《單片機原理及應用》期末課程設計：基于單片機的公交車報站器設計

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1、數(shù)理與信息工程學院《單片機原理及應用》期末課程設計——基于單片機的公交車報站器設計 目 錄 第1節(jié) 引 言……………………………………………………………………………1 1.1 公交車報站器設計概述…………………………………………………………1 1.2 SPCE061A單片機簡介…………………………………………………………1 1.3 外擴存儲器芯片簡介……………………………………………………………1 1.4 系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能……………………………………………………………2 1.5 自動報站功能實現(xiàn)方案…………………………………………………………2 第2節(jié) 系

2、統(tǒng)主要硬件電路設計…………………………………………………………3 2.1 硬件框圖…………………………………………………………………………3 2.2 主控板電路模塊…………………………………………………………………3 2.2.1 單片機工作電路及語音輸出電路……………………………………3 2.2.2 電源電路模塊…………………………………………………………5 2.2.3 存儲器工作電路及下載線接口電路…………………………………5 2.2.4 鍵盤顯示電路模塊……………………………………………………6 2.2.5 無線收發(fā)電路模塊…………………………………………………

3、…6 第3節(jié) 系統(tǒng)軟件設計…………………………………………………………………7 3.1 系統(tǒng)主程序設計…………………………………………………………………7 3.2 錄音子程序設計………………………………………………………………13 3.3 動態(tài)掃描顯示子程序設計……………………………………………………15 第4節(jié) 結(jié)束語…………………………………………………………………………16 參考文獻…………………………………………………………………………17 基于單片機的公交車報站器設計 數(shù)理與信息工程學院 08計算機專升本 方莎娜 指導教師：余水

4、寶 第1節(jié) 引 言 隨著城市交通的快速發(fā)展，公交汽車為外出的人們提供了方便快捷的服務。而公交汽車的報站共識直接影響其服務的質(zhì)量。傳統(tǒng)報站方式是由乘務人員進行人工報站，該方式因其效果太差和工作程度太大，在很多大城市已經(jīng)被淘汰。近年來，微機技術與各種語音芯片相結(jié)合，即可完成語音的合成技術，使得公交車報站器的實現(xiàn)成為可能，從而為市民提供了更加人性化得服務。 該公交車報站器的系統(tǒng)設計原理，提出了以61單片機為核心，控制SPR4096語音芯片電路以及LED數(shù)碼管顯示的硬件設計和軟件設計方案。該系統(tǒng)語音音質(zhì)好，功能強，是提供公交服務的一種較好的手段。 1.1 公交車報站器設計概述

5、 集成有錄音和語音提示功能的智能電子設備已經(jīng)得到越來越多廣泛的應用，比如電話的自動語音留言和提示功能、汽車的倒車提示、公交車和城市地鐵的語音報站器、兒童玩具、智能門鈴、節(jié)日禮品等等都集成有語音錄放功能，目前實現(xiàn)語音錄放功能一般都是通過集成語音芯片來實現(xiàn)的。 該設計就選用SPCE061A單片機，SPCE061A單片機是凌陽科技公司研發(fā)生產(chǎn)的一款性價比很高的十六位單片機，使用它可以非常方便靈活的實現(xiàn)語音的錄放。由于凌陽單片機強大的語音處理能力使得系統(tǒng)設計有所簡化，外圍電路較少；另外具有易學易用的效率較高的一套指令系統(tǒng)和集成開發(fā)環(huán)境。在此環(huán)境中，支持環(huán)境C語言，可以實現(xiàn)C語言與凌陽匯編語言的互相調(diào)

6、用，并且提供了語音錄放的庫函數(shù)，只要了解庫函數(shù)的使用，就會很容易完成語音錄放，這些都為軟件開發(fā)提供了方便的條件。 1.2 SPCE061A單片機簡介 SPCE061A是凌陽科技公司研發(fā)的性價比很高的一款十六位單片機，使用它可以非常方便靈活的實現(xiàn)語音的錄放。該芯片擁有8路10位精度的ADC，其中一路為音頻轉(zhuǎn)換通道，并且內(nèi)置有自動增益電路。這為實現(xiàn)語音錄入提供了方便的硬件條件。兩路10位精度的DAC，只需要外接功放SPY0030A即可完成語音的播放 1.3 外擴存儲器芯片簡介 SPR4096芯片是一款性價比較高的512K*8位的高性能FLASH存儲器，同時內(nèi)嵌4K*8位的SRAM。具有

