毕业设计（论文）-MP3语音报站器设计.doc

专科生毕业设计（论文）摘 要随着我国经济的飞速发展和城市化进程的加深，城市人口日益膨胀，机动车辆急剧增加，城市交通压力越来越大。发展公共交通事业是为居民提供安全有序的出行方式的不可替代的途径，公共交通管理的高质量和公共服务水平的人性化是吸引居民采用公交出行的有效途径，是中国解决交通问题的重要措施。公交车报站系统是公共交通系统的一个重要的组成部分，设计先进的报站系统能为广大居民乘车提供优质的服务，提高公交系统的服务水平。本文根据研究的需要，在综述国内外公交系统发展和现状的基础上，结合我国实际情况，采用MP3语音技术和射频识别技术设计了一款MP3语音智能公交车报站器,并给出了系统应具备的功能、系统的体系结构和总体设计方案。实现了手动和自动报站的结合确保了报站的准确性。报站系统实现了播报语音高质量话、下载语音便捷化和报站自动化。通过验证此系统可以极大的提高报站效率，减轻司机的工作压力，给安全行车提供了保证。为城市公交事业的发展做出了突出的贡献。关键词：报站器 MP3语音 USB技术 单片机Design of Automatic Bus Stop Device Base on Mp3AudioAbstractWith the development of national economy and the deepening of the processof urbanization.The pressure on city traffic is increasing because of the Increasingurban population and the Sharp increase in motor vehicles.Development of publictransport is the Irreplaceable way for the Residents safe and orderly travel.Thehigh-quality of Public transport management and public services is a effect way toattract People take bus.and the important measure for China to solve the trafficproblems.The bus stop device is a very important Part of Public transportsystem.The Advanced design of the device can serve people well and improve theService level of public transportation systems.In this paper According to research needs based on Summary of domestic andinternational public transportation system development Combined with the actualsituation in our country Designed a bus stop device using the MP3 audiotechnology and radio frequency identification technology.System features andSystem architecture and design program have explained.Ensure the Accuracy.by test and verify this systemCan greatly improve the efficiency of stop and can reduce jobstress of Driversensured traffic safety.It can make outstanding contributions For the development ofurban public transport cause.Keywords：Stopdevice MP3 USBTechnology RadioFrequency Single-chip目 录第1章绪论.11.1课题的研究意义.11.2该课题的具体任务和指标.11.21本课题的主要任务.2第2章USB技术简介.32.1 