计出该报站系统的总原理图，如图4.8所示。图4.8 系统总原理图4.2 报站系统软件设计4.2.1 SPCE061A的指令系统和集成开发环境IDE同硬件设计一样，软件设计也是分模块进行的。主要包括以下部分的程序：主程序、音频输出子程序、液晶屏显示子程序、存储子程序、按键扫描子程序。各子程序由主程序（main.c）调用，组成一个整体。为了能够体现设计的思路，每个功能都将从原理、所用函数以及程序流程图几个方面分别介绍。在进行系统的软件设计之前，必须熟悉单片机的指令系统和开发环境。在此先对SPCE061A的指令系统与集成开发环境作一个简单的介绍。

51、（1）指令系统在介绍指令格式指令系统以前，把描述指令等一些符号的意义先做如下简单的介绍。RD:目的寄存器或目的存储器指针Rs：源寄存器或源存储器指针；IM6 IM16：6位 16位立即数；A6 A16存储器6位16位常量；Rx-Ry：序列寄存器，X Y为序列号1为最低7为最高；MR：由R4 R3 组成的32位结果寄存器（R4为高字组 R3为低字组）；+ - * ：加减求补操作符记号；& | :逻辑与 或 异或操作符记号；+ -:指针单位字增量减量操作符；:寄存器间接寻址标志；:任选项；C:进位位；D:非零页数据段寻址标志；/:注释符；#:算术或逻辑操作符；():寄存器或存储单元中的数据；（2）

52、指令格式与寻址方式 指令的格式SPCE061A指令的组成格式不是以字节为单位，而是以16位的字为一个单位，有单字指令和双字指令两种格式，结构较为紧凑。根据操作数的数目又可区分出0、1、2、3四种格式。其指令可分为5大类：数据传送类指令；算术运算类指令；逻辑操作类指令；控制转移及设置指令。 寻址方式寻址方式象语言中的方言，在不同地方的要表达同一个意思可能会通过不同的腔调，也就是对不同的地点的操作数完成同一类操作可能需用不同的寻址方式。寻址方式包括：立即数寻址：在这种寻址方式中指令格式中包含了操作数，可以立即参与指令规定的操作，所以此操作数被称为立即数。立即数有两种6位（范围0X00-0X3F）和

53、16位（范围0X0000-0XFFFF）。寄存器寻址：这种寻址方式中，操作数存放在某工作寄存器中，也叫寄存器直接寻址。直接寻址：直接寻址就是在指令格式中直接给出了存放操作数的存储器地址，以供寻址取数或者存放数据。在书写指令的时候，直接寻址地址需要括起来，以表明是存储器操作数。直接寻址有三种方式。分别是6位地址直接寻址 16为地址直接寻址和22位地址直接寻址。寄存器间接寻址：寄存器间接寻址就是在指令格式中指定某一寄存器，其中存放的是操作数地址的地址，即操作数的地址是由寄存器间接提供的。由于寄存器是存放在存储单元中，故在书写指令时，所用寄存器需要用括起来，其格式为D：R。当省略D时R指向零页存储单

54、元。D不省略时，由R和段寄存器SR中的数据段DS共同指向存储单元，其中DS的值决定了存储器的页码。变址寻址：在这种寻址方式中，先对基址指针寄存器BP和6位立即数求和，即BP+IM6，算出有效的地址然后在从该地址处取操作数（注意的使用）。PC相对寻址：PC相对寻址只要用于转移指令中，指令执行时检测段寄存器SR中标志段的各标志位，作为程序转移的条件。若满足则转移到与PC相关的地址上。相对偏移量为有符号的6位二进制数即跳转的范围限制在63个字。PC相对寻址用于访问程序存储区。是否具有对高级语言HLL的支持已成为衡量微控制器性能的标准之一。显然，与汇编级上的编程相比在HLL平台上编程，代码清晰易读，易

55、维护易形成模块化，便于重复使用而增加代码的开发效率，因此具有诸多优势。在HLL中又因为C的可移植性最佳所以成为首选。因此，支持C语言几乎是所有微控制器设计的一项基本的要求，用C语言编程的优点有寄存器分配、数据类型等由编译器管理，编程及调试的时间减少，大大缩短开发周期，明显增加软件可读性，便于改进和扩充。而SPCE061A指令的设计就着重考虑了对C语言的支持。用C语言可以很方便地对SPCE061A进行编程。凌阳公司提供了一种支持凌阳16位单片机系列的集成开发环境，即nSP IDE。其界面如图4.9。它支持汇编语言和C语言混合编程进行程序开发，它同时集程序的编辑、编译、链接、调试以及仿真等功能为一

