公交车报站系统的设计毕业设计

学号： 西 安 交 大 毕业设计（论文）（08届）题 目 公交车报站系统的设计 学 生 学 院 专 业 班 级 校内指导教师 专业技术职务 校外指导老师 专业技术职务 二一二年六月公交车报站系统的设计 摘 要 随着科学技术的日益发展和进步, 无人售票公交车在街头多起来了，语音报站器也被广泛使用，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。本设计采用单片机SCT89C52作为控制核心，语音芯片ISD1700实现语音的存储和回放，LCD12864进行汉字显示，设计了公交车控制报站系统，实现了公交车站台语音播报、液晶显示和站台语音播报与液晶显示双重功能。 系统主要通过STC89C52单片机做为主芯片，启动LCD12864显示站名，同时应用语音模块播报站名。整个系统硬件设计包括键盘控制模块、语音播报模块、液晶显示模块。关键词单片机；公交车报站；语音播站；液晶显示AbstractAlong with the science and technology development and progress, unmanned bus in the street up, the voice stops were also widely used, this to a great extent from crew of the stops along the way trouble, give many not familiar with the bus lines passengers brought convenient. This design USES the monolithic SCT89C52 as control core, voice chip ISD1700 realize voice of storage and playback, LCD12864 display on Chinese character, design the bus stops control system, realize the bus station speech broadcast, liquid crystal display and platform speech broadcast and liquid crystal display double function. The system mainly through STC89C52 microcontroller do give priority to chip, start LCD12864 display name, at the same time, the name of the pronunciation module. The whole system hardware design including the keyboard control module, speech broadcast module, liquid crystal display module.Keywords:Microcontroller Bus stops system Speech broadcast station LCD display 目录摘 要2目录41绪论51.1课题背景及意义51.1.1公交车报站系统的发展、特点51.1.2课题的发展前景62 课题设计方案的原理72.1 方案的原理、特点与选择依据72.1.1 AT89C52单片机及模块选择72.1.2 CPU的比较与选择选择81) 单片机在系统中的作用82） LPC2138 单片机介绍83）89C51 介绍及其优缺点92.1.3 显示模块的选择92.1.4 时钟芯片的选择101） DS1302芯片介绍102）PCF8485 芯片介绍113） 时钟芯片方案的确立113系统硬件电路设计113.1 80C51 单片机的设计113.1.2 89C51引脚图以及各引脚功能123.2 语音模块电路设计143.2.2 语音电路的设计153.2.3 ISD4004 引脚功能介绍173.3显示模块的设计183.3.1 组成结构193.3.2 引脚功能193.4 键盘模块电路设计203.4.1 键盘接口203.4.2 按键的确认203.4.3 重键与连击的处理203.4.4按键防抖动技术213.4.5设计电路图243.5串口RS-232模块设计243.5.1、RS-232常用接口243.5.2接口电路设计253.6 DS1302263.6.1 DS18B20简介263.6.2 DS1302的结构及工作原理263.6.3 引脚功能及结构273.7 电源模块284 软件系统设计304.1 主控程序的设计304.2语音提示应用实现314.2.1 放音程序314.2.2 录音程序314.3 文字显示应用实现324.4 键盘接口应用实现345系统调试过程355.1硬件电路的安装与调试355.1.1 元器件的测试355.1.2 硬件电路的调试35参 考 文 献37致 谢38附录A39附：电路总原理图和PCB图391绪论1.1课题背景及意义1.1.1公交车报站系统的发展、特点随着科学技术的日益发展和进步, 无人售票公交车在街头多起来了，语音报站器也被广泛使用，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。