公交车自动报站系统设计.doc

河南科技大学本科毕业设计（论文）
公交车自动报站系统设计

摘 要

我国城镇化发展非常迅速，城市规模快速膨胀，城市人口和机动车数量急剧增长。近年来由此而带来的城市交通拥堵问题非常严峻。城市建立完善的公交系统是解决城市交通拥堵的最廉价的方案，被国家大力扶持。国务院也颁布了优先发展公交系统的相关文件，公交车在城市交通中占据着越来越大的主体作用。
本设计旨在实现公交运行时报站的智能化，为乘客提供高效、便捷的服务。本设计要求系统能够自动语音播报到站信息，并能够显示到站信息。本设计利用GPS （全球定位系统），以89C51单片机为核心和基础。利用GPS获取比较精确的公交车位置信息；利用AT89C51单片机智能整合处理信息，发送控制指令；利用ISD1700系列语音芯片实现语音播报，JHD162A LCD液晶模块来显示到站信息，从而实现所有的功能。对设计结果利用proteus进行仿真和验证，可以达到预期的公交车全自动报站的功能，实现公交车到站提醒，即显示屏显示到站信息，语音系统自动播报站名。全程无需人工干预，实现全自动智能报站，安全可靠。本设计所采用的模块、元件廉价，系统可以长期稳定稳定，适合推广。
关键词：自动报站，GPS，89C51，JHD162

The bus stops system automatically

ABSTRACT

The urbanization in our country is developing very quickly. The city’s expansion is very quickly, the urban population increase sharply, The number of cars on the road is growing so fast. For the past few years, the city’s traffic congestion problem is very serious. City establish a perfect public transportation system is the cheapest solutions to urban traffic congestion. It is national energetical support. The state council issued the state council on priority to the development of urban public transportation guidance "on December 29, 2012. The bus in the city's traffic occupies a more and more important role.
This design aims to realize intelligent broadcasting station of bus information, provide efficient and convenient services for passengers. This design requirement system can automatic voice broadcast station information, and can display station information. This system USES the GPS (Global Positioning System Global Positioning System) with a 89c51 SCM as the core. This system uses GPS to obtain accurate vehicle location information. The use of 89c51 single-chip microcomputer to process information. Using ISD1700 to realize voice function. Though the JHD162A to display the information of stations. So as to realize the function of all. Using protest for the simulation and verification, the result of the design can achieve. The system fully without human intervention, and sage and reliable. This design uses the element is much cheaper. And the system can long-term and stable work, it is very suitable for promotion.
KEY WORDS：automatically broadcast, GPS, 89C51, JHD162
目 录

前　言 1
第1章 GPS报站器行业现状介绍 3
第2章 系统整体设计方案 5
第3章 硬件模块选择 6
§3.1 主控芯片的选择 6
§3.2 GPS接收模块的选择 7
§3.3 语音模块的选择 10
第4章 硬件设计 13
§4.1 主控模块 13
§4.2 GPS模块 15
§4.3 语音播报模块 18
§4.4 显示模块 22
§4.5 系统整体电路图 26
第5章 软件研究与设计 28
§5.1 单片机编程基本知识 28
§5.2 主程序流程图 34
§5.3 语音模块流程图 37
§5.4 显示模块流程图 38
结　论 40
参考文献 42
致　谢 44

