语音播报无人公交车硬件设计.doc

毕业设计（论文）题目： 语音播报公交车硬件设计 系 别 信息工程系专业名称 电子信息工程班级学号 098205213学生姓名 胡 玉 沛指导教师 徐 琦二o一三 年 五 月 学士学位论文原创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。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： 3013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。本人授权南昌航空大学科技学院可以将本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。 作者签名： 日期： 2013年 月 日导师签名： 日期： 2013 年 月 日 毕业设计（论文）任务书i、毕业设计(论文)题目：语音播报公交车硬件设计ii、毕 业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求：该系统能够控制公交车站点的播报、服务用语的友情提示，并在显示屏上进行相应的显示。使用单片机与专用的语音处理芯片相结合实现语音存储与回放，即实现语。音的分段录取与组合回放。语音播报和lcd控制通过单片机来实现，用普通彩电遥 器实现不同信息的播报和显示。其中按键功能分别为：k1、 k2 分别为起始站、 终、一站报站键，进行相应站台的提示信息；k5 为重复键，按下此键重复前一按键的播播报内容。键盘技术的控制，语音播报的调试。iii、毕 业设计(论文)工作内容及完成时间： 工作安排如下： 1、查阅文献，翻译英文资料，书写开题报告 第1-4周 2、相关资料的获取和必要知识的学习 第5-9周 3、设计系统的硬件和软件模块并调试 第10-14周 4、撰写论文 第15-17周 5、总结，准备答辩 第18周 、主 要参考资料：1张先庭.单片机原理，接口与c51应用程序设计m. 北京：国防工业出版社2 尹建华.微型计算机原理与接口技术m. 高等教育出版社14-163 周波，冯顽童，胡建龙，等.公交车自动报站系统的设计j.四川理工学院学报4 韦丽华，李文举，刘丽娟.isd2500系列语音芯片及其在微机系统中的应用j.5唐颖姚锋赵茂娟.基于isd2560的公交车报站系统的模拟设计j.电脑知识与技术6 李吉志，邓发明，张本文.基于proteus的公交车液晶显示报站系统的设计7 肖海荣，王凤瑛，杨金清等. 基于at89c2051和isd2560的录放音系统设计j8 杨延宁，刘立军，张志等.基于proteus的单片机汉字点阵显示电路设计j.9 isao takahashi,toshihiko noguchi.a new responese and high-efficiency control strategy of an motorj.ieee trans on ind appl,1986,22(5):820-827.10depenbrock m.direct self-control(dsc) of inverterfed machinej.ieee trans on p e, 1998,3(4):420-429. 电子信息工程 系 电子信息工程 专业类 088205213 班学生（签名）： 填写日期： 2013 年 03 月 6指导教师（签名）： 助理指导教师(并指出所负责的部分)：信息工程 系主任（签名）：附注:任务书应该附在已完成的毕业设计说明书首页。 语音播报公交车硬件设计学生姓名：胡玉沛 班级：098205213 指导老师：徐琦摘要： 近年来，语音合成、语音识别、语音存储和回放等语音信号处理技术研究的突飞猛进，越来越广泛的应用，为数字语音录放系统提供了新的发展空间。目前基于单片微机的语音系统有如雨后春笋，应用越来越广泛。如电脑语音钟、语音型数字万用表、手机话费查询系统、排队机、监控系统语音报警以及公共汽车报站器等等。对语音的采集、处理从以前简单的波形编码转变为进行参数编码、压缩，从而大大减少了存储数据。利用集成的语音录放芯片可以得到质量令人满意的结果。isd1420是isd系列单片语音录放集成电路的一种，录音时间为20s，采样频率为8khz。本设计采用at89s52单片机与isd1420语音芯片组成的公交语音报站系统，可以实现语音的分段录取、组合回放，通过软件的修改还可以实现整段录取，循环播放，结合数码管显示模块，按键模块，可实现简单的语音拨报功能。系统硬件电路简单，调试方便，性价比高，实用性强。