公交车语音报站和汉字显示系统的毕业设计最终版

公交车语音报站和汉字显示系统的毕业设计最终版 摘 要智能公交系统是智能交通系统的重要研究内容，近年来出现了许多针对公交车辆智能化的研究与尝试，这其中就包括自动报站系统。目前，国内只有北京、上海、深圳、广州、青岛等城市实现了利用 GPS 自动报站，许多中小城市的公交车仍旧是传统的人工按键报站，没有实现完全的智能化，给司乘人员带来了很大的不便。因此，在中小城市中迫切需要智能化的公交车报站系统。本文应用单片机技术、语音合成技术和点阵LED汉字显示技术设计了一种公交车语音报站和汉字显示系统，它能很好的模仿人完成报站任务，从而解决了人工报站不准确不方便等问题。本文设计的新型的公交车自动报站系统，以AT89C51单片机为核心，外扩ISD1730语音芯片，点阵LED汉字显示屏和行列驱动芯片。当汽车到达某站时，通过GPS模块来触发本系统进行工作，通过语音输出电路进行语音报站和提示，AT89C51单片机同时通过程序读取汉字信息送入LED点阵显示电路进行汉字提示,达到了在车辆运行期间显示和语音的同步，提高了车辆的服务质量。本文是以AT89C51为主控芯片的进行了系统硬件电路设计，分析并设计了各单元电路，包括语音电路、LED显示电路、电源电路。利用C语言进行了程序设计，介绍了系统所采用的软件开发环境及其主程序设计，着重分析设计了LED显示模块、语音播放模块的实现流程，给出了大部分源代码。本文设计的公交车自动报站及汉字显示系统具有使用方便、体积小、经济实惠、工作稳定、误报率低等特点。AbstractAdvanced Public Transportation Systems APTS is an important part of IntelligentTransport System ITS , and many researches and attempts related to the intelligent publictransport vehicles have come forth during recent years. At present, many city buses in China are still the traditional manual buttons on station except Beijing, Shanghai, Shenzhen, Guangzhou,and Qingdao. Therefore, an intelligent bus-stop-announcing system is strongly required in thesecities.This paper introduces the design principle of a new bus automatic stop reporting system, which centers AT89C51 Single Chip Micyoco, concerning ISD1730 speech chip, dot matrix LED character display screen and line driver chip. When a bus reaches a certain stop, it makes this system to work through the GPS module. That is, through the speech output circuit to carry out the work of voice announcement and presentation, and at the same time AT89C51 Single Chip Micyoco carries out the character display through the read of characters and delivery to the LED dot matrix display circuit. In this way, a synchronic cooperation of display and speech during the operation of the vehicle is reached and the service quality of buses is improved.A design method of the Bus Station Report System based on AT89C51SND1C isput forward. This part mainly discusses hardware design, including power circuit, the systemclock circuit, reset circuit, USB interface circuit and Nand Flash memory circuit, etc. Practical application circuit and PCB layout of the components are given.The automatic stop reporting and character display system designed in this