电子信息工程毕业设计（论文）-公交车报站器的设计-含程序.doc

全套全套 protel 程序，翻译，答辩，开题报告，加程序，翻译，答辩，开题报告，加 153893706 山东理工大学 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 题题 目目：公交车报站器的设计 申请山东理工大学工学学士学位论文 学 院： 电气与电子工程学院 专 业： 电子信息工程 学生姓名： 指导教师： 毕业设计（论文）时间：二 七年三月五日六月十八 日 共十六周 摘 要 摘 要 近年来，gps(global positioning system)全球定位系统在各种行业，特别是 车辆监控与定位系统的应用中蓬勃发展。随着经济的持续发展，对公交运输也 提出更高的要求。随着我国各大城市公交公司的人员精减，目前各公交公司都 在每辆公交车上只配备了一个司机，进行无人售票。为了公交系统的安全考虑， 目前迫切需要智能化、自动化的公交语音报站系统。 本次设计的公交车报站器是以凌阳十六位单片机 spce061a 为控制核心， 结合 gps 全球定位系统，对车辆的运行状态（位置、方向、速度、时间等）进 行实时采集，对数据进行分析，当车辆达到预定位置时，通过凌阳单片机语音 功能进行播报站名、音乐、广告、提示语、时间等信息，并在 led 点阵上显示， 实现全自动报站功能，当 gps 信号遇外界影响时，还可通过键盘操作进行手动 报站功能。此外，利用 spr4096 模组存储大量的语音素材，使报站器更人性化。 该报站器不仅可以提供自动报站，而且对公交车的行车安全提供了一定的 保障。且不仅可以应用到公交车上，还可以应用到火车及长途汽车上，结合 led 点阵进行报站显示，提供车上的宣传用语及车厢广告等文字服务。 关键词：自动报站，gps，凌阳单片机 abstract ii abstract since recent years, gps (global positioning system) has vastly been used and developed in every industry, especially in the vehicle-monitoring and positioning system. with the sustained growing of the economy, the demand to the bus transportation is increasing too. nowadays the bus company allocates only one driver on every bus because of the cutting of the whole industry. considering the safe of the bus industry, it urgently needs an intelligent; automate voice-broadcast system for bus transport. voice-broadcast equipment for bus in this design gather parameters(such as location, direction, velocity, time) of the bus in real time and then analyze the data the design uses sunplus mcu as its core, which integrates gps as part of it. when the bus reaches one location, it takes advantage of the voice function of sunplus mcu and led matrix screen when it broadcasts and displays the location name, music, ad, note, time and other information automatically. when the signal of gps being affected by the outer factor, we can handle it by manual operation. in addition, we can make it more humanization by making good use of great wave materials it stores. this equipment not only provides the service of auto-broadcast, but also guarantees the safe of the bus. it applies the bus as well as the train and the coach. it provides promotional speech and advertisement on the vehicle associate with led matrix screen. key words: automatic bus-stop announcer, gps, sunplus mcu 目 录 iii 目 录 摘 要 abstract（英文摘要）. 