基于单片机的公交车自动报站系统设计 毕业设计（论文）.pdf

广州汽车学院本科毕业设计（论文）说明书基于单片机的公交车自动报站系统的设计系 别电子信息工程系专业班级 自动化（2）班学生姓名_指导教师_提交日期2011年5月26日华南理工大学广州汽车学院 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究 所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权华南理工大学广州汽车学院可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口，在一年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密口。（请在以上方框内打“J”）学位论文作者签名：日期：年 月 日指导教师签名:日期:年 月 日华南理 工大学 广州汽 车学院毕业设计（论文）任务书兹发给 班学生 毕业设计（论文）任务书，内容如下：1.毕业设计（论文）题目：基于单片机的公交车自动报站系统的设计2.应完成的项目：_（1）设计一个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，同时进行显示。（2）公交车自动报站系统实物的制作与调试（3）论文的撰写3.参考资料以及说明：_（1）廖继红.数字通信技术ML北京：高等教育出版社,2006年（2）梁子伊.ISD4004系列语音芯片的单片机控制技术J1.（3）周航慈.单片机应用系统程序设计技术M.北京航空航天大学出版社（4）胡汉才.单片机原理及系统设计ML北京：清华大学出版社,2001.01第一版（5）（6）（7）4.本毕业设计（论文）任务书于 年 月 日发出，应于 年 月 日前完成,然后提交毕业考试委员会进行答辩。专业教研组（系）负责人 审核 年月日指导教师（导师组）签发 年 月 日毕业设计（论文）评语:毕业设计（论文）总评成绩：毕业设计（论文）答辩小组负责人签字:年月 日摘要根据STC89C52单片机的特点和公交车报站的特点，本文提出了一种用单片机控 制语音芯片进行公交车语音模拟报站的方法，同时给出了软硬件设计的方法，设计过 程中包括硬件电路设计和软件程序编写两个方面。本系统硬件利用STC89C52作为CPU进行总体控制，通过ISD4004语音芯片建 立语音信息库，对语音信息进行自由组合，形成变化多样的语音信息，利用LM386 功能播出语音信息以及提示语音，同时运用LCD液晶显示器进行站数显示。本系统软件利用软件keilC51进行C语言编程，将系统要实现的LCD显示，ISD4004语音播报，红外控制中断服务程序等进行编程，把程序通过串口写到 STC89c52中去，反复进行调试，将系统完善。当公交车到达某站点，用键盘控制本系统工作，或者通过红外遥控触发系统工作,通过语音电路输出语音信息和提示，LCD液晶显示器同时显示时间、温度信息。时 间采用实时时钟芯片DS1302来获取信息，通过手动键盘，识别语音播放地址，驱动 扬声器播放相应站名，温度采用温度传感芯片DS18B20来获取温度信息，再通过单 片机处理由液晶器显示出来，该公交车报站器结构简单，使用灵活，功能稳定，音质 自然、清晰，无论对于社会或者科研都有一定的研究价值。关键词：公交车，液晶显示器，单片机，语音芯片IThe design of bus station-voice reported were based on theMCUAbstractAcco rd ing to the cha ra cteristics o f the STC89C52 micro co ntro ller a nd the cha ra cteristics o f bus-sto p,this pa per,a vo ice chip whit a micro pro cesso r co ntro lled vo ice synthesizer repo rted the bus sta tio n,a nd gives the ha rd wa re a nd so ftwa re d esign metho d s,d esign pro cess,includ ing ha rd wa re d esign a nd two a spects o f so ftwa re pro gra mming.The system ha rd wa re using STC89C52 a s the CPU fo r o vera ll co ntro l,the esta blishment by ISD4004 vo ice chip vo ice info rma tio n d a ta ba se,a nd a free co mbina tio n o f vo ice info rma tio n to fo rm a d iverse vo ice messa ge,vo ice messa ge bro a d ca st using LM386 a mplifier a nd vo ice pro mpts.The system so ftwa re uses