基于51單片機(jī)的公交車報站系統(tǒng).doc

_ 一、課題名稱： 基于 51 單片機(jī)的公交車報站系統(tǒng) 二、指導(dǎo)老師： 熊異 三、設(shè)計內(nèi)容與要求 1、課題概述 本課題要求設(shè)計一公交車報站系統(tǒng)，以實現(xiàn)公交車的語音手動報站，播報語音 提示信息及服務(wù)用語，同時利用顯示電路進(jìn)行漢字顯示。本設(shè)計要求利用 at89s51 作 為主控芯片完成主控電路的設(shè)計，輔助電路要求包括語音電路、電源電路等，并實現(xiàn) 溫度顯示、日歷顯示等功能。顯示部分可以使用 lcd 或者點陣滾動顯示。 2、設(shè)計內(nèi)容與要求 繪制系統(tǒng)組成框圖，確定設(shè)計方案； 了解電路所需集成芯片的功能，參數(shù)和工作原理； 繪制整機(jī)電路圖； 制作實物并完成軟、硬件調(diào)試； 提交畢業(yè)設(shè)計論文。 3、技術(shù)參數(shù) 1）6 站點手動控制 2）語音報站 3）lcd 液晶顯示（或者點陣滾動顯示） 4）日歷時間顯示 5）溫度顯示 四、設(shè)計參考書 模擬電子技術(shù) 、 高頻電子技術(shù) 、 電子設(shè)計自動化技術(shù) 、 數(shù)字電路設(shè)計 方法 、 電子裝置的設(shè)計 、 單片機(jī)原理及應(yīng)用 五、設(shè)計說明書要求 封面：包括設(shè)計題目，班級，姓名，指導(dǎo)老師，完成時間 目錄：根據(jù)說明書的內(nèi)容決定，一般采用 2-3 級。 設(shè)計任務(wù)書：包括課題名稱、目的、用途、主要技術(shù)性能指標(biāo)(參照教材目錄編 排)。 中文題目、摘要、關(guān)鍵詞；英文題目、摘要、關(guān)鍵詞。 正文：設(shè)計方案框圖及電路工作原理：包括系統(tǒng)方框圖，電氣原理圖，各單元 電路的設(shè)計，簡述主要部件（包括主要集成電路）的工作原理、工作條件、給定參數(shù)、 理論公式及詳細(xì)的計算步驟、計算結(jié)果。這是說明書的主要部分。 元件參數(shù)表：包括所選用的元器件名稱、參數(shù)、型號。 調(diào)試方案：包括調(diào)試的條件、方法、使用儀器設(shè)備的型號，并對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行 分析。 設(shè)計心得：包括對本課程設(shè)計的客觀評價、設(shè)計特點、存在的問題以及改進(jìn)意 見等。 參考文獻(xiàn)：包括作者、署名、出版地、出版年等 六、設(shè)計進(jìn)程安排 第 1 周： 資料準(zhǔn)備與借閱，了解課題思路。 第 2-3 周：設(shè)計要求說明及課題內(nèi)容輔導(dǎo)，完成圖紙初稿。 第 4-6 周：進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計，完成說明書初稿。 第 7 周： 第二次檢查設(shè)計完成情況，并作好畢業(yè)答辯準(zhǔn)備。 第 8 周： 畢業(yè)答辯與綜合成績評定。 七、畢業(yè)設(shè)計答辯及論文要求 1.畢業(yè)設(shè)計答辯要求 答辯前三天，每個學(xué)生應(yīng)按時將畢業(yè)設(shè)計說明書或畢業(yè)論文、專題報告等必要 資料交指導(dǎo)教師審閱，由指導(dǎo)教師寫出審閱意見。 學(xué)生答辯時對自述部分應(yīng)寫出書面提綱，內(nèi)容包括課題的任務(wù)、目的和意義， 所采用的原始資料或參考文獻(xiàn)、設(shè)計的基本內(nèi)容和主要方法、成果結(jié)論和評價。 答辯小組質(zhì)詢課題的關(guān)鍵問題，質(zhì)詢與課題密切相關(guān)的基本理論、知識、設(shè)計 與計算方法實驗方法、測試方法，鑒別學(xué)生獨立工作能力、創(chuàng)新能力。 2畢業(yè)設(shè)計論文要求 文字要求：說明書要求打印(除圖紙外)，不能手寫。文字通順，語言流暢，排 版合理，無錯別字，不允許抄襲。 圖紙要求：按工程制圖標(biāo)準(zhǔn)制圖，圖面整潔，布局合理，線條粗細(xì)均勻，圓弧 連接光滑，尺寸標(biāo)注規(guī)范，文字注釋必須使用工程字書寫。 曲線圖表要求：所有曲線、圖表、線路圖、程序框圖、示意圖等不準(zhǔn)用徒手畫， 必須按國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)或工程要求繪制。 i 摘 要 根據(jù) at89s51單片機(jī)的特點和公交車報站特點，本文提出了一種用單片機(jī)控制語 音芯片進(jìn)行公交車語音手動報站的方法。同時給出了軟硬件設(shè)計的方法，設(shè)計過程中 包括硬件電路設(shè)計和軟件程序編寫兩個方面，解釋了單片機(jī)在應(yīng)用過程中的方法和可 能出現(xiàn)的問題。本文主要介紹硬件電路設(shè)計部分。利用 at89s51作為 cpu 進(jìn)行總體控 制，通過 isd1720語音芯片建立語音信息庫，對語音信息進(jìn)行自由組合，形成變化多 樣的語音信息，同時運(yùn)用 lcd 液晶顯示屏進(jìn)行站數(shù)顯示。當(dāng)公交車到達(dá)某站點，用按 鍵控制本系統(tǒng)工作，通過語音電路輸出語音信息和提示，單片機(jī)同時通過程序在 lcd 液晶顯示屏上進(jìn)行溫度和日歷顯示。 