目 录iii 第一章 绪论1 1.1 公交车报站器近年来国内外的研制状况1 1.2 主要设计内容2 1.3 设计技术指标与参数2 第二章 设计方案及论证4 2.1 公交车报站器的硬件框图4 2.2 公交车报站器工作流程及各部分功能5 2.3 设计方案的可行性分析和预期目标5 第三章 系统硬件设计7 3.1 spce061a 单片机控制系统设计 .7 3.1.1 spce061a 单片机简介 .7 3.1.2 spce061a 单片机最小系统设计 9 3.1.3 spce061a 单片机电源设计 10 3.2 led 点阵显示电路设计10 3.2.1 led 点阵扫描原理 .11 3.2.2 spce061a 实现点阵显示方案 11 3.2.3 led 点阵显示电路设计 12 3.3 音频输出电路设计14 3.4 键盘电路设计14 3.5 spr4096 模组设计.15 3.5.1 spr4096 芯片简介 16 3.5.2 spr4096 硬件连接框图 .16 3.5.3 spr4096 模组电路原理图 .16 3.6 gps 接收电路设计 17 目 录 iv 3.6.1 gps 系统组成 .17 3.6.2 gps 基本工作原理 19 3.6.3 gps 器件的选择 20 3.6.4 garmin gps 25lp 的引脚排列和说明 21 3.6.5 garmin gps 25lp 的输入输出语句格式 23 第四章 系统数据的压缩与处理26 4.1 数据的压缩与预存26 4.1.1 凌阳音频的压缩与存储 .26 4.1.1 显示文字信息的压缩与存储 .27 4.1.3 定位信息的压缩与存储 .27 4.2 gps 距离差距的处理与识别 28 4.3 公交车运行状态分析与处理28 第五章 系统软件设计30 5.1 系统主程序设计31 5.2 初始化程序设计32 5.3 播放语音程序设计33 5.4 led 点阵显示程序的设计34 5.5 时间的更新与设置程序设计35 5.6 gps 自动报站程序 37 5.7 程序清单40 第六章 系统可靠性设计和误差分析43 6.1 系统可靠性设计43 6.2 gps 误差源的分析 43 6.3 车辆行进中产生的偏差44 第七章 结论及展望45 参考文献46 致谢47 附录 电路原理图48 第一章 绪论 - 1 - 第一章 绪论 城市公共交通是城市建设和发展的重要组成部分，是影响国民经济和社会 发展的具有全局性、先导性的基础产业，加快城市公共交通事业的发展，也是 加快城市化进程的一项重要内容。随着国民经济的飞速发展，公交系统也日新 月异，目前各公交公司都在每部公交车上只配备了一个司机，进行无人售票， 报站也由原来的由随车售票员报站改为由司机按键报站了。但是由于公交司机 又要开车，又要兼顾按键报站，所以常常出现误报、漏报等现象，不能够满足 公交系统的要求；另一方面，由于司机开车时为报站分散精力，也对公交的安 全运行埋下了隐患。因此，对智能化、自动化的公交语音报站系统 的需求也 日益强烈。应用自动报站系统即可以节省员工开支，增强公司效益，又可以利 用报站器播报标准的普通话站名，使各城市更利于交流和发展。 利用全球定位系统进行公交车自动报站系统是近几年的一个热门课题。 gps 卫星定位语音报站系统具有定位精度高、语音自动播报等特点。此系统设 计要求车辆的定位精度要高于 60m，每台公交车报站器的成本价格不能高于 1000 元。自动报站要适合全国各大城市使用，如遇外界影响 gps 信号还可恢 复成手动操作进行报站。 本次设计的目标是利用现有的 gps 系统结合凌阳单片机语音技术研制一套 车辆自动报站的系统，包括系统的软件与硬件，要求系统具有建设费用少、维 护费用低、定位精度高等特点。系统的研究内容包括：车辆定位系统的软件与 硬件的设计与制作，即结合 gps 和凌阳单片机，对 gps 接收机接收的数据进 行处理，结合 led 点阵显示和 spce061a 的语音播报功能，并使用控制键盘 电路来实现报站器的全自动报站和手动报站的功能，以及系统的整体测试与实 际运行。 1.1 公交车报站器近年来国内外的研制状况 近些年来，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，能够在进站、出站时自动播报站名及服务用语，为市民提供更人性 第一章 绪论 - 2 - 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。 1.2 主要设计内容 公交车报站器的设计包括以下设计内容： 1可以完整地播报一条公交线路的站名，包括上行线路与下行线路。 2使用凌阳 spce061a 单片机进行语音播报，利用 spr4096 模组存储大 量的语音素材，使报站器更人性化。 3可以在 led 点阵显示屏上显示时间、日期、报站信息、提示语和广告。 4有手动按键报站和自动报站两种报站方式。 5采用 gps 卫星定位技术，自动、准确地播报站名、服务用语、广告等。 1.3 设计技术指标与参数 主要技术指标如下： 1要求设置多个功能按键，以便在 gps 信号受到外界干扰时报站器能够 第一章 绪论 - 3 - 正常工作。 