基于单片机的公交车自动报站系统设计毕业设计

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1、 本科毕业设计（论文）说明书本科毕业设计（论文）说明书 基于单片机的公交车自动报站系统的设计基于单片机的公交车自动报站系统的设计 系系 别别 电子信息工程系 专业班级专业班级 自动化（2）班 学生姓名学生姓名 指导教师指导教师 提交日期提交日期 2011 年 5 月 26 日 华南理工大学广州汽车学院华南理工大学广州汽车学院学位论文原创性声明学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全

2、意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华南理工大学广州汽车学院可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密保密，在 年解密后适用本授权书。本学位论文属于 不保密不保密。（请在以上方框内打“” ）学位论文作者签名： 日期： 年 月 日指导教师签名： 日期： 年 月 日 华华 南南 理理 工工 大大 学学 广广

3、州州 汽汽 车车 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 （论文）（论文） 任任 务务 书书 兹发给 班学生 毕业设计（论文）任务书，内容如下： 1.毕业设计（论文）题目： 基于单片机的公交车自动报站系统的设计 2.应完成的项目： （1） 设计一个公交车自动报站系统，以实现公交车的语音自动报站，即在进站、出站时候自动播报语音提示信息及服务用语，同时进行显示。 （2） 公交车自动报站系统实物的制作与调试 （3） 论文的撰写 3.参考资料以及说明： （1） 廖继红.数字通信技术M.北京：高等教育出版社,2006 年 （2） 梁子伊.ISD4004 系列语音芯片的单片机控制技术J. （3） 周航慈.单片

4、机应用系统程序设计技术M.北京航空航天大学出版社 （4） 胡汉才.单片机原理及系统设计M. 北京：清华大学出版社,2001.01 第一版 （5） （6） （7） 4.本毕业设计（论文）任务书于 年 月 日发出，应于 年 月 日前完成，然后提交毕业考试委员会进行答辩。 专业教研组（系）负责人 审核 年 月 日 指导教师（导师组） 签发 年 月 日毕业设计（论文）评语： 毕业设计（论文）总评成绩： 毕业设计（论文）答辩小组负责人签字： 年 月 日 I摘摘 要要根据 STC89C52 单片机的特点和公交车报站的特点，本文提出了一种用单片机控制语音芯片进行公交车语音模拟报站的方法，同时给出了软硬件设计

5、的方法，设计过程中包括硬件电路设计和软件程序编写两个方面。本系统硬件利用 STC89C52 作为 CPU 进行总体控制，通过 ISD4004 语音芯片建立语音信息库，对语音信息进行自由组合，形成变化多样的语音信息，利用 LM386功能播出语音信息以及提示语音，同时运用 LCD 液晶显示器进行站数显示。本系统软件利用软件 keilC51 进行 C 语言编程，将系统要实现的 LCD 显示，ISD4004 语音播报，红外控制中断服务程序等进行编程，把程序通过串口写到STC89C52 中去，反复进行调试，将系统完善。当公交车到达某站点，用键盘控制本系统工作，或者通过红外遥控触发系统工作，通过语音电路输

6、出语音信息和提示，LCD 液晶显示器同时显示时间、温度信息。时间采用实时时钟芯片 DS1302 来获取信息，通过手动键盘，识别语音播放地址，驱动扬声器播放相应站名，温度采用温度传感芯片 DS18B20 来获取温度信息，再通过单片机处理由液晶器显示出来，该公交车报站器结构简单，使用灵活，功能稳定，音质自然、清晰，无论对于社会或者科研都有一定的研究价值。关键词关键词：公交车，液晶显示器，单片机，语音芯片IIThe design of bus station-voice reported were based on the MCUAbstractAccording to the characteri

7、stics of the STC89C52 microcontroller and the characteristics of bus-stop, this paper, a voice chip whit a microprocessor controlled voice synthesizer reported the bus station, and gives the hardware and software design methods, design process, including hardware design and two aspects of software p

8、rogramming. The system hardware using STC89C52 as the CPU for overall control, the establishment by ISD4004 voice chip voice information database, and a free combination of voice information to form a diverse voice message, voice message broadcast using LM386 amplifier and voice prompts. The system

9、software uses the C programming language software keilC51, the system to achieve the LCD display, ISD4004 voice broadcast, infrared control program such as interrupt service routine, the procedure to go through the serial port writes STC89C52, repeated testing,to make the system perfect.While the us

10、e the keyboard to control the system work, Or by infrared remote trigger system work，the output voice information through voice circuits and tips, LCD simultaneously shows time, temperature Information, real time clock chip DS1302 used to obtain time information by manual keyboard, voice broadcast a

11、ddress recognition, driving speaker broadcast station name, Temperature using temperature sensor chip DS18B20 to obtain temperature information, and then processing through the MCU out of the liquid crystal displays. The bus-stop device structure is simple, flexible, functional stability, and sound

12、natural, regardless of social or scientific research has some value.Keyword: Bus, LCD, MCU, Voice ChipIII目目 录录摘摘 要要.IABSTRACTABSTRACT.II引言引言.1第一章第一章 公交车自动报站系统设计的意义及任务公交车自动报站系统设计的意义及任务.31.1公交车自动报站系统设计的意义.31.2设计任务.3第二章第二章 系统的硬件设计和方案对比选择系统的硬件设计和方案对比选择.52.1 系统设计结构图 .52.2 系统设计方案对比选择 .52.2.1 MCU 微处理控制器的方案