關(guān)鍵字：at89s51單片機(jī)，isd1720語音芯片，lcd 液晶顯示屏 ii abstract according to the feature of scm at89s51 and the characteristics of bus auto-reporter-calling, the article puts the method of using sigel-chip microcomputer to control speech chip auto-reporter-calling. the method of realization of hardware has also been given, the whole process included hardware circuit designing and software program designing, description the method of using sigel-chip microcomputer and problem that may meet during the application of microcomputer. the article introduces hardware circuit designing mostly. carries on the overall control by the at89s51 monolithic integrated circuit as cpu ,it can establish the variatevoice information database with the voice chip isd1720, and may carry on the free combination of these sections of voice information, at the same time uses the lcd to carry on the stops figure. therefore when the bus arrives some stands through the keyboard controls this system to carry on the work, giving the voice of shops, at the same time reads the information of temperature and calendar to the lcd. keywords:keywords: scm at89s51, isd1720speech chip, lcd iii 目 錄 摘 要.i abstract.ii 緒 論.1 第 1 章 方案論證與選擇.3 1.1 單片機(jī)的選用 .3 1.2 lcd 液晶顯示模塊的選用.3 1.3 語音芯片的選用 .3 1.4 時鐘芯片的選用 .4 1.5 溫度傳感器的選用 .4 1.6 方案確定 .4 第 2 章 公交車報站系統(tǒng)的硬件設(shè)計.5 2.1 硬件結(jié)構(gòu)方框圖 .5 2.2 at89s51 單片機(jī)模塊.5 2.2.1 主要性能參數(shù) .5 2.2.2 功能特性概述以及引腳功能 .6 2.2.3 單片機(jī)中斷 .8 2.3 語音模塊 .9 2.3.1 錄音操作 .9 2.3.2 放音操作 .9 2.3.3 快進(jìn)操作 .10 2.3.4 擦除操作 .10 2.3.5 復(fù)位操作 .11 2.3.6 音量操作 .11 2.3.7 ft 直通操作.11 2.3.8 芯片引腳圖和實物圖 .11 2.3.9 管腳功能說明 .12 2.3.10 語音模塊電路圖 .13 2.4 hs12864-12 lcd 液晶顯示屏 .14 2.4.1 hs12864-12 系列產(chǎn)品硬件特性如下 .14 2.4.2 hs12864-12 系列產(chǎn)品軟件特性如下 .14 2.4.3 液晶顯示模塊概述 .15 2.4.4 模塊引腳說明 .15 2.4.5 液晶硬件接口 .16 2.4.6 電路連接圖 .16 2.5 ds18b20 溫度傳感 .16 2.5.1 ds18b20 的主要特征.17 2.5.2 ds18b20 詳細(xì)引腳功能描述.17 2.5.3 ds18b20 工作流程圖.18 2.5.4 電路連接圖 .18 2.6 ds1302 時鐘芯片.19 2.6.1 引腳的功能 .19 2.6.2 ds1302 的控制字節(jié).19 2.6.3 數(shù)據(jù)輸出（i/0） .20 2.6.4 ds1302 的寄存器.20 2.6.5 ds1302 與 cpu 的連接.21 2.6.6 程序流程圖 .21 2.6.7 電路連接圖 .21 第 3 章 公交車報站系統(tǒng)的軟件設(shè)計.22 3.1 軟件方框圖.22 3.2 公交車報站系統(tǒng)的主程序流程圖.23 3.3 定時器中斷流程圖.24 3.4公交車報站系統(tǒng)主程序.24 第 4 章 公交車報站系統(tǒng)電路制作、調(diào)試分析.25 4.1 系統(tǒng)電路的制作.25 4.2 電路的調(diào)試.25 第 5 章 公交車報站系統(tǒng)使用說明.26 5.1 線路連接要求.26 5.2 使用說明.26 5.2.1 語音電路的使用說明 .26 5.2.2 單片機(jī)控制系統(tǒng)電路的使用說明 .27 第 6 章 51 單片機(jī)公交車報站系統(tǒng)設(shè)計心得體會.28 第 7 章 單片機(jī)公交車報站系統(tǒng)設(shè)計的參考資料.29 致 謝.30 附 錄.31 附錄 a 公交車報站系統(tǒng)的主程序 .31 附錄 b 公交車報站系統(tǒng)單片機(jī)控制模塊原理圖 .44 附錄 c 公交車報站系統(tǒng)單片機(jī)控制模塊 pcb 布局圖 .45 附錄 d 語音模塊原理圖 .46 附錄 e 語音模塊 pcb 布局圖 .47 附錄 f 公交車報站系統(tǒng)元器件清單 .48 1 緒 論 隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展和進(jìn)步，無人售票公交車在街頭多起來了，手動語音報 站器也被廣泛使用，這在相當(dāng)大的程度上免除了乘務(wù)員沿途報站的麻煩，給許多不熟 悉公交線路的乘客帶來方便。 