USB技术原理.32.11 USB技术的发展和技术优势.42.12 USB的数据传送方式.4第3章系统的总体设计方案.53.1 MP3语音格式的报站器的系统总体设计方案.53.2报站器的硬件系统的构成.63.3报站器的软件系统设计.63.4模块功能简述.73.41控制模块.73.42键盘模块.73.43时钟模块.83.44存储模块.8第4章系统的硬件设计与实现.94.1系统的硬件构成.94.2控制模块设计及实现.104.3存储模块设计及实现.114.31 K9F1208读/写和擦除操作的实现.124.32 K9F1208与AT89C51SDN1CD的接口连接.134.4液晶的显示模块的设计及实现.144.41 LCD的结构介绍.164.42液晶驱动电路的搭建.174.5硬件PCB的设计.184.51 PCB设计的原则.194.52报站器系统的PCB设计.20第5章系统的软件设计和系统的试验与调试.215.1系统软件的总体设计工作流程.215.2 AT89C51SND1的固件设计.215.21固件程序结构框架.215.22端点配置程序设计.225.23设备配置阶段程序设计.235.24批量传输程序设计.255.3 MP3标准及数据结构定义.275.4系统的试验与调试.305.41开发软件的使用及USB连接试验.305.42设备连接与固件下载.315.43系统调试.325.44 USB通讯实验.35第6章总结与展望.376.1总结.376.2展望.38参考文献.39致谢.40IV 第1章 绪 论1.1课题的研究意义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。随着城市区域不断扩大、旅游资源的发展、城市口的增加、道路网络的构筑、人民生活水平的提高，以及政府“公交优先”政策的推行，为城市公共交通事业的发展创造了良好的经营环境。随着国民经济的飞速发展，公交系统也日新月异。不仅公交车的型号不断更新换代，而且为了公司效益目前己经全部改成无人售票车。报站也由原来的由随车售票员报站改为由报站器报站了。因此，对自动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。在现代化的城市里，公交车己经成为都市人生活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。传统的汽车报站器都是采用专用语音合成芯片制成的。语音合成芯片受信息容量、语音音质的限制，且更换信息需专业设备及人士。在国外发达国家公交系统中，出现了GPS自动报站,但是GPS报站器有自身的缺点。主要表现在:(1)有时定位有误差，导致不能在到站时准确的报站。（2）接收效果因地理环境而异，市区的高层楼房,电磁信号,空气污染都比郊区要多,形成一定的不利条件。（3）价格相对比较昂贵,应用不多。因而使研制一种新型公交自动报站器显得极为重要。本设计具有以下独特的优越性。（1）存储介质好、U盘式设计，方便便捷。存储介质为高密度、非易失性的读/写闪存存储器，存储容量大。（2）MP3节目源、内容完全自己选择。（3）抗震性好、寿命长、电源稳定性强。（4）音质好，采用MP3语音播放技术、保证音质效果。（5）采用LCD显示技术，显示效果好。1.2 该课题的具体任务和指标本课题要设计一款MP3语音格式的智能公交车自动报站系统.报站采用MP3格式放音，音质接近CD,上/下行站数分开设置，由用户自行设定，最多可设上/下行各80站，可同时容纳8条线路可插播广告内容，报站器自带USB接口，可通过计算机高速下载报站语音，不需要专门的烧写设备，用户自己就可以快速修改站名维护方便。1.21本课题的主要任务报站器的主要任务有以下几点：（1）系统的硬件电路的合理设计。合理地选择元器件是设计好电路的关键所在。硬件的设计CPU是智能仪器仪表系统的灵魂。智能仪器仪表系统的整体性能在很大程度上取决于CPU的先进性和灵活性。就本系统设计而言，整个系统以一个微控制器(单片机)为核心来开发，本设计选用带有MP3解码功能的AT89C51SNDC芯片，该芯片具有2KBRAM,64KBFlash存储器，支持USB自动下载数据。（2）系统的软件设计。本设计采用模块化设计系统主要有：控制模块，键盘模块，液晶显示模块，USB通信模块，MP3文件读取模块，无线射频模块。（3）系统的稳定性设计，抗干扰性设计。