公共汽车为外出的人们提供了方便快捷的服务，而公共汽车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，使得汽车报站器的实现成为可能，从而为市民提供了更加人性化的服务。鉴于传统公交车报站系统的不足之处，结合公交车辆的使用特点及实际营运环境，设计了一种由单片机控制的公交车自动报站系统。该设计的创新之处在于它应用89C51单片机的高速计数器端口进行脉冲计数，以距离来控制报站时刻。本系统功能强大，成本低，系统稳定，无需人工介入，语音音质好，很好的实现了车辆报站的自动化，具有很强的实用性。此次设计的公交车自动报站器初始值存入的方式是在车上,单片机处于输入状态，车辆行驶一遍，将站与站之间的脉冲数写入片内，该方式在公交车改变路线时便于修改。系统选用ISD4004语音芯片，它的录音数据被存放方法是通过ISD多级存储专利技术实现的，用声音和声频信号的自然形式直接存放在故态存储器，从而提供高质量回放语音的保真度，使得该系统与其他语音报站系统相比较，语音质量较好。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、出站自动播报站名及服务用语，为市民提供更人性化，更完善的服务。语音芯片已经逐渐替代了多种语音设备应用在各场合。语音芯片主要特性是功耗低，抗干扰能力强，外围器件少，控制简单，语音保存时间久（某些语音芯片可以保存内容100年），掉电不丢失语音，部分芯片还可以重复擦写语音内容。如汽车倒车雷达，公交车报站器，银行排队机、语音玩具、防盗系统等设备都装备了语音芯片。1.1.2课题的发展前景 城市交通已成为人们外出时最为关注的事情。公交车也成为城市交通中一道亮丽的风景。公交车也为外出的人们提供了方便快捷的服务。但是随着我国各大城市公交公司的人员精简，而且对公交运输也提出更高的要求。各公交公司都在每辆公交车上只配备了一个司机，进行无人售票，为了公交系统的安全考虑，需要对自动化的公交语音报站系进一步完善。因为公交车的报站方式直接影响到服务的质量和整个城市的整体面貌。传统报站方式是由乘务人员进行人工报站，因方言或拥挤等情况，该方式工作强度太大其效果往往也太差。虽然很多城市都使用最简单的智能语音播报系统。但这些公交车报站系统仅停留在语音播报上，这给听力不好的旅客带来不便。而有的公交车报站系统虽然有屏幕显示功能，但其中显示器基本上是采用LED大屏幕点阵列结构完成。LED大屏幕要实现稳定显示需遵循动态扫描规律，存在着扫描驱动电路较为复杂，信号传输线多，抗干扰性能差等缺点。 由于液晶显示器具有低压微功耗，平板型结构，显示信息量大，易于彩色化，没有电磁辐射，寿命长等显著优点。本设计包括硬件、软件两部分。模块可划分为语音模块、LCD显示模块、时间显示模块。电路结构可划分为ISD4004语音芯片、LCD12864液晶显示模块、单片机控制电路和时间显示模块。本设计的核心模块是语音录音和放音过程，即AT89C52单片机。单片机就是本设计的中心元件，所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。单片机应用系统也是由硬件和软件组成。硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成系统，软件是各种工作程序的总称。单片机应用系统的研制过程包括系统功能分析、硬件设计、软件设计等几个阶段。处理器采用AT89C51单片机。整个系统是在系统软件控制下工作的。由单片机发出型号，提取和放出语音提示语和站名信息。把事先储存在单片机里面时间信息、文字信息提取出来并在液晶屏上显示出来。2 课题设计方案的原理 2.1 方案的原理、特点与选择依据 2.1.1 AT89C52单片机及模块选择 公交车站自动报站器的设计，对车轮轴的转角的脉冲进行计数，将计数值与预置值对比，即可确定报站时刻，达到准确自动的目的。以AT89C51为主控芯片，对外来脉冲计数，结合语音芯片ISD4004输出语音。系统由脉冲检测、脉冲计数、CPU控制、控制信号、语音芯片、输出显示等组成。系统的整体结构如图2.1所示。CPUISD4004语音芯片模块液晶显示模块E2 ROM键盘模块拓展串口 图2.1 系统的结构图2.1.2 CPU的比较与选择选择1) 单片机在系统中的作用单片机就是单片计算机.一般我们使用的微型计算机核心是CPU,它要插在有外围支持电路的主板上,才能工作.他是通用计算机.它具有CPU和外围电路、有存储器(内存),接口电路,和程序(软件)，还有输入输出设备。而单片机是将CPU、存储器、接口电路、和程序(软件)都集成在一片硅片上,就是一片电路就具备微型机的CPU+主板的功能。所以叫单片机。