基于单片机的公共汽车报站器设计设计Word格式.docx
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ThisthesisisaGPSpositioningstationandmanualfunctionofthestopsautomaticallyatthebus-stopdevice,italsohasotherservicevoicepromptsandLCDdisplay.Stopdevicetocollectinformationviasatellite,whenreachingtheappropriatesiteontheautomaticstation,atthesametimewithmanuallynewspaperstand,thisisinordertopreparewhenauto-stopsystemfailure,canbeachievedthroughtheirownoperatingmanualatstation;
WhilethestopsontheLCDscreenshowsthenameofthestation,inordertoshowclear,thedesignalsodesignedtheLEDindicatorofwaterusedtoindicatethesiteofarrival.
Keywords:
STC89C52RC;
GPSsatellitepositioning;
Voicebroadcast;
LCDdisplay
引言1
1方案设计1
2设计要求2
3器件的选择与介绍2
3.1单片机的选择与介绍2
3.2语音芯片选择与介绍6
3.2.1语音芯片的特点6
3.2.2语音芯片的电气特性7
3.2.3语音芯片内部寄存器7
3.2.4独立按键工作模式8
3.3GPS定位原理与介绍9
3.4LCD12864液晶屏的概述11
3.5TDA2822M的概述14
4硬件电路的设计与分析15
4.1系统硬件电路的设计与分析15
4.2电源电路的设计与分析15
4.3主控电路的设计与分析16
4.3.1晶振电路的设计与分析16
4.3.2LED流水指示灯电路的设计与分析17
4.3.3发光二极管特性17
4.3.4复位电路的设计与分析17
4.4语音模块电路的设计与分析18
4.5语音模块电路的设计与分析19
4.6GPS接收模块的工作原理与分析20
4.7功率放大器的设计与分析22
4.8按键电路23
5系统软件设计24
5.1程序流程图24
5.2语音模块子程序流程图25
5.3LCD12864液晶屏程序流程图26
6系统调试27
6.1硬件制作及注意事项27
6.2硬件功能的测试28
6.2.1电路调试中出现的问题28
6.3软件的设计步骤29
6.4主程序的工作过程29
6.5子程序的设计29
6.6软件调试29
7调试结果与分析30
7.1调试结果30
7.2问题的分析30
8结论31
谢辞33
参考文献34
附录35
引言
公共汽车行驶是现在城市文明的代表，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。
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。
随着科技的发展，在公交车上的设备越来越先进，特别是在服务方面，完成可以通过自身的系统完成服务，其中较为突出是报站器。
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。
最近发展为无人服务系统，通过在公交车上安装先进的报站器，可以方便地服务乘客，同时也减轻司机的工作负担。
所以在现代的公交车上，先进的报站器是不可缺少的。
就我国城市的交通要求，设计出了一款基于GPS的公交车自动报站系统。
该系统采用GPS卫星定位技术，取代了传统公交车语音报站必须由司机操控才能工作的落后方式，在公交车进站、出站、拐弯时能及时、准确地自动播报站名及服务用语，实现公交车报站的完全智能化。
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。
为此，一般公交车上安装的新进公交报站系统都为自动报站系统。
1方案设计
本设计的任务是基于单片机的公共汽车报站器设计，整体大概分为：
主控、语音、显示、卫星定位、音频放大五个模块。
主控芯片可以选择STC89C52RC单片机，卫星定位模块是GPS全球定位模块，语音芯片可以选择ISD1700S系列语音芯片，显示部分选择LCD12864显示，音频放大器可以选择以TDA2822M为主组成的功率放大器。
GPS接收模块接受GPS卫星发送的定位数据，经简单的字符串操作可分别找出GPS信号中的经度、纬度以及相应的格林威治时间等定位信息。
然后，将这些经纬度信息通过串口发送给单片机处理。
经单片机处理后可以得到各种动态的信息。
整体设计思路：
通过获取GPS定位系统输入信息或是按键电路，直接输出数字信号给单片机STC89C52RC进行处理，单片机得到信号后调播存储在语音芯片中的语音，通过功率放大器放大，实现语音播报；
再由LCD液晶屏和LED显示当前站名信息，可实现整个报站系统。
系统框图如下图所示：
图1.1系统框图
2设计要求
本设计的任务是基于单片机的公共汽车报站器设计，最终要能实现语音播报，最好同时具有自动和手动播报，自动报站是先要通过GPS接收卫星信息后才能自动报站，播报的同时要在显示屏或LED上显示相应的站名信息；
由于语音芯片出来的音频信号很弱，在公交车上是无法满足乘客的要求的，所以必须要对语音芯片出来的音频信号进行音频放大，即，加多一级功率放大；
所以整体设计的器件必须要有单片机、语音芯片、GPS接收模块、LCD液晶显示屏或是LED灯、功率放大器、按键等才能设计好完整的报站器。
3器件的选择与介绍
3.1单片机的选择与介绍
对于本设计功能的要求，单片机可以选择STC89C52RC，它能满足整体系统的控制和内存空间，成本也很实惠，与其他较为高级的单片机相比，它能满足功能要求、经济实惠、能提高经济效益，所以本设计的主控单片机选择STC89C52RC。
STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。
主要特性如下：
1.增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051。
2.工作电压：
5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V单片机）。
3.工作频率范围：
0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz
4.用户应用程序空间为8K字节。
5.片上集成512字节RAM。
6.通用I/O口（32个），复位后为：
P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。
7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片
8.具有EEPROM功能。
9.具有看门狗功能。
10.共3个16位定时器/计数器。
即定时器T0、T1、T2。
11.外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。
12.通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART。
13.工作温度范围：
-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）。
14.PDIP封装。
STC89C52RC单片机的工作模式：
（1）掉电模式：
典型功耗<
0.1μA,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序。
（2）空闲模式：
典型功耗2mA。
（3）正常工作模式：
典型功耗4Ma～7mA。
（4）掉电模式可由外部中断唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备。
芯片外形和引脚如下图：
图3.1STC89C52RC引脚图
VCC（40引脚）：
电源电压
VSS（20引脚）：
接地
P0端口（P0.0～P0.7，39～32引脚）：
P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。
作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。
在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。
此时，P0口内部上拉电阻有效。
在FlashROM编程时，P0端口接收指令字节；
而在校验程序时，则输出指令字节。
验证时，要求外接上拉电阻。
P1端口（P1.0～P1.7，1～8引脚）：
P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。
P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。
对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。
P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流（
）。
此外，P1.0和P1.1还可以作为定时器/计数器2的外部技术输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体参见下表3.1.1：
在对FlashROM编程和程序校验时，P1接收低8位地址。
表3.1.1P1.0和P1.1引脚复用功能
引脚号
功能特性
P1.0
T2（定时器/计数器2外部计数输入），时钟输出
P1.1
T2EX（定时器/计数器2捕获/重装触发和方向控制）
P2端口（P2.0～P2.7，21～28引脚）：
P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。
P2的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。
对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。
P2作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（
P3端口（P3.0～P3.7，10～17引脚）：
P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。
P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。
对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。
P3做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流（
在对FlashROM编程或程序校验时，P3还接收一些控制信号。
P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能，如表3.1.2所示：
表3.1.2P3口引脚复用功能
复用功能
P3.0
RXD（串行输入口）
P3.1
TXD（串行输出口）
P3.2
（外部中断0）
P3.3
（外部中断1）
P3.4
T0（定时器0的外部输入）
P3.5
T1（定时器1的外部输入）
P3.6
（外部数据存储器写选通）
P3.7
（外部数据存储器读选通）
RST（9引脚）：
复位输入。
当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机单片机的复位初始化操作。
