基于单片机控制的报站系统设计

编号20130935XXX本科生毕业设计基于单片机控制的报站系统设计DESIGNFORTHESTOPANNOUNCEMENTSYSTEMBASEDONMICROCONTROLLERUNIT学生姓名XX专业电子信息科学与技术学号XX指导教师XX分院电子工程分院2013年6月长春理工大学毕业设计摘要随着经济和社会的发展，人们对环境保护的意识增强，绿色、低碳、节能减排深入人心。在私家车越来越多的今天，公共交通仍是人们出行的首选，因为公共交通具有方便、快捷、经济实惠等优点。报站系统作为公共交通系统中一个重要组成部分，直接影响到公共交通的服务质量。随着电子技术的不断发展，使得公共交通报站服务更加完善。本系统设计以ATMEGA16单片机作为控制核心，结合WT588DU语音播放芯片和LCD12864液晶屏幕、16128点阵LED屏幕，通过手动键盘，发送语音播放地址，驱动语音芯片播放站名并在16128点阵LED屏幕显示站名，控制端可以通过LCD12864液晶屏幕获取当前报站状态。该报站系统操作简单，改变了以往报站器控制端因数码管显示站序号而导致误报的情况。关键词报站系统单片机WT588D点阵LED长春理工大学毕业设计ABSTRACTWITHTHEDEVELOPMENTOFECONOMYANDSOCIETY,ENHANCETHEAWARENESSOFENVIRONMENTALPROTECTION,GREEN,LOWCARBON,ENERGYSAVINGANDEMISSIONREDUCTIONENJOYSPOPULARSUPPORTINANINCREASINGNUMBEROFPRIVATECARS,PUBLICTRANSPORTISSTILLTHEFIRSTCHOICEFORPEOPLETOTRAVEL,BECAUSEPUBLICTRANSPORTISCONVENIENT,FASTANDAFFORDABLESTOPANNOUNCEMENTSYSTEMASANIMPORTANTPARTOFTHEPUBLICTRANSPORTSYSTEM,ADIRECTIMPACTONTHEQUALITYOFPUBLICTRANSPORTSERVICESWITHTHECONTINUOUSDEVELOPMENTOFELECTRONICTECHNOLOGY,PUBLICTRANSPORTSTOPANNOUNCEMENTSYSTEMSERVICEMOREPERFECTTHESYSTEMISDESIGNEDTOATMEGA16MCUASTHECONTROLCORE,COMBINEDWITHTHEWT588DVOICEPLAYBACKCHIPANDLCD12864SCREEN,16X128DOTMATRIXLEDSCREEN,MANUALKEYBOARD,SENDVOICEBROADCASTADDRESS,DRIVERVOICECHIPPLAYSTOPNAMESAND16X128DOTMATRIXLEDSCREENDISPLAYSTHENAMEOFTHESTATION,CONTROLTERMINALTHROUGHTHELCD12864SCREENOBTAINTHECURRENTSTATETHESTOPANNOUNCEMENTSYSTEMISSIMPLE,CHANGETHEPREVIOUSSYSTEMCONTROLTERMINALDIGITALDISPLAYSTATIONNUMBERANDLEADTOFALSEPOSITIVESKEYWORDSSTOPANNOUNCEMENTSYSTEMMCUWT588DMATRIXLEDSCREEN长春理工大学毕业设计I目录绪论1课题研究的相关背景1课题研究的目的1国内外研究现状及发展动态1单片机控制的语音报站系统主要研究的内容2第一章公共交通报站系统总体设计311公共交通报站系统总体设计3111公共交通报站系统总体功能3112公共交通报站系统组成312LCD12864液晶屏幕4121LCD12864液晶屏幕概述4122LCD12864液晶屏幕特性4123LCD12864管脚说明413WT588DU语音芯片5131WT588DU语音芯片概述5132WT588DU语音芯片特性6133WT588DU语音芯片电气参数714点阵LED屏幕8141点阵LED屏幕概述8142点阵LED屏幕特点8143点阵LED屏幕发展趋势8第二章ATMEGA16单片机简介921单片机的概述922ATMEGA16单片机内部结构简介923主要引脚功能1124ATMEGA16最小系统12241时钟电路12242复位电路13第三章公共交通报站系统设计1431公共交通报站系统系统控制端14311按键控制14312LCD12864液晶屏15长春理工大学毕业设计II32公共交通报站系统输出端16321WT588DU语音芯片1632216128点阵LED屏19第四章公共交通报站系统软件设计2641公共交通报站系统按键功能设计2642公共交通报站系统工作原理2643公共交通报站系统软件流程2644公共交通报站系统软件程序设计部分28441系统主程序28442语音芯片三线串口程序28443点阵LED程序29总结30致谢31参考文献32附录A公共交通报站系统主程序33附录B公共交通报站系统点阵LED屏幕程序39长春理工大学毕业设计1绪论课题研究的相关背景随着社会的发展，公共交通已经成为一个城市的名片，它为外出的人们提供了方便快捷的服务，而公共交通的报站直接影响服务的质量。