第2章 USB技术简介2.1 USB技术原理2.11 技术的发展和技术优势很早以前，人们就希望设计一种外置式的数据采集系统，但主机的通讯接口一般是基于RS-232串行总线、PCI总线或ISA总串行总线虽然连接简单，但其缺点是传输速度慢(56Kbps)，且主机目有限，这种传输方式并不能保证实时的数据采集和快速传输;而线型的板卡存在扩展槽数量有限、安装不方便、易受干扰等缺点了极大的不便，USB的出现正好解决了这一难题,USB具有操作简便、快速、连接灵活、支持热插拔、即插即用、无须安装驱动程序给用户带来了极大的方便。自从USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)1.1诞生，到USB OTG(On-the-Go)V1.0的出现,在此期间，USB技术也越来越的青睐，USB的速度也从最初的1.5Mb/s提高到现在的480Mb/s，能使用USB接口的视频传输都可以使用了。USB OTG V1.0的诞间点到点通信的实现提供了一种完善的解决方案，突破了主PC机许USB外设拥有受限的主机功能，实现与其它的USB外设通信。RS-232那样，它可以连接多个设备(理论上可连接127个外围设备可以相互连接在一起，而且不同的设备可以通过USB集线器分离利于实现分布式的控制系统USB的规范能针对不同的性能价格比要求提供不同的选择，系统和部件及相应不同的功能，其主要技术优点可归结为以下几点：（1）终端用户的易用性;（2）广泛的应用性；（3）同步传输带宽；（4）灵活性；（5）健壮性；（6）价廉物美。2.12 USB的数据传送方式为了满足不同外设和用户的要求，USB提供了四种传输方式：控制传输（Control transfers）、批传输（Bulk Transfers）、中断传输（Interrupt transfers）和同步传输（Isochronous transfers）。它们在数据格式、通信流方向、数据包容量限制、总线访问限制、所要求的数据顺序等方面有着各自不同的特征。控制传输主要用于命令、控制、状态操作（如获取设备的设备描述符，设置设备的USB地址等，可以通过控制传输来定义自己对设备的控制操作，设置采样参数、开始或停止采样等），是由主机软件发起的请求响应通信过程，具有突发性、非周期性的特点，每个USB设备都必须有控制传输的通道。批传输主要用于完成主机和设备之间的大批量数据传输，这种传输方式可以利用任何可用的带宽进行传输，或可以延迟到有可利用的带宽时再进行传送数据。由于批传输在硬件级上对传输数据进行错误检测（若发生错误，它支持“重传”功能），因此它能保证数据传输的可靠性。批传输支持两个方面的数据传输（即主机到设备和设备到主机），适用于打印机、调制解调器等不定期传送大量数据的中速设备，具有非周期性和突发性强的特点。中断传输用来完成设备到主机的少量数据传输，它只支持设备到主机方向数据传输（中断传输与我们平常说的“中断”概念没有任何联系），适用于人工输入设备。具有数据量小、非周期性、低频率、延时一定等特点。同步传输主要用于主机和设备与时间有关的信息传输，比如，实时数据的传输（如多媒体、音、视频数据）。同步传输不对传输数据进行错误检测，它主要保证数据的连续传输，适用于实时性要求比较高的场合，具有周期性、连续性的特点。这种传输类型保留了数据中时间压缩的概念，但并不意味着这一类数据传输都是实时的。在实际开发过程中，我们可以采用其中的一种或几种方式来设计我们的系统。第3章 系统的设计方案基于MP3语音格式的自动报站器的系统总体设计方案包括系统设计的基本原则，系统的主要功能，以及主要系统模块的设计方案，如数字音频处理模块，模拟音频处理模块，控制模块，存储模块，键盘模块，液晶显示模块，射频识别模块的功能说明。还有重要元器件的功能描述。3.1MP3语音格式的报站器的系统总体设计方案对于任何一个电路系统来说，其设计的主要工作是系统结构的选择、进行硬件和软件的功能合理分配、硬件电路的可靠设计以及软件系统的稳定工作。本系统设计的基本原则如下：（1）充分考虑系统输入信号的特性，确保性能指标能够完全实现；（2）对系统结构进行合理的选择，其中包括硬件、软件功能的合理分配；系统采用何种布局和接口方式；（3）采用科学的方法设计应用软件；（4）保证在规定的工作环境下，系统能稳定、可靠地工作。根据设计要求，报站器的系统的主要功能是稳定可靠的完成播放存储介质上的MP3音频文件。当公交车行驶到距离站台一定距离时无线收发模块进行通信识别站台信息，并把信息传送给单片机系统。单片机系统调用存储的相应的语音信息进行报站。