公交车站自动报站器的设计

摘 要当今社会环境污染问题越来越严重，每年的4月22日为世界地球日，每年的6月5日为世界环境日，可见人类对环境污染问题越来越重视。在城市中机动车的尾气成了污染环境的主要污染源，很多国家提倡人们乘坐公共汽车出行以减少污染，有的国家甚至设定某一天为禁止机动车日来告诫人们环境污染的严重性。由此看来，未来公共汽车将充当现代城市生活中的一个重要角色，而且无人售票的公共汽车成为了一个趋势。 公共汽车成为城市人们出行的必备选择后所面临的问题是乘客们如何能够在正确的车站下车，如何知道这辆车开向哪里，途中还会经过哪些车站。在一些需要提示乘客注意的情况，比如车在转弯需要注意，或者需要让座等等，这时该怎么办？解决的办法就是利用公交车报站器播放语音，提示乘客。在当今社会，即使在私家车越来越多的今天，公交车仍然是人们出行的首选，因为公交车具有方便、快捷、车票便宜等优点。传统的公交车报站主要由售票员报站，但是有些售票员有着浓重的地方口音，给外地人乘坐公交车造成了困难，另外，随着无人售票车逐渐增多，公交车报站器就越显得重要了。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、输出显示等组关键字：AT89C51 单片机 公共汽车目录第1章 绪论31.1 课题研究的背景及意义31.2 报站器的动态发展趋势31.3 设计的主要目标任务31.4 技术指标3第2章 设计的选择42.1基本条件4第3章 硬件电路的设计63.1 主控电路的设计.63.2 脉冲检测电路的设计113.3 语言输出电路的设计133.4 LED显示电路的设计17第4章 软件设计214.1 主控程序的设计214.2 语言报站程序的设计25致谢30 参考文献31第1章 绪 论1.1 课题研究的背景及意义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。公交车自动报站器的设计主要为了弥补改变传统语音报站器必须由司机操控才能工作的落后方式，我的设计能为市民提供更人性化，更完善的服务。1.2 报站器的动态发展趋势公共汽车行驶在现代文明程度高的市区，它是一道流动的风景线，因而对整车外形乃至色彩都有更高的要求。作为公共汽车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。公交车报站器在公交事业中占有举足轻重的地位，它直接影响到公交车的服务质量。目前公交车报站有三种方式，一种是利用GPS全球卫星定位系统的公交车报站系统，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，公交车在语音报站的同时，通过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，调度中心将会给公交车发出相应的信息，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。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。1.3 设计的主要目标任务本课题要求设计一公交车自动报站系统，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点阵电路进行汉字显示。本设计要求利用AT89C51作为主控芯片完成主控电路的设计，辅助电路要求包括语音电路、汉字点阵显示电路等。1.4 技术指标工作电压 24V静态功耗 6W音频输出 10W信噪比 34DB环境温度 -3080第2章 设计的选择 语音芯片控制信号脉冲计数CPU控制输出显示放音电路脉冲检测公交车自动报站系统的设计主要是对里程计数来控制报站时刻，进站、出站自动播报站名及服务用语，准确、及时、完全不需要人工介入。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。原理框图如图2.1所示。运行原理图2.2。 图2.1 原理框图图2.22.1基本条件1. 脉冲检测：该系统关键是对转轴所转过的圈数进行计数，考虑到车辆将在复杂的 环境中运行，故采用可靠的霍尔元件DN6848作为信号的采集装置，再经光电耦合器4N25输入给单片机。2. 脉冲计数：光电耦合器的信号进入C51后，采用中断方式对脉冲计数。外部晶振12MHz。3. CPU控制：程序中将计数值于预置值进行比较，判断是否到站，当到站时就输出信号控制语言芯片进行报站。4. 控制按键：用于手动控制、手动调整、预置值的输入等5. 语言芯片：由专用语音芯片ISD4004组成，可擦写，便于在不同公交线上使用。6. 