传统由乘务人员人工报站，该方式因其效果太差和工作强度太大，在很多大城市已经被淘汰。近年来，随着科学技术的日益发展和进步，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，微机技术与各种语音芯片相结合，即可完成语音的合成技术，使得报站系统的实现成为可能，从而为市民提供了更加人性化的服务。课题研究的目的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个交通单位上只配备一个司机，进行无人售票。这在相当大的程度上免除了乘务人员沿途报站的麻烦，给许多不熟悉公交线路的乘客带来了方便。随着电子技术的不断发展，单片机技术的日益成熟，和多媒体技术的普遍应用，使得公共交通语音报站器服务更加完善。本系统就是把单片机技术应用到公共交通语音报站器上，方便乘客，使乘客在移动客车里感受到科技带来的乐趣，使公共交通的管理方便、快捷、效率高1。鉴于传统报站系统的不足之处，结合公交系统的使用特点及实际营运环境，设计了一种由单片机控制的自动报站系统。设计主要是为了弥补改变传统语音报站器只能通过听觉获取信息，利用LED点阵屏幕辅助显示，为市民提供更人性化，更完善的服务。国内外研究现状及发展动态作为公共交通还要求有醒目和减少乘务人员劳动强度的电子报站器，电子显示路牌，无人售票装置，前后电视监视系统等新技术的采用也将越来越普及。公共交通报站系统在公交事业中占有举足轻重的地位，它直接影响到公共交通的服务质量。目前报站系统有三种方式，一种是利用GPS全球卫星定位系统的公共交通报站系统，在司机座位后面隔板上，安装了一台15英寸的液晶电视和GPS信号接收器，安装了这套设备后，公共交通在语音报站的同时，通过长春理工大学毕业设计2液晶电视还可以显示到站站名的字幕，这样如果没听清报站的话，通过显示屏，乘客也可以一目了然。当出现紧急情况时，调度中心将会给公共交通发出相应的信息，以短信的形式传送到显示屏上，同时车载台会发出相应的提示音；驾驶员也可以通过相应的工具进行回复。目前在美国部分城市GPS卫星定位系统已经投入使用，国内也有此类产品的研制开发，其功能强大，系统稳定，但其投资昂贵，尤其是一些中小城市无法承受2。另外两种是手动电子报站和人工报站的方式，而它们都离不开司务人员，加大司乘人员的工作强度。手动电子报站一般有司机或者乘务员控制，经常出现错报，误报的情况。城市公共交通是市民出行的主要交通工具之一。提供舒适，安全、便捷的乘车环境，对于公交企业来说，不仅是应尽的责任，亦是不断追求的目标。单片机控制的语音报站系统主要研究的内容基于公共交通报站系统的发展情况，本设计主要进行如下方面的研究用智能，集成，且功能强大的单片机芯片为控制中心，设计出一套语音报站和同步字幕显示、操作端中文显示于一体的报站系统。本设计主要做了如下几方面的工作一是确定公共交通报站系统的总体设计，包括，控制端采用LCD12864液晶屏幕，可以降低操作端误报站的情况；增加点阵LED屏幕，使得报站信息视觉与听觉结合。二是进行公共交通报站系统的硬件电路，显示电路等的设计对各器件的选择及连接，大体分配各个器件及模块的基本功能要求。三是进行软件系统的设计，对于本系统，本人采用单片机C语言编写，对单片机内部结构和工作情况做了充足的研究，了解按键，中断以及延时原理，总体上完成了软件的编写。长春理工大学毕业设计3第一章公共交通报站系统总体设计本报站系统控制端采用LCD12864液晶屏幕为操作者显示报站信息，接收端采用WT588DU语音播放芯片播放报站信息，点阵LED屏幕为乘客显示报站信息。本章将逐一介绍系统总体设计及选用的主要元件。11公共交通报站系统总体设计111公共交通报站系统总体功能公共交通报站系统控制端由按键控制单片机进行上下行切换、快进、快退、预报站及报站，通过LCD12864给控制端提供报站信息，并与接收端第二块单片机进行数据交换。接收端由第二块单片机控制WT588DU语音芯片播放语音报站信息，并控制16128点阵LED屏显示文字报站信息。112公共交通报站系统组成公共交通报站系统由控制端和接收端组成，控制端由按键控制主单片机实现各项功能，由LCD12864提供显示信息；接收端由次级单片机控制语音芯片驱动扬声器，并控制点阵LED屏幕显示字幕，总体框图如图11所示。按键LCD12864扬声器ATMEGA16WT588DUATMEGA16点阵LED控制端接收端端图11公共交通报站系统总体框图长春理工大学毕业设计412LCD12864液晶屏幕121LCD12864液晶屏幕概述带中文字库的12864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1616点汉字，128个168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3。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。