电梯语音播报毕业设计.docxVIP

学校代码 学 号 毕业论文（设计）bachelor dissertation 论文题目： 基于单片机的电梯语音系统的设计 学位类别： 工学学士 学科专业： 自动化 作者姓名： 导师姓名： 完成时间： 2012-5-21 22基于单片机的电梯语音系统的设计中 文 摘 要随着城市文明化和现代化建设步伐的加快，对建筑物中电梯的服务要求也越来越高，人们越来越追求智能化、人性化的乘梯环境。在电梯语音服务方面，通过电梯管理员告知乘客所要到达的楼层以及其他相关的服务信息。本设计以at89s51单片机和isd语音芯片为核心，设计了一种电梯语音服务系统，实现了电梯语音服务的智能化和自动化，以适应各种对服务要求比较高的电梯中。采用isd1700的spi串行接口进行串行通信。本系统是针对播报20层楼的情形设计的， 主要有三类信号：楼层信号，上下行信号，关门信号。其中f1至f20便是楼层信号，up和down分别为上行和下行信号，close为关门信号，这些信号经过隔离处理后进入单片机；软件部分的任务主要是找出将要进行语音播报服务的楼层和在找到楼后进行播报。本设计主要由电源、复位电路、信号采集、晶振电路、键盘控制电路、单片机、语音播报模块组成。关键词：单片机；电梯；语音系统；液晶显示based on scm elevator speech system designabstractwith the acceleration of the pace of urban civilization and the modernization, service requirements for elevators in the building of more and more high, people are increasingly pursued by ladder of intelligent and humane environment. elevator speech services, through elevator managers advise passengers to reach the floor, and other related service information.this design to at89s51 and single-chip microcomputer isd voice chip at the core, has designed an elevator speech service system, implementation of elevator intelligent voice services and automation, to adapt to a variety of service requirements is relatively high in the elevator. isd1700 spi serial interface for serial communications, this system is aimed at broadcast 20 floor design. there are three main types of signals: the floor signal, up/down signal, closed signal. f1 to f20 is the floor signal,up and down , respectively for the uplink and downlink signal,close is closed signal,these signals are isolated into the scm; the software part of the task was mainly to find out voice broadcast service will broadcast the floor after floor been found. this design consists of a power supply, reset circuit, signal acquisition, oscillator circuit, keyboard control circuits , voice broadcast, single-chip modules. keywords: scm; lifts; voice systems; lcd display目录第一章 绪论11.1研究背景和意义11.2基于单片机的电梯语音系统简介及设计要求11.2.1 系统简介11.2.2 设计要求1第二章 系统整体方案22.1系统构成框图22.2系统设计思想22.3系统方案论证2第三章 基本元器件的介绍43.1 isd1700简介43.1.1 isd1700特点43.1.2电特性53.1.3 管脚功能说明53.1.4 isd1730 的spi 模式73.1.5 spi 协议格式73.1.6 isd1700 的存储结构83.2 lcd简介8第四章 控制系统硬件结构设计104.1 硬件系统设计原则104.2 系统硬件构成114.3 本章小结13第五章 系统的软件设计135.1 应用软件设计原则135.2 系统主程序155.3选音播放子程序165.4 本章小结16第六章 系统仿真与调试176.1 系统调试18第七章 总结20参考文献21致 谢23附 录24第一章 绪论1.1研究背景和意义随着城市文明化和现代化建设步伐的加快，对建筑物中电梯的服务要求也越来越高，人们越来越追求智能化、人性化的乘梯环境。