1） 引言 當(dāng)今社會環(huán)境污染問題越來越嚴(yán)重，每年的4月22日為世界地球日，每年的6月5 日為世界環(huán)境日，可見人類對環(huán)境污染問題越來越重視。在城市中機(jī)動車的尾氣成了 污染環(huán)境的主要污染源，很多國家提倡人們乘坐公共汽車出行以減少污染，有的國家 甚至設(shè)定某一天為禁止機(jī)動車日來告誡人們環(huán)境污染的嚴(yán)重性。由此看來，未來公共 汽車將充當(dāng)現(xiàn)代城市生活中的一個重要角色，而且無人售票的公共汽車成為了一個趨 勢。 公共汽車成為城市人們出行的必備選擇后所面臨的問題是乘客們?nèi)绾文軌蛟谡_ 的車站下車，如何知道這輛車開向哪里，途中還會經(jīng)過哪些車站。在一些需要提示乘 客注意的情況，比如車在轉(zhuǎn)彎需要注意，或者需要讓座等等，這時該怎么辦？解決的 辦法就是利用公交車報站器播放語音，提示乘客。 在當(dāng)今社會，即使在私家車越來越多的今天，公交車仍然是人們出行的首選，因 為公交車具有方便、快捷、車票便宜等優(yōu)點。傳統(tǒng)的公交車報站主要由售票員報站， 但是有些售票員有著濃重的地方口音，給外地人乘坐公交車造成了困難，另外，隨著 無人售票車逐漸增多，公交車報站器就越顯得重要了。本畢業(yè)設(shè)計方案采用 atmel 公 司的 at89s51單片機(jī)，isd1720語音芯片與 hs-12864液晶顯示屏制作一個簡易的公交 車手動報站器。 2）課題研究的背景及意義 公交汽車為外出的人們提供了方便快捷的服務(wù)，而公共汽車的報站直接影響服務(wù) 的質(zhì)量。傳統(tǒng)由乘務(wù)人員人工報站，該方式因其效果太差和工作強(qiáng)度太大，在很多大 城市已經(jīng)被淘汰。近年來。隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展和進(jìn)步，微型計算機(jī)技術(shù)已經(jīng)在 很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在聲學(xué)領(lǐng)域，微機(jī)技術(shù)與各種語音芯片相結(jié)合，即可以 完成語音的合成技術(shù)，使得汽車報站器的實現(xiàn)成為可能，從而為市民提供了更加人性 化的服務(wù)。鑒于傳統(tǒng)公交車人工報站不足之處，結(jié)合公交車輛的使用特點及實際運(yùn)營 環(huán)境，設(shè)計了一種由單片機(jī)控制的公交車手動報站系統(tǒng)。 公交車手動報站器的設(shè)計主要為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)人工報站必須有司機(jī)或乘務(wù)員口頭報 2 站的落后方式，進(jìn)站，出站手動播報站名及服務(wù)用語，為市民提供更人性化，更完善 的服務(wù)。城市公共交通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(huán)境，對于公交企業(yè)來說，不僅是應(yīng)盡的責(zé)任，亦是追求的目標(biāo)。 本設(shè)計的目的在于通過本次設(shè)計能將所學(xué)到的單片機(jī)理論知識應(yīng)用于生產(chǎn)實踐中， 增強(qiáng)自己的社會實踐能力，為將來在社會更好的立足做準(zhǔn)備，同時在實踐中學(xué)習(xí)更多 的理論知識，繼續(xù)深造。 本次設(shè)計將實現(xiàn)公交車報站、在 hs-12864液晶顯示屏上顯示時間日期，溫度等 功能，最終完成設(shè)計的要求。對我設(shè)計過程中用到的各種硬件模塊和系統(tǒng)實現(xiàn)所需軟 件工具的應(yīng)用有了更深刻的了解和認(rèn)識。 3）報站器的動態(tài)發(fā)展趨勢 公共汽車行駛在現(xiàn)代文明程度高的市區(qū)，它是一道流動的風(fēng)景線，因而對整車外 形乃至色彩都有更高的要求。作為公交汽車還要有醒目和減少乘務(wù)人員強(qiáng)度的電子報 站器，電子顯示路牌，無人售票裝置，前后電視監(jiān)視系統(tǒng)等新技術(shù)的采用也將越來越 普及。 公交車報站系統(tǒng)在公交事業(yè)占有舉足輕重的地位，它直接影響到公交車的服務(wù)質(zhì) 量，目前公交車報站有三種方式，一種是利用 gps(global positioning system)全 球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的公交車報站系統(tǒng)，另外兩種是手動電子報站和人工報站的方式。 近年來，gps 全球定位系統(tǒng)在各種行業(yè)，特別是車輛監(jiān)控與定位系統(tǒng)的應(yīng)用中蓬 勃發(fā)展。隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，對公交運(yùn)輸也提出了更高的要求，目前國內(nèi)的中小型 城市的各個公交公司也都是在每輛公交車上只配備了一個司機(jī)。