基于AT89C51的公交车语音报站器的设计与研究.docx
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基于AT89C51的公交车语音报站器的设计与研究
编号：
本科毕业论文（设计）
基于AT89C51的公交车语音报站器的设计
系（院）：
信息工程学院
姓名：
唐河
学号：
05
专业：
通信工程
年级：
2008级
指导教师：
李平
职称：
硕士
完成日期：
2021年5月
摘要
公交车已经成为一样工薪族和学生族出门必需的交通工具，目前公交车上采纳的公交报站系统具有语音和显示报站的大体功能，但由于报站时采纳司机手动切换，一方面增加了司机的劳动强度，另一方面由于司机的误报或漏报，造成乘客误下或漏下，关于公走运营产生了专门大负面阻碍，更会对乘客造成很多没必要要的阻碍。
为此，研究公交车自动报站系统是超级必要的。
本课题要紧研究的是基于AT89C51的公交车自动报站系统，该系统在公交车到站前语音报站，而且有LED数码管显示，到总站时公交车可向总站发送到站信息，方便总站安排公交车次。
本课题要求设计一公交车自动报站系统，以实现公交车的语音自动报站，即在进站、出站时候自动播报语音提示信息及效劳用语，同时利用LED点阵电路进行汉字显示。
本设计要求利用AT89C51作为主控芯片完成主控电路的设计，辅助电路要求包括语音电路、汉字点阵显示电路、电源电路等。
公交车报站系统要紧由四个部份组成，即主控电路、脉冲检测电路、语音电路和LED点阵汉字显示电路。
关键词:
自动报站;89C51单片机;语音芯片;LED
Abstract
Thepublictransportationhasalreadybecamethegeneralwageraceandthestudentracewentoutmustthetransportationvehicle,atpresentonthepublictransportationusesthepublictransportationnewspaperstationsystemhadthebasicfunctionwhichthepronunciationandthedemonstrationnewspaperstood,butbecausethenewspaperstoodtimeusedthedrivermanualcut,ontheonehandincreaseddriver'slaborintensity,ontheotherhandbecausedriver'smisinformationorfailedtoreport,createdthepassengerbymistakeunderorthemildchronicbloodyvaginaldischarge,hashadtheverygreatlynegativeinfluenceregardingthepublictransportationoperation,couldhaveverymanynonessentialinfluencestothe,studiesthepublictransportationautomaticnewspaperstationsystemisextremelyessential.
Thistopicmainresearchisbasedonat89C51publictransportationautomaticnewspaperstationsystemfront,thissystemstationsofarrivalthepronunciationnewspaperstationinthepublictransportation,andhastheLEDnixietubetodemonstrate,tomainterminalwhenthepublictransportationmaystationofarrivaltheinformationtothemainterminaltransmission,convenientmainterminalarrangementpublictransportationcoachtopicrequestdesignsapublictransportationautomaticnewspaperstationsystem,realizesthepublictransportationpronunciationautomaticnewspaperstation,namelyisenteringthestation,outputtingtimedisseminatesnewsthevoicepromptinformationandtheservicelanguageautomatically,simultaneouslycarriesontheChinesecharacterdemonstrationusingtheLEDlatticeelectricdesignrequestusingAT89C51tookthemastercontrolchipcompletesthemastercontrolelectriccircuitthedesign,auxiliarycircuitrequestincludingpronunciationelectriccircuit,Chinesecharacterlatticedisplaycircuit,powercircuitandsoon.
Thepublictransportationnewspaperstationsystemmainlyiscomposedbyfourparts,namelymastercontrolelectriccircuit,pulseexaminationelectriccircuit,pronunciationelectriccircuitaswellasLEDlatticeChinesecharacterdisplaycircuit.