7、BMI(Bus Memory Interface)接口與SI(Serial Interface)接口。SPR4096提供兩種電源供電VDDI與VDDQ。VDDI供電范圍在2.25V到2.75V，是對內(nèi)部的FLASH與邏輯控制器供電。VDDQ供電范圍在2.25V到3.6V，只對I/O口供電。SPR4096的最大工作頻率為5.0MHZ，最大讀取電流為2mA，最大擦除、燒錄電流為6mA。 語音存儲器 SPCE061A 鍵盤電路 語音輸出電路 顯示電路 圖1-1 設計方案圖 1.4 系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能 本設計完成的公交車報站器主要具有以下功能。 ①

8、 可以設置上、下行路線。 ② 可以顯示當前站數(shù)、時間和日期，并能進行對時間/日期設置。 ③ 具有手動報站、自動報站兩種哦那個功能。 ④ 備有下載口，用戶可直接下載更新站名和站數(shù)，更新快捷方便 1.5 自動報站功能實現(xiàn)方案 自動報站是目前公交車報站器重要的發(fā)展方向之一，在此也考慮加入自動報站功能。 目前實現(xiàn)自動報站功能有多種方式，在此選擇無線收發(fā)電路來實現(xiàn)。該方式應用簡單，報站準確。 第2節(jié) 系統(tǒng)主要硬件電路設計 2.1 硬件框圖 本報站器以SPCE061A單片機為核心，劃分為鍵盤輸入、數(shù)碼管顯示、SPR4096存儲、語音播放和無線收發(fā)電路幾大部分，硬件框圖如下圖所示

9、。SPCE061A是整個設計的核心，主要負責控制數(shù)碼管界面輸出，鍵盤信息和無線信號的處理。LED顯示鍵盤模塊主要起人機界面的作用，顯示報站器的信息，同時向操作者提供操作界面。無線收發(fā)電路的接入實現(xiàn)自動報站功能,從而無需人工操作。 日期/時間顯示 鍵盤輸入 站牌 無線發(fā)射模塊 存儲語音資源 tianxian SPCE061A 語音播報 無線發(fā)射模塊 圖2-1 單片機原理框圖 2.2 主控板電路模塊 主控板電路包括:單片機工作電路、電源電路、語音輸出電路、存儲器電路、下載線接口電路和近距離無線收發(fā)電路。 2.2.1 單片機工作電路及語音輸出電路

10、SPCE061A單片機的最小應用系統(tǒng)構(gòu)成非常簡單，只需在OSCO、OSCI端接石英晶體振蕩器及諧振電容，在復位端接復位電路,在鎖相環(huán)壓控振蕩器的阻容輸入VCP端接上相應的電容、電阻后即可工作。其它不用的電源端和接地端可接上104pF小電容和100μF的去耦電容，以提高抗干擾能力。 另外SPCE061A內(nèi)置2路10位精度的DAC，只需要外接功放電路即可完成語音的播放，可以直接聽到喇叭輸出的聲音。圖中的音頻功放SPY0030也是凌陽公司的產(chǎn)品。SPY0030僅需2.4V即可工作，其輸出功率約700mW。 IOA0-IOA1 IOB0-IOB1 VDD

11、 VCP RESB SPCE061A DAC1 VSS DAC2 OSCI OSCO 圖2-2 單片機工作及語音輸出電路圖 該部分程序主要完成放音操作，把獲得的放音內(nèi)容的地址送到SPCE061A中，完成放音。下面給出的就是放音部分程序。放音子程序： PLAY: ACALL POWERUP ;上電子程序 ACALL DELAY25 ;延遲子程序，至少延遲25m

12、s CLR P1.6 ;選中ISD4004 MOV PLAY2，#11100000B ;存放SETPLAY命令 MOV A，PLAY0 ;送放音地址低8位 ACALL SEND ;調(diào)用送地址子程序 MOV A，PLAY1 ;送放音地址高8位 ACALL SEND MOV A，PLAY2 ;送SETPLAY命令 ACALL SEND SETB P1.6 CLR P1.6 M

13、OV PLAYING，#11110000B ;送入放音指令 MOV A PLAYING ACALL SEND SETB P1.6 RET POWERUP: ;送上電指令子程序 MOV POWING，#00100000B ;送入語音芯片上電信號 MOV A，POWUPING CLR P1.6 ACALL SEND SETB P1.6 RET SEND: ;向ISD4004送指令，地址等的子程序 CLR MOSI CLR