在司機(jī)座位后面隔板 上，安裝了一臺15英寸的液晶電視和 gps 信號接收器，安裝了這套設(shè)備后，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，這樣如果沒有聽清報站 的話，通過顯示屏，乘客也可以一目了然，當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時，調(diào)度中心將會給公交 車發(fā)出相應(yīng)的信息，以短信的形式傳送到顯示屏上，同時車載臺會發(fā)出相應(yīng)的提示音， 駕駛員也可以通過相應(yīng)的工具進(jìn)行回復(fù)。 目前在美國部分城市 gps 衛(wèi)星定位系統(tǒng)已經(jīng)投入使用，國內(nèi)也有此類產(chǎn)品的研制 開發(fā)，其功能強(qiáng)大，系統(tǒng)穩(wěn)定，但其投資昂貴，尤其是一些小型城市無法承受。人工 報站方式在大量淘汰，手動電子報站的優(yōu)勢在于它的產(chǎn)品價格低廉，同時又具備 gps 自動報站系統(tǒng)的功能。尤其在中小型城市的公交車上，應(yīng)用手動報站系統(tǒng)是最實惠也 是最實際的一種方法。 3 第1章 方案論證與選擇 根據(jù)設(shè)計要求，結(jié)合設(shè)計情況和設(shè)計成本，對系統(tǒng)主要部分的電路方案的敘述如 下。 1.1 單片機(jī)的選用 方案一：選用 at89s52單片機(jī)，at89s52單片機(jī)是一種低功耗，高性能的 cmos 微 處理器，片內(nèi)有8k 字節(jié)的存儲空間，128字節(jié) ram、4個8位并口、一個全雙工串行口、 2個16位定時/計數(shù)器，尋址范圍64k。并且可以在線進(jìn)行重復(fù)編程、快速擦除、快速 寫入程序，能重復(fù)擦除/寫入1000次左右，數(shù)據(jù)保存時間為10年。 方案二：選用 at89s51單片機(jī)，at89s51單片機(jī)片內(nèi)含4k bytes isp 的可反復(fù)擦 寫1000次的 flash 只讀程序存儲器，器件采用 atmel 公司的高密度、非易失性存儲技 術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) mcs-51指令系統(tǒng)及80c51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處 理器和 isp flash 存儲單元，at89s51在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 綜上所述，在本設(shè)計中，考慮到本人對單片機(jī)的運(yùn)用熟練程度和單片機(jī)的功能領(lǐng) 域，選擇 atmel 公司生產(chǎn)的 at89s51單片機(jī)作為本設(shè)計的微控制器。 1.2 lcd 液晶顯示模塊的選用 方案一：選用 lcd1602的液晶顯示屏，它是一塊價廉物美的器件，其體積小、控 制簡單，實用方便。能顯示2行16列的數(shù)字或英文信息，另外連接它的線路很少，只 要8根數(shù)據(jù)線和3根控制線，這樣給實用帶來很大的方便，并且價格便宜，市場上一片 只要15元。 方案二：選用功能強(qiáng)大、可以顯示中文文字的 hs-12864液晶顯示屏，其價格貴， 體積大，控制比 lcd1260要復(fù)雜，但是使用方便。在控制使用上，需要8根數(shù)據(jù)線和3 根控制線，但是器件的體積比較大，而且笨拙。 綜上所述，在本設(shè)計中，考慮到本人對 lcd12864 的運(yùn)用熟練程度,以及對這個系 統(tǒng)的顯示要求，選擇帶顯示中文文字的 hs-12864 液晶顯示屏。 1.3 語音芯片的選用 方案一：選用臺灣公司生產(chǎn)的 ap89021，ap89021是一款采用標(biāo)準(zhǔn) cmos 工藝制造 的語音放音芯片，語音播放在6khz 和4位 adpcm 采樣下為21秒，芯片為一次性燒入的 otp 語音芯片，播放方式有：邊緣/電平、保持/不保持、覆蓋/不覆蓋，工作電壓為 2.7-3.6v，靜態(tài)電流為5ua，封裝形式有 dip-16/sop-16，低成本，高音質(zhì)，性能優(yōu) 越。 方案二：選用 isd1720系列華邦 isd 公司 2007 年新推出語音芯片，該芯片提 4 供多項新功能，可錄、放音十萬次，錄音時間達(dá)到20秒，斷電信息可以保持一百年， 兩種控制方式，兩種錄音輸入方式，兩種放音輸出方式，可處理多達(dá) 255 段信息， 有豐富多樣的工作狀態(tài)提示，多種采樣頻率對應(yīng)多種錄放時間， 音質(zhì)好，電壓范圍 寬，應(yīng)用靈活，價廉物美。 綜上所述，在本設(shè)計中，由于考慮到價格承受能力，以及設(shè)計錄音要求。因此選 用 isd1720比較好。 1.4 時鐘芯片的選用 方案一：ds1302是美國 dallas 公司推出的一種高性能、低功耗的實時時鐘芯片， 附加31字節(jié)靜態(tài) ram，采用 spi 三線接口與 cpu 進(jìn)行同步通信，實時時鐘可提供秒、 分、時、日、星期、月和年，一個月小于31天時可以自動調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能。 工作電壓在2.5v-5.5v。微功耗、外圍電路簡單、精度高、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。 方案二： ds12887是 dallas 公司生產(chǎn)的實時日歷時鐘芯片，其主要功能包括非 易失性時日歷時鐘、報警器、百年歷和114字節(jié)的非易失靜態(tài) ram，內(nèi)部還有128字節(jié) 的 ram 的單元，但是由于它是串行接口，外界單片機(jī)需要接許多引腳，才能達(dá)到很好 的控制。 