基于单片机公交车站自动报站器设计.doc

摘 要目前城市的公交车一般都安装了语音报站系统，给乘客带来了很好的乘车体验。不过大部分的语音报站系统都是人工报站系统，需要司机人工操作，这样会分散司机的注意力，给车子行驶带来很大的安全隐患。本文叙述了采用Atmel公司的AT89C52单片机设计的一款公交语音自动报站系统，它具有如下功能：利用LCD12864液晶来实现站名信息的显示；语音合成芯片ISD1700，它可以工作于独立按键模式，进行多段语音录放；利用红外线传感技术，在站前或拐弯若干米处设置红外线发射器，并且在每辆公交车上安装红外线接收器，凭借接收的信号来控制公交车，以达到自动报站的目的。该自动报站系统结构简单、成本低、音质清晰、可靠性高，提高了公交的服务质量，促进城市经济和公交事业的和谐发展。关键词：单片机；语音提示；文字显示；公交报站AbstractAt present, bus-stop-name reading is installed in buses commonly. It gives passengers more convenience. Since most of the bus-stop-name reading systems is artificial, it needs manual operation. It woud divert the drivers attention and reduce the driving safety, It is discussed the design of automatic bus-stop-name reading sysrem using AT89C52 of Atmel company, It has these function: It displays the information of bus-stop-name using LCD12864;Speech synthesis chip ISD1700adopts the patented technology for semiconductor memory directly simulated data storage unit, It can work in independent button mode, multiple audio playback; Using the infrared sensor technology to set up several meters at the station or infrared emitter, and achieving the goal of automatically stops, It control the bus with the receiving signal, in order to reach the purpose of automatically stops. The automatic stops system has simple structure, low cost, clear sound quality, high reliability, improves the service quality of public transport, to promote the harmonious development of the urban economy and the cause of the bus.Key words: Single-chip Microcomputer; Audio Prompt; Character Display; Bus-Stop Auto-Announce51目 录第一章 绪论11.1 课题研究背景与意义11.2 课题研究现状11.3 研究趋势21.4 主要内容21.5 小结2第二章 系统方案设计32.1 设计任务32.2 方案选择32.3 工作模式52.4 小结6第三章 系统硬件设计73.1 系统总体方框图73.2 单片机最小系统设计73.3 遥控收发电路123.3 LCD12864显示电路143.4 ISD1700系列语音录放电路163.5 电源电路183.6 小结18第四章 系统软件设计194.1 主程序部分194.2 红外接收子程序流程图204.3 语音报站子程序流程图214.4 小结22第五章 调试235.1 电源电路的调试235.2 LCD12864液晶显示器、语音录放电路的调试23结 论24参考文献25致 谢26附录一 电路原理图27附录二 主程序参考程序28附录三 语音录放参考程序32附录四 红外接收参考程序37附录五 按键参考程序39第一章 绪论1.1 课题研究背景与意义随着国民经济的持续发展和各级政府对县域经济的高度关注，乡镇的城市化正在全国如火如荼地展开，基础设施得到了突飞猛进的发展。