系统具有可通过计算机高速下载报站语音，不需要专门的烧写设备，用户自己就可以快速修改站名，摒弃传统音响系统中的CD和磁带播放功能，具有电子抗震、抗干扰性强等优点，可根据USB盘的存储大小随时下载最新的MP3语音报站，免去因为路线改变而更换芯片的大量花费，同时本系统兼有按键系统，确保报站的准确性。本设计方案是围绕ATEML公司的带MP3解码器的控制芯片AT89C51SND1为核心来进行设计的。系统的总体设计方案图如图1.1所示。键盘模块LCD显示模块电源模块AT89C51SND单片机音频输出模拟麦克风存储模块通信模块USB接口RS485转换器 图1-13.2报站器的硬件系统的构成一个好的智能仪器仪表必须有好的硬件系统，才能够现场完成数据的传输转换、存储。报站器系统硬件部分的总体设计首先应选择好性价比高、系统级的CPU芯片，然后在其基础上扩展，选择其他的元器件，设计出与其相配套的电路部分，经调试后组成硬件系统。其中，在元器件选择和方案设计过程中应遵循以下原则：（1）在满足需要的前提下，选择低功耗、小体积的元器件，以延长使用时间、缩小仪器的体积。（2）电路设计力求简洁、可靠，尽量采用集成度高的芯片，减少外围元器件的数量。（3）适当的价格，包括元器件价格和开发系统的一次性投资，降低成本。自动报站器系统包括无线射频模块、单片机模块、存储模块、键盘模块和功率放大模块。51系列单片机有着各种具有不同的外设功能的成员，可适用于各方面的应用。选择一款合适的单片机是十分重要的。考虑到电路板空间和成本，应使外围部件尽可能少。报站器系统的硬件设计采用的核心芯片AT89C5lSND1。AT89C51SND1为ATMEL公司内置USB接口的带有MP3解码器的高性能微控制器芯片，具有单独的MP3解码器，具有适应市场上不同的DAC的可编程的音频输出接口，兼容PCM格式和兼容I2S格式。简化了硬件部分的设计。这样可大大减少元件的数目和电路板面积并降低系统的成本。3.3报站器的软件系统设计报站器系统采用模块化设计，系统软件模块主要分为USB通信模块、无线检测模块、FAT文件系统模块、MP3语音模块、时钟模块、键盘模块以及存储模块。其中设计一个USB系统，要想使其正常工作，就要进行软件的合理设计。报站器的系统通信模块的软件设计分为三部分：USB外设端的单片机固件程序、主机操作系统上的客户驱动程序以及主机应用软件。单片机固件则响应各种来自系统的USB标准请求，完成各种数据的交换工作和事件处理，而客户驱动程序则让主机可以识别USB设备，并通过应用软件来读取USB设备，完成通信功能。主机应用软件通过客户驱动程序与系USBI(USBDeviceinterface)进行通信，由系统产生USB数据的传送动作。包括检测枚举程序、中断服务、人机接口、文件操作函数集、FAT文件系统函数集、USB协议层、硬件提取层、数据转换程序。完成U盘的枚举过程，一旦枚举完成，则AT89C51SND1的外设识别结束，通过握手信号告诉控制CPU播放器就绪，即开始播放语音内容。3.4模块功能简述3.41控制模块AT89C51SND1微控制器，具有单独的MP3解码器，支持48，44.1，32，24，22.05，16KHz采样频率，左右声道独立的音量控制重低音、中音、高音均衡控制，重低音环绕声效果，“CRC错误”和“MPEG帧同步”指示，具有适应市场上不同的DAC的可编程的音频输出接口，兼容PCM格式和兼容I2S格式。基于8位C51MCU核(最大时钟频率20MHz)，内置2304字节RAM，64K字节FLASH程序空间，4K字节引导闪存(AT89C51SND1)在线系统编程，内置锁相环，提供MP3音频时钟、USB时钟。3.42键盘模块键盘的控制是由AT89C51SND1微控制器模块来完成。在本系统设计的键盘上，按下不同的键，就会有相应的不同的电压信号，此电压值送入AT89C51SND1微控制器中，产生相应的中断，通过中断标志状态来判断键盘的读数。本设计中当键盘上有按键按下时，通过键盘扫描来获得按键的位置。获得按键后，按照按键的要求来调用相应的程序模块，完成相应的功能。3.43时钟模块本系统采用的PCF8563是Philips公司推出的一款带I2C总线具有极低功耗的多功能时钟/日历芯片，具有四种报警功能和定时功能。内部时钟电路、内部振荡电路、内部低电压检测以两线制I2C总线通信方式，不但使用外围电路简洁，而且增加了芯片的可靠性。PCF8563的SCL为时钟输入端，数据随时钟信号同步入器件或从器件输出，SDA为双向引脚，用于串行数据的输入输出，INT是中断信号输出端，可通过设置报警寄存器按指定时间在该脚产生报警信号，低电平有效。