公交车报站系统

1、目 录引言21.绪论32.系统设计要求及模块功能简介42.1 系统设计要求42.2 硬件架构43 模块选择及简介53.1 单片机模块53.2 录音模块 103.3 播放系统模块 123.4 电源模块 133.5 行列式按键模块 134 系统工作原理 144.1系统电路原理图 14原理框图 144.2 系统各模块原理简介 154.2.1语音采集模块原理简介 15 播放模块原理简介 18行列式按键模块 18 ISP下载模块20 电源模块 205系统软件流程图 216参考文献：23引言在当代科学发展的道路上，交通工具的发展是使我们人类进步的必要前提，因为我们有了更快、更舒适的交通工具，人们的效率有了

2、前所未有的发展.所以说交通工具也是人类发展的一大重要要素。从早期的蒸汽式公交车到现在完全的电子式自动控制公交车，都是机械与电子技术。 本文就是利用单片机技术，为小型公交车设计一种简单的报站系统。以便于公交车报站系统内容更新，易于维护。1 绪论。1.1背景随着人类的发展，城市的规模越来越大，人们的生活步伐也越来越快，自然交通工具也得到了快的发展，自二十世纪初汽车工业的发展，汽车越来越成为了人们出行不可必少的交通工具，自然在城市中看到的是越来越多的公共汽车，这也是人类快速发展的必然趋势，从最早的蒸汽式公共汽车到电动汽车，再到现在天然气的汽车，这无不反应了人们的进步。最初的公交车上面就必需的有两个人

3、，即一个司机加上一个售票员，这个售票员的工作不仅需要负责售票的工作，还要准确的为乘客报站的工作，作为一个地区的公交站行业，有一定的地方特色，他们报站时多采用地方口音，作为一个外地人有时候很难的听懂报站，从而引起很多的麻烦，还有一个难以避免的麻烦，那就是一天下来，售票员都会在公交车上不停的招呼大家，还要准确的为乘客们报站，他们是非常劳累与辛苦。现在也是一个高科技发达的时期，人们不必要再做那个枯燥的事情，现在都提倡的是智能设备，用科技来改变人们有的生活水平与方式，所以现在在人们的生活中都感受到了科技给我们带来的方便.现在的城市里的公交车都装上了语音报站系统，从而提高人们的工作效率，因此现在就兴起了

4、股科技热，要为我们的公交车配上报站功能。1.2 意义正是由于科技给我们的生活带来了巨大的改变，人们的生活水平和工作效率都得到了巨大的改变，本文正是一个研究如何利用单片机来设计一种适合在公交车上用的语音报站系统.对此的研究我们不仅能够对公交车行业的发展起到一个非常重要的作用，还能够为我们的社会进步作出一定的贡献。2.系统设计要求及模块功能简介2.1 系统设计要求具有稳定的供电系统，可实时通过ICP更新程序。在各功能模块整合上，可实现接口通讯。以单片机作为主控MCU，键盘作为控制输入，实现响应键值语音功能。要求可移植性强，特别是语音模块能够支持SPI串行通信选段模式，具有较长的录音时间和擦除功能。

5、主控MCU的I/O口要满足系统需求，响应时间快、功耗低，具有较大的片内外存储空间。不同站点有不同的语音播报内容。设有站号手动调整功能 ，即各个站点均用一个数字号码表示。当公交车实际到站与所播报的号码不同时，可手动按前进键或后退键以调整站号。2.2 硬件架构 本系统硬件构架主要有几大模块组成：单片机模块，录音模块，播放系统模块，电源模块，ISP下载模块，行列式按键模块。以上六个模块构成了公交车报站系统。3 模块选择及简介3.1 单片机模块单片机的应用领域由于单片机的体积小、使用灵活、成本低、易于产品化等特点，特别是有强大的、面向控制的能力，使它在工业控制、智能化仪表、外设控制、家用电器、机器人、

6、军事装置等到方面得到了广泛的应用。 单片机的选择本设计主要考虑了两块现在广泛用于生产生活中的、价格低廉的单片机.atmel公司生的a89c5x系列的单片机和stc89c5xxx系列和芯片。atmel系列单片机。一、 atmel89系列单片机特点atmel89系列单片机是以8031核构成的，所以，它和8051列单片机是兼容的系列.这 个系列对于以8051为基础的系统来说，是十分容易进行取代和构造的.故而对于熟悉8051的用户来说，用atmel公司的89系列单片机进行取代8051的系统设计是轻而易举的事。 89系列单片机的优点89系列单片机对一地一般用户来说，存在下列很明显的优点： 1、内部含Fl

7、ash存储器 因此在系统的开发过程中可以十分容易进行程序的修改，这就大大缩短了系统的开发周期.同时，在系统工作过程中，能有效地保存一些数据信息，即使外界电源损坏也不影响到信息的保存。 2、 与80c51插座兼容 89系列单片机的引脚是和80c51一样的，所以，当用89系列单片机取代80c51时，可以直接进行代换.这时，不管采用40引脚亦或44引脚的产品，只要用相同引脚的89系列单片机取代80c51的单片机即可。引脚功能说明1、AT89C51引脚图如图1所示。图1 AT89C51引脚图VCC：供电电压。VSS：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8个TTL门电流。当P1

8、口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管

9、脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口

10、管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正

11、脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。    /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。     /EA/VPP：当/E

12、A保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.2 录音模块该模块主要由声音采集及A/D转换系统组成以完成声音信号的采集及存储。 ADC0809是采样频率为8位的、以逐次逼近原理进行模数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个

