基于单片机的公交车自动报站系统设计 毕业设计.doc

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 系 别 电子信息工程系 专业班级 自动化（2）班 学生姓名 指导教师 提交日期 2011 年 5 月 26 日 华南理工大学广州汽车学院 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 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，在 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 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 南 理 工 大 学 广 州 汽 车 学 院 毕 业 设 计 （论文） 任 务 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 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：公交车，液晶显示器，单片机，语音芯片 ii the design of bus station-voice reported were based on the mcu abstract according to the characteristics 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 programming. 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 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 use 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 address 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 natural, regardless of social or scientific research has some value. keyword: bus, lcd, mcu, voice chip iii 目 录 摘 要 i abstract.ii 引言 1 第一章 公交车自动报站系统设计的意义及任务 .3 1.1 公交车自动报站系统设计的意义 .3 1.2 设计任务 .3 第二章 系统的硬件设计和方案对比选择 .5 2.1系统设计结构图 5 2.2系统设计方案对比选择 5 2.2.1 mcu微处理控制器的方案对比选择 .6 2.2.2 lcd液晶显示模块的方案对比选择 .6 2.2.3 语音芯片的方案对比选择 7 2.2.4实时时钟电路的方案对比选择 .7 2.2.5 控制方式方案选择 8 第三章 系统的硬件设计电路及元件说明 .9 3.1 mcu微控制器电路 .9 3.2 lcd液晶显示电路 11 3.3 语音芯片电路 .14 3.3.1 isd4004引脚的说明 14 3.3.2 isd4004的操作模式说明 16 3.4 功放电路 .17 3.5 红外无线控制电路及控制说明 .18 3.6 按键控制 .20 3.7 实时时钟电路 .20 3.8 温度传感模块 .21 iv 3.9 晶振电路 22 3.10 系统电源供电电路 23 第四章 系统的软件设计 25 4.1 中断服务程序 .25 4.2 录音/放音控制程序 27 4.3 红外遥控解码程序 .28 4.4 主程序设计 .29 第五章 系统的制作、焊接与调试 31 5.1 系统的制作 .31 5.2 系统的焊接 .31 5.3 系统的调试 .31 第六章 系统的验证及改进 33 6.1 系统的验证 .33 6.2 系统的待改进的模块 .33 设计总结 .35 参考文献 .37 致谢 .39 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 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 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). 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 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 mcu 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 6 2.2.1 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 bla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 7 2.2.3 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。c 2.2.4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 2.5v5.5v。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 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。stc89c52 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 10 stc89c52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)：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 p0.0p0.7 p1口（pin1pin8）：8 位准双向 i/o口线，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 p3.0p3.7 stc89c52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 rom 32个双向 i/o口 256x8bit内部 ram 3个 16位可编程定时/计数器中断 时钟频率 0-24mhz 2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 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 11 3.2 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， 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 12 3）.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 引脚接口说明表 编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 vss 电源地 9 d2 数据 2 vdd 电源正极 10 d3 数据 3 vl 液晶显示偏压 11 d4 数据 4 rs 数据/命令选择 12 d5 数据 5 r/w 读/写选择 13 d6 数据 6 e 使能信号 14 d7 数据 7 d0 数据 15 bla 背光源正极 8 d1 数据 16 blk 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 rs r/w d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0 1 清显示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光标返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置输入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 i/d s 4 显示开/关控制 0 0 0 0 0 0 1 d c b 5 光标或字符移位 0 0 0 0 0 1 s/c r/l * * 6 置功能 0 0 0 0 1 dl n f * * 7 置字符发生存贮器地址 0 0 0 1 字符发生存贮器地址 8 置数据存贮器地址 0 0 1 显示数据存贮器地址 9 读忙标志或地址 0 1 bf 计数器地址 10 写数到 cgram或 ddram） 1 0 要写的数据内容 11 从 cgram或 ddram读数 1 1 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 3-7 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 15 3).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 16mv 5).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 isd4004 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,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 17 spi 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 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 （+5v） 华南理工大学广州汽车学院本科毕业设计（论文）说明书 20 3.6 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) else mosi=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); 附录 45 sclk=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); /发送结束 ss=1;/上电结束 delayms(50); ss=0; mosi=0;/发送地址 sclk1=0; for(y=0;yy) else mosi=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); sclk=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); /发送地址结束 mosi=0;/放音 sclk=0; for(y=0;yy) else mosi=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); sclk=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); ss=1; ss=0; mosi=0;/放音 sclk=0; for(y=0;yy) else mosi=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); sclk=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); ss=1; 4）.红外遥控解码程序及红外中断程序 /* 函数功能：对 4 个字节的用户码和键数据码进行解码 说明：解码正确，返回 1，否则返回 0 出口参数：dat */ bit decode(void) uint t=5000; unsigned char i,j; unsigned char temp; /储存解码出的数据 for(i=0;i1; /temp 中的各数据位右移一位，因为先读出的是高位数据 th0=0; /定时器清 0 tl0=0; /定时器清 0 tr0=1; /开启定时器 t0 t=5000; while(ir=0 /低电平计时 tr0=0; /关闭定时器 t0 lo