公交车智能语音播报系统

公交车智能语音播报系统 摘 要 本文介绍了一种利用红外遥控技术，模拟公交车红外控制报站系统。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，通过红外遥控器把信号传给STC89C52单片机，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、红外控制模块。红外控制模块又分为红外接发送和红外接收模块。 关键词 单片机;公交车报站;语音播站;液晶显示;红外遥控 I Abstract This paper introduces a kind of using infrared remote control technology, the simulation bus stops infrared control system. Adopts singlechip SCT89C52 as control core and pronunciation chip ISD1700 realize voice of storage and playback, LCD12864 on Chinese character display, design the bus stops control system, realized the bus station speech broadcast, LCD display and platform speech broadcast and LCD double function. System mainly through STC89C52 microcontroller do give priority to, updatedand infrared signal to STC89C52 microcontroller, start LCD12864 display of the station, and pronunciation module broadcasts stops. The whole system hardware design including keyboard control module, speech broadcast module, LCD module, infrared control module. Infrared control module is divided again after sending and receiving infrared infrared module. Keywords Microcontroller Bus stops system Speech broadcast station LCD display Infrared remote control II 目 录 摘要 ..................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................... II 第1章 绪论 ........................................................................................................ 1 1.1 课题背景 ................................................................................................. 1 1.2 设计要求 ................................................................................................. 1 1.3 系统开发环境及主要使用 ...................................................................... 1 1.3.1 STC89C52简介 ................................................................................ 2 1.3.2 Keil2编程软件简介 ......................................................................... 2 1.4 论文的及论文的结构............................................................... 3 第2章 分析与论证 ..................................................................................... 4 2.1 无线接收模块的分析与论证 .................................................................. 4 2.2 控制模块的分析和论证 .......................................................................... 4 2.3 干扰的简述与产生 .................................................................................. 5 2.4 本章小结 ................................................................................................. 7 第3章 系统的硬件设计 ..................................................................................... 8 3.1 系统的总体分析 ...................................................................................... 8 3.2 ISD1700语音模块 .................................................................................. 9 3.2.1 ISD语音模块简述............................................................................ 9 3.2.2 ISD1700语音语模块应用及引脚说明 ............................................. 9 3.3 液晶模块 ............................................................................................... 13 3.3.1 LCD12864特性 .............................................................................. 13 3.3.2 模块说明 ........................................................................................ 14 3.4 红外按键控制模块 ................................................................................ 17 3.4.1 按键电路的设计 ............................................................................. 18 3.4.2 判键及其接口电路设计 ................................................................. 19 3.4.3 键盘的工作方式 ............................................................................. 21 3.4.4 外部晶振的选用 ............................................................................. 21 3.4.5 复位电路 ........................................................................................ 22 3.5 硬件抗干扰技术 ................................................................................... 23 3.6 本设计总体原理图 ................................................................................ 25 III 3.7 系统的硬件实物图 ................................................................................ 26 3.8 本章小结 ............................................................................................... 26 第4章 系统的软件设计 ................................................................................... 27 4.1 系统软件的总体设计 ............................................................................ 27 4.2 遥控模块的软件实现 ............................................................................ 28 4.2.1 按键控制部分 ................................................................................. 28 4.2.2 遥控发送部分 ................................................................................. 29 4.2.3 遥控接收部分 ................................................................................. 30 4.3 液晶模块的软件实现 ............................................................................ 32 4.4 语音模块的软件实现 ............................................................................ 