綜上所述，在本設(shè)計中，結(jié)合實際問題及其單片機(jī)的 i/o 線，選用 ds1302，控 制方便，體積小，價格便宜，方便本設(shè)計的使用。 1.5 溫度傳感器的選用 方案一：溫度傳感器的種類眾多，在應(yīng)用與高精度、高可靠性的場合時 dallas（達(dá)拉斯）公司生產(chǎn)的 ds18b20溫度傳感器當(dāng)仁不讓。超小的體積，超低的硬 件開消，抗干擾能力強(qiáng)，精度高，附加功能強(qiáng)，精度可達(dá)土0.5攝氏度，測溫度范圍 為55c +125c (67f +257f) ，體積小，價格便宜等特點。 方案二：采用 lm35模擬溫度傳感器，lm35是一種得到廣泛使用的溫度傳感器。 由于它采用內(nèi)部補(bǔ)償，所以輸出可以從0開始。該器件采用塑料封裝 to992，工作 電壓430v，可以提供1/4的常用的室溫精度。 綜上所述，在本設(shè)計中，考慮到本人對 ds18b20 運(yùn)用熟練程度，選擇 ds18b20 的溫度 傳感器。 1.6 方案確定 綜合上面方案：本設(shè)計采用“at89s51單片機(jī)、hs-12864液晶顯示屏、isd1720語 音芯片、ds1302時鐘芯片、ds18b20溫度傳感器”。 5 第2章 公交車報站系統(tǒng)的硬件設(shè)計 2.1 硬件結(jié)構(gòu)方框圖 at89s51 單片機(jī) ds18b20 溫度傳感電路 hs-12864 顯示模塊 按鍵模塊 isd1720 語音模塊 ds1302 時鐘模塊 圖 2-1 公交車報站系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖 2.2 at89s51單片機(jī)模塊 at89s51 為 atmel 所生產(chǎn)的可電氣燒錄清洗的 8051 相容單芯片，其內(nèi)部程序 代碼容量為4kb，低功耗，高性能的單片機(jī)，器件采用 atmel 公司的高密度、非易失 性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。atmel 公司的功能強(qiáng)大，低價位。 at89s51單片機(jī)可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 2.2.1 主要性能參數(shù) 與 mcs-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 4k 字節(jié)在系統(tǒng)編程（isp）flash 閃速存儲器 1000次擦寫周期 4.0-5.5v 的工作電壓范圍 全靜態(tài)工作模式：0hz-33mhz 三級程序加密鎖 128*8字節(jié)內(nèi)部 ram 32個可編程 i/o 口線 2個16位定時/計數(shù)器 6 6個中斷源 全雙工串行 uart 通道 低功耗空閑和掉電模式 中斷可從空閑模式喚醒系統(tǒng) 看門狗（wdt）及雙數(shù)據(jù)指針 掉電標(biāo)示和快速編程特性 靈活的在系統(tǒng)編程（isp-字節(jié)或頁寫模式） 圖 2-2 at89s51 單片機(jī)引腳圖和實物圖 2.2.2 功能特性概述以及引腳功能 at89s51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié)閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部 ram，32個 i/o 口 線，看門狗（wdt） ，兩個數(shù)據(jù)指針，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)， 一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，at89s51可降至0hz 的靜態(tài) 邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 cpu 的工作，但允許 ram，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 ram 中到內(nèi)容， 但振蕩器停止工作并禁止其它所有工作部件直到下一個硬件復(fù)位。 引腳功能說明： vccvcc:電源電壓 gndgnd:地 7 p0p0口：口：p0口是一組8位漏極開路型雙向 i/o 口，作為輸出口時，每位能驅(qū)動8個 ttl 邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或 程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活 內(nèi)部上拉電阻。 p1p1口：口：p1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向 i/o 口，p1的輸出緩沖級可驅(qū)動 （吸收或輸出電流）4個 ttl 邏輯門電路。對端口寫“1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端 口拉到高電平，此時可作為輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個 引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（iil） 。 p2p2口：口：p2口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向 i/o 口，p2的輸出緩沖級可驅(qū)動 （吸收或輸出電流）4個 ttl 邏輯門電路。