Keyword:
Automaticnewspaperstation;80C51monolithicintegratedcircuit;pronunciationchip;LED
1绪论………………………………………………………………………..……………4
1绪论
随着科学技术的日趋进展和进步,无人售票公交车在街头多起来了，语音报站器也被普遍利用，这在相当大的程度上免去乘务人员沿途报站的麻烦，给许多不熟悉公交线路的乘客带来了方便。
课题研究的背景及意义
公共汽车为外出的人们提供了方便快捷的效劳，而公共汽车的报站直接阻碍效劳的质量。
传统由乘务人员人工报站，该方式因其成效太差和工作强度太大，在很多大城市已经被淘汰。
最近几年来，随着科学技术的日趋进展和进步，微型运算机技术已经在许多领域取得了普遍的应用。
在声学领域，微机技术与各类语音芯片相结合，即可完成语音的合成技术，使得汽车报站器的实现成为可能，从而为市民提供了加倍人性化的效劳。
鉴于传统公交车报站系统的不足的地方，结合公交车辆的利用特点及实际营运环境，设计了一种由单片机操纵的公交车自动报站系统
。
公交车自动报站器的设计主若是为了弥补改变传统语音报站器必需有司机操控才能工作的掉队方式，进站、出站自动播报站名及效劳用语，为市民提供更人性化，更完善的效劳。
报站器的动态进展趋势
公共汽车行驶在现代文明程度高的市区，它是一道流动的风光线，因此对整车外形乃至色彩都有更高的要求。
作为公共汽车还要求有夺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纳也将愈来愈普及。
公交车报站器在公交事业中占有举足轻重的地位，它直接阻碍到公交车的效劳质量。
目前公交车报站有三种方式，一种是利用GPS全世界卫星定位系统的公交车报站系统，在司机座位后面隔板上，安装了一台15英寸的液晶电视和GPS信号接收器，安装了这套设备后，公交车在语音报站的同时，通过液晶电视还能够显示到站站名的字幕，如此若是没听清报站的话，通过显示屏，乘客也能够一目了然。
当显现紧急情形时，调度中心将会给公交车发出相应的信息，以短信的形式传送到显示屏上，同时车载台会发出相应的提示音；驾驶员也能够通过相应的工具进行答复。
目前在美国部份城市GPS卫星定位系统已经投入利用，国内也有此类产品的研制开发，其功能壮大，系统稳固，但其投资昂贵，尤其是一些中小城市无法经受。
另外两种是手动电子报站和人工报站的方式，而它们都离不开司务人员，加大司乘人员的工作强度。
手动电子报站一样有司机或乘务员操纵，常常显现错报，误报的情形。
城市公共交通是市民出行的要紧交通工具之一。
提供舒适，平安、便利的搭车环境，关于公交企业来讲，不仅是应尽的责任，亦是不断追求的目标。
设计的要紧目标任务
本课题要求设计一公交车自动报站系统，以实现公交车的语音自动报站，即在进站、出站时候自动播报语音提示信息及效劳用语，同时利用LED点阵电路进行汉字显示。
本设计要求利用AT89C51作为主控芯片完成主控电路的设计，辅助电路要求包括语音电路、汉字点阵显示电路、电源电路等。
技术指标
工作电压24V
静态功耗
6W
音频输出
10W
信噪比34DB
系统容量可容纳300个站点信息和8分钟语音广告信息
环境温度-30℃～80℃
最大广告条数100条
2方案的选择与论证
公交车自动报站系统的设计主若是对里程计数来操纵报站时刻，进站、出站自动播报站名及效劳用语，准确、及时、完全不需要人工介入。
本章介绍了两种不同的方案，并将其进行对照。
方案比较
方案一
公交车站自动报站器的设计，对车轮轴的转角的脉冲进行计数，将计数值与预置值对照，即可确信报站时刻，达到准确自动的目的。
以AT89C51为主控芯片，对外来脉冲计数，结合语音芯片ISD4004输出语音。
系统由脉冲检测、脉冲计数、CPU操纵、操纵信号、语音芯片、输出显示等组成。
原理框图如图2－1所示。
语音芯片
控制信号
脉冲计数
CPU控制
输出显示
放音电路
脉冲检测
图2－1原理框图
1脉冲检测：
该系统关键是对转轴所转过的圈数进行计数，考虑到车辆将在复杂的环境中运行，故采纳靠得住的霍尔元件DN6848作为信号的搜集装置，再经光电耦合器4N25输入给单片机。
2脉冲计数：
光电耦合器的信号进入C51后，采纳中断方式对脉冲计数。
外部晶振12MHz。
3CPU操纵：
程序中将计数值于预置值进行比较，判定是不是到站，当到站时就输出信号操纵语言芯片进行报站。
4操纵按键：
用于手动操纵、手动调整、预置值的输入等
5语言芯片：
由专用语音芯片ISD4004组成，可擦写，便于在不同公交线上利用。
6输出显示：
LED点阵汉字显示。
7预置存储：
采纳两种方式存储，一种是在烧写器上将数据写入，另一种是在车上，单片机处于输入状态，车辆行驶一遍，将站与站之间的脉冲数写入片内。
方案二
利用8031单片机作为CPU来进行整体操纵，当汽车抵达某站时，汽车司机通过键盘来操纵本系统进行工作，而且，系统将利用状态指示电路，向司机指示出当前的行驶方向及站号（如与实际方向不符，司机可通过键盘来调整）。
原理图框图如图2－2所示。
语音合成
电路
8031小系统
LED点阵显示电路
语音输入输出电路
键盘
状态指
示电路
图2－2原理框图
本系统利用8031作为CPU，由CPU来操纵语音合成芯片TC8830AF，使其工作在CPU操纵模式下。
当系统进行语音再生时，由CPU操纵语音合成电路中的语音芯片来读取其外接的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。