单片机有的内部不含存储器。现在一般都含（本设计中的选择的80C51就含有存储器），有的已经固化好程序（各种遥控器中的片子就是），是专用计算机。单片机一般没有显示器，键盘也只是数字键，没有复杂的键盘（也可以扩充显示器和键盘），现在单片机的功能越来越强，完全可以达到一台微机的部分功能。现在一般人家里都有以单片机为CPU的电子产品，比如说电脑、MP3、手机等。不同型号的单片机功能也不相同。下节将对LPC2138单片机和80C51单片机进行比较。 2） LPC2138 单片机介绍LPC2131/2132/2138是基于一个支持实时仿真和跟踪的 16/32位 ARM7TDMI-STM CPU，并带有 32kB、 64kB和 512kB嵌入的高速 Flash存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使 32位代码能够在最大时钟速率下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用 16位 Thumb模式将代码规模降低超过30%，而性能的损失却很小。较小的封装和很低的功耗使 LPC2131/2132/2138特别适用于访问控制和 POS机等小型应用中；由于内置了宽范围的串行通信接口和 8/16/32kB的片内 SRAM，它们也非常适合于通信网关、协议转换器、软件 modem、语音识别、低端成像，为这些应用提供大规模的缓冲区和强大的处理功能。多个 32位定时器、 1个或 2个 10位 8路的 ADC、10位 DAC、PWM通道、47个 GPIO以及多达 9个边沿或电平触发的外部中断。ARM7TDMI-S是一个通用的 32位微处理器，它可提供高性能和低功耗。 ARM结构是基于精简指令集计算机(RISC)原理而设计的。指令集和相关的译码机制比复杂指令集计算机要简单得多。这样使用一个小的、廉价的处理器核就可实现很高的指令吞吐量和实时的中断响应。由于使用了流水线技术，处理和存储系统的所有部分都可连续工作。通常在执行一条指令的同时对下一条指令进行译码，并将第三条指令从存储器中取出ARM7TDMI-S处理器使用了一个被称为 THUMB的独特的结构化策略，它非常适用于那些对存储器有限制或者需要较高代码密度的大批量产品的应用。在 THUMB后面一个关键的概念是“超精简指令集”。ARM7TDMI-S处理器基本上具有两个指令集：在 THUMB后面一个关键的概念是“超精简指令集”。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制板成本较高，本设计未选用。3）89C51 介绍及其优缺点89C51是依赖于程序,通过软件可以对程序进行修改。通过不同的程序来实现不同的功能，采用微机程序可以实现高智能、效率高、可靠性高。首先，以80C51为代表的单片机的基础地位不会动摇。这是因为80C51的架构和指令系统为后来的单片机提供了参考基准和强大支持，只要学过80C51的人再去学用其他类型的单片机易于反掌，借梯子爬坡何乐而不为呢？本设计也考虑到这一特点，从易到难。这就是为什么在课堂上老师都以80C51的教材来进行教与学了。其次，个性化的产品在满足用户需求方面得到了大家的认可；它们由于具有先天的优势，在80C51的基础上扬长避短，以用户需要为根本，在市场上受到了我们的欢迎。其具体功能在本设计以后章节会做详细介绍，单片机最终选择根据上两小节的考虑，从经济、学习性等方面，最终选择了80C51单片机。2.1.3 显示模块的选择 本设计使用到了液晶显示模块，作为公交车报站系统中的重要模块对中文的站名显示，提示语和时间的显示。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。LCD12864液晶模块实物图如图2.2所示。 图2.2 LCD12684实物图1602液晶也叫1602字符型液晶 它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块 它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔 每行之间也有也有间隔 起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此 所以他不能显示图形1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块目前市面上字符，其控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。实物图如图2.3所示 图2.3方案的确立：LCD12864是128*64，能显示8*4个汉字，因型号不同，有的带汉字库，本设计主要考虑到了这一点需求。能显示图像效果，功能比1602强大，1602只能显示字母、数字和符号能显示16*2个字符，有一些显示效果，如字符一个个显示、字符从左到右或从右到左显示等等，显示效果简单，价格低，大约6块钱，而12864最少40块钱一块. 最终选择了12864液晶模块。