公交车站自动报站器的设计.doc

1、公交车站自动报站器的设计第 1 页 共 31 页 摘 要当今社会环境污染问题越来越严重，每年的 4 月 22 日为世界地球日，每年的 6 月 5日为世界环境日，可见人类对环境污染问题越来越重视。在城市中机动车的尾气成了污染环境的主要污染源，很多国家提倡人们乘坐公共汽车出行以减少污染，有的国家甚至设定某一天为禁止机动车日来告诫人们环境污染的严重性。由此看来，未来公共汽车将充当现代城市生活中的一个重要角色，而且无人售票的公共汽车成为了一个趋势。 公共汽车成为城市人们出行的必备选择后所面临的问题是乘客们如何能够在正确的车站下车，如何知道这辆车开向哪里，途中还会经过哪些车站。在一些需要提示乘客注意的情

2、况，比如车在转弯需要注意，或者需要让座等等，这时该怎么办？解决的办法就是利用公交车报站器播放语音，提示乘客。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。以 AT89C51 为主控芯片，对外来脉冲计数，结合语音芯片 ISD4004 输出语音。系统由脉冲检测、脉冲计数、CPU 控制、控制信号、语音芯片、输出显示等组关键字：AT89C51 单片机 公共汽车公交车站自动报站器的设计第

3、 2 页 共 31 页 目录第 1 章 绪论31.1 课题研究的背景及意义31.2 报站器的动态发展趋势31.3 设计的主要目标任务31.4 技术指标3第 2 章 设计的选择42.1 基本条件4第 3 章 硬件电路的设计63.1 主控电路的设计.63.2 脉冲检测电路的设计113.3 语言输出电路的设计133.4 LED 显示电路的设计17第 4 章 软件设计214.1 主控程序的设计214.2 语言报站程序的设计25致谢30 参考文献31公交车站自动报站器的设计第 3 页 共 31 页 第 1 章 绪 论1.1 课题研究的背景及意义公共汽车为外出的人们提供了方便快捷的服务，而公共汽车的报站直

4、接影响服务的质量。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，在很多大城市已经被淘汰。近年来，随着科学技术的日益发展和进步，微型计算机技术已经在许多领域得到了广泛的应用。在声学领域，微机技术与各种语音芯片相结合，即可完成语音的合成技术，使得汽车报站器的实现成为可能，从而为市民提供了更加人性化的服务。鉴于传统公交车报站系统的不足之处，结合公交车辆的使用特点及实际营运环境，设计了一种由单片机控制的公交车自动报站系统。公交车自动报站器的设计主要为了弥补改变传统语音报站器必须由司机操控才能工作的落后方式，我的设计能为市民提供更人性化，更完善的服务。1.2 报站器的动态发展趋势公共汽车行驶

5、在现代文明程度高的市区，它是一道流动的风景线，因而对整车外形乃至色彩都有更高的要求。作为公共汽车还要求有醒目和减少乘务人员劳动强度的电子报站器，电子显示路牌，无人售票装置，前后电视监视系统等新技术的采用也将越来越普及。公交车报站器在公交事业中占有举足轻重的地位，它直接影响到公交车的服务质量。目前公交车报站有三种方式，一种是利用 GPS 全球卫星定位系统的公交车报站系统，在司机座位后面隔板上，安装了一台 15 英寸的液晶电视和 GPS 信号接收器，安装了这套设备后，公交车在语音报站的同时，通过液晶电视还可以显示到站站名的字幕，这样如果没听清报站的话，通过显示屏，乘客也可以一目了然。当出现紧急情况

6、时，调度中心将会给公交车发出相应的信息，以短信的形式传送到显示屏上，同时车载台会发出相应的提示音；驾驶员也可以通过相应的工具进行回复。另外两种是手动电子报站和人工报站的方式，而它们都离不开司务人员，加大司乘人员的工作强度。手动电子报站一般有司机或者乘务员控制，经常出现错报，误报的情况。1.3 设计的主要目标任务本课题要求设计一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 LED 点阵电路进行汉字显示。本设计要求利用 AT89C51 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、汉字点阵显示电路等。1.4 技术指标工作电压

