公交车语音报站器的

1、公交车语音报站器的辽宁工业大学单片机及接口技术课程设计（论文）题目：公交车语音报站器的设计院（系）：电子与信息工程学院专业班级：学 号：学生姓名：指导教师：教师职称：讲师起止时间：2013. 7. 32012. 7. 12单片机接口技术课程设计（论文）课程设计（论文）任务及评语院（系）：电子与信息工程学院教研室：通信工程教研室学号学生姓名专业班级课程设计 （论文）题目公交车语音报站器的设计课程设计(论文)任务主要技术指标及要求：1、设计一个单片机控制的公交车语音报站器；2、公共汽车车到达A站时，司机按键，扬声器发出“A站到了，请从后门下 车”的语音信号，当监测到汽车启动信号时，扬声器发出“车辆

2、启动， 请站稳扶好，下一站B站”的语音信号；3、报站点可达16个；设计内容：1、分析设计要求，明确性能指标；查阅资料、设计方案分析对比。2、论证并确定合理的总体设计方案，绘制总体结构框图，分析工作原理。3、完成各单元具体电路的设计：单片机最小系统、语音电路、显示等电路。 包括元器件选择、工作原理分析。4、写出程序流程图及汇编源程序。5、完成课程设计说明书。3指导教师评语及成绩平时成绩(20%)：论文成绩(60%)：答辩成绩(20%)：成绩：指导教师签字：年月日摘要由于现在的公交车上大部分都采用投币的购票方式，不再设乘务员。如何方便、准 确地指示乘客到站的以成为当务之急。虽然随着单片机的出现，早

3、有设计出的语音自动 报站器投入使用，但实践证明，只有语音的报站器并不能满足所有乘客的需要，比如在 噪音比较大的场合或者聲哑人乘车时，就有可能因听不见语音报站而导致坐过站，为乘 客带来不便。因此，我们研制这个具有汉字显示功能和语音输出功能的报站器单片机系 统，以满足这个需要。本设计主要解决如何方便、准确地指示乘客到站的问题，具有模拟人声进行报站和 预报站，对所报站数和站名进行文字显示和站名语音信息录放及站名选择控制等功能。 系统包括微控制器模块，语音录放电路，站数、站名显示模组，键盘接口电路，复位电 路及电源等。系统使用51单片机来控制语音合成芯片和液晶显示模组。语音合成芯片 ISD4004,采

4、用模拟数据半导体存储器直接存储的专利技术，即将模拟语音数据直接写入 单个存储单元，不需经过A/D、D/A转换，因此能够较好地真实再现语音的自然效果， 避免了一般固体语音电路因为量化和压缩造成的量化噪声和失真现象。配合液晶屏显示, 就使得该报站系统更加实用。关键字：单片机，语音提示，文字显示，公交报站目录摘要II第1章设计方案论证11.4设计的应用意义1仁2设计方案的选择21.3总体设计方案框图分析 2第2章硬件电路设计32.1单元电路设计与原理分析3第3章5第4章程序设计83.1程序流程图83. 2源程序清单9第5章设计总结17第6章参考文献18附录1： 19附录2： 20单片机接口技术课程设

5、计（论文）4纟/咪殳尊单片机接口技术课程设计(论文)第1章设计方案论证1.1设计的应用意义由于现在的公交车上大部分都采用投币的购票方式，不再设乘务员。如何方便、准确 地指示乘客到站的以成为当务之急。虽然随着单片机的出现，早有设计出的语音自动报站 器投入使用，但实践证明，只有语音的报站器并不能满足所有乘客的需要，比如在噪音比 较大的场合或者聋哑人乘车时，就有可能因听不见语音报站而导致坐过站，为乘客带来不 便。因此，我们研制这个具有站点显示功能和语音输出功能的报站器单片机系统，以满足 这个需要。本系统使用AT89C51单片机作为CPU,由CPU来控制语音合成芯片ISD4004,使其工 作在CPU控

6、制模式下。当系统进行语音再生时，由CPU控制语音合成电路中的语音芯片来 读取存储器内部的语音信息，并合成语音信号，再通过语音输出电路，进行语音报站和提 示。语音是众多信息载体中具有最大信息容量的信号，具有很高的智能水平，人们在提高 计算机系统智能化水平时，在人机对话方面就是寻求最好的语音信息交换手段。人们对语 音发声的物理机能有了深刻的理解，便希望使机器能够用语音报告有关信息，这种人机界 面上的渴求，促进了语音合成技术的商品化的通用化。语音合成芯片的问世，是数字技术发展的结晶。人们只要利用大规模集成电路再配置 少部分外围电路，如分力元件，就可以构成语音系统。LR3683语音合成芯片，是Shar