在这个过程中，乘坐公交车逐步取代了以前落后的出行方式，成为广大城乡人民短途出行的首选。近年来城市公交事业迅速发展，以前靠售票员报站的方式已经不能满足实际需要，很多大中城市都在推广实行无人售票。在广大乡镇，公交车如何实现自动报站还缺乏人们的重视。近年来，随着科学技术的发展和进步，微型计算机技术已经在许多领域得到了广泛的应用。在声学领域，微机技术和各种语音芯片的相结合，即可完成语音合成技术，使得汽车报站的实现成为可能，从而为市民提供了更加人性化的服务。公交车自动报站器的设计主要是为了弥补改变传统语音报站器必须有司机操控才能工作的落后方式。进站、出站自动报站名及服务用语，为市民提供更人性化、更完善的服务。1.2 课题研究现状 近些年来，随着经济的增长，城市人口逐渐增多，城市的车辆也是逐年递增，使本来就拥挤的公路更加拥挤，严重影响了车辆通行的速度，在现代化的城市里，公交车已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目前国内的大中城市中，公交车普遍采用无人售票的方式。存了几十年的公交车售票员在国内各城市的公交车上已经不见了，代之而来的是无人售票及手动报站。目前在国外发达国家公交系统中，以利用GPS自动报站为主；而我国国内情况也有重大变化，在中型及中型以上城市以无人售票的公交车为主，但在我国偏远的西部和经济还不太发达的一些地方，公交车的发展还明显跟不上人们日益增长的物质需求，还存在售票员这一职员，或者是公交车报站功能不完善。如2009年3月，康定县才成为四川藏区第一个开通公交服务的城市。对于我国二级以下的城市，目前公交车报站的情况大多还存在以下问题：没有自动报站，实行人工报站；有自动报站，却停留在单一的语言报站上；LED站台数字编号(比如002)显示；LED汉字显示屏，但屏幕显示内容单一。这些在乘客对路线不熟悉或在乘车拥挤的情况下，势必会给乘客带来不便。1.3 研究趋势公交报站器在公交事业中占有举足轻重地位，它直接影响到公交车的服务质量。目前，公交车自动报站主要有以下几种方式：一种是通过全球定位系统（GPS）的用户终端接收工作卫星的导航信息，从而解算出车辆的经纬度信息，进而计算出实时坐标，将其与站点坐标相比较，当车辆驶入站点一定距离范围内时，不用人工干预，系统自动报站；另一种是利用无线射频识别（Radio Frequency Identification）技术，在每一个公交站台设置一个具有唯一ID的射频发射器，采用间歇工作方式发射信号，当公交车即将到达车站时，车载系统接收到站信号并解码出站台的ID号，由单片机控制自动播放对应站台编号的报站语音。还有一种是利用红外线遥控技术进行报站，在离站台若干米处或路口拐弯处设置红外发射器，同时在每辆公交车上安装红外接收器。公交车在行驶过程中每接收到信息后进行解码、数据处理，并将信息传送到单片机进行自动报站。而且在我国一些一线城市，已经开始使用公交车电子站牌。第一种基于GPS的方案，目前已经在多数的中心城市投入使用，由于造价、网络覆盖等问题未大规模普及。第二种基于无线射频技术的方案。目前在大多数的中心大城市投入使用，但是其设备必须要在公交车和每个站台上都进行设置，并且在一个公交运营内需要建立统一的管路网络，也存在一定的缺陷，给站台设定与更改之时带来一定的麻烦，同时也需要大量的维护损耗；第三种基于红外遥控技术，分为发射模块和接收模块。这种方案适合中小型城市使用，虽然在软件解码方面比较复杂，但其工作稳定，可靠性高。1.4 主要内容本次公交车站自动报站器设计主要是利用红外线发射技术进行信号发射，同时在每辆公交车上安装红外接收器进行解码和数据处理，并将信息发送至单片机，控制其液晶显示站台相关信息和语音报站。在报站之前，首先要通过按键控制语音录制。本次设计的按键除了具有录音功能以外，还可进行手动报站。1.5 小结本章主要介绍此次课题研究的背景和研究意义，以及叙述了公交车报站发展现状及其发展趋势。