13、对比选择.62.2.2 LCD 液晶显示模块的方案对比选择.62.2.3 语音芯片的方案对比选择 .72.2.4实时时钟电路的方案对比选择 .72.2.5 控制方式方案选择 .8第三章第三章 系统的硬件设计电路及元件说明系统的硬件设计电路及元件说明.93.1 MCU 微控制器电路.93.2 LCD 液晶显示电路.113.3 语音芯片电路 .143.3.1 ISD4004 引脚的说明.143.3.2 ISD4004 的操作模式说明.163.4 功放电路 .173.5 红外无线控制电路及控制说明 .183.6 按键控制 .203.7 实时时钟电路 .203.8 温度传感模块 .21IV3.9 晶振

14、电路 .223.10 系统电源供电电路 .23第四章第四章 系统的软件设计系统的软件设计.254.1 中断服务程序 .254.2 录音/放音控制程序 .274.3 红外遥控解码程序 .284.4 主程序设计 .29第五章第五章 系统的制作、焊接与调试系统的制作、焊接与调试.315.1 系统的制作 .315.2 系统的焊接 .315.3 系统的调试 .31第六章第六章 系统的验证及改进系统的验证及改进.336.1 系统的验证 .336.2 系统的待改进的模块 .33设计总结设计总结.35参考文献参考文献.37致谢致谢.39附录附录.41附录一 系统的主程序清单 .41附录二 基本单片机公交车自动

15、报站系统设计的原理图 .50附录三 基本单片机公交车自动报站系统设计的 PCB 图 .51附录四 基于单片机公交车自动报站系统设计的元器件清单 .52附录五 基于单片机公交车自动报站系统设计的实物图 .53附录六 基于单片机公交车自动报站系统设计的使用说明 .54 引言1引言引言虽着我国城市建设的发展，对城市服务行业的服务质量要求也越来越高。公交车作为市民出行的主要交通工具，已经被越来越多的市民所熟悉，公交车服务质量它代表了一个城市交通发展的水平。现如今由售票员人工售票，报站的公交车已经基本没有了，无人售票公交车在街头逐渐多起来了，语音报站器也被广泛使用，这在相当大的程度上免除了乘务人员沿途报

16、站的麻烦，给许多不熟悉公交线路的乘客带来了方便。随着电子技术的不断发展，单片机技术的日益成熟，和多媒体技术的普通应用，使得公交车语音报站器服务更加完善。本设计结合单片机的特点和公交车报站器的特点，提出了一种基于单片机 STC89C52 来控制语音芯片 ISD4004 进行公交车语音报站，并通过 LCD1602 来显示当前实时情况。本设计的论文包括硬件电路设计和软件程序设计两个方面，其中前者主要在第三章中重点叙述，后者在第四章中叙述。在本设计论文的结尾，分别附有与本设计相关的资料，包括设计系统主程序，系统原理图，系统 PCB 图，系统元件清单，系统实物图及系统使用说明。华南理工大学广州汽车学院本

17、科毕业设计（论文）说明书2第一章 公交车自动报站系统设计的意义及任务3第一章第一章 公交车自动报站系统设计的意义及任务公交车自动报站系统设计的意义及任务1.1公交车自动报站系统设计的意义随着城市化进程的加快，公交交通作为城市的基础设施之一，仍然是绝大多数出行者的首选交通式。传统由乘务人员人工报站，该方式因其效果太差和工作强度太大，在绝大多城市已经被淘汰。随着科学技术的日益发展和进步，微型计算机已经在很多领域得到广泛的应用。在声学领域，微机技术与各种语音芯片的结合，既可以完成语音的合成技术，又可以使得公交车报站器的实现，从而为市民提供了更加人性化的服务，鉴于公交车报站的具体情况，结合公交车的使用

18、特点及实际运营环境，设计了一种由单片机控制的公交车报站系统。公交车报站系统的设计应用单片机，LED 显示，语音芯片，使得到站信息及提示信息以语音和显示的方式告知市民，为市民提供更人性化，更完善的服务。选题的研究现状如下所述：目前公交车报站系统技术主要有以下几种：第一种是目前最常用的系统，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并且开始预报下站的站名；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

19、报下一站，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。 1.2设计任务公交车自动报站系统的主要设计任务如下：1). 通过大量的参考文献，了解公交车报站系统的相关技术与概念，并做出一些总结。2). 不同公交线路的站名的输入和更换。3). 可以完整地手动播报一条公交线路的站名，包括上行线路与下行线路。4). 使用本系统可以进行语音播报，使报站器更人性化。5).