2使用 16128 的 led 点阵，可以同时显示 8 个汉字。 3利用 spr4096(512k8bits bus flash)模组扩展存储空间。 4gps 定位精度在 60m 以内。 5电源为 5v 直流。 第二章 设计方案及论证 - 4 - 第二章 设计方案及论证 随着 gps 卫星定位技术的成熟，定位的精度与稳定性的提高，使得利用卫 星定位进行车辆自动报站成为可能。通过查阅有关资料，分析近年来国内外电 公交车报站器的发展及实际应用情况，本设计中采用了手动按键报站和全自动 报站两种工作方式，由凌阳单片机对数据进行采集和分析，控制显示屏显示和 语音播报，来实现公交车报站器的功能设计。 2.1 公交车报站器的硬件框图 图 2-1 所示为公交车报站器的硬件框图，主要由凌阳 spce061a 单片机、 gps 信号接收电路、spr4096 存储电路、led 点阵显示电路、音频输出电路和 键盘控制电路组成。 音频输出 电路 gps 接收机 控制键盘 led 点阵 显示屏 spr4096 凌 阳 单 片 机 电 源 图 2-1 公交车报站器设计方框图 第二章 设计方案及论证 - 5 - 2.2 公交车报站器工作流程及各部分功能 工作流程：首先将站名信息、提示信息和广告信息存入凌阳单片机系统的 外扩存储器中，凌阳单片机上电工作后首先检查是全自动报站工作方式还是手 动按键报站工作方式，手动按键方式则由键盘直接控制显示和语音播报。当系 统工作在全自动报站方式时，凌阳单片机接收 gps 的信息，其中包括时间、地 理位置、速度和方向等信息，gps 通信遵循 nmea0138 协议，凌阳单片机按 照协议提取有用信息，根据公交车的实时运行信息，进行上行、下行判断，并 准确播报报站信息、广告及提示语，在 led 点阵显示屏显示，并通过扬声器播 放出来。 凌阳 spce061a 单片机：是整个系统的控制核心，主要是接收 gps 信息和 键盘控制电路发出的控制指令，对数据信息进行分析处理，然后控制显示屏幕 显示和语音的播报。由于 spce061a 内部集成了 d/a 转换器，不需任何语音芯 片就可直接实现语音播报功能。 gps 接收部分：捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号， 并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的 gps 信号进行变换、放大和处理，以便 测量出 gps 信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出 gps 卫星所发送的 导航电文，实时地计算出测站的三维位置，以及速度、时间、航向等定位信息。 点阵显示部分：采用 led 点阵显示形式，利用单片机对其逐点扫描，实现 报站信息和广告的显示。 单片机外部扩展部分：主要是按键和 spr4096 模组，按键主要是实现对系 统的人为控制。spr4096 模组主要是为了扩展单片机的存储空间，以便存储大 量的语音素材，使报站器更人性化。 2.3 设计方案的可行性分析和预期目标 凌阳 spce061a 单片机最高可工作在 49mhz 的主频下，较高的处理速度 第二章 设计方案及论证 - 6 - 使 nsp 能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号，并且内置 a/d、d/a 转换器，这使得 spce061a 具有灵活的语音处理能力，可以很容易的实现语音 播报功能。spce061 还具有 32 位通用可编程输入/输出端口，一个通用串口， 有多达十四个中断源等丰富的片内资源，可扩展键盘和 spr4096 模组，实现 led 点阵显示。 gps 接收机选用单点模式产品 garmin gps 25lp 集成芯片，它的价格相 对便宜，而且速度限制为 515m/s，加速度限制为 6g，位置精度为 15m，可以提 供位置、时间、航向等数据，满足车载要求，并且能够达到设计的技术指标。 该设计方案从理论上符合实际运行的要求，工作原理可行，各单元电路采 用模块化设计，实用性强，易检修，若能用于实际应该对公交行业提供较好的 技术支持。 设计的预期目标：全面了解 gps 接收原理和凌阳单片机的开发设计流程， 按照任务书的设计要求，结合公交车报站器运行的实际情况，力求从理论上研 究出更先进、实用、廉价的公交车报站器，争取设计出实物。 第三章 系统硬件设计 - 7 - 第三章 系统硬件设计 公交车报站器硬件电路包括：凌阳 spce061a 单片机、gps 信号接收电路、 spr4096 存储电路、led 点阵显示电路、音频输出电路和键盘控制电路组成。 3.1 spce061a单片机控制系统设计 本设计中采用了凌阳 16 位单片机 spce061a 作为控制芯片，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，是适用于 有数字语音功能的应用领域产品的一种经济的选择。 3.1.1 spce061a单片机简介 spce061a 是继 nsp系列产品 spce500a 等之后凌阳科技推出的又一 款 16 位结构的微控制器。