7、p公 司推出的比新的语音合成集成电路，它包括波形编码系统，可定时抽取语音数据样本，以 供系统作量化和编码之用。LR3683语音合成芯片只是代表了 一种语音合成芯片发展的形 式。由于语音合成按其使用目的和约束条件等可分为多种合成方式，语音合成的数字方法 也因编码方法的多样性而且类型结构不一致。因此，语音芯片的种类很多，规格很丰富。 世界有许多厂商研制开发语音芯片，我们就有了较多的选择余地。如美MISD (Information Storage Devices)公司的ISD系列芯片采用直接模拟存储专利技术，把语音信号以原始的 模拟形式直接存储在片内EEPROM存储器中，无需进行A/D转换和压缩处理

8、等，从而减少 了失真、大大提高了录放音质量，并具有抗断电、音质好、使用方便、可反复录放、无需 专用的语音开发工具、能随意更改内容和耗电省等优点，很适合于现场录放音系统。本系 统就是采用ISD4004语音合成芯片。单片机接口技术课程设计（论文）1.2设计方案的选择本设计有很多方案可供选择，在本设计中选择了两种方案。方案一：采用七段数码管做为显示部分，依次显示站的编号，本设计需要三个按键作 为控制，第一个按键用来控制站数点加一同时播放录音提示，第二个按键控制站点数复位, 第三个按键控制单片机复位。语音提示模块选用ISD4004系列语音芯片，外接话筒和音箱 组成语音录制和播放电路。其中，音箱由音频功

9、率放大器LM386驱动。方案二：采用LCD1602液晶显示器显示站点信息。采用矩阵键盘控制站点信息显示和 语音播放。语音部分釆用ISD4004系列语音芯片，外接话筒和音箱组成语音录制和播放电 路。其中，音箱由音频功率放大器LNI386驱动。综合比较，由于方案一显示部分不能有效显示站点信息只能显示出站数，不便于乘客 掌握到站信息，因次，本实验釆用方案二来设计。因为方案二可以显示出站名，方便乘客 出行。1.3总体设计方案框图分析9总体方案框图如图1.1所示:总体方案框如图11所示，核心部件是单片机，晶振用来提供机器周期，复位电路时用来复位单 片机，使其回到初始状态，语音其实模块采用ISD4004,

10、文字显示模块采用LCD1602来 显示，键盘采用矩阵键盘。件电路设计2.1单元电路设计与原理分析第一部分为时钟部分，片内晶振电路输入线（XTAL1和XTAL2）用来外接石英晶 振和微调电容，即用来连接8031片内OSC的定时反馈回路。石英晶振起振后，能在XYAL2 线上输入一个3V左右的正弦波，使得8031片内的OSC电路按与石英晶振相同的频率自激振 荡。为了使8031和外部存储器同步从而可靠工作，8031的访存时间必须大于所用外部存储 器的最大存取时间。Intel 2764的读出时间为200450ns,然而,从8031向外部存储器发出 地址码和读写信号到从P0 口选通读出数据或保存写入数据所

11、需要的时间，至少需要两个时 钟周期以上。所以，我们选取振荡器频率为12MHZo其电路如图21所示。C1apFII X1CRYSTAL02 2.1时钟电路如图2.1所示，晶振与电容O和C?构成时钟电路，给单片机的XTAL1与XTAL2提供 时钟周期。第二部分为复位电路，复位操作可以是单片机摆脱“锁死”和“飞跑”状态。单片机 复位口（RST）高电平时可以使8031处于复位（即初始化）工作状态。通常，8031的复位 有自动上电复位和人工按钮复位两种。在单片机应用系统中，除单片机本身需要复位以外, 外部扩展I/O接口电路等也需要复位。因此，我们需要一个包括上电和按钮复位在内的系 统同步复位电路。按键与

12、电容C和电阻R构成复位电路，在本设计中采用上电复位方式， 当复位键按下达到2个机器周期以上，单片机复位，四个I/O口均为高电平。在复位状态时 单片机内部RAM的状态不受复位的影响。复位电路电路图如图2.1所示。图2. 2复位电路第三部分为键盘部分，本设计采用4*4的矩阵键盘作为键盘输入，电路如图23所示:图2. 3键盘电路键盘分两大类：编码键盘和非编码键盘，独立式按键属于非编码键盘，只简单地提 供键盘的行列与矩阵，其他操作如键的识别，决定按键的读数等仅靠软件完成，故硬件 较为简单，但占用CPU较多时间。非编码键盘的键输入程序应完成的基本任务1监测有 无键按下；2.判断是哪个键按下；3.完成键处