the C pro gra mming la ngua ge so ftwa re keilC51,the system to a chieve the LCD d ispla y,ISD4004 vo ice bro a d ca st,infra red co ntro l pro gra m such a s interrupt service ro utine,the pro ced ure to go thro ugh the seria l po rt writes STC89C52,repea ted testing,to ma ke the system perfect.While the use the keybo a rd to co ntro l the system wo rk,Or by infra red remo te trigger system wo rk,the o utput vo ice info rma tio n thro ugh vo ice circuits a nd tips,LCD simulta neo usly sho ws time,tempera ture Info rma tio n,rea l time clo ck chip DS 1302 used to o bta in time info rma tio n by ma nua l keybo a rd,vo ice bro a d ca st a d d ress reco gnitio n,d riving spea ker bro a d ca st sta tio n na me,Tempera ture using tempera ture senso r chip DS18B20 to o bta in tempera ture info rma tio n,a nd then pro cessing thro ugh the MCU o ut o f the liquid crysta l d ispla ys.The bus-sto p d evice structure is simple,flexible,functio na l sta bility,a nd so und na tura l,rega rd less o f so cia l o r scientific resea rch ha s so me va lue.Keyword:Bus,LCD,MCU,Vo ice Chipii目录摘要.IABSTRACT.II引言.1第一章 公交车自动报站系统设计的意义及任务.31.1公交车自动报站系统设计的意义.31.2 设计任务.3第二章 系统的硬件设计和方案对比选择.52.1 系统设计结构图.52.2系统设计方案对比选择.52.2.1 MCU微处理控制器的方案对比选择.62.2.2 LCD液晶显示模块的方案对比选择.62.2.3语音芯片的方案对比选择.72.2.4.实时时钟电路的方案对比选择.72.2.5控制方式方案选择.8第三章系统的硬件设计电路及元件说明.93.1 MCU微控制器电路.93.2 LCD液晶显示电路.113.3语音芯片电路.143.3.1 ISD4004引脚的说明.143.3.2 ISD4004的操作模式说明.163.4 功放电路.173.5 红外无线控制电路及控制说明.183.6按键控制.203.7实时时钟电路.203.8温度传感模块.21ill3.9 晶振电路.223.10系统电源供电电路.23第四章系统的软件设计.254.1中断服务程序.254.2录音/放音控制程序.274.3红外遥控解码程序.284.4主程序设计.29第五章系统的制作、焊接与调试.315.1系统的制作.315.2系统的焊接.315.3系统的调试.31第六章系统的验证及改进.336.1系统的验证.336.2系统的待改进的模块.33设计总结.35参考文献.37致谢.39附录.41附录一系统的主程序清单.41附录二基本单片机公交车自动报站系统设计的原理图.50附录三基本单片机公交车自动报站系统设计的PCB图.51附录四基于单片机公交车自动报站系统设计的元器件清单.52附录五基于单片机公交车自动报站系统设计的实物图.53附录六基于单片机公交车自动报站系统设计的使用说明.54IV引言引言虽着我国城市建设的发展，对城市服务行业的服务质量要求也越来越高。公交 车作为市民出行的主要交通工具，已经被越来越多的市民所熟悉，公交车服务质量它 代表了一个城市交通发展的水平。现如今由售票员人工售票，报站的公交车已经基本 没有了，无人售票公交车在街头逐渐多起来了，语音报站器也被广泛使用，这在相当 大的程度上免除了乘务人员沿途报站的麻烦，给许多不熟悉公交线路的乘客带来了方 便。随着电子技术的不断发展，单片机技术的日益成熟，和多媒体技术的普通应用，使得公交车语音报站器服务更加完善。本设计结合单片机的特点和公交车报站器的特 点，提出了一种基于单片机STC89c52来控制语音芯片 ISD4004进行公交车语音报站,并通过LCD1602来显示当前实时情况。本设计的论文包括硬件电路设计和软件程序设计两个方面，其中前者主要在第三 章中重点叙述，后者在第四章中叙述。