2.1.4 时钟芯片的选择为了服务乘客，本设计有北京时间的显示，方便了乘客。现在流行的串行时钟电路很多，如DS1302、 DS12887、PCF8485等。这些电路的接口简单、价格低廉、使用方便，被广泛地采用。本文介绍的实时时钟电路DS1302是DALLAS公司的一种具有涓细电流充电能力的电路，主要特点是采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。采用普通32.768kHz晶振。下文对 DS1302 和PCF8485进行比较。1） DS1302芯片介绍 美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟电路DS1302的结构、工作原理及其在实时显示时间中的应用。它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能。给出DS1302在读写中的C51程序及流程图，以及在调试过程中的注意事项。现在流行的串行时钟电路很多，如DS1302、 DS1307、PCF8485等。这些电路的接口简单、价格低廉、使用方便，被广泛地采用。时钟电路DS1302是DALLAS公司的一种具有涓细电流充电能力的电路，主要特点是采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。采用普通32.768kHz晶振。图3.4是DS1302的引脚图。 图3.4 引脚图2）PCF8485 芯片介绍PCF8563是一款低功耗的CMOS实时时钟日历芯片，它提供一个可编程时钟输出，一个中断输出和掉电检测器，所有的地址和数据通过I2C总线接口串行传递。最大总线速度为400Kbits/s，每次读写数据后，内嵌的字地址寄存器会自动增加。下文介绍其特性。低工作电流：典型值为0.25A（VDD=3.0V，Tamb=25 时）；最大工作电压范围：1.05.5V；低休眠电流；典型值为0.25A （VDD=3.0V, Tamb=25 ）；400KHz 的I2C总线接口（VDD=1.85.5V 时）；可编程时钟输出频率为：32.768KHz，1024Hz，32Hz，1Hz；报警和定时器；掉电检测器；内部集成的振荡器电容；片内电源复位功能； I2C 总线从地址：读：0A3H；写：0A2H。3） 时钟芯片方案的确立 PCF8485芯片虽然更加精准，抗干扰性强，但是不如DS1302普及和方便，所以本文选择了DS1302作为时钟芯片。3系统硬件电路设计 3.1 80C51 单片机的设计 3.1.1 80C51 单片机功能介绍 AT89C51是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8K bytes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，功能强大的AT89C51单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。图3.1为AT89C51 结构图。 图3.1 AT89c52结构图AT89C51有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中端口，3个16位可编程定时计数器，2个串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。AT89C51有PDIP、PQFP/TQEP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。3.1.2 89C51引脚图以及各引脚功能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口作为AT89C51的一些特殊功能口， 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。电路图如图3.2所示 图 3.23.2 语音模块电路设计 3.2.1 语音电路的简介 与普通的录音/重放芯片相比,ISD4004具有如下特点:首先,记录声音没有段长度限制,并且声音记录不需要A/D转换和压缩;其次,将快速闪存作为存储介质,无需电源即可保存数据长达100年,重复记录10000次以上;此外,ISD4004具有记录时间长(可达16分钟,本文采用的为8分钟的ISD4004语音芯片)的优点;最后,ISD4004的开发应用具有所需外围电路简单的优点,这一点从本文介绍的其在语音报站器中的实际应用可以体会到.目前市场上流通的语音报站器,大多采用的不是ISD4004系列的芯片,这与其刚推出不久以及价格偏高有关.但随着ISD4004应用的增多以及价格的回落,再加上ISD4004系列芯片本身的优点,可以相信,在语音报站器中采用ISD4004系列语音芯片是完全可行的.笔者设计了该装置的硬件电路,并进行了上车调试,取得了较为满意的效果.