122LCD12864液晶屏幕特性（1）低电源电压（VDD3055V）（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DCDC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055,存储温度2060123LCD12864管脚说明LCD12864液晶显示屏共有20个引脚，各引脚功能如表11所示。长春理工大学毕业设计5表11LCD12864管脚说明管脚号管脚名称电平管脚功能描述1VSS0V电源地2VCC305V电源正3V0对比度（亮度）调整4RSCS）H/LRS“H”,表示DB7DB0为显示数据RS“L”,表示DB7DB0为显示指令数据5R/WSIDH/LR/W“H”,E“H”,数据被读到DB7DB0R/W“L”,E“HL”,DB7DB0的数据被写到IR或DR6ESCLKH/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/LH8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18VOUTLCD驱动电压输出端19AVDD背光源正端（5V）20KVSS背光源负端长春理工大学毕业设计613WT588DU语音芯片131WT588DU语音芯片概述WT588DU语音播放芯片支持2MBIT32MBIT容量的SPIFLASH；采用WT588D20SS语音芯片当作主控核心；内嵌独特的人声语音处理器，使语音表现极为自然悦耳应用范围广，几乎可以涉及到所有的语音场所，如报站器、报警器、提醒器、闹钟、学习机、智能家电、治疗仪、电子玩具、电讯、倒车雷达以及各种自动控制装置等场所，工艺上达到工业应用的要求4。132WT588DU语音芯片特性按键控制模式触发方式灵活，可随意设置任意按键为脉冲可重复触发、脉冲不可重复触发、无效按键、电平保持不可循环、电平保持可循环、电平非保持可循环、上一曲不循环、下一曲不循环、上一曲可循环、下一曲可循环、音量、音量、播放/暂停、停止、播放/停止等15种触发方式；一线串口控制模式及三线串口控制模式可通过MCU发码端控制语音播放、停止、循环播放和音量大小，或者直接触发0219地址位的任意语音。28脚模块封装，可通过更换存储器以获得不同长度的语音存储时间；支持2MBIT32MBIT容量的SPIFLASH采用WT588D20SS语音芯片当作主控核心；内嵌独特的人声语音处理器，使语音表现极为自然悦耳；内置13BIT/DA转换器，以及12BIT/PWM音频处理，确保高品质语音输出；支持加载6K22KHZ采样率WAV音频；PWM输出可直接推动05W/8扬声器，推挽电流充沛；支持DAC/PWM两种输出方式；支持按键控制模式、一线串口控制模式、三线串口控制模式；按键控制模式底下可以设置多种IO口触发方式；任意设定显示语音播放状态信号的BUSY输出方式；最多可加载500段用于编辑的语音；220段可控制地址位，单个地址位最多可加载128段语音，地址位内的语音组合播放；语音播放停止马上进入休眠模式；长春理工大学毕业设计7配套WT588DVOICECHIP上位机软件，接口简单，使用方便。能极大限度的发挥WT588DU语音模块各项功能；在软件中可完成控制模式设置、语音组合、调用语音、插入静音等操作；可随意插入静音，静音时间范围为10MS25MIN；USB下载方式，支持在线下载/脱机下载；即便是在WT588DU语音模块通电的情况下，也一样可以正常下载数据到SPIFLASH；抗干扰性强，可应用在工业领域；133WT588DU语音芯片引脚功能WT588DU语音芯片采用双列直插式封装，共有28个引脚，如图12所示，各引脚功能见表12。图12WT588DU管脚图表12WT588DU管脚说明封装引脚引脚标号简述功能描述16NCNC空7RESETRESET复位脚8DACDACDAC音频输出脚，需外接功放才能驱动扬声器9PWMPWMPWM音频输出脚，跟PWM组合可直接驱动扬声器10PWMPWMPWM音频输出脚，跟PWM组合可直接驱动扬声器11P14SPIFLASH_DI烧写程序数据输入脚（利用外部下载器下载时用到）12P13SPIFLASH_DO烧写程序数据输出脚（利用外部下载器下载时用到）13P16SPIFLASH_CLK烧写程序时钟脚（利用外部下载器下载时用到）14GNDGND地线脚15P15SPIFLASH_CS烧写程序片选脚（利用外部下载器下载时用到）12345678910111213141516171819202122232425262728NCNCNCNCNCNCRESETDACPWMPWMP14P13P16GNDP15P03P02P01P00VCCBUSYVDDNCNCGNDDDVDDUSBWT588DU长春理工大学毕业设计814点阵LED屏幕141点阵LED屏幕概述LED点阵屏通过LED组成，以灯珠亮灭来显示文字、图片、动画、视频等，是各部分组件都模块化的显示器件，通常由显示模块、控制系统及电源系统组成。LED点阵显示屏制作简单，安装方便，被广泛应用于各种公共场合，如汽车报站器、广告屏以及公告牌等。142点阵LED屏幕特点亮度高相对0603或0805等形式的分立表贴，LED可以有更多的光通量被反射出。可实现超高密度室内可高达62500点/平米。现在也有厂家可以做到P3的。密度越大所需要的散热性能越好。混色好利用发光器件本身的微化处理和光的波粒二象性，使得红光粒子，纯绿光粒子，蓝光粒子三种粒子都将得到充分地相互混合搅匀。