第二章 系统方案设计2.1 设计任务设计一个基于单片机控制的语音自动报站系统，要求实现的功能如下：（1）可以语音报站；（2）可以显示当前站名和下一站站名；（3）具备手动和自动报站两种功能；（4）方便用户修改站名和站数，更新快捷方便。2.2 方案选择2.2.1 主控模块方案选择方案一：采用GPRS作为系统的控制器。GPRS即“通用分组无线业务”(General Packet Radio Service的英文简称) 是在现有GSM网络上开通的一种新型的分组数据传输技术。相对于原来GSM以拨号接入的电路交换数据传送方式 GPRS是分组交换技术具有“永远在线”、“自如切换”、“高速传输”等优点。GPRS可作为实现各种复杂的逻辑功能，规模大，但其成本非常高。方案二：采用嵌入式ARM的32位单片机LPC2138。LPC2138功能庞大，内部资源丰富，易于数据的采集，不但具有一般单片机的所有功能，还内置了PWM，具有很强的串行通信功能，引脚非常丰富，功耗低，稳定性好，易于功能扩展，其在线仿真技术，软硬件调试方便，但ARM板成本较高。 方案三：采用AT89C52单片机控制，它简单易用、成本低廉，软件编程自由度大，可用编程实现各种控制算法和逻辑控制，采用AT89C52单片机为控制核心，系统功能强大，资源配置灵活，运行可靠稳定，是一套相对完善工业低压控制系统，采用板式结构、安装牢靠、操作简洁。综上所说ARM虽功能强但成本高，且用单片机也能很好的控制，所以该系统的设计选用单片机编程即可，我们所以选择方案三。2.2.2 人机界面信息显示采用LCD12864大液晶进行信息的显示。LCD12864可以显示字符、汉字、图片等大量信息，而且控制简单。传统的数码管、1602液晶等器件显示的信息有限，并且这些器件只能显示字符和数字，不能显示汉字。所以本系统选择性价比高的LCD12864大液晶进行信息显示。2.2.3 语音芯片的比较方案一：语音芯片ISD1700ISD1700系列录放芯片是一种高集成度，高性能的芯片。它是ISD1400S与ISD2500S的升级产品，该芯片提供多项新功能，包控内置专利的多信息管理系统，新信息提示，双运作模式，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、麦克风前置放大器、扬声器驱动线路、振荡器与内存等的全方位整合系统功能。其特点是： 可录、放音十万次，存储内容可以断电保留一百年； 两种控制方式，两种录音输入方式，两种放音输出方式； 可处理多达255段以上的信息； 多种采样频率对应多种录放时间； 音质好，电压范围宽，应用灵活，价廉物美；可利用振荡电阻来制定芯片的采样频率，从而决定芯片的录放时间和录放音质，而芯片的采样率可以通过外部振荡来调节。方案二：WT588D语音芯片WT588D是一款具有单片机内核的语音芯片，因此，可以冠名为WT588D系列语音单片机。功能多音质好应用范围广性能稳定是WT588D系列语音单片机的特长，弥补了以往各类语音芯片应用领域狭小的缺陷，MP3控制模式、按键控制模式、按键组合控制模式、并口控制模式、一线串口控制模式、三线串口控制模式以及三线串口控制控制端口扩展输出模式，让应用人员能将产品投放在几乎可以想象得到的场所。其特点是： 内嵌DSP高速音频处理器，处理速度快； 支持DAC/PWM两种输出方式； 支持加载WAV音频格式； 支持对已加载语音播放试听； 芯片复位时间5ms。本系统中采用方案一。方案一采用ISD1700系列芯片具有优质语音录放功能，芯片内部包含有自动增益控制、麦克风前置放大器、扬声器驱动线路、振荡器与内存等全方位整合系统，具有更大的灵活性和更低的成本，能充分发挥单片机的效能。而由于方案二中芯片价格相对较高，而且本程序较小不需要这么高性能的芯片，因此相比之下方案一更合适。2.2.4 无线收发模块的分析与论证方案一：无线AP。由无线AP构成，通信的效果好，数据传送量大，但是其成本比较高，由于采用IEEE802.11b和IEEE802.11g的通信协议，因此它比较适合用于移动上网。方案二：无线数传模块。采用专用收发集成电路的无线数传模块构成，所以性能相对较好，而且容易实现，并且在功耗，抗干扰性等方面都比较优越，但是由于基于此芯片的无线传输模块价格和无线AP模块差不多，所以成本相对偏高。方案三：PT2262/PT2272-L4集成芯片。价格只需10元左右，虽廉价但稳定性极高，距离几十米到上百米，调节方便，信号传输的距离达到报站的要求。