33 4.5 软件抗干扰技术 .................................................................................... 34 4.6 程序设计 ............................................................................................... 35 4.7 本章小结 ............................................................................................... 35 第5章 系统测试 .............................................................................................. 36 5.1 系统联机前的静态调试 ........................................................................ 36 5.2 联机仿真调试 ....................................................................................... 37 5.3 整体系统调试过程 ................................................................................ 37 5.4 本章小结 ............................................................................................... 38 结论 ................................................................................................................... 39 致谢 ................................................................................................................... 40 参考文献 ............................................................................................................ 41 附录1 ................................................................................................................ 42 附录2 ................................................................................................................ 43 附录3 ................................................................................................................ 45 IV 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 第1章 绪论 1.1 课题背景 近年来，随着社会经济的持续发展，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减，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。 为此本次毕业设计开发了基于单片机控制的公交车到站语音播报与液晶显示控制系统。 1.2 设计要求 在本次课题中，主要是使用STC89C52单片机为核心，设计一个公交车自动报站系统。要求用红外遥控控制，实现当公交车靠近站点时用文字显示站名，同时也相应的进行语音播报。这样不仅给视力不好的顾客带来方更，也给听力不好的乘客带来更大的方便。 1.3 系统开发环境及主要使用 软件条件:Keil2;伟福6000;Protel99SE电路图设计软件;Proteus仿真软件。 1 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 硬件条件:电脑一台;面包板;伟福仿真器;万用表;焊接工具等。 1.3.1 STC89C52简介 STC89C52降低成本，提升性能，原有程序直接使用。STC公司鼓励放心使用，PLCC、PQFP 小型封装，3.3V工作电压单片机，使您的产品更小、更轻，功耗更低。用STC提供的STC-ISP.exe工具将您原有的代码下载进行STC相关的单片机即可或用通用编程器编程。5V:5.5~3.8V，乃至3.4V，3V:3.6 ~2.4V，乃至1.9VSTC89系列单片机大部分具有在系统可编程的(ISP)特性，ISP的好处是:省去购买通用编程器，单片机在用户系统上即可下载和烧录用户的程序，而无需将单片机从已生产好的产品上拆下，再用通用编程器将程序代码烧录进单片机内部。有些程序尚未定型的产品可以一边生产，一边完善，加快了产品进入市场的速度，减小了新产品由于软件缺陷带来的风险。 由于可以将程序直接下载到单片机看运行结果故也可以不用仿真器。大部分STC89C52系列单片机在销售给用户之前已在单片机内部固化有ISP系统引导程序，配合PC 端的控制程序即可将用户的程序代码下载进行单片机内部，故无需编程器(速度比通用编程器要快)。不要用通用编程器编程，否则有可能将单片机内部已固化的ISP系统引导程序擦除，造成无法使用STC提供的ISP软件下载用户的程序代码。 1.3.2 Keil2编程软件简介 Keilu Vision2是美国Keil2 Software公司出品的51系列兼容C语言软件开发系统，使用接近于传统C的语法来开发与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用，而且大大的提高了工作效率和项目开发周期，他还能嵌入汇编，还可以在关键的位置嵌入，使程序达到接近于汇编的工作效率。 Keil2 C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面，使您能在很短的时间内就能学会使用Keil2 C51来开发你的单片机应用程序。 另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil 2 C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。 2 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 1.4 论文的工作内容及论文的结构 本文主要完成红外遥控控制公交车报站系统，主要是学习和研究本次课题中使用的硬件以及软件的设计。从而达到想要完成的课程设计题目。本次课题主要包括LCD12864液晶显示，ISD1700语音模块播报，SM0038红外发送和接收等功能。在其过程中还学习了与单片机有关的一些知识，以提高自己的理论基础。 本文主要分五章进行说明。第一章为绪论部分，主要讲述本文的开发环境和常用软件。第二章是方案的分析和论证，此部总分为前期的准备工作，为了能够更好的完成接下来的工作而做好前期的准备。第三章为系统的硬件设计，运用大量的篇幅对硬件各部分进行说明，主要是对各部分的元件的特性进行学习和使用。第四章为系统的软件设计，通过流程序图对软件的程序进行相应的说明，这样学习起来更加的清晰明确。第五章为系统的测试，这部分主要包括，系统的硬件测试方法、系统的软件测试方法以及系统的总体联调。 3 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 第2章 方案分析与论证 本课题是一个软、硬件紧密结合注重实际应用的系统。在课题研究的期间，主要研究系统硬件设计。因此，在详细讲述之前，先介绍“公共汽车自动报站”的设计思想及整体硬件方案的设计。 实现公交汽车红外遥控报站是公交智能化的一份子，是促进智能交通的一个不可缺少的步骤，同时也是落实“公交优先”使城市交通与社会经济和谐发展的重要组成部分。 2.1 无线接收模块的分析与论证 方案一:无线AP。由无线AP构成，通信的效果好，数据传送量大，但是其成本比较高，由于采用IEEE802.11b和IEEE802.11g的通信协议，因此它比较适合用于移动上网。 方案二:无线数据传输模块。采用专用收发集成电路的无线数传模块构成。所以性能相对较好，而且容易实现，并且在功耗、抗干扰性等方面都比较优越，但是由于基于此芯片的无线传输模块价格和无线AP模块差不多，所以成本相对偏高。 方案三:PT2262/PT2272-L4集成芯片。方案采用低功耗、低价位、通用编解码电路，发送用高的达林顿管，所以在灵敏度和抗干扰性方面有保障。 方案四:红外遥控。可以用自制的红外遥控器装置，我们只要了解其中的发送和接收原理，就可以采用这种简易的装置来实现红外控制。 以上四种都是可供参考的方案，在考虑了诸多的因素之后，最后决定使用方案四来完成此课题。虽然红外遥控控制起来比较难，但实现起来比较容易，而且成本不高。 2.2 控制模块的分析和论证 方案一:采用GPRS作为系统的控制器。GPRS即“通用分组无线业务”是在常用GSM网络上开通的一种新型的分组数据传输技术，相对于原来GSM以拨号接入的电路交换数据传送方式GPRS是分组交换技术具有“永远在线”、“自如切换”、“高速传输”等优点。GPRS可作为实现各种复杂的逻辑 4 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 功能，规模大，但其成本非常高，而且控制起来也非常的因难。 方案二: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。 方案三:采用STC89C52单片机控制。它简单易用、成本低廉，软件编程自由度大，资源配置灵活，运行可靠稳定，是一些相对完善的低压控制。采用STC89C52单片机为控制核心，系统功能强大，采用板式结构、安装牢靠、操作简洁。 综上所有方案的分析，前两种方案虽然功能强但成本高，本次课题使用STC89C52单片机也能很好的控制和完成。所以该系统的设计选用STC89C52单片机编程即可。因此本课题选择方案三。 2.3 干扰的简述与产生 干扰又被称为电噪声。噪声指叠加于有用信号上使原来的有用信号发生畸变的变化电量。由于噪声在一定条件下影响和破坏单片机系统或设备正常工作，所以通常把具有危害性的噪声称为干扰。影响单片机系统的可靠、安全运行的主要因素主要来自系统内部和外部的各种电气干扰，通道产生影响，导致测量结果产生误差，甚至影响指令的正常执行，造成控制事故或控制失灵，严重的干扰则会导致事故造成重大损失。 形成干扰的基本要素有三个。 1(干扰源 指产生干扰的元件、设备或信号。如雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。 2(传播路径 指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。 