在本设计论文的结尾，分别附有与本设计相关 的资料，包括设计系统主程序，系统原理图，系统PCB图，系统元件清单，系统实物 图及系统使用说明。1华南理工大学广州汽车学院本科毕业设计（论文）说明书2第一章公交车自动报站系统设计的意义及任务第一章 公交车自动报站系统设计的意义及任务1.1 公交车自动报站系统设计的意义随着城市化进程的加快，公交交通作为城市的基础设施之一，仍然是绝大多数出 行者的首选交通式。传统由乘务人员人工报站，该方式因其效果太差和工作强度太大,在绝大多城市已经被淘汰。随着科学技术的日益发展和进步，微型计算机已经在很多 领域得到广泛的应用。在声学领域，微机技术与各种语音芯片的结合，既可以完成语 音的合成技术，又可以使得公交车报站器的实现，从而为市民提供了更加人性化的服 务，鉴于公交车报站的具体情况，结合公交车的使用特点及实际运营环境，设计了一 种由单片机控制的公交车报站系统。公交车报站系统的设计应用单片机，LED显示，语音芯片，使得到站信息及提示 信息以语音和显示的方式告知市民，为市民提供更人性化，更完善的服务。选题的研究现状如下所述：目前公交车报站系统技术主要有以下几种：第一种是目前最常用的系统，到站前 由乘务人员按动进站按钮开始报站，出站时由乘务人员按下出站按钮并且开始预报下 站的站名；第二种是门控语音报站器，将开门、关门时转换信号和语音报站器连接，开门和关门时自动报站；第三种是无线信标语音报站器，它是在每个公交车站点设置 发射信标点，公交车临近到站点左右会收到信标信号，开始自动报站，出站后信号消 失，开始预报下一站，此报站器报站准确，但需要为每个站点组建无线发射信标，建 设复杂、费用高，大部分站点无电源供应，公交车数量多时存在频率干扰问题，且较 严重，用户修改站点非常不方便，系统维护成本高；第四种就是GPS自动语音报站器,此报器是在公交车上安装GPS自动语音报站器，自动识别站点并报告站点信息。1.2 设计任务公交车自动报站系统的主要设计任务如下：1).通过大量的参考文献，了解公交车报站系统的相关技术与概念，并做出一些 总结。2).不同公交线路的站名的输入和更换。3).可以完整地手动播报一条公交线路的站名，包括上行线路与下行线路。4).使用本系统可以进行语音播报，使报站器更人性化。5).可以在LED显示屏上显示时间、日期、报站信息、提示语和广告。6).利用汽车后门的打开与关闭实现对当前站名的播报和下一站的预报，当播报 出错时还可以利用调试按钮进行对播报系统的调试。3华南理工大学广州汽车学院本科毕业设计（论文）说明书4第二章系统的硬件设计和方案对比选择第二章系统的硬件设计和方案对比选择本章重点主要是从系统结构图来阐述了硬件的设计以及从方案上对比选择各个电 路部分的原件，目的是使系统达到一个低成本、高质量、稳定可靠的设计。2.1系统设计结构图根据系统设计的要求和设计思路，确定该系统的系统设计结构图。如图2-1所示。硬件电路主要有MCU微处理控制器单元、LCD液晶显示模块、语音芯片、功放、按 键控制、红外电路模块、温度测试模块、实时时钟电路、晶振电路、电影模块等电路 组成。控制 按键LCD液晶显示模块实时 时钟 电路红外模块一OU微处理控制器语音芯片入1/功放J力声器I温度模块晶振电路系统电源供 电电路设计图2-1系统设计结构图2.2系统设计方案对比选择根据设计要求，结合实际情况和设计成本要求，对系统主要部分的电路方案叙述 如下。5华南理工大学广州汽车学院本科毕业设计（论文）说明书2.2.1 MCU微处理控制器的方案对比选择方案一：MCU微处理控制器的种类很多，有宏晶科技公司生产的STC89CXX系列单 片机，其中有8位的单片机，也有16位的单片机。STC89c52为8位的单片机，它是 一种低损耗、高性能的CMOS微处理器，片内有8K字节的存储空间，128字节RAM、4 个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器，寻址范围64K。并且可以在 线进行重复编程、快速擦除、快速写入程序，能重复擦除/写入1000次左右，数据保 存时间为十年。方案二：微处理控制器也有凌阳公司生产的，同样有8位的CPU和16位的CPU。它也有很多特点，比如：体积下、集成度高、可靠行好、易于扩展；具有较强的中断 处理能力；功能强、效率高的指令系统及低功耗、低电压。但是其应用领域主要是为 控制处理数据处理以及数字信号处理等领域，其中凌阳的16位单片机就是为适应这种 发展而设计的。综上所述，在本设计中，考虑到本人对单片机的运用熟练度和单片机功能领域，选择宏晶科技公司生产的STC89C52单片机作为本设计的微控制器。2.2.2 L CD液晶显示模块的方案对比选择方案一：显示的方法有很多种，其中LED数码管是常用的一种显示方法。在这个设 计中，可以用LED数码管来显示相应站台的站号，提醒司机自动是去向或者是回向的 第几站，让司机心里有数，同时增加显示数字的可读性。该设计中，显示站号，至少 要2个LED数码管，显示时间信息要12个，显示温度信息要2个，总共需要16个LED 数码管。单价是L 2元，那16个共需要16X1.2=19.2（元）。另外十几个数码在布线 中会很累赘，而且显示效果也不佳，给设计带来很不方便的使用，也不实用。方案二：LCD1602液晶显示器是一块价廉物美的器件，其体积小，控制简单，使用 方便。