樹達學院
本科畢業設計
題目（中文）：基於微控制器的公交車自動報站器的設計
（英文）：automatic reporting system based on scm
姓名張翰文
學號 系 （部
專業、年級
指導教師
二○一〇年四月
摘要 根據at89c51微控制器的特點和公交車報站器的特點，本文提出了一種用微控制器控制語音晶元進行公交車語音自動報站的方法。同時給出了軟硬體設計的方法，設計過程中包括硬體電路設計和軟體程式編寫兩個方面，解釋了微控制器在應用過程中的方法和可能出現的問題。本文主要介紹硬體電路設計部分。
利用at89c51作為控制器，通過isd4004語音晶元建立語音資訊庫，形成變化多樣的語音資訊，利用其功放**語音資訊以及提示語音，同時運用led數碼管進行站數顯示。當公交車到達某站點，用鍵盤控制本系統工作，通過語音電路輸出語音資訊和提示，同時站數資訊在led數碼管上顯示。整個系統硬體設計包括鍵盤電路、復位電路、顯示驅動電路、顯示電路、記憶體擴充套件電路模組。
本系統很大程度上提高公交車報站的準確性，可靠性。提高了公交系統的服務質量。促進城市經濟發展和交通變化的和諧發展。
關鍵詞：at89s51微控制器，isd4004語音晶元，led數碼管，自動報站
目錄第一章緒論1
1.1 課題研究的背景及意義1
1.2 報站器的動態發展趨勢1
1.3 設計的主要目標任務2
1.4 技術指標2
第2章方案的選擇與論證3
2.1 方案比較3
2.1.1 方案一3
2.1.2 方案二4
2.2 方案選擇4
第3章硬體電路的設計5
3.1 主控電路的設計5
3.1.1 關於at89c51微控制器5
3.1.2 振盪器電路的設計8
3.1.3 復位電路的設計10
3.1.4 電壓變換電路的設計13
3.2 脈衝檢測電路的設計14
3.2.1 霍爾器件簡介14
3.2.2 光電耦合器簡介15
3.2.3 脈衝檢測電路的設計16
3.3 語音輸出電路的設計16
3.3.1 關於語音晶元16
3.3.2 錄音、放音電路的設計21
3.4 led顯示電路的設計24
3.4.1 led顯示器件簡介24
3.4.2 6116晶元簡介27
3.4.3 led點陣漢字顯示電路的設計28
3.5 總電路圖設計29
第4章軟體設計30
4.1 主控程式的設計30
4.1.1 流程圖30
4.1.2 程式清單31
4.2 語音報站程式的設計34
4.2.1 流程圖34
4.2.2 程式清單35
4.3 led漢字顯示程式的設計40
第1章緒論隨著科學技術的日益發展和進步, 無人售票公交車在街頭多起來了，語音報站器也被廣泛使用，這在相當大的程度上免除了乘務人員沿途報站的麻煩，給許多不熟悉公交線路的乘客帶來了方便。
1.1 課題研究的背景及意義
公共汽車為外出的人們提供了方便快捷的服務，而公共汽車的報站直接影響服務的質量。傳統由乘務人員人工報站，該方式因其效果太差和工作強度太大，在很多大城市已經被淘汰。近年來，隨著科學技術的日益發展和進步，微型計算機技術已經在許多領域得到了廣泛的應用。
在聲學領域，微機技術與各種語音晶元相結合，即可完成語音的合成技術，使得汽車報站器的實現成為可能，從而為市民提供了更加人性化的服務。鑑於傳統公交車報站系統的不足之處，結合公交車輛的使用特點及實際營運環境，設計了一種由微控制器控制的公交車自動報站系統。
公交車自動報站器的設計主要是為了彌補改變傳統語音報站器必須有司機操控才能工作的落後方式，進站、出站自動播報站名及服務用語，為市民提供更人性化，更完善的服務。
1.2 報站器的動態發展趨勢
