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基于单片机的公交车报站器的设计(完整资料）
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基于单片机的公交车报站器的设计

Ｂａｓｅd　on sinｇｌe ｃhiｐ desｉgn ｏｆ bus stopｓ

目录
摘要II
ＡｂstｒactII
第1章绪论2
１.1　课题研究背景及意义2
1.2　国内外研究现状2
1．3 主要设计目标2
1。4　本文研究内容2
第２章系统硬件设计2
2。1 基于单片机的公交车报站器系统总体设计2
2.2 电源系统设计２
２。3 中央处理单元2
２。3．１　 SＴC89Ｃ５２单片机主要特性2
2。３.2 单片机的最小系统２
２.4 语音播报模块2
2.4.1 ISD40０4语音芯片2
2。4.2 语音电路设计2
2。5 显示模块2
2．5.１ 8×８点阵模块介绍２
2．5．２　显示电路设计２
2。６　按键控制模块2
2．6.1 键盘扫描原理2
2。6．2 键盘电路设计2
２。7本章小结２
第3章系统软件设计2
3.１ 公交车报站器软件总体设计２
3.２ 录音子程序设计２
3．3 报站子程序设计２
3.4 本章小结2
第4章软件仿真2
4.1 仿真电路设计2
4。2 仿真结果2
4。3 本章小结2
结论2
参考文献2
附录Ａ2
附录B2
致谢2

摘要
如今公共汽车已经成为人们日常生活中必不可少的伙伴。一方面，城市空气污染严重,政府鼓励民众少开私家车，更多的使用公共交通出行。有的国家甚至指定一天为禁止机动车日,来警示民众环境污染的严重性。另一方面,大中城市交通拥堵不堪，如北京等特大城市不得不规定私家车限号出行，强制人们使用公共交通。由此以来，公交车还是大众出行不可或缺的工具。
传统公交车采用人工售票的方式,浪费人力的同时还存在很多问题，比如很多乘务员带有口音,普通话很不标准，使外地乘客无法准确得知乘车信息。因此，无人售票公交成为城市公交车的趋势，公交车语音报站器的作用也日益凸显了出来。公交车语音报站器的作用是告诉乘客这辆车要往哪开，即将到达的车站，以及一些提示信息,如车辆转弯或者提醒乘客让座等。公交车报站器弥补了传统公交人工报站的不足，可以使乘客准确知悉乘车信息。
本设计应用SＴC8９C52微处理器、ISＤ4004语音芯片、8*８点阵显示模块及4*4键盘控制模块实现简易的公交车报站系统，通过语音控制电路进行公交线路的站名、各种提示语音的录制和生成，用程序语句调用进行播放,同时使用LＥD进行当前到站名称显示.该报站器的硬件电路简单，软件功能完善，同时具备高可靠性的控制系统，性价比较高，具有很好的推广价值。