13、理任务。矩阵式键盘适用于按键数量较多的 场合，由行线和列线组成，按键位于行列的交叉点上。节省I/O 口。行线通过上拉电阻 接到+5V上。无按键时，行线处于高电平状态，有键按下，行线电平状态将由与此行线 相连的列线电平决定。列线电平为低，则行线电平为低；列线电平为高，则行线电平为 高。第四部分为显示部分，本设计釆用LCD1602作为显示器，该显示器为双行显示，显 示到站信息。第五部分为语音模块部分，该部分电路以LSD4004为语音核心模块，电路如图24 所示。35SCLKMOSIccdMISOXCLK/ssdINIRACNCNCVgNCNCNCNCNCNCNCNCVssaYccavssaAKA

14、I N-NOOUTANA IN-州/“PNCiaR1 I厶i：it1IHII urU2R7tuC8卜7-1C10$CR12C12 卄C11R101O图2. 4语音模块ISD4004系列语音芯片工作电压为+3V,单片录放时间8到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储陈列。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）jt入。芯片 采用多电平直接模拟量存储技术，每个采样值直接存储在片内闪烁存储器中，因此能够非 常真实、自然

15、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。采样频率可以是4.0,5.3,64或80kHz,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储器中,可在断电情况下保存一百年（典型值）， 可反复录音十万次。操作规则如下：（1）串行外设接口 ISD4000系列语音芯片工作于SPI串行接口。SPI协议是一个同步 串行数据传输协议，设定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK的下降沿将数据送至MISO引 脚。以ISD4004为例，协议的具体内容如下： 所有串行数据传输开始于豆下降沿。 石在传输期间必须保持低电平，在两条指令之间则保持高电平。 数

16、据在时钟上升沿移入，在下降沿移出。 更变低，输入指令和地址后，ISD4004才能开始录倣操作。 指令格式是（八位控制码）加（十六位地址码）。ISD4004的任何操作如果遇到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。 使用“读”指令使中断状态位移出ISD4004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）。 所有操作在运行位（RUN）置1时开始，置0时结束。 所有指令都在丽端上升沿开始执行。

17、（2）信息快进 用户不必知道信息的确切地址就能快进跳过一条信息。信息快进只 用于放音模式，放音速度是正常的1600倍，遇到EOM后停止，然后内部地址计数器1,指 向下一条信息的开始处。（3）上电顺序 器件延时TPUD （8KHz采样时，约为25ms）后才能开始操作。因此, 用户发完上电指令后，必须等待TPUD,才能发出下一条操作指令。第4章程序设计3.1程序流程图本设计釆用C语言编写程序。其流程图如图3. 1所示。判断是哪个键按下,显示器显示相应信息语音模块播放相应语音提示单片机接口技术课程设计(论文)3.1程序流程图133.2源程序清单#include/包含单片机寄存器的头文件#includ

18、e/包含随机函数randO的定义文件#include包含_nop_()函数定义的头文件sbit RS二P35;sbit RW=P36;sbit E二P37;sbit BF=P27;#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar keyl, key;unsigned char code key_code=Oxee, Oxde, Oxbe, 0x7e, Oxed, Oxdd, Oxbd, 0x7d,Oxeb, Oxdb, Oxbb, 0x7b, 0xe7, 0xd7, 0xb7, 0x77 ;unsignedcharcode st

19、ring =This stationunsignedcharcode stringlE = Next stationunsignedcharcode string3 =ABCDEFGHIJKLMNOP;/水*祁末*水* 水水水* 林*4c*)ioioio|oic 末床 *水水水*林*函数功能：延时1ms(3 j+2) *i= (3 X 33+2) X 10=1010 (微秒)，可以认为是 1 毫秒水*/void delay 1ms ()unsigned char i, j;for(i=0;i10;i+) for(j=0;j33;j+);)/* 林 *材*3|0|0|(*林*函数功能：延时若干毫

20、秒入口参数：nvoid delay(unsigned char n)unsigned char i; for(i=0;in;i+) delaylms ();/ *9|0|C*3|0|0jC*3|0|C*函数功能：判断液晶模块的忙碌状态返回值：resulto result=l,忙碌;result=0,不忙unsigned char BusyTest(void)bit resuIt;RS 二0;RW=1;根据规定，RS为低电平，RW为高电平时，可以读状态E=l;/E=l,才允许读写_nop_();/空操作_nop_ ();.nop.();_nop_ ();空操作四个机器周期，给硬件反应时间resu

21、lt=BF;将忙碌标志电平赋给resultE=0;将E恢复低电平return resuIt;/* 林 *|o|c* 林 *函数功能：将模式设置指令或显示地址写入液晶模块入口参数：dictate*林* 林*4o|o|c*/void delayms(uint ms)uchar t;while(ms)for(t = 0; t 120; t+);void Writeinstruction (unsigned char dietate)wh订e(BusyTest ()=1); /如果忙就等待RS=0;根据规定，RS和R/W同时为低电平时，可以写入指令RW=0;E=0;/E置低电平(根据表8-6,写指令时