13、进行A/D转换。主要特性：1）8路8位AD转换器，即分辨率8位。 2）具有转换起停控制端。 3）转换时间为100s4）单个5V电源供电5）模拟输入电压范围05V，不需零点和满刻度校准。6）工作温度范围为-4085摄氏度 7）低功耗，约15mW。内部结构： ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式AD转换器，内部结构如图1322所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型DA转换器、逐次逼近寄存器。ADC0809引脚功能说明： 图2ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图1323所示。下面说明各引脚功能。 IN0IN7：8路模拟量输入端。2-12-8：8位数字量

14、输出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START： AD转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。 EOC： AD转换结束信号，输出，当AD转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当AD转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基准电压。 Vcc：电源，单一5V。 GN

15、D：地。 ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 AD转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到AD转换完成，EOC变为高电平，指示AD转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。3.3 播放系统模块播放系统模块通过串行接口与单片机通讯，并进行选段播放。（一） D/A转换器DAC0832DAC0832是采用CMOS工艺制成的单片直流输出型8位数/模转换器。如图3所示

16、，它由倒T型R-2R电阻网络、模拟开关、运算放大器和参考电压VREF四大部分组成。运算放大器输出的模拟量V0为 图3 由上式可见，输出的模拟量 与输入的数字量 成正比，这就实现了从数字量到模拟量的转换。一个8位D/A转换器有8个输入端（其中每个输入端是8位二进制数的一位），有一个模拟输出端。输入可有28-256个不同的二进制组态，输出为256个电压之一，即输出电压不是整个电压范围内任意值，而只能是256个可能值。图 4是DAC0832的逻辑框图和引脚排列。 图4D0D7：数字信号输入端。ILE：输入寄存器允许，高电平有效。CS：片选信号，低电平有效。WR1：写信号1，低电平有效。XF

17、ER：传送控制信号，低电平有效。WR2：写信号2，低电平有效。IOUT1、IOUT2：DAC电流输出端。Rfb：是集成在片内的外接运放的反馈电阻。 Vref：基准电压（-1010V）。Vcc：是源电压（+5+15V）。AGND：模拟地 NGND：数字地，可与AGND接在一起使用。DAC0832输出的是电流，一般要求输出是电压，所以还必须经过一个外接的运算放大器转换成电压。3.4 电源模块简介电源模块是把市电电压转化为单片机使用的5v电压，并具备稳压的功能。3.5 行列式按键模块行列式按键模块是利用键盘扫描原理，触发单片机使能各模块响应录音或语音报站。4. 系统工作原理通过键盘控制，用MIC把声

18、音信号转换成电信号，再通过模数转换变成数字信号存到单片机内。通过ISP接口将单片机与电脑相连实现程序下载及语音数据的读取。通过放音模块把片内存储的分段语音数据读出，利用功放电路使之放出声音完成报站功能。4.1系统电路原理图原理框图 4.2 系统各模块原理简介4.2.1语音采集模块原理简介语音信号的采集是系统的重要组成分，这个质量的好坏直接影响这个系统的最终效果。通常信号的采集与放大可以利用模拟器件的进行。在这个部分，我们主要解决的问题有：传感的选择，放大器的设计，滤波器的设计及阻抗匹配等问题。信号的分类：1模拟信号：在时间和幅度上都连续的信号是模拟信号。2数字信号：在时间和幅度上都离散的信号是

19、数字信号。采集信号过程如下图所示：图 7在单片机的实时监控和智能化系统的仪表等应用系统中，传感器负责把电信号如温度，压力，流量，速度以及声音等转换成电信号，这时的电信号为模拟信号，无法被数字系统识别与处理为了解决这个问题，需要一个将模拟信号向数字量转化的器件A/D（模数转换器）通过A/D后，信号才能输入到单片机或微机中进行处理。在进行A/D转换的，输入的模拟的信号的在时间上的连续，而输出的数字信号是离散的所以进行转换的只能在一系列选定的瞬间对输入信号的取样，然后把这些都取样的值装换为输出的数字量。因为一般的A/D转换过程要经过取样，保持，量化和编码这4个步骤进行。前2个步骤在取样-保持电路中完

20、成，后2个步骤在A/D转换器中完成。1取样定理 取样是时间上和量值能连续的变化模拟量按一定的时间间隔采取样值，将其装换为时间上连续的变化，在振幅上等于取样期间模拟信号大小的一窜脉冲。为了较能好的的恢复原来的模拟信号，取样信号的必须有足够的高度频率。取样信号的频率Fs必须大于等于输入模拟信号频谱的中最高频率Fi(Max)的2倍即Fs2Fi(Max)这就是取样定理。量化和编码：要将取样-保持电路输出地取样电压转换成其成正比例的数字量，还必须对样值电压进行量化和编码。通常用数字信号最低位（LSB）1所代表的模拟电压作为量化单位，用的整数倍的过程叫量化将量化的结果用二进制代码表示，称为编码。在量化时，取样电压一般不能被整除，因而量化过程不可避免的会引入误差，这个误差称为量化误差。A/D转化器的位数越多，量化单位也越小，则量化误差也越小。量化与编码由A/D转换器完成。 播放模块原理简介把从单片机中取出的语音数据用数模转换芯片DAC08032转换成模拟信号，经功放电路用扬声器放出来实现报站功能。另外,加入了功率放大电路来实现语音的放大,所采用的功率放大器是LM386,在6V电源电压下,其静态功耗仅为24mw,使得LM386特别适用于电池供电的场合,LM386电压增益内置为20,但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