它能显示2行16列的数字或英文信息，另外它的线很少，只要8根数据线和3 根控制线，这样给使用带来很大的方便，节约单片机I/O 口。市场上一块LCD1602的 价格也就15元左右，比数码管还便宜，况且显示的站牌能更清晰。方案三：功能强大、可以显示中文文字的LCD12864液晶显示器，其价格贵，体积 大，控制比LCD1602稍微复杂点，但是使用也是很方便的。在控制使用上，需要8根 数据线和3根控制线，其余的PSB、祈和BLA直接与VCC相连接。但是在本设计中使 用它的性价比不高，体积大，占用覆铜板面积大，而且笨拙。综上所述，在LCD液晶显示模块上，选择方案二中的LCD1602液晶显示器作为 本设计的显示模块。显示时间、温度、去向或者是回向的站号信息，方便司机和乘客 读取其上面的信息值得目前的实时情况。6第二章系统的硬件设计和方案对比选择2.2.3 语音芯片的方案对比选择方案一：台湾公司生产的ARP9600语音录放芯片，是采用模拟存储技术的一款音 质好、低嗓音不怕断电、可反复录放的新型语音芯片，单片可录放32-60秒，串行控制 时可分256段以上，并行控制时最大可分8段。与ISD同类芯片相比它具有：价格便 宜，有多种手动控制方式，分段管理方便、多段控制时电路简单、采样速度及录放音 时间可调、每个单键均有开始停止循环多种功能等特点，同时保留了 ISD4004芯片一 些特点，都是DIP28双列直插塑料封装，在管脚排列上也基本相同。方案二：ISD4004系列工作电压3V,单片录放时间8至16分钟,音质好，适用于移 动电话及其他便携式电子产品中。芯片采用CMOS技术,内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列。芯片设计是基于 所有操作必须由微控制器控制，操作命令可通过串行通信接口(SPI或Micro wire)送入。芯片采用多电平直接模拟量存储技术，每个采样值直接存贮在片内闪烁存贮器中，因 此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声，避免了一般固体录音电路因 量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”。采样频率可为4.0,5.3,6.4,8.0kHz,频率越低，录放时间越长，而音质则有所下降，片内信息存于闪烁存贮器中,可在断电情况下保存 100年(典型值)，反复录音10万次。综上所述，结合本设计的需要及控制情况，选择方案二最好。台湾公司生产的 ARP9600语音录放芯片和美国ISD公司的ISD4004语音录放芯片相比，相同点都是DIP28 双列直插塑料封装，在管脚排列上也基本相同，+5V电源供电，可以不加功放直接外 接驱动扬声器。但是不同点是ISD4004的录放时间为8至16分钟，在设计中需要录音时 间长点的，利于每个站台的录音和报站；另外，在控制上，ISD4004可以直接通过地 址的方式查询录音信息并通过扬声器报放录音信息；最后也是最重要的，ISD4004具 有录音结束标志的7,当录音结束后，单片机可以通过读取该标志产生中断信号，使演、PD置高电平，从而控制ISD4004进入不工作节能状态。2.2.4.实时时钟电路的方案对比选择方案一：DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的 实时时钟电路芯片，它可以对年、月、日、星期、时，分、秒进行计时，具有闰年补 偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发 方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31X8的应用临 时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是有主电源/后背电源双电源引脚，可以同时对 后背电源进行涓细电流充电。方案二：DS12887也是是美国DALLAS半导体公司最新推出的串行接口实时时钟 芯片，采用CMOS技术制成，内部具有晶振和时钟芯片备份锂电池。采用DS12887芯 7华南理工大学广州汽车学院本科毕业设计（论文）说明书片设计的时钟电路无需任何外围电路和器件，并有良好的微机接口。DS12887芯片具 有微功耗、外围接口简单、精度高、工作稳定可靠等优点，可广泛用于各种需要接很 多引脚，才能对它达到一个很好的控制。综上所述，结合本设计的实际问题及单片机I/O 口线，选择方案一种的DS1302作 为本设计的实时时钟电路的芯片。其控制方便、占单片机I/O 口线少、体积小、价格便 宜，方便本设计的使用。2.2.5 控制方式方案选择考虑到本设计的接收站号信息和本人所学信息领域，采用红外发送接收模块作为 本设计的主要控制方式，将每个站台都设置成一个红外发射模块，有自己的发射的信 息，在公交车上设置一个红外接收模块，每当接收到站台所发射的信号做出相应的站 台播报信息和显示，并且精度较准，然后再此基础上加多一个键盘控制方式以便在站 台报站时发生错误信号可以做出调整，采用单键控制，循环线路，一个上行路线，一 个下行路线。