输出显示：LED点阵汉字显示（设计中没有编写）。7. 预置存储：采用两种方式存储，一种是在烧写器上将数据写入，另一种是在车上，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。第3章 硬件电路的设计公交车报站系统主要由四个部分组成，即主控电路、脉冲检测电路、语音电路以及LED点阵汉字显示电路。各部分电路的设计在本章中做了详细的说明。3.1 主控电路的设计 3.1.1 关于AT89C51单片机它主要由下面几个部分组成：1个8位中央处理单元（CPU）、片内Flash存储器、片内RAM、4个8位的双向可寻址I/O口、1个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行接口、2个16位的定时器/计数器、多个优先级的嵌套中断结构，以及一个片内振荡器和时钟电路。在AT89C单片机结构中，最显著的特点是内部含有Flash存储器，而在其他方面的结构，则和Inter公司的8051的结构没有太大的区别。 3.1.1.1 主要性能1. 与MCS-51 兼容 6. 32可编程I/O线2. 4K字节可编程闪烁存储器 7. 两个16位定时器/计数器 寿命：1000次写/擦循环 8. 6个中断源 数据保留时间：10年 9. 可编程串行通道3. 全静态工作：0Hz-24Hz 10. 片内振荡器和时钟电路4. 三级程序存储器锁定5. 128*8位内部RAM另外，AT89C51是用静态逻辑来设计的，其工作频率可下降到0Hz，并提供两种可用软件来选择的省电方式空闲方式（Idle Mode）和掉电方式（Power Down Mode）。在空闲方式中，CPU停止工作，而RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统都继续工作。在掉电方式中，片内振荡器停止工作，由于时钟被“冻结”，使一切功能都暂停，故只保存片内RAM中的内容，直到下一个硬件复位为止。 3.1.1.2 引脚功能说明AT89C51引脚图如图3.1所示。图3.1 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，如下所示：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。 3.1.2 复位电路的设计89系列单片机与其他微处理器一样，在启动的时候都需要复位，使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初始状态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期（24个振荡周期），则CPU就可以响应并将系统复位。复位时序如图3.2所示，因外部的复位信号是与内部时钟异步的，所以在每个机器周期的S5P2都对RST引脚上的状态采样。当在RST端采样到“1”信号且该信号维持19个振荡周期以后，将ALE和/PSEN接成高电平 ，使器件复位。在RST端电压变低后，经过1-2个机器周期后退出复位状态，重新启动时钟，并恢复ALE和/PSEN的状态。如果在系统复位期间将ALE和/PSEN引脚拉成低电平，则会引起芯片进入不定状态。 | S5 | S6 | S1 | S2 | S3 | S4 | S5 | S6 | S1 | S2 | S3 | S4 | S5 | S6 | S1 | S2 | S3 |RST：INST ADDR INST ADDR INST ADDR INST ADDR INST ADDR INSTALE：/PSEN：P0：11振荡周期19振荡周期 图3.2内部复位定时时序 3.1.2.1 手动复位手动复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。一般采用的办法是在RST端和正电源VCC之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则VCC的+5V电平就会直接加到RST端。由于人的动作很快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，保证能满足复位的时间要求。手动复位的电路如图3.3所示。Vcc AT89C51RST GND8.2k10uF+Vcc 图3.3手动复位电路3.1.3.2 上电复位AT89C51的上电复位电路如图3.4所示，只要在RST复位输入引脚上接一电容至VCC端，下接一个电阻到地即可。对于CMOS型单片机，由于在RST端内部有一个下拉电阻，故可将外部电阻去掉，而将外接电容减至1uF。