公交车自动报站系统课程设计

1湖北理工学院电气与电子信息工程学院《单片机课程设计报告》课设名称：基于单片机的公交车自动报站系统专业名称：电气工程自动化班级：2016级专升本（1）班学号：201620216137姓名：曹文涛指导教师：胡蔷肖志军课设时间：2016.12.5～2016.12.16课设地点：K2—4072电气与电子信息工程学院《单片机课程设计》任务书2016～2017学年第1学期学生姓名：曹文涛专业班级：电气工程及自动化2016级专升本（1）班指导教师：胡蔷肖志军工作部门：电气自动化教研室1、课程设计题目：基于单片机的公交车自动报站系统2、课程设计要求：2.1根据具体设计课题的技术指标和给定条件，以单片机为核心器件，能独立而正确地进行方案论证和电路设计，完成仿真操作。要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整；2.2熟悉、掌握各种外围接口电路芯片的工作原理和控制方法；2.3熟练使用单片机汇编语言或C51进行软件设计；2.4熟练使用Proteus、Keil软件进行仿真电路测试；（或用开发板联合调试）2.5熟练使用Protel软件设计印刷电路板；2.6学会查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数；2.7编写设计报告，参考毕业设计论文格式。（1）根据课题要求确定系统设计方案；（2）绘制系统框图、系统仿真原理图（印刷电路板图），列出元器件明细表；（3）计算电路参数和选择元器件，画出软件框图，列出程序清单；（4）打印仿真结果，根据测试结果进行误差分析与修改调整；（5）对设计进行全面总结。3、技术指标：设计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服务用语，同时利用LCD液晶电路进行本站站名以及下一站站名的显示，还可对实时时间进行显示。本设计利用STC89C52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、显示电路、电源电路、时钟电路等。4、进度安排教学第15周：2016.12.5～2016.12.9时间星期一星期二星期三星期四星期五星期六星期天1、2节讲解设计题目、要求3、4节方案的选方案的选系统硬件系统硬件系统软件3择论证择论证设计（1）设计（2）设计（1）5、6节7、8节地点K2-407K2-407K2-407K2-407K2-407教学第16周：2016.12.12～2016.12.16时间星期一星期二星期三星期四星期五星期六星期天1、2节系统软件设计（2）3、4节仿真调试（1）仿真调试（2）设计答辩设计答辩讲解报告要求5、6节7、8节地点K2-407K2-407K2-407K2-407K2-4074.1、基本要求根据过程、报告、答辩等确定设计成绩，成绩分优、良、中、及格、不及格五等。评定项目基本内涵分值平时表现考勤10分答辩情况回答问题情况20分操作能力实物或仿真测试正常无故障运行20分课设报告完成设计任务、报告规范性等情况50分90～100分：优；80～89分：良；70～79分：中；60～69分，及格；60分以下：不及格5、课程设计参考资料[1]贺哲荣.AT89S51单片机硬件设计与编程实例.北京：中国电力出版社.2012[2]李泉溪.单片机原理与应用实例仿真.北京:北京航空航天大学出版社,2012.[3]王平.单片机应用设计与制作.北京:清华大学出版社,2012.[4]彭为等.单片机典型系统设计实例精讲.北京：电子工业出版社，2007[5]王庆利等.单片机设计案例实践教程.北京：北京邮电大学出版社，2008[6]韩志军等.单片机应用系统设计——入门向导与设计实例.北京：机械工业出版社，2005[7]皮大能等.单片机课程设计指导书.北京：北京理工大学出版社，2010[8]张毅刚.单片机原理及应用.北京:高等教育出版社,2011.4基于单片机的公交车自动报站系统1、课程设计方案选择1.1、示案论证：图1-1系统组成结构图如图4-1所示本系统使用八位单片机作为控制器件。当系统进行语音再生时，单片机控制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。同时，单片机通过程序读取文字信息并读取时钟电路的实时时间，送入液晶显示模组来进行站数和站名以及当前时间的显示。当脉冲检测电路达到系统预定值是就表明到了某一站系统就会对当前车站进行播报和显示。当系统进行语音录制时，语音信号通过语音录入电路送给语音合成电路中的语音芯片，由语音芯片进行数据处理，并将生成的数字语音信息存储到语音存储芯片中，从而建立语音库。1.2、硬件方案的选择1.2.1语音芯片的选泽：方案一：基于ISD2560语音芯片的录放电路设计ISD2560系列语音芯片可通过SPI协议方便地与CPU接口。用ISD2560芯片构成的单片机通用开发板采用国内最常用的MCS-51语言单片机89C51来与ISD2560系列语音芯片相结合，可供用户开发各种新型智能型数码语音产品。方案二；基于ISD1730语音芯片的录放电路ISD1730是华邦公司新推出ISD1700系列芯片的单片优质语音录放电路，该芯片能提供多项新功能，包括内置专利的多信息管理系统，新信息提示,双运作模式（独立&嵌入式），以及可定制的信息操作指示音效。芯片内部包含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器与内存等的全方位整合系统功能。通过分析比较，本次设计采用ISD1730语音芯片设计录放电路，其相对于ISD2560语音芯片来讲功能更强大，由按键直接控制语音的录放等，电路工作稳定、可靠性高，完全达到了设计要求，具有非常好的实用性。1.2.2显示芯片的选泽：CPU控制晶振、复位脉冲检测电路文字显示电路语音播放电路时钟电路5方案一：采用LCD点阵显示，用来显示文字、图形、图像、等各种信息的显示屏幕。它均由LCD矩阵块组成。图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形，该方案简单易行。但所需的元件较多，且不容易进行操作，可读性差，一旦设定后，很难再加入其他的功能。