對端口寫“1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端 口拉到高電平，此時可作輸出口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引 腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（iil） 。 p3p3口：口：p3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向 i/o 口。p3口輸出緩沖級可驅(qū)動 （吸收或輸出電流）4個 ttl 邏輯門電路。對 p3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電 阻拉高并可作為輸出端口。作輸入端時，被外部拉低的 p3口將用上拉電阻輸出電流 （iil） 。 p3口除了作為一般的 i/o 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表2.1所示： 表2.1 單片機(jī) p3口的第二功能 端口引腳第二功能 p3.0 rxd(串行輸入口) p3.1 txd(串行輸出口 p3.2 /int0（外部中斷 0） p3.3 /int1（外部中斷 1） p3.4 t0(定時/計數(shù)器 0) p3.5 t1(定時/計數(shù)器 1) p3.6 /wr(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) p3.7 /r0(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通) rst:rst:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，rst 引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將使單 片機(jī)復(fù)位。wdt 溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置 sfr auxr 的 disrto 位（地址 8eh）可打開或關(guān)閉該功能。disrto 位缺省為 reset 輸出高電平打開狀態(tài)。 ale/prog:ale/prog:當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ale（地址所存允許）輸出 脈沖用于所存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ale 仍以時鐘振蕩頻率的 8 1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是： 每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ale 脈沖。 psenpsen：程序儲存允許（psen）輸出是外部程序存儲器的選通信號，當(dāng) at89s51 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機(jī)器周期兩次psen 有效，即輸出兩個 脈沖。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，沒有兩次有效的psen 信號。 ea/vppea/vpp：外部訪問允許。欲使 cpu 僅訪問外部程序存儲器（地址為0000h- ffffh） ，ea 端必須保持低電平（接地） 。需要注意的是：如果加密位 lb1被編程，復(fù) 位時內(nèi)部會所存 ea 端狀態(tài)。如 ea 端為高電平（接 vcc 端） ，cpu 則執(zhí)行內(nèi)部程序存 儲器中的指令。flash 存儲器編程時，該引腳加上+12v 的編程電壓 vpp。 xtal1xtal1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 xtal2xtal2：振蕩器反相放大器的輸出端。 2.2.3 單片機(jī)中斷 at89s51共有5個中斷向量：2個外部中斷（int0和 int1） ，兩個定時中斷 （timer0和 timer1）和一個串行中斷。 這些中斷源各自的禁止和使能位參見特殊功能寄存器的 ie。ie 也包含總中斷控 制位 ea，ea 清0，將關(guān)閉所有中斷。值得注意的是表中的 ie.6和 ie.5沒有定義，用 戶也不要訪問這些位，它是保留為以后的 at89產(chǎn)品作擴(kuò)展用途。 定時器0和定時器1的中斷標(biāo)志 tf0和 tf1，它是定時器溢出時的 s5p2時序周期被 置位，該標(biāo)志保留至下個時序周期。 表2.2 單片機(jī)中斷控制寄存器 ds1302 的日歷、時間寄存器及其控制字 命令字各位內(nèi)容 寄存器名寫操作讀操作取值范圍 76543210 秒寄存器 80h81h00-59ch10secsec 分鐘寄存器 82h83h00-59010minmin 小時寄存器 84h85h 01-12 或 00-23 1224010/aphrhr 日期寄存器 86h87h 0-28，29，30，31 0010datedate 月份寄存器 88h89h0112000 10 mmonth 周年寄存器 8ah8bh010700000day 年份寄存器 8ch8dh00-9910 yearyear 2.3 語音模塊 9 本設(shè)計采用 isd1720系列的語音芯片，芯片介紹如下： isd1720系列是華邦 isd 公司 2007 年新推出的單片優(yōu)質(zhì)語音錄放電路，該芯片 提供多項新功能，包括內(nèi)置專利的多信息管理系統(tǒng)，新信息提示（valert）,雙運(yùn)作 模式（獨立位5至位1指示操作單元的地址;最低有效位(位0)如為0表示要進(jìn)行 寫操作，為1表示進(jìn)行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。 