III
前　言

近年来中国在经济发展上取得了非常可喜的成绩，城市扩张非常迅速，人均可支配收入持续增加，私家车保有量连年递增，但是，雾霾及交通拥堵情况也越来越严峻。以洛阳为例，王城大道、中州路、九都路、南昌路等作为城市的主干道，车流量非常大，交通十分繁忙，在上下班高峰时期，交通拥堵尤其明显，很多时候机动车寸步难行。严重降低了城市道路的使用效率，降低了市民出行效率，同时增加了汽车燃油消耗量，从而对环境产生很多不利的影响。
公交车作为一种大众化的高载客率、高道路利用率、高效率，低成本、低排放、廉价的出行方式，越来越得到社会的认可和政府的推广，成为越来越多人出行的首选。国务院也出台了优先发展城市公交系统的相关文件，很多地方政府都将公交基础设施建设作为政府的民心工程。人们在日常出行时，也越来越热衷于坐公交车。然而，由于投资成本问题，很多地方仍在使用老旧公交，而公交报站系统往往也比较落后，这就大大降低了乘客的乘车的舒适度。如何为乘客乘车提供更多的便利？这是当前发展公共交通迫切需要解决的问题。
公交报站最初是人工报站，之后产生了手动报站器，近年来又出现了自动报站系统。人工报站一般需要司机或者售票员来完成，这种报站方式浪费人力，效率低下，报站精度低，音量小，而且由司机报站会严重分散司机注意力，为行车埋下安全隐患；随着技术的发展，之后出现了一种依靠按键的半自动报站器，这种报站器已经比人工报站方便很多，但是依然需要人力来完成，依然有不够便捷，不够精确，不够及时的缺点，容易错报漏报，同时也可能会分散司机的注意力，影响驾驶安全；之后开始有了基于无线射频技术的自动报站技术，这种技术已经实现了解放人力的目的，但是无线射频报站系统需要对公交车站进行改造，公交改线之后，不好解决调整报站的问题，所以虽然已经智能化，但还存在诸多弊端。近年来兴起的GPS报站系统具有报站准确，公交改线调整报站器方便等众多优点，随着GPS的普及，这种报站器的成本也越来越低，越来越被各地公交公司所采用。
以洛阳为例，洛阳公交公司现有1700多辆公交车，而相当一部分还在使用手动报站器，效率低下。所以设计一种全自动的高效、便捷、准确的公交报站器能够免除工作人员的麻烦，降低安全隐患，为乘客提供更多的便利。
本公交车自动报站系统旨在解决在报站过程中的人工参与问题，让公交报站智能化、准确化、便捷化。从而降低公交工作人员的工作强度，为乘客提供更准确地到站信息，为乘客乘车出行提供更多的便利。

第1章 GPS报站器行业现状介绍

近年来，随着全国各个城市都出现了较严重地交通拥堵问题，公交出行成为越来越多人的首选。传统的公交车设施比较落后，具有行驶不稳定，噪音大，排放高等众多缺点，报站系统也比较落后，乘坐不舒适。由于近两年科技的飞速发展，市场上出现了天然气公交、气电混合公交、纯电动公交等新型公交。这种公交低排放、低碳环保，而且运行平稳，设施先进，拥有先进的空调系统，大大提高了乘客的乘坐舒适度。
这种公交一般配备比较先进的公交车报站系统。由于GPS近两年的极速发展，应经快速应用到各个领域。GPS公交报站器也迅速出现，并逐渐取代传统的手动报站器、射频报站器，逐渐成为市场上公交报站系统的主流。
目前GPS报站器技术已经趋于成熟。国内生产GPS公交报站器的厂家主要有深圳盛视天创、深圳博龙伟业、深圳牛斗科技、深圳联合安业等公司。由于GPS报站器行业已经如火如荼发展，并且市场潜力非常大，所以该行业的竞争也日趋白热化。各公司不断推出新产品，增加各种各样的新式功能。GPS公交自动报站器性能也越来越稳定，定位更加精确，价格更加低廉。
GPS自动报站系统一般具有以下特点
（1）能够全自动语音报站，可以实现安全提示，换成提醒，超速提醒等众多功能，可以增加行驶的安全性，为乘客提供更加人性化的引导服务。
（2）系统运行无需人工操作，不仅降低了司机的劳动强度，而且使报站更加规范化
（3）具有输入、输出外延设计，能够外界显示器，提供文字提醒、视频宣传功能。
（4）系统存储可擦写，便于公交路线的直线调换使用。
（5）同时具备自动报站和手动报站功能，提高系统的可靠性
（6）可以播放各种语音、视频广告，为公交公司增加隐性收入
以下是目前市面上常见的GPS报站器：