20、可以在 LED 显示屏上显示时间、日期、报站信息、提示语和广告。6). 利用汽车后门的打开与关闭实现对当前站名的播报和下一站的预报，当播华南理工大学广州汽车学院本科毕业设计（论文）说明书4报出错时还可以利用调试按钮进行对播报系统的调试。第二章 系统的硬件设计和方案对比选择5第二章第二章 系统的硬件设计和方案对比选择系统的硬件设计和方案对比选择本章重点主要是从系统结构图来阐述了硬件的设计以及从方案上对比选择各个电路部分的原件，目的是使系统达到一个低成本、高质量、稳定可靠的设计。2.1 系统设计结构图根据系统设计的要求和设计思路，确定该系统的系统设计结构图。如图 2-1 所示。硬件电路主要有 MC

21、U 微处理控制器单元、LCD 液晶显示模块、语音芯片、功放、按键控制、红外电路模块、温度测试模块、实时时钟电路、晶振电路、电影模块等电路组成。 图 2-1 系统设计结构图2.2 系统设计方案对比选择根据设计要求，结合实际情况和设计成本要求，对系统主要部分的电路方案叙述如下。华南理工大学广州汽车学院本科毕业设计（论文）说明书62.2.1 MCU 微处理控制器的方案对比选择方案一：MCU 微处理控制器的种类很多，有宏晶科技公司生产的 STC89CXX 系列单片机，其中有 8 位的单片机，也有 16 位的单片机。STC89C52 为 8 位的单片机，它是一种低损耗、高性能的 CMOS 微处理器，片内

22、有 8K 字节的存储空间，128 字节RAM、4 个 8 位并口、1 个全双工串行口、2 个 16 位定时/计数器，寻址范围 64K。并且可以在线进行重复编程、快速擦除、快速写入程序，能重复擦除/写入 1000 次左右，数据保存时间为十年。方案二：微处理控制器也有凌阳公司生产的，同样有 8 位的 CPU 和 16 位的CPU。它也有很多特点，比如：体积下、集成度高、可靠行好、易于扩展；具有较强的中断处理能力；功能强、效率高的指令系统及低功耗、低电压。但是其应用领域主要是为控制处理数据处理以及数字信号处理等领域，其中凌阳的 16 位单片机就是为适应这种发展而设计的。综上所述，在本设计中，考虑到本

23、人对单片机的运用熟练度和单片机功能领域，选择宏晶科技公司生产的 STC89C52 单片机作为本设计的微控制器。2.2.2 LCD 液晶显示模块的方案对比选择 方案一：显示的方法有很多种，其中 LED 数码管是常用的一种显示方法。在这个设计中，可以用 LED 数码管来显示相应站台的站号，提醒司机自动是去向或者是回向的第几站，让司机心里有数，同时增加显示数字的可读性。该设计中，显示站号，至少要 2 个 LED 数码管，显示时间信息要 12 个，显示温度信息要 2 个，总共需要 16 个LED 数码管。单价是 1.2 元，那 16 个共需要 161.2=19.2（元） 。另外十几个数码在布线中会很累

24、赘，而且显示效果也不佳，给设计带来很不方便的使用，也不实用。方案二：LCD1602 液晶显示器是一块价廉物美的器件，其体积小，控制简单，使用方便。它能显示 2 行 16 列的数字或英文信息，另外它的线很少，只要 8 根数据线和 3 根控制线，这样给使用带来很大的方便，节约单片机 I/O 口。市场上一块LCD1602 的价格也就 15 元左右，比数码管还便宜，况且显示的站牌能更清晰。方案三：功能强大、可以显示中文文字的 LCD12864 液晶显示器，其价格贵，体积大，控制比 LCD1602 稍微复杂点，但是使用也是很方便的。在控制使用上，需要 8根数据线和 3 根控制线，其余的 PSB、和 BL

25、A 直接与 VCC 相连接。但是在本设计RST中使用它的性价比不高，体积大，占用覆铜板面积大，而且笨拙。综上所述，在 LCD 液晶显示模块上，选择方案二中的 LCD1602 液晶显示器作为本设计的显示模块。显示时间、温度、去向或者是回向的站号信息，方便司机和乘客读取其上面的信息值得目前的实时情况。第二章 系统的硬件设计和方案对比选择72.2.3 语音芯片的方案对比选择方案一：台湾公司生产的 ARP9600 语音录放芯片，是采用模拟存储技术的一款音质好、低嗓音不怕断电、可反复录放的新型语音芯片，单片可录放 32-60 秒，串行控制时可分 256 段以上，并行控制时最大可分 8 段。与 ISD 同

26、类芯片相比它具有：价格便宜，有多种手动控制方式，分段管理方便、多段控制时电路简单、采样速度及录放音时间可调、每个单键均有开始停止循环多种功能等特点，同时保留了 ISD4004 芯片一些特点，都是 DIP28 双列直插塑料封装，在管脚排列上也基本相同。方案二：ISD4004 系列工作电压3V,单片录放时间8 至16 分钟,音质好,适用于移动电话及其他便携式电子产品中。芯片采用CMOS 技术,内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列。芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制,操作命令可通过串行通信接口(SPI 或Microwire)送入。芯片采用多电平直

27、接模拟量存储技术, 每个采样值直接存贮在片内闪烁存贮器中,因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声,避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和金属声。采样频率可为 4.0,5.3,6.4,8.0kHz,频率越低,录放时间越长,而音质则有所下降,片内信息存于闪烁存贮器中,可在断电情况下保存100 年(典型值),反复录音10 万次。综上所述，结合本设计的需要及控制情况，选择方案二最好。台湾公司生产的ARP9600语音录放芯片和美国ISD公司的ISD4004语音录放芯片相比，相同点都是DIP28双列直插塑料封装，在管脚排列上也基本相同，+5V 电源供电，可以不加功放直接外接驱动扬