paper is convenient, small in size, economy, stable, and low in mistake rate.Key words: MCU; GPS; LED chinese characters display; ISD1730 目 录第1章 绪 论11.1 课题研究的背景和意义11.2 公交车报站系统的发展现状21.3 论文的任务和工作内容3第2章 系统的总体方案设计42.1方案论证42.2总体方案设计6第3章 硬件电路设计73.1 单片机最小系统设计7 AT89C51简介7 引脚说明8 晶体振荡电路10 复位电路113.2 语音电路设计12 语音电路芯片的介绍13 语音电路设计173.3 LED显示电路设计18 LED显示方式19 LED驱动原理20 显示电路213.4 GPS定位模块设计213.5 电源电路设计22第4章 系统软件设计244.1 主程序的设计254.2 子程序的设计26 LED汉字显示程序26 语音播放程序30 录音程序31第5章 结 论37参考文献38致 谢40附 录41附 录52附 录55绪 论课题研究的背景和意义公共汽车是目前世界各国使用最广泛的公共交通工具。它起始于 1905 年的美国纽约，当时用公共汽车代替原有的公共马车，20 世纪 30 年代得到了迅速的发展。随着现代社会的建设，公交车越来越为大众所喜爱，不仅仅可以在低消费下达到目的地，同时也能省去很多的自驾麻烦，是打工族和学生族的常用交通工具，公交车便成为了现代文明城市的一道流动的风景线。为了使乘客方便清楚的知道公交车所到站点，公交车配备了一些设备，最普遍的就是自动报站系统，汉字显示屏，无人售票等装置。公共汽车之所以被广泛采用，是由于它的机动灵活，只要有相宜的道路，就可以通行，并且公共汽车组织运行所需的附属设施的投资，较之其它现代化公共交通工具也最少。我国的公共汽车车辆类型甚多，按载客量分，有小型（载客 6090 人）、中型（载客 90130 人）和大型（载客 130180 人）。大型公共汽车对解决上下班客运高峰时间的乘车拥挤情况起了很大的作用。城市公共交通是城市建设和发展的重要组成部分，随着城市的扩建，人们生活节奏的加快，公共交通问题显得日益重要。在我国中小城市里，公交车仍然是城市交通的主体，它的服务质量与市民们的生活息息相关，也是衡量一个城市的文明指标。而国内大多数城市现有的公交车还是采用传统的公交系统，没有实现完全的智能化，比如公交车报站只能由人工按键来实现报站，离不开驾驶员或售票员的相应操作，公交车司机一边要开车一边还要兼顾按键报站，这就增加了驾驶员的操作负担，驾驶员开车时为报站而分散精力，存在一定的安全隐患，同时由于人工报站受到个人素质、工作态度 劳动强度等因素影响，往往出现误报、漏报甚至干脆不报等现象，给乘客带来了很大的不便。因此，在中小城市中，公交车对自动报站系统的需求也日益强烈。利用 GPS 全球定位系统实现公交车自动报站是近几年来的一个热门话题，一般公交车自动报站系统对车辆定位的精度要求在 2530 米，GPS 全球定位系统远远可以满足这个定位精度的要求。公交车自动报站及汉字显示系统在公交事业中占有非常重要的地位，它不仅免去了人工报站，节省了人力，而且还提升了公交车工作效率，提高了公交车的服务质量。目前，各个城市的公交车自动报站的方式主要三种，其中一种是利用无线发送及接收芯片PT2262/和PT2272的公交车报站系统，在公交站的每个站牌处安装发射芯片PT2262用来发射该站点事先编好的编码信号，当公交车到达该范围内（如50米之内）时，其公交车上的接收芯片PT2272将对信号进行接收与解码，然后再将解码后的信息通过液晶显示模块显示，而语音芯片将同时进行播报，该方式的报站系统价格低廉，实现方便，也能满足现代公交车的基本需要，因此目前国内的大部分城市运用此种方式，另一种是功能很强大且系统非常稳定的GPS卫星定位报站系统，但由于这种方式的投资很昂贵，尤其是对于一些中小城市来说无法承受，国内虽也有此类产品的研制开发，但就目前的情况来看其投入的不是很广，但是在一些发达国家（如美国）的部分城市已经投入使用GPS卫星定位系统。第三种是手动电子报站方式，此方式价格低廉，但操作较为繁琐，现已逐渐被淘汰。自动报站系统是智能公交系统的组成部分，公交车自动报站系统是利用全球定位系统（GPS）进行数据采集，根据公交车所处的位置进行自动报站、温磬提示等服务，它将电子、控制、计算机、通信等实用技术集中运用于公共交通系统，改造旧的服务模式，建立全新的服务体系，不但提高了其服务质量，同时也将为公交公司和社会带来较大的经济和社会效益。主要表现在以下几个方面：提供较为完美的乘客信息服务。借助先进的定位通信系统，即时为乘客发布信息，为乘客出行提供全方位的信息服务；减少人工操作，尤其是驾驶员的操作负担，在进站、出站、转弯的关键时刻，驾驶员可以更集中精力驾驶，提高公交车行驶过程中的安全系数；提升城市形象，公共交通是城市文明的窗口，先进的公交信息系统的实施，必然提高公共交通的整体服务水平，提高城市的现代化程度；提高公交运营效率和管理水平，吸引大量客流，增加公交公司的经济效益。公交车报站系统的发展现状当今社会，公交车是大多数城市居民出行的重要工具之一，但就公交车目前的报站系统来看很难满足大家的要求。