7、 24V静态功耗 6W音频输出 10W信噪比 34DB公交车站自动报站器的设计第 4 页 共 31 页 环境温度 -3080第 2 章设计的选择 公交车自动报站系统的设计主要是对里程计数来控制报站时刻，进站、出站自动播报站名及服务用语，准确、及时、完全不需要人工介入。公交车站自动报站器的设计，对车轮轴的转角的脉冲进行计数，将计数值与预置值对比，即可确定报站时刻，达到准确自动的目的。以 AT89C51 为主控芯片，对外来脉冲计数，结合语音芯片 ISD4004 输出语音。系统由脉冲检测、脉冲计数、CPU 控制、控制信号、语音芯片、输出显示等组成。原理框图如图 2.1 所示。运行原理图 2.2。图

8、2.1 原理框图图 2.22.1 基本条件1. 脉冲检测：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。2. 脉冲计数：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。3. CPU 控制：程序中将计数值于预置值进行比较，判断是否到站，当到站时就输出信号控制语言芯片进行报站。语音芯片控制信号脉冲计数CPU 控制 输出显示放音电路脉冲检测公交车站自动报站器的设计第 5 页 共 31 页 4. 控制按键：用于手动控制、手动调整、预置值的输入等5. 语

9、言芯片：由专用语音芯片 ISD4004 组成，可擦写，便于在不同公交线上使用。6. 输出显示：LED 点阵汉字显示（设计中没有编写） 。7. 预置存储：采用两种方式存储，一种是在烧写器上将数据写入，另一种是在车上，单片机处于输入状态，车辆行驶一遍，将站与站之间的脉冲数写入片内。公交车站自动报站器的设计第 6 页 共 31 页 第 3 章 硬件电路的设计公交车报站系统主要由四个部分组成，即主控电路、脉冲检测电路、语音电路以及LED 点阵汉字显示电路。各部分电路的设计在本章中做了详细的说明。3.1 主控电路的设计3.1.1 关于 AT89C51 单片机它主要由下面几个部分组成：1 个 8 位中央处

10、理单元（CPU） 、片内 Flash 存储器、片内 RAM、4 个 8 位的双向可寻址 I/O 口、1 个全双工 UART（通用异步接收发送器）的串行接口、2 个 16 位的定时器/计数器、多个优先级的嵌套中断结构，以及一个片内振荡器和时钟电路。在 AT89C 单片机结构中，最显著的特点是内部含有 Flash 存储器，而在其他方面的结构，则和 Inter 公司的 8051 的结构没有太大的区别。3.1.1.1 主要性能1. 与 MCS-51 兼容 6. 32 可编程 I/O 线2. 4K 字节可编程闪烁存储器 7. 两个 16 位定时器 /计数器寿命：1000 次写/擦循环 8. 6 个中断源

11、 数据保留时间：10 年 9. 可编程串行通道3. 全静态工作：0Hz-24Hz 10. 片内振荡器和时钟电路4. 三级程序存储器锁定5. 128*8 位内部 RAM另外，AT89C51 是用静态逻辑来设计的，其工作频率可下降到 0Hz，并提供两种可用软件来选择的省电方式空闲方式（Idle Mode）和掉电方式（Power Down Mode） 。在空闲方式中，CPU 停止工作，而 RAM、定时器 /计数器、串行口和中断系统都继续工作。在掉电方式中，片内振荡器停止工作，由于时钟被“冻结” ，使一切功能都暂停，故只保存片内 RAM 中的内容，直到下一个硬件复位为止。3.1.1.2 引脚功能说明A

12、T89C51 引脚图如图 3.1 所示。公交车站自动报站器的设计第 7 页 共 31 页 图 3.1 AT89C51 引脚图VCC：供电电压。VSS：接地。P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8 个 TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL门电流

13、。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在

14、 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3 口：P3 口管脚是 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。当 P3 口写入 “1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示：口管脚 备选功能公交车站自动报站器的设计第 8 页 共 31 页 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）

15、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）P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出

16、可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出现。/EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH） ，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引

17、脚也用于施加 12V 编程电源（VPP） 。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.1.2 复位电路的设计89 系列单片机与其他微处理器一样，在启动的时候都需要复位，使 CPU 及系统各部件处于确定的初始状态，并从初始状态开始工作。89 系列单片机的复位信号是从 RST 引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如 RST 引脚上有一个高电平并维持 2 个机器周期（24 个振荡周期） ，则 CPU 就可以响应并将系统复位。复位时序如图 3.2 所示，因外部的复位信号是与内部时钟异步的，所以在每个机器周期