SDA、SCL、INT均为漏极开路，必须上拉电阻，X1、X2分别为反相放大器的输入、输出端；可在X1端接入32.768kHz的石英晶振，配置成片内振荡器。本系统PCF8563与AT89C51SND1接口在X1、X2端接入32.768kHz的石英晶振，将时钟源配置为片内振荡器。VDD与地之间接入1个1F的大电容供电维持时钟芯片，锂电池（3.6V）同时开始工作，给时钟芯片供电，使时钟芯片工作不受影响。PCF8563与AT89C51SND1接口采用3根口线，PCF8563的INT脚产生周期为1s的脉冲中断信号给89C51的INT0引脚，89C51产生中断后，通过I2C总线读取PCF8563的基准时间。3.44存储模块本系统采用Samsung公司生产的NANDFlash存储器芯片K9F1208作为存储介质，K9F1208是Samsung公司生产的512Mb(64M8位)NAND Flash存储器。该存储器的工作电压为2.73.6V，内部存储结构为528字节32页4096块，页大小为528字节，块大小为(16KB+512字节)。可实现程序自动擦写、页程序、块擦除、智能的读/写和擦除操作，一次可以读/写或者擦除4页或者块的内容，内部有命令寄存器。该器件按功能可以划分为：存储阵列、输入输出缓冲、命令寄存器、地址译码寄存器和控制逻辑产生。其中，命令寄存器用来确定外部设备对存储器进行操作的类型；地址译码寄存器用于保存被访问的地址并产生相应的译码选通信号。主设备通过8位I/0端口分时复用访问器件命令、地址和数据寄存器，完成对芯片内存储器的访问。第四章 系统的硬件设计与实现4.1系统的硬件构成报站器系统的主要硬件包括带有MP3解码器、USB控制器以及的控制芯片AT89C51SND1，NAND Flash存储器K9F1208,时钟芯片PCF8563，功率放大器TDA2030以及NE5532，液晶显示器件CM12232,模拟开关CD4053，电源系统和射频识别系统等。下面详述硬件电路设计的主要模块设计，系统硬件系统的原理图如图4-1所示。图4-1系统硬件原理图4.2控制模块设计及实现控制模块以AT89C51SND1为核心进行设计。AT89C51SND1C是Atmel公司推出的一款集成MP3硬件解码器及USB rev1.1控制器的单片机。它基于8位C51MCU核(最高时钟频率为20MHz)，内置2304字节RAM及64KB Flash程序空间，具有4KB引导闪存，提供超过44个可用的通用I0口及多种接口。其中非常方便的设计是4位可中断的键盘口和I2S格式音频接口。4位可中断键盘口可组成44的键盘矩阵，而I2S接口简化了系统电路。本设计的DAC采用的是UDA1330。UDA1330是Philips公司推出的一款内部集成耳机运算放大器、带有I2S接口的DAC。采用UDA1330可进一步简化系统电路，并且提供L3模式及静态控制两种控制方式，最高可提供20位的高品质声音，是一种较为理想的选择。图4-2 MCU内部结构图由图4-2可以看出AT89C51SND1C的内部结构，其技术指标主要包括：（1）MP3硬件解码器：单独的MP3解码器，支持48，44.1，32，24，22.05，16KHz采样频率，左右声道独立的音量控制，重低音、中音、高音均衡控制级，重低环绕声效果，辅助数据输出。“CRC错误”和“MPEG帧同步”指示。具有适应市场上不同的DAC的可编程的音频输出接口。兼容PCM格式，兼容I2S格式。（2）基于5位C51MCU核(最大时钟频率20MHz)。内置2304字节RAM。64K字节FLASH程序空间。4K字节引导闪存(AT89C5lSND1)，在系统编程，通过USB，UART和其他存储卡。（3）USB1.1控制器：”Fullspeed”数据传输。内置锁相环，提供MP3，音频时钟USB时钟。兼容Multi-MediaCard(MMC)卡接口。兼容Aimel Data Flash SPI接口，兼容IDE/ATAPI(硬盘)接口。通道10位AD转换器，8KHz(8位真有效值)，电池电压监视，软件控制的录音。超过44个可用的通用I/O口，4位可中断的键盘口，可组成4xn矩阵键盘。（4）两个标准的16位的定时/记数器硬件看门狗带有波特率发生器的标准通用异步串口主从I2C控制器主从SPI控制器电源管理模块，上位复位软件可编程MCU时钟。工作范围在25，3V士10%，典型操作时消耗电流25mA，工作温度范围-40-+85。