14、 P3.2 MOV R1，#8 OUTBIT1: CLR P3.2 ;時鐘下降 RRC A MOV MOSI，C ;輸出1位 NOP NOP NOP SETB P3.2 ;時鐘上升沿到 NOP NOP NOP DJNZ R1，OUTBIT1 RET 2.2.2 電源電路模塊 61單片機的內(nèi)核工作電壓是3.3V，而I/O口電壓可以是3.3V也可以是5V。車載12V直流電壓經(jīng)過7805產(chǎn)生5V電壓再經(jīng)過SPY0029后產(chǎn)生3.3V電壓分別給系統(tǒng)供電。

15、 2.2.3 存儲器工作電路及下載線接口電路 下載口電路可單獨對語音資源進行燒寫，整機工作時通過SCK與SDA與單片機的IOB0和IOB1口相連，其中SPR4096的CF0～CF2接高電平，選擇串行接口模式;CF7接低電平，選中FLASH。下載線接口電路主要起到控制SCK、SDA的作用，完成對芯片的燒寫。 2.2.4 鍵盤顯示電路模塊 a-g 、DP_P SEG接口 DIG接口 1*7KEY接口 6位數(shù)碼管 ULN2003A 按鍵 該模塊提供人機界面作用，通過段碼SGE、位選DIG和1*7KEY接口與主控板連接。主要用于顯示時間

16、/日期、站數(shù)和提供設置操作界面。其結(jié)構(gòu)框圖如下所示。 圖2-3 鍵盤模塊結(jié)構(gòu)框圖 2.2.5 無線收發(fā)電路模塊 公交車報站器自動報站功能可以有效的減輕乘務人員的負擔并能防止誤操作，具有很強的應用價值。目前采用的方法有很多，如GPS、門控自動報站等方式，這里我們采用無線收發(fā)電路實現(xiàn)。收發(fā)電路由無線發(fā)射芯片TX-2B和無線接收芯片RX-2B組成。無線發(fā)射電路安放在車站站牌里，當公交車行駛到靠近站臺時，報站器接收到無線電信號就會自動播報當前車站站名，實現(xiàn)自動報站。 一片TX-2B可實現(xiàn)5路獨立的無線電發(fā)射，若將多片TX-2B與多片RX-2B并聯(lián)應用，僅需改變相配套的T

17、X-2B/RX-2B電路外接ROSC的阻值，進而改變其基準頻率，即可方便地實現(xiàn)10路、15路、20路甚至更多路的無線發(fā)射，這樣就可以實現(xiàn)一個站臺多路公交車自動報站的需要。 第3節(jié) 系統(tǒng)的軟件設計 同硬件設計一樣，軟件設計也是分模塊進行的。主要包括系統(tǒng)主程序、錄音子程序模塊、鍵盤掃描程序模塊、時間/日期調(diào)整程序、動態(tài)掃描顯示子程序模塊等。各部分程序由主程序調(diào)用，組成一個整體。這里不一一舉例，就說重點說系統(tǒng)主程序、錄音子程序和動態(tài)掃描顯示子程序。 3.1 系統(tǒng)主程序設計 圖3-1是系統(tǒng)總流程圖。首先需要進行系統(tǒng)初始化設置，初始化后就進入循環(huán)。在這里通過判斷相應的鍵值來進入各子程

18、序。 開始 系統(tǒng)IO端口初始化 系統(tǒng)時鐘頻率初始化為49MHZ 開啟2HZ、1KHZ、TimeA、外部中斷2中斷 判斷按鍵是否按下？ 鍵值iKey>0x1000？ 轉(zhuǎn)到報站子功能 轉(zhuǎn)到時間/日期調(diào)整子功能 N Y N Y 圖3-1是系統(tǒng)總流程圖 系統(tǒng)程序清單： SCL EQU P2.0 DATA EQU P2.1 RST EQU P2.2 ORG 0000H LJMP MAIN ；轉(zhuǎn)主程序 ORG 0003H

19、；外部中斷0中斷服務程序入口地址 LJMP INTA ；轉(zhuǎn)外部中斷0中斷程序入口地址 ORG 000BH ；T0定時中斷服務程序入口地址 LJMP T0-SEV ORG 0013H ；外部中斷1中斷服務程序入口地址 LJMP INTB ；轉(zhuǎn)外部中斷1中斷服務程序 ORG 001BH ；T1定時中斷服務程序入口地址 LJMP T1_SEV ；轉(zhuǎn)T1中斷服務程序 ORG 0030H ；設置主程序起始地址=0030H MAIN：MOV SP,#60H ；設置堆棧指針 MO