28、声器。但是不同点是ISD4004的录放时间为8至16分钟，在设计中需要录音时间长点的，利于每个站台的录音和报站；另外，在控制上，ISD4004可以直接通过地址的方式查询录音信息并通过扬声器报放录音信息；最后也是最重要的，ISD4004具有录音结束标志，当录音结束后，单片机可以通过读取该标志产生EOM中断信号，使、PD置高电平，从而控制ISD4004进入不工作节能状态。CE2.2.4实时时钟电路的方案对比选择方案一：DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟电路芯片，它可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为 2.5V

29、5.5V。采用三线接口与 CPU 进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或 RAM 数据。DS1302 内部有一个 318 的应用临时性存放数据的 RAM 寄存器。DS1302 是有主电源/后背电源双电源引脚，可以同时对后背电源进行涓细电流充电。方案二：DS12887 也是是美国 DALLAS 半导体公司最新推出的串行接口实时时钟芯片，采用 CMOS 技术制成，内部具有晶振和时钟芯片备份锂电池。采用 DS12887华南理工大学广州汽车学院本科毕业设计（论文）说明书8芯片设计的时钟电路无需任何外围电路和器件，并有良好的微机接口。DS12887 芯片具有微功耗、外围接口简单、精度

30、高、工作稳定可靠等优点，可广泛用于各种需要接很多引脚，才能对它达到一个很好的控制。综上所述，结合本设计的实际问题及单片机 I/O 口线，选择方案一种的 DS1302作为本设计的实时时钟电路的芯片。其控制方便、占单片机 I/O 口线少、体积小、价格便宜，方便本设计的使用。2.2.5 控制方式方案选择 考虑到本设计的接收站号信息和本人所学信息领域，采用红外发送接收模块作为本设计的主要控制方式，将每个站台都设置成一个红外发射模块，有自己的发射的信息，在公交车上设置一个红外接收模块，每当接收到站台所发射的信号做出相应的站台播报信息和显示，并且精度较准，然后再此基础上加多一个键盘控制方式以便在站台报站时

31、发生错误信号可以做出调整，采用单键控制，循环线路，一个上行路线，一个下行路线。第三章 系统的硬件设计电路及元件说明9第三章第三章 系统的硬件设计电路及元件说明系统的硬件设计电路及元件说明本章根据系统设计结构图来对每个部分的电路进行分析和说明，重点讲述微控制器 STC89C52、语音芯片 ISD4004、液晶显示模块 LCD1602、实时时钟芯片 DS1302、温度模块芯片 DB18B20 和红外控制模块。该系统中 STC89C52 是核心器件，系统的设计原理图如附录二所示。3.1 MCU 微控制器电路STC89C52 的塑封图如图 3-1 所示，它为 DIP40 双列直插塑料封装。STC89C

32、52 作为系统的核心控制元件，只有它能正常工作后才能使其它的元件进入正常工作状态。因此，下面对 SYC89C52 进行必要的说明，STC89C52 的管脚如图 3-2 所示。图 3-1 STC89C52 塑封图 图 3-2 STC89C52 引脚图华南理工大学广州汽车学院本科毕业设计（论文）说明书10STC89C52 具体介绍如下：1).主电源引脚（2 根）VCC(Pin40)：电源输入，接5V 电源GND(Pin20)：接地线2).外接晶振引脚（2 根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端3).控制引脚（4 根）RST/VPP(Pin9

33、)：复位引脚，引脚上出现 2 个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。4).可编程输入/输出引脚（32 根）STC89C52 单片机有 4 组 8 位的可编程 I/O 口，分别位 P0、P1、P2、P3 口，每个口有 8 位（8 根引脚），共 32 根。PO 口（Pin39Pin32）：8 位双向 I/O 口线，名称为 P0.0P0.7P1 口（Pin1Pin8）：8 位准双向 I/O 口

34、线，名称为 P1.0P1.7 P2 口（Pin21Pin28）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P2.0P2.7 P3 口（Pin10Pin17）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P3.0P3.7STC89C52 主要功能如表 3-1 所示。表 3-1 STC89C52 主要功能主要功能特性兼容 MCS51 指令系统8K 可反复擦写 Flash ROM32 个双向 I/O 口256x8bit 内部 RAM3 个 16 位可编程定时/计数器中断时钟频率 0-24MHz2 个串行中断可编程 UART 串行通道2 个外部中断源共 6 个中断源2 个读写中断口线3 级加密位低功耗空闲和掉电模式

35、软件设置睡眠和唤醒功能第三章 系统的硬件设计电路及元件说明113.2 LCD 液晶显示电路1）.在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点：显示质量高：由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新新亮点。因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。数字式接口：液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。体积小、重量轻：液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。功耗低：相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动 IC 上