关键词：SＴC８９Ｃ５2；IＳＤ400４;公交车报站器

Ａbstract
Noｗ tｈe ｂuｓ has ｂeｃome iｎdispeｎsable in People’s Daｉly ｌife　partneｒ. On the onｅ hand, tｈｅ ｕｒbaｎ　aｉr ｐolluｔｉoｎ is　ｓerｉoｕs， ｔhe　govｅrnmenｔ is encouｒaｇｉｎg peopｌe ｌｅss privatｅ　ｃaｒs， moｒe use　puｂｌiｃ ｔｒａnｓpｏrtａｔion. Ｓome cｏuntriｅs even speｃiｆｙ to　pｒohibit ｍotoｒ vehiclｅ，　a ｄay　to aleｒｔ peoｐｌe to　tｈe ｓｅriousness of　the　poｌlutiｏn ｏf tｈe ｅnvｉｒonmｅnt.　Tｒafｆｉｃ cｏngesｔｅd, ｏn ｔｈe oｔhｅr hand,　lａrge and　mｅdiｕm-sｉｚeｄ cities， sｕｃh as　large cｉｔiｅｓ　suｃh　as　Beｉｊiｎg had to　traveｌ regｕｌａｔiｏns　ｌｉmｉt ｐrivate carｓ，　fｏrcing ｐeｏpｌe ｔo usｅ pubｌic　ｔｒanspoｒt.　Hｅncｅ,　a bus ｏr tｒavel inｄispeｎｓａble tｏol oｆ　the masses.
Tｒａditiｏnal buｓ　sells tickets　in artificial wａy， a ｗaste ｏf　ｍａnｐoｗｅr，　ｗｈilｅ　ｔhｅre ａre stｉll maｎy　pｒｏbｌeｍs。Fｏr　exaｍpｌe， manｙ　ｆlｉght atteｎdants wｉtｈ acｃents, mａndaｒin　iｓ not ｖｅry standａrd， so　tｈat fｏreign passeｎｇｅrs　ｃan noｔ　undersｔａnd ｔrａvel ｉnｆormａｔiｏn　accuratelｙ。Therefoｒe, ｕnmａnneｄ bｕseｓ in　ciｔiｅｓ ｗill be ａ　ｔreｎd, the buses　vｏice annｏｕncer’s rｏlｅ　also incｒｅasｉｎgly　promiｎent。Ｂus voiｃe announcer role　is to ｔｅｌl the pａssengｅｒ car to where　to staｒt,appｒｏachｉng the ｓtatｉon naｍｅ,aｓ ｗelｌ as sｏme　ｔipｓ, suｃh ａｓ turning of　thｅ ｖehicｌe oｒ to ｒemiｎd ｓeats。Bus staｔions-reported uｐ ｆｏr the　lacｋ　of　trａditiｏnal artｉfiｃiaｌ bｕs　sｔopｓ，　pｅｏple cａn mａｋe an　acｃurａｔe kｎowleｄｇe ｏf pasｓengｅr tｒａvel ｉnforｍatiｏn.
The dｅsiｇｎ appｌicatｉon ＳTC89Ｃ52　mｉｃｒｏprocｅsｓｏr, ISD40０4　voicｅ ｃｈip， 8 * ８ ｄｏt ｍatrix diｓplａy modulｅ and 4 ＊　4　keyｂoard cｏntrｏｌ　ｍoduｌｅ ｆor　simple　ｂus ｓtａtionｓ syｓｔeｍ．Record aｎd　ｇｅneｒatｅ all　ｋindｓ ｏf　voiｃｅ　pｒompts ａnｄ stops ｂy voｉce ｃontroｌ circｕit。ｃaｌl prｏgrａｍ sｔatemenｔ to play a voice，aｔ　the same tｉmｅ cａrry oｕt　thｅ curreｎt statiｏn namｅ using LEＤ display.Ｔｈe nｅｗsｐaper ｓtatiｏn'ｓ ｈardwarｅ　circuit ｉs simｐle，　ｓoｆtwarｅ fuｎctioｎ ｉｓ perfｅcｔ, ｔｈｅ　contrｏｌ system ｉs reｌiaｂle。　Iｔ is cost－efｆective, ｗith gｏｏd promotioｎal　valｕｅ。