3(敏感器件 指容易被干扰的对象，如A/D转换器、D/A转换器、单片机、数字IC、弱信号放大器等。 通常可以按照噪声产和的原因、传导方式、波形特性等对干扰进行不同的分类。 5 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 干扰按噪声产生的原因可进行如下分类。 1(放电噪声 这主要是雷电、静电、电动机的电刷跳动、大功率开关触点断开等的干扰。 2(高频振荡噪声 这主要是中频电弧炉、感应电炉、开关电原、直流-交流变换器等产生高频振荡时形成的噪声。 3(浪涌噪声 这主要是交流系统中电动机启动电流、电炉合闸电流、开关调节器的导通电流以及晶闸管变流器等设备产生涌流而形成的噪声。这些干扰对单片机测控系统都严重的影响。其中尤以各类开关分断电感性负载所产生的干扰最难以抑制或消除。 干扰按传导方式可分为共模噪声和串模噪声。 干扰按波形可分为持续正弦波、脉冲电压、脉冲序列等。 环境对单片机控制系统的干扰一般都是以脉冲的形式进入系统的，干扰侵入单片机系统的途径主要有3种在实际操作时应当特别的注意以确保功能正常的进行。 1(空间干扰 通过电磁感应侵入系统，来源于天体辐射和雷电产生的电磁波、广播电台或通信发射设备发出的电磁波以及周围电气设备产生逆变电流和电磁干扰。这些空间辐射干扰可能会使单片机系统不能正常工作最严重者可以损坏器件。 2(电源干扰 很多的单片机系统都是运用交流电源供电。由于工业测试环境中存在着大量的大功率设备，特别是大型的感性负载设备的启停造成电网的严重波动，使得电网电压大幅度涨落形成浪涌。由于大功率开关的通断、电机的启停、电焊等原因，电网中常常出现几百伏，甚至几千伏的尖峰脉冲干扰，这样的干扰有时会持续很长的是时间，因此必须采取措施克服电源的干扰。虽然在本次课题中选用的最高电压是+5V，但对此方面知识有所了解，对今后课题的研究也有很大的帮助。 3(传输通道干扰 在单片机测控系统中，为了完成数据采集和实时控制的应用目的，存在着大量的信号传输介质，开关量的输入输出及模拟量的输入输出都是必不可 6 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 少的。这些输入输出的号线和控制线常常需要传输很长的时间，因此不可避免地将干扰引入单片机系统。 在后面的文章中还会对硬件的抗干扰方法和软件的抗干扰方法进行加以说明。 2.4 本章小结 本章节是在课题真正实施以前的准备工作，也就是方案的分析和论证。因为要想成功的完成某一个课题，不仅需要好的理论基础，更要让课题完成后有可行性和适用性，在此基础上还要考试经济问题。经过多方面的分析和论证，才能更好的完成课题。此部分对无线模块、总体控制模块和抗干扰技术进行说明。 7 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 第3章 系统的硬件设计 硬件的设计主要围绕系统的功能完全实现，并且要保证整个系统在运行过 程中的稳定性、安全性及生产的经济性。本设计采用红外遥控来实现无线数据 的收发，采有STC89C52单片机为控制核心，实现公交车的控制报站功能。 3.1 系统的总体分析 系统的总体方框图，如图3-1所示。 +5V电源 S ISD1700语音播报电路 +5V电源 红外键盘 T C 8 指示灯 9 C +5V电源 5 液晶显示电路 2 图3-, 系统的总体方框图 系统的功能总体模块图,如图3-2所示。 公交车红外遥控语音报站系统 键红液 语 盘外晶音 控遥显播 制 控 示报 模模模模 块 块 块 块 图3-2 系统的功能模块图 8 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 3.2 ISD1700语音模块 3.2.1 ISD语音模块简述 ISD1700语音芯片是华邦 ISD 公司 2007 年新推出的单片优质语音录放电路，ISD1700语音芯片提供多项新功能，包括内置专利的多信息管理系统，新信息提示(vAlert)，双操作模式(独立&嵌入式)。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。 1(ISD1700系列芯片功能特点 ISD1700系列芯片可录、放音十万次，存储内容可以断电保留一百年，按键模式和MCU串行控制模式(SPI协议)。MIC和ANAin两种录音模式，但是在使用这两种录音模式时应注意其中的录音效果和录音的时间，因为根据不同的ISD语音芯片，分段录音的时间也不同，要根据实际的要求来选择ISD芯片。PWM和AUD/AUX三种放音输出方式，可处理多达255段以上信息，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，可录、放音十万次，存储内容可以断电保留一百年，按键模式和MCU串行控制模式(SPI协议)，音质好，电压范围宽，应用灵活。 2(ISD1700系列芯片电气特性 ISD1700系列芯片的工作电压为DC2.4V~5.5V，最高不能超过6V;静态电流为0.5~1 μA;工作电流为20mA。 3.2.2 ISD1700语音语模块应用及引脚说明 ISD1700芯片无需A/D转换和压缩就可以直接储存，没有A/D转换的误差，可有多次重复录放、存储时间长，使用不需要扩充存储器、所有的外围电路简单。利用SCT89C52控制ISD1700芯片的过程。外接输入和输端出口。通过系统功能模块的各部分的连接及软硬件设计就可以实现数字化语音的存储和回放，而且存放容易，而且录、放音与振荡电阻有很大的关系。ISD1700内含晶体振荡器、自动静噪、音频功率放大器及高密度多电平闪烁存储陈列等。因此只需要很少的外围器件就可构成一个完整的声音录放系统，这样也给课题的完成带来很大原方便。 9 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 在本次课题中ISD语音模块非常的重要，因此在课使用之前必须先了解语音模块基础知识，为了在使用时更加的容易和方便，为实际应用时节省时间和带来没有必要的麻烦，下观对ISD1700基础知识做简要的介绍。 振荡电阻的阻值与录、放音时间关系，如表3-1所示。 表3-, 振荡电阻的阻值与录、放音时间关系 振荡电阻 录放时间 采样频繁 典型带宽 80K 8S 8.0KHZ 3.4KHZ 100K 10S 6.4KHZ 2.6KHZ 120K 12S 5.3KHZ 2.3KHZ 160K 16S 4.0KHZ 1.7KHZ 200K 20S 3.2KHZ 1.3KHZ ISD1700引脚排列图，如图3-3所示。 图3-3 ISD1700引脚排列图 ISD1700引脚排列图说明，如表3-2所示。 表3-2 ISD1700引脚排列图说明 引脚名称 PDIP/SOIC封装 TSOP封装 引 脚 说 明 VCCD 1 22 数字电路电源 /LED 2 23 LED指示信号输出 /RESET 3 24 芯片复位 10 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 续表3-2 MISO 4 25 —— SCLK 6 27 —— 为低时，选择该芯片成为当前被控制设备并且开启/SS 7 28 SPI接口。空闲时，需要拉高 VSSA 8 1 模拟地 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Anain 9 2 Anain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+ 10 3 麦克风输入+ MIC- 11 4 麦克风输入- VSSP2 12 5 负极PWM喇叭驱动器地 SP- 13 6 喇叭输出- VCCP 14 7 PWM喇叭驱动器电源 SP+ 15 8 喇叭输出+ VSSP1 16 9 正极PWM喇叭驱动器地 AUD/ 17 10 —— AUX AGC 18 11 自动增益控制 /VOL 19 12 音量控制 振荡电阻ROSC用一个电阻连接到地，决定芯片的ROSC 20 13 采样频率 VCCA 21 14 模拟电路电源 /FT 22 15 —— /PLAY 23 16 播放控制端，有电平触发和脉冲触发两种模式 /REC 24 17 录音控制端，低电平有效 /ERASE 25 18 擦除控制端，低电平有效 /FWD 26 19 快进控制端，低电平有效 11 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 续表3-2 一个开路输出。Ready(独立模式)该管脚在录音，放RDY 音，擦除和指向操作时保持为低，保持为高时进入27 20 /INT 掉电状态Interrupt(简化的红外控制程序)运用简单 的程序须序的控制语音播报 VSSD 28 21 数字地 此语音芯片中的引脚大部分在些课题中并没有用到，在此过程中只是一个学习的过程。 通过对基础知识的学习和原理的分析，下面将介绍ISD1700语音模块的各部分电路原理图。 因为在硬件的处理过程中，大部分的时间都是在处理电路图上，只有透彻的分析电路的原理图，才会在实际电路的焊接时更加的方便。而且电路原理图更是研究理论必用的方法，因此在实物焊接之前必须对相应的电路图进行相应的绘制和了解。通过对电路图来完成理论的分析，以及实物的仿真，当仿真成功时才可进行相应的实际操作。这样以免焊接完成的硬件不好用而造成器件的损坏，而导致更多的经济损失。 所以在分析语音芯片时，应注意各引脚的功能和功作方式，以确保其中工能的正常使用和正常运行。并且在选用语音芯片时应特别注意实际应用时需要的时间，以免造成语音芯片的录音时间过短而影响应用。 ISD1700语音模块播放电路原理图，如图3-4所示。 图3-4 ISD1700语音模块播放电路原理图 12 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) ISD1700语音模块录音电路原理图，如图3-5所示。 图3-5 ISD1700电路原理图 通过电路图的分析可知，REC为录音键，当录音键按住，REC引脚变为高电平，录音期间指示灯二极管LED点亮，松开按键或超出时间停止录音。放音方式有:边沿触发放音，电平触发放音，循环放音。 3.3 液晶模块 LCD12864在市面上主要分为两种，一种是采用ST7920控制的，它一般带有中文字库存字模，价格略高一点。另一种是采用KS0108控制器，它只是点功能模式，不带字库。在本次课题中就是使用第一种方法完成。 3.3.1 LCD12864特性 LCD12864带中文字库的是一种具有4位/8位并行，2线或3线串行接口方式，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128*64，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8*4行16*16点阵的汉字。 也可完成图形 13 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 显示。低电压低功耗是其又一显著特点。 LCD12864基本特性: 1(低电源电压(VDD:+3.0~+5.5V) 2(显示分辨率:128*64点 3(内置汉字字库，提供8192个16*16点阵汉字(简繁体可选) 4(内置 128个16*8点阵字符 5(12MHZ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1/5~1/10 10(通讯方式:串行、并口可选 11(内置DC/DC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: 0? ~ +55? ,存储温度: -20?