36、，因而耗电量比其它显示器要少得多。2）. LCD1602 是一种用 57 点阵图形来显示字符的液晶显示器模块，它显示的容量为 2 行 16 个字。其实物如图 3.3 和 3.4 所示，它的显示内容丰富、体积小、美观和易于控制都是本设计选择作为显示模块的原因。其引脚结构图如图 3.6 所示。图 3-3 LCD1602 正面图 图 3-4 LCD1602 反面图 图 3-5 LCD1602 引脚图华南理工大学广州汽车学院本科毕业设计（论文）说明书123）.引脚功能说明 1602LCD 采用标准的 14 脚（无背光）或 16 脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表 3-2 所示: 表 3-2 引脚接口

37、说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极 第 1 脚：VSS 为地电源。第 2 脚：VDD 接 5V 正电源。第 3 脚：VL 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影” ，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。第 4 脚：RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第 5 脚：R/W 为

38、读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS 和 R/W 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 R/W 为高电平时可以读忙信号，当 RS 为高电平 R/W 为低电平时可以写入数据。第 6 脚：E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第 714 脚：D0D7 为 8 位双向数据线。 第 15 脚：背光源正极。第 16 脚：背光源负极。第三章 系统的硬件设计电路及元件说明13 4）.1602LCD 的指令说明及时序,模块控制器共有 11 条控制指令，如表 3-3 所示： 表 3-3 控制命令表序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2

39、D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到 CGRAM 或 DDRAM）10要写的数据内容11从 CGRAM 或 DDRAM 读数11读出的数据内容1602 液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1 为高电平、0 为低电平） 指令 1：清显示，指令码 01H,光标复位

40、到地址 00H 位置。指令 2：光标复位，光标返回到地址 00H。指令 3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。 指令 4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。 指令 5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。 指令 6：功能设置命令 DL：高电平时为 4 位总线，低电平时为 8 位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显

41、示 F: 低电平时显示 5x7 的点阵字符，高电平时显示 5x10 的点阵字符。 指令 7：字符发生器 RAM 地址设置。 指令 8：DDRAM 地址设置。 指令 9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。 华南理工大学广州汽车学院本科毕业设计（论文）说明书14指令 10：写数据。 指令 11：读数据。5）.如表 3-4 所示是 1602 的内部显示地址。表 3-4 1602LCD 内部显示地址3.3 语音芯片电路3.3.1 ISD4004 引脚的说明ISD4004 的塑封图如图 3-6 所示，引脚图如图 3-7 所示。 图 3

42、-7 ISD4004 塑封图 图 3-8 ISD4004 的引脚图对其引脚说明如下：1）.电源:(VCCA,VCCD)： 为使噪声最小,芯片的模拟和数字电路使用不同的电源总线,并且分别引到外封装的不同管脚上,模拟和数字电源端最好分别走线,尽可能在靠近供电端处相连,而去耦电容应尽量靠近器件。2).地线:(VSSA,VSSD) 芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线。第三章 系统的硬件设计电路及元件说明153).同相模拟输入(ANA IN+) 这是录音信号的同相输入端。输入放大器可用单端或差分驱动。单端输入时,信号由耦合电容输入,最大幅度为峰峰值 32mV,耦合电容和本端的 3K 电阻输入阻抗决

43、定了芯片频带的低端截止频率。差分驱动时,信号最大幅度为峰峰值 16mV，为 ISD33000 系列相同。4).反相模拟输入(ANA IN-) 差分驱动时,这是录音信号的反相输入端。信号通过耦合电容输入,最大幅度为峰峰值 16mV5).音频输出(AUD OUT) 提供音频输出,可驱动 5K 的负载。6).片选(SS) 此端为低,即向该 ISD4004 芯片发送指令，两条指令之间为高电平。7).串行输入(MOSI) 此端为串行输入端，主控制器应在串行时钟上升沿之前半个周期将数据放到本端,供 ISD 输入。8).串行输出(MISO) ISD 的串行输出端。ISD 未选中时,本端呈高阻态。9).串行时

44、钟(SCLK) ISD 的时钟输入端,由主控制器产生,用于同步 MOSI 和MISO 的数据传输。数据在 SCLK 上升沿锁存到 ISD,在下降沿移出 ISD。10).中断(/INT) 本端为漏极开路输出。ISD 在任何操作(包括快进)中检测到EOM 或 OVF 时,本端变低并保持。中断状态在下一个 SPI 周期开始时清除。中断状态也可用 RINT 指令读取。OVF 标志-指示 ISD 的录、放操作已到达存储器的未尾。EOM 标志-只在放音中检测到内部的 EOM 标志时,此状态位才置 1。11).行地址时钟(RAC) 漏极开路输出。如图 3-8 所示，每个 RAC 周期表示 ISD 存储器的操

45、作进行了一行(ISD4004 系列中的存贮器共 2400 行)。该信号 175ms 保持高电平,低电平为 25ms。快进模式下,RAC 的 218.75s 是高电平,31.25s 为低电平。该端可用于存储管理技术。图 3-8 时钟 RAC 周期12).外部时钟(XCLK) 本端内部有下拉元件。芯片内部的采样时钟在出厂前已调校,误差在 +1%内。商业级芯片在整个温度和电压范围内, 频率变化在+2.25%内。工业级芯片在整个温度和电压范围内,频率变化在-6/+4%内,此时建议使用稳压电源。若要求更高精度,可从本端输入外部时钟(如前表所列)。由于内部的防混淆及平滑滤波器已设定,故上述推荐的时钟频率不

