公交車語音報站器的

1、公交車語音報站器的遼寧工業(yè)大學(xué)單片機及接口技術(shù)課程設(shè)計（論文）題目：公交車語音報站器的設(shè)計院（系）：電子與信息工程學(xué)院專業(yè)班級：學(xué) 號：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：教師職稱：講師起止時間：2013. 7. 32012. 7. 12單片機接口技術(shù)課程設(shè)計（論文）課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語院（系）：電子與信息工程學(xué)院教研室：通信工程教研室學(xué)號學(xué)生姓名專業(yè)班級課程設(shè)計 （論文）題目公交車語音報站器的設(shè)計課程設(shè)計(論文)任務(wù)主要技術(shù)指標(biāo)及要求：1、設(shè)計一個單片機控制的公交車語音報站器；2、公共汽車車到達(dá)A站時，司機按鍵，揚聲器發(fā)出“A站到了，請從后門下 車”的語音信號，當(dāng)監(jiān)測到汽車啟動信號時，揚聲器發(fā)出“車輛

2、啟動， 請站穩(wěn)扶好，下一站B站”的語音信號；3、報站點可達(dá)16個；設(shè)計內(nèi)容：1、分析設(shè)計要求，明確性能指標(biāo)；查閱資料、設(shè)計方案分析對比。2、論證并確定合理的總體設(shè)計方案，繪制總體結(jié)構(gòu)框圖，分析工作原理。3、完成各單元具體電路的設(shè)計：單片機最小系統(tǒng)、語音電路、顯示等電路。 包括元器件選擇、工作原理分析。4、寫出程序流程圖及匯編源程序。5、完成課程設(shè)計說明書。3指導(dǎo)教師評語及成績平時成績(20%)：論文成績(60%)：答辯成績(20%)：成績：指導(dǎo)教師簽字：年月日摘要由于現(xiàn)在的公交車上大部分都采用投幣的購票方式，不再設(shè)乘務(wù)員。如何方便、準(zhǔn) 確地指示乘客到站的以成為當(dāng)務(wù)之急。雖然隨著單片機的出現(xiàn)，早

3、有設(shè)計出的語音自動 報站器投入使用，但實踐證明，只有語音的報站器并不能滿足所有乘客的需要，比如在 噪音比較大的場合或者聲啞人乘車時，就有可能因聽不見語音報站而導(dǎo)致坐過站，為乘 客帶來不便。因此，我們研制這個具有漢字顯示功能和語音輸出功能的報站器單片機系 統(tǒng)，以滿足這個需要。本設(shè)計主要解決如何方便、準(zhǔn)確地指示乘客到站的問題，具有模擬人聲進(jìn)行報站和 預(yù)報站，對所報站數(shù)和站名進(jìn)行文字顯示和站名語音信息錄放及站名選擇控制等功能。 系統(tǒng)包括微控制器模塊，語音錄放電路，站數(shù)、站名顯示模組，鍵盤接口電路，復(fù)位電 路及電源等。系統(tǒng)使用51單片機來控制語音合成芯片和液晶顯示模組。語音合成芯片 ISD4004,采

4、用模擬數(shù)據(jù)半導(dǎo)體存儲器直接存儲的專利技術(shù)，即將模擬語音數(shù)據(jù)直接寫入 單個存儲單元，不需經(jīng)過A/D、D/A轉(zhuǎn)換，因此能夠較好地真實再現(xiàn)語音的自然效果， 避免了一般固體語音電路因為量化和壓縮造成的量化噪聲和失真現(xiàn)象。配合液晶屏顯示, 就使得該報站系統(tǒng)更加實用。關(guān)鍵字：單片機，語音提示，文字顯示，公交報站目錄摘要II第1章設(shè)計方案論證11.4設(shè)計的應(yīng)用意義1仁2設(shè)計方案的選擇21.3總體設(shè)計方案框圖分析 2第2章硬件電路設(shè)計32.1單元電路設(shè)計與原理分析3第3章5第4章程序設(shè)計83.1程序流程圖83. 2源程序清單9第5章設(shè)計總結(jié)17第6章參考文獻(xiàn)18附錄1： 19附錄2： 20單片機接口技術(shù)課程設(shè)