与 spce500a 不同的是，在存储器资源方面考虑到 用户的较少资源的需求以及便于程序调试等功能。 spce061a 的主要性能特点是：采用 16 位 nsp微处理器，工作电压 (cpu) vdd 为 2.43.6v，(i/o)vddh 为 2.45.5v，当系统处于备用状态下(时 钟处于停止状态)，耗电仅为 2a3.6v，cpu 时钟为 0.32mhz49.152mhz， 内嵌 32k 字（word）闪存（flash），2k 字（word）sram，内置十位 adc、dac，可编程音频处理，2 个 16 位可编程定时器/计数器，32 位通用可 编程输入/输出端口，1 个 uart 和 sio 接口，有多达十四个中断源等丰富的片 内资源，同时还具备触键唤醒、在线仿真、文件保密、watchdog 等功能。 spce061a 有两种封装模式，一种为 84 个引脚，plcc84 封装形式；另一 种为 80 个引脚，lqfp80 封装。本系统中采用 plcc84 封装，在 plcc84 封装 中，有 15 个空余脚，用户使用时这 15 个空余脚悬浮。在 lqfp80 封装中有 9 个空余脚，用户使用时这 9 个空余脚接地。 第三章 系统硬件设计 - 8 - spce061a 的结构如图 3-1 所示： 16 位微控制 器 nsp ice flash ram 双 16 位定时器/计数 器 时基 中断控制器 锁相环 振荡器 cpu 时钟 实时时钟 7 通道 10adc 单通道 adc+agc 双通道 10 位 dac 串行输入输出接口 32 管脚的通用输入输出管脚 低电压检测/低电压复位 watchdog 串行异步通信接口 iob7(rxd)iob10(txd)iob0(sck)iob1(sda) ioa150iob150 aud2 mic_in aud1 ice_en ice_sck ice_sda xi/r vcp xo 图3-1 spce061a的结构 根据公交车报站器的硬件设计要求，对 spce061a 单片机的硬件资源分配 见表 3-1。 表3-1 硬件资源分配表 watchdog使用，复位时间：0.75s。 ioa7ioa0 用于 led 点阵的八位列控制线。 ioa11ioa8 用于 led 点阵的页控制线。 ioa 口 ioa15ioa12 用于 led 点阵的行控制线。 iob0 用于 spr4096 的 sck 信号。 iob1 用于 spr4096 的 sdk 信号。 iob10 用于通用串口 tx。 iob7 用于通用串口 rx。 iob 口 iob3、iob4、iob5、iob6、iob8、iob9、iob11、iob12 接键盘。 第三章 系统硬件设计 - 9 - timer 使用情 况 timera 放音时使用。 dac音频输出。 fiq_timera 中断用于放音。 irq4_4khz 中断驱动刷新 led 点阵。 irq5_4khz 中断在设置时间时的闪烁效果。 中断使用情况 irq6_tmb(128hz)中断扫描键盘。 3.1.2 spce061a 单片机最小系统设计 最小系统接线如图 3-2 所示，在 osco、osci 端接上晶振及谐振电容，在 锁相环压控振荡器的阻容输入 vcp 端接上相应的电容电阻后即可工作，其他不 用的电源端和地端接上 0.1f 的去耦电容提高抗干扰能力。 图 3-2 spce061a 最小系统原理图 61_sck_iob0 61_sda_iob1 iob3ioa5 ioa0 iob5 ioa 12 ioa4 ice _sda iob 15 av ss 1 ice _sck vcp ioa 14 ioa8 vddh ioa1 vcm iob9 avss1 iob4 vddh iob 12 iob 13 op i vdd_p slee p ioa 11 ag c ioa 10 iob 14 vrt ioa3 iob7_rx ioa 9 ioa6 ioa2 micp vref2 iob6 iob 11 ioa 15 ice _en av ss 1 iob2 vs s ioa 13 ioa7 mico ut vs s vss vm ic vss vddh da c1 da c2da c micn vs s vdd_a vs svs s vdd vs s c119 104 c115 104 c106 104 c118 104 c101 104 osc32o 12 osc32i 13 xte st 14 vdd 15 xice 16 xiceclk 17 xicesda 18 vss 19 pvin 20 dac1 21 dac2 22 vref2 23 vss 24 agc 25 opi 26 micout 27 micn 28 pfuse 29 micp 33 vcm 34 vrtpad 35 vdd 36 vmic 37 vss 38 ioa0 41 ioa1 42 ioa2 43 ioa3 44 ioa4 45 ioa5 46 ioa6 47 ioa7 48 vss 49 vss 50 vddh 51 vddh 52 ioa8 53 nc 39 nc 40 nc 30 nc 31 nc 32 ioa9 54 ioa10 55 