环境性能好耐湿、耐冷热、耐腐蚀抗静电性能优势超强制作环境有着严格的标准还有产品结构的绝缘设计。可视角度大140度（水平方向）通透性高新一代点阵技术凭借自身的高度纯度性能，以及几近100光通率的环氧树脂材料，达到了接近完美的通透率。16P03K4/CLK/DATA按键/三线时钟/一线数据输入脚17P02K3/CS按键/三线片选输入脚18P01K2/DATA按键/三线数据输入脚19P00K1按键20VCCVCC模拟电源输入脚21BUSYBUSY语音播放忙信号输出脚22VDDVDD数字电源输入脚2324NCNC空25GNDGNDUSB地线26DUSB_DATAUSB数据27DUSB_DATAUSB数据28VDD_USBVDD_USBUSB电源正极长春理工大学毕业设计9143点阵LED屏幕发展趋势LED之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。这些优点概括起来是亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。LED的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。长春理工大学毕业设计10第二章ATMEGA16单片机简介21单片机的概述单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（MICROCONTROLLERUNIT），单片机芯片常用英文字母的缩写MCU表示单片机，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机由运算器，控制器，存储器，输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统），和计算机相比，单片机缺少了外围设备等。概括的讲一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。它最早是被用在工业控制领域。由于单片机在工业控制领域的广泛应用，单片机由仅有CPU的专用处理器芯片发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。ATMEGA16是基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATMEGA16的数据吞吐率高达1MIPS/MHZ，从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。ATMEGA16AVR内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与运算逻单元ALU相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的数据吞吐率。22ATMEGA16单片机内部结构简介AVR内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与算逻单元ALU相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的数据吞吐率5。ATMEGA16有如下特点16K字节的系统内可编程FLASH具有同时读写的能力，即RWW，512字节EEPROM，1K字节SRAM，32个通用I/O口线，32个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器T/C,片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可长春理工大学毕业设计11编程增益TQFP封装的ADC，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI串图21ATMEGA16系统框图行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。工作于空闲模式时CPU长春理工大学毕业设计12停止工作，而USART、两线接口、A/D转换器、SRAM、T/C、SPI端口以及中断系统继续工作；掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态；ADC噪声抑制模式时终止CPU和除了异步定时器与ADC以外所有I/O模块的工作，以降低ADC转换时的开关噪声；STANDBY模式下只有晶体或谐振振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力；扩展STANDBY模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作。本芯片是以ATMEL高密度非易失性存储器技术生产的。片内ISPFLASH允许程序存储器通过ISP串行接口，或者通用编程器进行编程，也可以通过运行于AVR内核之中的引导程序进行编程。引导程序可以使用任意接口将应用程序下载到应用FLASH存储区APPLICATIONFLASHMEMORY。在更新应用FLASH存储区时引导FLASH区BOOTFLASHMEMORY的程序继续运行，实现了RWW操作。