现在公交车使用普遍的还是人工按键报站系统，此系统存在以下两个不可忽略的弊端：（1）存在隐形的安全隐患，因为每次驾驶员都要在行驶时对报站器进行操作以进行报站，而车辆在进出站的时候路面情况都很复杂，因此给行驶中的车辆和行人带来一定的安全隐患。（2） 报站不够准确，因为驾驶员在行驶的过程中操作报站系统时时常会忘按键或者按错键，有时在调整报站系统时会连续报站，这样会给不熟悉路线的乘客带来不便。目前我国的大部分城市公交自动报站的方式主要有三种：（1）人工进行报站：一般是由当地的乘务人员用方言来进行报站，这样会给外地乘客带来很大的不便，但这种方式已经被淘汰。（2）半自动报站：这种报站方式是现在运用普遍的，但由于这种报站系统需要驾驶员来控制，故会有误报现象且还存在安全隐患。（3）自动报站系：此报站方式已智能化，即无需驾驶员得参与，系统将自动识别站点，虽然比较准确，但也容易出现问题且价格昂贵，所以这种方式运用的不是很普遍。虽然国能外都在研究公交自动报站系统，但采用的技术手段不一样，有些开发成本较高，且难以实现普及，特别是一些中小城市难以负担，故开发一种综合性强的、且价格交低、易于实现普及的系统是公交事业迫切需要的。论文的任务和工作内容本课题要求设计公交车自动报站及汉字显示系统，以实现公交车的语音自动报站，即在进站、出站时候自动播报语音提示信息及服务用语，同时利用LED显示屏进行汉字显示。在进行系统设计时，除了实现系统要求的功能以外，同时，由于系统是安装在公交车上，属于车载终端设备，所以必须兼顾电源、功耗、体积等因素，且还要考虑到产品成本、开发工具、研发周期等问题。基于以上因素，整个系统采用了 AT89C51 单片机作为主控制器的设计思路。本设计的主要任务是研究设计公交车自动报站及汉字显示系统。在设计中，作者主要完成了以下工作：1.确定以GPS进行定位，利用ISD1730进行语音报站，以及利用4块16*16LED 显示屏进行文字的显示2.在以AT89C51为主控芯片的情况下，完成了硬件的整合，画出了电路图3.写出了软件源代码，进行软件编程，达到设计目的1控制模块本设计采用单片机作为核心控制芯片，单片机选用AT89C51。AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机。该芯片具有40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），AT89C51设计和配置了振荡频率可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，AT89S51仅支持并行编程，而AT89C51不但支持并行编程还支持ISP在线编程。工作频率更高，电源范围更宽，抗干扰性更强，加密功能更强。外置看门狗芯片813L,此芯片是一体积小、功耗低、性价比高的带看门狗和电源监控功能的复位芯片；它使用简单、方便2语音模块方案一：基于ISD2560语音芯片的录放电路设计ISD2560系列语音芯片可通过SPI协议方便地与CPU接口。 用ISD2560芯片构成的单片机通用开发板采用国内最常用的MCS-51语言单片机89C51来与ISD2560系列语音芯片相结合，可供用户开发各种新型智能型数码语音产品。方案二； 基于ISD1730语音芯片的录放电路ISD1730是华邦公司新推出ISD1700 系列芯片的单片优质语音录放电路，该芯片能提供多项新功能，包括内置专利的多信息管理系统，新信息提示,双运作模式（独立&嵌入式），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、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器与内存等的全方位整合系统功能。通过分析比较，本次设计采用ISD1730语音芯片设计录放电路，其相对于ISD2560语音芯片来讲功能更强大，由按键直接控制语音的录放等，电路工作稳定、可靠性高，完全达到了设计要求，具有非常好的实用性。芯片ISD1730提供多项创新功能，包括多信息管理系统， 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、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器与内存等，能实现全方位整合系统功能。该芯片可录放音十万次，存储内容可以断电保留一百年，具有两种控制方式，两种放音方式输出方式，可处理多大255段信息，而且它的音质好，应用非常灵活。本设计选用ISD1730芯片为本设计的播放语音芯片，并且对芯片的各个引脚功能，以及和单片机连接的电路进行了细致的分析和研究，该芯片内部包含片上时钟,麦克风前置放大器 ,自动增益控制,带通滤波器 ,平滑滤波器和功率放大器。采用模拟存储技术,能够提供20秒的录放时间,且掉电不丢失,语音质量高。在报站状态下 ,只需要由单片机P1口送出所需报站名及其他语句的存储地址,给23脚一个下降沿信号,开始放音. 3显示模块方案一：采用LCD点阵显示，用来显示文字、图形、图像、等各种信息的显示屏幕。它均由LCD矩阵块组成。图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形，该方案简单易行。但所需的元件较多，且不容易进行操作，可读性差，一旦设定后，很难再加入其他的功能。