图1-1 博龙公司生产的GPS报站器

图1-2点创科技生产的GPS报站器

第2章 系统整体设计方案

设计利用GPS模块获取站台信息(经度、纬度坐标值，站台序号和站名)，然后将这些信息传达给主控芯片89c51单片机，主控芯片将获取的GPS信息与预存的站台坐标信息进行计算、配对，从而得出车辆的当前位置信息，以及车辆的到站、出站情况，然后通过语音模块和显示模块向车内乘客报站。整个系统的复位功能可通过按键模块来实现。
系统整体设计框图：

图2-1 系统整体框图

第3章 硬件模块选择

§3.1 主控芯片的选择
方案一：基于FPGA（现场可编程逻辑门阵列）的VHDL语言设计：
优点:这种芯片具有高集成度、有高密度和高自由度的特点，使用起来非常方便。它的出现不仅克服了定制电路的缺点，还避免了使用传统的可编程器件时，门电路数量经常不够用的问题。 FPGA在抗干扰能力，运算速度上有很大优势。它非常广泛的被用在通信、工业控制等众多领域。随着技术的不断成熟，它的生产成本和工作功耗会进一步降低，越来越多的领域会选着FPGA作为主控芯片。
缺点：VHDL语言编写的程序不如51单片机灵活，且不容易实现预期效果。而且很难在仿真环境上体现出设计效果，用于本课题有点大材小用的感觉。
方案二：选用凌阳单片机SPEC06A作为主控芯片：
凌阳科技公司推出的SPCE061A单片机芯片是一种16位结构的微控制器。
优点：它的指令系统功能比较强大，运行效率比较高。而且其指令系统支持高级语言，这非常有利于缩短开发周期。同时它还具有低功耗，低电压的特点。特别的，它的语音功能非常强大，且自带语音的API函数，使用方便。
缺点：但是凌阳单片机的应用不够广泛，参考资料较少，普适性没有51单片机好，而且较51单片机价格更昂贵一些，所以出于降低成本的考虑，暂不选用凌阳单片机。
方案三：选用89C51单片机作为主控芯片：
89c51单片机是一种CMOS 8位微型处理器，芯片带有一个大小为4K字节的只读存储器，该存储器可编程、可擦除。
优点：它具有低电压、高性能的特性。同时在实际应用中，它非常廉价，同时拥有较高的性能和较低的资源占用率。51单片机的学习着非常多，广泛地应用在各个领域，学校课程介绍的也是51单片机，因此关于它的资料都非常丰富。利用已经掌握的C语言进行编程，就可以实现51单片机多种多样的功能。
缺点：语音功能不够强大，运行速度较慢，处理多线程任务的能力有限，很难满足要求执行效率高、存储容量大的系统。
单片机的选择一般要考虑以下几个方面:
（1）单片机带有的功能或者数量要稍稍大于设计所需，要留有一定的阈值，功能设计尽可能使用芯片来完成，以求尽可能的减少外围器件;
（2）技术要求：从单片机的运行环境和技术指标方面考虑,以确保单片机在一定的技术要求下能够稳定的运行;
（3）单片机性能：对于单片机的性能来说，主要有可靠性、封装方式、硬件资源、运行速率等方面;
（4）实用性：从单片机的销量考虑，对单片机的厂家和型号进行选择以确保能够长期稳定的运行;
（5）可开发性：选取的单片机要有可靠的开发工具
由于本设计属于较简单的小程序项目，需要处理的信息量比较少。综合以上各方面考虑，如果采用FPGA，则设计开发过程会相对比较复杂，开发周期会比较长，且浪费了该芯片的强大功能，性价比比较低。实现同样的功能，51单片机较凌阳单片机成本更低，更适合推广。所以基于以上优、缺点的分析，本设计采用第三套方案。选用ATMEM公司出品的89C51单片机作为本系统的主控芯片。这样不仅可以缩短开发周期，还能降低生产成本。配合使用其他专用芯片的即可实现本设计的所有功能。同时在Proteus中可以展现出比较好的设计效果。