~ +60? 3.3.2 模块说明 模块引脚说明，如表3-3所示。 表3-3 模块引脚说明 管脚号 管脚名称 电平 管脚功能描述 1 VSS 0V 电源地 2 VCC 3.0+5V 电源正 RS=“H”,DB7~DB0为显示数据 4 H/L RS(CS) RS=“L”,DB7~DB0为显示指令数据 R/W=“H”,E=“H”,数据被读到DB7~DB0 5 R/W(SID) H/L R/W=“L”,E=“H?L”, DB7~DB0的数据被写到IR或DR 6 E(SCLK) H/L 使能信号 7 DB0 H/L 三态数据线 8 DB1 H/L 三态数据线 9 DB2 H/L 三态数据线 10 DB3 H/L 三态数据线 14 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 续表3-3 11 DB4 H/L 三态数据线 12 DB5 H/L 三态数据线 13 DB6 H/L 三态数据线 14 DB7 H/L 三态数据线 15 PSB H/L H:8位或4位并口方式，L:串口方式 17 /RESET H/L 复位端，低电平有效 18 VOUT —— LCD驱动电压输出端 19/20 A / K VSS/VDD 背光源正端(+5V)/ 背光源负端 模块E信号说明，如表3-4所示。 表3-4 模块E信号说明 E状态 执行动作 结果 高—>低 I/O缓冲—>DR 配合W进行写数据或指令 高 DR—>I/O缓冲 配合R进行读数据或指令 —— 低/低—>高 无动作 模块指令说明。如表3-5所示。 当RE=0时基本指令。将DDRAM填满“20H”，并且设定DDRAM的地址计数器(AC)到“00H”。 表3-5 模块指令说明 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 指令 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 清除显示 当RE=0时基本指令。DL=0/1:4/8位数据。RE=1:扩充指令操作，RE=0:基本指令操作。 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D3 D1 D0 指令 0 0 0 0 1 DL X RE X X 功能设定 当RE=0时基本指令。设定DDRAM 地址(显示地址)第一行:80H~87H，第二行:90H~97H。 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 指令 0 0 1 0 AC5 AC4 AC3 AC2 AC AC0 设定DDRAM地址 15 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 当RE=0时基本指令。将数据D7~D0写入到内部ARM。 续表3-5 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 指令 1 1 读出RAM的值 数据 从内部RAM读取数据D7~D0(DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM) RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 指令 1 0 写数据到RAM 数据 当IC1在接受指令前，微处理器必须先确认其内部处于非忙碌状态，即读取BF标志时，BF需为零,方可接受新的指令，如果在送出一个指令前并不检查BF标志，那么在前一个指令和这个指令中间必须延长一段较长的时间，即是等待前一个指令确实执行完成。 单片机与LCD显示连接电路原理图，如图3-6所示。 图3-6 单片机与LCD显示连接电路原理图 按照上述的电路图下面对液晶显示进行加以说明。 由于大部分液晶显示的原理依靠液晶分子的各向异变，对不同方向的入射光、反射率是不一样的，所以视角小，只有30-40?，随着视角的变大，对比度迅速变坏。液晶显示大多是依靠在外加电场的作用下，液晶分子的排列发生变化，所以响应速度受材料的粘滞影响很大，一般均为100~200ms。虽然可以 16 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 用加背光源解决此问题，但是如使亮度、对比度达到主动发光显示器件程序，则低功耗的优点也就不存在了。 由于液晶显示是一种功耗极低的器件，近年来应用特别广泛。从电子表到计算器，从智能传感器到智能仪器仪表，从笔记本电脑到液晶电视等均利用了液晶显示技术。 液晶是一种介于流体与固体之间的热力学的中间稳定相。其特点是在一定的温度范围内既有液体的流动性和连续性，又有晶体的各向性，其分子呈长棒形，长宽之比较大，分子不能弯曲，是一个刚性体，中心一般有一个桥链，分子两头有极性。 由于LCD液晶的四壁效应，在定向膜的作用下，液晶分了在正、背玻璃电极上呈水平排列，但排列方向互为正交，而玻璃间的分子呈连续扭转过渡，这样的构造能使液晶对光产生旋光作用，使光的偏振方向旋转90?。 液晶显示器的驱动方式由电极引线的选择方式确定，因此，在选择好液晶显示器之后，用户无法改变驱动方式。 液晶显示器的驱动方式一般有静态驱动方式和时分割驱动两种。由于直流电压驱动LCD会使液晶体产生电解和电极老化，从而大大降低LCD的使用寿命，所以现用的驱动方式多属交流电压驱动。 1(静态驱动方式 液晶显示的驱动与LED的驱动有很大的不同。对于LED，当在LED两端加上恒定的导通或截止电压便可控制其亮和暗。而LCD，由于其两极不能加恒定的直流电压，因而给驱动带来复杂性。目前已有许多LCD驱动集成芯片，这些芯片已将多个LCD驱动电路集成到一起，使用跟LED驱动芯片一样方便。 2(时分割驱动 当显示字段增多时，为减少引出线和驱动回路数，必须采用时分割驱动法。 时分割驱动方式通常采用电压平均化法，其占空比有1/2、1/8、1/16、1/32等，偏压有1/2、1/3、1/4、1/5等。 液晶显示器除段形液晶显示器外，还有点阵液晶显示器，可显示汉字、图形、曲线等。 3.4 红外按键控制模块 红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机 17 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 之后，在录音机、音响设备、空调机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用了红外遥控。工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外红遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。 通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用程序控制操作的。其中发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器;接收部分包括光、电换放大器、解调、解码电路。 红外遥控制系统框图，如图3-7所示。 LED 键盘 解码调制 解码 光/电放大 解调 图3-7 红外遥控制系统框图 选用最长用的SM0038是红外接收和发送头。1脚是信号端，2脚是地端，3脚是电源端。当电路正常工作时，发光二极管发亮。测式时可以观察LED的状态来判定是否接收到信号，以确保正常的工作。 SM0038接收电路原理图，如图3-8所示。 图3-8 SM0038接收电路原理图 3.4.1 按键电路的设计 键盘实质上是一组按键开关的集合，控制CPU通过按键来识别特定的用户命令，从而转入相应的程序来执行用户命令。键盘的软、硬件的设计涉及下面几个方面的问题。 对于此设计来说我们要准确的显示我们所要对应的信息，每按下一次按 18 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 键要显示所要显示的信息。这按键是主要用来报站而设计的。这样键盘操作方便，也比较实惠。按键电路采用延时中断模式。当有按键按下时，系统产生中断，CPU响应中断后，开始计数，即查询键号，通过软件来实现该键号所对应键的功能，但要特别注意外界给按键带来的干扰，以确保课题的准确性。 报站系统的人机接口采用独立式按键。系统设有6个功能键，分别为:K1、K3分别为起始站、终点站报站键，分别进行起点站欢迎词和终点站欢送词介绍,只显示相应的内容不进行相应的播报。K2为上一站信息的提示，但不进行相应的播报。K4为显示下一站。K5为服务用语键，比如说“车辆起步，请乘客拉好扶手，请为老弱病残让座”等务用语。K6为下一站报站键，不仅进行相应站台的提示信息，而且还进行相应的语音播报。这些按键通过程序的控制而达到想要完成的功能。 红外发送遥控器电路图，如图3-9所示。 图3-9 红外发送遥控器电路图 3.4.2 判键及其接口电路设计 键的闭合与否反应在电压上就是呈现出高电平或低电平，如果高电平表示断开，那么低电平则表示闭合，通过电平的高低状态的检测可确认键按下与否。 为了确保CPU对一次按键动作只确认一次，并且防止干扰信号的影响，必需加入消除电平抖动的措施。消除抖动通常有硬、软硬两种方法，硬件消除抖动可采取双稳态电路或滤波消抖电路;软件消抖是在第一次检测到有键 19 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 按下时，执行一段延时程序再确认该键是否仍闭合，如果还是闭合状态则确认该键按下，从而消除抖动和干扰影响。当按键较多时，我们多采用硬件消抖法。 按键接口设计有两种方法，独立式按键和矩阵式键盘。独立式按键各键互相独立，每个按键各接入一根输入线，只要检测输入线的电平就可以识别按键状态。这种方法电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键需占用一根输入口。由于该设计方案IO资源浪费大。故此方法只适用于按键少或其他控制功能很简单的场合。矩阵键盘适用于按键数量较多的场合，它把键盘输入线分为行线和列线，按键位于列的交叉点上。按键的识别需要软件分别扫描行线和列线，根据扫描的结果判具体按下的按键。 在独立按键中最常用的接口有两种分别为: 1(采用可编程并行接口 采用可编程并行输入/输出接口扩展独立式按键。当某一键按下时，对应位为0，用位检测可以识别按键的工作状态。 2(采用三态缓冲器 在实际应用中最常应用74HC245三态缓器扩展独立式按键。这种方法可以在STC89C52系列单片机基础上及兼容单片机微控制器时使用。在使用时按键的键值分别从00H~07H。 由于本设计中的按键只有六个，考虑系统可靠性和键盘设计的简单所以采用独立式按键。 按键闭合及断开时的电压，如图3-10所示。 有键按下 前沿抖动后沿抖动按键确定 图3-10 按键闭合及断开前后的电压 20 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 3.4.3 键盘的工作方式 键盘扫描只是CPU的工作内容之一，CPU在忙于各项工作时，如何处理键盘输入取决于键盘的工作方式，键盘工作方式有三种:编程扫描、定时扫描和中断扫描。 在编程扫描中，CPU反复地扫描键盘，等待用户的输入命令，而执行键入命令或处理输入数据时，CPU不再相应输入要求，直到CPU返回重新扫描键盘为止。定时扫描工作方式利用单片机内部定时器产生定时中断，CPU相应定时器中断后对键盘进行扫描，在有键按下时识别出该键并执行相应功能程序。