公共汽車行駛在現代文明程度高的市區，它是一道流動的風景線，因而對整車外形乃至色彩都有更高的要求。作為公共汽車還要求有醒目和減少乘務人員勞動強度的電子報站器，電子顯示路牌，無人售票裝置，前後電視監視系統等新技術的採用也將越來越普及。
公交車報站器在公交事業中占有舉足輕重的地位，它直接影響到公交車的服務質量。目前公交車報站有三種方式，一種是利用gps全球衛星定位系統的公交車報站系統，在司機座位後面隔板上，安裝了一台15英吋的液晶電視和 gps訊號接收器，安裝了這套裝置後，公交車在語音報站的同時，通過液晶電視還可以顯示到站站名的字幕，這樣如果沒聽清報站的話，通過顯示屏，乘客也可以一目了然。當出現緊急情況時，排程中心將會給公交車發出相應的資訊，以簡訊的形式傳送到顯示屏上，同時車載台會發出相應的提示音；駕駛員也可以通過相應的工具進行回覆。
目前在美國部分城市gps衛星定位系統已經投入使用，國內也有此類產品的研製開發，其功能強大，系統穩定，但其投資昂貴，尤其是一些中小城市無法承受。另外兩種是手動電子報站和人工報站的方式，而它們都離不開司務人員，加大司乘人員的工作強度。手動電子報站一般有司機或者乘務員控制，經常出現錯報，誤報的情況。
城市公共運輸是市民出行的主要交通工具之一。提供舒適，安全、便捷的乘車環境，對於公交企業來說，不僅是應盡的責任，亦是不斷追求的目標。
1.3 設計的主要目標任務
本課題要求設計一公交車自動報站系統，以實現公交車的語音自動報站，即在進站、出站時候自動播報語音提示資訊及服務用語，同時利用led點陣電路進行漢字顯示。本設計要求利用at89c51作為主控晶元完成主控電路的設計，輔助電路要求包括語音電路、漢字點陣顯示電路、電源電路等。
1.4 技術指標
工作電壓 24v
靜態功耗 6w
音訊輸出 10w
訊雜比 34db
系統容量可容納300個站點資訊和8分鐘語音廣告資訊
環境溫度 -30℃～80℃
最大廣告條數 100條
第2章方案的選擇與論證
公交車自動報站系統的設計主要是對里程計數來控制報站時刻，進站、出站自動播報站名及服務用語，準確、及時、完全不需要人工介入。本章介紹了兩種不同的方案，並將其進行對比。
2.1 方案比較
2.1.1 方案一
公交車站自動報站器的設計，對車輪軸的轉角的脈衝進行計數，將計數值與預置值對比，即可確定報站時刻，達到準確自動的目的。以at89c51為主控晶元，對外來脈衝計數，結合語音晶元isd4004輸出語音。系統由脈衝檢測、脈衝計數、cpu控制、控制訊號、語音晶元、輸出顯示等組成。
原理框圖如圖2.1所示。
圖2.1 原理框圖
1. 脈衝檢測：該系統關鍵是對轉軸所轉過的圈數進行計數，考慮到車輛將在複雜的環境中執行，故採用可靠的霍爾元件dn6848作為訊號的採集裝置，再經光電耦合器4n25輸入給微控制器。
2. 脈衝計數：光電耦合器的訊號進入c51後，採用中斷方式對脈衝計數。外部晶振12mhz。
3. cpu控制：程式中將計數值於預置值進行比較，判斷是否到站，當到站時就輸出訊號控制語言晶元進行報站。
4. 控制按鍵：用於手動控制、手動調整、預置值的輸入等
5. 語言晶元：由專用語音晶元isd4004組成，可擦寫，便於在不同公交線上使用。
6. 輸出顯示：led點陣漢字顯示。
7. 預置儲存：採用兩種方式儲存，一種是在燒寫器上將資料寫入，另一種是在車上，微控制器處於輸入狀態，車輛行駛一遍，將站與站之間的脈衝數寫入片內。
2.1.2 方案二
利用8031微控制器作為cpu來進行總體控制，當汽車到達某站時，汽車司機通過鍵盤來控制本系統進行工作，並且，系統將使用狀態指示電路，向司機指示出當前的行駛方向及站號（如與實際方向不符，司機可通過鍵盤來調整）。原理圖框圖如圖2.2所示。