§3.2 GPS接收模块的选择
GPS即全球定位系统，该系统利用天空中特定的导航卫星，为用户提供地理坐标以及时间信息。美国于20世纪70年代开始制定项目，研制该系统。期间总共耗时长达20年，该系统在1994年全面建成，期间耗资高达300亿美元。这是一种专门为高精度导航和定位而研制的无线电卫星系统。该系统具有定时、定位和无线电导航等多种功能。GPS（全球定位系统）这一最初用于军事目的的研究成果，已经渗透到了各个领域，应用十分广泛。GPS（全球定位系统）可以有全球、全天候的工作，它的定位精度非常高，而且功能多样、应用广泛。
GPS（全球定位系统）一般由空中的GPS卫星星座，地面监控系统，地面GPS信号接收终端三部分组成。
GPS基本工作原理：
GPS系统把天空中运动的卫星的实时位置作为已知数据。通过特定的公式，来得出待测点的精确地理信息。

图3-1 GPS工作原理图
GPS终端以上面方程组为基础，通过计算，可以得到待测位置的经度、纬度坐标，以及时间信息；最后这些信息都会利用串口发送出去。
GPS输入输出语句说明：
NMEA（美国国家海洋电子协会）为了在不同的GPS设备上建立统一的BTCM标准而制定了NMEA-0183通讯协议。地面GPS接收终端都要遵循该协议规定的统一规则，通过串口将实时获取的各项地理信息发送给其他设备。
NMEA-0183是地面GPS接收终端应用最基础、应用最广泛的标准协议，几乎所有的GPS接收终端都遵守至少兼容这个协议。
NMEA-0183协议基本的语句以及语句的字段定义解释如下表。
表3-1 信息简称
序号
命令
说明
最大帧长
1
$GPGGA
全球定位数据
72
2
$GPGSA
卫星PRN数据
65
3
$GPGSV
卫星状态信息
210
4
$GPRMC
运输定位数据
70
5
$GPVTG
地面速度信息
34
6
$GPGLL
大地坐标信息

7
$GPZDA
UTC时间和日期

协议帧总说明：
该协议采用通用ASCII码。
串行通信默认参数为：
波特率=4800bps， 数据位=8bit，
开始位=1bit， 停止位=1bit，
无奇偶校验。
帧格式形如：$ aaccc,,ddd…ddd * hh <CR><LF>
具体含义如下图：

符号（ASCII）
定义
“$”
语句起始位
aacc
地址域，前两位为识别符，后三位为语句名
“，”
域分隔符
ddd…ddd
发送的数据内容
“*”
校验和符号，后面的两位数为效验和
hh
效验和
<CR>/<LF>
终止符，回车或换行
图3-2 帧的语句含义
GPS模块通过天线获取相关地理坐标、时间信息，并对其进行处理。能够实时地计算出公交车所处位置的三维坐标，以及公交车的速度、时间等信息。GPS模块把通过计算获得经度、纬度、时间、高度等信息发送给单片机控制模块。
本模块选用GS-87来实现功能，完成设计目标。

§3.3 语音模块的选择
方案一：语音芯片ISD1700S
该芯片较其他芯片拥有多种新型功能。芯片内部不仅拥有多信息管理系统，同时还具备新信息提示功能，人机交互更加方便。同时它还具备双运作模式，即独立式运作模式和嵌入式运作模式。除此之外该芯片还可以设定操作的指示音效，非常人性化。芯片内部还集成了自动增益控制电路和扬声器驱动线路。
它具有以下特点：
（1）可录音、放音十万次以上，芯片内部的存储内容可以在断电情况下保留长达百年之久的时间，非常安全可靠；
（2）芯片具有两种不同的控制方式，可以用两种方式进行录音输入，两种方式进行放音输出；
（3）能够处理255段以上的信息；
（4）具有多种工作状态提示功能；
（5）不同的采样频率对应不同的录放时间；
（6）芯片的音质比较好，适用电压范围较宽。
电特性：
（1）工作电压：2.4V－5.5V；
（2）静态电流：0.5-1uA；
（3）工作电流:20mA。
本芯片可通过设计不同的振荡电阻来自定义芯片不同的采样频率，从而进行控制芯片的录音、放音时间，录音、放音音质，而外部振荡电阻可调节芯片的采样率。
方案二：语音芯片OTP
OTP一般可以通过连接三极管放大电路后驱动喇叭，同事也可以直接驱动喇叭。使用比较灵活方便。
OTP语音芯片特点：
（1）性能集成度非常高，除了104滤波电容外，无需其他任何外部元件；
（2）拥有SOP8、DIP8两种封装形式，体积超小，且供电电压较低，静态可以实现令耗电；
（3）支持多种控制方式，可通过按键和单片机进行控制。
（4）音量大，而且音质较好；
（5）PWM输出方式 ，DSK驱动喇叭。
经过研究对比，决定采用方案一。由于本设计程序较小，使用OTP这种高性能芯片有些浪费了，而且OTP成本过高，性价比低，不适合降低生产成本的目的。而ISD1700 系列芯片内部集成了自动增益控制电路、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器与内存等功能元件，使用该芯片设计电路结构简单明了，程序较少。而且拥有更低的成本，更大的灵活性。它具有优质语音录放功能，配合89C51单片机，完全可以达到预期的设计目标。
第4章 硬件设计

