公交车报站器电子信息工程毕业毕业设计.doc
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1、目录1 系统总体方案31.1 公交车报站器可选方案31.2 设计方案的可行性分析和选择51.3 公交车报站器的硬件框图52 系统硬件设计62.1 SPCE061A简介62.2 系统电源设计102.3 语音存储电路设计102.4 音频输出电路设计122.5 显示电路设计132.6 键盘电路设计143 系统软件设计153.1 语音处理153.2 主函数流程图173.3 初始化函数243.4 语音播放的实现293.5 更新时间323.6 设置时间33参考文献46辞47附录一公交车报站器电路图49附录二公交车报站器程序50在当今社会,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
2、有方便、快捷、车票便宜等优点。传统的公交车报站主要由售票员报站,但是有些售票员有着浓重的地方口音,给外地人乘坐公交车造成了困难,另外,随着无人售票车逐渐增多,公交车报站器就越显得重要了。 目前我国公交车辆己从原有的人工语音报站发展到现在的自动语音报站。就报站语音而论,绝大多数报站装置都采用IsD系列的语音芯片,部分报站产品也有采用最新的数字语音处理合成技术,两者各有优缺点。前者成本低,但音质较差,且更改报站信息不灵活,当公交车辆临时改道时必须重新对语音芯片编程;后者受信息容量、语音音质的限制,且更换信息仍需专业设备。因此设计一款能够方便地更换报站信息、播放高音质语音信息的公交车报站器愈显重要。
3、本方案利用单片机的语音处理功能,以与其强大的处理能力,完成语音的合成技术,再配合存储器 ,扩大存储容量,很容就可以实现公交车报站器,从而为市民提供了更加人性化的服务。这些优点使得本方案成为制作公交报站器一种最经济实用的选择。1 系统总体方案公交报站系统的设计要求报站系统可以完整地播放一条公交线路的站名。可以在显示屏上显示当前的时间,具有时间日期的设置功能,还可以播放音乐或广告。经过查阅资料,可选方案有基于MP3/U盘的公交车报站设计,基于GPS的公交车报站器系统设计和基于SPCE061A的公交车报站系统设计等.1.1 公交车报站器可选方案1.1.1 基于MP3/U盘的公交车报站设计方案采用AT
4、89C51SND1C单片机(部集成MP3解码器)作为主控CPU与解码MP3数据,实现对报站信息播放、点阵字符显示、文件存储以与用作优盘功能时USB与PC机联机的控制。利用FAT16在K9F1208上实现文件系统,形成一个Windows可识别访问的64MB寻址区域。结合USB控制器,系统可作为优盘在Windows下使用,从而实现在Windows下对文件的管理以与数据存储功能。这样通过程序的设定,公交车可通过键盘实现MP3格式声音信号的报站以与各种信息的广播。列表文件在系统对闪存初始化时生成,系统在对闪存进行格式化的同时生成该名为SCHED-ULE.LST的列表文件。该列表文件可在Windows下
5、利用记事本打开,编辑所需播放的MP3名称。播放报站信息的同时通过16个1616的LED点阵显示相应的播放容。系统框图如图1.1所示。闪存电路USB接口电路LED点阵显示电路MP3解码与DAC电路语音输入电路MCU功放电路键盘指示电路图1.1 方案一系统框图1.1.2 基于GPS的公交车自动报站系统设计方案 GPS的公交车自动报站系统利用GPS,通过GPS接收单元接收卫星发送的信号确认车辆的动态位置(经度、纬度)、时间、状态等信息,与公交线路信息库中存储的车站的位置进行比较,根据预先设定的距离和规则向乘客通报车站和线路的语音信息;并且能把车辆运行的详细情况记录下来,对公共汽车的运营状况进行全程监
6、控并记录。系统的组成见图1.2。GPS 天线电源音频功放CPU语音合成喇叭光耦键盘图1.2 方案二系统框图1.1.3 基于SPCE061A的公交车报站系统设计方案系统以 SPCE061A 为核心,可以划分为键盘输入、数码管显示、SPR4096资源存储与语音播放等部分,如图1.3所示。SPCE061A作为整个系统的核心控制,并且负责语音的输出。SPR4096 作为语音资源的存储介质。LED键盘显示模组作为时间显示与用户输出设备.使用SPCE061A可以非常方便灵活的实现语音的录放。两路10位精度的DAC,只需要外接功放(SPY0030A)即可完成语音的播放。单片机控制系统语音输出电路语音存储电路
7、显示电路键盘电路图 1.3 方案三系统框图 1.2 设计方案的可行性分析和选择这三种方案各有各的优势。基于MP3/U盘的公交报站系统能够作为U盘与电脑连接,可自行下载报站器的播放容,也可方便地更改播放容,播放高品质的音乐,无报站播放时可作为MP3播放器,提高公交车服务质量。但是MP3操作页面对于司机来说太小,分散过多的注意力,实用性不够。基于GPS的公交报站系统用先进的卫星定位,进站、出站自动播报站名与服务用语,准确、与时、完全不需要人工介入,实现了公交车报站器的完全智能化。国GPS语音自动报站系统处于试验阶段,可行性太小。基于SPCE061A公交报站系统,SPCE061A芯片有语音处理能力使