关键词：公交报站 语音录放 单片机控制 指导老师签字： voice broadcast bus hardware design student name: hu yu pei class: 098205213 supervisor: xu qiabstract:in recent years, speech synthesis, speech recognition, speech storage and playback of voice signal processing technology research by leaps and bounds, more and more widely used, for the digital voice recording system, provides a new space for development. now the voice system based on single chip microcomputer is like spring, more and more widely applied. such as computer voice clock, mobile phone, voice type digital multimeter query system, paiduiji, voice alarm monitoring system, and the bus stops, etc. of phonetic acquisition, processing from the previous simple waveform coding into parameter coding, compression, thus greatly reduces the storage data. using integrated voice playback chip quality can be obtained satisfactory results. isd1420 is monolithic isd series voice playback a kind of integrated circuit, the recording time is 20 s, for 8 khz sampling frequency.this design adopts the at89s52 single-chip computer and voice bus stops system composed of isd1420 voice chip, can realize speech segmentation is admitted, playback, through software modifications still can realize the whole period of admission, looping, combined with the digital tube display module, keys module, which can realize the simple voice dial to function. the system hardware circuit is simple, easy to debug, cost-effective, strong practicability.keywords: bus stops voice recording single-chip microcomputer control signature of supervisor: 目 录目 录1 引 言12 公交报站系统具体设计方案3方案1：使用8051单片机和语音合成电路3方案2：使用at89s52和isd142033 公交报站系统硬件电路设计53.1 报站系统整体框图53.2 单片机最小系统设计53.2.1 单片机电路63.2.2 复位电路63.2.3 时钟电路73.3 公交报站系统语音处理电路83.3.1 isd1420介绍83.3.2 语音报站硬件连接113.4 led显示电路设计123.5 按键输入模块电路154 公交报站系统软件设计184.1 程序流程图184.2 程序清单185 公交报站系统调试195.1 硬件调试195.2 软件调试195.3 制版软件protel99介绍206 结 论24致 谢25参考文献26附录1：原理图纸27附录2：程序清单28语音播报公交车 1 引言目前，随着城市区域的扩大，旅游资源的发展，城市人口的增加，人民生活水平的提高，公交车已经成为城市人民生活用品不可替代的交通工具，它的运行状况直接影响到人们的生活，同时也成了衡量当地城市形象的一个标准。因此，发展良好的公交服务事业将给人们的生活带来很大的方便，进而提高当地城市形象。近年来，单片机技术迅猛发展，广泛应用于诸多领域，在公交事业上已经运用单片机来实现公交报站这项功能。但由于现在的公交车大部分还是采用人工手动控制的报站器，这不但影响了公交司机的正常驾驶，分散了驾驶员的注意力，同时也加重了他的工作的负担。不过这相对于以前的人工报站已经有了很大的提高，但同时由于人工控制存在着差错，给人们的出行仍来不方便。