Ｋeｙwords：　STC8９C52；ISD40０４；ｂus statｉons—reporteｄ

第１章绪论
１．1　课题研究背景及意义
随着中国城镇化水平的提高，大量人口涌向城市,城市交通系统已不堪重负.同时,中国的持续高速发展及粗放型的开发方式,使环境污染日益严重，现在已经成为影响人们日常生活的重要问题。政府鼓励人们更多的使用公共交通出行,以减轻对城市交通及环境的压力。同时，公交车方便快捷的乘坐方式及实惠的价格也是普通大众出行首选［1］。
传统公交车有很多需要解决的问题,乘务员在传统公交系统中一直负责报站的重要任务.但是这种方法事倍功半而且工作强度很大，在很多发达城市已经摒弃不用了。近几年来世界乃至我国的科学技术飞速发展，在许多领域微机技术已经变成主导。在现今声学的领域里，公交车语音报站器已经成为可能,可以使用微机与语音芯片相结合来完成语音合成的技术来实现这个目标,从而使市民有了更加人性化完善的服务.因此,介于以上问题及原因综合实际使用情况,为了解决传统公交存在的报站问题,本文设计了公交车语音报站器，在即将到站时进行语音提示同时显示到站名称。
1.２ 国内外研究现状
最近几年,我国经济稳步快速发展，人口数量呈几何递增，人口及环境问题给城市带来了双重压力。私家车的数量急剧增加，更是使原本就拥堵不堪的城市交通情况雪上加霜［２］。在现代城市里，公共汽车已经成为普通大众出行所必不可少的交通工具,人们花费在路上的时间越来越长，公交车的乘车体验直接影响到人们的日常生活。目前在国内的大中城市中，无人售票公共汽车已经成为主流,采用公交车语音报站器来提示到站信息。但是在一些不发达城市，仍然存在着人工售票方式，售票员报站会因为拥挤及口音给乘客带来很多问题。在欧美的一些大城市，电子信息技术和计算机技术已经大范围应用于公交系统，公交车上普遍使用自动定位报站器，极大的提升了公交车的经营效益和服务水平.
公交车报站器在公共交通事业中的作用十分重要,它直接影响着公交车的服务质量和人们的出行体验。现在，国内外普遍采用的报站方式主要有三种［3］。一种是利用ＧPS全球卫星定位系统的公交车自动报站器，这种报站器系统稳定，功能强大，可以根据卫星定位自动播报到站位置，美国的一些城市已经投入使用。我国也在研制此类产品,但是由于系统复杂,投资昂贵,较难在我国城市推广使用.另一种是我国之前普遍采用的人工报站方式，它的服务质量直接依赖于售票员，容易给外地乘客带来不便，在没有售票员的情况下会大大增加司机的工作强度,这种报站方式现在已经越来越少了。最后一种是公交车电子报站器,到站时有司机进行手动控制,可方便快捷的进行语音播报及汉字显示。这种报站器不像GPS报站器那么昂贵，很适合推广使用,是最符合中国国情的公交车报站器。
1。3　主要设计目标
以单片机作为控制核心，采用键盘作为人机交互手段，并用LED点阵和语音模块实现一套简单、实用的公交车报站器，可以实现以下的功能：
①能够在到站、离站时进行准确无误的语音提示.
②能够在显示屏上准确显示到站信息。
③能够具有上车键、下车键、爱心键、转弯提示键等主要功能键.
④能够非常方便的修改语音提示信息。
1.4 本文研究内容
针对我国城市公交车的应用现状，自主研发一套基于单片机的公交车报站器。改变之前公交车由售票员报站的落后模式,在公交车即将到站、即将离站以及车辆转弯时由司机操作报站器，语音播报提示的同时在显示器上显示当前站和将要到达下一站的站名汉字。
公交车报站器是安装在公交车上的，属于车载终端,在系统设计时除了要实现基本功能外，还要同时做到稳定供电、功耗较小、体积轻便等方面，而且也要兼顾易于开发、成本低廉、研发周期短等要素。因此本设计采用STC8９C５2单片机作为系统的主控制器。
在系统设计中，本文将从单片机系统、显示电路、语音电路方面分别展开研究，系统是基于单片机的公交车语音报站器,包括公交车报站器的总体研制方案、报站器硬件电路并实现、软件系统并实现、软件仿真验证。

第２章系统硬件设计
2。1 基于单片机的公交车报站器系统总体设计
系统以单片机STC89C５２为控制核心，总体可划分为中央处理单元、键盘单元、显示单元和语言单元等几部分［4]，如图２．1所示。中央处理单元负责对控制器的整体控制和数据处理.键盘单元进行按键输入,选择所要播放的语音和显示的汉字。显示单元对所要播放的汉字进行显示.语音模块包括两部分:录音和放音。录音部分的作用是进行站名的信息的录入,放音部分是将所要播放的信息进行播放。

图2。1 硬件设计框图
 2.2 电源系统设计
为了满足系统调试和正常工作两种不同的工作环境下对于电源的要求，电源系统设计了两个供电电源：一种是通过ＵSB连接，另一种是3脚稳压电源.当调试程序的时候,可以直接通过USＢ给本模块供电，只需要简单的双向USB连接线与一条ＵSＢ转串口线就可以把程序下载到开发板上运行了［5].三角稳压电源采用了市场上常见的5Ｖ，１A直插式电源,不必为找不到合适的适配电源而烦恼。另外,本设计中所应用的IＳD４0０４语音芯片的供电电压为3。3V，所以需要用ＬＭ111７-33芯片来提供3．３V的工作电压，具体的电路图设计如图２.2所示。

图2.２ 电源系统电路图
图２．2中，J１为ＵＳB接口,J2为汽车电瓶接口，输入电压为2８V,7805的输入电压范围宽达4.5V~36V，完全能够满足电压转换需要,JP１为跳线接口,可以通过跳线将12相连或将34相连对系统进行供电,12相连是选择USB供电，为程序下载模式，而34相连为工作状态,由公交车电瓶对系统进行供电.最终得到的5V电压(图中ＶCＣ)为单片机、显示电路等器件进行供电.图中的LＭ1117—3３芯片的作用是将5V电压转换为3.3V(图中VCC３3)电压为ISD4004语音芯片进行供电.
2．3 中央处理单元
中央处理单元的作用是扫描公交报站器中的按键,根据扫描结果采取相应的动作，是整个报站系统的数据处理核心。本文将采用SＴC89C52单片机作为CPU进行设计.
2。３.1 STC８9Ｃ52单片机主要特性
SＴC89C52是一种低电压，高性能的CMOS8位微处理器，STC８９Ｃ５2单片机内部带有大小为8K的只读存储器,可以进行擦除编程。ＳTC89C52单片机采用ATMEL存储制造技术,密度很高，而且数据安全、不易丢失,并且可以兼容ＭCS—5１的标准输出管脚和指令集。该款单片机是一种高效的微控制器,芯片封装是40引脚封装，分别有贴片和双列直插两种不同的封装形式，本文将采用双列直插（DIＰ40)的封装形式，如图２.3所示。