上电复位的过程是在加电时，复位电路通过电容加给RST端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着Vcc对电容的充电过程而逐渐回落，即RST端的高电平信号必须维持足够长的时间。上电时，Vcc的上升时间约为10ms，而振荡器的起振时间取决于振荡频率，如晶振频率为10MHz，起振时间为1ms；晶振频率为1MHz，起振时间则为10ms。在图3.4的复位电路中，当Vcc掉电时，必然会使RST端电压迅速下降到0V以下，但是，由于内部电路的限制作用，这个负电压将不会对器件产生损害。另外，在复位期间，端口引脚处于随机状态，复位后，系统将端口置为全“1”态。如果系统在上电时得不到有效的复位，则在程序计数器PC中将得不到一个合适的初值，因此，CPU可能会从一个未被定义的位置开始执行程序。VccAT89C51RST8.2k10uF+VccGND图3.4上电复位电路3.1.3.3 复位后寄存器的状态当系统复位时，内部寄存器的状态如表3.1所列，即在SFRS中，除了端口锁存器、堆栈指针SP和串行口的SBUF外，其余的寄存器全部清0，端口锁存器的复位值为0FFH，堆栈指针值为07H，SBUF内为不定值。内部RAM的状态不受复位的影响，在系统上电时，RAM的内容是不定的。表3.1 各特殊功能寄存器的复位值专用寄存器复位值专用寄存器复位值PC0000HTCON00HACC00HB00HPSW00HSP07HDPTR0000HP0-P3FFHIP00000BIE000000BTMOD00HTH000HTL000HTH100HTL100HSCON00HSBUF不定PCON（CHMOS）00000B在本设计中复位电路采用的是上电复位，即如图3.5所示。3.1.4 电压变换电路的设计公交车上所使用的电源电压为24V，而AT89C51芯片的工作电压为5V，所以需要将24V的电压转换成5V电压。设计中采用了三端固定正电压集成稳压器7805，来得到+5V稳定电压。电压变换电路如图3.5所示。集成稳压器是指将不稳定的直流电压变为稳定的直流电压的集成电路。由于集成稳压器具有稳压精度高、工作稳定可靠、外围电路简单、体积小、重量轻等显箸优点，在各种电源电路中得到了普遍的应用。常用的集成稳压器有：金属圆形封装、金属菱形封装、塑料封装、带散热板塑封、扁平式封装、双列直插式封装等。在电子制用中应用较多的是三端固定输出稳压器。78xx系列集成稳压器是常用的固定正输出电压的集成稳压器，输出电压有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等规格，最大输出电流为1.5A。它的内部含有限流保护、过热保护和过压保护电路，采用了噪声低、温度漂移小的基准电压源，工作稳定可靠。根据输出电流值的不同，选用不同系列的芯片，当电流小于100mA时，可以选用78L00系列；当电流在0.5A以内时，可选用78M00系列；当电流在1.5A以内，应选用7800系列的芯片。7805的最大输出电流为1.5A。图3.5电压变换电路3.2 脉冲检测电路的设计3.2.1 霍尔器件简介3.2.1.1 霍尔器件的分类霍尔器件是一种磁传感器。用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。霍尔器件具有许多优点，她们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达um级）。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达-55150。按照霍尔器件的功能，可将它们分为霍尔线性器件和霍尔开关器件。前者输出模拟量，后者输出数字量。按照被检测的对象的性质，可将它们的应用分为直接应用和间接应用。前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁场，用这个磁场来作被检测的信息的载体，通过它，将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。3.2.1.2 工作磁体的设置用磁场作为被传感物体的运动和位置信息载体时，一般采用永久磁钢来产生工作磁场。例如，用一个542.5（）的钕铁硼号磁钢，就可在它的磁极表面上得到约2300高斯的磁感应强度。在空气隙中，磁感应强度会随距离增加而迅速下降。为保证霍尔器件，尤其是霍尔开关器件的可靠工作，在应用中要考虑有效工作气隙的长度。在计算总有效工作气隙时，应从霍尔片表面算起。在封装好的霍尔电路中，霍尔片的深度在产品手册中会给出。 