PT2272/PT2262最多可有12位（A0A11）三态地址端管脚（悬空，接高电平，接低电平），任意组合可提供531441种地址码。方案采用低功耗、低价位、通用编解码电路，发送用高的达林顿管，所以在灵敏度和抗干扰性方面有保障。方案四：红外遥控。可以用现有的遥控装置，我们只要了解其编解码原理，就可以采用现成的简易装置来模拟应用。在每个站台安装红外传感发射器，并在该路公交车上安装接收器，在距离公交车几十米或上百米时，接收器接收到信号，将其获得的信息传到单片机上，已达到报站的要求。以上四种都是可供参考的方案，在考虑了诸多因素之后，决定采用方案四。虽然在软件解码方面比较复杂，但其工作稳定，可靠性高。2.3 工作模式在本次设计中，公交车报站系统共有两种报站模式：手动模式和自动模式。2.3.1 手动模式手动模式方框图如图2-1所示，在自动模式出现故障的情况下，公交车到站时，由公交车司机操作按键，播报站名。当公交车驶向离站台若干米处时，驾驶员按下播报键，LCD12864液晶显示器显示当前站台信息以及下一站先关信息，同时，语音播报，以提示即将下车的乘客及时下车。AT89C52单片机按键控制LCD显示模块语音模块图2-1手动模式图2.3.2 自动模式如图2-2所示，该图是自动模式，这种模式减轻了公交车司机的负担，也避免了报站出现的错误。公交车驶向离站台若干米处或路口拐弯处时，车上的红外接收器检测到红外发射器发射的信息后，进行解码和数据处理，同时控制单片机进行语音播报和液晶显示。AT89C52单片机接收器红外发射器LCD显示模块语音模块图2-2 自动模式图在公交车站台设置红外遥控发射器，当公交车离站台一定距离时（距离可根据具体环境进行调整），接收器接收到发射器的信号，经过编码验证后，将信号送入主控制器电路板。主控制器电路板由单片机控制，通过编写程序，按照顺序发出控制信号给语音合成模块，调用语音模块中的语音信息，自动播报如“XX车站到了，下车的乘客后门请”等信息，整个过程完全由单片机控制完成，无需公交车驾驶员参与。2.4 小结本章主要介绍课题研究的方案设计，包括主控模块，语音芯片以及显示器的选择。通过对不同芯片的功能、特点、价格的描述来选择适合本次设计的元件。还有对收发模块的研究，是我们对其有更深层次的了解。同时，选择两种工作模式，及自动报站和手动报站。在报站之前，利用语音芯片和按键进行语言录制。第三章 系统硬件设计本设计采用红外遥控来实现无线数据的收发，采用AT89C52单片机为控制核心，实现公交车的自动报站功能。3.1 系统总体方框图图3-1 系统总体方框图+8V电源 C52单片机遥控收发电路语音录放电路液晶显示电路+8V电源扬声器按键电路+8V电源如图3-1所示，该图是基于单片机的公交车站自动报站器设计的总方框图，公交车上安装红外线接收器，当公交车在行驶过程中检测到红外信号时，经过解码和数据处理，将信号送入单片机，此时单片机进入中断。在中断过程中进行语音报站和站台显示等信息。按键电路有两个功能：一个是控制录音；另一个是当自动报站出现故障时，进行手动报站。3.2 单片机最小系统设计3.2.1 AT89C52单片机随着计算机技术的发展，单片机技术已成为计算机技术中的一个独特的分支，单片机的应用领域也越来越广泛，特别是在工业控制和仪器仪表智能化中扮演着极其重要的角色。实际上，单片机几乎在人类生活的各个领域都表现出强大的生命力，使计算机的应用范围达到了前所未有的广度和深度。单片机的出现尤其对电路工作者产生了观念上的冲击。过去经常采用模拟电路、数字电路实现的电路系统，现在相当大一部分可以用单片机予以实现，传统的电路设计方法已演变成软件和硬件相结合的设计方法，而且许多电路设计问题将转化为纯粹的程序设计问题。诚然，单片机的应用意义远不限于它的应用范畴或由此带来的经济效益，更重要的是它已从根本上改变了传统的控制方法和设计思想。是控制技术的一次革命，是一座重要的里程碑。 AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。主要功能特性： 兼容MCS51指令系统； 8K可反复擦写（1000次）Flash ROM； 32个双向I/O口； 2568bit内部RAM； 3个16位可编程定时/计数中断； 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，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。