图2.3　STC89C5２单片机的DIP40封装图
2.3．２　单片机的最小系统
单片机最小系统是一种最简单的电路系统,也是保证单片机可以正常开机、运行程序的关键电路，是维持单片机正常工作所必不可少的电路系统。一般来说，单片机最小系统包含单片机本身和复位电路、时钟电路、通信电路以及存储器。从上面的介绍中我们可以看到，ＳTC89C5２单片机自带程序存储器,大小为8K字节,所以ＳTC89Ｃ52单片机的最小系统主要包括单片机、复位电路、时钟电路以及通信电路。单片机最小系统的原理图如2。4所示。

图2。4 STC８9Ｃ52单片机最小系统原理图
从图2．4中可以看到，本设计的单片机最小系统由晶振电路、复位电路和串口通信电路三部分组成。本文选用12MHｚ的晶振来产生系统时钟，方便进行比较精确地延时,从而减小与ISD4００4芯片进行SＰI通信时产生错误的概率，但这个频率下的串口通信不能达到标砖的９600bps的波特率,本设计中串口只是用来下载程序,故综合这两点考虑，选择了12MHｚ的晶振，晶振两端的３0pＦ的电容是用来协助启振，并有一定的滤波作用。复位电路选用按键复位电路，这种电路方便进行硬件陶氏工作.串口通信线路选择MAX２32芯片进行电平转换。
２。4 语音播报模块
2．４.1 　ISD4004语音芯片
本设计中所采用的语音芯片是ISＤ４004语音芯片，由美国ISＤ公司推出,性能稳定，品质优良，具有很多其他语音芯片所不具备的优点。首先，录音时不需要通过Ａ／D转换和压缩，不会使声音出现较大失真，对每段录音的时间长度没有限制；其次,存储时间长，在不外接电源的情况下可保存数据一百年，可多次重复录放至十万次以上，该语音芯片使用快速闪存作为存储介质，不需要额外扩充存储器即可直接使用;第三，芯片需要的外围电路十分简单；最后，录音时间长,最多可长达十六分钟。
2.4。2 语音电路设计
本设计中，将采用ISD4０04语音芯片来完成声音录放功能，采用ＬM386音频放大芯片对ＩSD40０4的输出信号进行功率放大后接一个“８Ω，1W”的喇叭进行语音播报，用一个麦克风作为声音录制的输入，对站名等语音进行录制，由ISD４004语音芯片和LM368功放构成的语音播报电路图如2.6所示。

图2。6　采用ISD4004芯片的语音播报模块电路图
从上面的介绍中可知，ISＤ4004语音芯片采用SPI串行通信协议与单片机之间进行通信,SS为片选端，每次写入指令的时候都需要将ＳS拉低，之后将要发送的数据写到MOSI端，由SCLＫ端产生一个脉冲,再写入下一位,就这样一位一位的写入,对ＩSD４004进行操作。同时也可以根据地址选择所要播放的语音片段。
考虑到该系统运行在公交车上，工作环境较为嘈杂，而芯片本身驱动功率比较小,单独使用扬声器播报的声音音量较小,无法满足工作要求.因此本设计中,在ISD4００４芯片口和扬声器之间连接低频功率放大芯片ＬＭ３86，放大播报声音，以确保乘客在嘈杂的环境下也能清晰的听到报站信息。LM3８6是一种性能优良的音频功率放大器，由美国国家半导体公司生产.LＭ3８６具有很多优点，如芯片功耗非常小、可使用的电源电压范围较大、总谐波失真小等等.目前，LM3８6在录音机和收音机的生产中应用十分广泛.在图2。6中,Ｒ4为输入阻抗匹配电阻，调整为5kΩ左右即可，通过调整R５的值可以调整功率放大倍数，范围是20—00.LＭ38６的输出阻抗为8Ω，能够完美与所选喇叭进行匹配。
2.5 显示模块
2.5.1 8×８点阵模块
本设计的显示模块采用ＬＥＤ点阵显示系统，它包括静态显示和动态显示两种工作方式.其中,静态显示方式易于理解，且控制方便，但是在实际应用中硬件接线十分复杂，不适合批量生产使用。动态显示方式的基本工作原理是逐行扫描,由较大的窄脉冲从上到下扫描显示屏各行，同时向各列发送脉冲信号，该脉冲信号带有想要显示的图形或文字信息。如此循环往复,显示屏上就会显示出我们所要表示的信息。在本设计中,我们选择较易于实现的动态显示方式。
一个8×8的点阵是由64个发光二极管按一个规律组成的,如图2.7所示是一个共阴型的8×８点阵，各行给高电平信号，各列给低电平信号.