8、得系统设计简化,外围电路较少;另外具有一套指令系统和集成开发环境易学易用效率较高。SPR4096能够存储大量语音数据,符合任务书所给要求。1.3 公交车报站器的硬件框图 查阅各种相关资料,设计出公交报站系统。系统电路原理图见附录一。2 系统硬件设计硬件电路设计可以分为单片机控制系统设计;语音存储电路设计;音频输出电路设计;显示电路设计。2.1 SPCE061A简介SPCE061A型单片机是凌阳科技公司推出的一款16位微处理器,具有体积小、集成度高、易扩展、可靠性高、功耗低、结构简单、中断处理能力强等特点,嵌32K字闪存FLASH,处理速度高,能够很方便的完成普通单片机的功能,尤其适应于数字语音
9、播报和识别等应用领域,是数字语音识别与语音信号处理的理想产品,得到广泛的应用。 SPCE061A单片机的主要性能有:l 16位 unSP 微处理器 l 工作电压(CPU)VDD 为 3.03.6V,(I/O)VDDH为 3.05.5V l CPU时钟:0.3249.152MHz l 置 2K字 SRAM l 置 32K字FLASH l 可编程音频处理 l 晶体振荡器 l 系统处于备用状态下(时钟处于停止状态),耗电仅为 2uA/3.6V l 2 个16 位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值) l 2 个10位 DAC(数/模转换)输出通道 l 32 位通用可编程输入/输出通道 l 14
10、 个中断源可来自定时器 A/B、时基、2 个外部时钟源输入和键唤醒 l 具备触键唤醒的功能 l 使用凌阳音频编码 SACM_S480 可以播放压缩的语音资源 l 锁相环 PLL 振荡器提供系统时钟信号 l 32768Hz 实时时钟 l 7 通道10 位电压模/数转换器(ADC)和单通道声音模/数转换器 l 声音模/数转换器输入通道置麦克风放大器,并具有自动增益控制(AGC)功能 l 具备串行设备接口 l 具备低电压复位功能和低电压检测功能 l 置在线仿真电路接口 l 具有 WatchDog 功能 图2.1为 SPCE061A单片机的部结构框图: 图 2.1 SPCE061A 部结构图 SPCE
11、061A引脚排列如图2.2所示,引脚功能如表2.1所示图2.2 SPCE061A引脚图表 2.1 SPCE061A引脚功能表引脚名称类型引脚功能IOA15:8输入输出OA15:8:双向 IO 端口IOA7:0 输入输出IOA7:0:通过编程,可设置成唤醒管脚 IOA6:0:与 ADC Line_In 输入共用 IOB15:11 IOB10 IOB9 IOB8 IOB7 IOB6 IOB5 IOB4 IOB3 IOB2 IOB1 IOB0输入输出 输入输出 输入输出 输入输出 输入输出 输入输出 输入输出 输入输出 输入输出 输入输出输入输出输出 IOB15:11:双向 IO 端口。IOB10-
12、0 除用作普通的 IO端口,还可作为如下功能: IOB10:通用异步串行数据发送管脚 Tx IOB9:TimerB 脉宽调制输出管脚 BPWMO IOB8:TimerA 脉宽调制输出管脚 APWMO IOB7:通用异步串行数据接收管脚 Rx IOB6:双向 IO 端口 IOB5:外部中断源 EXT2 的反馈管脚 IOB4:外部中断源 EXT1 的反馈管脚 IOB3:外部中断源 EXT2 IOB2:外部中断源 EXT1 IOB1:串行接口的数据传送管脚IOB0:串行接口的时钟信号 DAC1输出DAC1 数据输出管脚 DAC2输出DAC2 数据输出管脚OSCI输入32768Hz晶振输入管脚 OSC
13、O输出32768Hz晶振输出管脚 VCP输入PLL的 RC 滤波器连接管脚 AGC输入AGC 的控制管脚MICN输入麦克风负向输入管脚MICP输入麦克风正向输入管脚 VREF2输出电压源 2.0V产生5mA 的驱动电流,可用作外部 ADC Line_In 通道的最高参考输入电压,不可作为电压源使用 MICOUT输出麦克风 1 阶放大器输出管脚,管脚外接电阻决定AGC增益倍数 OPI输入麦克风 2 阶放大器输入管脚 VRTPAD输入ADC Line_In 通道的最高参考输入电压管脚VMIC输出麦克风电源VCM输出AD 参考电压(由部 ADC 产生)VDD输入逻辑电源的正向电压VSS输入逻辑电源和