AT89C52是ATMEL公司生产的51系列单片机的一个型号，是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8Kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes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MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大。AT89C52为8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。对于如何将程序导入单片机，我们通常用keil编译器编译出hex文件，然后使用STC下载软件通过串口就可以直接下载到单片机中烧录运行。图3-2 单片机引脚图如图3-2所示，是单片机芯片引脚图，其主要管脚有：XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振。RST/Vpd（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0端口（3239脚）被定义为N1功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13脚定义为IR输入端，10脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0 写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。与AT89C51不同之处是，P1.0 和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX），Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVXDPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVXRI指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能。P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX 和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。在AT89C52片内存储器中，80H-FFH共128个单元为特殊功能寄存器（SFR），SFR的地址空间映象。并非所有的地址都被定义，从80H-FFH共128个字节只有一部分被定义，还有相当一部分没有定义。对没有定义的单元读写将是无效的，读出的数值将不确定，而写入的数据也将丢失。不应将数据写入未定义的单元，由于这些单元在将来的产品中可能赋予新的功能，在这种情况下，复位后这些单元数值总是“0”。AT89C52除了有AT89C51所有的定时/计数器0和定时/计数器1外，还增加了一个定时/计数器2。定时/计数器2的控制和状态位位于T2CONT2MOD，寄存器对（RCAO2H、RCAP2L）是定时器2在16位捕获方式或16位自动重装载方式下的捕获/自动重装载寄存器。AT89C52有256个字节的内部RAM，80H-FFH高128个字节与特殊功能寄存器（SFR）地址是重叠的，也就是高128字节的RAM和特殊功能寄存器的地址是相同的，但物理上它们是分开的。当一条指令访问7FH以上的内部地址单元时，指令中使用的寻址方式是不同的，也即寻址方式决定是访问高128字节RAM还是访问特殊功能寄存器。如果指令是直接寻址方式则为访问特殊功能寄存器。3.2.2 复位电路51单片机要复位只需要在第9引脚接个高电平持续2US就可以实现，那这个过程是如何实现的呢？在单片机系统中，系统上电启动的时候复位一次，当按键按下的时候系统再次复位，如果释放后再按下，系统还会复位。所以可以通过按键的断开和闭合在运行的系统中控制其复位。如图3-3所示，在单片机启动0.1S后，电容C两端的电压持续充电为5V，这是时候10K电阻两端的电压接近于0V，RST处于低电平所以系统正常工作。当按键按下的时候，开关导通，这个时候电容两端形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下的这个过程中，电容开始释放之前充的电量。