图2。7 8×8点阵组成图
目前，ＬＥＤ显示屏使用十分广泛，而使之可以推广使用的生理性基础就是视觉惰性。视觉惰性是指当光源消失时，人眼的亮度感觉并不会立即消失,而是有一个延时.这是因为，人眼在处理和传输亮度信息时需要一定的时间，从而使视觉具有低通性.目前广泛使用的扫描驱动方式就是人们充分利用人眼的视觉惰性而改良的驱动电路。扫描驱动方式的特点在于不是给每一给灯泡都提供单独的驱动电路,而是将若干个灯泡划分为一个小组，每个小组提供一个驱动电路。在扫描过程中,各组灯泡逐次点亮,在保证扫描频率不低于临界闪烁频率的前提下，由于视觉惰性,人眼看起来就如同所有的灯泡都被点亮。采用这种扫描驱动方式可以减少驱动电路的数量，在显示屏中LED灯数量较大时，能够节约的成本还是较为可观的。
２.５.２ 显示电路设计
为了在显示复杂汉字的同时节约成本,本文采用4个8×８的LEＤ点阵构成的16×16LED点阵构成显示电路，并用7４ＬS５９5和7４LS13８芯片联合进行LＥD点阵驱动,其中74LＳ595负责进行列扫描,74LS138负责列扫描，7４系列芯片的管教的输出电流为3０mA，不足以驱动１6×16的点阵,会出现明暗不均的现象，故采用ＰNP型三极管作为功放管，并选用３0０Ω的限流电阻，显示模块的电路图如图２．8所示。

图2。8显示模块电路图
下面根据显示模块电路图,来分析LED点阵显示电路的控制原理。以显示一行汉字为例,首先从字库中取出这一行汉字的点阵,放入缓存中。之后调用扫描显示函数,即可显示出这一行汉字。扫描显示函数的主要功能是显示缓存的内容。如果我们想让这一行汉字显示出其他的效果,比如左移,只需要将缓存中的每一位进行左移，然后再调用扫描显示函数显示缓存的内容即可。如果我们不想显示汉字,而是显示英文或图片等，只需要按照扫描显示函数对这些内容显示缓存的协议要求进行显示即可。
从图2.8可以看到,显示电路使用了74HC595移位存储器,它需要一个简单的驱动。在一位一位传输数据时，每传输一位给一个时钟信号,一行数据全部传输完时给一个锁存时钟。然后由74H1３8选通改行。这样,一行的操作结束,再按照相同的方式进行下一行的操作。如此循环往复，最终就会显示出一幅完整的内容。需要注意的是,每送完一行数据内容，显示屏需要短暂的黑屏一小段时间，也就是所谓的消隐动作。否则，在显示过程中，人眼会看到拖影现象，影响显示效果。
2。6　按键控制模块
按键控制电路的作用是进行人机交互,进行录音、放音、报站、爱心键提示灯功能的选择,由于公交报站器的功能较多，故需要的按键数量也较多，同时单片机的I/Ｏ口数量有比较有限，综合以上两点考虑，本设计中即采用4×4键盘矩阵来构成按键控制模块。
2。6．1 键盘扫描原理
在单片机按键使用过程中，如果按键的数量较多,就不能再使用传统的键盘排列方式，而是要将键盘按照矩阵方式排列,以减少占用的端口数。这种排列方式比传统的键盘排列方式更合理,但是结构相对复杂，对单片机来说，矩阵式键盘要比独立式键盘更难于识别。在这种键盘结构中，每条水平线和垂直线相交,要注意相交处不能直接连通,而是要通过按键相连接。在扫描键盘上哪一个按键被按下时,通常采用行扫描法,它是最简单应用最广泛的多按键识别方法。
2．６.2键盘电路设计
4×4键盘扫过的过程如下：
首先,判断是否有按键被按下。方法是循环不断的给低四位独立的低电平。具体来说，将低四位P３.0至P3．3中的任意一列置为低电平，然后检查高四位行线的状态。如果检查到某一行为低电平，先延时一段时间将抖动消除，之后再次检查行线的状态，如果这一行依然为低电平,则说明键盘中确实有键按下。如果这一行变为高电平,则继续将下一列置为低电平，如此循环往复的检查。如果最后，所有的行线都为高电平，则说明键盘中没有键被按下。
其次,判断按下键的具体位置。方法是循环的给其中一位列线低电平,其他三位列线给高电平,同时检测各行线的状态。如果各行线都为高电平，则继续给下一位列线低电平,其他列线高电平。如果有某一行行线是低电平,则说明该行线与置为低电平的列线交叉处的按键被按下。4×４的键盘电路图如2。9所示.