1 ram ck a4a3a2a1a0 ram k 2.6.3 數(shù)據(jù)輸出（i/0） 在控制指令字輸入后的下一個 sclk 時鐘的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入 ds1302，數(shù)據(jù) 輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個 sclk 脈沖的下降 沿讀出 ds1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位0位到高位7。 2.6.4 ds1302的寄存器 ds1302有12個寄存器，其中有7個寄存器與日歷、時鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為 bcd 碼形式,其日歷、時間寄存器及其控制字見表2.7。 此外，ds1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及 與 ram 相關(guān)的寄存器等。時鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄 存器內(nèi)容。 ds1302與 ram 相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個 ram 單元，共31個， 每個單元組態(tài)為一個8位的字節(jié)，其命令控制字為 c0hfdh，其中奇數(shù)為讀操作，偶 數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的 ram 寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的 ram 的31個字節(jié)，命令控制字為 feh(寫)、ffh(讀)。 表 2.7 ds1302 時間、時鐘寄存器及其控制字 ds1302 的日歷、時間寄存器及其控制字 命令字各位內(nèi)容 寄存器名寫操作讀操作取值范圍 76543210 秒寄存器 80h81h00-59ch10secsec 分寄存器 82h83h00-59010minmin 小時寄存器 84h85h 01-12 或 00-23 1224010/aphrhr 日期寄存器 86h87h0-28.29.30.310010datedate 月份寄存器 88h89h01-1200010mmonth 周年寄存器 8ah8bh01-0700000day 年份寄存器 8ch8dh00-9910 yearyear 2.6.5 ds1302與 cpu 的連接 21 實際上，在調(diào)試程序時可以不加電容器，只加一個32.768khz 的晶振即可。只是 選擇晶振時，不同的晶振，誤差也較大。另外，還可以在上面的電路中加入 ds18b20，同時顯示實時溫度。只要占用 cpu 一個口線即可。 lcd 還可以換成 led， 還可以使用北京衛(wèi)信杰科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的10位多功能8 段液晶顯示模塊 lcm101，內(nèi)含看門狗(wdt)/時鐘發(fā)生器及兩種頻率的蜂鳴器 驅(qū)動 電路并有內(nèi)置顯示 ram，可顯示任意字段筆劃，具有 34 線串行接口，可與任何 單片機(jī)、ic 接口。功耗低，顯示狀態(tài)時電流為 2a (典型值)，省電模式時小于 1a，工作電壓為 2.4v3.3v，顯示清晰 2.6.6 程序流程圖 ds1302 初始化 開始 讀取 ds1302 時間 顯示時.分.秒 圖2-12 ds1302軟件流程圖 2.6.7 電路連接圖 圖2-13 ds1302電路連接圖 22 第3章 公交車報站系統(tǒng)的軟件設(shè)計 3.1 軟件方框圖 主程序 按鍵掃描函數(shù)語音報站子程序 時間調(diào)整子程 序 t0 中斷初始化 萬年歷時鐘溫度lcd 顯示 t0 中斷子程序 圖3-1 公交車報站系統(tǒng)軟件方框圖 23 3.2 公交車報站系統(tǒng)的主程序流程圖 開始 系統(tǒng)初始化 k4 是否按下？ 下 第 1 站報站點 k2 是否按下？ 下一站報站 k3 是否按下？ 上一站報站 k5 是否按下？ 第 2 站報站點 k6 是否按下？ 第 3 站報站點 k7 是否按下？ 第 4 站報站點 k8 是否按下？ 第 5 站報站點 k9 是否按下？ 第 6 站報站點 調(diào)整時間 y y y y y y y y n n n n n n n n 圖 3-2 公交車報站系統(tǒng)主程序流程圖 24 3.3 定時器中斷流程圖 圖 3-3 公交車報站系統(tǒng)定時器中斷流程圖 3.4 公交車報站系統(tǒng)主程序 （備注：主程序請見附錄 a） t0 中斷入口 t0 初始化 讀取時間 中斷返回 顯示時間 讀取溫度 顯示溫度 25 第4章 公交車報站系統(tǒng)電路制作、調(diào)試分析 本章主要介紹電路的制作、調(diào)試過程。 4.1 系統(tǒng)電路的制作 1）根據(jù)電路原理圖，去電子市場購買好相應(yīng)的元件，并根據(jù)各元件的封裝，畫 好系統(tǒng)的 pcb 圖。 2）根據(jù)系統(tǒng)的 pcb 圖，制作好電路板。 3）按照系統(tǒng)的安裝圖，將元件安裝到電路板上，并焊接上去。 