方案二：采用液晶（LCD1602）显示器件，该液晶显示器件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，且该器件的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。而且此液晶显示平稳、省电、美观，更容易实现题目要求，对后续的功能兼容性高，。只需将软件作修改即可，可操作性强，也易于读数，能同时显示日期、时间、星期且易于修改。方案三：采用4个16*16点阵LED显示汉字，即为16*128点阵汉字显示，并且设置有驱动电路。节约IO资源，选有74LS245芯片为单片机系统扩充IO资源提供了条件。用点阵方式构成图形或文字，是非常灵活的，可以根据需要任意组合和变化，只要设计好合适的数据文件，就可以得到满意的显示效果。因而采用点阵式图文显示屏显示经常需要变化的信息，是非常有效的。8*8的LED点阵为单色行共阳模块，单点的工作电压为正向（Vf 1.8v,正向电流（IF） 8至10mA 。静态点亮器件时（64点全亮）总电流为640mA，总电压为1.8v，总功率为1.15W。动态时取决于扫描频率（1/8或1/16秒），单点 瞬间电流可达 80-160mA。16*16点阵静态时16*16*10mA,动态时单点电流80-160mA。4 定位模块在定位系统中有很多种选择，但如若想要达到智能化，自动化报站，我认为最应该选择GPS全球卫星定位，既准确又方便，而且提高了效率。本设计采用全新台湾HOLUX公司推出的SIRF第三代高灵敏度超小型GPS接收模块。它采用SiRF第三代芯片，主要是定位灵敏度大大提高，例如在汽车上应用时，只要靠近车窗就能较好工作，使用更方便，定位也更准确。使用SiRF第三代低耗电量 LP ，高效能晶片,大大降低耗电量。具有快速定位及追踪 12 颗卫星的能力。晶片内建1920 次/ 频率硬体, 提高接收传送搜寻卫星讯号能力。内部有多次充电式备份电池。支持NMEA0183 v2.2 标准信号格式及SiRF二位元编码。超强定位运算程式, 在户外任何环境, 皆可提供优越导航效果。GPS模块使用3.3伏（70毫安）直流工作电压，默认每秒输出一次TTL的NMEA-0183信号。将此芯片接入到单片机RXD和TXD口，来进行数据的输入和读取。达到精确地定位并传入单片机，触发各单元模块正常工作。2.2总体方案设计最终定位模块选择GPS,主控芯片选择了AT89C51，语音电路选择ISD1730，显示模块选择了4块16*16LED显示屏。通过GPS模块精确定位，得出一地址信息，传入单片机中，再由单片机触发LED驱动电路和ISD语音芯片，进行自动报站及汉字显示,完成完整的工作模式。工作流程如图2.1.硬件电路包括四大部分：单片机模块，语音电路，LED显示模块和GPS模块。详细阐明芯片的选择比较，所选用芯片内部组成、功能特点、外围电路及其接口电路，并设计出具体的硬件电路。单片机最小系统设计AT89C51简介AT89C51有40个引脚，4个8位并行I/O口，1个全双工异步串行口，同时内含5个中断源，2个优先级，2个16位定时/计数器。AT89C51的存储器系统由4K的程序存储器 掩膜ROM ，和128B的数据存储器 RAM 组成，具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计，使用系统可用USB供电。AT89C51单片机主要由以下几部分组成： 1cpu系统 8位cpu，含布尔处理器时钟电路； 总线控制逻辑。2存储器系统 4K字节的程序存储器（ROM/EPROM/Flash，可外扩至64KB）； 128字节的数据存储器（RAM，可再外扩64KB）； 特殊功能寄存器SFR。3I/O口和其他功能单元 4个并行I/O口； 2个16位定时计数器； 1个全双工异步串行口； 中断系统（5个中断源，2个优先级）。AT89C51单片机的主要特性：1. 一个8 位的微处理器 CPU 。2. 片内数据存储器RAM 128B ，用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等，SST89 系列单片机最多提供1K 的RAM。3. 片内程序存储器ROM 4KB ，用以存放程序、一些原始数据和表格。但也有一些单片机内部不带ROM/EPROM，如8031，8032，80C31 等。目前单片机的发展趋势是将RAM 和ROM 都集成在单片机里面，这样既方便了用户进行设计又提高了系统的抗干扰性。SST 公司推出的89 系列单片机分别集成了16K、32K、64K Flash 存储器，可供用户根据需要选用。4. 四个8 位并行IO 接口P0P3，每个口既可以用作输入，也可以用作输出。5. 两个定时器计数器，每个定时器计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。为方便设计串行通信，目前的52 系列单片机都会提供3 个16 位定时器/计数器。6. 五个中断源的中断控制系统。现在新推出的单片机都不只5 个中断源，例如SST89E58RD 就有9 个中断源。7. 一个全双工UART 通用异步接收发送器 的串行IO 口，用于实现单片机之间或单机与微机之间的串行通信。8. 片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率为12MHz。