在电梯语音服务方面，通过电梯管理员告知乘客所要到达的楼层以及其他相关的服务信息。一般的电梯只有显示部分，如果人流量大，在人群里面很有可能看不到显示的楼层，从而错过在到达的楼层下楼。于是就需要语音提示系统，来提示乘客及时关注楼层信号，以便及时出电梯。本设计以单片机和isd语音芯片为核心，设计了一种电梯语音服务系统，实现了电梯语音服务的智能化和自动化，以适应各种对服务要求比较高的电梯中。1.2基于单片机的电梯语音系统简介及设计要求 1.2.1 系统简介 电梯语音系统主要有矩阵键盘模块，lcd显示模块，语音播报模块，电源模块。矩阵键盘主要模拟楼梯的楼层信号，上、下行信号和关门信号；lcd显示模块主要用来显示楼层和上、下行信号；语音播报模块主要作用就是播报楼层和上、下行信号。 系统上电之后，操纵键盘按下任一按钮，就是楼层信号，经过at89s51单片机的处理后就向语音芯片发送当前语音段地址，检测后调用语音播报子程序进行相应的楼层播报，同时调用lcd的显示子程序，显示相应的楼层信号。1.2.2 设计要求（1）采用isd1730语音芯片，设计一个基于单片机自动控制的电梯语音系统；是语音播报模块的主要构成；（2）采用isd1730的spi串行接口进行串行通信； （3）采用at89s51单片机，软件部分的任务主要是找出将要进行语音播报服务的楼层和在找到楼层后在合适的时候进行放音。第二章 系统整体方案2.1系统构成框图图2-1系统结构功能示意图2.2系统设计思想本系统采用单片机at89s51作为本设计的核心元件，利用isd1730语音芯片的录放和lcd的显示来模拟智能电梯的语音播报。2.3系统方案论证单片微处理器具有集成度高，系统结构简单，应用灵活，处理器速度快等一系列优点，这就使单片机为基础的应用系统容易做到体积小，性能好，价格便宜，易于产品化。目前单片机种类繁多，有八位的intel msc51系列，pic系列等等，16位单片机有intel mcs96系列等等。在本设计中，8位单片机就能满足系统的设计需求。目前的八位单片机中，以intel mcs51系列的单片机种类最多，接口芯片以及应用软件也非常的丰富1。在选择mcs51系列单片机芯时，在成本允许的情况下，尽可能的选择集成度高的微处理器。at89s51是美国atmel公司生产的低电压、高性能的cmos 8位单片机，片内含4kb的反复擦写的程序和128b的随机存取数据存储器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准mcs51指令系统，片内配置通用8位中央处理器（cpu）和flash存储单元，将使程序调试非常的方便。同时at89s51具有128字节内部的ram，32位输出/输入口线，2个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路，具有休眠和掉电两种节电模式1。从系统的各个方面考虑，选择at89s51单片机作为遥控接收系统的中央处理器，它应该完全满足系统的需要2。由于本系统的软件主要是实现一些控制操作和过程提示，没有大的数字计算职能，所以本系统采用c语言编程，单片机at89s51具有8k的程序存储区间，能够满足软件存储空间需要。第三章 基本元器件的介绍3.1 isd1700简介isd1700 系列是华邦公司新推出的语音芯片，用来替代已经停产的isd1400 系列及isd2500 系列芯片。isd1700 系列不仅在录音时间上有更多的选择（从20 秒到240 秒），而且在功能上继承14 及25 系列的所有录放功能，并增加了一些更加人性化的提示功能及对存储的精确操作。该芯片提供多项新功能，包括内置专利的多信息管理系统，新信息提示（valert）,双运作模式（独立&嵌入式），以及可定制的信息操作指示音效。芯片内部包含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器与内存等的全方位整合系统功能3。 图3-1isd1700引脚图3.1.1 isd1700特点（1）可录、放音十万次，存储内容可以断电保留一百年；（2）两种控制方式，两种录音输入方式，两种放音输出方式； （3）可处理多达255 段以上信息；（4）有丰富多样的工作状态提示；（5）多种采样频率对应多种录放时间；（6）音质好，电压范围宽，应用灵活，价廉物美。3.1.2电特性（1）工作电压：2.4v-5.5v最高不能超过6v；（2）静态电流：0.5 - 1 a；（3）工作电流：20ma；用户可利用震荡电阻来自定芯片的采样频率，从而决定芯片的录放时间。3.1.3 管脚功能说明表3-1管脚功能说明管 脚名 称 pdip/soic管脚tsop管脚 引脚说明 vccd 1 22 数字电路电源 /led 2 23 led 指示信号输出 /reset 3 24 芯片复位 miso 4 25 spi 接口的串行输出。 isd1700 在 sclk 下降沿之前的半个周期将数据放置在 miso 端。数据在 sclk 的下降沿时移出 mosi 5 26 spi 接口的数据输入端口。主控制芯片在 sclk 上升沿之前的半个周期将数据放置在 mosi 端。数据在 sclk 上升沿被锁存在芯片内。此管脚在空闲时，应该被拉高 sclk 6 27 spi 接口的时钟。由主控制芯片产生，并且被用来同步芯片 mosi 和 miso 端各自 的数据输入和输出。此管脚空闲时，必须拉高。 /ss 7 28 为低时，选择该芯片成为当前被控制设备并且开启 spi 接口。空闲时，需要拉高 vssa 8 1 模拟地 anain9 2 芯片录音或直通时，辅助的模拟输入。需要一个交流耦合电容（典型值为 0.1uf ），并且输入信号的幅值不能超出 1.0vpp 。 apc 寄存器的 d3 可以决定 analn 信号被立刻录制到存储器中，与 mic 信号混合被录制到存储器中，或者被缓存到喇叭端并 经由直通线路从 aud/aux 输出。mic+ 10 3 麦克风输入 + 续表3-1mic- 11 4 麦克风输入 - vssp2 12 5 负极 pwm 喇叭驱动器地 sp- 13 6 喇叭输出 - vccp 14 7 pwm 喇叭驱动器电源 sp+ 15 8 喇叭输出 + vssp1 16 9 正极 pwm 喇叭驱动器地 aud/ aux 17 10 辅助输出，决定于 apc 寄存器的 d7 ，用来输出一个 aud 或 aux 输出。 aud 是一个单端电流输出，而 auxout 是一个单端电压输出。他们能够被用来驱动一个外部扬声器。出厂默认设置为 aud 。 apc 寄存器的 d9 可以使其掉电。 agc 18 11 自动增益控制 /vol 19 12 音量控制 rosc 20 13 振荡电阻， rosc 用一个电阻连接到地，决定芯片的采样频率 vcca 21 14 模拟电路电源 /ft 22 15 在独立芯片模式下，当 ft 一直为低， analn 直通线路被激活。 analn 信号被立刻从 analn 经由音量控制线路发射到喇叭以及 aud/aux 输出。不过，当在 spi 模式下， spi 无视这个输入，而且直通线路被 apc 寄存器的 d0 所控制。该管脚有一个内部上拉设备和一个内部防抖动电路 ，允许使用按键开关来控制开始和结束。 /play 23 16 播放控制端 /rec 24 17 录音控制端 /erase 25 18 擦除控制端 /fwd 26 19 快进控制端 rdy / int 27 20 一个开路输出。 ready( 独立模式 ) 该管脚在录音，放音，擦除和指向操作时保持为低，保持为高时进入掉电状态。 interrupt(spi 模式 ) 在完成 spi 命令后，会产生一个低信号的中断。一旦中断消除，该脚变回为高。 vssd 28 21 数字地 3.1.4 isd1730 的spi 模式主控单片机主要通过四线（sclk，mosi，miso，/ss）spi协议对isd1700进行串行通信4。isd1700作为从机，几乎所有的操作都可以通过这个spi协议来完成。为了兼容独按键模式，一些spi命令：play，rec，erase，fwd，reset和global_erase的运行类似于相应的独立按键模式的操作。另外，set_play，set_rec，set_erase命令允许用户指定录音、放音和擦除的开始和结束。此外，还有一些命令可以访问apc寄存器，用来设置芯片模拟输入的方式5。isd1700系列的spi串行接口操作遵照以下协议6：（1） 一个spi处理开始于/ss管脚的下降沿；（2）在一个完整的spi指令传输周期，/ss管脚必须保持低电平；（3）数据在sclk的上升沿锁存在芯片的mosi管脚，在sclk的下降沿从miso管脚输出，并且首先移出低位；（4）spi指令操作码包括命令字节，数据字节和字节，这决定于1700的指令类；（5） 当命令字及数据输入到mosi管脚时，同时状态寄存器和当前行信息从miso管脚移出；（6） 一个spi处理在/ss变高后启动；（7）在完成一个spi命令的操作后，会启动一个中断信息，并且持续保持为低，直到芯片收到clr_int命令或者芯片复位。3.1.5 spi 协议格式图3-2 spi时序图在spi命令输入到isd1700前，spi端口的状态应该保持如下状态：（1）/ss=high（2）sclk=high（3）mosi=low3.1.6 isd1700 的存储结构在独立按键模式下，芯片内有一套环形存储结构管理系统来管理录音段的存放。当芯片读写存储器时会检查是否合法的存储结构，若不是则led 会闪7下，然后芯片将不接受任何指令除了复位和全部擦除指令7。遇到这种情况需先将芯片成功全部擦除才能复原，这样原来的内容将全部丢失除了提示音。环形存储结构管理系统管理的是0x10 到末，0x00 至0x0f 为se的。当指针指到末后，会自动跳到0x10。在此管理系统下录音段之间是连续存放的，但首与末之间至少有一个空间隔来让系统区分首末。3.2 lcd简介液晶显示器各种图形的显示原理（线段的显示）：点阵图形式液晶由mn个显示单元组成，假设lcd显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共168=128个点组成，屏上6416个显示单元与显示ram区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由ram区的000h00fh的16字节的内容决定，当（000h）=ffh时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3ffh）=ffh时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000h）=ffh，（001h）=00h，（002h）=00h，（00eh）=00h，（00fh）=00h时，则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。