因为霍尔器件需要工作电源，在作运动或位置传感时，一般令磁体随被检测物体运动，将霍尔器件固定在工作系统的适当位置，用它去检测工作磁场，再从检测结果中提取被检信息。工作磁体和霍尔器件间的运动方式有：(a)对移；(b)侧移；(c)旋转；(d)遮断。霍尔开关电路的输出级一般是一个集电极开路的NPN晶体管，其使用规则和任何一种相似的NPN开关管相同。输出管截止时，输漏电流很小，一般只有几nA，可以忽略，输出电压和其电源电压相近，但电源电压最高不得超过输出管的击穿电压（即规范表中规定的极限电压）。输出管导通时，它的输出端和线路的公共端短路。因此，必须外接一个电阻器（即负载电阻器）来限制流过管子的电流，使它不超过最大允许值（一般为20mA），以免损坏输出管。输出电流较大时，管子的饱和压降也会随之增大，使用者应当特别注意，仅这个电压和你要控制的电路的截止电压（或逻辑“零”）是兼容的。以与发光二极管的接口如图3.6所示，对负载电阻器的选择作一估计。若在Io为20mA（霍尔电路输出管允许吸入的最大电流），发光二极管的正向压降VLED=1.4V，电源电压VCC=5V，所需的负载电阻器的阻值X+5VR图3.6霍尔开关与发光二极管3.2.2 光电耦合器简介光电耦合器是一种电信号的耦合器件，它一般是将发光二极管和光敏三极管的光路耦合在一起，输入电信号加于发光二极管上，输出信号由光敏三极管取出。光电耦合器以光电转换原理传输信息，它不仅使信息发出端（一次侧）与信息接收并输出端（二次侧）是绝缘的，从而对地电位差干扰有很强的抑制能力，而且有很强的抑制电磁干扰能力。速度高、价格低、接口简单。光电耦合器具有体积小、使用寿命长、工作温度范围宽、抗干扰性能强。无触点且输入与输出在电气上完全隔离等特点，因而在各种电子设备上得到广泛的应用。光电耦合器可用于隔离电路、负载接口及各种家用电器等电路中。光电耦合器的工作过程：光敏三极管的导通与截止，是由发光二极管所加正向电压控制的。当发光二极管加上正向电压时，发光二极管有电流通过发光，使光敏三极管内阻减小而导通；反之，当发光二极管不加正向电压或所加正向电压很小时，发光二极管中无电流或通过电流很小，发光强度减弱，光敏三极管的内阻增大而截止。3.2.3 脉冲检测电路的设计本设计的关键是对转轴所转过的圈数进行计数，考虑到车辆将在复杂的环境中运行，而霍尔元件具有耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀的优点，故采用可靠的霍尔元件DN6848作为信号采集装置，再经过光电耦合器4N25输入给单片机。光电耦合器的电流传输比 为10%250%，响应时间小于10us，其电路如图3.7所示。 图3.73.3 语音输出电路的设计 3.3.1 关于语音芯片3.3.1.1 ISDWinbond语音芯片概述美国ISD（Information Storsge Devices）公司是专业研制和生产先进的半导体语音芯片的著名厂家和领导者，其开发的高密度“多级”存储方法称作“ChipCorder”的专业技术，可以在一个存储单元存储256级的不同电平，即存储相同信息仅需要用传统存储技术1/8的存储空间。该公司与1998年12月被台湾华邦（Winbond）并购，1990年改名为WECA（Winbond Electronic Corpration American），但保留其ISD名称和标识，这个合并将把ISD公司领先的信息存储、语音录放技术和强大的用户群与Winbond公司的高效率的制造能力和分布于全时间的营销能力结合起来。ISD系列语音芯片有ISD1100系列、ISD1200系列、ISD1400系列、ISD2500系列、ISD4000系列和ISD5000系列几种。ISD1400系列中有16s和20s的单片声音录放器件ISD1416和ISD1620。ISD2500系列中有32s、40s、48s、64s和60s、75s、90s、120s的单片声音录放器件ISD2532、ISD2540、ISD2548、ISD2564和ISD2560、ISD2575、ISD2590、ISD120。ISD4000系列中有120s、150s、180s和240s的单片声音录放器件ISD4001、ISD4002、ISD4003和ISD4004。ISD5000系列中有4min、5min、6min和8min的单片声音录放器件ISD5008。其中ISD1100系列、ISD1200系列和ISD1400系列都是独立使用；ISD2500系列是手动切换或则与微控制器兼容，放音时可以用边沿或电平进行触发；ISD4000系列、ISD5000系列都带有微控制器SPI或Microwire串行接口。