SST89V58RD 最高允许振荡频率达40MHz，因而大大的提高了指令的执行速度。引脚说明?VCC：供电电压。 ?GND：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8TTL门电流。当P1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/地址的第八位。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。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 ?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：P3口管脚 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/EA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。晶体振荡电路常用到的振荡器有三种：RC振荡器，环形振荡器和晶体振荡器。RC 振荡器是应用最为普遍的一种振荡器电路，它的结构简单，成本较低，另外该电路功耗也较低。但是这种电路的工作电压极大地影响着它的频率，工艺相关性比较差，精度较差。环形振荡器的振荡频率范围很宽，稳定度较高。但是对电源噪声很敏感，布局尺寸面积较大。晶体振荡器频率很准，而且工作稳定。由于AT89C51的振荡器特性可知道，XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。振荡电路由AT89C51的18，19脚的时钟端 XTALl及XTAL2 以及12MHz晶振X1、电容C2，C3组成，采用片内振荡方式。 复位电路运行的单片机应用系统，由于环境恶劣，在工作的过程中一旦因干扰失控，经常会出现“死机”的现象，它表现为系统无法继续正常的运行，处在一种瘫痪状态，它的硬件电路并没有损坏，只是内部程序运行出现了错误，这时，即使干扰消失，系统也不会恢复正常，这就需要采取一些措施来保障系统失控后能自动恢复正常，“程序运行监视系统”（watchdog看门狗）就是常用的一种抗干扰措施，用以保证系统因干扰失控后能自动复位。单片机选用AT89S51，用外置看门狗芯片813L,，此芯片体积小、功耗低、性价比高的带看门狗和电源监控功能的复位芯片；使用简单、方便。它所提供的复位信号为高电平。系统从软件死循环状态恢复到复位状态，使系统重新恢复到正常的运行状态。目前在市场上有许多流行的专用复位芯片常用的有im公司生产的系列芯片,本文利用813L设计复位电路,如图3.3所示。813L有双列直插和贴片两种封装形式。第1脚MR为复位输入端,低电平有效，第2脚VCC为电源端,第3脚GND为地,第4脚PFI为电源故障检测输人端,第5脚PFO为电源故障输出端,第6脚WDI为看门狗检测输入端,第7脚RESET为复位输出端,第8脚WDO为看门狗输出端。复位电路具有以下特点：1复位输出。系统上电、掉电以及供电电压降低时 , 第7脚产生复位输出, 复位脉冲宽度的典型值为200ms,高电平有效复位，门限的典型值为4.65v。2看门狗电路输出。如果在1.6S内没有触发该电路 即第6脚无脉冲输入, 第8脚输出一个低电平信号。3人工复位输人,低电平有效,即第1脚输人一个低电平, 则第1脚产生复位输出4当输入电源不足时,第5脚输出一个低电平信号813L的第 1 脚与第 8 脚相连。第 7 脚接单片机的复位脚（AT89S51的第 9 脚）；第 6 脚与单片机制P2.7相连。在软件设计中，P2.7不断输出脉冲信号，如果因某种原因单片机进入死循环，则P0.7无脉冲输出。于是1.6s后在813L的第 8 脚输出低电平，该低电平加到第 1 脚，使813L产生复位输出，使单片机有效复位，摆脱死循环的困境。另外，当电源电压低于限值4.65V时，813L也产生复位输出，使单片机处于复位状态，不执行任何指令，直至电源电压恢复正常，可有效防止因电源电压较低进单片机产生错误的动作。电源故障输入PFI通过一个电阻分压器监测未稳压的直流电源。当PFI低于1.25V时，电源故障输出脚第5脚PFO变低，可引起AT89S51中断进行电源故障处理，或将重要数据保存下来。把分压接到未稳压的直流电源是为了更早地对电源故障告警.程序运行“死机”及相应对策，程序正常运行时，由主程序在小于1.6s的时间间隔内周期性地从P17端向813L的WDI输入端发送一个脉冲信号，以清除芯片内部的看门狗定时器。语音电路设计语音录放电路设计以ISD1730为核心，辅以外围录放电路，外围电路相当简单。由于其可以进行直接模拟信号的存储，省去了信号模数转换的相关电路，使得信号更加的稳定、录放音质量好。内置微控制器串行通信接口，3V单电源工作，多段信息处理，工作电流25-30mA,维持电流1A，不耗电信息保存100 年 典型值 ，高质量、自然的语音还原技术，10 万次录音周期 典型值 ，自动静噪功能，片内免调整时钟，使得语音质量以及稳定性更加高。