46、应改变。输入时钟的占空比无关紧要,因内部华南理工大学广州汽车学院本科毕业设计（论文）说明书16首先进行了分频。在不外接地时钟时,此端必须接地。13).自动静噪(AMCAP) 当录音信号电平下降到内部设定的某一阈值以下时,自动静噪功能使信号衰弱,这样有助于养活无信号(静音)时的噪声。通常本端对地接 1mF 的电容,构成内部信号电平峰值检测电路的一部分。检出的峰值电平与内部设定的阈值作比较,决定自动静噪功能的翻转点。大信号时,自动静噪电路不衰减,静音时衰减6dB。1mF 的电容也影响自动静噪电路对信号幅度的响应速度。本端接 VCCA 则禁止自动静噪。3.3.2 ISD4004 的操作模式说明ISD

47、4004 工作于SPI 串行接口。SPI 协议是一个同步串行数据传输协议,协议假定微控制器的SPI 移位寄存器在SCLK 的下降沿动作,因此对ISD4004 而言,在时钟止升沿锁存MOSI 引脚的数据,在下降沿将数据送至MISO 引脚。协议的具体内容为：1）.所有串行数据传输开始于SS 下降沿。2）.SS 在传输期间必须保持为低电平,在两条指令之间则保持为高电平。3）.数据在时钟上升沿移入,在下降沿移出。4）.SS 变低,输入指令和地址后,ISD 才能开始录放操作。5）.指令格式是(8 位控制码)加(16 位地址码)。6）.ISD 的任何操作(含快进)如果遇到EOM 或OVF,则产生一个中断,

48、该中断状态在下一个SPI 周期开始时被清除。7）.使用读指令使中断状态位移出ISD 的MISO 引脚时,控制及地址数据也应同步从MOSI 端移入。因此要注意移入的数据是否与器件当前进行的操作兼容。当然,也允许在一个SPI 周期里,同时执行读状态和开始新的操作(即新移入的数据与器件当前的操作可以不兼容)。8）.所有操作在运行位(RUN)置1 时开始,置0 时结束。9）.所有指令都在SS 端上升沿开始执行。第三章 系统的硬件设计电路及元件说明17SPI 控制寄存器控制器件的每个功能,如录放、录音、信息检索(快进)、上电/掉电、开始和停止操作、忽略地址指针等。详见下表3-5：表3-5 SPI控制寄存

49、器功能表IAB 置0 时,录、放操作从A9-A0 地址开始。为了能连贯地录、放到后续的存储空间,在操作到达该行末之前,应发出第二个SPI 指令将IAB 置1,否则器件在同一地址上反复循环。这个特点对语音提示功能很有用。RAC 脚和IAB 位可用于信息管理。3.4 功放电路 LM386 是美国国家半导体公司生产的音频功率放大 器,主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少,电压增益内置为 20。但在 1 脚和 8 脚之间增加一只外接电阻和电容,便可将电压增益调为任意值,直至 200。输入端以地位参考,同时输出端被自动偏置到电源电压的一半,在 6V 电源电压下,它的静态功耗仅为 24mW,使得

50、LM386特别适用于电池供电的场合。 LM386 的封装形式有塑封 8 引线双列直插式和贴片式。如图 3-9 所示华南理工大学广州汽车学院本科毕业设计（论文）说明书18 图3-9 LM386封装图在本设计中，使用外接功放LM386的方法来提高功率，在ISD4004的14脚（SP+）外接一个6C2 瓷片电容，将音频信号耦合至电位器6R1，通过调节电位器的中心抽头位置来改变输入给LM386的信号强度，从而控制了扬声器的音量大小。LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少，电压增益内置为20.但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增

51、益调为任意值。本设计中使用+5V（VCC）电源电压供电，电路连接图如图3-10所示，图中采用的是增益为200dB的接法。 图3-10 功放电路连接图3.5 红外无线控制电路及控制说明红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空凋机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。第三章 系统的硬件设计电路及元件说明19通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用编/解码专用集成电路

52、芯片来进行控制操作，如图 3-11 所示。发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED 红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。 图 3-11 红外遥控系统接收器及解码: 一体化红外线接收器是一种集红外线接收和放大于一体，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与 TTL 电平信号兼容的所有工作，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输。接收器的形状如图 3-12 所示： 红外接收器的连接图如图 3-13：图 3-12 接收器的形状 图 3-13 红外接收器连接图图中 3 个引脚从左到右依次是：1). 信号输出2). 地线（GND）3). 电源

53、 （+5V）华南理工大学广州汽车学院本科毕业设计（论文）说明书203.6 按键控制本设计使用简单的独立式按键来控制报站信息，同时设置系统在不同功能下让单个按键的功能也跟随不同，按键采用重复使用功能，这使系统看起来较简便，控制简单，设计新颖，如图 3-14 所示就是系统的独立按键连续图，有分别控制去向和回向的状态。 图 3-14 独立键盘3.7 实时时钟电路本设计中使用的 DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加 31 字节静态 RAM，采用 SPI 三线接口与 CPU 进行通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和 RAM 数据。实时时钟可提