通过将8位RISCCPU与系统内可编程的FLASH集成在一个芯片内，ATMEGA16成为一个功能强大的单片机，为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决方案6。ATMEGA16具有一整套的编程与系统开发工具，包括C语言编译器、宏汇编、程序调试器/软件仿真器、仿真器及评估板。ATMEGA16系统框图如图21所示。23主要引脚功能ATMEGA16引脚图如图22所示。长春理工大学毕业设计13图22ATMEGA16系列单片机引脚图VCC数字电路的电源GND地端口APA7PA0端口A做为A/D转换器的模拟输入端。端口A为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口A处于高阻状态。端口BPB7PB0端口B为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口B处于高阻状态。端口CPC7PC0端口C为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口C处于高阻状态。如果JTAG接口使能，即使复位出现引脚PC5TDI、PC3TMS与PC2TCK的上拉电阻被激活。端口C也可以用做其他不同的特殊功能。端口DPD7PD0端口D为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口D处于高阻状态。端口D也可以用做其他不同的特殊功能。RESET复位输入引脚。持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。XTAL1反向振荡放大器与片内时钟操作电路的输入端。XTAL2反向振荡放大器的输出端。AVCCAVCC是端口A与A/D转换器的电源。不使用ADC时，该引脚应直接与VCC连接。使用ADC时应通过一个低通滤波器与VCC连接。AREFA/D的模拟基准输入引脚。24ATMEGA16最小系统单片机最小系统是单片机正常运行的基本电路，一个最简单的单片机系统包括晶振、复位、电源、系统的输入控制、输出显示，以及其他外围模块。最长春理工大学毕业设计14小系统电路图如图23所示。PB0PA0PB1PA1PB2PA2PB3PA3PB4PA4PB5PA5PB6PA6PB7PA7RESETAREFVCCAGNDGNDAVCCX2PC7X1PC6PD0PC5PD1PC4PD2PC3PD3PC2PD4PC1PD5PC0PD6PD712345678910111213151416171819204039383736353433323130292827262524232221ATMEGA16Y18000MVCCVCCC130PFC230PFD1LEDD2DIODES1C310UFR251KR110KVCC图23ATMEGA16最小系统电路图241时钟电路ATMEGA16已经内置RC振荡电路，可以产生1M,2M,4M,8M的振荡频率。由于内置的是RC振荡，在一些要求较高的场合，比如与RS232进行通信需要精准的比特率时，建议使用外部的晶振线路。单片机的时钟电路由外接的一只晶振和两只起振电容，晶振的频率越高，单片机处理数据的速度越快，系统功耗也会相应增加，稳定性也会下降7。单片机系统常用的晶振频率有6MHZ、110592MHZ、12MHZ、本系统采用8MHZ晶振，电容选30PF。242复位电路系统刚上电时，单片机内部的程序还没有开始执行，需要一段准备时间，也就是复位时间。一个稳定的单片机系统必须设计复位电路来防止程序跑飞或者单片机死机。复位电路有很多种，有上电复位，手动复位等。ATMEGA16已经内置了上电复位设计。并且在熔丝位里，可以控制复位时的额外时间，故AVR外部的复位线路在上电时，可以设计得很简单直接拉一只10K的电阻到VCC即可。为了可靠，再加上一只01UF的电容以消除干扰、杂波。1N4148的作用有两个作用一是将复位输入的最高电压钳在VCC05V左右，另一作用是系统断电时，将R110K电阻短路，让C3快速放电，让下一次来电时，能产生有效的复位。当AVR在工作时，按下S1开关时，复位脚变成低电平，触发AVR芯片复位。长春理工大学毕业设计15图24复位电路RESET长春理工大学毕业设计16第三章公共交通报站系统硬件设计本设计以长春地铁一号线为基础，可以应用到即将开通的长春地铁一号线列车上。31公共交通报站系统系统控制端设计公共交通报站系统控制端是由操作者控制，是报站系统的核心。操作者通过按键选择报站信息由单片机发出报站指令，LCD12864将报站信息反馈给操作者。311按键控制（1）按键开关去抖动问题机械式按键在按下或者释放时，由于机械弹性作用的影响，通常会伴有一定时间的触点机械抖动，然后其触点才能稳定下来，其抖动过程如图31所示，抖动时间长短与开关的机械特性有关，一般为510MS。图31按键抖动过程在触点抖动期间检测按键的通断状态，可能导致判断出错，即按键一次按下或释放被错误的认为是多次操作，这种情况是不允许出现的。为了克服按键触点机械抖动所导致的检测误判，必须采取去抖动措施。