语音电路芯片的介绍ISD1730 是ISD公司最新推出的单片高音质语音录放电路，该芯片提供多项创新功能，包括多信息管理系统，新信息提示（ vAlert ），双运作模式（独立 & 嵌入式），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、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器与内存等的全方位整合系统功能。1ISD1730特点： ? 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 段信息 ? 有丰富多样的工作状态提示 ? 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2ISD1730电特性： ? 工作电压：2.4V-5.5V ? 静态电流：0.5 - 1 A ? 工作电流：20mA3独立按键工作模式 ISD1730的独立按键工作模式录放电路非常简单，而且功能强大。不仅有录、放功能，还有快进、擦除、音量控制、直通放音和复位等功能这些功能仅仅通过按键就可完成。 在按键模式工作时，芯片可以通过 LED 脚给出信号来提示芯片的工作状态，并且伴随有提示音，用户也可自定 4 种提示音效。 录音操作： 按下 REC 键， REC 管脚电平变低后开始录音，直到松开按键使电平拉高或者芯片录满时结束。录音结束后，录音指针自动移向下一个有效地址。而放音指针则指向刚刚录完的那段语音地址。 放音操作 ： 放音操作有两种模式，分别是边沿触发和电平触发，都由 PLAY 管脚触发。 A、边沿触发模式：点按一下 PLAY 键， PLAY 管脚电平变低便开始播放当前段的语音，并在遇到 EOM 标志后自动停止。放音结束后，播放指针停留在刚播放的语音起始地址处，再次点按放音键会重新播放刚才的语音。在放音期间， LED 灯会闪烁直到放音结束时熄灭。如果在放音期间点按放音键会停止放音。 B 、电平放音模式： 如果一直按住 PLAY 键，使 PLAY 管脚电平持续为低，那么会将芯片内所有语音信息播放出来，并且循环播放直到松开按键将 PLAY 管脚电平拉高。在放音期间 LED 闪烁。当放音停止，播放指针会停留在当前停止的语音段起始位置。 C、快进操作： 点按一下 FWD 按钮将 FWD 端拉低，会启动快进操作。快进操作用来将播放指针移向下一段语音信息。当播放指针到达最后一段语音处时，再次快进，指针会返回到第一段语音。当下降沿来到 FWD 端时，快进操作还要决定于芯片当时的状态： 如果芯片在掉电状态并且当前播放指针的位置不在最后一段，那么指针会前进一段，到达下一段语音处。 如果芯片在掉电状态并且当前播放指针的位置在最后一段，那么指针会返回到第一段语音处。 如果芯片正在播放一段语音（非最后一段），那么此时放音停止，播放指针前进到下一段，紧接着播放新的语音。 如果芯片正在播放最一段语音，那么此时，放音停止，播放指针返回到第一段语音，紧接着播放第一段语音。 D、擦除操作： 擦除操作分为单段擦除和全体擦除两种擦除方式，区别如下： 单个擦除：只有第一段或最后一段语音可以被单个擦除。点按一下 ERASE 健将 ERASE 管脚拉低，这时具体的擦除情况要看播放指针的状态： ? 如果芯片空闲并且播放指针指向第一段语音，则会删除第一段语音，播放指针指向新的第一段语音（执行擦除操作前的第二段） ? 如果芯片空闲并且播放指针指向最后一段语音，则会删除最后一段语音，播放指针指向新的最后一段语音（执行擦除操作前的倒数第二段） ? 如果芯片空闲并且播放指针指向没有指向第一或最后一段语音，则不会删除任何语音，播放指针也不会被改变 ? 如果芯片当前正在播放第一段或最后一段语音，点按下 ERASE 键会删除当前语音。 全体擦除：当按下 ERASE 键将 ERASE 管脚电平拉低超过 2.5 秒钟，会触发全体擦除操作，删除全部语音信息。 E、复位操作： 如果用 RESET 控制此管脚，建议 RESET 管脚与地之间连接 一个 0.1 F 电容。当 RESET 被触发，芯片将播放指针和录音指针都放置在最后一段语音信息的位置。 F、音量操作： 点按一下 VOL 键将 VOL 管脚拉低会改变音量大小。每按一下，音量会减小一档，再到达最小档后再按的话，会增加音量直到最大档，如此循环。总共有 8 个音量档供用户选择，每一档会改变 4dB 。复位操作会将音量档放在默认位置，即最大音量。 G、FT 直通操作： 按住 FT 键将 FT 管脚持续保持在低电平会启动直通模式。出厂设定的是在芯片空闲状态，直通操作会将语音从 Analn 端直接通往喇叭端或 AUD 输出口。在录音期间按下 FT 键，会同时录下 Analn 进入的语音信号。4ISD1730引脚介绍VCCD 数字电路电源 LED LED 指示信号输出 RESET 芯片复位 MISO SPI 接口的串行输出。ISD1730 在 SCLK 下降沿之前的半个周期将数据放置在 MISO 端。数据在 SCLK 的下降沿时移出 MOSI SPI 接口的数据输入端口。主控制芯片在 SCLK 上升沿之前的半个周期将数据放置在 MOSI 端。数据在 SCLK 上升沿被锁存在芯片内。此管脚在空闲时，应该被拉高 SCLK SPI 接口的时钟。由主控制芯片产生，并且被用来同步芯片MOSI 和 MISO 端各自 的数据输入和输出。此管脚空闲时，必须拉高。 /SS 为低时，选择该芯片成为当前被控制设备并且开启 SPI 接口。空闲时，需要拉高 VSSA 模拟地 AnaIn 芯片录音或直通时，辅助的模拟输入。