4.2 電路的調(diào)試 按照上面的步驟，系統(tǒng)在正常的情況下安裝并焊接完成。在調(diào)試前，先檢測系統(tǒng) 的 vcc 和 gnd 之間是否短路和斷路現(xiàn)象，如果有，用萬用表檢查故障原因并維修好， 直接把故障消除。然后按照設(shè)計結(jié)構(gòu)電路分別對各個電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測。 1）前工序做好以后，接上+5v 的電源，觀察電源指示燈是否正常。如果正常點 亮，則說明電源部分正常，否則檢測電源電路故障，直到電源指示燈正常點亮。 2）單片機(jī)控制電路、hs-12864液晶顯示器、按鍵部分、ds1302以及 ds18b20溫 度檢測電路的調(diào)試。接上電源，將單片機(jī)下載好編寫的程序，再根據(jù)系統(tǒng)的控制要求 對各部分進(jìn)行檢測，檢測要求包括 at89s51單片機(jī)正常工作、時間和溫度的顯示是否 正常、按鍵的控制是否符合電路的控制要求。 3）語音電路的檢測：在接通電源的情況下，接上揚(yáng)聲器，芯片錄音時，將 rec 鍵按下，并錄好音，再按下 play 鍵，觀察錄好的音是否能夠播放，如果能播放，再 按下 vol 鍵看看能否調(diào)節(jié)音量，能夠調(diào)節(jié)，則說明電路正常。如果不能播放和調(diào)節(jié)音 量，則應(yīng)該維修電路，直到正常為止。 對以上各個部分調(diào)節(jié)好以后。至此，系統(tǒng)的整個過程結(jié)束。否則，要對其相應(yīng)的 部分做維修處理，直到一切正常為止。 26 第5章 公交車報站系統(tǒng)使用說明 5.1 線路連接要求 本設(shè)計將單片機(jī)控制模塊、ds1302時鐘模塊、溫度傳感器、獨立按鍵模塊、lcd 顯示模塊集成到一塊電路板上，通過該電路板上單片機(jī)的 p1.1-p1.4這四個 i/o 口， 使用杜邦線與語音模塊上的 ss 、 miso 、 mosi、 sclk 引腳相連接，通過獨立按 鍵控制，組成一個完整的公交車報站系統(tǒng)部分。 5.2 使用說明 5.2.1 語音電路的使用說明 將語音模塊接上+5v 電源、傳聲器、以及小喇叭如圖5-1所示。 錄音：按下電路板上面的 rec 鍵，將聲源對準(zhǔn)傳聲器， rec 管腳電平變低后開 始錄音，直到松開按鍵使電平拉高或者芯片錄滿時結(jié)束按照這個次序， 分別錄好公交車的6段錄音。 放音：錄好以后，直接按下電路板上的 play 鍵即可播放。 擦除：如果對錄好的聲音不滿意則可按下 erase 鍵將 erase 管腳電平拉低超過 2.5 秒鐘，會觸發(fā)全體擦除操作，刪除全部語音信息。 復(fù)位：當(dāng) reset 被觸發(fā)，芯片將播放指針和錄音指針都放置在最后一段語音信 息的位置。 音量調(diào)節(jié)：如果想對音量進(jìn)行調(diào)節(jié) 點按一下 vol 鍵將 vol 管腳拉低會改變音 量大小。每按一下，音量會減小一檔，再到達(dá)最小檔后再按的話，會 增加音量直到最大檔，如此循環(huán)?？偣灿?8 個音量檔供用戶選擇，每 一檔會改變 4db 。復(fù)位操作會將音量檔放在默認(rèn)位置，即最大音量。 27 圖5-1 語音模塊各個部分的使用說明圖 5.2.2 單片機(jī)控制系統(tǒng)電路的使用說明 將線路連接好了以后，單片機(jī)系統(tǒng)控制部分如圖5-2所示，將單片機(jī)的 p1.1- p1.4這四個 i/o 口與語音模塊上的 ss 、 miso 、 mosi、 sclk 相連接，接上 +5v 的電源，并將 lcd 液晶顯示屏接好。即可通過電路板上的各個按鍵實現(xiàn)相應(yīng) 的功能。 圖 5-2 單片機(jī)控制模塊使用說明圖 28 第6章 51單片機(jī)公交車報站系統(tǒng)設(shè)計心得體會 時間過得很快，現(xiàn)在回想起這三個多月的畢業(yè)設(shè)計, 終于可以畫上一個句號了。 一路走來,感受頗多。曾經(jīng)有過失落；有過成功； 有過沮喪；有過喜悅；這已不重要 了,重要的是我一路走來,歷煉了我的心志,考驗了我的能力。 最初看到這個課題，不知如何下手，所以就去網(wǎng)上找了許多資料，盡管有許多的 設(shè)計方案，可是總感覺自己還是有許多的東西弄不太清楚，于是就請教同學(xué)。通過對 公交車報站系統(tǒng)資料的研究，漸漸有了一個大體的構(gòu)思。功夫不負(fù)有心人，在大家共 同的努力下，盡管經(jīng)歷了不少的艱辛，但給我們積累了一點設(shè)計的經(jīng)驗，最后也有點 小小的成就感。 在整個設(shè)計過程中，我是擔(dān)任組長的職位，這對我也是一個重大的挑戰(zhàn)。在每一 個階段，我都是嚴(yán)格要求自己的組員，通過組員之間的團(tuán)結(jié)合作，我們的工作進(jìn)展的 很快，盡管有時會遇到失敗，但是我們從來沒有放棄過，最后終于做完成了，有種如 釋重負(fù)的感覺。此外，還得出一個結(jié)論：知識必須通過應(yīng)用才能實現(xiàn)其價值！有些東 西以為學(xué)會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會用的時 候才是真的學(xué)會了。 在這個設(shè)計過程中，我主要負(fù)責(zé)電路硬件調(diào)試，以及軟件設(shè)計。從中我學(xué)會了很 多新的東西，通過查找資料，對資料進(jìn)行分析，自學(xué)能力也顯著增強(qiáng)。同時在檢修電 路的過程中，也學(xué)會許多的技巧，對電子儀器儀表的使用也愈加熟練。同時，與組員 之間的團(tuán)結(jié)與合作，