公交车报站器毕业设计.doc
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1、公交车报站器 I 摘 要 随着城市交通的快速发展,公交汽车为外出的人们提供了方便快捷的服务。 而公交汽车的报站共识直接影响其服务的质量。传统报站方式是由乘务人员进 行人工报站,该方式因其效果太差和工作程度太大,在很多大城市已经被淘汰。 近年来,微机技术与各种语音芯片相结合,即可完成语音的合成技术,使得公 交车报站器的实现成为可能,从而为市民提供了更加人性化得服务。公交应用 系统带给公交企的将不仅是形象的提升,也是效益的增长。本文介绍了一种公 交车报站器的系统设计原理,提出了以 61 单片机为核心,通过 4*4 键盘获取外 部指示以控制 SPR4096 语音芯片电路以及 LCD 显示的硬件设计和
2、软件设计方 案。该系统语音音质好,功能强,成本很低,是提供公交服务的一种较好的手 段。本文首先介绍了 SPCE061A 的基本原理和开发方法,讨论了控制模块、显 示系统和存储系统的总体设计思想和实现方案,并且详细阐述了硬件系统和软 件系统的设计。硬件系统包括电源电路、控制电路、信息存储电路、显示电路、 语音资源存储电路等;硬件驱动程序由开发系统提供的汇编语言库函数来实现。 经过调试和仿真运行,使系统最终达到了课题设计的要求。 关键词:单片机,语音处理,LCD 显示,SPR4096 沈阳工程学院毕业设计(论文) II Abstract With the rapid development of
3、urban traffic, transit buses out for people with a quick and convenient services. But the consensus transit buses stops directly affects its quality of service. Traditional way is by the crew stops artificial stops for its effect, this way poor and working level too big, in many big cities have been
4、 eliminated. In recent years, with various pronunciation chip microcomputer technology, can complete combined speech synthesis technology, makes the realization of bus stops device becomes possible, and thus for citizens to provide a more humanized service. Bus application system will not only bring
5、 bus enterprises, but also is of image promotion of growth. Benefit This paper introduces a kind of bus stops the system design principle, is put forward to 61 single chip, through 4 * 4 keyboard access external SPR4096 pronunciation chip instruction to control circuit and LCD display hardware desig
6、n and software design. This system voice timbre, the function is strong, very low cost, is to provide the bus service is a good method. This paper firstly introduces the basic principle and development SPCE061A methods are discussed in control module, display systems and storage system design thinki
7、ng and realize the overall solution, and illustrates the hardware and software system design. Hardware systems include power supply circuit, control circuit and information storage circuit, display circuit, speech resources storage circuit, etc.; Hardware driver by the development of the system prov
8、ided assembler language library function to realize. After testing and simulation operation, the system finally achieved the topic design requirements. Key Words:MCU; Speech Processing; LCD display;SPR4096 公交车报站器 III 目 录 摘 要I ABSTRACTII 1 引言1 2 SPCE061A 单片机简介2 3 系统方案6 3.1 系统设计要求6 3.2 方案论证6 3.3 系统硬件方