3.3.1.2 语音芯片ISD4004ISD4000系列单片声音录放器件是用CMOS工艺实现的高语音质量、3V工作电压的集成电路芯片，特别适用于移动电话和各种便携式产品。按录放时间又分ISD4002、ISD4003和ISD4004三个子系列。片内集成有振荡器、抗混叠滤波器、平滑滤波器、自动静音电路、音频放大器和高密度多级Flash存储阵列。这个系列的新片要求用于微处理器或微控制器系列，通过串行外围接口SPI或Microwire串行接口进行寻址和控制。录音数据被存放方法是通过ISD的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中，从而提供高质量回放语音的保真度。1. ISD4004的主要性能及其特点 (1)单片实现声音录放功能(2)采用单一3V工作电压(3)低功耗：典型的录音工作电流为25mA 典型的放音工作电流为15mA典型待机节能状态电流为1uA (4)单片录放时间为8min、10min、12min和16min(5)高质量自然的声音/音频回放(6)自动静音电路可以在无声状态时消除背景噪音(7)不需要考虑实现算法(8)具有微控制器SPI或Microwire串行接口(9)可以对多段信息寻址控制(10)可以通过SPI或Microwire控制寄存器控制功耗(11)语音数据断电不丢失，可以保存100年(12)允许反复录音10万次(13)片上带有时钟源(14)有PDIP、SOIC、TSOP和CSP多种封装形式(15)使用温度范围有商业用扩展型和工业用两种可供选择：-商业品扩展型：-20+70-工业品：-40+852. 外部引脚及其说明ISD4004引脚图电源 (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。3. 极限参数（1）支流电源电压范围（VccVss）：-0.3+0.7V（2）输入电压范围（所有引脚）：（Vss-0.3V）（Vcc+0.3V）（3）输入电压范围（所有引脚，输入电流不超过20mA）：（Vss-1.0V）（Vcc+1.0V）（4）输入电压范围（MOSI、SCLK、INT、RAC、SS引脚，输入电流不超过20mA）：（Vss-1.0V）5.5V（5）结温：+150（6）存储温度范围（Tstg）：-65+150（7）引脚焊接温度（10s）：+3003.3.2 录音、放音电路的设计ISD4004声音录放器件的采样频率为6.4kHz，它单片录放时间有8min、10min、12min和16min几种，其采用内置非易失性FLASH存储器，这种快擦写存储器断电不会丢失数据，所以保存数据不需要耗电。典型的被存储信息可以保存时间高达100年，同一个存储单元可以反复被录音10万次。3.3.2.1 功放电路的设计ISD4004芯片的音频输出引脚AUD OUT可以驱动一个5k的负载，当器件上电后，该引脚输出的电源为1.2V。本设计中选用的放大器是LM386，LM386是为低电压应用设计的音频功率放大器，其工作电压为6V，最大失真度为0.2，功率频响为20100kHz。功放电路连线图如图3.8所示。图3.8 功放电路3.3.2.2 录音电路的设计Vcc连线图如图3.9所示，MIC是麦克风，即语音信号的输入端，输出的模拟语音信号经过三极管组成的放大器放大后加到ISD4004语音芯片的ANA IN-反向模拟输入端。图3.9录音电路3.4 LED显示电路的设计3.4.1 LED显示器件简介3.4.1.1 发光二极管特性发光二极管与普通二极管一样具有单向导电性，但是因其使用的半导体材料不同,其导通电压较高，一般锗二极管在0.2V左右，硅二极管在0.7V左右，而砷化镓或磷化镓发光二极管一般在1.1-2.4V，但其反向击穿电压不高，一般在5V或稍许高一点（不能用500型万用表的R10k档测量，在反压较高的电路中需要加钳位二极管保护）。对小功率LED，支流工作电流以1-15mA为宜（不同材料的LED要求会相差较大），最大电流不得超过50mA，最大平均电流不超过30mA，所以使用中必须要加限流电阻。中功率LED的电流工作电流可达200mA左右。LED可看承具有恒压特性，其正向压降变化不大，有一定的稳定作用，其发光强度随工作电流增大而增大。对红色LED而言，工作电流一般为5-7mA较合适，当工作电流大于15mA后，其发光强度就趋于饱和。另外LED的发光强度还一环境温度有关，温度越低发光强度越高，随温度升高，发光强度呈准线性下降，在75时发光强度仅为25时的一半，在80时，LED几乎就不能工作，LED的最大工作电流也随温度升高而线性下降。3.4.1.2 LED显示器1. LED显示器类型LED显示器是用发光二极管构成的显示器。