随着时间的推移，电容的电压在0.1S内，从5V释放到变为了1.5V，甚至更小。根据串联电路电压为各处之和，这个时候10K电阻两端的电压为3.5V，甚至更大，所以RST引脚又接收到高电平。单片机系统自动复位。总之，复位电路的原理是单片机RST引脚接收到2US以上的电平信号，只要保证电容的充放电时间大于2US，即可实现复位，所以电路中的电容值是可以改变的。按键按下系统复位，是电容处于一个短路电路中，释放了所有的电能，电阻两端的电压增加引起的。图3-3复位电路原理图3.2.3 时钟电路单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全程叫晶体振荡器，他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（VCO）。晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。其时钟电路如图3-4所示。图3-4 时钟电路原理图3.3 遥控收发电路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。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3-5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。 键盘编码调制LED光/电放大解调解码遥控发射器图3-5 红外遥控系统框图遥控发射器专用芯片很多，根据编码格式可以分成两大类，这里我们以运用比较广泛，解码比较容易的一类来加以说明，现以日本NEC的uPD6121G组成发射电路为例说明编码原理。当发射器按键按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同。这种遥控码具有以下特征：采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”，其波形如图3-6所示。0.56ms1.125msbit “0”0.56ms2.25msbit “1”3-6 遥控码的“0”和“1”上述“0”和“1”组成的32位二进制码经38kHz的载频进行二次调制以提高发射效率，达到降低电源功耗的目的。然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射。UPD6121G产生的遥控编码是连续的32位二进制码组，其中前16位为用户识别码，能区别不同的电器设备，防止不同机种遥控码互相干扰。该芯片的用户识别码固定为十六进制01H；后16位为8位操作码（功能码）及其反码。UPD6121G最多额128种不同组合的编码。遥控器在按键按下后，周期性地发出同一种32位二进制码，周期约为108ms。一组码本身的持续时间随它包含的二进制“0”和“1”的个数不同而不同，大约在4563ms之间。当一个键按下超过36ms，振荡器使芯片激活，将发射一组108ms的编码脉冲，这108ms发射代码由一个起始码（9ms），一个结果码（4.5ms），低8位地址码（9ms18ms），高8位地址码（9ms18ms），8位数据码（9ms18ms）和这8位数据的反码（9ms18ms）组成。如果键按下超过108ms仍未松开，接下来发射的代码（连发代码）将仅由起始码（9ms）和结束码（2.5ms）组成。解码的关键是如何识别“0”和“1”，从位的定义我们可以发现“0”、“1”均以0.56ms的低电平开始，不同的是高电平的宽度不同，“0”为0.56ms，“1”为1.68ms，所以必须根据高电平的宽度区别“0”和“1”。如果从0.56ms低电平过后，开始延时，0.56ms以后，若读到的电平为低，说明该位为“0”，反之则为“1”，为了可靠起见，延时必须比0.56ms长些，但又不能超过1.12ms，否则如果该位为“0”，到的已是下一位的高电平，因此取（1.12ms+0.56ms）/2=0.84ms最为可靠，一般取0.84ms左右均可。接收电路如图3-7所示。PC3388是红外接收头，1脚是信号端，3脚是地端，2脚是电源端。当电路正常工作时，发光二极管发亮。测试时可以观察D1的状态来判断是否有接收到信号。图3-7 红外接收电路3.3 LCD12864显示电路如图3-8所示，为LCD12864的芯片图。