这就是lcd显示的基本原理8。字符的显示：用lcd显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由68或88点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示ram区的8字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在lcd上开始显示的行列号及每行的列数找出显示ram对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式lcd，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。图3-3 1602实物图图3-4 1602外形尺寸图图3-5 1602与单片机连接图表3-2 1602接口信号说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1vss电源地9d2data i/o2vdd电源正极10d3data i/o3vl液晶显示偏压信号11d4data i/o4rs数据/命令选择端（h/l）12d5data i/o5r/w读/写选择端（h/l）13d6data i/o6e使能信号14d7data i/o7d0data i/o15bla背光源正极8d1data i/o16blk背光源负极第四章 控制系统硬件结构设计4.1 硬件系统设计原则硬件的设计主要围绕系统的功能完全实现，并且要保证整个系统在运行过程中的稳定性、安全性及生产的经济性。4.2 系统硬件构成系统硬件组成包括操作部分（独立键盘、晶振电路与复位电路）；执行部分（lcd显示电路、语音播报电路）组成。（1）具体系统硬件原理图如下：图4-1 lcd显示电路图 主要显示的是所要到得楼层信号和上、下行信号，用来模拟电梯运行情况。图4-2 键盘操作电路 键盘部分模拟的是信号的采集和对系统的总体操作。图4-3 语音播报电路原理图 这部分是用来负责播报所到达的楼层号。图4-4单片机引脚连接图复位分为上电自动复位和按键手动复位两种方式。复位中的电阻、电容数值是为了保护在rst端能够保持两个机器周期以上的高电平以完成复位而设定的。上电自动复位在单片机接通电源时，对电容充电来实现的。上电瞬间，rst端的电位与vcc相同。随着充电电流的减小，rst端的电位逐渐下降，只要在rst端有足够的时间保持阀值电压，89c51单片机就可以自动复位9。在本设计中我们采用按键电平复位。它实际上是上电复位兼手动复位。当手动开关常开时，为上电复位。电路如图4-5所示。图4-5复位电路4.3 本章小结本章详细叙述了基于单片机的电梯语音系统硬件电路的结构及原理。在设计硬件电路的同时，充分考虑将软件和硬件结合起来，发挥单片机的优势，简化硬件电路设计。第五章 系统的软件设计软件是整个控制系统设计的核心，它具有充分的灵活性，可以根据系统的要求而变化。在硬件结构一定的情况下，只要改变软件就能实现一些不同的功能。单片机所具有的智能功能要由软件来实现。对于51系列单片机，现有四种语言支持，即汇编、pl/m、c和basic 。c语言是现有程序设计语言中规模最小的语言之一，而小的语言体系往往能设计出较好的程序。c语言的关键字很少，ansi c标准一共只有32个关键字，9种控制语句，压缩了一切不必要的成份。c语言的书写形式比较自由，表达方法简洁，使用一些简单的方法就可以构造出相当复杂的数据类型和程序结构10。同时c语言可移植性好、表达能力强、表达方式灵活、可进行结构化程序设计、可以直接操作计算机硬件、生成的目标代码质量高。因此本设计就采用c语言来编写相关的程序。5.1 应用软件设计原则应用系统中的软件是根据系统功能要求设计的，应可靠实现系统的各种功能。在本系统中，软件设计要力求做到一下几点：1软件结构清晰，简捷，流程合理。2各功能程序实现模块化，子程序化。这样便于调试，连接，又便于移植，修改。3程序存储区，数据存储区要合理规划，既能节约内存容量，又使操作方便。4经过调试修改后的程序应进行规范化，除去修改的痕迹，以便于交流和借鉴，也为以后的软件模块化、标准化打下基础。5实现全面软件抗干扰设计。软件抗干扰是单片机应用系统提高可靠性的有利措施。5.2 系统主程序图5-1主程序流程图5.3选音播放子程序图5-2选音播放子程序流程图5.4 本章小结本章叙述了系统的软件结构。软件是整个控制器的重要组成部分，设计的优劣关系到系统的性能。在控制器的软件设计中，调试是最关键的一步，只有通过不断调试才能慢慢接近系统的性能要求，本设计中采用汇编语言设计程序，编程、调试较难。第六章 系统仿真与调试在本设计中我们使用proteus与keil联调的方式实现设计的仿真，再将硬件与软件联机调试。 由于proteus中没有isd系列芯片，所以无法完成语音播报部分的仿真，只可以进行lcd显示部分和键盘部分的仿真，仿真图如下：图6-1 lcd显示部分仿真图6-2键盘部分仿真6.1 系统调试将系统程序烧录进单片机中，连接好硬件电路，进行系统调试。经过调试后，硬件部分的功能基本能实现。图6-3语音部分程序编译图6-4显示部分程序编译调试好以后，功能基本上都能实现，实物图如下：图6-5 硬件实物图第七章 总结通过此次电梯语音系统的设计，我收获颇丰。设计的核心内容就是利用单片机ta89s52的编程来实现控制外围各电路的运行。通过本次设计，我熟练掌握了程控系统设计的一般步骤,掌握了相关软件的用法，并对编程能力起到了一定的提高作用。