构成方式有两大类：一是笔段字符式，一般又有三种：7段（/8段）数码管、15段（/17段）数码管和6段符号显示器；二是点阵字符式，一般有57、58、88和1616等若干种点阵结构。为了适应不同电路的需要，根据构成LED显示器的发光二极管公共极的极性，有共阴极和共阳极两种形式。对共阴极数码管，公共阴极接地，当各段阳极上的电平为高电平时，该段接通亮，电平为0时，该段关断不亮。对共阳极数码管则刚好相反，高电平时不亮，低电平时亮。这种器件根据显示数位分类，可以分为一位、双位和多位LED显示器，一位LED显示器就称作LED数码管，两位以上的一般就称作LED显示器。2. LED显示译码方式要驱动LED显示器显示相应字符，必须通过接口向其提供字符的笔段字形码和数位代码。如何得到字符的笔段字形码，可以通过硬件译码方式，也可以通过软件译码方式。（1）硬件译码常用的硬件译码器有BCD7段译码器MC14558，把译码器与驱动电路集成在一起的BCD7段译码驱动器MC14547，进一步把锁存器、译码器和驱动器集成在一起的BCD7段锁存译码驱动器MC14513和十六进制输出的锁存译码驱动器MC14495等。（2）软件译码当LED显示器用于微处理器或微控制器应用系统时，利用微处理器的强大功能，通过软件查表方式对所需要显示的字符到笔段字形码的变换实现译码不是一件困难的事，所以目前大多数嵌入式系统应用都是采用这种软件译码方式。3. LED显示器驱动方式LED显示器驱动方式可以分成静态显示驱动和动态显示驱动两种。静态显示驱动一般是通过数字集成电路对所需要显示的字符笔段连续施加电压；而动态显示驱动则是利用矩阵少秒方式间断向所需要显示的字符笔段轮流施加电压。（1）静态显示驱动当LED显示器工作于静态显示驱动方式时，不同数位LED数码管的公共极（共阴极或共阳极）将被连接在一起并接地或+5V，而每个数位的8段笔段分别与一个8位锁存器相连。不同数位的数码管相互独立，分别用不同的驱动器件进行驱动，它们的显示字符一旦确定，只要不改变显示字符，相应的锁存器的输出就将一直维持不变。这种驱动方式的优点是编程容易、管理简单、显示亮度高、稳定性好，占用CPU时间较少；但缺点是占用硬件电路和微处理器系统接口资源较多、引线多、印刷板布线复杂、硬件投入成本高。（2）动态显示驱动当LED显示器工作于动态显示驱动方式时，通常把不同数位的同名笔段互连起来，共用一个显示驱动器。每一个数位上的字符显示都需要靠笔段字形驱动和数位驱动相配合，如果数位显示该位字符，持续施加一段时间的电压，然后再显示下一个数位的字符。这样轮回扫描所有的数位，利用人眼的视觉暂留现象，只要扫描时间恰当，就会感觉到不同数位上在同时稳定地显示不同的字符。动态显示驱动方式的优点是引线少、线路简单、硬件成本较低。缺点是需要不断刷新，采用软件扫描时，占用CPU时间较多；采用硬件扫描时，又会增加硬件成本，显示数位越多，亮度越低，若处理不好或数位太多，会引起显示闪烁。4. 数据输入接口方式（1）并行输入数据并行输入方式是以并行方式传送数据，其优点是传送数据速度快，其缺点是需要占用较多的I/O接口线。（2）串行输入数据串行输入方式是以串行方式传送数据，其优点是占用I/O接口资源少，其缺点是传送数据的速度相对较慢。 第4章 软件设计程序就是为计算机某一算式或完成某一工作的若干指令的有序集合。计算机的全部工作概括起来就是执行这一指令序列的过成。这一指令序列称为程序。本章主要讲了主控部分、语音输出部分的程序设计。4.1 主控程序的设计在本设计中，单片机的P1.0到P1.4组成按键组，其功能说明如表4.1所示：表4.1 按键功能说明P1.0P1.4名称功能P1.0手/自动键选择手动、自动操作P1.1输入键进行初始值的输入P1.2正/反向键选择正向、反向行驶报站P1.3录音键录制语音报站信息P1.4执行键分段录音公交车站与站之间的距离必须在第一遍行驶时，手动存入单片机内，其具体过程如下： 按下手/自动键，使P1.0为低电平，即选择手动操作； 启动开始计数； 到第一个站时，按输入键，将此时的计数值存入地址为2000H的片外数据存储器单元内； 复位，准备开始下一段计数； 如此反复操作，将站与站之间的距离依次存入存储器。公交车自动报站行驶过程：首先是启动开始计数，然后将计数值与原来存于系统内的初始值进行比较，相等时停止计数，同时调用语音报站程序进行报站；汽车到一站后，准备重新开始下一段计数。