需要一个交流耦合电容（典型值为 0.1uF ），并且输入信号的幅值不能超出 1.0Vpp 。APC 寄存器的 D3 可以决定 Analn 信号被立刻录制到存储器中，与 Mic 信号混合被录制到存储器中，或者被缓存到喇叭端并 经由直通线路从 AUD/AUX 输出。 MIC+ 麦克风输入 + MIC- 麦克风输入 - VSSP2 负极 PWM 喇叭驱动器地 SP- 喇叭输出 - VCCP PWM 喇叭驱动器电源 SP+ 喇叭输出 + VSSP1 正极 PWM 喇叭驱动器地 AUD/ AUX 辅助输出，决定于 APC 寄存器的 D7 ，用来输出一个 AUD 或 AUX 输出。 AUD 是一个单端电流输出，而 AuxOut 是一个单端电压输出。他们能够被用来驱动一个外部扬声器。出厂默认设置为 AUD 。 APC 寄存器的 D9 可以使其掉电。 AGC 自动增益控制 /VOL 音量控制 ROSC 振荡电阻， ROSC 用一个电阻连接到地，决定芯片的采样频率 VCCA 模拟电路电源 /FT 在独立芯片模式下，当 FT 一直为低， Analn 直通线路被激活。Analn 信号被立刻从 Analn 经由音量控制线路发射到喇叭以及 AUD/AUX 输出。不过，当在 SPI 模式下， SPI 无视这个输入，而且直通线路被 APC 寄存器的 D0 所控制。该管脚有一个内部上拉设备和一个内部防抖动电路 ，允许使用按键开关来控制开始和结束。 /PLAY 播放控制端 /REC 录音控制端 /ERASE 擦除控制端 /FWD 快进控制端 RDY / INT 一个开路输出。 Ready 独立模式 该管脚在录音，放音，擦除和指向操作时保持为低，保持为高时进入掉电状态。 Interrupt SPI 模式 在完成 SPI 命令后，会产生一个低信号的中断。一旦中断消除，该脚变回为高。 VSSD 数字地语音电路设计本部分采用ISD1730语音芯片以及外围电路实现语音报站功能，该芯片内部包含片上时钟，麦克风前置放大器，自动增益放大器，带通滤波器，平滑滤波器和功率放大器。采用模拟存储技术，能提供20妙的录音时间，并且掉电不丢失，语音质量高，外围主要有驻极体话筒和扬声器和少量电阻电容组成。实现语音信号的输入输出。并且用一个电容二极管作为录音指示灯。利用8根地址线和2根语音控制线和单片机连接实现控制功能。在录音控制中，单片机利用REC脚置低电平，并且送出相应地址，从而实现分段录音功能，录音时间发光二极管被点亮，发光二极管熄灭时表示录音结束。在报站状态下，只需要单片机控制P1口，输送所需要的报站名和其它相应存储地址，开始放音，通过改变地址信息，可以播放不同的预录语音信息。组成所需要的一句话，实现播放报站名以及提示性的语句。语音播放的原理图如图3.5所示：单片机应用系统中语音接口的基本特点是:语音输出的许多词汇是相同的,如操作提示、运行结果报告等。根据这一特点,为了节省语音芯片的容量以降低硬件成本,在设计中可充分发挥单片机的控制功能,根据系统的实时状态结果,自动选择合适的语音词汇或语音段灵活组合输出。本系统采用的ISD1730语音芯片由于容量不足,因此在软件设计上采用了部分语音共用的方法,例如“辽宁工业大学站到了,请从后门下车”中的“站到了,请从后门下车”就是各个报站均要用到的词语,可以做为子程序重复调用。 LED显示电路设计LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED显示屏分类多种多样,大体按照如下几种方式分类，其中耗电与电源要求 显示屏的耗电量分为平均耗电量和最大耗电量。平均耗电量又称工作电量是平时实际耗电量。最大耗电量是启动时或全亮等极端情况时的耗电量,最大耗电量是交流电供电 线径,开关等 必须考虑的要素。因此LED显示屏的驱动器的设计起着举足轻重的作用。要想要LED显示屏工作，需要驱动芯片，可分为通用芯片和专用芯片。通用芯片一般用于LED显示屏的低端产品，如户内的单、双色屏等。最常用的通用芯片是74HC595，具有8位锁存、串一并移位寄存器和三态输出功能。每路最大可输出35 mA的电流 不是恒流 。一般IC厂家都可生产此类芯片，一块主流16位稳态电流LED显示屏驱动芯片只能驱动16路的LED器件。一块分辨力为1024768的LED显示屏就必须使用多块驱动芯片才能获得预期效果，这样就使得材料成本比较高。如果采用驱动芯片自身采用扫描方式，那么一块主流的驱动芯片就能一次驱动多路LED器件，将会使应用成本降低许多。简单地讲LED显示屏就是由若干个可组合拼接的显示单元 单元显示板或单元显示箱体 构成屏体,再加上一套适当的控制器 主控板或控制系统 。所以多种规格的显示板 或单元箱体 配合不同控制技术的控制器就可以组成许多种LED显示屏,以满足不同环境,不同显示要求的需要。LED发光二极管可以分为单色发光灯、双色发光灯、三色发光灯、面发光灯、闪烁发光灯、电压型发光灯等多种类型。按照发光灯强度又可以分为普通亮度发光灯、高亮度发光灯、超高亮度发光灯等。这种单个的发光灯适宜用做指示灯，如电源指示、电路状态指示灯，进而对能够转变成电信号的各种物理量进行指示。也可以用多个LED发光灯组成固定的字符或图形进行显示，如大型剧场会堂的出入口及洗手间的显示。和很多应用术语一样，LED图文显示屏并没有一个公认的严格的定义，一般把显示图形和/或文字的LED显示屏称为图文屏。