这次次毕业设计，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了将来电子的发展方向，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。毕业设计是我作为一名学生即将完成学业的最后一次作业，他既是对学校所学知识的全面总结和综合应用，又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好开端，毕业设计是我对所学知识理论的检验与总结，能够培养和提高设计者独立分析和解决问题的能力。 通过这次毕业设计明白自己要学习的东西还太多。知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。 参考文献1 胡学海.单片机原理及应用系统设计m. 西安：电子工业出版社，2005.2 马明建.数据采集与处理技术m. 西安：西安交通大学出版社，2005.3 isdwinbond. isd4004 series productsj. datasheets，2000，8（3）：33-48.4 余锡存.单片机原理及接口技术m. 西安：西北电子科技大学出版社，2000.5 高红亮.一种智能电梯语音系统的设计j.可编程控制器与工厂自动化，2005，10（5）：23-28.6 阮焱林, 高红亮.单片机语音处理技术应用j.可编程控制器与工厂自动化，2011，11(04)：38-46.7 沈旭日.电子系统设计实践m. 武汉：华中科技大学出版社， 2004.8 吴金戌. 8051单片机实践与应用m.北京：清华大学出版社，2001.9 胡汉才.单片机原理及其接口技术m. 北京：清华大学出版社，1996.10 李建忠.单片机原理及应用m. 西安：西安电子科技大学出版，2002.致 谢在丁健老师的指导和同学的帮助之下，我得以如期的完成好毕业设计。毕业设计帮助我们总结大学四年收获、认清自我。同时，还帮助我们改变一些处理事情时懒散的习惯。从最开始时的搜集资料，整理资料，到方案比选，确定方案，再到着手开始进行设计，每一步都是环环相扣，衔接紧密，其中任何一个步骤产生遗漏或者疏忽，就会对以后的设计带来很多的不便。我们的动手能力和资料搜集能力在设计中也得到提升。 毕业设计中需要用到辅助设计软件的地方，也需要我们耐心的学习。掌握其使用的要领，运用到设计当中去。 毕业设计结束了，通过设计，学生深刻领会到基础的重要性，毕业设计不仅仅能帮助学生检验大学四年的学习成果，更多的是毕业设计可以帮助我们更加清楚的认识自我，磨练我们的意志与耐性，这会为学生日后的工作和生活带来很大的帮助。最后，感谢电子系的所有老师。本设计能顺利的完成也归功于各位老师的认真负责，使我们能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中应用。再次向合肥学院电子系的全体老师表示由衷的谢意，感谢他们四年对我的辛勤栽培。 2012年5月21日于#附 录 相关程序如下：#include 1602.hvoid delay(ui z)ui x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void write_com(uc com)lcd_rs=0;lcd_rw=0;p2=com;delay(1);lcd_e=1;delay(1);lcd_e=0;void write_data(uc date)lcd_rs=1;lcd_rw=0;p2=date;delay(1);lcd_e=1;delay(1);lcd_e=0;void lcd_init()/lcm初始化write_com(0x38);write_com(0x0f);write_com(0x06);write_com(0x01);/*函数名称：lcd1602显示函数形式参数：显示起始列，显示起始行，字符数目，字符指针返回值：无说明：*/void lcd_display(uc x,uc y,uc num,uc *dat)uc i;/lcd_init();if(y=1)write_com(0x80+x);for(i=0;inum;i+)write_data(dati);delay(2);if(y=2)write_com(0x80+0x40+x);for(i=0;inum;i+)write_data(dati);delay(2);/#ifndef _1602_h_/#define _1602_h_#include #define uc unsigned char#define ui unsigned int#define lcd_data p2sbit lcd_rs=p35;sbit lcd_rw=p36; sbit lcd_e=p37;void delay(ui z);void write_com(uc com);void write_data(uc date);void lcd_init(void);void lcd_display(uc x,uc y,uc num,uc *dat);/#endif#define isd1700_pu 0x01#define isd1700_stop 0x02#define isd1700_set_play 0x80#define isd1700_rest 0x03#define isd1700_clr_int 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