带中文字库的128X64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为12864，内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84行1616点阵的汉字也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。其基本特性是：（1）低电源电压（VDD：+3.0+5.5V）；（2）显示分辨率：12864点； （3）内置汉字字库，提供8192个1616点阵汉字(简繁体可选)； （4）内置128个168点阵字符； （5）2MHZ时钟频率； （6）显示方式：STN、半透、正显； （7）驱动方式：1/32DUTY，1/5BIAS； （8）视角方向：6点； （9）背光方式：侧部高亮白色LED，功耗仅为普通LED的1/51/10； （10）通讯方式：串行、并口可选； （11）内置DC-DC转换电路，无需外加负压； （12）无需片选信号，简化软件设计；（13）工作温度：0+55，存储温度：-20 +60。表3-1为LCD12864引脚说明表3-1 LCD12864引脚说明管脚号管脚名电平管教功能描述1VSS0V电源地2VCC3.0+5V电源正3V0-对比度（亮度）调整4RS(CS）H/LRS=“H”,表示DB7DB0为显示数据RS=“L”,表示DB7DB0为显示指令数据5R/W(SID)H/LR/W=“H”,E=“H”,数据被读到DB7DB0R/W=“L”,E=“HL”, DB7DB0的数据被写到IR或DR6E(SCLK)H/L使能信号7DB0H/L三态数据线8DB1H/L三态数据线9DB2H/L三态数据线10DB3H/L三态数据线11DB4H/L三态数据线12DB5H/L三态数据线13DB6H/L三态数据线14DB7H/L三态数据线15PSBH/LH：8位或4位并口方式，L：串口方式16NC-空脚17/RESETH/L复位端，低电平有效18VOUT-LCD驱动电压输出端19AVDD背光源正端（+5V）20KVSS背光源负端图3-8 LCD12864芯片3.4 ISD1700系列语音录放电路图3-9与图3-10组成语音录放电路。如图3-10所示，按键波动键可以拨两个方向，往SW1拨表明录音模式，录音时，图3-9所示中的LED灯会亮，此时可以对着话筒说话，开始录音，录音结束LED灯会熄灭，根据灯的提示调整好语速，录完之后按播放听一下效果，若效果不好可以重录。当拨动开关拨到SW2时，则变成播放模式，播放又分为手动和自动，手动是利用按键完成其功能，自动时，是用红外遥控器模拟红外传感设置以完成自动报站的功能。图3-9 语音录放原理图图3-10 按键模式与按键操作表3-2为ISD1760芯片的部分引脚说明。表3-2 ISD1760芯片引脚说明管脚名称管脚号管教说明VccD1数字电路电源LED2指示信号输出MISO4SPI接口串行输出，在下降沿上半周期输入数据，下班周期输出数据MOSI5SPI接口的数据输入端口，此管脚在空闲时，应该被拉高SCLK6SPI接口时钟，在空闲时，必须拉高/SS7低电平有效，空闲时高电平VssA8模拟地MIC+10麦克风输入+MIC-11麦克风输入-Vssp212负极PWM喇叭驱动器地Sp-13喇叭输出-VccP14PWM喇叭驱动器电源Sp+15喇叭输出+Vssp116正极PWM喇叭驱动器地AGC18自动增益控制Rosc20振荡电阻ROSC用一个电阻连接地，决定芯片采样率VccA21模拟电路电源INT/RDY27SPI模式/独立模式VssD28数字地3.5 电源电路图3-11 电源电路原理图如图3-11所示，LM7805是电源稳压芯片，它有一系列固定的电压输出，应用非常广泛，由于内部电流的限制，以及过热保护和安全区的保护，使它基本上不会损坏。利用LM7805，电压选择范围变大，即5v、6v、8v、9v等。而且对其他芯片也有过热载保护和短路保护，以及输出晶体管安全工作区保护。电路图的前端是直流输入端，通电时，LED100发光。3.6 小结本章主要是进行硬件设计，这是此次设计的关键。将课题设计分为主控模块，红外收发电路模块，显示模块，语音录放模块，稳压电路模块等模块进行硬件设计。画出各自的电路图，并进行文字说明。第四章 系统软件设计4.1 主程序部分主程序主要完成初始化、设置中断向量、检查有无按键按下以判断模式选择、以及调用显示等等。主程序的流程图如4-1所示。