54、供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与 31 天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达 2.55.5V。采用双电源供电（主电源和备用电源） ，可设置备用电源充电方式，提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。DS1302 的引脚图如图 3-15 所示。设计连接图如图 3-16 所示，其中 C13 和 C14起微调晶振的作用。第三章 系统的硬件设计电路及元件说明21 图 3-15 DS1302 的引脚图 图 3-16 DS1302 的连接图各引脚的功能为：1）. Vcc2：5V 电源。当 Vcc2Vcc1+0.2V 时， 由 Vcc2 向 DS1302 供电，当 Vcc27800)&

55、amp;(LowTime3600)&(HighTime4700) /如果是引导码,就开始解码,否则放弃,引导码的低电平计时 /次数9000us/1.085=8294, 判断区间:83005007800，83005008800. if(DeCode()=1) / 执行遥控解码功能 Disp();/调用 1602LCD 显示函数 /beep();/蜂鸣器响一声 提示解码成功 addrplay=tablek; play(); EX0=1; /开启外中断 EX0 华南理工大学广州汽车学院本科毕业设计（论文）说明书284.2 录音/放音控制程序电路上电后，程序首先完成程序的初始化，随后查询按键状

56、态，进入系统待机状态。如果有按键按下，则转去执行该按键指向的工作程序。按键包括放音键，停止键，加一，减一键以及特殊语键。在待机状态下，如果放音键首次被按下，程序将首先判断是去还是回（公交车路径一般是既去又回的），并点亮相应的指示灯。自动读出第一站的放音内容，站号显示1。如果不是首次按下，程序则首先判断当前站号，并以该站号为依据获得存放该站放音内容的首地址。调用放音子程序，读入前面获得的本站放音内容首地址，开始放音。每一句放音完毕后，ISD4004 的中断引脚（25 脚）会自动送一低电平信号。在硬件设计中，该引脚与单片机的P3.3 连接。因此，会引起一次中断，在中断子程序中会有一个计数器记录中断

57、次数，从而判断何时一站结束，站号加一并刷新显示。加一键按下后则使程序放音内容转向下一站，减一键则使程序放音内容转向上一站，相应的站号显示也将随之刷新。特殊语键按下后，程序转向执行特殊语放音（譬如拐弯请注意等语句）。停止键被按下将中止当前的放音状态。程序流程图如图 4-2 所示： 图 4-2 录音/放音程序流程图第章 系统的制作、焊接与调试294.3 红外遥控解码程序解码的关键是如何识别“0”和“1” ，如图 4-3 所示，从位的定义我们可以发现“0” 、 “1”均以 0.56ms 的低电平开始，不同的是高电平的宽度不同， “0”为0.56ms,“1”为 1.68ms,所以必须根据高电平的宽度区

58、别“0”和“1” 。如果从0.56ms 低电平过后，开始延时，0.56ms 以后，若读到的电平为低，说明该位为“0” ，反之则为“1” ，为了可靠起见，延时必须比 0.56ms 长些，但又不能超过 1.12ms,否则如果该位为“0” ，读到的已是下一位的高电平，因此取（1.12ms+0.56ms）/2=0.84ms 最为可靠，一般取 0.84ms 左右均可。根据码的格式，应该等待 9ms 的起始码和 4.5ms 的结果码完成后才能读码。 图 4-3 遥控码的时序图华南理工大学广州汽车学院本科毕业设计（论文）说明书304.4 主程序设计系统的主程序设计是用来控制整个系统运行时的时序工作状态，因此

59、，完善的程序设计是本设计的重点内容。图 4-4 是本设计使用的主程序设计流程图 图 4-4 主程序流程图第章 系统的制作、焊接与调试31第五章第五章 系统的制作、焊接与调试系统的制作、焊接与调试华南理工大学广州汽车学院本科毕业设计（论文）说明书32 本章主要介绍了基于单片机公交车语音报站器设计系统的制作、焊接、调试及安装。5.1 系统的制作通过以上的几章的介绍和说明，按照电子工艺的操作工程开始制作电路。1). 根据电路原理图，列出元件清单表，照着清单去电子市场买好相应的元件，并根据各自元件的封装，画好系统的 PCB 图。2). 由于现成条件不足，所以按照 PCB 图制作电路板，直接用万能板制作

60、电路板。3). 在万能板上定好各个部分元件的位置并安装上去。5.2 系统的焊接 在元件的焊接过程中，需要注意几点事项： 1). 先焊接跳线，再焊接个子较低的元件，最后焊接体积大的，个子高的元件及飞线。 2). 在焊接过程中，要注意焊接的质量，避免有空焊、虚焊、桥接等焊接质量问题的出现。 3). 极性元件在安装焊接的时候一定要注意极性是否和原理图上的相对应，特别是电解电容和二级管。5.3 系统的调试按照上面的步骤，系统在正常的情况下安装并焊接完成。在调试前，先检测系统的 VCC 和 GND 之间是否有短路和断路现象，如果有，用万用表检查故障原因并维修好，直到把故障消除。然后按照设计结构电路分别对