单片8 至16 分钟语音录放 ,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,可选用外部时钟，ISD4004的型号见表3-1 表3-1 ISD4004 功能介绍型 号时 间输入采样典型带宽最大段数最小段长外部钟频ISD4004-088分钟8.0kHz3.4kHz1200200ms1024.0kHzISD4004-1010分钟6.4kHz2.7kHz1200250ms819.2kHzISD4004-1212分钟5.3kHz2.3kHz1200300ms682.7kHzISD4004-1616分钟4.0kHz1.7kHz1200400ms512.0kHz ISD4004 系列工作电压3V,单片录放时间8 至16 分钟,音质好,适用于移动电话及其他便携式电子产品中。芯片采用CMOS 技术,内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列。芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制,操作命令可通过串行通信接口(SPI 或Microwire)送入。芯片采用多电平直接模拟量存储技术, 每个采样值直接存贮在片内闪烁存贮器中,因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声,避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和金属声。采样频率可为 4.0,5.3,6.4,8.0kHz,频率越低,录放时间越长,而音质则有所下降,片内信息存于闪烁存贮器中,可在断电情况下保存100 年(典型值),反复录音10 万次。 3.2.2 语音电路的设计 电源:(VCCA,VCCD) 为使噪声最小,芯片的模拟和数字电路使用不同的电源总线,并且分别引到外封装的不同管脚上,模拟和数字电源端最好分别走线,尽可能在靠近供电端处相连,而去耦电容应尽量靠近器件。地线:(VSSA,VSSD) 芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线。同相模拟输入(ANA IN+) 这是录音信号的同相输入端。输入放大器可用单端或差分驱动。单端输入时,信号由耦合电容输入,最大幅度为峰峰值32mV,耦合电容和本端的3K电阻输入阻抗决定了芯片频带的低端截止频率。差分驱动时,信号最大幅度为峰峰值16mV，为ISD33000 系列相同。反相模拟输入(ANA IN-) 差分驱动时,这是录音信号的反相输入端。信号通过耦合电容输入,最大幅度为峰峰值16mV 音频输出(AUD OUT) 提供音频输出,可驱动5K的负载。片选(SS) 此端为低,即向该ISD4004 芯片发送指令，两条指令之间为高电平。 串行输入(MOSI) 此端为串行输入端，主控制器应在串行时钟上升沿之前半个周期将数据放到本端,供ISD 输入。串行输出(MISO) ISD 的串行输出端。ISD 未选中时,本端呈高阻态。串行时钟(SCLK) ISD 的时钟输入端,由主控制器产生,用于同步MOSI 和MISO 的数据传输。数据在SCLK上升沿锁存到ISD,在下降沿移出ISD。中断(/INT) 本端为漏极开路输出。ISD 在任何操作(包括快进)中检测到EOM 或OVF 时,本端变低并保持。中断状态在下一个SPI 周期开始时清除。中断状态也可用RINT 指令读取。OVF 标志-指示ISD的录、放操作已到达存储器的未尾。EOM 标志-只在放音中检测到内部的EOM 标志时,此状态位才置1。行地址时钟(RAC) 漏极开路输出。 每个RAC 周期表示ISD 存储器的操作进行了一行(ISD4004 系列中的存贮器共2400 行)。该信号175ms 保持高电平,低电平为25ms。快进模式下,RAC 的218.75s 是高电平,31.25s 为低电平。该端可用于存储管理技术。外部时钟(XCLK) 本端内部有下拉元件。芯片内部的采样时钟在出厂前已调校,误差在 +1%内。商业级芯片在整个温度和电压范围内, 频率变化在+2.25%内。工业级芯片在整个温度和电压范围内,频率变化在-6/+4%内,此时建议使用稳压电源。若要求更高精度,可从本端输入外部时钟(如前表所列)。由于内部的防混淆及平滑滤波器已设定,故上述推荐的时钟频率不应改变。输入时钟的占空比无关紧要,因内部首先进行了分频。在不外接地时钟时,此端必须接地。自动静噪(AMCAP) 当录音信号电平下降到内部设定的某一阈值以下时,自动静噪功能使信号衰弱,这样有助于养活无信号(静音)时的噪声。通常本端对地接1mF 的电容,构成内部信号电平峰值检测电路的一部分。检出的峰值电平与内部设定的阈值作比较,决定自动静噪功能的翻转点。大信号时,自动静噪电路不衰减,静音时衰减6dB。1mF 的电容也影响自动静噪电路对信号幅度的响应速度。本端接VCCA 则禁止自动静噪。 SPI(串行外设接口)的介绍：ISD4004 工作于SPI 串行接口。