先对液晶显示和红外编码字节缓存变量进行初始化，在判断dir_flag是否为1，以判定报站模式是手动还是自动，若是自动则接着进行语音报站和液晶显示当前站名及下一站。图4-1 主程序流程图开始判断dir_flag=1?中断、液晶显示初始化语音报站液晶显示站台信息NY判断是否接通电源Y结束N当dir_flag=0时，则为手动报站。此时，只需通过按键来控制。原理图中接单片机P24口的按键S4按下变低电平时，则为下一站，S5为上下/行切键，S2为播报键，按键S3表示上一站。4.2 红外接收子程序流程图开始初始化判断是否有接收到信号中断处理解码验证，数据处理NY图4-2 红外线接收子程序流程图返回INT0中断判断是否接通电源NY红外接收部分程序设计流程图如图4-2所示。首先对系统进行初始化设置，在公交车运行过程中，没有接收到信号的时候一直处于延时过程中，当检测到信号时，单片机进入中断，在中断系统中首先进行防干扰处理，防干扰程序按照相同的站台编码信号只触发程序工作一次的思路来编写，这样避免了公交车在靠站台过程中因反复接收到无线信号而引起重复报站或者程序混乱。4.3 语音报站子程序流程图NY开始检测拨动开关是否接地？始发站台播报并显示 NY图4-3 语音报站子程序流程图检测上下行路线按键是否被按下红外信号接收、检测播报站台信息，更新显示站台信息Y返回判断是否接通电源N首先先检测拨动开关是否接地，若接地变为低电平，则说明此时处于报站阶段。当上/下行路线按键被按下时，则显示始出发地和终点站，此时则会语音报出“欢迎乘坐本次列车，本车由xx开往xx”。每当公交车离站台若干米处即语音播报，以便乘客及时下车。4.4 小结本章主要是进行程序流程图绘制。将设计所要实现的功能用流程图表现出来，并且通过流程图实现程序语言的编写。第五章 调试5.1 电源电路的调试前面的各道工序做好后，接通直流电源，观察电源指示灯是否正常点亮，如果正常点亮，则说明电源部分电路正常；否则检测电源电路故障，直到电源指示灯正常点亮。实践过程中发现电源电路在+5v的电压下，指示灯已亮，但并不能带动显示器等元件工作，当电压加到+8v时，LCD显示屏才正常显示。如图4-4所示。图4-4 实物图5.2 LCD12864液晶显示器、语音录放电路的调试接通电源开关，把写好的程序烧入单片机中，根据系统的控制要求对各部份进行检测。检测要求包括AT89S52工作是否正常、LCD12864显示是否正常、语音录放电路是否能够正常录音及播报、按键的控制是否符合系统的控制要求等。总之，红外线接收系统的调试可通过指示灯、语音录放电路、液晶显示器能否正常工作来判定。当进行自动报站时，在这次设计中用红外遥控器模拟红外传感器发射信号，遥控器的1、2、3、4、5按键分别代表五站的信号发射。预定报站顺序是：石油学院、祥阁小区、庆客隆、万达广场。结 论本文以单片机为主控模块控制公交车自动报站，对语音芯片，显示器以及红外编码设计进行了多方面的研究，得出以下结论：（1）利用单片机进行控制，功能强大，成本低，系统稳定，无需人工介入，很好的实现车辆报站的自动化，具有很强的实用性。（2）ISD1700系列芯片功能强大，不仅有语音录放的功能，而且还含有快进、擦除和复位等功能，这些功能可以通过按键完成。（3）液晶显示器LCD12864接口方式灵活，操作指令简单、方便，它是全中文人机交互图形界面。该芯片具有低电压低功耗的特点，与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都有简洁得多，而且价格比较低。（4）红外遥控由于其发射和接收方便、结构接单、成本低、可靠性较高，在智能仪器和工业控制系统中的应用很广泛，在车辆报站系统中也可用其进行控制。它的数据传输大体分为数据传输和控制信息的传输。参考文献1 胡汉才.单片机原理及其接口技术M.北京清华大学出版社，2004.2 韦宏利语音芯片在报站器中的应用J现代电子技术2003，(13)：30313 付丽辉汽车自动报站器的设计J世界电子元器件2003，(03)4 郭天祥.51单片机C语言教程M.北京:电子工业出版社，2009.5 黄志明单片机公交车到站语音播报与液晶显示控制的研制J厦门集美大学，20066 王俊峰.现代遥控技术及应用M.人民邮电出版社7 红外线技术应用的类型及其相关专利技术综述/Data/20055/258568.htm18 张爱全.红外遥控的基本原理和应用范围M.山西电子技术，2003，(06)9 袁