5、計（論文）4纟/咪殳尊單片機接口技術(shù)課程設(shè)計(論文)第1章設(shè)計方案論證1.1設(shè)計的應(yīng)用意義由于現(xiàn)在的公交車上大部分都采用投幣的購票方式，不再設(shè)乘務(wù)員。如何方便、準(zhǔn)確 地指示乘客到站的以成為當(dāng)務(wù)之急。雖然隨著單片機的出現(xiàn)，早有設(shè)計出的語音自動報站 器投入使用，但實踐證明，只有語音的報站器并不能滿足所有乘客的需要，比如在噪音比 較大的場合或者聾啞人乘車時，就有可能因聽不見語音報站而導(dǎo)致坐過站，為乘客帶來不 便。因此，我們研制這個具有站點顯示功能和語音輸出功能的報站器單片機系統(tǒng)，以滿足 這個需要。本系統(tǒng)使用AT89C51單片機作為CPU,由CPU來控制語音合成芯片ISD4004,使其工 作在CPU控

6、制模式下。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行語音再生時，由CPU控制語音合成電路中的語音芯片來 讀取存儲器內(nèi)部的語音信息，并合成語音信號，再通過語音輸出電路，進(jìn)行語音報站和提 示。語音是眾多信息載體中具有最大信息容量的信號，具有很高的智能水平，人們在提高 計算機系統(tǒng)智能化水平時，在人機對話方面就是尋求最好的語音信息交換手段。人們對語 音發(fā)聲的物理機能有了深刻的理解，便希望使機器能夠用語音報告有關(guān)信息，這種人機界 面上的渴求，促進(jìn)了語音合成技術(shù)的商品化的通用化。語音合成芯片的問世，是數(shù)字技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶。人們只要利用大規(guī)模集成電路再配置 少部分外圍電路，如分力元件，就可以構(gòu)成語音系統(tǒng)。LR3683語音合成芯片，是Shar

7、p公 司推出的比新的語音合成集成電路，它包括波形編碼系統(tǒng)，可定時抽取語音數(shù)據(jù)樣本，以 供系統(tǒng)作量化和編碼之用。LR3683語音合成芯片只是代表了 一種語音合成芯片發(fā)展的形 式。由于語音合成按其使用目的和約束條件等可分為多種合成方式，語音合成的數(shù)字方法 也因編碼方法的多樣性而且類型結(jié)構(gòu)不一致。因此，語音芯片的種類很多，規(guī)格很豐富。 世界有許多廠商研制開發(fā)語音芯片，我們就有了較多的選擇余地。如美MISD (Information Storage Devices)公司的ISD系列芯片采用直接模擬存儲專利技術(shù)，把語音信號以原始的 模擬形式直接存儲在片內(nèi)EEPROM存儲器中，無需進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和壓縮處理

8、等，從而減少 了失真、大大提高了錄放音質(zhì)量，并具有抗斷電、音質(zhì)好、使用方便、可反復(fù)錄放、無需 專用的語音開發(fā)工具、能隨意更改內(nèi)容和耗電省等優(yōu)點，很適合于現(xiàn)場錄放音系統(tǒng)。本系 統(tǒng)就是采用ISD4004語音合成芯片。單片機接口技術(shù)課程設(shè)計（論文）1.2設(shè)計方案的選擇本設(shè)計有很多方案可供選擇，在本設(shè)計中選擇了兩種方案。方案一：采用七段數(shù)碼管做為顯示部分，依次顯示站的編號，本設(shè)計需要三個按鍵作 為控制，第一個按鍵用來控制站數(shù)點加一同時播放錄音提示，第二個按鍵控制站點數(shù)復(fù)位, 第三個按鍵控制單片機復(fù)位。語音提示模塊選用ISD4004系列語音芯片，外接話筒和音箱 組成語音錄制和播放電路。其中，音箱由音頻功

9、率放大器LM386驅(qū)動。方案二：采用LCD1602液晶顯示器顯示站點信息。采用矩陣鍵盤控制站點信息顯示和 語音播放。語音部分釆用ISD4004系列語音芯片，外接話筒和音箱組成語音錄制和播放電 路。其中，音箱由音頻功率放大器LNI386驅(qū)動。綜合比較，由于方案一顯示部分不能有效顯示站點信息只能顯示出站數(shù)，不便于乘客 掌握到站信息，因次，本實驗釆用方案二來設(shè)計。因為方案二可以顯示出站名，方便乘客 出行。1.3總體設(shè)計方案框圖分析9總體方案框圖如圖1.1所示:總體方案框如圖11所示，核心部件是單片機，晶振用來提供機器周期，復(fù)位電路時用來復(fù)位單 片機，使其回到初始狀態(tài)，語音其實模塊采用ISD4004,