§4.1 主控模块
（1）89C51单片机管脚说明：
VCC：供电电压。
GND：接地。
P0口属于8位漏级开路双向I/O口。P1口属于内部提供上拉电阻的8位双向I/O口。P3管脚也是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。同时可为AT89C51单片机提供一些特殊的功能接口，如下表所示：
表4-1 P3.0特殊功能接口
接口
管脚
备选功能
P3.0
RXD
串行输入口
P3.1
TXD
串行输出口
P3.2
/INT0
外部中断0
P3.3
/INT1
外部中断1
P3.4
T0
记时器0外部输入
P3.5
T1
记时器1外部输入
P3.6
/WR
外部数据存储器写选通
P3.7
/RD
外部数据存储器读选通

RST：复位信号的输入端。当需要单片机复位时，只需要给RST端提供两个机器周期的‘1’即可。
ALE/PROG：为地址锁存允许/编码脉冲输入端。当输入低电平时，处理器对外部存储器操作的时候，用于lock低电平的低位空间地址。在对EPROM进行烧录的时候，ALE被应用为烧录时钟的输入接口。
XTAL1：晶振输入端，内部振荡器外接晶振的一个输入端
XTAL2：晶振输入端，内部振荡器外接晶振的另一个输入端

图4-1 89C51单片机引脚图
（2）单片机最小系统
单片机最小系统一般主要由电源、晶振和复位三部分组成。对于一个电子产品来说最基本就是电源系统。一个稳定可靠的电源模块是整个系统稳定的基石。对于公交自动报站的最小系统来说，可以采用外接5V的稳定电源来供电。复位单片机类似于重启计算机，为了初始化单片机都要进行复位的操作。对单片机来说，就是给程序运行做准备工作。单片机运行的时钟周期是由晶振提供的。晶振就类似于单片机的心脏，单片机要想拥有较快的运行速度，必须拥有较高时钟频率的晶振。
XTAL1管脚为反向放大器的输入端，XTAL2管脚为反向放大器的输出端。该系统的反向放大器可以采用石晶振荡或者陶瓷振荡设置为片内振荡器。当系统采用外部时钟源来驱动时，XTAL2管脚应该不接。外部时钟信号的脉宽对系统没有影响。
单片机最小系统的接线如下所示，XTAL1管脚和XTAL2管脚要接上晶振电路以及谐振电容。在RESET复位端接上对应的电容和电阻，加上按键即可实现按键复位，按要求接通系统电源后，最小系统就可以正常工作。

图4-2 单片机最小系统接线图

§4.2 GPS模块
本系统的GPS模块采用GS-87智能卫星接收器。它具有高效能、低耗电的特性。它采用的卫星接收芯片是最新的第三代卫星定位接收芯片。它是一个比较成熟稳定的GPS接收终端，完全能够满足个人消费需求，也可以满足专业定位的严格要求。
产品特色：模块采用的是SiRF公司生产的第三代高效能芯片，具有灵敏度高、耗电量低的特点。它拥有6个针脚，拥有快速定位的功能。它的外部尺寸为25.4cm×25cm×7cm，搜寻卫星信号的能力以及运算能力都非常强。除此之外它还能工作在省电模式和定时定位模式下。
GS-87功能结构图如下：