使用中断方式时要求在没有键按下时，不占用CPU处理时间，只有当有键按下时产生键盘中断，由于中断识别键并执行功能程序，这种方法使用最多。 显示和驱动电路的设计我们知道的用来显示的器件很多。比如数码管、LCD、点阵式LED。数码管只能显示数字，LCD可以显示汉字、符号、数字和图形。虽然LED要比LCD好价格比较便宜，但是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。因此本课题主要使用LCD液晶显示。 3.4.4 外部晶振的选用 STC89C52的内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。通过XTAL1，XTAL2外部接上一片作为反馈元件的晶体。与C1和C2构成了并联谐振电路，使其构成自激振荡器。电容的值具有微调的作用，我们取30PF。 SCT89C52的工作频率范围在 0~24MHZ。我们选用的是12MHZ的晶振，振荡周期为1us，机器周期为1us。所以这个晶振可以满足这个系统的要求。并且晶振不能离单片机太远，不然使用外部晶振进行软件调试时就会发现找不到信号。 从整体上看这个电路研究起来简单而且运用到的器件价格也便宜，作为一个硬件电路的设计者，在设计其中的硬件时不仅要考虑其中的成本，更要考虑其中的可行性。 下面对晶振电路设计和说明。 21 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 外部晶振电路，如图3-11所示。 XTAL1 C1 C3 STC89C52 C2 XTAL2 图3-11 外部晶振电路 通过电路中我们可以清晰的分析出外部晶振电路是非常容易实现的，其主要运用STC89C52作为主控制芯片，用一个+5V的电源接地，用两个普通电容和一个电解电容进行并联连接，如图3-8所示。连接的方法进行连接，以便能实外部晶振的功能。 3.4.5 复位电路 为确保控制系统中电路稳定可靠的工作，复位电路是必不可少的一部分。复位电路的第一功能是上电复位。一般控制电路正常工作需要供电电源为5V，即4.75~5.25V。由于电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，电路开始正常工作。 目前为止，单片机复位电路主要有四种类型:微分型复位电路、积分型复位电路、比较器型复位电路、看门狗型复位电路。 复位有硬件和软件两种。复位的作用是使程序自动从0000H开始执行，因此我们只要在STC89C52单片机的RESET端加上一个高电平信号，并持续10ms以上即可，RESET端接有一个上电复位电路，它是由一个小的电解电容和一个接地的电阻组成的。人工复位电路另外采用一个按钮来给RESET端加上高电平信号。 工人复位电路，当VCC上电时，C充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位。几个毫秒后，C充满，10K电阻上电流降为0，电压也为0，使得单片机进入工作状态。工作期间，按下S，C放电。 S松手，C又充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位。几个毫秒后，单片机进入工作状态。 22 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 工人复位电路，如图3-12所示。 图3-12 人工复位电路 我们采用放电型人工复位电路，如图3-12人工复位电路，上电时C通过R充电，维持宽度大于10ms的正脉冲，完成上复位功能。C充电结束后，RESET端出现低电平CPU正常工作。在此我们取了典型值R17=10K，R16=1K，C=10uf。 上电复位实现的时间:T=R*C =10K*10UF =100ms>=10ms 需要人工复位时，按下按钮K，C通过K和R1放电，RESET端电位上升到高电平，实现人工复位，K松开后C重新充电，充电结束后，CPU重新工作，R1是限流电阻，阻值不可以过大，否则不能起到复位作用。 3.5 硬件抗干扰技术 硬件抗干扰技术是单片机系统设计时首选的抗干扰措施，它能有效地抑制干扰源，阻断干扰传输通道。 下面将介绍两种硬件抗干扰技术。 1(屏蔽技术 屏蔽技术是对两个空间域之间进行金属隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另外一个区域的感应和辐射。采用屏蔽体包围的方式来完成，一方面防止干扰电磁场向外扩散，另一方面防止器件受到外界电磁场的 23 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 影响。电磁屏蔽主要是防止高频电磁波辐射的干扰，以金属板、金属网和金属盒构成的屏蔽体能够有效地对付电磁波的干扰。屏蔽体以反射方式和吸收方式来削弱电磁波，从而形成对电磁的削弱作用，以确保其硬件不被破坏。 2(接地技术 单片机系统有两种接地技术，即安全接地和信号接地。 安全接地是真正地与大地连接，即将设备机壳接大地。一是防止机壳上积累电荷，产生静电放电而危及设备和人身安全，使漏到机壳上的电荷能及时泄放到地壳上，确保身体和设备的安全;二是当设备的绝缘损坏而使机壳带电时，促使电源的保护动作而切断电源，以便保护人员的安全。外壳接地的接地电阻应尽可能低，因此在材料及施工方面均有一定的要求。外壳接地是十分重要的，但实际上常常被忽略。 信号接地是电路工作的需要。在许多情况下，信号地不与设备外壳相连，因此信号地的零电位参考点相对大地是浮空的。所以信号地又称“浮地”。信号接地是为电路正常工作而提供的一个基准电位。该基准电位可以设为电路系统中的某一点、某一段或某一块等。当该基准电位不与大地连接时，视为相对的零电位，它会随着外界电磁场的变化而变化，从而导致电路系统工作的不稳定。但是不正确的工作接地反而会增加干扰，比如共地线干扰、地环路干扰等。 例如，在本课题中应用最多的红外遥控键盘使用硬件抗干扰技术就很困难，使用软件比较容易。红外遥控键盘，如图3-13所示。 如图3-13 红外遥控键盘 24 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 3.6 本设计总体原理图 系统的总体原理图，如图3-14所示 。 图3-14 系统的总体原理图 25 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 3.7 系统的硬件实物图 系统的硬件实物图，如图3-15所示。 图3-15 系统的硬件实物图 3.8 本章小结 本章主要是系统硬件的设计，主要的硬件部分有四部分:红外遥控，键盘控制，液晶显示，语音播报。在本节中分步说明了各部硬件详细说明，主要有其中的特性，功能以及使用方法。运用大量的偏幅说明各种器件的引脚结构和接线方法，因为在硬件的过程中主要运用的就是大量的电路分析与连接，因此引脚功能的选择非常重要。这些此引脚关系到整个电路功能的可行性，因此本章节是本文最重要的内容，关系着整个课题的设计。 所有的实际电路图都已经用电路原理图体现。 26 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 第4章 系统的软件设计 4.1 系统软件的总体设计 主程序流程图，如图4-1所示。 开始开始 ,,,,,,初始化初始化 延时的相应设置延时的相应设置 WWhile(1)hile(1) Y 显示起始站显示起始站 键键11按下按下 N Y 显示上一站显示上一站 键键22按下按下 N Y 显示终点站 显示终点站 键键33按下按下 N Y 显示提示信息显示提示信息 键键55按下按下 N Y 显示播报下一站显示播报下一站 键,按下 图4-1 主程序流程图 功能:通过按键来实现公交车的手动报站。当按1键时显示起始站不播 报，当按3键时显示终点站不播报，当按2键时进行上一站的控制，只显示 27 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 不播报，当按4键时进行下一站的控制，只显示不播报，当按5键时进行提示信息的显示不播报，当按6键时进行下一站的控制，不仅语音播报也LCD显示，完成显示和播报的双重功能。 4.2 遥控模块的软件实现 4.2.1 按键控制部分 功能:按键处理。在按键的软件编程中主要运用的就是使用最常用的SWITCH CASE语句，也就是开关语句。SWITCH语句的执行流程是:首先计算SWITCH后面圆括号中表达式的值，然后用此值依次与各个CASE的常量表达式比较，若圆括号中表达的值与某个CASE后面的常量表达式的值相等，就执行此CASE后面的语句，执行后遇break语句就退出SWITCH语句;若圆括号中表达式的值与所有CASE后面的常量表达式都不相等，则执行default后面的语句N+1，然后退出SWITCH语句，程序流程转向开关语句的下一个语句。 延时中断0服务子程序流程图，如图4-2所示。 相应的延时处理 键盘处理 Switch CASE1 CASE2 CASE3 CASE4 CASE5 CASE6 退出 图4-2 延时中断,服务子程序流程图 28 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 按键控制源代码如下: switch(val) {case 0x3f:{s=s1[l++];up=1; }break; case 0X55:{s=s1[l--];down=1;}break; case 0xF3: s=DIS5;break; case 0x36:{s=DIS17; lcd_zuobiao(1，0); lcd_display(DIS19); lcd_zuobiao(3,0);lcd_display(DIS18);}break; case 0x72:s=DIS16;break; case 0x0f:{s=DIS4;lcd_zuobiao(1，0);lcd_display(DIS3);} break; case 0x9e:{s=DIS15;lcd_zuobiao(1，0);lcd_display(DIS20);}break; } 4.2.2 遥控发送部分 功能:判断接收到的数据是否正解。红外的发送和接收主要是通过38K的信号进行完成。红外的发送和接收功能主要还是通过延时的控制，因为红外遥控的控制需要的是固定的延时来控制，所以在程序编写时应注意其中延时的应用，只有用对相应的延时，红外的发送和接收才会正确。 遥控发送程序流程图，如图4-3所示。 开始 N 键按下 是否有 Y 获取键值8位于数据 8数据编码产生数据帧 数据帧与38K脉冲调制 发送 图4-3 遥控发送程序流程图 29 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 发送程序源代码如下: void khz(uchar aa) { for(a=aa;a>0;a--) {out=0;i=7; while(i>0) i--;out=1; }} void fashu(uchar num) { khz(116);delayms(125); for(num1=8;num1>0;num1--) {khz(40); if(num&0x01) delayms(93); else delayms(65); num=num>>1;} khz(20); } 4.2.3 遥控接收部分 功能:此部分是通过外部中断0来实现红外的控制，当发送按键按下，触发相应延时，此部分接收信号。在这个过程中我们应具体了解一下此系列单片机的中断系统的运用。