圖2.2 原理框圖
本系統使用8031作為cpu，由cpu來控制語音合成晶元tc8830af，使其工作在cpu控制模式下。當系統進行語音再生時，由cpu控制語音合成電路中的語音晶元來讀取其外接的儲存器內部的語音資訊，並合成語音頻號，再通過語音輸出電路，進行語音報站和提示。cpu同時通過程式讀取漢字資訊，送入led點陣顯示電路來進行漢字提示。
當系統進行語音錄製時，語音頻號通過語音輸入電路輸入給語音合成電路中的語音合成晶元，由語音合成晶元進行資料處理，並將生成的數字語音資訊儲存到語音儲存晶元中，從而建立語音庫。
2.2 方案選擇
將方案一與方案二進行比較，方案二是採用8031微控制器控制，通過鍵盤來控制報站時刻，並不完全符合設計的要求，它仍然需要操作員員手動控制，所以本課題決定選用方案一，它使用at89c51作為主控制晶元，通過對里程的計數來控制報站時刻，完全無需人工介入，選用的語音晶元是美國isd公司的isd4004，該晶元與其它語音晶元相比較，其語音音質好，錄放時間長。
第3章硬體電路的設計
公交車報站系統主要由四個部分組成，即主控電路、脈衝檢測電路、語音電路以及led點陣漢字顯示電路。各部分電路的設計在本章中做了詳細的說明。
3.1 主控電路的設計
3.1.1 關於at89c51微控制器
at89c51微控制器的結構框圖如圖3.1所示。它主要由下面幾個部分組成：
1個8位**處理單元（cpu）、片內flash儲存器、片內ram、4個8位的雙向可定址i/o口、1個全雙工uart（通用非同步接收傳送器）的序列介面、2個16位的定時器/計數器、多個優先順序的巢狀中斷結構，以及乙個片內振盪器和時鐘電路。在at89c51微控制器結構中，最顯著的特點是內部含有flash儲存器，而在其他方面的結構，則和intel公司的8051的結構沒有太大的區別。
圖3.1 at89c51微控制器的結構框圖
3.1.1.1 主要效能
1. 與mcs-51 相容
2. 4k位元組可程式設計閃爍儲存器
壽命：1000次寫/擦迴圈
資料保留時間：10年
3. 全靜態工作：0hz-24hz
4. **程式儲存器鎖定
5. 128*8位內部ram
6. 32可程式設計i/o線
7. 兩個16位定時器/計數器
8. 5個中斷源
9. 可程式設計序列通道
10. 片內振盪器和時鐘電路
另外，at89c51是用靜態邏輯來設計的，其工作頻率可下降到0hz，並提供兩種可用軟體來選擇的省電方式——空閒方式（idle mode）和掉電方式（power down mode）。在空閒方式中，cpu停止工作，而ram、定時器/計數器、序列口和中斷系統都繼續工作。在掉電方式中，片內振盪器停止工作，由於時鐘被「凍結」，使一切功能都暫停，故只儲存片內ram中的內容，直到下乙個硬體復位為止。
3.1.1.2 引腳功能說明
at89c51引腳圖如圖3.2所示。
圖3.2 at89c51引腳圖
vcc：供電電壓。
vss：接地。
p0口：p0口為乙個8位漏級開路雙向i/o口，每腳可吸收8個ttl門電流。當p0口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。
p0能夠用於外部程式資料儲存器，它可以被定義為資料/位址的低八位。在fiash程式設計時，p0 口作為原碼輸入口，當fiash進行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。
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