20、V R7,#10H ；系統(tǒng)初始化 MOV R0,#30H MOV A,#0 MOV @R0,A INC R0 DJNZ R7,LOP MOV 35H,#01H ；設置上電后的初始和日期 MOV 36H,#01H MOV 37H,#06H MOV 38H,#00H MOV 3CH,33H MOV 3DH,34H MOV 3EH,#01H MOV 44H,#10H ；LED位選擇碼 MOV 45H,#20H MOV 46H,#40H MOV 47H,#80H CLR RS1

21、 CLR RS0 MOV R5,#00H MOV R6,#00H MOV R7,#06H LCALL SET1302 SETB RS1 CLR RS0 MOV R0,#4AH MOV TMOD,#10H ；設置T0 T1工作方式；定時器，工作方式1 MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H ；T1計數(shù)初值=3CB0H MOV TH0,#40H MOV TL0,#098H MOV IP,#08H ；設置中斷優(yōu)先級 MOV TCON,#40H ；啟動定時器T1

22、MOV IE,#8DH ；開中斷 LOP：LCALL CHANGE ；當前時間送顯示緩沖區(qū) LCALL DISPLAY ；顯示當前時間 SETB RS1 CLR RS0 MOV 3AH,@R0 INC R0 MOV 3BH,@RO ；判斷設置定時時間到否？ MOV A,3AH CJNE A,#0,NT MOV A,3BH ；取當前時間與定時時間比較 CJNE A,#0,NT ；判斷定時時間到否？ NTM：INC R0 INT R0 CJ

23、NE R0,#59H,LOP MOV R0,#4AH SJMP BBX NT：MOV A,3BH CJNE A,34H,NTM MOV A,3AH CJNE A,33H,NTM DEC R0 DEC R0 MOV 39H,@R0 INC R0 INC R0 INC R0 INC R0 CJNE R0,#59H,NT1 MOV R0,#4AH NTI：MOV A,39H ；若定時時間到 CJNE A,#05H,BBXX LCALL YUYIN

24、 ；發(fā)出語音提示 CLR P2.7 ；啟動蜂鳴器發(fā)出“嘟嘟嘟”報警信號 SJMP LP-0 BBX：SETB P2.7 SJMP LP-0 BBXX：LCALL YUYIN SJMP LP-0 LP-0：JB P3.0,LP-6 ；掃描鍵盤，判斷切換顯示日期按鍵按下否？ LCALL DISPLAY JB P3.0,LP-0 LP-1：JNB P3.0,LP-1 SETB P2.7 MOV 5EH,#06H LP-1A：MOV 3CH,35H MOV 3DH,36H

25、 LCALL CHANGE LCALL DISPLAY ；切換顯示日、月 LP-1B：JB P3.0,LP-1C LCALL DISPLAY JB P3.0,LP-1B LP-1D：JNB P3.0,LP-1B SJMP LP-2 LP-1C：MOV A,5EH CJNE A,#00H,LP-1A LJMP FUZHI LP-2：MOV 5EH,#06H LP-3A：MOV 3CH,38H MOV 3DH,#20H LCALL CHANGE LCALL DISPLAY ；切換顯示年份 LP

26、-3B：JB P3.0,LP-3C LCALL DISPLAY JB P3.0,LP-3B LP-3D：JNB P3.0,LP-3D SJMP LP-4 LP-3C：MOV A,5EH CJNE A,#00H,LP-3A LJMP FUZHI LP-4： MOV 5EH,#06H LP-5A：MOV 3CH,37H MOV 3DH,#0BBH LCALL CHANGE LCALL DISPLAY ；切換顯示星期 LP-5B：JB P3.0,LP-5C LCALL DISPLAY JB P3.0,L

27、P-5B LP-5D：JNB P3.0,LP-5D LIMP FUZHI LP-5C：MOV A,5EH CJNE A,#00H,LP-5A LJMP FUZHI LP-6：JB P3.1,LP-6A SJMP LP-6B LP-6A：LJMP LOP LP-6B：LCALL DISPLAY ；切換顯示當前時間 JB P3.1,LP-6 LP-7：LCALL DISPLAY JNB P3.1,LP-7 SETB P2.7 MOV 3CH,32H MOV 3DH,#0FFH LCALL CHANG

28、E LCALL DISPALY JB P3.1,LP-7 LCALL DISPLAY JB P3.1,LP-7 LP-8：LCALL DISPLAY JNB P3.1,LP-8 FUZHI：MOV 3CH,33H MOV 3DH,34H LJMP LOP CHANGE：MOV A,3DH ；將當前時間小時、分送顯示緩沖區(qū) PUSH A ANL A,#0FH MOV 42H,A POP A SWAP A ANL A,#0FH MOV 43H,A MOV A,3CH PUSH