此系列单片机有5个中断源，3个在片内，2个在片外，它们在程序存储器中有固定的中断入口地址，当CPU响应中断时，硬件自动形成这些地址，由此进入中断服务程序。 5个中断源有两级中断优先级，可实现两级中断服务程序嵌套。 5个中断源的入口地址分配表，如表4-1所示。 表4-1 中断源的入口地址分配表 中断原源 入口地址 外部中断0 0003H 定时器0中断 000BH 外部中断1 0013H 定时器1中断 001BH 串行口中断 0023H 30 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 中断优先级排列由高到低依次为:外部中断0，定时器T0中断，外部中断 1，定时器T1中断，串行口中断。 在中断的控制下，通过相应的延时命令会对接收到的信号进行相应的接收 处理。 遥控接收程序流程图，如图4-4所示。 相应的延时处理 编译38K红外码 N 判断接收的码是否正确, Y 显示相应的站名，进行相应的播报 退出 图4-4 遥控接收程序流程图 接收程序源代码如下: void sieasdf() interrupt 0 { EX0=0; for(a=5;a>0;a--) delayms(35); if(in) fleg=0;} i f(fleg){ delayms(72); if(in) { delayms(115); for(a=8;a>0;a--) {while(!in); delayms(86); 31 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) num=num>>1; if(in) { num=num|0x80;delayms(31);} } val=num;b=1; lcd_zuobiao(2,0);} } fleg=1; EX0=1; } 4.3 液晶模块的软件实现 液晶显示流程图，如图4-5所示。 开始 初始化 N 判断 Y 写指令 写数据 结束 图4-5 液晶显示流程图 功能:通过红外接收后的程序来控制显示站点相应信息。 32 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 采用单片机和一些必要的外围电路作为驱动电路，完成红外遥控的控制部分。在此之前红外发射波其实是一种调制波，它的调制频率大约是38KHz，调制信号是遥控器上某个按键的相应数据码。 在这里单片机根据键盘上的按键进行编码和调制到38KHz的频率，再驱动红外LED从而把红外信号发送出去。此方案单片机需要完成按键处理、红外信号编码。软件编程较为复杂，而且单片机容易受干扰，所以发射误码的机率比较大，因此，在使用时应特别注意，使其能更好的减少其中的干扰，并能够正常的应用。 液晶程序主要控制源代码如下: void lcd_display(uchar *v) { while(*v!='\0') { lcd_wdat(*v); lcm_delay(5); v++; } } 液晶显示的硬件实物，如图4-6所示。 图4-6 液晶显示的硬件实物 4.4 语音模块的软件实现 功能:本模块是本课题的核心内容，主要是完成相应的报站功能。本课题选用的是ISD1730语音芯片，此芯片录音时间为30S。由ISD1730语音芯片制成的语音芯片功能强大，可以多少录放，录音的存放时间长。通过遥控器按健控制，判定执行什么功能，然后进行相应的播报功能。 33 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 语音模块播报过程的基本流程图，如图4-7所示。 开始 是否有键按下 下 延时处理 显示上一站站名 判定下一站播报方, N 式, Y 播报下一站并相应显示 图4-7 语音模块播报过程的基本流程图 语音模块的播报与显示双功能控制主要源代码: {if(up) {lcd_zuobiao(1,0); lcd_display(DIS2);up=0;} if(down) {lcd_zuobiao(1,0);lcd_display(DIS1);down=0;} lcd_zuobiao(2,0);lcd_display(s); speaker(1);} 4.5 软件抗干扰技术 尽管采取了硬件抗干扰措施，但很难保证系统完全不受干扰。因此在硬件抗干扰措旋的基础上，还要采取软件抗干扰技术加以补充，作为硬件措施的辅助手段。 1(数字滤波 数字滤波器是将一组输入数字序列进行一定的运算而转换成另一组输出数字序列的装置。数字滤波就是通过一定的计算或判断程序减少干扰信号在有用信号中的比重，在对模拟信号多次采样的基础上，通过软件算法提取最逼近真值数据的过程，即程序滤波。数字滤波的算法灵活，可选择权限参 34 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 数，其效时往往是硬件滤波电路无法达到的，其优点主要表现在以下方面:不需要加设备，可靠性高，稳定性好，可以对频率很低的信号实行滤波，灵活、方便、功能强。 数字滤波主要分为:程序判断滤波法，中位值滤波法，算术平均值滤波法。 2(软件拦截技术 当窜入单片机系统的干扰作用在CPU部位时，后果更加严重，将使系统失灵。使用软件拦截技术可以将运行程序纳入正轨，转到指定的程序入口。软件“看门狗”的应用。选用定时器T0时作为看门狗，将定时器T0的中断定义为最高级中断。看门狗启动后，系统必采及时刷新定时器T0的时间常数。 3(指令册余技术 NOP指令的使用。在此系列单片机批令系统中所有指令都不能超过3个字节。因此，在程序中连续插入3条NOP指令，有助于降低程序计数器发生错误的概率。重要批指令。对于程序流向起决定作用的指和某些对系统工作状态有重要作用的指令之前插入两条NOP指令，也可重复写下这些指令RET、RETI，以确保这些指令的正确执行。 4.6 程序设计 源程序见附录三。 在附录中主要介绍了整个程序中的主要代码，主要有红外的发送和接收程序，液晶初始化和显示程序，语音程序等等。 4.7 本章小结 本章主要是对系统的软件进行设计，本章中没有用大量的文字进行说明，因为图形表述更加的清晰明确，让读者读起来更加的容易。 本章中主要就是针对程序进行相应主要程序段进行流程图的绘制，这样通过流程图来说明程序的整体运行过程。软件的设计是硬件的驱动，这个环节也是对硬件可行性的一种验证。本章中绘出了课题中所有的模块的流程图，并对此加以分析。因此此章节中的程序运行过程和方法尤为重要，本章节的编制要更加的细心和用心。 35 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 第5章 系统测试 单片机控制系统的调试是完成课题的最后一步，单片机应用系统的调试包括硬件调试和软件调试。但硬件调试和软件调试并不能完全分开，许多硬件错误是在软件调试过程中被发现和纠正的。一般的调试方法是先排除明显的硬件故障，再进行软、硬件综合调试。如果硬件调试不通过，软件调试则无从做起。 5.1 系统联机前的静态调试 硬件的静态调试包括以下一些方面。 1(排除逻辑故障 这类故障往往由于设计和加工制板过程中工艺性错误所造成的。主要包括错线、开路、短路。排除的方法是首先将加工的印制板认真对照原理图，看两者是否一致。应特别注意电源系统检查，以防止电源短路和极性错误，并重点检查系统总线是否存在相互之间短路或与其他信号线路短路。必要时利用数字万用表的短路测试功能，可以缩短排错时间。 2(排除元器件失效 造成这类错误的原因是有两个:一是元器件买来时就已坏了;二是由于安装错误，造成器件烧坏。可以检查器件与设计要求的型号、规格和安装是否一致。在保证安装无误后，用替换方法排除错误。 3(排除电源故障 在通电前，一定要检查电源电压的幅值和极性，否则很容易造成集成块损坏。加电后检查各插件上引脚的电位，一般先检查VCC与GND之间的电位，若在5~4.8V之间则属于正常。若有高压，联机仿真器调试时，将会损坏仿真器等，有时会使应用系统中的集成块发热损坏。 当设计者完成了绘图制板工作，准备焊元器件及插座，进行联机仿真调试之前，应做好下述工作。 在未焊上各元器件管座和元件之前，首先用眼睛或用万用表直接检查线路板各处是否有明显的断路、短路的地方，尤其是要注意电源是否短路，否则未经检查就焊上元件或管座，以致发现有短路、开路故障，却常因管座、元件遮住线路难以进行故障定位，若需将已焊好的管座再拔下来，造句成的 36 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 困难是可想而知的。 元器件在焊接过程中要逐一检查，例如二极管、三极管、电解电容的极性、电容的容量、耐压及元件的数值等。 管座、元件焊接完毕，还要仔细检查各元件之间的裸露部分有无相互接触现象，焊接面的各焊点间与近邻线有无连接，对于布线过密或未加阻焊处理的印制板，更应注意检查这些可能造成短路的原因。 完成上述检查后，先空载，检查线路板各管脚及插件上的电位是否正常，特别是单片机管脚上的各点电位。若一切正常，将芯片入各管座，再通电检查各点电压是否达到要求、逻辑电平是否符合电路或器件的逻辑关系。若有问题，掉电后再认真检查故障原因。 在完成上述联机调试准备工作后，在断电的情况下用仿真线将目标样机和仿真系统相连，进监控状态，即可进行联机仿真调试。 5.2 联机仿真调试 联机仿真调试的方案是:把整个主应用系统按其功能分成若干模块，如红外遥控模块、液晶显示模块、语音播报模块等。针对不同的功能模块，编写一小段测试程序，并借助于万用表、示波器、逻辑笔等仪器来检查硬件电路的正确性。 信号线是联络单片机和外部器件的纽带，如果信号线连接错误或时序不对，都会造成对外围电路读写错误。STC89C52系列单片机的信号线大体分为读、写信号线、片选信号线、时钟信号线、外部程序存储器读选通信号、地址锁存信号、复位信号等几大类。这些信号大多属于脉冲信号、对于脉冲信号，借助示波器用常规方法很难观测到 ，必须采取一定的措施才能观测到，应该利用软件编程的方法来实现。 总之，对于脉冲触发类的信号要用软件来配合，并要把程序编为死循环，再利用示波器观察，对于电平类触发信号，可以直接用示波器观察。用同样的方法，可对各内存及外设接口芯片的片选信号堵阱行检查。如果出现不正确现象，就要检查片选信号是否正确，有无接触不良或错线、断线现象。 5.3 整体系统调试过程 红外接收系统的测试可以通过观察发光二极管LED的状态来判别该系 37 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 统是否正常的工作，如果接收到红外遥控信息，发光二极管点亮，说明此发送的38K信号已经发出，而且红外接收端也成功的接收到了此红外信号。还可以用电压表来测试信号端的电压来判断接收系统是否正常工作，说明接收正常这个方法用起来更加的方便准确，如果电压表上显示的电压小幅度摆动。 按下红外遥控器上的任意键，接收电路上的发光二极管LED发光，说明接收电路正常工作。但是由于很多原因只有在经过多次调试后，播报与液晶显示才会对应的工作。预定的工作须序是:当按1键时控制起始站，当按3键时控制终点站，当按2键时进行上一站的控制，只显示不播报，当按4键时进行下一站的控制，只显示不播报，当按5键时进行提示信息的显示，当按6键进行下一站的控制，不仅语音播报也LCD显示。通过实际的验证这些功能也基上能够完成。但是由于经济和硬件选择的关系，录放时间过短，在这方面不够完善。 虽然存在着一些小的问题但测试基本成功。 5.4 本章小结 本章主要完成系统的测试，系统的测试是本次课题中的最后的一步，也是最关键的一步，因为这个过程起到，此课题的实用性和稳定性。因为现在是信息时代，我们所研究的课题也是随着信息时代而产生的。如果我们设计的东西没有任何用处那么就失去了设计的价值。