4.1.1 流程图开始流程图如图4.1所示：计数判断手/自动键是否按下YN调用手动操作程序判断正/反向键是否按下返回YN调用反向程序比较判断到站否NY调用语音报站程序返回图4.1 整体流程图4.1.2 程序清单MOV TMOD， #0F8H ； 外部中断0工作在方式1MOV TH0， #0FFH ；设计数初值MOV TL0， #0FEH；SETB EA ；开放中断SETB TR0SETB IE0 MOV R0， #20H ；软件计数器地址值MOV R1， #11MOV A， #0MOVX R0, A ；软件计数器清零SETB 21H.0 ；设中断标志位AJMP $ ；等待中断RETL1: CPL 21HMOV TH0, #0FFHMOV TL0, #0FEHMOVX A, R0CLR CCJNE A, #0FFH, L2 ；计满，转移INC A ；未满，计数值加1MOVX R0, AINC R0L2: INC R0 ；计数器地址值加1INC AINC R1MOVX R0, A ；计数值加1RETIORG 1000HJNB P1.0, P0 ；P1.0=0，手动MOV DPTR, #2000HP0: JB P1.1, $ ；未到站，等待MOVX A, R0 ；读入高位计数值MOVX DPTR, AMOV A, #0MOVX R0, ADEC R0INC DPTRMOVX A, R0 ；读入低位计数值MOVX DPTR, AMOV A, #0MOVX R0, AINC DPTRLJMP P0T0: JNB P1.2, T1 ；P1.2=0，反向LCALL C0 ；正向RETT1: MOVX A, R0 ；取计数值高位DEC DPTRMOVX 30H, DPTR ；路程值高位CLR CT2: CJNE A, 30H, T3 ；高位相等LJMP T3 ；不等继续比较T3: INC DPTRDEC R0MOVX 31H, DPTR ；路程值低位MOVX A, R0 ；计数值低位CLR CT4: CJNE A, 31H, T5 ；低位不相等LJMP T4T5: LCALL PLAY ；调用语音报站程序DEC DPTRLJMP T1RETC0: MOVX A, R0 ；取计数值高位MOVX 32H, DPTR ；路程高位CLR CC1: CJNE A, 32H, C2 ；高位相等LJMP C2 ；不等继续比较C2: INC DPTRDEC R0MOVX A, R0MOVX 33H, DPTRCLR CC3: CJNE A, 33H, C4 ；相等转移LJMP C3C4: LCALL PLAY ；调用语音程序INC DPTRRET;4.2 语音报站程序的设计4.2.1 流程图流程图如图4.2所示送录音地址送录音控制字判断执行键是否按下开始录音YN开始送放音地址送放音控制字自动放音开始返回 返回（a）录音 （b）放音 图4.2 语音程序流程图4.2.2 程序清单ORG 0000HAJMP MAINMAIN: MOV SP, #10H MOV P1, #OFFH MOV P2, #OFFH MOV P3, #0FFH MOV P0, #0FFH CLR EAMAII: SETB LED ；关指示灯 ACALL DSTOP ；ISD掉电MAS0: MOV 3AH, #200MASI: JB P1.4, MAS0 ；等按执行键 DJNZ 3AH, ANS1 ACALL UP ；ISD上电 MOV 20H, #00H ；ISD低位地址 MOV 21H, #00H ；ISD高位地址 MOV 22H, #0000H ； 操作码 JNB P1.3, REC ；P1.3=0，录音 AJMP PLAY ；放音REC: MOV A, 20 ACALL ISDX MOV A, 21H ACALL ISDX MOV A, 22H ACALL ISDX SETB P0.0 ；关片选REC1: MOV 36H, #10REC2: ACALL YS50 ；延时录音 DJNZ 36H, REC2 CLR P1.7 ；开指示灯 MOV A, #0B0H ACALL ISDX SETB P0.0 ；关片选REC3: MOV 35H, #200REC4: JNB P0.2, REC7 ；OVF=0芯片溢出 JNB P1.4, REC3 DJNZ 35H, REC4 SETB P1.7 ；关指示灯 ACALL STOPP ；停止当前操作REC5: JNB STOP, REC6 ；中断RESET JB P1.4, REC5 ACALL STOPP ；停止当前操作 AJMP REC1REC6: CLR P0.3 ；时钟SCLK=0 SETB P0.0 ；关片选 ACALL STOPP ；停止当前操作 AJMP MAIIREC7: SRTB P1.7 ；关指示灯 MOV 36H, #15REC8: ACALL YS50 ；延时录音 JB P1.4, REC6 DJNZ 36H, REC8 CLR P1.7 MOV 36H, #15REC9: ACALL YS50