ioa11 56 ioa12 57 ioa13 58 ioa14 59 ioa15 60 xromt 61 vss 62 xsl eep 63 iob15 64 iob14 65 iob13 66 iob12 67 iob11 68 pvpp 69 vddh 75 iob10 76 iob9 77 nc 70 nc 71 nc 72 nc 73 nc 74 iob8 78 iob7 79 iob6 80 iob5 81 iob4 1 iob3 2 iob2 3 nc 82 nc 83 nc 84 iob1 4 iob0 5 xresb 6 vdd 7 vcp 8 vss 9 nc 10 nc 11 u101 vddvss s0 c111 104 vss av ss 1 c107 104 y101 32768 c103 20p c10420p vcp vs s c109 3300p c110 104 r102 4.7k c102 1.0uf r101 10k c105 100u c108 100uf c116 100uf c114 100uf c120 100uf xresb2 xre sb2 iob8 iob10_tx 第三章 系统硬件设计 - 10 - vdd_p vddh3 vdd vdd_a vs s av ss 1 av ss 2vs s 12 vd501 1n4004 12 vd502 1n4004 vi 2 gnd 1 vo 3 u501 spy0029c504 104 c502 104 1 2 j502 con2 5v so t-89 + - 5v vddh3 vddh 1 2 3 j501 con3 5v c501 220uf c503 220uf 3.3v 3.1.3 spce061a 单片机电源设计 图 3-3 是 spce061a 单片机的电源电路，spce061a 的工作电压要求为 3.3v，而 i/o 端口的电压可以选择 3.3v 也可以选择 5v。所以，在电路设计上 具有两种工作电压：5v 和 3.3v。对应的 spce061a 引脚中 15、36 和 7 必须为 3.3v,对于 i/o 端口的电平参考引脚 51、52、75 可以为 3.3v 也可以是 5v，这 两种电平的选择通过跳线 j501 来选择。 图 3-3 spce061a 电源电路原理图 spy0029 是凌阳公司设计的电压调整 ic，采用 cmos 工艺。spy0029 具 有静态电流低、驱动能力强、线性调整出色等特点。 图 3-3 图中的 vddh 为 spce061a 的 i/o 电平参考，接 spce061a 的 51、52、75 脚；vddp 为 pll 锁相环电源，接 spce061a 的 7 脚；vdd 和 vdda 分别为数字电源与模拟电源，分别接 spce061a 的 15 脚和 36 脚； avss1 是模拟地，接 spce061a 的 24 脚；vss 是数字地，接 spce061a 的 38 脚；avss2 接音频输出电路的 avss2。 3.2 led点阵显示电路设计 led(light emitting diode 发光二极管)电子显示屏是由发光二极管排列组成 的显示器件，它采用低电压扫描驱动，具有：耗电少、使用寿命长、成本低、 亮度高、故障少、发热量少、单色发光、反应速率快、耐冲撞、机械特性好、 体积小、视角大、可视距离远等特点。广泛应用于汽车、通讯新产品、资讯新 产品、消费性新产品、交通信号标志及大型资讯显示屏等方面。 第三章 系统硬件设计 - 11 - 本次设计采用可 8 个 1616 型的 led 点阵，整个显示屏共 16 路行线和 128 路列线，可以同时显示 8 个汉字。 3.2.1 led 点阵扫描原理 本系统中的 led 点阵屏采用动态扫描的方式显示，即逐行扫描，工作时先 将一行点阵字模文件通过列输出，然后运用译码器选中对应行，使该行得以显 示，接着再送下一行数据，再选中下一行有效，直到 16 行全被扫描一遍。至 此，一幅完整的文字信息就显现出来。然后在多次扫描这 16 行直至显示新的 信息。采用这种方式的优点是耗电少，成本低，寿命长，但是也存在显示亮度 及内容显示稳定的问题。根据视觉滞留原理，根据视觉滞留原理，每屏的完整 的显示时间应控制在 20ms 之内，即 50hz，人眼看上去才不会觉得闪烁。由于 要扫描 16 行的点阵，所以每行的时间绝不能超过 20ms16=1.25ms，同时也不 是每行的扫描时间越短越好，因为 led 的亮度同电流的大小和维持时间的长短 有关。led 点阵块的单点静态电流一般在 10ma 左右，由于占空比是 1/16，所 以单点的动态电流最大可以达到 160ma。在维持时间恒定的情况下，电流越大 （不超过额定电流），点阵亮度也越亮，而在电流恒定的情况下，需要一段维 持时间来保持亮度。实验表明当输入 led 的电流为 15ma 时，维持时间至少需 要 1ms，否则 led 呈微亮状态。由于设计时设置 spce061a 单片机的系统时钟 频率为 24mhz，而每次传送移行的字模数据有 64 位，经计算传输所需的时间 小于 1ms，这样就能充分利用列驱动的锁存功能，即在它接收下一行待显示的 数据，还没有锁存新数据的这段时间来显示本行的内容，这样就不需要额外加 延时来增加显示屏的亮度。