所以测试的过程主要是测试系统的完整性、可行性、可应用性、稳定性以及是不是能完成要求的功能。 38 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 结 论 本设计是公交车红外控制报站系统，实现了智能语音报站和液晶显示的功能，实验的运行效果良好。但是随着科技的进步，公交系统的服务质量必然要随着发展下面是我对公交车自动报站系统的功能完善的一些构思。 ISD1700语音芯片采样多电平直接模拟量存储专利技术，通过红外遥控的相应控制，能够非常自然地再现声音，液晶模块进行站台名称汉字的显示，具有直观性，在车辆内部乘客拥挤嘈杂的环境下可避免因错过单一的语音播报而错过站台的情况。通过细微的改动，本设计还可应用到工业测量控制、水利监测、智能电话系统、公安 报警系统、计价器、空调机、银行报号系统、公路收费系统中。 红外遥控也是当今社会上比较流行的一种通信方式，因此本课题选用的是红外遥控技术完成通信。 设计中还可以扩展一个无线电通信，到站后自动开始报站，不用人工按键，从而实现公交车自动报站的全自动化只需将对应的管脚接通后，在外加一个语音芯片的独立电源，应该特别注意的是由于本系统采用外部时钟，所以XCLK 引脚必须接高电平。大致就可以完成设计的语音功能的扩展设计。 39 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 致 谢 三个毕业设计的生活结束了，毕业设计是对我们本科毕业生知识运用能力的一次全面的考核，也是对我们进行科学研究基本功的训练，培养我们综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力，为今后好的学生和工作打下良好的基础。 本次设计能够顺利完成，首先我非常感谢我的学校哈尔滨工为大学华德应用技术学院，是学校给了我们提供了动手能力的平台，使我们在这里得到更多的技能。其次我要感谢计算机应技术系的老师们，他们不仅教会我们专业方面的知识，而且教会我们做人做事的道理，对于我的每有问题，老师总是耐心的解答，使我能够充满热情的投入到毕业设计中去。还要感谢我的同学们，他们热心的帮助，使我感到了团结的力量。最后在制作毕业设计的过程中，我最要感谢的是我的指导老师，在她们的帮助下、鼓励下、教导下，我才得完成我的课题。在此我对他们表达我的深深的谢意～ 虽然毕业设计结束了，我的大学生也也要画上一个圆满的句号，但是我永远都不会忘记这里，让我成长四年的地方，让我成熟的地方，我会永远记住:时时心存感激，事全力以赴。 40 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 参考文献 1 何立民.单片机应用文集[M].北京航空航天大学出版社.1994 2 周国雄，许明情.城市公交车自动报站系统设计及其应用[J].装备制造技 术.2007 3 周波，冯顽童，胡建龙.公交车自动报站系统的设计[J].四川理工学院学 报.2008 4 韦丽华，李文举，刘丽娟.ISD2500系列语音芯片及其在微机系统中的应 用[J].辽宁师范大学学报.2001 5 唐颖，姚锋，赵茂娟.基于ISD2560的公交车报站系统的模拟设计[J].电脑 知识与技术.2008 6 李吉志，邓发明，张本文.基于Proteus的公交车液晶显示报站系统的设 计.2009 7 肖海荣，王凤瑛，杨金清等.基于AT89C2051和ISD2560的录放音系统设 计[J].微计算机信息.2004 8 杨延宁，刘立军，张志等.基于Proteus的单片机汉字点阵显示电路设计[J]. 液晶与显示.2009 9 杨帮文.应用电路百例丛书[M].电子工业出版社.2006 10 张恩元，刘瑞军，于胜武等.基于可拓理论的汽车检测设备选型研 究[J].汽车技术.2009 11 蔡文.可拓集合和不相容问题[J].科学探索报.1983 12 蔡文.可拓学概述[J].系统理论与实践.1998 13 庄楚强，何春雄.应用数理统计基础[M].广州华南理工大学出版社.2006 14 黄智伟.射频集成电路芯片原理与应用电路设计[M].北京电子工业出版 社.2000 15 Wang.X.:STC89C52 DATA SHEEP Philips Semiconductors 1999 16 Yang.Y., Yi. J.,Woo,Y.Y.and Kim. B.:„Optimum design for linearity and efficiency of microwave Doherty amplifier using a new loadmatching technique‟, Microw. J., 2001 41 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 附录1 中文译文 1(SM0038 脉宽调制(PDM)采用脉宽调制的串行码，以脉宽为 0.565ms、间隔 0.56ms、周期为 1.125ms的组合表示二进制的“0”;以脉宽为 0.565ms、间隔 1.685ms、周期为 2.25ms的组合表示二进制的“1”。上述“0”和“1”组成的二进制码经38kHz的载频进行调制，提高发射效率，达到降低电源功耗的目的。然后，再通过红外发射二极管进行二次调制，产生红外线向空间发射，最多能有128种不同组合的编码。 2(ISD1700 华邦公司生产的ISD1700系列录放芯片是一种高性能，高集成的单芯片多段的语音录放芯片，适合多种电子化系统。该芯片的录音时长可由户根据具体设计，在26秒到120秒内自行选择。芯片的采样频率可通过外部的电阻器，在4KHz到12KHz之间调整，为用户在应用时的持续时长及品质提供更多的选择性。供电范围在2.4V到5.5V之间，保证了ISD1700系列语音芯片在电池或线路供电时具有较宽的选择范围。 ISD1700系列语音芯片还有一个可选的“新录音提醒”功能，可以作为有新录音的信息指示。新录音提醒功能通过外接指示灯的闪烁来指示是否有新的录音。此外，还预设了四种特殊的音效供音频确认，如“开始录音”、“停止录音”、“擦除”、“下一曲”、“全部擦除”等。 语音信号可通过两个独立的通道输入芯片:差分话筒输入和单端模拟信号输入。对于输出ISD1700提供了一个通过脉冲宽度调制(PWM)驱动的D类扬声器和一个独立的模拟输出。脉冲宽度调制可直接驱动一个的8Ω扬声器或标准蜂鸣器，而独立的模拟输出能作为一个单端电流或电压输出，来配置驱动外部放大器。 3(LCD12864 带中文字库的是一种具有4位/8位并行，2线或3线串行接口方式，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128*64，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8*4行16*16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。 42 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 附录2 英文原文 1. SM0038 Pulse width modulation (PDM) using pulse width modulation of serial yards to pulse width for 0.565 ms, interval 0.56 ms, cycle for 1.125 ms combination express binary-formatted of "0", With pulse width for 0.565 ms, interval 1.685 ms, cycle for 225 ms combination said binary "1". The above "0" and "1" composed of binary codes for modulation by the 38kHz software-processable, improve the transmit efficiency to reduce power consumption purposes. And then, through infrared emission diode modulation, second to produce infrared space launch, most can have 128 different combinations of coding. 2. ISD1700 Sinocon corp. ISD1700 series production of recording chip is a high performance, high integration of single chip multistratum voice recording chip, suitable for various electronic system. The chip recording duration by households according to the specific design, in 26 SEC to 120 seconds option. Chip sampling frequency by external resistors, in 4KHz to 12KHz between adjustment, for users in application of continuous duration and quality to provide more selective. Power supply range in 2.4 V to 5.5 V between, guarantee the ISD1700 series pronunciation chip in power supply when the battery or line is wider range of options. ISD1700 series pronunciation chip and an optional "new recording remind" function, can be used as a new recording information instructions. New recording remind function through external indicator to indicate whether to have new flashing recordings. In addition, but also presuppose four special sound for audio confirmation, such as "start recording", "stop the recording", "erase," "one song", "all erasing" etc. The speech signal by two independent channel input chip: difference the mic input and the ocl analog signal input. For output, ISD1700 provides a through pulse width modulation (PWM) driven D kind of speaker and an independent analog. 