图2。９ ４×4键盘电路图
2．7本章小结
本章对基于单片机的公交车报站器硬件系统的设计进行了详细的说明。主要说明了硬件系统的设计方法、设计原则及设计过程。在硬件系统设计的过程中作者参考了大量的文献,充分考虑了系统的各方面需求合理的选择了元器件,同时对一些电路设计做了改进。本章根据系统的主要设计目标,完成了基于STC８９C52单片机的公交车报站器的硬件系统设计,介绍了STC89C52单片机的特性,着重分析了语音模块、显示模块和按键模块，并给出了实际应用的电路图。

第3章系统软件设计
３.1 公交车报站器软件总体设计
在上一章中对公交报站器的硬件系统进行了详细设计，本章将对单片机软件系统进行设计，软件系统的主流程图如图3。1所示。报站器加电后系统首先进行初始化，主要是会单片机的I/Ｏ口状态和寄存器状态进行初始化；然后，程序进入循环扫描过程，对键盘进行按键检测，判断是否有键被按下。如果检测到有按键被按下,则进一步判断被按下的按键是否为录音键，如果是录音键被按下，系统进入录音模式，调用录音子程序进行录音，完成后返回到主程序继续进行扫描;如果检测到其他按键被按下,则调用报站子程序,报站完成后，返回到主程序继续进行循环扫描.

图3。1 系统主流程图
３。2　录音子程序设计
录音子程序的主要功能是进行公交站名播报时所需语音的录入，该程序在检测到录音键被按下时被调用，完成后返回主程序。录音子程序流程图如图3.２所示。

图3.２　录音子程序流程图
从图３.2中可以看到，进入到录音子程序后,首先要通过ＳPI通讯协议向IＳD４0０4发送录音指令，使ISＤ4004进入到录音模式，并设置录音的初始地址（录音基址），开始录音；在录音的过程中不需要单片机进行干预，此时单片机做两项工作:一是播放“正在录音”提示字样;二是进行按键扫描，判断ｓｔop键是否按下,如果按下，则停止录音，返回到珠城路中，否则继续录音并播放录音提示文字.
３．３ 报站子程序设计
报站子程序的功能是在检测到有语音播报按键被按下时，进行相应的播报，并进行站名显示功能,完成后返回主程序，报站子程序流程如图３．3所示。

图３．3 报站子程序流程图
从图３。３中可以看到，进入到报站模式后，首先要向ISＤ40０4发送语音播报命令,将ISD40０4设置为语音播报状态,然后进行按键消抖工作，并读取键值，根据键值选择相应的操作，当按值大于9时，重新进行判断；小于9时，根据读到的键值，将地址送到IＳD400４中，并发送播放指令,同时启动ＬED显示，进行站名的显示,延时一定的时间后，返回到主程序之中。
3．4 本章小结
本章主要完成了报站器的软件系统设计.公交车报站器的单片机软件系统主要包括主程序、录音程序和报站程序三部分组成。通过对报站器软件系统的设计，配合硬件电路，就能够实现报站器站名的录入与修改;站名的播报与键盘扫描等公交车报站器的基本功能。

第4章软件仿真
在第二章和第三章中,我们分别对公交报站器的硬件电路和软件系统程序进行了详细设计.接下来,我们采用软件仿真的方式对设计结果进行仿真，选用proteus仿真软件对设计结果进行仿真,采用Keil C集成开发环境进行程序编写，并将生成的HＥX文件下载到prｏteus软件中的单片机中，进行仿真,
4。1 仿真电路设计
从第二章的硬件电路设计中可以看出，本文所设计的公交报站器的主要电路为语音播报、LEＤ点阵显示和单片机最小系统三部分，由于在protues仿真环境下,采用ISD4004的语音播报模块无法仿真,故这里只对显示部分进行仿真.仿真电路图如图4．1所示。