9、案7 3.4 系统工作原理8 4 系统硬件设计9 4.1 板电路设计.9 4.2 板模块电路分析.9 4.2.1 电源电路模块分析.9 4.2.2 音频输出电路模块分析.10 4.3 MSGL12864 液晶显示屏概述 12 4.4 键盘电路设计12 4.5 SPR4096 存储模块 13 5 系统软件设计14 5.1 SPCE061A 的指令系统和集成开发环境 IDE .14 5.1.1 指令系统15 5.1.2 指令格式与寻址方式16 5.2 系统程序和模块流程设计.17 结 论26 致 谢27 参考文献28 附录29 公交车报站器 - 1 - 1 引言 1.1 课题背景及研究意义 在当今
10、社会,即使在私家车越来越多的今天,公交车仍然是人们出行的首 选,因为公交车具有方便、快捷、车票便宜等优点。本设计即是设计出一款基 于凌阳SPCE061A单片机的公交车报站器,着重研究了SPCE061A单片机的语音播 放和时间设置模块的程序编写。在公交车报站器的设计方案中,通过PC机将所 要播报的站名和服务语录制成WAVE文件并压缩,然后添加到所建立的工程中的 语音资源索引表中,同时将这些站名和服务语烧录到外扩的SPR4096模组中,再 通过获取不同的键值来播报站名和服务语,在LED显示模组上时间和日期,通过 设置键来更改时间和日期。通过本系统软件的控制,实现了公交车报站器的语 音播报和时间、日
11、期的显示和设置功能。通过PC机等设备录制需要播放的语音 资源,将录制好的语音资源烧写到SPR4096 FLASH存储器中,然后根据键盘执行 对应的报站等功能,并且在液晶屏上显示对应信息。采用键控结构。 1.2 国内外概况 随着城市交通的快速发展,公交汽车为外出的人们提供了方便快捷的服务。 而公交汽车的报站共识直接影响其服务的质量。传统报站方式是由乘务人员进 行人工报站,该方式因其效果太差和工作程度太大,在很多大城市已经被淘汰。 近年来,微机技术与各种语音芯片相结合,即可完成语音的合成技术,使得公 交车报站器的实现成为可能,从而为市民提供了更加人性化得服务。公交应用 系统带给公交企的将不仅是形象
12、的提升,也是效益的增长。 单片机的问世和飞速发展掀起了计算机工程应用领域的一场新革命,使计 算机技术冲破了实验室和机房的界限,广泛地应用于工业控制系统、数据采集 系统、自动测试系统、网络通信系统、智能仪表和接口以及各类功能模块等广 阔领域。单片机应用系统已经成为实现许多控制系统的常规性工具。随着计算 机科学和微电子集成技术的飞速发展,单片机自身也在不断地向高层次和更大 规模发展。由于单片机应用系统的高可靠性,软、硬件的高利用系数,优异的 性价比,使它的应用范围有传统的过程控制,逐步进入数值处理、数字信号处 理以及图象处理等高技术领域。 1.3 本课题所要达到的预期目的 在单片机应用系统中,常常
13、需要将检测到的连续变化的模拟量,如温度、 压力、流量、转速、声音、光亮等转换成数字信号才能用单片机中进行处理。 这种将模拟量转换成数字量的过程即是A/D转换。许多新型的单片机已经在片内 沈阳工程学院毕业设计(论文) - 2 - 集成了许多A/D和D/A转换器及PWM输出,这样就大大简化了外围电路和编程工作。 在这方面,SPCE061A做得很好。 ADC 的结构及工作原理:nSP单片机的内部集成了一个 10 位的 A/D 转换 器,它采用逐次逼近式原理实现模/数转换。nSP中的 ADC 由以下几部分组成: 10 位数/模转换器 DAC0、10 位数据缓存器 DAR0、逐次逼近寄存器 SAR、比较
14、器 COMP 以及 ADC 控制寄存器。其输入信号有两个通道:一个由 LINE_IN 通道输入; 另一个由 MIC_IN 通道输入。MIC_IN 一般用于麦克风通道输入,对较弱的信号 一般经音频放大器 AGC(Automation Gain Control)自动增益控制放大后再进 行 A/D 转换。 公交车报站器 - 3 - 2 SPCE061A 单片机简介 SPCE061A 是一款性价比很高的十六位单片机,它采用高性能的 nSP内 核,具有丰富的硬件资源,并集成了 ICE(在线仿真接口) ,可以直接利用该接 口对芯片进行下载(烧写) 、仿真、调试等操作。SPCE061A 在存储器资源方面 内
15、嵌了 32K 的 FLASH ROM,且 SPCE061A 的外围功能模块丰富。SPCE061A 能在 2.6V-3.6V 工作电压范围内工作,时钟频率为 0.32MHz-49.152MHz,较高 的工作速度使其能快速处理复杂的数字信号,因而大大地拓宽了其应用领域。 SPCE061A 内嵌 2KB SRAM 和 32KB 的 FLASH ROM,有 32 位可编程的多功 能 I/O 端口;两个 16 位定时器/计数器;32768Hz 实时时钟;低电压复位/监测 功能;8 通道 10 位模-数转换输入功能并具有内置自动增益控制功能的麦克风输 入方式;双通道 10 位 DAC 方式的音频输出功能。