18、的 S5P2 都对 RST 引脚上的状态采样。当在 RST 端采样到“1”信号且该信号维持 19 个振荡周期以后，将 ALE 和/PSEN 接成高电平 ，使器件复位。在 RST 端电压变低后，经过 1-2 个机器周期后退出复位状态，重新启动时钟，并恢复 ALE 和/PSEN 的状态。如果在系统复位期间将 ALE 和/PSEN 引脚拉成低电平，则会引起芯片进入不定状态。 公交车站自动报站器的设计第 9 页 共 31 页 图 3.2 内部复位定时时序3.1.2.1 手动复位手动复位需要人为在复位输入端 RST 上加入高电平。一般采用的办法是在 RST 端和正电源 VCC 之间接一个按钮。当人为按下

19、按钮时，则 VCC 的+5V 电平就会直接加到RST 端。由于人的动作很快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，保证能满足复位的时间要求。手动复位的电路如图 3.3 所示。图 3.3 手动复位电路3.1.3.2 上电复位AT89C51 的上电复位电路如图 3.4 所示，只要在 RST 复位输入引脚上接一电容至VCC 端，下接一个电阻到地即可。对于 CMOS 型单片机，由于在 RST 端内部有一个下拉电阻，故可将外部电阻去掉，而将外接电容减至 1uF。上电复位的过程是在加电时，复位电路通过电容加给 RST 端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着 Vcc 对电容的充电过程而逐渐回落，即 RST 端

20、的高电平信号必须维持| S5 | S6 | S1 | S2 | S3 | S4 | S5 | S6 | S1 | S2 | S3 | S4 | S5 | S6 | S1 | S2 | S3 |RST：INST ADDR INST ADDR INST ADDR INST ADDR INST ADDR INSTALE：/PSEN：P0： 11 振荡周期 19 振荡周期VccAT89C51RSTGND8.2k10uF+Vcc公交车站自动报站器的设计第 10 页 共 31 页 足够长的时间。上电时，Vcc 的上升时间约为 10ms，而振荡器的起振时间取决于振荡频率，如晶振频率为 10MHz，起振时间为

21、 1ms；晶振频率为 1MHz，起振时间则为 10ms。在图 3.4 的复位电路中，当 Vcc 掉电时，必然会使 RST 端电压迅速下降到 0V 以下，但是，由于内部电路的限制作用，这个负电压将不会对器件产生损害。另外，在复位期间，端口引脚处于随机状态，复位后，系统将端口置为全“1”态。如果系统在上电时得不到有效的复位，则在程序计数器 PC 中将得不到一个合适的初值，因此，CPU 可能会从一个未被定义的位置开始执行程序。图 3.4 上电复位电路3.1.3.3 复位后寄存器的状态当系统复位时，内部寄存器的状态如表 3.1 所列，即在 SFRS 中，除了端口锁存器、堆栈指针 SP 和串行口的 SB

22、UF 外，其余的寄存器全部清 0，端口锁存器的复位值为0FFH，堆栈指针值为 07H，SBUF 内为不定值。内部 RAM 的状态不受复位的影响，在系统上电时，RAM 的内容是不定的。表 3.1 各特殊功能寄存器的复位值专用寄存器 复位值 专用寄存器 复位值PC 0000H TCON 00HACC 00H B 00HPSW 00H SP 07HDPTR 0000H P0-P3 FFHIP 00000B IE 000000BTMOD 00H TH0 00HTL0 00H TH1 00HTL1 00H SCON 00HSBUF 不定 PCON（ CHMOS） 00000B在本设计中复位电路采用的是上

23、电复位，即如图 3.5 所示。3.1.4 电压变换电路的设计公交车上所使用的电源电压为 24V，而 AT89C51 芯片的工作电压为 5V，所以需要将24V 的电压转换成 5V 电压。设计中采用了三端固定正电压集成稳压器 7805，来得到+5VVccAT89C51RST8.2k10uF +VccGND公交车站自动报站器的设计第 11 页 共 31 页 稳定电压。电压变换电路如图 3.5 所示。 集成稳压器是指将不稳定的直流电压变为稳定的直流电压的集成电路。由于集成稳压器具有稳压精度高、工作稳定可靠、外围电路简单、体积小、重量轻等显箸优点，在各种电源电路中得到了普遍的应用。常用的集成稳压器有：金