为了使大家的生活更加便捷，让公交车驾驶员的工作量能有效减轻，减少报站出错等的问题，故运用单片机技术，语音芯片技术、无线收发技术以及液晶显示技术溶于一体设计出既能手动又能自动报站的公交车语音自动报站系统，使每辆公交车都能准确无误地实现报站，让每位乘客准确知道自己的位置。本次设计是课题是“基于单片机的公交车自动报站系统”，设计中通过单片机对按键模块、液晶模块及语音模块的综合控制实现全自动语音报站的功能。单片机体积小，重量轻，具有很强的灵活性而且价格便宜，得到越来越广泛的应用，例如工业控制领域、家电产品、智能化仪器仪表、计算机外部设备，特别是机电一体化产品中都有重要的用途。20世纪80年代中期，intel公司将8051内核使用权以专利互换或出售的形式转给世界许多著名ic制造厂商，这样8051就变成有众多制造厂商支持的、发展出上百个品种的大家族。到目前为止，其他任何一个单片机系列均未发展到如此的规模。正因为51单片机的运用是如此广泛，因此学习单片机的运用是非常重要的。学好单片机也是学习其他嵌入式控制器如arm、dsp的基础，任何嵌入式控制器都离不开单片机所涵盖的中央处理器、定时器、中断器控制、io口控制器、串行通讯控制器、12c总路线控制器、片内外存储控制器、汇编语言、c语言及操作系统的概念。因此，学好单片机，再去学习其他式控制器如arm、dsp是比较简单的。可以说学好单片机是其他入微机处理器的一个台阶。2 公交报站系统具体设计方案实现公共汽车自动报站是公车智能化的一份子，是促进智能交通的一个不可缺少的步骤，也是使城市交通与社会经济和谐发展的重要组成部分。因此，车站自动报站系统的设计方案应该从实际情况考虑，对于目前公车报站系统存在的问题进行改善，实现车站报站的自动化，达到准确、及时、不需要人工介入的目的。本章介绍了两种不同的方案，并将其进行对比。方案一:使用8051单片机和语音合成电路利用8051单片机作为cpu来进行总体控制，当汽车到达某站时，汽车司机通过键盘来控制本系统进行工作，并且，系统将使用状态指示电路，向司机指示出当前的行驶方向及站号（如与实际方向不符，司机可通过键盘来调整）。原理图框图如图2.1所示。语音合成电路8051小系统led点阵显示电路语音输入输出电路键盘状态指示电路 图2.1 方案一原理框图本系统使用8051作为cpu，由cpu来控制语音合成芯片tc8830af，使其工作在cpu控制模式下。当系统进行语音再生时，由cpu控制语音合成电路中的语音芯片来读取其外接的存储器内部的语音信息，并合成语音信号，再通过语音输出电路，进行语音报站和提示。cpu同时通过程序读取汉字信息，送入led点阵显示电路来进行汉字提示。当系统进行语音录制时，语音信号通过语音输入电路输入给语音合成电路中的语音合成芯片，由语音合成芯片进行数据处理，并将生成的数字语音信息存储到语音存储芯片中，从而建立语音库。方案二：使用at89s52和isd1420采用isd1420集成语音芯片外加一些限流电阻，耦合电容等元器件与单片机最小系统板以及lm386集成小功率放大器组合成智能语音播报系统电路，通过单片机控制芯片的录放音控制引脚实现isd1420的录放音。同时通过单片机的键盘扫描与数码管的动态扫描，实现语音系统的播报功能。 此方案是isd1420集成语音芯片和at89s52单片机组成的语音播报系统。isd1420片内eeprom容量为128k，仅有8个地址输入端。但其与单片机控制电路较isd2532容易连接，录放音控制过程较简单，且isd1420起始地址较容易计算。由于isd1420芯片在播放过程中，输入地址保持不变，因此可以很好的将录制的原声语音芯片控制信号cpu控制定时作为到站脉冲到站检测还原播放出来。次方案语音质量优胜，并且有断电语音保护。原理框图如图2.2所示。图2.2 方案2原理框图（1）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。（2）控制按键：用于手动控制到站后的清零。（3） 语言芯片：由专用语音芯片isd1420组成，可擦写，便于在不同公交线上使用。（4）预置存储：采用预先设置好在程序里的方式对站点信息存储。 （5）led：显示到站站台名称。将方案一与方案二进行比较，方案二是采用8051单片机控制，通过键盘来控制报站时刻，从方便使用的角度考虑,本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高。且从使用及经济的角度考虑放弃了第一个方案。isd1420的条件已能符合本设计要求以及其成本相对较低，而且 无耗电信息存储，省掉备用电池;无需专用编程或开发系统，重现优质原声，没有常见的背景噪音。且方案二录放后立即进入维持状态仅需0.5a电流，只需单一5伏电源供电，保证了操作的安全，选用的语音芯片是美国isd公司的isd1420，该芯片与其它语音芯片相比较，其语音音质好，录放时间长，因此我们选择了方案2。