采用这个方法就不要再增加 led 的列驱动器件，从 而使整个硬件结构更简化，成本降低。 3.2.2 spce061a 实现点阵显示方案 鉴于 spce061a 单片机比传统的 51 系列 8 位单片机具有更加丰富的资源， 而且数据处理速度快，将显示数据通过并行(一般为 8 位)方式送入驱动电路， 这样的好处是：相对于串行控制而言，数据的刷新速度快，在处理同等数量的 数据时，对处理速度要求可以大大降低，从而提高了系统的稳定性。 要用 led 点阵来显示数字、字母和汉字等信息，首先要能够提取出其字模 第三章 系统硬件设计 - 12 - 数据，即一个 16*8 的点阵数字、字母的字模数据共有 16 个字节，一个 16*16 的点阵汉字的字模数据共有 32 个字节。首先要确定点阵信息提取方案。 方案一：固定汉字显示，就是将要显示的语句中全部汉字和字母数据依次 提取出来，按顺序存放在存储器中，当有显示任务时，直接取出字模数据送至 显示器即可。这种方法占用空间少，程序实现简单，显示速度快。本系统中的 显示数据较少，对预存点阵信息的提取和存储就是采用这种方案。但是，要想 显示大量的汉字信息或直接对显示信息进行更新，则几乎是不可能的事。因此， 要实现这样的功能就要采用第二种方案。 方案二：将标准的点阵信息字模数据的字库文件（可以采用汉字库文件 hzk16、ascii 码库文件 asc16）装入外扩 rom 存储器，采用与 pc 机相同 的编码（机内码），先进行基于 pc 机的预处理，提取需显示内容的机内码， 通过串口发给单片机，单片机首先进行判断，若是 ascii 码，则直接计算出起 始地址，在 asc16 文件中指定位置取出连续的 16 个字节即为其字模信息；若 为汉字，单片机将机内码转换为区码和位码，再计算出起始地址，在 hzk16 文件中指定位置取出连续的 32 个字节即为其字模信息，然后送到显示器去显 示。另外，pc 机与单片机之间串口通信只是传输机内码，而不是传输字模信息， 传输信息量小，不需要复杂的通信协议。这样既可以减轻单片机的负担，而且 可以根据要求随时改变显示内容，非常简单灵活，但对于本系统设计要求来说， 第一种方案就可以很容易实现，且编程简单，显示速度也能达到设计要求。 3.2.3 led 点阵显示电路设计 本系统共 16 路行线和 128 路列线，采用凌阳 spce061a 单片机的 ioa(015)共 16 个口对 led 点阵显示屏进行控制，led 点阵显示控制电路原 理图如图 3-4 所示。 第三章 系统硬件设计 - 13 - sel1 sel2 ioa70 sel15 sel16 . . . . . . . . . . . . . . . u221 1616le d个个个个 8个1616led个个个个 a 23 b 22 c 21 d 20 g1 18 g2 19 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 13 12 14 13 15 14 16 15 17 u2204 74ls154 se l1 se l2 se l3 se l4 se l5 se l6 se l7 se l8 se l9 se l10 se l11 se l12 se l13 se l14 se l15 se l16 r1 r2 r3 r4 r5 r6 r7 r8 r9 r10 r11 r12 r13 r14 r15 r16 ioa8 ioa9 ioa10 ioa11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1a1 2 1a2 4 1a3 6 1a4 8 2a1 11 2a2 13 2a3 15 2a4 17 1y1 18 1y2 16 1y3 14 1y4 12 2y1 9 2y2 7 2y3 5 2y4 3 1g 1 2g 19 u202 74ls240 1a1 2 1a2 4 1a3 6 1a4 8 2a1 11 2a2 13 2a3 15 2a4 17 1y1 18 1y2 16 1y3 14 1y4 12 2y1 9 2y2 7 2y3 5 2y4 3 1g 1 2g 19 u201 74ls240 a 23 b 22 c 21 d 20 g1 18 g2 19 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 13 12 14 13 15 14 16 15 17 u203 74ls154 row1 row3 row4 row5 row6 row7 row2 row8 row9 row10 row11 row12 row13 row14 row15 row16 ioa12 ioa13 ioa14 ioa15 q201 8050 r217 240 r201 1.5k q202 8050 r218 240 r202 1.5k q215 8050 r231 240 r215 1.5k q216 8050 r232 240 r216 1.5k 个5v row15 row16 row1 r1r2r15r16 row2 . . . . . . . . . . 