看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期的高电平。
特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。
DISRTO默认状态下，复位高电平有效。
ALE/
（30引脚）：
地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。
在Flash编程时，此引脚（
）也用作编程输入脉冲。
（29引脚）：
外部程序存储器选通信号（
）是外部程序存储器选通信号。
当AT89C51RC从外部程序存储器执行外部代码时，
在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存储器时，
将不被激活。
/VPP（31引脚）：
访问外部程序存储器控制信号。
为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，
必须接GND。
注意加密方式1时，
将内部锁定位RESET。
为了执行内部程序指令，
应该接VCC。
在Flash编程期间，
也接收12伏VPP电压。
XTAL1（19引脚）：
振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。
XTAL2（18引脚）：
振荡器反相放大器的输入端。
特殊功能寄存器
在STC89C52RC片内存储器中，80H～FFH共128个单元位特殊功能寄存器（SFR），SFR的地址空间。
STC89C52RC除了有定时器/计数器0和定时器/计数器1之外，还增加了一个一个定时器/计数器2.定时器/计数器2的控制和状态位位于T2CON和T2MOD。
定时器2是一个16位定时/计数器。
通过设置特殊功能寄存器T2CON中的C/T2位，可将其作为定时器或计数器。
定时器2有3种操作模式：
捕获、自动重新装载（递增或递减计数）和波特率发生器，这3种模式由T2CON中的位进行选择。
3.2语音芯片的选择与介绍
市场上的语音芯片种类很多，各有所长，但是从本设计的整体出发，综合考虑到性能和价格，本设计选择了ISD1700系列的语音芯片。
它在价格实惠的前提下，具有高指标的音质，为此才市场运用上得到了广大的推广。
ISD1700系列是华邦公司新推出的语音芯片，用来替代已经停产的ISD400系列及ISD2500系列芯片。
ISD1700系列不仅在录音时间上有更多的选择（从20秒到240秒），而且在功能上继承14及25系列的所有录放功能，并增加了一些更加人性化的提示功能及对存储地址的精确操作。
根据我们经营ISD系列芯片多年的经验来看，ISD1700的音质也较14及25系列有明显的提高。
ISD1700系列芯片有优质语音录放电路，该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。
3.2.1语音芯片的特点
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；
音质好，电压范围宽，应用灵活，价廉物美。
其外形和引脚如图3.2
图3.2ISD1700引脚图
3.2.2语音芯片的电气特性：
·
工作电压：
2.4V~5.5V,,最高不能超过6V
静态电流：
0.5~1μA
工作电流：
20mA
用户可利用震荡电阻来自定芯片的采样频率，从而决定芯片的录放时间。
间和录放音质。
下表为ISD1700的采样频率参数表：
表3.2.2-1ISD1700采样频率的参数表
采样率
Isd1730
Isd1740
Isd1750
Isd1760
Isd1790
Isd17120
Isd17150
12KHz
20secs
26secs
33secs
40secs
60secs
80secs
100secs
8KHz
30secs
50secs
90secs
120secs
150secs
6.4KHz
37secs
62secs
75secs
112secs
187secs
5.3KHz
45secs
135secs
181secs
226secs
4KHz
180secs
240secs
300secs
而芯片的采样率可以通过外部振荡电阻来调节：
表3.2.2-2振荡电阻参数表
采样频率
振荡电阻
60kΩ
80kΩ
100kΩ
120kΩ
160kΩ
3.2.3语音芯片内部寄存器
1.状态寄存器SR0是两字节数据，由MISO返回。
它包括5个状态位（D4：
D0）以及11个地址位（A10：
A0）状态寄存器，如下表：
表3.2.3-1状态寄存器SR0参数表
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
A2
A1
A0
INT
EOM
PU
FULL
CMD_ERR
D15
D14
D13
D12
D11
D10
D9
D8
A10
A9
A8
A7
A6
A5
A4
A3
2.状态寄存器SR1参数表如下：
表3.2.3-2状态寄存器SR1参数表
SE1
SE2
SE3
SE4
REC
PLAY
ERESE
RDY
3.2.4独立按键工作模式
ISD1700的独立按键工作模式录放电路非常简单（后附图），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管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。
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：
A）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。
B）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。
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