24、属圆形封装、金属菱形封装、塑料封装、带散热板塑封、扁平式封装、双列直插式封装等。在电子制用中应用较多的是三端固定输出稳压器。 78xx 系列集成稳压器是常用的固定正输出电压的集成稳压器，输出电压有 5V、6V 、9V、12V、15V 、18V 、24V等规格，最大输出电流为 1.5A。它的内部含有限流保护、过热保护和过压保护电路，采用了噪声低、温度漂移小的基准电压源，工作稳定可靠。根据输出电流值的不同，选用不同系列的芯片，当电流小于 100mA 时，可以选用 78L00 系列；当电流在 0.5A 以内时，可选用 78M00 系列；当电流在 1.5A 以内，应选用 7800 系列的芯片。7805

25、 的最大输出电流为 1.5A。1278050.33uF30.1uF24V+5V+图 3.5 电压变换电路3.2 脉冲检测电路的设计3.2.1 霍尔器件简介3.2.1.1 霍尔器件的分类霍尔器件是一种磁传感器。用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。霍尔器件具有许多优点，她们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达 1MHZ） ，耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达 um 级） 。取用了各种补偿和

26、保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达-55150。按照霍尔器件的功能，可将它们分为霍尔线性器件和霍尔开关器件。前者输出模拟量，后者输出数字量。按照被检测的对象的性质，可将它们的应用分为直接应用和间接应用。前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁场，用这个磁场来作被检测的信息的载体，通过它，将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。3.2.1.2 工作磁体的设置公交车站自动报站器的设计第 12 页 共 31 页 用磁场作为被传感物体的运动和

27、位置信息载体时，一般采用永久磁钢来产生工作磁场。例如，用一个 542.5（ ）的钕铁硼号磁钢，就可在它的磁极表面上得到约3m2300 高斯的磁感应强度。在空气隙中，磁感应强度会随距离增加而迅速下降。为保证霍尔器件，尤其是霍尔开关器件的可靠工作，在应用中要考虑有效工作气隙的长度。在计算总有效工作气隙时，应从霍尔片表面算起。在封装好的霍尔电路中，霍尔片的深度在产品手册中会给出。 因为霍尔器件需要工作电源，在作运动或位置传感时，一般令磁体随被检测物体运动，将霍尔器件固定在工作系统的适当位置，用它去检测工作磁场，再从检测结果中提取被检信息。工作磁体和霍尔器件间的运动方式有：(a)对移；(b)侧移；(c

28、)旋转；(d)遮断。霍尔开关电路的输出级一般是一个集电极开路的 NPN 晶体管，其使用规则和任何一种相似的 NPN 开关管相同。输出管截止时，输漏电流很小，一般只有几 nA，可以忽略，输出电压和其电源电压相近，但电源电压最高不得超过输出管的击穿电压（即规范表中规定的极限电压） 。输出管导通时，它的输出端和线路的公共端短路。因此，必须外接一个电阻器（即负载电阻器）来限制流过管子的电流，使它不超过最大允许值（一般为20mA） ，以免损坏输出管。输出电流较大时，管子的饱和压降也会随之增大，使用者应当特别注意，仅这个电压和你要控制的电路的截止电压（或逻辑“零” ）是兼容的。以与发光二极管的接口如图 3

29、.6 所示，对负载电阻器的选择作一估计。若在 Io 为20mA（霍尔电路输出管允许吸入的最大电流） ，发光二极管的正向压降 VLED=1.4V，电源电压 VCC=5V，所需的负载电阻器的阻值 051.4802CLEDVVRIA图 3.6 霍尔开关与发光二极管3.2.2 光电耦合器简介光电耦合器是一种电信号的耦合器件，它一般是将发光二极管和光敏三极管的光路耦合在一起，输入电信号加于发光二极管上，输出信号由光敏三极管取出。光电耦合器以光电转换原理传输信息，它不仅使信息发出端（一次侧）与信息接收并输出端（二次侧）是绝缘的，从而对地电位差干扰有很强的抑制能力，而且有很强的抑制电磁干扰能力。速度高、价格

30、低、接口简单。X+5VR公交车站自动报站器的设计第 13 页 共 31 页 光电耦合器具有体积小、使用寿命长、工作温度范围宽、抗干扰性能强。无触点且输入与输出在电气上完全隔离等特点，因而在各种电子设备上得到广泛的应用。光电耦合器可用于隔离电路、负载接口及各种家用电器等电路中。光电耦合器的工作过程：光敏三极管的导通与截止，是由发光二极管所加正向电压控制的。当发光二极管加上正向电压时，发光二极管有电流通过发光，使光敏三极管内阻减小而导通；反之，当发光二极管不加正向电压或所加正向电压很小时，发光二极管中无电流或通过电流很小，发光强度减弱，光敏三极管的内阻增大而截止。3.2.3 脉冲检测电路的设计本设