8第三章系统的硬件设计电路及元件说明第三章系统的硬件设计电路及元件说明本章根据系统设计结构图来对每个部分的电路进行分析和说明，重点讲述微控制 器STC89c52、语音芯片ISD4004、液晶显示模块LCD 1602实时时钟芯片DS1302、温 度模块芯片DB18B20和红外控制模块。该系统中STC89C52是核心器件，系统的设计原 理图如附录二所示。3.1 MCU微控制器电路STC89c52的塑封图如图3-1所示，它为DIP40双列直插塑料封装。STC89c52作为 系统的核心控制元件，只有它能正常工作后才能使其它的元件进入正常工作状态。因 此，下面对SYC89c52进行必要的说明，STC89c52的管脚如图3-2所示。|皿1PSEN A L E-030PN P3.6A L EPR OG P3.7(R D)(TXD)P3.1(R XD)P3.0 R STGNDV CC XTA L 2 XTA L 1(A 15)P2.7(A 14)P2.6 EXWP(A 13)P2.5(A 12)P2.4 P3.4(T0)(A 11)P2.3 P3.5(T1)(A 10)P2.2(A 9)P2.1 P3.2(TOfO)(A 8)P2.0 P3.3(mfl)115-?3.6?3.7?311?30109R Sr2040t1XTA L119 XTA I2P218-5P262f73lTP2526?2.42511?3,4P23241?35P2-23P2A1P20211?33P0732(A D 7)P0.7 P1.7(SCK)(A D 6)P0.6 P1.6(KnS0)(A D 5)P0.5 P1.5(N10SI)(A D 4)P0.4 Pl.4(A D 3)P0.3 P13(A D 2)P0.2 P12(addpo.i pm(A D 0)P0.0 A T89S5x P1.08Pl一P0633pi6P05346Pl5?0.4355Pl.4P03364pi3?C-，373piP038-，pi一P00391Pl|0图3-1 STC89C52塑封图 图3-2 STC89C52引脚图9华南理工大学广州汽车学院本科毕业设计(论文)说明书STC89C52具体介绍如下：1).主电源引脚(2根)VCC(Pin40)：电源输入，接+5V电源GND(Pin20)：接地线2).外接晶振引脚(2根)XTAL1(Pinl9)：片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端3).控制引脚(4根)RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PR0G(Pin30)：地址锁存允许信号PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令,如果接高电平则从内部程序存储器读指令。4).可编程输入/输出引脚(32根)STC89c52单片机有4组8位的可编程I/O 口，分别位PO、Pl、P2、P3 口，每个 口有8位(8根引脚)，共32根。P0 (Pin39Pin32)：8 位双向 I/O 口线，名称为 P0.0P0.7P1 口(PinlPin8)：8位准双向I/O 口线，名称为PL 0PL 7P2 口(Pin21Pin28)：8位准双向I/O 口线，名称为P2.0P2.7P3 口(PinlO-Pinl7)：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P3.0P3.7STC89C52主要功能如表3-1所示。主要功能特性表3-1 STC89c52主要功能兼容MS51指令系统8K可反复擦写Fla sh ROM32个双向I/O 口256x8bit 内部 RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHZ2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能10第三章系统的硬件设计电路及元件说明3.2 L CD液晶显示电路1).在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点：显示质量高：由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮 度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器(CRT)那样需要不断刷新新亮点。因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。数字式接口：液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操 作更加方便。体积小、重量轻：液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示 的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。功耗低：相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。2).LCD1602是一种用5X7点阵图形来显示字符的液晶显示器模块，它显示的容 量为2行16个字。