方案二：采用液晶（LCD1602）显示器件，该液晶显示器件与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该器件的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。而且此液晶显示平稳、省电、美观，更容易实现题目要求，对后续的功能兼容性高，。只需将软件作修改即可，可操作性强，也易于读数，能同时显示日期、时间、星期且易于修改。综上分析，我们采用了第二个方案。1.2.3时钟芯片的选泽：方案一：采用软件实现，直接用单片机的定时器编程实现，优点节省硬件，但编程复杂且程序运行的每一步都需要时间，多一步或少一步程序都会影响记时的准确度，准确度较差。方案二：采用专用的时钟芯片实现时钟的记时，专用时钟芯片记时准确，容易控制，能够从芯片直接读出日期、时间、星期，更符合题目要求。综上分析，我们采用了第二个方案，时钟芯片选择常用的DS1302。1.2.4控制模块的选择：所学专业课中学习过51单片机，并且单片机体积小，重量轻，具有很强的灵活性而且价格便宜，所以控制模块选用AT89C52单片机。1.2.5脉冲检测电路的选择：脉冲检测电路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，故采用可靠的霍尔元件DN6848作为信号的采集装置，再经光电耦合器4N25输入给单片机。光电耦合器的信号进入C51后，采用中断方式对脉冲计数。外部晶振12MHz。2、硬件设计图2-1总原理图如图2-1所示：单片机的P0口接显示模块芯片1602的数据口，P2^0~P2^2接1602的读写6口及使能端。P1^0~P1^2接时钟电路DS1302。P2^3接脉冲检测电路。P3口接语音电路。2.1语音播放电路（ISD1730）2.1.1语音播放电路的管脚图如图2-2所示：总共有28个管脚。通过STC89C51单片机控制ISD1730语音芯片的录放，并用单片机对录放时间的设定和控制。ISD1730芯片提供了多项新功能，包括内置专利的多信息管理系统，新信息提示,双运作模式，以及可定制的信息操作指示音效。芯片内部包含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器与内存等的全方位整合系统功能。此芯片的性能特点是：1)可录、放音十万次，存储内容可以断电保留一百年。2)两种控制方式，两种录音输入方式，两种放音输出方式。3)可处理多达255段以上信息。4)有丰富多样的工作状态提示。5)多种采样频率对应多种录放时间。图2-2ISD1730管脚图6)音质好，电压范围宽，应用灵活，价廉物美。2.1.2与单片机的连接图2-3接口图如图2-3所示图中的4-7脚和单片机P3口相连，此时P3口做基本的输入输出单片机通过P3.0来控制此芯片成为当前被控制设备并且开启SPI接口，此端口为低电时平有效。SPI（13脚，15脚）为喇叭输出脚。MISO（4脚）：SPI接口的串行输出端口，SCLK下降沿之前的半个周期将数据放置在MISO端，数据在SCLK的下降沿时移出，此时语音通过喇叭进行播放。MOSI（5脚）：SPI接口的数据输入端口。主控制芯片在SCLK上升沿7之前的半个周期将数据放置在MOSI端。数据在SCLK上升沿被锁存在芯片内。此管脚在空闲时，应该被拉高。SCLK（6脚）：接口时钟管脚，单片机通过此管脚来同步MISO和MOSI端各自的数据输入输出，此管脚空闲时，必须拉高。当REC(24脚)接地时通过MIC（10脚、11脚）接麦克风进行语音信息的录入。2.2液晶显示电路(LCD1602)：2.2.1字符型液晶显示是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，本设计采用的是LCD1602-LM032L型液晶显示器如图2-4所示，其外形尺寸为80×36×14，单5V供电，由左到右共14个引脚.LCD1602分两行显示，每行可显示多达16个字符。本设计在LCD1602第一行固定显示时间，第二行显示欢迎语并在车辆到站时显示本站站名和下一站站名。在车辆离站时再次显示欢迎语。图2-4管脚图2.2.2与单片机的连接如图2-5所示芯片(D0-D7)为其数据口和单片机P0口相接，此时单片机P0口做基本的输入输出功能，因为P0口具有地址/数据复用的功能所以在当基本的输入输出时需要接上拉电阻。芯片的使能端以及读/写端寄存器的选择端接到P2^0~P2^2。单片机通过P0^0对芯片进行控制，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令，低电平时写入数据。RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。图2-5接口图2.3时钟电路（DS1302）：2.3.1DS1302时钟芯片可以工作于24小时模式或AM/PM的12小时模式。其内部包含了10个小时寄存器和31字节RAM，这些寄存器和RAM用来存放各种时间数据。在使用时，可以对芯片的当前时间进行设定。如图2-6所示芯片共有8个管脚采用了简单的I2C三线通信方式，便于节省芯片和与之接口的微处理器管脚。芯片有着2.0～5.5V的宽供电电压范围，在5V供电时其接口与TTL电平兼容；并且功耗很低，在2.0V供电时仅耗图2-6管脚图300nA的电流。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小于31日时可自8动调整，包括闰年，有效至2100年。可采用12h或24h方式计时，采用双电源（主电源和备用电源）供电，可设置备用电源充电方式，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。主要性能：（1）31字节RAM存储时间数据。（2）2.0～5V供电。（3）支持单字节传输模式和突发式传输模式。（4）8针DIP封装和SOIC封装。（5）3线接口，简单易用。（6）兼容TTL电平。（7）操作温度-40～+85°C。2.3.2与单片机的连接如图2-7所示DS1302与单片机的连接仅需要3条线，即SCLK、I/O、RST、。Vcc2在单电源与电池供电的系统中提供低电源并提供低功率的电池备份。Vcc2在双电源系统中提供主电源，在