图4-3 GS-87原理图

GS-87引脚结构图如下：

图4-4 引脚结构图

GS-87引脚功能表如下：
表4-2 GS-87引脚功能
序号
引脚
功能
1
VCC_5V
3.3〜5.5Vdc电源输入端
2
TXA
串行数据输出端口A（CMOS 3V Level:Voh≧2.4V Vol≦0.4V Ioh=Iol=2mA）
3
RXA
串行数据输入端口A（CMOS 3V Level：Vih≧0.7*VCC Vil≦0.3*VCC）
4
RXB
串行数据输入口B（CMOS 3V Level：Vih≧0.7*VCC Vil≦0.3*VCC）
5
GND
接地电源接地
6
TIMEMARK/RESRET
TIMEMARK：1PPS时间标记输出（Vil≦0.2V、脉冲 宽度为10ms）。
RESET：复位输入（低电平有效）

GS-87工作电压范围在+4.75V到+5.25V之间，因此模块的1、2、3引脚均接系统电源。该模块不需要进行初始化就可以工作，所以系统通电后该模块就可以工作。主控单片机也不需要对其进行控制操作。
GS-87模块和主控单片机之间需要串联一个大小为27K的保护电阻。
硬件接口如下：

图4-5 GPS硬件接口电路

§4.3 语音播报模块
此模块选用ISD1700S实现功能。
ISD1700芯片具有集成度高、性能强的特点。该芯片的采样率可以在4K到12K之间调节，使用的供电电压范围以在2.4V 到5.5V 之间，除此之外还能实现多段录音的功能。
ISD1700芯片有两种不同的工作模式，SPI控制工作模式和独立按键工作模式。
由于该芯片内部集成了振荡器，所以可以通过设置外部电阻来调节芯片的振荡频率。
ISD1700芯片会通过LED灯闪烁，来提示用户系统出现新录音。除此之外，芯片还有拥有4种不同的音效，可以帮助用户确认操作结果。系统录音数据的存储不会经过任何的压缩，因此芯片具有非常好的音质。
当芯片工作在SPI 模式下时，用户可以控制芯片来对任意地址执行语音录放等更多的功能操作。

图4-6 ISD1700引脚图

引脚说明如下：
表4-3 引脚功能说明
引脚名
PDIP/SOIC
TSOP
功能
V ccd
1
22
数字电源正
LED
2
23
LED，平时为高电平
RESET
3
24
复位，低电平有效，有内部上拉电阻
MISO
4
25
数据在时钟下降沿输出
MOSI
5
26
数据在时钟上升沿输入，有内部上拉电阻
SCLK
6
27
时钟口，内部有上拉电阻
SS
7
28
片选，低有效，有内部上拉电阻。
Vssa
8
1
模拟地
AnaIn
9
2
线路输入，需串一个0.1uF 的耦合电容，且输入信号的峰—峰值不能超过1V
MIC+
10
3
话筒差分信号的正向输入端；输入信号需经过耦合电容；此电容与内部的10K电阻决定了带通滤波器的剪切频率
MIC-
11
4
话筒差分信号的反向输入端；输入信号需经过耦合电容
Vssp2
12
5
PWM 反向地
SP-
13
6
PWM 反向输出
Vccp
14
7
PWM 电源正
SP+
15
8
PWM 正向输出
Vssp1
16
9
PWM 正向地
AUD/AUX
17
10
AUD 是单极音频电流输出，AUX 是单极音频电压输出，接外部功放；出厂设置为AUD
AGC
18
11
自动增益控制，此脚需接一个4.7uF 的电容到地使AGC 工作；若直接接到地，则增益为最大；若直接接到Vcca，则增益为最小
VOL
19
12
8级音量调节；每个下降沿降低1级音量，到最低后有脉冲则增加音量直到变为最高，然后重复
Rosc
20
13
振荡电阻，决定内部工作频率
Vcca
21
14
模拟电源正
FT
22
15
直通：在独立模式下，当此脚置低时开启直通功能。即线路输入信号将从SP与AUD/AUX输出，并可控制音量；在SPI 模式下可用命令控制此功能开关，优先级高于独立模式
PLAY
23
16
播放，下降沿脉冲触发播放一段，播放时有下降沿脉冲则停止播放；保持低电平将进入连续循环播放，高电平则停止播放。有600K 的内部上拉电阻。
REC
24
17
录音，低电平录音，高电平停止录音。有600K 的内部上拉电阻
ERASE
25
18
擦除，下降沿脉冲触发并擦除当前曲，但只有当前曲为首段或末段时才可擦除。保持此脚低电平一定时间将会擦除全部录音。有600K 的内部上拉电阻
FWD
26
19
播放下一曲。有600K 的内部上拉电阻。
RDY/INT
27
20
RDY：录音、放音、擦除与下一曲操作时为低电平；闲时为高电平。INT：执行完一个SPI 指令后将此脚置低，需收到清除指令后才将此脚置高
Vssd
28
21
数字地