22、，E为髙脉冲,/就是让E从0到1发生正跳变，所以应先置0_nop_ ();_nop_();空操作两个机器周期，给硬件反应时间P2=dictate;_nop_();_nop_ ();_nop_ ();_nop_ ();E=l;_nop_ 0；_nop_();_nop_ ();_nop_();E=0;行命令)将数据送入POD,即写入指令或地址空操作四个机器周期，给硬件反应时间/E置髙电平空操作四个机器周期，给硬件反应时间当E由高电平跳变成低电平时，液晶模块开始执/3( 3( 3( 9(9( 3( 3( 3( 3( 9( 3(函数功能：指定字符显示的实际地址入口参数：X- -亠厶亠亠亠八亠亠亠4 亠

23、4 八八八 -亠八 亠八八 八 一 一 八八八亠亠一 亠亠亠亠亠亠八亠4 八 八八一八亠亠厶 /F净木*木木半*邓字净*木半*净净净邓净木*豕*!K*净净净净净净卒半豕卒/void WriteAddress(unsigned char x)Writeinstruction （x 10x80）; /显示位置的确定方法规定为80H+地址码x/* 衬 *林*3)0|0|(* 林 *函数功能：将数据（字符的标准ASCII码）写入液晶模块入口参数：y（为字符常量）void WriteData(unsigned char x)while (BusyTest () =1);RS=1;/RS为高电平，RW为低

24、电平时，可以写入数据RW二 0;E=0;/E置低电平(根据表8-6,写指令时，E为高脉冲，/就是让E从0到1发生正跳变，所以应先置0P2 二x;将数据送入P0 口，即将数据写入液晶模块nop.();nop.();nop_ ();nop.();空操作四个机器周期，给硬件反应时间E=l;/E置高电平当E由高电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令/*林*衬*(*林*函数功能：对LCD的显示模式进行初始化设置void Lcdlnitiate(void)delay (15);延时15ms,首次写指令时应给LCD 一段较长的反应时间Writeinstruction(0x38); 显示模式设置：16X2显

25、示，5X7点阵，8位数据 接口delay (5);延时5ms ,给硬件一点反应时间Writeinstruction(0x38);delay(5);Writeinstruction (0x38); 连续三次，确保初始化成功delay (5);Writeinstruction(0x0c); 显示模式设置：显示开，无光标，光标不闪烁delay (5);单片机接口技术课程设计（论文）Writeinstruction (0x06); 显示模式设置：光标右移，字符不移delay (5);Writeinstruction(0x01) ;/清屏幕指令，将以前的显示内容清除delay (5);void dela

26、yO(uchar x)uchar i;while(x)for (i = 0; i13; i+) ；)uchar keyscan ()uchar scanl, scan2, keycode, j;Pl=0xf0;scanl=Pl;判键是否按下延时30ms二次判键是否按下/组合成键编码if(scanl&Oxf0)!=0xf0)delayms(30);scanl=Pl;if(scanl&OxfO)!=0xf0)Pl=0x0f;scan2=Pl;keycode=scanl|scan2;for(j=0;j=15;j+)if (keycode= key_codej) /查表得键值 key=j;return

27、(key);)else Pl=Oxff;:return (key);/*判键是否按下子函数* 林*水*/void keydown ()Pl=0xf0;if(Pl!=0xf0)key=keyscan ();keyl=key+l;)/*函数功能：主函数士士乂士立士乂土乂士乂土业企W合*乂业乂土士士乂*士乂*Wk上乂乂乂企士占占/void main(void)unsigned char 1=8, i; 定义变量i指向字符串数组元素LcdlnitiateO ;调用LCD初始化函数delay(10);/延时10ms,给硬件一点反应时间WriteAddress (0x00);/从第1行第3列开始显示1 =

28、 0;指向字符数组的第1个元素while (string i !=0)WriteData(stringi);i+ ；指向下字符数组一个元素)WriteAddress (0x40);/从第1行第3列开始显示i = 0;抬向字符数组的第1个元素while (stringlti !=0)WriteData(stringli);i卄；指向下字符数组一个元素while (1)无限循环keydown ();WriteAddress(OxOf);WriteData(string3key);WriteAddress(0x4f);WriteData(string3key+1);)第5章设计总结目前，在公交车报站方面，由传统的人工报站，逐渐改变为使用微电脑控制的语音文 字报站系统。本文设计了实现公共汽车的语音自动报站以及汉字提示的功能的系统。具体 将整个系统分为几个大的模块，对每个模块进行详细的设计，系统基本上完成设计要求。 最终所用的这些芯片均是常见的并且价格比较便宜的，其制作过程也是不很复杂的，整个 系统高科技含量大，并很实用，所以有很好的发展前景。在设计制作过程中利用普通的元 件，在短期内便