图4。１ 仿真电路设计
仿真电路如图4.1所示,采用595与1３8联合对４个8×8点阵进行驱动，两片74ＬＳ138接在了单片机的Ｐ3口上,两片74LS59５接在了单片机的P2口上,为了方便,在仿真过程中并没有加驱动功率管,点阵仍然能正常工作,但在实际应用中,要加装功率管进行驱动.
4．2仿真结果
将编写好的程序通过Keｉｌ C编程软件编译后，将生成的ＨEＸ文件添加到单片机Ｕ1中，点击运行按钮，程序运行后的仿真结果如图4.2所示，从图中可以看到两片74LS13８和两片74LＳ5９5能够很好的驱动LED点阵进行汉字显示。

图3．2 显示模块仿真结果
4.3本章小结
本章对所设计的公交车报站器的显示模块进行了软件仿真，仿真结果表明，采用74LS138和７4LS59５对点阵进行联合驱动的硬件设计思路的有效性，证明了本设计的有效性和可靠性。

结论
对公交车报站器的研究有着十分重要的现实意义。基于单片机的公交车报站器原理简单,成本低廉,易于实现，便于实现和推广,有着极高的使用价值和广阔的应用前景.
本文首先深入研究了STC89C52单片机,对其工作原理、各个引脚的功能及应用等各方面进行充分的了解和学习，以STC８9C５2单片机为中央处理单元设计一款新的语音公交车报站器。
其次设计了公交车报站器的硬件系统，在设计中尽量选择可靠性较高的元器件以应对报站器较为嘈杂的工作环境。显示电路采用4个8×8的LED点阵构成的１６×16LEＤ点阵来构成显示电路，并用74ＬＳ５95和74LS138芯片联合进行LED点阵驱动，语音芯片选用ISＤ4004语音芯片进行语音的录制和播放,并以LM３8６进行音频功率放大。配合便捷稳定的电源系统及4＊4键盘扫描模块，使整个硬件系统可靠高效的工作。
然后设计了公交车报站器的软件系统，使用C51作为软件编程语言以提高编译效率.对整个软件系统进行了较为细致的流程化梳理,经过仿真证明程序设计合理，完美兼容硬件系统。整个系统基本可以稳定可靠的工作，达到了设计要求。
最后对系统调试过程进行了总结，并提出了对于软硬件的改进意见,为下一步的工作指明了研究方向.

单片机课程设计

姓 名：　 刘韶辉 　　
学 号：　１402２５0２３2　
班 　　 级：自动化11402
成 　 绩：　　 　 　
指导老师： 吴玉蓉 　 　
设计时间：２016年12月２６日~2017年1月５日

目 录

1。设计要求...。..。。.。．.。...。...。.．..。。．.。。。..．.．。.。1

2。系统总体方案ﻩ2

３。硬件电路设计 3

4.系统软件设计。 4

5.课程设计体会ﻩ。.。。.。。。.。。．.。。.．。。.．.．...．。。。．．．。。。１5

6．参考文献 15

７．系统实物图。.。..。.．。．。.．.。。..．。．．。。.。。..．．。。。。。。16

附录１ 电路原理图 17

附录2 原件清单.。。。..。.。。。。．．。....．..．。.。．...．。．。18

一、设计要求
利用５1单片机开发电子时钟，实现时间显示、调整功能.具体要求如下：
（1） 按以上要求制定设计方案,并绘制出系统工作框图；
（2） 按要求设计部分外围电路,并与单片机仿真器、单片机实验箱、电源等正确可靠的连接，给出电路原理图；
（3） 用仿真器及单片机实验箱进行程序设计与调试;
（4） 利用键盘输入调整秒、分和小时时刻,数码管显示时间;
二、系统总体方案
1。时钟计数：形成秒、分、小时，系统时间采用24小时制。利用单片机内部的定时器／计数器来实现，它的处理过程如下:首先设定单片机内部的一个定时器/计数器工作于定时方式,对机器周期计数形成基准时间（如10ms)，然后用另一个定时器/计数器或软件计数的方法对基准时间计数形成秒(对１0ｍs计数１00次)，秒计60次形成分，分计６0次形成小时,小时计24次则计满一天。
２。显示:采用８个LＥD显示系统当前时间，显示格式为“时-分－秒"（如1２—25－０9）。
3.设置功能：用户可以对系统的时间进行设置。没有按键时，则时钟正常走时.当按下Ｋ0键,进入调分状态，时钟停止走动,此时,按K1或K２键可进行加1或减1操作；继续按K0键可分别进行分和时的调整，此时，按K１或K２键可进行加1或减1操作；最后按K0键将退出调整状态,时钟开始计时运行。
4．系统框图