其实物如图3.3和3.4所示，它的显示内容丰富、体积小、美观和 易于控制都是本设计选择作为显示模块的原因。其引脚结构图如图3.6所示。图3-3 LCD1602正面图图3-4 LCD1602反面图图3-5 LCD1602引脚图11华南理工大学广州汽车学院本科毕业设计（论文）说明书3）.引脚功能说明1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如 表3-2所示：表3-2引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7DO数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比 度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比 度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存 器。第5脚：R/W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R/W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R/W为高电平时 可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：DOD7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。12第三章系统的硬件设计电路及元件说明表3-3控制命令表4）.1602LCD的指令说明及时序,模块控制器共有11条控制指令，如表3-3所示:序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM)10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1为高电平、0为低电平）指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H。指令3：光标和显示模式设置I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令4：显示开关控制。D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电 平表示关显示C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标B：控 制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令6：功能设置命令DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线N：低 电平时为单行显示，高电平时双行显示F:低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时 显示5x10的点阵字符。指令7：字符发生器RAM地址设置。指令8：DDRAM地址设置。指令9：读忙信号和光标地址BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能 接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据。指令11：读数据。13华南理工大学广州汽车学院本科毕业设计(论文)说明书5).如表3-4所示是1602的内部显示地址。表3-4 1602LCD内部显示地址3.3语苜芯片电路3.3.1 ISD 4004引脚的说明ISD4004的塑封图如图3-6所示，引脚图如图3-7所示。图3-7 ISD4004塑封图图3-8 ISD4004的引脚图对其引脚说明如下：1).电源：(VCCA,VCCD)：为使噪声最小,芯片的模拟和数字电路使用不同的电源 总线，并且分别引到外封装的不同管脚上,模拟和数字电源端最好分别走线,尽可能在 靠近供电端处相连，而去耦电容应尽量靠近器件。2).地线：(VSSA,VSSD)芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线。3).同相模拟输入(ANA IN+)这是录音信号的同相输入端。输入放大器可用单端 或差分驱动。单端输入时，信号由耦合电容输入,最大幅度为峰峰值32inV,耦合电容和 14第三章系统的硬件设计电路及元件说明本端的3K。电阻输入阻抗决定了芯片频带的低端截止频率。差分驱动时，信号最大幅 度为峰峰值16mV,为ISD33000系列相同。4).反相模拟输入(ANA IN-)差分驱动时,这是录音信号的反相输入端。信号通过 耦合电容输入,最大幅度为峰峰值16mV5).音频输出(AUD OUT)提供音频输此可驱动5KQ的负载。6).片选(SS)此端为低，即向该ISD4004芯片发送指令，两条指令之间为高电 平。7).串行输入(MOSI)此端为串行输入端，主控制器应在串行时钟上升沿之前半个 周期将数据放到本端，供ISD输入。8).串行输出(MISO)ISD的串行输出端。