14、 IO 口的参考地VDDIO输入IO 端口的正向电压管脚VSSIO输入IO 端口的参考地AVDD输入模拟电路(A/D、D/A 和 2V 稳压源)正向电压 AVSS输入模拟电路(A/D、D/A 和 2V 稳压源)参考地RSETB输入低电平有效的复位管脚SLEEP输出睡眠模式(高电平激活)ICE输入激活 ICE(高电平激活ICECLK输入ICE 串行接口时钟管脚ICESDA输入输出ICE 串行接口数据管脚TEST输入测试模式时接高电平,正常模式时接地 GND 或悬浮ROMT输入测试闪烁存储器,正常模式时悬浮 NC输入正常使用时接地2.2 系统电源设计图2.3是电源部分的电路,61单片机的核工作电压
15、是3.3V,而IO口电压可以是3.3V也可以是5V。公交蓄电池12V直流电压经过7805产生5V电压,再经过SPY0029后产生3.3V电压分别给系统供电。LM7805是常用的三端正电源稳压电路,使用的是TO-220封装,能提供直流电源5V的输出电压,含短路和热过载保护电路,应用围非常广泛。带散热片时能持续提供1A的电流,如果使用外围器件,它还能提供不同的电压和电流。它有三个引脚,引脚1为输入电压,引脚2为+5V输出电压,引脚3接地。SPY0029是凌阳公司设计的电压调整IC,采用CMOS工艺,具有静态电流低,驱动能力强,线性调整出色等特点。它有三个引脚,引脚1接地,引脚2为输入电压,引脚3为
16、输出电压。图2.3 单片机电源电路2.3语音存储电路设计因为SPCE061A的FLASH只有32K字,要存放大量的语音资源,就要外扩存储器。本次设计选用SPR4096芯片。2.3.1 SPR4096芯片简介 SPR4096是一个高性能的4M-bit(512K8-bit)FLASH,分为256个扇区(Sector),每个扇区为2KB。SPR4096还置了一个4K8bit的SRAM。SPR4096置了一个总线存储器接口和一个串行接口,它允许单片机通过8bit并行模式或者1bit串行模式访问FLASH/SRAM存储区。本设计使用品行模式,串行接口的工作频率可达5MHz.有两个电源输入端VDDI和VD
17、DQ.VDDI是给部FLASH和控制逻辑供电的;VDDQ是专门为I/O供电的。最大读电流为2mA。SPR4096按串行接口模式工作,要把CF2CF0 均接高电平。CF7为低电平时选中FLASH,高电平时选中SRAM.3.3.2语音存储电路 图2.4是SPR4096与单片机的硬件连接图。SPR4096 的SCK接SPCE061A的IOB0,SDA接 SPCE061A的IOB1。CF0CF2 接高电平,CF7 接低电平,选中FLASH。 图2.4 SPR4096电路图2.4 音频输出电路设计 SPCE061A置2路10位精度的 DAC,芯片输出的音频信号功率较小,在报站时要求比较大的声音,就要对芯
18、片输出的声音信号进行功率放大,因此电路选用了SPY0030音频功率放大电路。图2.5为音频输出电路。SPCE061A的音频输出采用双通道数模转换DAC方式,即数字信号通过10位DAC转换成3mA驱动的电流模拟信号输出。语音提示输出直接采用DAC通道,经信号放大后,由SPEAKER(扬声器)输出。图2.5 音频输出电路 SPY0030芯片是一个音频驱动,其增益可以通过外部电阻(最长增益调整为20)。它的输出功率约700mW,电压可调围很广(2.4V-6.8V),具有双端输出模式,低失真,低待机电流等特点。简单易用,仅需2.4V(两颗电池)即可工作。图2.6为SPY0030芯片的引脚图。表2.2为
19、引脚功能表。图 2.6 SPY0030芯片引脚图表2.2 SPY0030芯片引脚功能表引脚名称引脚号类型引脚功能VDD8输入电源的正向电压VSS3输入电源地SPP2输出音频输出正极SPN1输出音频输出负极ACIN5输入信号输入正极INN4输入信号输入负极CE7输入芯片使能VREF6输出参考电压2.5 显示电路设计 图2.7为显示电路图。整个显示过程中采用动态显示,即六位显示器逐一轮流显示,每位持续 1ms,10ms或 20ms之循环一遍,刷新速度不要小于每秒三十桢。由于视觉暂留,我们看到的便是6只显示器同时在显示。图2.7 显示电路图 显示电路中只要有ULN2003A、WD0521CX和WD0
20、5643CX等元器件组成。 ULN2003A:其部为三极管阵列,它的IN 脚相当于三极管的B极,OUT较相当于三极管的C极。若IN脚输入高电平,对应的OUT脚接地;IN脚输入低电平,对应的OUT脚截止输出。 WD0521CX:共阴极2位数码管.adp为数码管的段信号,G1、G2为2位数码管的位信号。段信号高有效,位信号低有效。WD05643CX:共阴极4位数码管.adp为数码管的段信号,d1、d2为时钟冒号的段信号;G1G4 为4位数码管的位信号,G5为时钟冒号的位信号。段信号高有效,位信号低有效。2.6 键盘电路设计键盘输入电路如图2.8所示。各按键功能不同,根据各按键功能列出表2.3.图
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- 公交车 报站 电子信息工程 毕业 毕业设计
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