61、各电路结构进行检测。1). 电源电路的调试：前工序做好了，把外部直流电源 9V 接在万能焊好的电源插座上，观察电源指示灯是否正常点亮，如果正常点亮，则说明电源模块电路正常；否则检测电源电路故障，排除故障，直到电源指示灯正常点亮。2). MCU 微控制器电路、LCD1602 液晶显示器、按键部分、温度传感 DS18B20 电路及 DS1302 电路的调试：接通电源开关，通过在实习板于 PC 机上的 USB 接口之间的下载连线程序烧入单片机中，再把单片机装到已焊好电路板上，再根据系统的控制要求对各个部分进行检测。检测的要求包括 STC89C52 工作是否正常、LCD1602 显示是否正常，时间的显

62、示是否正常、温度的显示是否正常、按键的控制、红外遥控的控制是否符合系统的控制要求。第章 系统的制作、焊接与调试333). 功放电路和语音芯片电路的检测：在接通电源的情况下，给 LM386 的 3 脚加上外接的音频信号，接上扬声器，看扬声器是否有正常的声音播出。如果正常，则说明功放正常，否则维修功放部分电路，直到正常为止。语音芯片在录音时，将录音键按下，然后通过单片机的程序控制对其进行不同地址的录音，为了确定录音正常，建议多录几段。放音时按下放音键，然后通过单片机的程序控制对其进行不同地址的段的放音，为了确定放音是否正常，建议多放几段。对以上各个部分检测玩并确定都正常后，至此，系统的整个制作过程

63、结束：否则，要对其相应的部分做维修处理，直到一切都正常为止。华南理工大学广州汽车学院本科毕业设计（论文）说明书34第六章第六章 系统的验证及改进系统的验证及改进6.1 系统的验证在以上的所有的步骤都完成后，开始系统的验证，将原先编写好的程序烧到单片机中，按照自己设定的控制方式开始操作这个系统，将每个部分都操作一遍，看系统是否在存在问题，或者否是控制方式还有漏洞，漏洞产生的原因是出现在硬件还是软件上，将设想的所有的问题都检查一遍，确保系统正常运行，并按着设计的控制方式后都实现后才能确认该系统是正常的。6.2 系统的待改进的模块该系统其实还有可改进的地方，例如：可以将显示屏用成大型 LED 点阵代

64、替，可实现让乘客看得非常清楚，而且这样一来还可以做成滚动显示屏，加多一广告标语，形成商业效应，这样一来显示看起来会效果很好，同时可收取广告费用。第六章 系统的验证及改进35华南理工大学广州汽车学院本科毕业设计（论文）说明书36设计总结设计总结通过这次对基于单片机的公交车自动报站系统的设计的设计与制作过程，让我对公交车语音报站系统有了一个新的认识，也对单片机应用于该设计中的各个电路部分都非常了解，清楚了各个电路部分的作用以各元件的基本功能。在布电路的 PCB 图时，我结合自己的经验以及布线的规则，将 PCB 图布为单面板，但由于线路较复杂，还需要几跟跳线，单面焊接元件，在同学的帮助下，我在布线时

65、把该注意的问题都检查了一遍，例如布线不线的宽带有合适，既不能太窄，也不能太宽，窄了容易虚接，宽了难布线，并且板的面积要大，提高成本。所以说每一个科研项目的设计都是需要考虑非常非常多的问题，把我们能想到，会发生，或者该预防的问题都注意了，并且结合自身的经验，将项目的成本降低，效率提高，使运作稳定，这是一个科研者该做到的。本系统通过单片机 STC89C52 作为整个系统的 CPU 控制，通过 ISD4004 语音芯片建立语音信息库，由按键或者红外来选择其语音地址信息并利用功放块 LM386 驱动扬声器播放语音信息。LCD1602 液晶显示器显示出前时间和温度外，还显示当前公交车的站号和方向，这有利

66、于司机和乘客能随时掌握最新的信息，方便于司机的驾驶和乘客的上下车。其实在做每一个设计的时候，都是一个进步的过程，因为你要接触一个你从没接触的新鲜事物，你就必须付出时间和精神去研究，去探索，那么在研究和探索的过程中就是最好的学习机会，因为这你是接触到的东西，也是你能了解的领域，所以你能很快地把这个设计该知道的、该学的，都把它掌握好。当你有了这些基础后，就可以构思你这个设计的整个流程和实现方法，然后在尝试和研究中学习和进步，因为我觉得电子设计这个东西一定要亲自动手去做，去尝试才能学到东西，单纯是理论知识不足以令你做成一个项目，因为往往实际上会遇到的问题比理论中多得多。这次设计同时还有以下自己的创新点：1）. 结构简单，操作方便，有两种控制方式，一种是按键控制，一种是红外控制；有上行路线和下行路线。2）. 核心元件分布在电路板的中间，显示和电影等外围电路排在主芯片的外围，方便调试和维修。3）. 电源采用外部直流电源接入，方便电源的连接。4）.采用 LCD1602 液晶显示器作为本次设计的显示模块，充分利用了 LCD1602的显示功能，不仅显示站牌信息，还可以显示时间和温度等信息，让乘客能了解更多的信息，而且