10、文字顯示模塊采用LCD1602來 顯示，鍵盤采用矩陣鍵盤。件電路設(shè)計2.1單元電路設(shè)計與原理分析第一部分為時鐘部分，片內(nèi)晶振電路輸入線（XTAL1和XTAL2）用來外接石英晶 振和微調(diào)電容，即用來連接8031片內(nèi)OSC的定時反饋回路。石英晶振起振后，能在XYAL2 線上輸入一個3V左右的正弦波，使得8031片內(nèi)的OSC電路按與石英晶振相同的頻率自激振 蕩。為了使8031和外部存儲器同步從而可靠工作，8031的訪存時間必須大于所用外部存儲 器的最大存取時間。Intel 2764的讀出時間為200450ns,然而,從8031向外部存儲器發(fā)出 地址碼和讀寫信號到從P0 口選通讀出數(shù)據(jù)或保存寫入數(shù)據(jù)所

11、需要的時間，至少需要兩個時 鐘周期以上。所以，我們選取振蕩器頻率為12MHZo其電路如圖21所示。C1apFII X1CRYSTAL02 2.1時鐘電路如圖2.1所示，晶振與電容O和C?構(gòu)成時鐘電路，給單片機的XTAL1與XTAL2提供 時鐘周期。第二部分為復(fù)位電路，復(fù)位操作可以是單片機擺脫“鎖死”和“飛跑”狀態(tài)。單片機 復(fù)位口（RST）高電平時可以使8031處于復(fù)位（即初始化）工作狀態(tài)。通常，8031的復(fù)位 有自動上電復(fù)位和人工按鈕復(fù)位兩種。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，除單片機本身需要復(fù)位以外, 外部擴展I/O接口電路等也需要復(fù)位。因此，我們需要一個包括上電和按鈕復(fù)位在內(nèi)的系 統(tǒng)同步復(fù)位電路。按鍵與

12、電容C和電阻R構(gòu)成復(fù)位電路，在本設(shè)計中采用上電復(fù)位方式， 當(dāng)復(fù)位鍵按下達(dá)到2個機器周期以上，單片機復(fù)位，四個I/O口均為高電平。在復(fù)位狀態(tài)時 單片機內(nèi)部RAM的狀態(tài)不受復(fù)位的影響。復(fù)位電路電路圖如圖2.1所示。圖2. 2復(fù)位電路第三部分為鍵盤部分，本設(shè)計采用4*4的矩陣鍵盤作為鍵盤輸入，電路如圖23所示:圖2. 3鍵盤電路鍵盤分兩大類：編碼鍵盤和非編碼鍵盤，獨立式按鍵屬于非編碼鍵盤，只簡單地提 供鍵盤的行列與矩陣，其他操作如鍵的識別，決定按鍵的讀數(shù)等僅靠軟件完成，故硬件 較為簡單，但占用CPU較多時間。非編碼鍵盤的鍵輸入程序應(yīng)完成的基本任務(wù)1監(jiān)測有 無鍵按下；2.判斷是哪個鍵按下；3.完成鍵處

13、理任務(wù)。矩陣式鍵盤適用于按鍵數(shù)量較多的 場合，由行線和列線組成，按鍵位于行列的交叉點上。節(jié)省I/O 口。行線通過上拉電阻 接到+5V上。無按鍵時，行線處于高電平狀態(tài)，有鍵按下，行線電平狀態(tài)將由與此行線 相連的列線電平?jīng)Q定。列線電平為低，則行線電平為低；列線電平為高，則行線電平為 高。第四部分為顯示部分，本設(shè)計釆用LCD1602作為顯示器，該顯示器為雙行顯示，顯 示到站信息。第五部分為語音模塊部分，該部分電路以LSD4004為語音核心模塊，電路如圖24 所示。35SCLKMOSIccdMISOXCLK/ssdINIRACNCNCVgNCNCNCNCNCNCNCNCVssaYccavssaAKA

14、I N-NOOUTANA IN-州/“PNCiaR1 I厶i：it1IHII urU2R7tuC8卜7-1C10$CR12C12 卄C11R101O圖2. 4語音模塊ISD4004系列語音芯片工作電壓為+3V,單片錄放時間8到16分鐘,音質(zhì)好，適用于移 動電話及其他便攜式電子產(chǎn)品中。芯片采用CMOS技術(shù),內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、 平滑濾波器、音頻放大器、自動靜噪及高密度多電平閃爍存儲陳列。芯片設(shè)計是基于所 有操作必須由微控制器控制，操作命令可通過串行通信接口（SPI或Microwire）jt入。芯片 采用多電平直接模擬量存儲技術(shù)，每個采樣值直接存儲在片內(nèi)閃爍存儲器中，因此能夠非 常真實、自然