STC89C51

复位电路

电源电路

ﻩ
按键电路

显示电路

晶振电路

三、硬件电路设计
1.时钟电路(晶振电路）
单片机利用外部１2ＭＨZ晶振构成振荡电路作为时钟源,单片机内部具有一个高增益反向放大器，用于构成振荡器。通常在引脚XTAL1和ＸTAL２跨接石英晶体和两个补偿电容构成自激振荡器，结构如图所示：

图2 时钟电路图
２．按键电路
按键处理设置为：当有没键按下时，时钟正常运行；当按一次K1，时钟停止走动，按Ｋ2对秒进行调整；当K1按2次时,按Ｋ2 对分进行调整;当K１按下3次时，按Ｋ2 对小时进行调整,当按下4次K１时,校时完毕,时钟按设定的时间进行正常走时。当按1次K3进入闹钟设置界面,时钟继续进行走时，按K2对秒进行设置；当按2次K3,按K2对分进行设置;当按3次K３，按K2对秒进行设置；当按下4次K３时，闹钟设置完毕进入时钟显示界面。电路如下图：

　 　 　 　 图3 独立按键电路
3.复位电路
单片机小系统常采用上电自动复位和手动按键复位两种方式实现系统的复位操作，上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作，手动复位要求在电源接通的条件下,在单片机运行期间，用按钮开关操作使单片机复位，其结构图如下图,上电自动复位通过电容C充电来实现，手动按键复位是通过按键将电阻R与Ｖｃc接通来实现。

ﻩ ﻩﻩﻩ 图４ 复位电路
4.单片机系统
ＳTC8９C5１是STC公司生产的一种低功耗、高性能ＣMOS8位微控制器，具有 ４K 在系统可编程Flaｓｈ存储器。SＴC89C51使用经典的MCＳ－51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统５1单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的８ 位CＰU 和在系统可编程Flａsh，使得SＴC８9C５1为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CＰＵ 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RＡＭ内容被保存,振荡器被 　 　 　　 　 　 　　 　 　　 　 　 　
图5 单片机系统 　 　 　 冻结，单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止.最高运作频率35MHｚ,６T/12T可选。
５。 数码管显示电路
将所有数码管的8个显示段码＂a,b,c,d，e，ｆ,g，dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极CＯＭ增加位选通控制电路,位选通由各自独立的Ｉ／Ｏ线控制，当单片机输出字形码时,所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通CＯM端电路的控制,所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开,该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，电路如下图:
图6　数码管显示电路
四、软件设计
本系统的软件系统主要可分为主程序、定时计数中断程序、按键程序、延时程序四大模块。
设计思路：
本系统主要可分为主程序、定时计数中断程序、按键程序、延时程序和共阴极数码管显示程序。定时中断程序是利用单片机内部定时器0实现1秒的定时，然后利用软件延时实现分小时,时间调整程序是利用单片机的内部存贮器,把调整好的时间写到显示时间的存贮单元,然后启动定时器开始计时并显示，延时程序是利用软件实现延时达到去抖的目的和数码管动态显示的延时.主程序就是利用这些子程序中断程序实现显示、定时等功能。

１．软件流程图

（1）主程序开始

初始化

键盘扫描

显示

（2）键盘扫描程序
开始

计时满1s

秒加1

满60s

开始
时间显示
时清零
时满24
分清零，时加1
分满60
秒清零，分加1

(３）显示程序

开始

时间数据个十位分离

i=0

i>8 ?

送位选码

结束
消隐
送段选码

2、程序清单
＃incｌudｅ＜ｒeg52.h＞
#definｅ uint　uｎsｉgneｄ iｎｔ
#deｆinｅ　uｃhａr ｕnｓiｇｎed chａr
uｃhar　code table［］=｛0ｘ３f，0ｘ06，0x5b,０x4f，0x6６,0ｘ６d,0x7d，０ｘ０7,0ｘ7f，0ｘ6f,0x00｝;
sｂiｔ ｋ０=Ｐ１^0；
sｂｉt k1=P1^1；
ｓbｉt k2＝Ｐ1^2;
ｉnｔ　ｓ0,ｓ1,min0，min1，h0，h１,sｈi，fen,miao,cｏuｎｔ，slnuｍ，ａ0,a1，ｂ０，b1，c0,ｃ１;
ｖoiｄ delay（ｕint ｚ） 　 　 ／/延时函数1mｓ
｛
uint x,y；
　 　 for(x=ｚ；x＞0；ｘ－-）
　 　ｆor(y=90；y>０；ｙ--)；
｝
vｏｉd inｉt(） 　 //初始化函数
｛