16个8050个个 1a1 2 1a2 4 1a3 6 1a4 8 2a1 11 2a2 13 2a3 15 2a4 17 1y1 18 1y2 16 1y3 14 1y4 12 2y1 9 2y2 7 2y3 5 2y4 3 1g 1 2g 19 u206 74ls240 1a1 2 1a2 4 1a3 6 1a4 8 2a1 11 2a2 13 2a3 15 2a4 17 1y1 18 1y2 16 1y3 14 1y4 12 2y1 9 2y2 7 2y3 5 2y4 3 1g 1 2g 19 u205 74ls240 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 j202 ioa 6 ioa 5 ioa 0 vs s vddh ioa 7 ioa 4 ioa 2 ioa 1 ioa 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 j201 ioa 14 ioa 13 ioa 8 vs s vddh ioa 15 ioa 12 ioa 10 ioa 9 ioa 11 1a1 2 1a2 4 1a3 6 1a4 8 2a1 11 2a2 13 2a3 15 2a4 17 1y1 18 1y2 16 1y3 14 1y4 12 2y1 9 2y2 7 2y3 5 2y4 3 1g 1 2g 19 u219 74ls240 1a1 2 1a2 4 1a3 6 1a4 8 2a1 11 2a2 13 2a3 15 2a4 17 1y1 18 1y2 16 1y3 14 1y4 12 2y1 9 2y2 7 2y3 5 2y4 3 1g 1 2g 19 u220 74ls240 图 3-4 led 点阵显示电路原理图 行信号控制：由 ioa15ioa12 通过一片 4-16 译码器 74ls154 芯片译码， 再通过两片 74ls240 芯片，逐行选中点阵的 16 路行信号。 列信号控制：点阵的 128 路列信号，可分为 16 页，每页 8 路信号，为了 分别扫描 16 页中的每一列信号，采用凌阳单片机的 ioa11ioa8 对显示页进 行控制，通过一片 4-16 译码器 74ls154 芯片译码，对 16 页中的每一页逐一选 通，再通过凌阳单片机的 ioa7ioa0 对每一页中的 8 列信号进行选通。 电路逻辑分析：oa15ioa12 通过一片 4-16 译码器 74ls154 芯片译码后， 再通过 74ls240 后，16 路输出信号中，只有 1 路信号是高电平，15 路是低电 平，再通过 npn 三极管，可以实现某一路的选通，同时其他的 15 路截至。通 过凌阳单片机的 ioa11ioa8 控制 4-16 译码器可以唯一的选通 16 片 74ls240 芯片中的某一片，即仅选通一页，其他各页中的各路信号表现为高阻态，同时， 凌阳单片机通过 ioa7ioa0 对唯一选中的某一页 8 路进行选通，如果表现为 低电平，行信号为高电平，发光二极管导通，该点被点亮。如果为高电平，则 发光二极管不被点亮。通过循环，可以实现 16128 点阵中每个发光二极管的 选通。 第三章 系统硬件设计 - 14 - vddh iob8 iob4 iob5 iob6 iob3 iob9 iob11 iob12 k1k2k3k4k5k6k7k8 av ss 2 vddh da c vs s c404 224 c405 104 c402 104 c401 104 + - 5 4 6 1 2 83 7 u401 spy0030 sph spl r401 1k ls401 speaker 1k c403 100uf 3.3 音频输出电路设计 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 3-5 spce061a 音频输出电路原理图 图 3-5 是音频输出电路图。图中的 spy0030 也是凌阳公司的产品,和 lm386 相比，spy0030 还具有下述优势，比如 lm386 工作电压需在 4v 以上, spy0030 仅需 2.4v 即可工作(两颗电池即可工作)；lm386 输出功率 100mw 以 下,spy0030 约 700mw。 3.4 键盘电路设计 由于凌阳 spce061a 单片机具有可编程的 i/o 口，所以只需将要接按键的 i/o 口设置为带下拉电阻的输入口，按键的另一端接到高电平上即可。电路原 理图如图 3-6 所示。 图 3-6 键盘电路原理图 第三章 系统硬件设计 - 15 - 各按键的功能定义如下： 1在公交车报站状态： k1：逐次播放上行各站提示语，每按一次按顺序播放一个。 k2：逐次播放下行各站提示语，每按一次按顺序播放一个。 k3：播放警告用语“车辆拐弯，请注意安全”。 k4：播放提示语“车上有老弱病残孕乘客，请让座”。 k5：播放娱乐音乐或广告。 k6：进入设置时间状态。 k7：启用 gps 自动报站控制。 k8：打开或关闭点阵显示。 2在时间设置状态： k1、k2、k3、k4：无效。 k5：接收 gps 上的时间 k6：设置切换。 k7：增加。 k8：减小。 在启用 gps 自动报站控制时，按 k1k6、k8 任意键，执行该键的操作， 并关闭串口接收 gps 数据，启用手动报站方式。