SPI 协议是一个同步串行数据传输协议,协议假定微控制器的SPI 移位寄存器在SCLK 的下降沿动作,因此对ISD4004 而言,在时钟止升沿锁存MOSI 引脚的数据,在下降沿将数据送至MISO 引脚。协议的具体内容为：1.所有串行数据传输开始于SS 下降沿。2.SS 在传输期间必须保持为低电平,在两条指令之间则保持为高电平。3.数据在时钟上升沿移入,在下降沿移出。4.SS 变低,输入指令和地址后,ISD 才能开始录放操作。5.指令格式是(8 位控制码)加(16 位地址码)。6.ISD 的任何操作(含快进)如果遇到EOM 或OVF,则产生一个中断,该中断状态在下一个SPI 周期开始时被清除。 7.使用读指令使中断状态位移出ISD 的MISO 引脚时,控制及地址数据也应同步从MOSI 端移入。因此要注意移入的数据是否与器件当前进行的操作兼容。当然,也允许在一个SPI 周期里,同时执行读状态和开始新的操作(即新移入的数据与器件当前的操作可以不兼容)。8.所有操作在运行位(RUN)置1 时开始,置0 时结束。9.所有指令都在SS 端上升沿开始执行。 用户发完上电指令后,必须等待TPUD,才能发出一条操作指令。例如,从00 从处发音,应遵循如下时序:1. 发POWERUP 命令;2. 等待TPUD(上电延时);3. 发地址值为00 的SETPLAY 命令;4. 发PLAY 命令。器件会从此00 地址开始放音,当出现EOM 时,立即中断,停止放音如果从00 处录音,则按以下时序: 1.发POWER UP 命令；2. 等待TPUD(上电延时)；3. 发POWER UP 命令；4. 等待2 倍TPUD；5. 发地址值为00 的SETREC 命令；6. 发REC 命令。器件便从00 地址开始录音,一直到出现OVF(存贮器末尾)时,录音停止。本文讨论的语音报站器主要是指装在车上的放音电路,不包含录音电路.而在实际应用中,录音电路则完成报站内容的录音工作,并收录内容存储到语音芯片中.本文主要结合ISD4004在放音电路中的ISD4004典型应用.本文讨论的报站器主电路主要由单片机89C51和ISD4004构成.该系统的硬件电路连接显示电路采用的是通过P3.0、P3.1控制的两个7段数码管的静态显示器,在此不作详细介绍;控制部分主要由单片机89C51构成,包含必要的按键电路、复位电路和看门狗电路等外围电路;放音部分主要由ISD4004构成,包含配套的变压电路、功放电路等. 89C52和ISD4004之间的连接较少.单片机的P1.0P1.3引脚接按键,控制报站器工作过程中是否放音和放音内容;P1.6接ISD4004的片选引脚/SS,控制ISD4004是否选通;P1.7接ISD4004的串行输入引脚MOSI,从该引脚读入放音的地址;P3.0和P3.1控制外围显示电路,在报站器工作过程中显示当前的站号;P3.2和P3.3分别接ISD4004的串行时钟引脚SCLK和中断引脚/INT.ISD4004芯片所需要的连接还有音频信号输出引脚AUDOUT,该引脚通过一个滤波电容与扬声器连接;AMCAP为自动静音端,使用时通过一电容接地.此外,由于ISD4004的工作电压为3V,而单片机所需供电电压为5V,因此需要采用变压电路得到3V电压供ISD4004使用3.2.3 ISD4004 引脚功能介绍 ISD4004 PDIP/SOIC双列直插式和小型封装各引脚功能如下：VCCA（18引脚）、VCCD（27引脚）分别为模拟信号和数字信号3V电源正端；VSSA（11、12、23）、VSSD（4）分别为上述两种信号电流接地引脚；ANA IN+、-（16、17）分别为模拟信号非反相和反相信号输入引脚；AUD OUT（13）；音频信号输出端（负载阻抗5k），可经交流模耦合到下一级放大器；SS（1）：当该引脚出现低电平时，此片4004被选中；MOSI（2）、MISO（3）：4004和微控制器或微总线接口端；SCLK（28）；4004和微控制器同步同钟连接引脚；INT（25）：中断信号；RAC（24）；行地址时钟；XCLK（26）；外部时钟输入引脚；AM CAP（14）；自动静音引脚；电路图如图3.3所示： 图3.33.3显示模块的设计本设计使用到了液晶显示模块，作为公交车报站系统中的重要模块对中文的站名显示，提示语和时间的显示。液晶显示器LCD（Liquid Crystal Display）广泛应用于微型计算机系统中，与LED相比，具有功率低，抗干扰能力强，体积小，价格低廉等优点。另外，LCD在大小和形状上更加灵活，接口简单，不但可以显示数字、字符，而且可以显示文字和图形。 字符和数字的简单显示，不能满足图形曲线和文字显示的要求。点阵式LCD不仅可以显示字符、数字，还可以显示各种图形、曲线及文字，并且可以实现屏幕上下左右滚动、动画、分区开窗口、反转、闪烁等功能，用途十分广泛。现在，随着液晶技术的突破，液晶显示器的质量有了很大的提高，品种也在不断推陈出新，不但有各种规模的黑白液晶显示器，还有绚丽多彩的彩色液晶显示器。在点阵式液晶显示器中，把控制驱动电路与液晶点阵集成在一起，组成一个显示模组，可与八位微处理器接口直接连接，不但使用方便，而且价格也比较便宜。 