本系统的控制设计步骤如下：第1步 系统电源连接将微控制器芯片AT89C51SND1C的电源信号引脚AVDD、VDD PVDD和UVDD接至3.3V,而将VSS AVSS和UVSS接至GND，为了在芯片的电源入口处去耦，增加抗干扰能力，在电源和地之间接电容。本系统设计电源如图4-3所示。图4-3电源原理图第2步 系统时钟电路的连接本系统时钟电路晶振为20MHZ。如图4-4所示。图4-4晶振连接图第3步 USB接口部分电路USB接口电路中，除了根据USB1.1的要求外，要在D+,D-上串联27欧的电阻，并在D+上接一个1.5千欧的上拉电阻。如图4-5所示。图4-5通信端口图第4步 音频接口部分AT89C51SND1芯片与音频部分电路的接口仅有4条线，即4个音频信号接口DSEL、DCLK、DOUT、SCLK。音频接口如图4-6所示。图4-6音频接口图4.3存储模块设计及实现本设计存储模块采用Samsung公司生产的NAND Flash存储器芯片K9F1208作为存储介质。其具有非易失性、电可擦除性、可重复编程以及高密度、低功耗等特点，被广泛地应用于手机、MP3、数码相机、笔记本电脑等数据存储设备中。NAND Flash和N0R Flash是目前市场上两种主要的非易失闪存芯片。与NOR Flash相比，NAND Flash在容量、功耗、使用寿命等方面的优势使其成为高数据存储密度的理想解决方案。NOR Flash的传输效率很高，但写入和擦除速度较低；而NAND Flash以容量大、写速度快、芯片面积小、单元密度高、擦除速度快、成本低等特点，在非易失性类存储设备中显现出强劲的市场竞争力。图4-7 KAF1208结构图从图4-7可以看出K9F1208的引脚和存储结构。K9F1208具有512Mb（64M8位）NAND Flash存储器。该存储器的工作电压为2.73.6V，内部存储结构为528字节32页4096块，页大小为528字节，块大小为(16KB+512字节)。4.31 K9F1208读/写和擦除操作的实现对于K9F1208的操作主要有页读取和页编程操作。图4-8是NAND Flash的标准页读取时序图。具体的页读取操作如下：发命令阶段，在片选信号CE有效的情况下，首先命令允许信号CLE有效，此时写入信号WE有效，芯片准备好信号R/B置高，表示准备好；同时向I/0口发送读操作命令(Ox00或0x01)，表示是读操作。发地址阶段，此时片选有效，地址允许信号ALE有效，写入信号一WE保持有效，连续发送4个地址字；K9F1208的地址寄存器接收到地址值后，R/B信号将维持“忙”一段时间，此后R/B变为准备好状态。最后是数据输出阶段，每次读有效信号置低有效时，将会输出一组数据。如此往复直到所有数据输出完毕。图4-8 KAF1208读取时序图图4-9是NAND Flash的标准页编程时序图。具体的页编程操作如下：发命令阶段，向I/0口发送页编程操作第一个命令字(0x80)，表示是页编程操作。发地址阶段，连续发送4个地址字，K9F1208的地址寄存器接收到地址值后，等待接收数据；当数据总线发送数据后，K9F1208连续接收数据，直到接收到页编程的第二个命令字(0xl0)，即结束等待接收数据的状态；R/B信号将维持“忙”一段时间，此后R/B变为准备好状态。最后总线上发出读状态命令字(0x70)，则K9F1208的命令寄存器接收并响应该命令，向I/0口发送表示操作成功的状态数据(0x00)或表示操作失败的状态数据(0x01)。图4-9 KAF1208页编程时序图4.32 K9F1208与AT89C51SDN1CD的接口连接图4-10存储器连接图由图4-10可以看出K9F1208的8位数据与地址复用线与AT89C51SNDC的P0-P7口相连，R/B口与AT89C51SNDC的P2.4相连，CLE与AT89C51SNDC的P2.0相连，ALE与AT89C51SNDC的P2.1相连，WE和WP分别与AT89C51SNDC的P3.6和P2.3相连。CE与AT89C51SNDC的P2.2相连，RE与AT89C51SNDC的P3.7相连。4.4液晶的显示模块的设计及实现传统的公交车报站器的显示模块通常采用LED来实现，这样的设计有许多不便之处，由于LED不能显示复杂的字符等信息，所以通常这种显示器件只能显示简单的数字信息。这样就不能准确的显示到站信息、站台名称等。本设计采用LCD作为显示器件比LED有着明显的优势。