29、A ANL A,#0FH MOV 40H,A POP A SWAP A ANL A,#0FH MOV 40H,A POP A SWAP A ANL A,#0FH MOV 41H,A RET YUYIN：MOV A,3FH CJNE A,#0,CC1 CLR P3.4 MOV 3FH,#01H CC1：RET 3.2 錄音子程序設計 RECORD：MOV 3EH,#01H RECORD1：MOV 3CH,3EH MOV 3DH,#0AFH LCALL CHANGE NEXTA：L

30、CALL DISPALY JB P3.1,NEXTA LCALL DISPLAY JB P3.1,NEXTA MOV A,3EH CJNE A,#01H,TRY1 LJMP REC1 TRY1：CJNE A,#02H,TRY2 LJMP REC2 TRY2：CJNE A,#03H,TRY3 LJMP REC3 T RY3：CJNE A,#04H,TRY4 LJMP REC4 TRY4：CJNE A,#05H,TRY5 LJMP REC5 TRY5：LJMP ETB REC1：MOV 58H,#40

31、H LCALL CLRP0 REC11：LCALL RECM CJNE A,#48H,REC11 LCALL CLRP0 INC 3EH SJMP NE1 REC2：MOV 58H,#48H LCALL CLRP0 REC22：LCALL RECM CJNE A,#50H,REC22 LCALL CLRP0 INC 3EH SJMP NE1 REC3：MOV 58H,#50H LCALL CLRP0 REC33：LCALL RECM CJNE A,#58H,REC33 LCALL CLR

32、P0 INC 3EH SJMP NE1 REC4：MOV 58H,#58H LCALL CLRP0 REC44：LCALL RECM CJNE A,#60H,REC44 LCALL CLRP0 INC 3EH SJMP NE1 REC5：MOV 58H,#60H LCALL CLRP0 REC55：LCALL RECM CJNE A,#68H,REC55 LCALL CLRP0 INC 3EH SJMP NE2 NE1：JNB P3.1,RECORD2 LCALL DISPLAY JNB

33、 P3.1,NE1 SJMP NE1 NE2：JB P3.1,ETB1 LJMP ETB ETB1：LCALL DISPALY JNB P3.1,NE2 SJMP NE2 RECORD2：JNB P3.1,RECORDX LJMP RECORD1 RECORDX：LCALL DISPLAY SJMP RECORD2 3.3 動態(tài)掃描顯示子程序設計 DISPLAY：SETB RS1 SETB RS0 MOV R2，#04H MOV R0，#40H MOV R1，#44H GO-ON：MOV A，@R

34、1 ADD A，@R0 MOV P1，A LCALL DELAY1 INC R0 INC R1 DJNZ R2，GO-ON RET DELAY1：MOV R3，#14H AGAIN：MOV R4，#19H DELAY：DJNZ R4，DELAY DJNZ R3，AGAIN RET 結(jié) 束 語 隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，城市公交事業(yè)發(fā)展的很快，很多城市都在實行無人售票，原來靠售票員報站的方式以不能滿足實際需要。如何實現(xiàn)報站的自動化是一個需要解決的問題。本設計應用單片機技術和語音合成技術，鑒于傳統(tǒng)公交車報站系統(tǒng)的不足之處，結(jié)合公交

35、車輛的使用特點及實際營運環(huán)境，考慮到性價比和實用性設計的一種由單片機控制的公交車報站系統(tǒng)。通過進站、出站播報站名及服務用語，為市民提供更人性化，更完善的服務。 通過這次期末課程設計，我感慨頗多，學到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。的確，從選題到定稿，雖然只有兩天時間，但是這短短的時間里，在很大程度上提高了自己的獨立思考能力和對單片機

36、的專業(yè)知識的了解，也深刻了解寫一篇課程設計的步驟和格式，有過這樣的一次訓練，相信在以后我就不怕自己排版、設計，特別是格式方面。因此感謝余老師給我們這次課程設計的機會，讓我從中學到很多。在課程設計過,難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，對單片機匯編語言掌握得不好等等。通過這次課程設計之后，一定把以前所學過的知識重新溫故。同時，也感謝在這過程中幫助我的同學和老師。 參考文獻 [1] 張培仁，張志堅，高修峰等編.十六位單片微處理器原理及應用(凌陽SPCE061A).清華大學出版社，2005 [2] 薛鈞義等編.

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