表4-4 采样率调节表
采样频率
12kHz
8kHz
6.4 kHz
5.3 kHz
4 kHz
振荡电阻
60kΩ
80 kΩ
100 kΩ
120 kΩ
160 kΩ

系统可以通过按键系统或者GPS模块对ISD1700S芯片进行信息输入。当系统接收到不同数字信号输入时，芯片会把存储好的语音会交给音频放大器来进行处理，最后利用扬声器进行语音播报。
设计电路图如下所示：

图4-7 音频电路

§4.4 显示模块
本模块选用JHD162A液晶显示模块。JHD1620驱动方式为1/16D，它的显示内容为16字符*2行，字符点阵为5*8点，。电路图如下

4-8 JDH162A电路图
引脚说明如下：

图4-9 JDH162引脚说明
基本操作时序如下：
·读状态：RS＝L，RW＝H，E＝H
·写指令：RS＝L，RW＝L，D0~D7=指令码，E＝高脉冲
·读数据：RS＝H，E＝H
·写数据：RS＝H，RW＝L，D0~D7=数据，E＝高脉冲
芯片控制器内部带有20个字节的 80×8 位RAM 缓冲区。

图4-10 RAM地址映射图

JHD162A 基本功能命令设置如下：
读操作：

图4-11 读模式时序图
写操作：

图4-12写模式时序图

指令代码如下：

表4-5 基本指令代码表
指令码
功能
00111000
设置 16×2 显示，5×7 点阵，8 位数据接口
00001DCB
D=1 开显示； D=0 关显示
C=1 显示闪烁; C=0 不显示光标
B=1 光标闪烁；B=0 光标不显示
000001NS
N=1 当读或写一个字符后地址指针加 1，光标加1
N=0 当读或写一个字符后地址指针减 1，光标减1
S=1 当写一个字符，整屏显示左移（N=1）或右移（N=0）,以得到光标不移动而屏幕移动的效果。
S=0 当写一个字符，整屏显示不移动
80H++地址码(0－27H，40H－67H)
设置数据地址指针
01H
显示清屏：
1.数据指针清零
2.所有显示清零
02H
显示回车：数据指针清零

芯片的4、5、6引脚分别与单片机的P2.0、P2.1、P2.2引脚相连接；芯片的7—14引脚分别与单片机的P0.0--P0.7引脚相连。系统利用单片机进行信息处理，从而使液晶显示频能够显示实时信息。
设计电路图如下：

图4-13 显示模块电路图

§4.5 系统整体电路图
本公交车自动报站系统通过AT89C51单片机智能整合处理各种信息；利用GPS模块和按键模块进行信息输入；利用ISD1700系列语音芯片进行音频处理和输出，实现语音播报；利用JHD162A LCD液晶模块来显示到站信息。从而实现预期的设计目标。
主控芯片89C51单片机，对GPS模块和按键电路传递过来的信息进行处理，然后将处理后的信息指令发送给LCD液晶显示电路和音频输出电路。从而让乘客能够了解到到站信息。
系统总体硬件设计电路如下：