软件去抖采取的措施是在检测到有按键按下时，执行一个10MS左右的延时程序后，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，若仍保持闭合状态电平，则确认该键处于闭合状态。同理，在检测到该键释放后，也应采用相同的步骤进行确认，从而可以消除抖动的影响。（2）独立式按键本系统中，只需要六个按键，此时可以采用独立式按键结构。长春理工大学毕业设计17独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其他I/O口线的状态。独立按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O口线，因此，在按键较多时，I/O口线浪费较大，不宜采用。本设计共设六个按键，分别为上下行切换、快退、快进、预报站、报站及预留（可设置成广告播放键）。六个按键一端均共地，另一端分别接入单片机PA0PA5口。312LCD12864液晶屏（1）报站系统控制端显示界面本设计LCD12864液晶屏设置在控制端，用来为操作者提供报站信息，界面共分四行。第一行本站兰家站显示本站信息第二行下站环城北站显示下站信息第三行上行1显示运行方向及车站编号第四行兰家站开往永春站始发终到信息（2）串口传输串行数据传送共分三个字节完成第一字节串口控制格式11111ABCA为数据传送方向控制H表示数据从LCD到MCU，L表示数据从MCU到LCDB为数据类型选择H表示数据是显示数据，L表示数据是控制指令C固定为0第二字节并行8位数据的高4位格式DDDD0000第三字节并行8位数据的低4位格式0000DDDD串行接口时序参数测试条件T25VDD45V长春理工大学毕业设计18图32串行连接时序图（3）汉字显示坐标12864液晶屏能显示4行8列汉字，地址坐标如表31所示。表31汉字显示坐标X坐标第一行80H81H82H83H84H85H86H87H第二行90H91H92H93H94H95H96H97H第三行88H89H8AH8BH8CH8DH8EH8FH第四行98H99H9AH9BH9CH9DH9EH9FH32公共交通报站系统输出端公共交通报站系统输出端由点阵LED屏和WT588D语音芯片驱动扬声器组成。是乘客获取车站信息的重要部分。321WT588DU语音芯片。WT588D语音芯片体积小，适合应用在要求电路板体积小的电路上，在应用WT588D语音芯片时，需要外接FLASH存储器。WT588D语音模块/芯片工作电压为DC28V55V，支持WAV、MP3、WMA格式音频，能加载6K20K的音频，外挂2M64M存储器，最长可装载2149秒的语音，可直接按键触发控制，也能用单片机通过并口、一线串口、三线串口等模式进行控制。WT588D采用数码形式压缩音频，音域广，播放语音时无底噪音，声音还原度好，能与MP3相媲美。工业性能好，能确保WT588D在多种复杂的环境下正常的进行工作。存储器容量、长春理工大学毕业设计19采样率和时间的对应关系如表32所示。表32存储器容量、采样率和时间的对应关系存储时间采样率2M4M8M16M32M6KHZ3310123851110578KHZ257617838379310KHZ206114330763412KHZ175111925552914KHZ144310221945316KHZ12388919239618KHZ11347917035220KHZ103071153317根据表32所示，本设计采用了WT588DU语音芯片，32MB存储容量（1）三线串口控制模式三线串口控制模式由三条通信线组成，分别是片选CS，数据DATA，时钟CLK，时序根据标准SPI通信方式8。通过三线串口可以实现对WT588DU语音模块进行命令控制、语音播放。三线串口模式下，所有按键均无效。（2）端口分配方式三线串口控制模式端口分配方式如表33所示。表33端口分配方式表I/O口P00P01P02P03功能DATACSCLK（3）命令码对照WT588DU语音芯片三线串口可执行命令如表34所示。表34命令码对照表命令码功能描述E0HE7H音量调节在语音播放或者待机状态发此命令可以调节8级音量，E0H最小，E7H音量最大。F2H循环播放在语音播放过程中发送此命令可循环播放当前地址语音。FEH停止语音播放停止播放语音命令。长春理工大学毕业设计20（4）语音地址对应关系WT588DU语音芯片可预先录制220段语音，存放地址如表35所示。表35语音地址对照表数据（十六进制）功能00H播放第0段语音01H播放第1段语音02H播放第2段语音D9H播放第217段语音DAH播放第218段语音DBH播放第219段语音（5）三线串口控制时序三线串口控制模式由片选CS、时钟CLK和数据DATA脚组成，时序仿照标准SPI通信方式，片选信号CS先拉低5MS以唤醒语WT588DU语音模块，接收数据低位在先，在时钟的上升沿接收数据。时钟周期介于100US2MS之间，推荐使用300US。数据成功接收后，语音播放忙信号BUSY输出在20MS之后做出响应。发数据时先发低位，再发高位。在发送数据时，无需先发送命令码再发送指令，直接发送地址数据便可触发播放语音。D0D7表示一个地址或者命令数据，数据中的00HDBH为地址指令，E0HE7H为音量调节命令，F2H为循环播放命令，FEH为停止播放命令，详细时序图如下CSCLKDATAVOICEBUSYD0D1D2D3D4D5D6D720MS5MS300US图33播放命令时序图说明每次通电后等待17MS，才能给WT588DU语音模块发送数据信号。