15、地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)和效果聲，避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮 造成的量化噪聲和金屬聲。采樣頻率可以是4.0,5.3,64或80kHz,頻率越低，錄放時間越 長，而音質(zhì)則有所下降，片內(nèi)信息存于閃爍存儲器中,可在斷電情況下保存一百年（典型值）， 可反復(fù)錄音十萬次。操作規(guī)則如下：（1）串行外設(shè)接口 ISD4000系列語音芯片工作于SPI串行接口。SPI協(xié)議是一個同步 串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，設(shè)定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK的下降沿將數(shù)據(jù)送至MISO引 腳。以ISD4004為例，協(xié)議的具體內(nèi)容如下： 所有串行數(shù)據(jù)傳輸開始于豆下降沿。 石在傳輸期間必須保持低電平，在兩條指令之間則保持高電平。 數(shù)

16、據(jù)在時鐘上升沿移入，在下降沿移出。 更變低，輸入指令和地址后，ISD4004才能開始錄倣操作。 指令格式是（八位控制碼）加（十六位地址碼）。ISD4004的任何操作如果遇到EOM或OVF,則產(chǎn)生一個中斷，該中斷狀態(tài)在下一個SPI周期開始時被清除。 使用“讀”指令使中斷狀態(tài)位移出ISD4004的MISO引腳時，控制及地址數(shù)據(jù)也應(yīng)同步 從MOSI端移入。因此，要注意移入的數(shù)據(jù)是否與器件當(dāng)前進(jìn)行的操作兼容。當(dāng)然，也允 許在一個SPI周期里，同時執(zhí)行讀狀態(tài)和開始新的操作（即新移入的數(shù)據(jù)與器件當(dāng)前的操 作可以不兼容）。 所有操作在運行位（RUN）置1時開始，置0時結(jié)束。 所有指令都在麗端上升沿開始執(zhí)行。

17、（2）信息快進(jìn) 用戶不必知道信息的確切地址就能快進(jìn)跳過一條信息。信息快進(jìn)只 用于放音模式，放音速度是正常的1600倍，遇到EOM后停止，然后內(nèi)部地址計數(shù)器1,指 向下一條信息的開始處。（3）上電順序 器件延時TPUD （8KHz采樣時，約為25ms）后才能開始操作。因此, 用戶發(fā)完上電指令后，必須等待TPUD,才能發(fā)出下一條操作指令。第4章程序設(shè)計3.1程序流程圖本設(shè)計釆用C語言編寫程序。其流程圖如圖3. 1所示。判斷是哪個鍵按下,顯示器顯示相應(yīng)信息語音模塊播放相應(yīng)語音提示單片機接口技術(shù)課程設(shè)計(論文)3.1程序流程圖133.2源程序清單#include/包含單片機寄存器的頭文件#includ

18、e/包含隨機函數(shù)randO的定義文件#include包含_nop_()函數(shù)定義的頭文件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*函數(shù)功能：延時1ms(3 j+2) *i= (3 X 33+2) X 10=1010 (微秒)，可以認(rèn)為是 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*函數(shù)功能：延時若干毫

20、秒入口參數(shù)：nvoid delay(unsigned char n)unsigned char i; for(i=0;in;i+) delaylms ();/ *9|0|C*3|0|0jC*3|0|C*函數(shù)功能：判斷液晶模塊的忙碌狀態(tài)返回值：resulto result=l,忙碌;result=0,不忙unsigned char BusyTest(void)bit resuIt;RS 二0;RW=1;根據(jù)規(guī)定，RS為低電平，RW為高電平時，可以讀狀態(tài)E=l;/E=l,才允許讀寫_nop_();/空操作_nop_ ();.nop.();_nop_ ();空操作四個機器周期，給硬件反應(yīng)時間resu

21、lt=BF;將忙碌標(biāo)志電平賦給resultE=0;將E恢復(fù)低電平return resuIt;/* 林 *|o|c* 林 *函數(shù)功能：將模式設(shè)置指令或顯示地址寫入液晶模塊入口參數(shù)：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訂e(BusyTest ()=1); /如果忙就等待RS=0;根據(jù)規(guī)定，RS和R/W同時為低電平時，可以寫入指令RW=0;E=0;/E置低電平(根據(jù)表8-6,寫指令時