3 公交报站系统硬件电路设计3.1 报站系统整体框图 报站系统包括最小系统部分，语音模块部分，按键部分，语音输出扬声器部分和数码管显示5部分，其整体结构如下图：单片机最小系统板控制模块isd1420语音录放模块键盘扫描扬声器数码管显示模块图3.1 整体结构框图3.2 单片机最小系统设计单片机的最小系统（电路图见图3.2）是由组成单片机系统必需的一些元件构成的，除了单片机之外，还需要包括电源供电电路、时钟电路、复位电路。本实验单片机方面着重介绍时钟电路、复位电路。本次我们采用了atmel 公司的at89s52,该单片机主要特点如下：(1) at89s52系列单片机以8051为内核，兼容mcs-51系列单片机。(2) at89s52系列单片机内、内部含有flash存储器，在系统开发可以反复擦写。(3) at89s52采用静态时钟方式，可以节省电能。(4) at89s52支持isp（在线编程），不需要把单片机从电路板取下来就可以擦写程序。 3.2.1 单片机电路at89s52单片机的最小系统如图3.2所示。at89s52单片机主要由几个部分组成：1个8位中央处理单元（cpu）、片内flash存储器、片内ram、4个8位的双向可寻址i/o口、1个全双工uart（通用异步接收发送器）的串行接口、2个16位的定时器/计数器、多个优先级的嵌套中断结构，以及一个片内振荡器和时钟电路。在at89s52单片机结构中，最显著的特点是内部含有flash存储器，而在其他方面的结构，则和inter公司的8051的结构没有太大的区别。本设计采用at89s52主要由于其操作简单，芯片外围电路少，成本低。 图3.2 单片机最小系统电路3.2.2 复位电路 单片机复位是使cpu和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，例如复位后pc0000h，使单片机从第一个单元取指令。无论是在单片机刚开始接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位。在复位期间（即rst为高电平期间），p0口为高组态，p1p3口输出高电平；外部程序存储器读选通信号psen无效。地址锁存信号ale也为高电平。根据实际情况选择如图3-2所示的复位电路。该电路在最简单的复位电路下增加了手动复位按键，在接通电源瞬间，电容c1上的电压很小，复位下拉电阻上的电压接近电源电压，即rst为高电平，在电容充电的过程中rst端电压逐渐下降，当rst端的电压小于某一数值后，cpu脱离复位状态，由于电容c1足够大，可以保证rst高电平有效时间大于24个振荡周期，cpu能够可靠复位。增加手动复位按键是为了避免死机时无法可靠复位。当复位按键按下后电容c1通过r1放电。当电容c1放电结束后，rst端的电位由r1与r分压比决定。由于r1updatepcb在出现的对话框中按“preview change”按钮，选中 only show errors会列出所有错误： 1） footprint not found ：确保所有的器件都指定了封装；确保指定的封装名与pcb中的封装名一致；确保你的库已经打开或者被添加。 2） node not found ：确认没有“footprint not found” 类型的错误；编辑pcblib将对应引脚名改成没有找到的那个node。 3） duplicate sheet number ：degisn-options-organization给每张子电路图编号。二极管的引脚错误：这是protel99se的一个经典问题，它的pcb库和sch库的引脚名不同， 一个叫1，2；一个叫a，k。修改办法：新建一个封装，统一用12或者ak。电容，二极管，三极管等器件的极性问题：直插铝电解：负极附近有黑色的“-”标记，如果没有剪腿的话，长腿为正。贴片钽电解：有横杠的一头为正。二极管： 有圈的一头为负一些基本概念和术语：oc(open drain):集电极(漏极)开路输出使用上拉电阻后可以适应不同的接口电平，并具有“线与”的功能（即两个输出端直接相连就可以实现“and”逻辑)上拉下拉:即将输出节点通过电阻连接到电源（上拉）或地（下拉）。oc输出器件必须使用上拉电阻以输出高电平，此外为了加大输出引脚的驱动能力也常使用上拉电阻（典型的如单片机）。6 结 论毕业设计不仅是对前面学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。下面我对整个毕业设计的过程做一下简单的所总结。第一，接到任务以后进行选题。选题是毕业设计的开端，选择恰当的、感兴趣的题目，这对于整个毕业设计是否能够顺利进行关系极大。好比走路，这开始的第一步是具有决定意义的，第一步迈向何方，需要慎重考虑。否则，就可能走许多弯路、费许多周折，甚至南辕北辙，难以到达目的地。因此，选；题时一定要考虑好了。第二，题目确定后就是找资料了。查资料是做毕业设计的前期准备工作，好的开端就相当于成功了一半，到图书馆、书店、资料室去虽说是比较原始的方式，但也有可取之处的。总之，不管通过哪种方式查的资料都是有利用价值的，要一一记录下来以备后用。