在小规模图形液晶显示模块上使用液晶显示驱动控制器组成液晶显示驱动和控制系统，是当今低成本，低功耗，高集成化设计的最好选择，SED1520是当前最常用的一种液晶显示驱动控制器，这类图形液晶显示模块的规模为32行，本文用到的液晶模块CM12232即是内置SED1520的液晶显示模块，该模块的驱动控制系统由两片SED1520组成。4.41LCD的结构介绍CM12232的基本特征主要技术参数和性能：（1）电源：+5V；（2）STN正视反射模式；（3）显示模式：黄绿膜、灰膜、蓝膜、黑白膜；（4）显示角度：6点钟直视；（5）驱动方式：1/32Duty,1/6Bias；（6）工作温度：-20+70，存储温度：-30+80；（7）背光特性：LED背光（黄绿色、蓝色、白色、红色）；（8）功耗：1mA。4.42液晶驱动电路的搭建由于所用的图形点阵液晶块内置有SED1520控制器，所以，其电路特性实际上就是SED1520的电路特性。SED1520的主要特性如下：具有液晶显示行驱动器，具有16路行驱动输出，并可级联实现32行驱动，具有液晶显示列驱动器，共有61路列驱动输出，内置时序发生器，其占空比可设置为1/16和1/32两种，内藏显示存储器，显示存储器内的数据可直接显示，1为显示，0为不显示。接口总线时序可适配8080系列或M6800系列，并可直接与计算机接口。操作简单，有13条控制指令。采用CMOS工艺，可在电压低至2.4-7.0V时正常工作，功耗仅30W。LCD与AT89C51SND1的连接原理图如图4-12所示。图4-12 LCD连接原理图CM12232-1LCM的初始化步骤：（1）复位（命令：0xE2）；（2）关闭显示（命令：0xAE）；（3）驱动模式（命令：动态0xA4,静态0xA5）；（4）更新频率（命令：1/320xA9，1/160xA8）；（5）ADC select（命令：顺时钟方向0xA0，逆时钟方向0xA1）；（6）Read Modify Write Mode（命令：0xEE）；（7）初始化列位置（命令：0x00），初始化行（命令：0xC0），设置为0行0列；（8）开显示（命令：0xAF）。液晶模块的设计具体实现的重点是如何从存放有字符的ROM块中读出数据，并按照液晶的时序正确的写入。4.5硬件PCB的设计4.51PCB设计的原则PCB的优良设计是一个好的电子产品所必备的，任何PCB设计都是在电路原理设计完成后进行的。PCB制作参见印制板通用规范国家标准。方案设计要考虑到器件选择，信号完整性，信号反射，阻抗匹配与端接技术等。对于器件选择，高频时钟要选择具有更快速度的开关驱动元器件。信号完整性问题包括反射、过冲与下冲、震荡、串扰、地电平面反弹等。反射是信号在传输线上传播时产生的回波，出现反射时只有信号功率的一部分传输到导线上并到达负载处。信号源端与负载端阻抗不匹配会引起线上反射，负载将一部分电压反射回源端。如果负载阻抗小于源阻抗，反射电压为负，如果负载阻抗大于源阻抗，反射电压为正。采用噪声容限值高的元器件，有利于提高整个设备的抗干扰性。较TTL而言虽然CMOS电路响应速度较慢，但具有最高的噪声容限值。在满足功能的基础上，较慢的逻辑器件系列对于EM工来说应该优先考虑。无论是集成电路，PCB板还是整个系统，时钟电路是影响EMC性能的主要因素。集成电路的大部分噪声都与时钟频率及其多次谐波有关。对于使用TTL和CMOS器件的混合逻辑电路，由于其不同的开关/保持时间，会产生时钟、有用信号和电源的谐波。所以最好使用同系列的逻辑器件。由于CMOS门限宽，大多选用CMOS器件。未使用的CMOS引脚应该接地线或电源。4.52报站器系统的PCB设计AT89C51SND1的电源和地引脚之间接0.1微发的电容，使在芯片的电源入口处去耦，增强抗干扰能利。在其余芯片电源及地引脚之间，都采用同样的方式。电路中的模拟地AGND和数字地GND严格的分开，之间通过一点连接。考虑到本设计中用到的频率达到20MHZ，在模拟地与数字地之间用磁珠连接。磁珠能有效的吸收高频信号，而在低频时电阻很小。本系统各逻辑器件有相应阀电平和噪声容限，外来噪声只要不超过逻辑器件的敏感度阀值，系统就能正常工作。然而一旦侵入系统的噪声或干扰超过容限，此干扰信号就会被逻辑器件放大成形，成为产生误动作的重要原因。单片机系统最敏感的是时钟信号、复位信号和中断信号，满足功能后应选择频率尽可能低的晶振。AT89C51SND1芯片要求的外接晶振源不能超出20MHZ。考虑成本，本系统的布板设计中使用双层板。因层数较少，更需要合理的安排不同类型电路之间的位置，对重要的电源线和信号线要特别抗干扰处理。电源电路部分放在靠右边，作为主要干扰源与外部开关按钮在一起。音频电路和数字逻辑电路分开设