56、体，具有友好的交互界面、下拉菜单、快捷键和快速访问命令列表，使编程调试工作更加方便和高效。我们采用的是IDE2.0.0版11。图4.9 IDE2.0.0 的开发环境界面4.2.2 凌阳音频概述 语音处理大致可以分为A/D采样输入、编码处理、存储、解码处理以及D/A等；SPCE061解决方案将A/D、编码算法、解码算法、存储及D/A作成相应的模块，对于每个模块都有其应用程序接口API，用户只需了解每个模块所要实现的功能及其参数的内容，然后调用该API函数即可实现语音处理功能15。（1）凌阳音频压缩算法的编码标准下表是不同音频质量等级的编码技术标准（频响）。表4.1 编码技术标准信号类型频率范围（

57、HZ）采样率（KHZ）量化精度（位）电话话音200340088宽带音频5070001616调频广播2015K37.816高质量音频2020K44.116（2）压缩分类 压缩分无损压缩和有损压缩 无损压缩一般指：磁盘文件，压缩比低：2:14:1。而有损压缩则是指：音视频文件，压缩比可高达100:1。凌阳音频压缩算法根据不同的压缩比分为以下几种(具体可参见语音压缩工具一节内容)： SACM_A2000：压缩比为8:1，8:1.25，8:1.5SACM_S480： 压缩比为80:3，80:4.5 SACM_S240： 压缩比为80:1.5 按音质排序：A2000S480S240 。（3）凌阳常用的音

58、频形式和压缩算法A. 波形编码：sub-band即SACM_A2000 。特点：高质量、高码率，适于高保真语音音乐。B. 参数编码：声码器（vocoder）模型表达，抽取参数与激励信号进行编码。如：SACM_S240。特点：压缩比大，计算量大，音质不高，廉价。 C. 混合编码：CELP即SACM_S480 。特点：综合参数和波形编码之优点。本方案采用该编码方式。除此之外,还具有FM音乐合成方式即SACM_MS0116。(4)凌阳语音的播放、录制、合成和辨识凌阳的SPCE061A是16位单片机，具有DSP功能，有很强的信息处理能力，最高时钟频率可达到49MHz，具备运算速度高的优势等等，这些都无

59、疑为语音的播放、录放、合成及辨识提供了条件。凌阳压缩算法中SACM_A2000、SACM_S480、SACM_S240主要是用来放音，可用于语音提示，而DVR则用来录放音12。在第一次开机上电状态，初始化语音系统，报站按上行处理。开始扫描无线接收模块。4.2.3 初始化函数系统要对SPR4096、键盘、显示、时间初始化，参考下图4.10所示。开始设置系统是时钟49M设置IOB0、IOB1为输出结束 开始初始化IOB8-IOB15为下拉电阻输入口初始化键盘变量打开128Hz（IRQ6_TMB）中断结束。开始设置系统是时钟49MHZ设置IOB0、IOB1为输出结束图4.10 SPR4096初始化4

60、.2.4 语音播放的实现 由于语音资源存储在外廓的存储器SPR4096上面，要实现语音播放必须采用手动方式。需要获得语音资源，关键解决语音资源的起始地址，然后通过读取函数获得语音资源。函数流程参考图4.11。程序初始化遥控信号检测是否有遥控信号 NO防干扰程序 YES编码验证，按编码次序调用语音芯片信号，进行语音播报清看门狗图4.11 程序设计流程图程序设计流程如图4.11所示.首先对系统进行初始化设置，确定公交车的初始位置.如无特殊情况，默认为公交车从起始站出发.在公交车运行过程中，不断对微波遥控信号进行检测，当检测到某一站台的遥控信号时，首先进行防干扰处理，防干扰程序按照相同站台编码信号只

61、触发程序工作一次的思路来编写，这样就避免了公交车在靠近站台过程中因反复接收到遥控信号而引起的程序错乱。接下来对遥控信号进行编码验证，将接收到的遥控信号编码与存储在单片机内部存储器中的编码进行比对，以确定调用语音模块中语音信息的顺序，语音经单片机内部的D/A转换器后输出模拟语音信号，再经功率放大电路放大后，就可驱动扬声器进行发声，达到准确报站19。5 结论经过反复的调试和改进，通过最后的测试，公交车报站器在减少外围器件，成本大大降低的情况下，系统的运行的稳定性还有很大程度的提高；各种提示语音正常播放。公交车报站器给乘客和司机提供了方便。SPCE061A的结构特点及其相关的开发平台，为我们开发带语

62、音特色的产品带来了方便，公交车报站器是SPCE061A的一个基本应用，体现了SPCE061A的多种资源对产品开发的极大支持，同时体现了其独特的语音特色和显示功能。但是由于存储容量限制，功能不够齐全。利用61板的其他功能模块可以实现更多的功能。使用扩展存储器来增加存储容量，以增加更多的路线和服务用语；使用串口通信模块，实现报站器与计算机进行通信，实现资料更新。此外，通过此次毕业设计，我深刻地感觉到，只有理论与实践相结合才能真正意义上地掌握书本上的知识，才能增强自己的动手能力，才能锻炼科研思维、提高科研能力。参考文献1 罗亚非.凌阳16位单片机应用基础.北京:航空航天大学出版社，2003.2 薛钧义,