在播放语音时，按任意键可以 停止播放。 3.5 spr4096 模组设计 为了使报站器更加人性化，需要存储大量的语音文字信息，这就要求系统 扩展外部存储空间，本次设计采用凌阳公司的 spr4096 模组电路，配合 pc 机 使用 reswriter 工具，通过 ez-probe 下载线，完成对 r4096 存储器芯片的擦除、 写入、校验等功能。并且 spr4096 可以直接与 spce061a 单片机相连，实现 第三章 系统硬件设计 - 16 - spce061a 单片机存储空间的扩展。 3.5.1 spr4096 芯片简介 spr4096 内嵌 512k*8 位高性能 flash 存储器同时内嵌 4k*8 位 sram。芯 片具有 bmi（bus memory interface）并行接口总线与 sif（serial interface）串 行接口总线。在 spr4096 芯片中，使用两种电源供电，vddi 与 vddq。vddi 范围在 2.25v-2.75v，这个电源是给内部的 flash 与逻辑控制单 元供电的。vddq 范围在 2.25v-3.6v，只给 i/o 口供电。spr4096 可以工作在 5.0mhz 频率下，最大读电流为 2.0ma，最大编程/擦写电流 6.0ma。 3.5.2 spr4096 硬件连接框图 pc 机 spr4096 sck sda spce061a iob0 iob1 图 3-7 spr4096 硬件连接框图 spr4096 模组连接框图如图 3-7 所示，spr 模组有两个接口，一个接口是 ez-probe，这是在使用 reswriter 工具对 spr4096 进行烧写时连接使用的，另 一个接口主要提供电源以及 sck 和 sda 与 spce061a 连接使用。 3.5.3 spr4096 模组电路原理图 spr 模组的硬件电路主要分成两部分，下面分别介绍： 第一部分：reswriter 工具对 spr4096 进行烧写的下载缓冲电路，此部分 电路主要是控制 sck、sda 信号的作用，通过 74hc244 可以控制 sda 信号的 高低电平，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。 第二部分：spr4096 的工作电路，此部分电路是为了使 spr4096 存储器正 常工作的外围电路，通过 sck、sda 与 spce061a 单片机相连。 第三章 系统硬件设计 - 17 - 1a1 2 1a2 4 1a3 6 1a4 8 2a1 11 2a2 13 2a3 15 2a4 17 1y1 18 1y2 16 1y3 14 1y4 12 2y1 9 2y2 7 2y3 5 2y4 3 1g 1 2g 19 u301 74hc244 1 2 3 4 5 j303 u3_ez_probe r302 33 pd0 r301 33 busy pd1 pd0 ez _sda r303 33 pd1 r304 3.3k 3.3v c301 500p ez _sck ez _sda busy r305 33 c304 0.1ufvd302 4148 sda 3.3v c303 0.1uf mem 3.3v c305 0.1uf r306 10k r307 2k c306 0.1uf 3.3v 1 2 3 j301 mese l 3.3v mem vddi 1 sda 2 vssq 3 vddq 4 cf7 5 cf4 6 cf3 7 cf0-2 8 nc 9 nc 10 nc 11 nc 12 nc 13 nc 14 nc 15 nc 16 nc 17 nc 18 nc 19 vss 20 res 21 sck 22 vddq 23 vss 24 u303 spr4096_24p 3.3v c308 22ufc307 0.1uf c302 0.1uf 3.3v vd301 3.3v 12 34 56 j302 ez _sdaez _sck sck 61_sck_iob061_sda_iob1 sda sck spr 模组电路原理图如图 3-8 所示。 图 3-8 spr4096 模组电路原理图 3.6 gps 接收电路设计 gps 是英文 navigation satellite timing and ranging/global positioning system 的缩写，译为利用卫星导航进行测时和测距/全球卫星定位系统。全球定 位系统(global positioning system-gps)是美国从 20 世纪 70 年代开始研制，历 时 20 年，耗资 300 亿美元，于 1994 年全面建成，为高精度导航和定位而研制 的全球被动式无线电卫星系统，是集成无线电导航、定位和定时于一体的多功 能系统。gps 以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大使用 者的信赖，并成功地应用于导航、授时、高精度测量等领域。 3.6.1 gps 系统组成 gps 定位技术是利用高空中的 gps 卫星，向地面发射 l 波段的载频无线 第三章 系统硬件设计 - 18 - 电测距信号，由地面上用户接收机