22、，E為髙脈沖,/就是讓E從0到1發(fā)生正跳變，所以應(yīng)先置0_nop_ ();_nop_();空操作兩個機器周期，給硬件反應(yīng)時間P2=dictate;_nop_();_nop_ ();_nop_ ();_nop_ ();E=l;_nop_ 0；_nop_();_nop_ ();_nop_();E=0;行命令)將數(shù)據(jù)送入POD,即寫入指令或地址空操作四個機器周期，給硬件反應(yīng)時間/E置髙電平空操作四個機器周期，給硬件反應(yīng)時間當(dāng)E由高電平跳變成低電平時，液晶模塊開始執(zhí)/3( 3( 3( 9(9( 3( 3( 3( 3( 9( 3(函數(shù)功能：指定字符顯示的實際地址入口參數(shù)：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凈木*木木半*鄧字凈*木半*凈凈凈鄧凈木*豕*!K*凈凈凈凈凈凈卒半豕卒/void WriteAddress(unsigned char x)Writeinstruction （x 10x80）; /顯示位置的確定方法規(guī)定為80H+地址碼x/* 襯 *林*3)0|0|(* 林 *函數(shù)功能：將數(shù)據(jù)（字符的標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼）寫入液晶模塊入口參數(shù)：y（為字符常量）void WriteData(unsigned char x)while (BusyTest () =1);RS=1;/RS為高電平，RW為低

24、電平時，可以寫入數(shù)據(jù)RW二 0;E=0;/E置低電平(根據(jù)表8-6,寫指令時，E為高脈沖，/就是讓E從0到1發(fā)生正跳變，所以應(yīng)先置0P2 二x;將數(shù)據(jù)送入P0 口，即將數(shù)據(jù)寫入液晶模塊nop.();nop.();nop_ ();nop.();空操作四個機器周期，給硬件反應(yīng)時間E=l;/E置高電平當(dāng)E由高電平跳變成低電平時，液晶模塊開始執(zhí)行命令/*林*襯*(*林*函數(shù)功能：對LCD的顯示模式進(jìn)行初始化設(shè)置void Lcdlnitiate(void)delay (15);延時15ms,首次寫指令時應(yīng)給LCD 一段較長的反應(yīng)時間Writeinstruction(0x38); 顯示模式設(shè)置：16X2顯

25、示，5X7點陣，8位數(shù)據(jù) 接口delay (5);延時5ms ,給硬件一點反應(yīng)時間Writeinstruction(0x38);delay(5);Writeinstruction (0x38); 連續(xù)三次，確保初始化成功delay (5);Writeinstruction(0x0c); 顯示模式設(shè)置：顯示開，無光標(biāo)，光標(biāo)不閃爍delay (5);單片機接口技術(shù)課程設(shè)計（論文）Writeinstruction (0x06); 顯示模式設(shè)置：光標(biāo)右移，字符不移delay (5);Writeinstruction(0x01) ;/清屏幕指令，將以前的顯示內(nèi)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;判鍵是否按下延時30ms二次判鍵是否按下/組合成鍵編碼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) /查表得鍵值 key=j;return

27、(key);)else Pl=Oxff;:return (key);/*判鍵是否按下子函數(shù)* 林*水*/void keydown ()Pl=0xf0;if(Pl!=0xf0)key=keyscan ();keyl=key+l;)/*函數(shù)功能：主函數(shù)士士乂士立士乂土乂士乂土業(yè)企W合*乂業(yè)乂土士士乂*士乂*Wk上乂乂乂企士占占/void main(void)unsigned char 1=8, i; 定義變量i指向字符串?dāng)?shù)組元素LcdlnitiateO ;調(diào)用LCD初始化函數(shù)delay(10);/延時10ms,給硬件一點反應(yīng)時間WriteAddress (0x00);/從第1行第3列開始顯示1 =

28、 0;指向字符數(shù)組的第1個元素while (string i !=0)WriteData(stringi);i+ ；指向下字符數(shù)組一個元素)WriteAddress (0x40);/從第1行第3列開始顯示i = 0;抬向字符數(shù)組的第1個元素while (stringlti !=0)WriteData(stringli);i卄；指向下字符數(shù)組一個元素while (1)無限循環(huán)keydown ();WriteAddress(OxOf);WriteData(string3key);WriteAddress(0x4f);WriteData(string3key+1);)第5章設(shè)計總結(jié)目前，在公交車報站方面，由傳統(tǒng)的人工報站，逐漸改變?yōu)槭褂梦㈦娔X控制的語音文 字報站系統(tǒng)。本文設(shè)計了實現(xiàn)公共汽車的語音自動報站以及漢字提示的功能的系統(tǒng)。具體 將整個系統(tǒng)分為幾個大的模塊，對每個模塊進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計，系統(tǒng)基本上完成設(shè)計要求。 最終所用的這些芯片均是常見的并且價格比較便宜的，其制作過程也是不很復(fù)雜的，整個 系統(tǒng)高科技含量大，并很實用，所以有很好的發(fā)展前景。在設(shè)計制作過程中利用普通的元 件，在短期內(nèi)便