TH12864液晶显示模组是12864点阵的文字图形型液晶显示模组，内置国标GB2312码简体中文字库（1616点阵）、ASCII码字符集（816点阵）和64256点阵显示RAM（GDRAM绘图区域）；可与CPU直接接口，提供两种界面来连接微处理机（八位并行及串行连接方式）；具有光标显示、画面移位和睡眠模式等多种功能。3.3.1 组成结构图3.4液晶模组的组成结构 TH12864使用ST7920作为行驱动器，同时使用ST7921作为列驱动器。液晶显示中应尽量避免一个字符一半在左半屏显示，另一半在右半屏显示的情况。由于TH12864液晶显示器是一种带有输出驱动的完整的液晶显示器，八位微处理器可直接与其相连，对液晶屏进行行、列驱动。3.3.2 引脚功能 TH12864液晶显示器有20个管脚，分电源线、数据线和控制线。其详细功能如下：（1）电源部分VDD 电源正极，通常接+5V。VSS 电源负极，接-5V。为了简化电路，可直接接地。V0 电源控制端，用来调节显示屏灰度。调节该端的电压，可以改变显示屏字符、图形的颜色深浅。（2）数据线DB0DB7 数据总线，双向。（3）控制信号PSB 并口/串口选择信号，接高电平时选择并口，接低电平时选择串口。模块上一般都有跳线方式将其接高或接低，用户可以不处理（事先须声明是用并口还是串口）；也可以选择不在模块上处理，而由用户自己选择并口还是串口。RS（CS） 寄存器选择信号，高电平时为数据操作，低电平时为写指令或读状态（串行方式下为片选信号，低电平有效）。R/W（SID） 读/写选择信号，高电平为读选通，低电平为写选通（串行方式下作数据线使用）。E（SCLK） 读/写使能信号，在E的下降沿，数据被锁存（写）入ST7921；在E为高电平期间，数据被读出（串行方式下作时钟输入）。 复位信号，低电平有效。当其有效时，关闭液晶显示，使显示起始行为0。可与单片机相连，由单片机控制；也可直接接VDD，使之不起作用。BLA 背光源正极（LED+5V）。BLK 背光源负极（LED0V）。3.4 键盘模块电路设计3.4.1 键盘接口本设计一共有五个键，第一、第二、第三键是设定时间用的，第四键可实现播放语音提示，第五键是播放站名，五个按键都配合了语音放音和LCD显示模块共同作用。键盘是若干按键的集合，是向系统提供操作人员干预命令及数据的接口设备。键盘可分为编码键盘和非编码键盘两种类型。前者能自动识别按下的键并产生相应代码，以并行或串行方式发送给CPU。它使用方便，接口简单，响应速度快，但需要专用的硬件电路。后者则通过软件来确定按键并计算键值。这种方法虽然没有编码键盘速度快，但它不需要专用的硬件支持，因此得到了广泛的应用。键盘是计算机应用系统中一个重要的组成部分，设计时必须解决下述一些问题。3.4.2 按键的确认键盘实际上是一组按键开关的集合，其中每一个按键就是一个开关量输入装置。键的闭合与否，取决于机械弹性开关的通、断状态。反应在电压上就是呈现出高电平或低电平，例如高电平表示断开，低电平表示闭合。所以，通过检测电平状态（高或低），便可确定按键是否已被按下。为了缩小整个系统的规模，简化硬件线路，我们希望设置最少量的按键，获得更多的操作控制功能。3.4.3 重键与连击的处理实际按键操作中，若无意中同时或先后按下两个以上的键，系统确认哪个键操作是有效的，完全由设计者的意志决定。如视按下时间最长者为有效键，或认为最先按下的键为当前按键，也可以将最后释放的键看成是输入键。不过微型计算机控制系统毕竟资源有限。交互能力不强，通常总是采用单键按下有效，多键同时按下无效的原则（若系统没有复合键，当然应该另当别论）。有时，由于操作人员按键动作不够熟练，会使一次按键产生多次击键的效果，即重键的情况。为了排除重键的影响，编制程序时，可以将键的释放作为按键的结束。等键释放电平后再转去执行相应的功能程序，以防止一次击键多次执行的错误发生。3.4.4按键防抖动技术键盘，作为向系统提供操作人员的干预命令的接口，以其特定的按键序列代表着各种确定的操作命令。所以，准确无误地辨认每个键的动作及其所处的状态，是系统能否正常工作的关键。多数键盘的按键均采用机械弹性开关。一个电信号通过机械触点的断开、闭合过程，完成高、低电平的切换。由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合及断开的瞬间必然伴随有一连串的抖动。抖动过程的长短由按键的机械特性决定，一般为1020ms。为了使CPU对一次按键动作只确认一次，必须排除抖动的影响，可以从硬件及软件两个方面着手解决。（1）硬件防抖动技术通过硬件电路消除按键过程中抖动的影响是一种广为才用的措施。这种做法，工作可靠，且节省机时。下面介绍两种硬件防抖动电路。滤波防抖动电路利用RC积分电路对干扰脉冲的吸收作用，选择好电路的时间常数，就能在按键抖动信号通过此滤波电路时，消除抖动的影响。见图3.5图3.5滤波防抖动电路当键K未按下时，电容C两端电压均为0，非门输出为1。当K按下时，由于C两端电压不可能产生突变。尽管在触点接触过程中可能出现抖动，只要适当选取R1、R2和C的值，即可保证电容C两端的充电电压波动不超过非门的开启电压（TTL为0.8V），非门的输出将维持高点平。