CPU同时通进程序读取汉字信息，送入LED点阵显示电路来进行汉字提示。
当系统进行语音录制时，语音信号通过语音输入电路输入给语音合成电路中的语音合成芯片，由语音合成芯片进行数据处置，并将生成的数字语音信息存储到语音存储芯片中，从而成立语音库。
方案选择
将方案一与方案二进行比较，方案二是采纳8031单片机操纵，通过键盘来操纵报站时刻，并非完全符合设计的要求，它仍然需要操作员员手动操纵，因此本课题决定选用方案一，它利用AT89C51作为主操纵芯片，通过对里程的计数来操纵报站时刻，完全无需人工介入，选用的语音芯片是美国ISD公司的ISD4004，该芯片与其它语音芯片相较较，其语音音质好，录放时刻长。
3硬件电路的设计
公交车报站系统要紧由四个部份组成，即主控电路、脉冲检测电路、语音电路和LED点阵汉字显示电路。
各部份电路的设计在本章中做了详细的说明。
主控电路的设计
关于AT89C51单片机
AT89C单片机的结构框图如图3－1所示。
它要紧由下面几个部份组成：
1个8位中央处置单元（CPU）、片内Flash存储器、片内RAM、4个8位的双向可寻址I/O口、1个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行接口、2个16位的按时器/计数器、多个优先级的嵌套中断结构，和一个片内振荡器和时钟电路。
在AT89C单片机结构中，最显著的特点是内部含有Flash存储器，而在其他方面的结构，那么和Inter公司的8051的结构没有太大的区别。
CPU
中断控制
振荡器
片内
Flash
存储器
总线控制
片内
RAM
4I/O端口
ETC
定时器1
定时器0
串行端口
外部
中断
P0P2P1P3
地址/数据
TXDRXD
计数器
输入
图3－1AT89C单片机的结构框图
.1要紧性能
1与MCS-51兼容24K字节可编程闪烁存储器寿命：
1000次写/擦循环数据保留时刻：
10年3全静态工作：
0Hz-24Hz4三级程序存储器锁定5128*8位内部RAM632可编程I/O线7两个16位按时器/计数器86个中断源9可编程串行通道10片内振荡器和时钟电路
另外，AT89C51是用静态逻辑来设计的，其工作频率可下降到0Hz，并提供两种可用软件来选择的省电方式——空闲方式（IdleMode）和掉电方式（PowerDownMode）。
在空闲方式中，CPU停止工作，而RAM、按时器/计数器、串行口和中断系统都继续工作。
在掉电方式中，片内振荡器停止工作，由于时钟被“冻结”，使一切功能都暂停，故只保留片内RAM中的内容，直到下一个硬件复位为止。
.2引脚功能说明
AT89C51引脚图如图3－2所示。
图3－2AT89C51引脚图
VCC：
供电电压。
VSS：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8个TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被概念为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它能够被概念为数据/地址的低八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，现在P0外部必需被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外手下拉为低电平常，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄放器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和操纵信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外手下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
口管脚备选功能RXD（串行输入口）TXD（串行输出口）/INT0（外部中断0）/INT1（外部中断1）T0（记时器0外部输入）T1（记时器1外部输入）/WR（外部数据存储器写选通）
/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些操纵信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要维持RST脚两个机械周期的高电平常刻。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存许诺的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平常，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于按时目的。
但是要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
现在，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
若是微处置器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每一个机械周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不显现。
/EA/VPP：