（6）三线串口电路图WT588DU三线串口电路图如图34所示。长春理工大学毕业设计2112345678910111213141516171819202122232425262728NCNCNCNCNCNCRESETDACPWMPWMP14P13P16GNDP15P03P02P01P00VCCBUSYVDDNCNCGNDDDVDDUSBWT588DUMCU5VR1470LED5VSPEAKERDATACSCLK图34三线串口控制语音芯片电路图（7）本设计语音地址本设计语音地址码与站名对照如表36所示。表36语音地址对照表地址车站编号下行预报站下行报站上行预报站上行报站兰家站146H66H环城北201H21H45H65H北京大街302H22H44H64H解放大路403H23H43H63H南湖大路504H24H42H62H卫星广场605H25H41H61H永春站706H26H32216128点阵LED屏16128点阵LED屏幕由2块1664点阵LED单元组成，每个单元由74HC138驱动行，74HC595驱动列。（1）74HC138芯片74HC138是一款高速CMOS器件，74HC138引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。器件封装如图35所示，管脚说明参见表37。74HC138译码器可接受3位二进制加权地址输入（A0,A1和A2），并当使能时，提供8个互斥的低有效输出（Y0至Y7）。74HC138特有3个使能输入端两个低有效（E1和E2）和一个高有效（E3）。除非E1和E2置低且E3置高，否则74HC138将保持所有输出为高。利用这种复合使能特性，仅需4片长春理工大学毕业设计2274HC138芯片和1个反相器，即可轻松实现并行扩展，组合成为一个132（5线到32线）译码器9。任选一个低有效使能输入端作为数据输入，而把其余的使能输入端作为选通端，则74HC138亦可充当一个8输出多路分配器，未使用的使能输入端必须保持绑定在各自合适的高有效或低有效状态。74HC138与74HC238逻辑功能一致，只不过74HC138为反相输出。真值表参见表38。功能74HC138作用原理于高性能的存贮译码或要求传输延迟时间短的数据传输系统,在高性能存贮器系统中,用这种译码器可以提高译码系统的效率。将快速使能电路用于高速存贮器时,译码器的延迟时间和存贮器的使能时间通常小于存贮器的典型存取时间,这就是说由肖特基钳位的系统译码器所引起的有效系统延迟可以忽略不计。74HC138按照三位二进制输入码和使能输入条件,从8个输出端中译出一个低电平输出。两个低电平有效的是使能输入端和一个高电平有效的赋能输入端减少了扩展所需要的外接门或倒相器,扩展成24线译码器不需外接门扩展成32线译码器,只需要接一个外接倒相器10。在解调器应用中,使能输入端可用作数据输入端。本设计点阵LED屏幕行驱动电路图如图36所示。图3574HC138管脚管脚说明表3774HC138管脚对照表名称功能说明管脚号Y0Y6Y7数据输出159,7A0A2数据输入13E1E2E3使能控制46VDD逻辑电源16GND逻辑地8长春理工大学毕业设计23真值表表3874HC138真值表行驱动电路图图3674HC138行驱动电路图（2）74HC595芯片74HC595是硅结构的CMOS器件，兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC标准。74HC595是具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。移位长春理工大学毕业设计24寄存器和存储器是分别的时钟。数据在SCK的上升沿输入到移位寄存器中，在RCK的上升沿输入到存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。移位寄存器有一个串行移位输入（SI），和一个串行输出（SQH）,和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线11。74HC595管脚图如图37所示，管脚说明如表39所示。8位串行输入/输出或者并行输出移位寄存器，具有高阻关断状态。三态。将串行输入的8位数字，转变为并行输出的8位数字，例如控制一个8位数码管，将不会有闪烁12。74HC595真值表如表310所示，时序图如图38所示。输出能力并行输出，总线驱动；串行输出；标准中等规模集成电路595移位寄存器有一个串行移位输入（SI），和一个串行输出（SQH）,和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。点阵LED级联接口图如图39所示13，1664点阵LED屏幕74HC595电路图如图310所示。