同理，当触点K断开时，由于电容C经过电阻R2放电，C两端的放电电压波动不会超过非门的关闭电压，因此，非门的输出也不会改变。总之，只要R1、R2和C的时间常数选取得当，确保电容C由稳态电压充电到开启电压，或放电到关闭电压的延迟时间等于或大于10ms，该电路就能消除抖动的影响。双稳态防抖动电路用两个与非门构成一个RS触发器，即可构成双稳态防抖动电路。如图3.6所示。图3.6 双稳态防抖动电路设按键K未按下时，键K与键A端（ON）接通。此时，RS触发器的Q端为高电平1，致使端为低电平0。此信号引致1#与非门的输入端，将其锁住，使其固定输出为1。每当开关K被按动时，由于机械开关具有弹性，在A端将形成一连串的抖动波形。而端在K到达B端之前始终为0。这时，无论A处出现怎样的电压（0或1），Q端恒为1.只有当K到达B端，使B端为0，RS触发器产生翻转，变为高电平，导致Q降为0，并锁住门2，使其输出恒为1。此时，即使B处出现抖动波形，也不会影响端的输出，从而保证Q端恒为0。同理，在释放键的过程中，只要一接通A，Q端就升为1。只要开关K不再与B端接触，双稳态电路的输出将维持不变。电路图见3.7 图3.7 键盘接口电路 在键盘接口中，开关S0接P1.0口，控制语音播放和文字显示；开关S1接P1.1口，控制提示顺序；开关S2接P1.2口，用来跳过某站的提示，以实现播放过程的微调。（2）软件防抖动方法若采用硬件防抖动电路，则N个键就必须配有N个防抖动电路。因此，当键的个数比较多时，硬件防抖动将无法胜任。在这种情况下，可以采用软件的方法进行防抖动。当第一次检测到有键按下时，先用软件延时（1020ms），而后再确认该键电平是否仍维持闭合状态电平。若保持闭合状态电平，则确认此键确已按下，从而消除了抖动的影响。3.4.5设计电路图为使用户使用界面尽量简洁，采用41独立键盘，通过按键来实现手动选择人群测试等功能，独立键盘的原理如图13.8所示，图中的KR1、KR2、KR3、KR4、KR5为上拉电阻，key1key5接口接在单片机得P2口。图3.8 独立键盘电路图3.5串口RS-232模块设计3.5.1、RS-232常用接口RS-232-C标准接口有25条线：4条数据线、11条控制线、3条定时线、7条备用和未定义线。其中常用的只有9根，它们是：（1）6条联络控制信号线： 数据装置准备好（Data set ready-DSR)有效时（ON）状态，表明MODEM处于可以使用的状态。 数据终端准备好(Data set ready-DTR)有效时（ON）状态，表明数据终端可以使用。 请求发送(Request to send-RTS)用来表示DTE请求DCE发送数据，即当终端要发送数据时，使该信号有效（ON状态）。允许发送（Clear to send-CTS）用来表示DCE准备好接收DTE发来的数据，是对请求发送信号RTS的响应信号。该信号有效时，则通知终端开始沿发送数据线TxD发送数据。 接收线信号检出(Received Line detection-RLSD)用来表示DCE已接通通信链路，告知DTE准备接收数据。此线也叫做数据载波检出(Data Carrier dectection-DCD）线。 振铃指示(Ringing-RI)该信号有效（ON状态）表示通知终端，已被呼叫。 上述控制信号线何时有效，何时无效的顺序表示了接口信号的传送过程。例如，只有当DSR和DTR都处于有效（ON）状态时，才能在DTE和DCE之间进行传送操作。若DTE要发送数据，则预先将DTR线置成有效(ON)状态，等CTS线上收到有效(ON)状态的回答后，才能在TxD线上发送串行数据。这种顺序的规定对半双工的通信线路特别有用，因为半双工的通信才能确定DCE已由接收方向改为发送方向，这时线路才能开始发送（2）2条数据发送与接收线： 发送数据(Transmitted data-TxD)通过TxD终端将串行数据发送已经发送。接收数据(Received data-RxD)通过RxD线终端接收从PC发来的串行数据，(DCEDTE)。 （3）一条地线 信号地SG，无方向。3.5.2接口电路设计RS-232接口电路连接方式根据需要有三线、六线、八线、两线多种。当通讯速率较低时可以采用三线对接法，按图3.9所示。 图3.9 RS-232电缆连接图在本设计中采用一块MAX3232芯片把从AT89C51中过来的信号进行电平转换后输出到PC，把从PC发过来的信号发送给AT89C51，设计中的RS-232接口电路如图3.10所示：图3.10 AT89c52串口通信模块电路原理图3.6 DS1302 3.6.1 DS18B20简介现在流行的串行时钟电路很多，如DS1302、 DS1307、PCF8485等。这些电路的接口简单、价格低廉、使用方便，被广泛地采用。本文介绍的实时时钟电路DS1302是DALLAS公司的一种具有涓细电流充电能力的电路，主要特点是采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电