当/EA维持低电平常，那么在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是不是有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端维持高电平常，其间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出
。
振荡器电路的设计
89系列单片机的内部振荡器电路如图3－3所示，由一个单级反相器组成。
XTAL1为反相器的输入，XTAL2为反相器的输出。
能够利用它内部的振荡器产生时钟，只要在XTAL1和XTAL2引脚上外接一个晶体及电容组成的并联谐振电路，便组成一个完整的振荡信号发生器，如图3－5示，此方式称为内部方式。
另一种利用方式如图3－4示，由外部时钟源提供一个时钟信号到XTAL1端输入，而XTAL2端浮空。
在组成一个单片机应用系统时，多数采纳图3－5所示的方式，这种方式的结构紧凑，本钱低廉，靠得住性高。
振荡器的等效电路如图3－5上部所示。
在图中给出了外接元件，即外接晶体及电容C1，C2，并组成并联谐振电路。
在电路中，对电容C1和C2的值要求不是很严格，若是用高质的晶振，那么不管频率为多少，C1，C2通常都选择30pF。
有时，在某些应用处合，为了降低本钱，晶体振荡器可用陶瓷振荡器代替。
若是利用陶瓷振荡器，那么电容C1，C2的值取47pF。
XTAL2
XTAL1
内部定时
/PD
400
D1
D2
Q1
Rf
Q2
VCC
Q3
Q4
图3－3AT89C51单片机内部振荡器电路
XTAL2
XTAL1
GND
NC
CMOS门
外部振荡信号
图3－4外部时钟接法
XTAL1
XTAL2
89系列单片机
GND
内部定时
VCC
/PD
Rf
石英晶体或
陶瓷振荡器
C1
C2
图3－5片内振荡器等效电路
通常，在单片机中对所利用的振荡晶体的参数要求如下：
ESR（等效串联电阻）：
依照所需频率按图3－6选取。
C0（并联电容）：
最大。
CL（负载电容）：
30pF+3pF。
通常，其误差及温度转变的范围要按系统的要求来确信。
600
500
400
300
200
100
0481216
图3－6ESR与频率的关系曲线
在本设计中，采纳的是内部方式，即如图3－5所示，在XTAL1和XTAL2引脚上外接一个12MHZ的晶振及两个47pF的电容组成。
复位电路的设计
89系列单片机与其他微处置器一样，在启动的时候都需要复位，使CPU及系统各部件处于确信的初始状态，并从初始状态开始工作。
89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。
当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳固后，如RST引脚上有一个高电平并维持2个机械周期（24个振荡周期），那么CPU就能够够响应并将系统复位。
复位时序如图3－7所示，因外部的复位信号是与内部时钟异步的，因此在每一个机械周期的S5P2都对RST引脚上的状态采样。
当在RST端采样到“1”信号且该信号维持19个振荡周期以后，将ALE和/PSEN接成高电平，使器件复位。
在RST端电压变低后，通过1-2个机械周期后退出复位状态，从头启动时钟，并恢复ALE和/PSEN的状态。
若是在系统复位期间将ALE和/PSEN引脚拉成低电平，那么会引发芯片进入不定状态。
|S5|S6|S1|S2|S3|S4|S5|S6|S1|S2|S3|S4|S5|S6|S1|S2|S3|
RST：
INSTADDRINSTADDRINSTADDRINSTADDRINSTADDRINST
ALE：
/PSEN：
P0：
11振荡周期
19振荡周期
图3－7内部复位定不时序
.1手动复位
手动复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。
一样采纳的方法是在RST端和正电源VCC之间接一个按钮。
当人为按下按钮时，那么VCC的+5V电平就会直接加到RST端。
由于人的动作专门快也会使按钮维持接通达数十毫秒，因此，保证能知足复位的时刻要求。
手动复位的电路如图3－8所示。
Vcc
AT89C51
RST
GND
10uF
+
Vcc
图3－8手动复位电路
.2上电复位
AT89C51的上电复位电路如图3－9所示，只要在RST复位输入引脚上接一电容至VCC端，下接一个电阻到地即可。
关于CMOS型单片机，由于在RST端内部有一个下拉电阻，故可将外部电阻去掉，而将外接电容减至1uF。
上电复位的进程是在加电时，复位电路通过电容加给RST端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着Vcc对电容的充电进程而慢慢回落，即RST端的高电平信号必需维持足够长的时刻。
上电时，Vcc的上升时刻约为10ms，而振荡器的起振时刻取决于振荡频率，如晶振频率为10MHz，起振时刻为1ms；晶振频率为1MHz，起振时刻那么为10ms。
在图3－8的复位电路中，当Vcc掉电时，必然会使RST端电压迅速下降到0V以下，可是，由于内部电路的限制作用，那个负电压将可不能对器件产生损害。
另外，在复位期间，端口引脚处于随机状态，复位后，系统将端口置为全“1”态。
若是系统在上电时得不到有效的复位，那么在程序计数器PC中将得不到一个适合的初值，因此，CPU可能会从一个未被概念的位置开始执行程序。
Vcc
AT89C51
RS
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