3. LCD12864 With Chinese word stock is one kind has four/eight parallel, 2 lines or 3 line serial interface way, interior contains gb level, level 2 simplified Chinese dictionaries of bitmap graphics LCD module, the display resolution for 128 * 64, built-in 8192 a 43 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 16*16 point characters and 128 16*8 ASCII character set. Using this module flexible interface way and simple, convenient operation instruction, can form all Chinese man-machine interactive graphic interface. Can display the four lines 16*16 dot matrix characters. Also can accomplish the graphic display. Low voltage power consumption is its another notable features. 44 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 附录3 源代码 /**********************发射38KHZ的程序*****************************/ void khz(uchar aa) { for(a=aa;a>0;a--) { out=0; i=7;//低了17us while(i>0)i--;//38kHZ out=1;//高了9us 17+9=26us //比26.3快一点点 } } /************************发送程序***********************************/ void fashu(uchar num) {khz(116); delayms(125); for(num1=8;num1>0;num1--) {khz(40); if(num&0x01) delayms(93);//delay 1.5ms else delayms(65);//delay 1ms num=num>>1; } khz(20); } /*********************************按键扫描**************************/ void keyscan()// { if(key1==0) { _nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); _nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); if(key1==0) {while(!key1); 45 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) fashu(0x55); } } /**********************************接收程序主代码*******************/ #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int /**********************************引脚定义及变量定义***************/ #define LCD_data P2 //数据口 sbit LCD_RS = P0^5; //寄存器选择输入 sbit LCD_RW = P0^6; //液晶读/写控制 sbit LCD_EN = P0^7; //液晶使能控制 sbit in=P3^2; sbit play=P3^0; sbit fwd=P3^1; bit b=0; uchar i,a,num,val=0; bit fleg; bit up=0,down=0; /******************************写命令字程序*************************/ void lcd_wcmd(uchar cmd) { LCD_RS = 0; LCD_RW = 0; LCD_EN = 1; lcm_delay(1); LCD_data=cmd; lcm_delay(1); LCD_EN = 0; } /***************************读数据程序******************************/ void lcd_wdat(uchar dat) { LCD_RS=1; 46 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) LCD_RW=0; LCD_EN=1; lcm_delay(1); LCD_data=dat; lcm_delay(1); LCD_EN = 0; } /************************LCD显示程序*****************************/ void lcd_display(uchar *v) { while(*v!='\0') //view { lcd_wdat(*v); lcm_delay(5); v++; } } /**********************LCD初始化程序*******************************/ void lcd_init() { lcd_wcmd(0x30); //基本指令操作 lcm_delay(5); lcd_wcmd(0x01); //清除LCD的显示内容 lcm_delay(5); lcd_wcmd(0x0c); //显示开，关光标 lcm_delay(5); lcd_wcmd(0x06); lcm_delay(5); lcd_wcmd(0x80); } /*********************设定显示位置**********************************/ void lcd_zuobiao(uchar X,uchar Y) { uchar zuobiao; if (X==1) {X=0x80;} else if (X==2) 47 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) {X=0x90;} else if (X==3) {X=0x88;} else if (X==4) {X=0x98;} zuobiao=X+Y ; lcd_wcmd(zuobiao); //显示地址 } /****************************调用站名程序***************************/ void zhan(uchar *v1) { uchar i=0,j=0,k=0,z=5; for(i=0,k=0;i<8;i++,k++) { if(b==1)break; lcd_zuobiao(2,7-i); //设置显示位置做坐标 for(j=0;j<(k+1)*2;j++) { lcd_wdat(v1[j]);} lcm_delay(100-k*5); lcm_delay(120); lcd_zuobiao(2,0); lcd_display(clear); //清除LCD的显示内容 lcm_delay(120); } // lcd_display(DIS1); } /***********************************对应语音程序********************/ void speaker(int i) { int a; for(a=1;a<=i;a++) { play=0; lcm_delay(600); play=1; lcm_delay(600); fwd=0; 48 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) lcm_delay(600); fwd=1; b=0; } } /******************************主函数控制程序***********************/ void main() { int h,l=0; uchar *s=DIS5; init(); lcm_delay(120); //上电，等待稳定 lcd_init(); //初始化LCD while(1) {//zhan(下一站:,站名数组); if(b) { lcd_wcmd(0x01); switch(val) { case 0x3f:{s=s1[l++];up=1; }break; //上一站 case 0X55:{s=s1[l--];down=1;}break; //下一站 case 0xF3: s=DIS5;break; //问候语 case 0x36:{s=DIS17; lcd_zuobiao(1,0); lcd_display(DIS19); lcd_zuobiao(3,0);lcd_display(DIS18);}break; case 0x72: s=DIS16;break; case 0x0f:{s=DIS4;lcd_zuobiao(1,0);lcd_display(DIS3);} break;//start case 0x9e:{s=DIS15;lcd_zuobiao(1,0);lcd_display(DIS20);} break; //end } if(l<0) l=10; else l%=11; val=0;b=0; if(up) {lcd_zuobiao(1,0); lcd_display(DIS2);up=0;} 49 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) if(down) {lcd_zuobiao(1,0); lcd_display(DIS1);down=0; } lcd_zuobiao(2,0); lcd_display(s); speaker(1); //语音 } zhan(s); } } /************************外部中断0红外控制**************************/ void sieasdf() interrupt 0 { EX0=0; for(a=5;a>0;a--) { delayms(35); //延0.5ms 断5次5*0.5=2.5ms if(in)fleg=0; } if(fleg) { delayms(72); //延时1ms 断是不是高电平了 if(in){delayms(115); //延时让它超过2ms;2.5+1+1.623=5.123ms //开始读数据 for(a=8;a>0;a--) {while(!in); delayms(86); //延时1.188ms 断IO高低，从而得0或1 num=num>>1; if(in) { num=num|0x80; delayms(31); //延时0.6ms因为上面延时1.2ms+0.6刚好跳过1.5ms }} val=num; b=1; lcd_zuobiao(2,0); }} fleg=1; EX0=1;} 50 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 51