16、其特性参数表如下: 表 2.1 SPCE061A 特性参数表 工作电压(CPU)VDD 3.03.6V,(I/O)VDDH为 VDD5.5V CPU工作频率0.3246.152MHz 数据存储器2K Word SRAM 程序存储器32K Word FLASH-Rom I/O端口2组16位可编程输入/输出端口 中断14个中断源,FIQ和IRQ两个中断优先级 定时器/计数器两组16位可编程定时器/计数器端口 模/数转换器7共通道10位电压ADC和单通道10位声音 ADC 数/模转换器2过10位DAC输出通道 UART一个全双工通用异步串行接口 SIO一个同步串行设备接口 节电功能具备弱振方式和睡眠
17、方式 WatchDog功能具备清除时间周期为0.75s的看门狗 其他功能低电压复位、低电压监测、保密功能等 沈阳工程学院毕业设计(论文) - 4 - SPCE061A的内部模块主要分为:CPU、存储模块、定时器/计数器、 ADC、I/O接口、电源电路模块、音频电路。SPCE061A单片机的内部结构如图2.1 所示。 图 2.1 SPCE061A 的内部结构图 SPCE061A单片机具有一套易学易用且效率较高的指令系统和一个使用方便 的集成开发环境。此开发环境支持C语言,可以实现C语言与汇编语言的互相调 用,并且提供了用于语音录放的库函数。只要了解了库函数的使用方法,就能 很容易地完成语音录放,
18、所有这些都大大方便了软件开发。 在单片机应用系统中,常常需要将检测到的连续变化的模拟量,如温度、 压力、流量、转速、声音、光亮等转换成数字信号才能用单片机中进行处理。 这种将模拟量转换成数字量的过程即是A/D转换。许多新型的单片机已经在片 内集成了许多A/D和D/A转换器及PWM输出,这样就大大简化了外围电路和编 程工作。在这方面,SPCE061A做得很好。 ADC的结构及工作原理:unSP单片机的内部集成了一个10位的A/D转换器, 它采用逐次逼近式原理实现模/数转换。unSP中的ADC由以下几部分组成:10 位数/模转换器DAC0、10位数据缓存器DAR0、逐次逼近寄存器SAR、比较器 C
19、OMP以及ADC控制寄存器。其输入信号有两个通道:一个由LINE_IN通道输 入;另一个由MIC_IN通道输入。MIC_IN一般用于麦克风通道输入,对较弱的 信号一般经音频放大器AGC(Automation Gain Control)自动增益控制放大后再 公交车报站器 - 5 - 进行A/D转换。 具体控制参数如表2.2所示。 表 2.2 A/D 转换中的量化和编码 B15B14B13 B3B2B1B0 Read_ mux FAL L -Channel_sel控制功能描述 1-10 位模/数转换未完成 -0-10 位模/数转换完成 -000模拟信号电压通过 MICINO 输入 -001模拟信号
20、电压通过 MICIN1 输入 -010模拟信号电压通过 MICIN2 输入 -011模拟信号电压通过 MICIN3 输入 -100模拟信号电压通过 MICIN4 输入 -101模拟信号电压通过 MICIN5 输入 -110模拟信号电压通过 MICIN6 输入 -111模拟信号电压通过 MICIN7 输入 SPCE061A内嵌了最新的16位微处理器nSP。它内含有8个寄存器:4个 通用寄存器R1R4,1个程序计数器PC,1个堆栈指针SP,1个基址指针BP和1 个段寄存器SR。通用寄存器R3和R4结合形成一个32位寄存器MR,MR可被用 作乘法运算和内积运算的目标寄存器。此外,SPCE061A有3
21、个FIQ中断和14个 IRQ中断,并且带有一个由指令BREAK控制的软中断。 nSP不仅可以进行加、 减等基本算术运算和逻辑运算,还可以完成用于数字信号处理的乘法运算和内 积运算。 CPU及其外围的基本模块构成SPCE061A的最小系统。外围基本模块包括: 晶振输入模块(OSC)、锁相环外围电路(PLL)、复位电路(RESET)、指 示灯(LED)等。 SPCE061A芯片内部集成了ICE(在线仿真接口),PC机通过Probe(在线调试 器)或EZ_Probe(简易下载线)与61板相连,就可以方便地完成程序的下载、 调试等。61板为Probe和EZ_Probe各自提供了一组接口,可通过S5跳线
22、来选择使 用的接口类型。 沈阳工程学院毕业设计(论文) - 6 - ICE电路框图如图2.3。 图 2.3 ICE 电路框图 公交车报站器 - 7 - 3 系统方案 3.1 系统设计要求 要求设计一个操作友好且成本很低的公交车报站器,具体要求如下: 可以存放较多的服务用语和广告词(10 条以上) ; 要求操作简单,每站只需按一次键即可播报全部报站内容(前方将要 到达的站名,上下车提示服务用语) ; 要求具有跳站、上行、下行切换控制功能; 要求语音播报具有 16 档音量调节功能; 要求站牌信息及服务信息等都能通过液晶屏显示出来; 时间、日历播报、显示和调整功能。 3.2 方案论证 方案一:方案一
23、: 根据设计要求,选用 MCS51 单片机作为主控芯片,外部扩展适当大小的 RAM组成最小系统。为存储语音资源,在51单片机外围配备一块 K9F1208 FLASH 芯片,作为存储器,另外再外扩一片专用语音处理芯片。考虑到 MCS51 的 I/O口资源较少,在外部使用专用接口芯片 8279管理键盘、显示器 件。框图如图 3.1: 图 3.1 方案一系统框图 沈阳工程学院毕业设计(论文) - 8 - 方案二:方案二: 根据设计要求,选用 SPCE061A单片机作为主控芯片,由于这颗芯片是 SOC ,使用较少的外围器件就能实现最小系统。SPCE061A 芯片集成 A/D、D/A 功能,配合语音函数
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