图4-14 系统整体电路图

第5章 软件研究与设计

§5.1 单片机编程基本知识
1.常用延时办法
（1）非精确延时
第一种：for(i = 0; i < 100; i++);
第二种：I = 100; while(i--);
（2）精确延时办法
第一种：利用系统提供的库函数_nop_();
第二种：利用定时器进行定时
2.常用变量类型
对于8-bit单片机而言（AT89C51是8位的I/O）
表5-1常用变量类型
关键字
所占字节
取值范围
Unsigned char
1
0~255
“00000000~11111111”
Unsigned int
2
0~65535
“0000000000000000”到
“1111111111111111”

3.特殊功能寄存器
对SFR的访问务必遵循以下操作
（1）用户不能访问任何一个没有被定义的特殊功能寄存器的地址；
（2）访问任何已定义的 SFR 须要根据该SFR的说明来进行；
（3）对于标注为‘-’,‘0’或‘1’的 SFR 位只能使用下列方式进行操作：
对于标注为‘-’的，除非有关于其他的说明，不然须清零，但读取的时候返回1或者0都是可以的。
（4）对于标注为‘0’/“1”的，必须写入 0 / 1，并且在读出时返回 0 / 1。
4.定时器、计数器
时钟周期T是时序中最小的时间单位，等于时钟源的倒数。即为CPU完成一个操作的最短时间。普通的51系列的机器周期等于12个时钟周期。
AT89C51单片机内部包含有两个定时器/计数器。T0由特殊寄存器TH0和TL0组成，T1由TH1和TL1组成。单片机内部还包含寄存器TMOD用于选择不同的工作方式和寄存器TCON用于控制定时器的操作。定时器/计数器结构如图5-3所示

CPU
TMOD
TCON
TH0
TL1
TL0
TH1
T1(P3.5)
T0(P3.4)

图5-1 AT89C51定时器/计数器结构图
单片机在复位的时候，TMOD和TCON都需要清零。
关于TMOD的格式
表5-2 TMOD格式
位
7
6
5
4
3
2
1
0
符号
T1
GATE
T1
C/T
T1
M1
T1
M0
T0
GATE
T0
C/T
T0
M1
T0
M0

GATE为门控位。只有当TR1和INT1设置为1的时候，定时器开始计数。当GATE位为0的时候，TR1若置1，则定时器1立即计数。
C/T: 该位为定时器/计数器功能切换位，当C/T=0时用于定时器，当为1时被用做计数器。
TMOD寄存器的M1，M0工作方式：
表5-3 M1、M0工作方式
M1
M0
工作模式
描述
0
0
0
8048定时器
0
1
1
16位定时器/计数器
1
0
2
8位自动重装定时器/计数器
1
1
3
（定时器0）TL0用作8位的定时器/计数器，由标准定时器0的控制位来控制。TH0用作8位的定时器，仅受定时器1的控制位来控制。
1
1
2
（定时器1）禁能定时器/计数器1

TCON寄存器的位分配（可以进行位寻址）：
表5-4 TCON寄存器的位分配
位
7
6

4
3
2
1
0
符号
TF1
TR1
TF0
TR0
IE1
IT1
IE0
IT0

关于TCON的位描述：

表5-5 TCON的位描述
位
符号
描述
7
TF1
溢出标志位。中断执行时硬件清零，或有软件清零
6
TR1
定时器1运行控制位。通过清零来关闭定时器1
5
TF0
定时器0溢出标志。溢出时由硬件置位。中断执行时由软件或者硬件清零。
4
TR0
定时器0运行控制位。通过软件清零来关闭定时器0
3
IE1
中断1边缘标志。
2
IT1
中断1类型控制位
1
IE0
中断0边缘标志。
0
IT0
中断0类型控制位。

使用定时器的步骤：
第一：设置TMOD特殊功能寄存器，使单片机处于特定的工作状态。
第二：设置计数寄存器的初值，精确设定好定时时间
第三：设置特殊功能寄存器TCON，凭借置位TR设置定时器开始。(也可设置为中断模式)
5.单片机中断系统
中断的概念是指程序在运行的时候，由于各种事件导致CPU暂停执行运行的程序，跳转去执行请求CPU为其服务的服务程序，等服务程序运行结束后再返回主程序的整个过程。如图5-4形象的表示中断过程