这里所说的图形，是指由单一亮度线条组成的任意图形，以便于不同亮度（灰度）点阵组成的图像相区别。图文显示屏的主要特征是只控制LED点阵中各发光器件的通断（发光或熄灭），而不控制LED的发光强弱。LED图文显示屏的外观可以做成条形，叫做条形图文显示屏（简称条屏），也可以按一定高度比例做成矩形的平面图文显示屏。其实条屏只不过是其宽度远大于高度的平面显示屏，在显示与控制的原理上并无区别。从理论上说，不论显示图形还是文字，都是控制与组成这些图形或文字的各个点所在位置相对应的LED器件发光。通常事先把需要显示的图形文字转换成点阵图形，再按照显示控制的要求以一定的格式形成显示数据。对于只控制通断的图文显示屏来说，每个LED发光器件占据数据中的1位（1bit），在需要该LED器件发光的数据中相应的位填1，否则填0。当然，根据控制电路的安排，相反的定义同样是可行的。这样依照所需显示的图形文字，按显示屏的各行各列逐点填写显示数据，就可以构成一个显示数据文件。显示图形的数据文件，其格式相对自由，只要能够满足显示控制的要求即可。文字的点阵格式比较规范，可以采用现行计算机通用的字库字模。组成一个字的点阵，其大小也可以有1616、2424、3232、4848等不同规格。汉字的点阵结构相应的显示数据是用16进制格式以字节为单位表示的。本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通过列驱动输出，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。然后在反复扫描这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。试验表明当输入LED的电流为15mA时，维持时间至少需要1ms，否则LED呈微亮状态。LED驱动原理1行驱动芯片74LS154 4线16线译码器,74HC154是此集成电路的coms版本，其功耗更小，功能一样。译码器在单片机系统中一般起扩展IO的作用，当外设比较多，单片机的引脚不够用的时候，就可以由74LS154把4个单片机IO口扩展为12个。增强了单片机控制外设的能力。A、B、C、D 译码地址输入端 低电平有效 G1、G2选通端 低电平有效 015输出端 低电平有效 电源电压7V 输入电压5V 工作环境温度070 贮存温度65150 2列驱动芯片74HC595在5V供电的时候能够达到30MHz的时钟速度，每个并行输出端口均能承受20mA的灌电流和拉电流。这个特点保证了不用增加额外的扩流电路即可轻松的驱动LED。它输入端允许500nS的上升（下降）时间，对严重畸形的时钟脉冲仍能检测。这样就可以容纳较大的传输线对地电容，使本设计的抗干扰能力增强。74HC595并行输出端与LED模块列线之间通过20的电阻连接，这里电阻起到分压，去除红色LED的并联嵌位作用。使红绿两组LED均能正常发光。由于LED显示屏的工作电流时刻在变化，造成了系统电压的波动。这种电压波动有高频成分，也有低频成分。轻则对周围无线电环境造成电磁污染，重则使系统时钟紊乱，逻辑错误。为避免此，在每个74HC595的电源VCC和GND旁边都并联了两个电容，用于滤波和退耦。稳定系统电压，旁路掉电源中的高频脉动成份。消除自激，减小对外杂散电磁辐射，提高EMI电磁兼容性。3集成驱动芯片在本设计中集成驱动芯片是为了节省I/O口，通过整合驱动信号做到时间上的匹配，保证系统的正常运行。74HC245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）。74HC245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74HC245将保持所有输出为高。利用这种复合使能特性，仅需4片74HC245芯片和1个反相器，即可轻松实现并行扩展，组合成为一个1-32（5线到32线）译码器。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74HC245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。显示电路设计采用以AT89C51单片机为核心芯片16*16LED汉字显示4个字，即为16*64点阵汉字显示，采用重叠处理的方法。即在显示本行各列数据的同时，传送下一列数据。为了达到重叠处理的目的，列数据的显示就需要具有锁存功能。经过上述分析，就可以归纳出列驱动器电路应具有的功能。对于列数据准备来说，它应能实现串入并出的移位功能；对于列数据显示来说，应具有并行锁存的功能。这样，本行已准备好的数据打入并行锁存器进行显示时，串并移位寄存器就可以准备下一行的列数据，而不会影响本行的显示。LED电路图见附录，框图如图3.6所示： GPS定位模块设计GPS是Global Positioning System的缩写，即全球定位系统。其目的是在全球范围内对地面和空中目标进行准确定位和监测。随着全球性空间定位信息应用的日益广泛，GPS提供的全时域、全天候、高精度定位服务将给空间技术、地球物理、大地测绘、遥感技术、交通调度、军事作战以及人们的日常生活带来巨大的变化和深远的影响。 GPS系统一般由地面控制站、导航卫星和用户接收机三大部分组成。导航卫星至少24颗，