ISD未选中时，本端呈高阻态。9).串行时钟(SCLK)ISD的时钟输入端，由主控制器产生，用于同步MOSI和MISO 的数据传输。数据在SCLK上升沿锁存到ISD,在下降沿移出ISDo10).中断(/INT)本端为漏极开路输出。ISD在任何操作(包括快进)中检测到 EOM或OVF时，本端变低并保持。中断状态在下一个SPI周期开始时清除。中断状态 也可用RINT指令读取。0VF标志一一指示ISD的录、放操作已到达存储器的未尾。E0M标志只在放音中检测到内部的E0M标志时，此状态位才置1。11).行地址时钟(RAC)漏极开路输出。如图3-8所示，每个RAC周期表示ISD存 储器的操作进行了一行(ISD4004系列中的存贮器共2400行)。该信号1751ns保持高 电平，低电平为25ms。快进模式下，RAC的218.75 us是高电平，31.25 us为低电平。该端可用于存储管理技术。-200ins-25ms图3-8时钟RAC周期12).外部时钟(XCLK)本端内部有下拉元件。芯片内部的采样时钟在出厂前已调 校,误差在+1%内。商业级芯片在整个温度和电压范围内，频率变化在+2.25%内。工 业级芯片在整个温度和电压范围内，频率变化在-6/+4%内，此时建议使用稳压电源。若 要求更高精度，可从本端输入外部时钟(如前表所列)。由于内部的防混淆及平滑滤波 器已设定,故上述推荐的时钟频率不应改变。输入时钟的占空比无关紧要，因内部首先 进行了分频。在不外接地时钟时,此端必须接地。13).自动静噪(AMCAP)当录音信号电平下降到内部设定的某一阈值以下时，自动 15华南理工大学广州汽车学院本科毕业设计（论文）说明书静噪功能使信号衰弱，这样有助于养活无信号（静音）时的噪声。通常本端对地接ImF 的电容,构成内部信号电平峰值检测电路的一部分。检出的峰值电平与内部设定的阈 值作比较，决定自动静噪功能的翻转点。大信号时，自动静噪电路不衰减，静音时衰减 6d Bo ImF的电容也影响自动静噪电路对信号幅度的响应速度。本端接VCCA则禁止自 动静噪。3.3.2 ISD 4004的操作模式说明ISD4004工作于SPI串行接口。SPI协议是一个同步串行数据传输协议，协议假 定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK的下降沿动作，因此对ISD4004而言，在时钟止 升沿锁存MOSI引脚的数据，在下降沿将数据送至MISO弓|脚。协议的具体内容为：1）.所有串行数据传输开始于SS下降沿。2）.SS在传输期间必须保持为低电平,在两条指令之间则保持为高电平。3）.数据在时钟上升沿移入，在下降沿移出。4）.SS变低，输入指令和地址后，ISD才能开始录放操作。5）.指令格式是（8位控制码）加（16位地址码）。6）.ISD的任何操作（含快进）如果遇到EOM或OVF,则产生一个中断，该中断状态 在下一个SPI周期开始时被清除。7）.使用读指令使中断状态位移出ISD的MISO引脚时，控制及地址数据也应同 步从MOSI端移入。因此要注意移入的数据是否与器件当前进行的操作兼容。当然,也允许在一个SPI 周期里，同时执行读状态和开始新的操作（即新移入的数据与器件当前的操作可以不 兼容）。8）.所有操作在运行位（RUN）置1时开始，置0时结束。9）.所有指令都在SS端上升沿开始执行。16第三章系统的硬件设计电路及元件说明SPI控制寄存器控制器件的每个功能，如录放、录音、信息检索（快进）、上电/掉电、开始和停止操作、忽略地址指针等。详见下表3-5：表3-5 SPI控制寄存器功能表位值功 能位值功 能RUN允许/禁止操作PU电源控制二1开始=1上电=0停止=0掉电P/-R录/放模式IAB操作是否使用指令地址=1放音=1忽略输入地址寄存的内容0录音=0使用输入地址寄存的内容MC快进模式P15-P0行指针寄存器输出1允许快进0禁止A15-A0输入地址寄存器IAB置0时，录、放操作从A9-A0地址开始。为了能连贯地录、放到后续的存储 空间，在操作到达该行末之前,应发出第二个SPI指令将IAB置1,否则器件在同一地 址上反复循环。这个特点对语音提示功能很有用。RAC脚和IAB位可用于信息管理。3.4 功放电路LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类 产品。为使外围元件最少，电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电 阻和电容,便可将电压增益调为任意值，直至200o输入端以地位参考，同时输出端被 自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压下，它的静态功耗仅为24mW,使得LM386 特别适用于电池供电的场合。LM386的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。如图3-9所示17华南理工大学广州汽车学院本科毕业设计（论文）说明书在本设计中，使用外接功放LM386的方法来提高功率，在ISD4004的14脚（SP+）外接一个6c2瓷片电容，将音频信号耦合至电位器6R1,通过调节电位器的中心抽头 位置来改变输入给LM3