第三，通过上面的过程，已经积累了不少资料，对所选的题目也大概有了一些了解，这一步就是在这样一个基础上，综合已有的资料来更透彻的分析题目。第四，有了研究方向，就应该动手实现了。其实以前的三步都是为这一步作的铺垫。通过这次设计，我对数字电路设计中的逻辑关系等有了一定的认识，对以前学的数字电路又有了一定的新认识，温习了以前学的知识，就像人们常说的温故而知新嘛，但在设计的过程中，遇到了很多的问题，有一些知识都已经不太清楚了，但是通过一些资料又重新的温习了一下数字电路部分的内容。在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。致 谢在本次毕业设计中，首先要非常感谢课题指导老师。在本次毕业设计过程中，指导老师在我们的元器件选择和方案确定方面，提供了很多宝贵和使用的建议及意见。在软件总体设计上，课题指导老师给我提供了不少思路。同时，对库房管理老师和同学表示感谢，对负责pcb板制作的指导老师表示感谢。感谢在你们的帮助下，我顺利地完成了本次毕业设计。此外，还要感谢电子系的其它老师，在我们毕业设计过程中遇到问题时能提供我们帮助与指导。最后，再次对于帮助过我的老师和同学表示深深的谢意。此外，我还要感谢我的同组人，无论是在系统的制作和调试，还是在论文的撰写方面，遇到问题时我们都能共同分析，共同解决。参考文献1 郭黎利袁冰冰. 公交车站间的无线接力数据通信d：硕士学位论文. 哈尔滨：哈尔滨工程大学，2004.2 赵晶.protell99. 高级应用m. 北京：人民邮电出版社，2000.1.3 冯国良.微机控制技术m. 重庆：重大出版社，2002.4 何立民.单片机应用系统设计m. 北京:北航出版社，2002.5 贾金玲主编.单片机原理及应用m. 成都：电子科技大学出版社，2004.86 周希德.高等学校毕业设计（论文）指导手册电工卷. 北京：教育高等教育司编、北京市教育委员会.7 沈德金、陈粤初.mcs-51系列单片机接口电路与应用程序实例m. 北京：北京航空航天大学出版社，1995.36.8 谢瑞和.串行技术大全m. 北京：清华大学出版社，2003.2124.9 atmel.公司89c51系列单片机应用指南z. 北京：北航出版社.2002.10 曹琳琳，曹巧媛.单片机原理及接口技术m. 长沙：国防科技大学出版社，2000.11 许连华，李学庆. 基于gps的公交车自动报站系统j：计算机工程,2005年,第23期:191218.12 洪锡军，李显明，郭新贵，李从心. windows9x下串行通信技术探讨j：计算机工程，2001年，第九期：8199.13 何学文，刘建兵.winodws98/nt环境下串行通信的设计与实现j：南方冶金学院学报，2002年，2月刊：2339.14 李启炎. protel 99se 应用教程印刷电路板设计m. 上海：同济大学出版社，2005.25.15 冯建华，赵亮. 单片机应用系统设计与产品开发m. 北京：人民邮电出版社，2004.116 万福君，潘孙峰.单片机微机原理系统设计与应用m. 合肥：中国科技大学出版社，2001.15.17 罗云斌.汇编语言全接触m.http:/www.vjs,20058.18 isao takahashi,toshihiko noguchi.a new responese and high-efficiency control strategy of an motorj.ieee trans on ind appl,1986,22(5):820-827.19depenbrock m.direct self-control(dsc) of inverterfed machinej.ieee trans on p e,1998,3(4):420-429. 附录1：原理图纸附录2：程序清单#include /包括一个52标准内核的头文件#include#define uchar unsigned char /定义一下方便使用#define uint unsigned int#define ulong unsigned long /辛家庵，中大紫都，龙王庙，龙王庙市场，洪都大道口，坛子口，老福山花园，站到了uchar code voice_table=0 x04,0 x10,0 x1c,0 x28,0 x38,0 x48,0 x58,0x68;uchar code dispcode=0 xff,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0 x90;#define voice_dat p2sbit playen=p32;sbit play_over=p10;sbit key1=p31;sbit key2=p34;sbit key3=p35;sbit key4=p36;sbit key5=p37;uchar station_num=0;/*函数名称：延时子函数 函数功能：按键消抖*/void delayms(uint xms)uint i,j;for(i=xms;i0;i-)f