图3774HC595管脚长春理工大学毕业设计25管脚说明表3974HC595管脚说明管脚编号管脚名功能说明17,15QAQH三态输出管脚8GND电源地9SQH串行数据输出管脚10SCLR移位寄存器清零段11SCK数据输入时钟线12RCK输出存储器锁存时钟线13OE输出使能14SI数据线15VCC电源端真值表表31074HC595真值表输入管脚SISCKSCLRRCKOE输出管脚XXXXHQAQH输出高阻XXXXLQAQH输出有效值XXLXX移位寄存器清零L上沿HXX移位寄存器存储LH上沿HXX移位寄存器存储HX下沿HXX移位寄存器状态保持XXX上沿X输出存储器锁存移位寄存器中的状态值XXX下沿X输出存储器状态保持长春理工大学毕业设计26时序图图3874HC595时序图点阵LED（级联）接口图39点阵LED（级联）接口图长春理工大学毕业设计27图3101664点阵LED屏幕电路图长春理工大学毕业设计28第四章公共交通报站系统软件设计41公共交通报站系统按键功能设计公共交通报站系统软件实现报站、预报站、控制端12864液晶显示、接收端点阵LED显示及语音芯片播放语音信息。公共交通报站系统由按键控制单片机进行上下行切换、快进、快退、预报站及报站的功能，与其对应的单片机接口如表41所示。表41单片机接口与按键功能对应表单片机接口按键名称按键功能PA1上下行切换切换行进方向PA2快退快退站名PA3快进快进站名PA4预报站播报前方到站PA5报站播报已经到站PA6预留/广告可加入广告或其他信息42公共交通报站系统工作原理公共交通报站系统供电后，单片机进行初始化，点阵LED屏幕显示待机状态字幕显示。单片机端口扫描PA口检测是否有按键按下，当检测到PA1口按下，对车站顺序进行反转；当检测到PA2口按下，车站回滚至之前一站；当检测到PA3口按下，在当前站的基础上向后跳跃一站；当检测到PA4口按下，单片机向控制点阵和语音芯片的次级单片机发送预报站串行信号，由次级单片机向点阵LED和语音芯片发送串行信号进行预报站；当检测到PA5口按下，单片机向次级单片机发送报站串行信号，由次级单片机向点阵LED和语音芯片发送串行信号进行报站；当检测到PA6口按下，单片机向次级单片机发送串行信号，用来播放和显示广告或其他信息。43公共交通报站系统软件流程公共交通报站系统软件流程图如下所示长春理工大学毕业设计29报站键按下N快进/快退键按下上下行键按下保持原顺序保持原顺序快进/快退一站预报站键按下次级单片机调用显示程序次级单片机调用语音程序是否最后一站次级单片机调用显示程序次级单片机调用语音程序切换顺序YYYYYNNNN开始停止图41公共交通报站系统软件流程图长春理工大学毕业设计3044公共交通报站系统软件程序设计部分441系统主程序系统主程序详见附录A。442语音芯片三线串口程序INCLUDEDEFINEUCHARUNSIGNEDCHARDEFINEUINTUNSIGNEDINTDEFINESDA1PORTC|0X01DEFINESDA0PORTCDEFINECS1PORTC|0X02DEFINECS0PORTCDEFINESCL1PORTC|0X04DEFINESCL0PORTCVOIDDELAY_1USVOIDASM“NOP“VOIDDELAY_USUNSIGNEDINTNUNSIGNEDINTIFORI0I0MSFORN0N1DELAY_US300SCL1DELAY_US300CS1VOIDMAINDDRC0XFFDELAY_MS27WHILE1/SEND_DATE0XE7SEND_DATE0X01/SEND_DATE0XF2/DELAY_MS1000443点阵LED程序点阵LED程序详见附录B。长春理工大学毕业设计32总结报站系统在公共交通领域有着非常重要的作用。本文完成了基于单片机的公共交通报站系统设计、系统的硬件开发、软件编程与仿真调试等。较传统报站器而言，本设计的显著优点是控制端采用了LCD12864液晶屏，能够显示站名等信息，解决了以往数码管显示车站序号而不能显示站名等信息的问题。近年来单片机技术迅猛发展，广泛应用于诸多领域。由于单片机具有可编程性及优良的存储扩展性等许多优点，使得基于单片机的自动化报站方式也具备了智能化报站的优点且与智能化报站相比有成本低廉、性能稳定等优点。这种报站方式在近年来发展迅猛，并在市场中占据主导地位。在未来若干年中，这种价格低廉、高性能、体积小、节能环保的基于单片机的报站系统必将成为主流。城市公共交通是市民出行的主要交通工具之一。提供舒适，安全、便捷的乘车环境，对于公共交通企业来说，不仅是应尽的责任，亦是不断追求的目标。从2013年3月开始了论文的写作，时至今日论文已基本完成。从最初的茫然到慢慢的进入状态，整个写作过程充满了挑战。经历了几个月的奋战，充实而又紧张的毕业设计终于落下帷幕，回想这段日子的经历，我感慨万千。我不会忘记这难忘的几个月的时间。毕业论文的制作给了我难忘的回忆。在我徜徉书海查找资料的日子里，面对无数书本的罗列，最难忘的是每次找到资料时的激动和兴奋亲手设计电路图的时间里。记忆最深的是每一步小小思路实现时那幸福的心情，为了论文我曾赶稿到深夜，但看着亲手打出的一字一句心里满满的只有喜悦毫无疲惫。毕业论文体现的不仅仅是对知识的掌握，也是对语言的组织能力和表达能力的检验。一篇优秀的论文不是写出来的，而是修改出来的，这需要的是耐心，还要用心。在论文写作过程中，我遇到的问题很多，有些是在自己知识范围之外，每当无法继续写作的时候，我就会出现浮躁的情绪，但是我没有放弃，而是适时地调节自己的心态，在同学老师的帮助下，完成了初稿。通过本次设计，我不仅学习到了ATMEGA16系列单片机的知识，更拓展了自己的视野，培养了自己的学习能力。这些进步对以后的工作学