31、计的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，而霍尔元件具有耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀的优点，故采用可靠的霍尔元件 DN6848 作为信号采集装置，再经过光电耦合器 4N25 输入给单片机。光电耦合器的电流传输比 为 10%250%，响应时间小于 10us，其电路如图 3.7 所示。INT04.7k1804N2512342+5V+5VDN68481 3VDD VOUT图 3.73.3 语音输出电路的设计3.3.1 关于语音芯片3.3.1.1 ISDWinbond 语音芯片概述美国 ISD（Information Storsge Devices）公司

32、是专业研制和生产先进的半导体语音芯片的著名厂家和领导者，其开发的高密度“多级” 存储方法称作 “ChipCorder”的专业技术，可以在一个存储单元存储 256 级的不同电平，即存储相同信息仅需要用传统存储技术 1/8的存储空间。该公司与 1998 年 12 月被台湾华邦（Winbond）并购，1990 年改名为WECA（Winbond Electronic Corpration American） ，但保留其 ISD 名称和标识，这个合并将把 ISD 公司领先的信息存储、语音录放技术和强大的用户群与 Winbond 公司的高效率的制造能力和分布于全时间的营销能力结合起来。ISD 系列语音芯片

33、有 ISD1100 系列、ISD1200 系列、ISD1400 系列、ISD2500 系列、公交车站自动报站器的设计第 14 页 共 31 页 ISD4000 系列和 ISD5000 系列几种。ISD1400 系列中有 16s 和 20s 的单片声音录放器件 ISD1416 和 ISD1620。ISD2500 系列中有 32s、40s、48s、64s 和 60s、75s 、90s、120s 的单片声音录放器件ISD2532、ISD2540、ISD2548、ISD2564 和 ISD2560、ISD2575、ISD2590、ISD120。ISD4000 系列中有 120s、150s、180s 和

34、 240s 的单片声音录放器件ISD4001、ISD4002、ISD4003 和 ISD4004。ISD5000 系列中有 4min、5min、6min 和 8min 的单片声音录放器件 ISD5008。其中 ISD1100 系列、ISD1200 系列和 ISD1400 系列都是独立使用；ISD2500 系列是手动切换或则与微控制器兼容，放音时可以用边沿或电平进行触发；ISD4000 系列、ISD5000 系列都带有微控制器 SPI 或 Microwire 串行接口。3.3.1.2 语音芯片 ISD4004ISD4000 系列单片声音录放器件是用 CMOS 工艺实现的高语音质量、3V 工作电压

35、的集成电路芯片，特别适用于移动电话和各种便携式产品。按录放时间又分ISD4002、ISD4003 和 ISD4004 三个子系列。片内集成有振荡器、抗混叠滤波器、平滑滤波器、自动静音电路、音频放大器和高密度多级 Flash 存储阵列。这个系列的新片要求用于微处理器或微控制器系列，通过串行外围接口 SPI 或 Microwire 串行接口进行寻址和控制。录音数据被存放方法是通过 ISD 的多级存储专利技术实现的，用声音和声频信号的自然形式直接存放在故态存储器中，从而提供高质量回放语音的保真度。1. ISD4004 的主要性能及其特点 (1)单片实现声音录放功能(2)采用单一 3V 工作电压(3)

36、低功耗：典型的录音工作电流为 25mA典型的放音工作电流为 15mA典型待机节能状态电流为 1uA (4)单片录放时间为 8min、10min、12min 和 16min(5)高质量自然的声音/音频回放(6)自动静音电路可以在无声状态时消除背景噪音(7)不需要考虑实现算法(8)具有微控制器 SPI 或 Microwire 串行接口(9)可以对多段信息寻址控制(10)可以通过 SPI 或 Microwire 控制寄存器控制功耗(11)语音数据断电不丢失，可以保存 100 年(12)允许反复录音 10 万次(13)片上带有时钟源(14)有 PDIP、SOIC 、TSOP 和 CSP 多种封装形式(

37、15)使用温度范围有商业用扩展型和工业用两种可供选择：-商业品扩展型：-20+70-工业品：-40+85公交车站自动报站器的设计第 15 页 共 31 页 2. 外部引脚及其说明19 NCXCLK1NCNCISD4004ANA IN+SCKJVCCA17212520VSSD612NC18316 NC14NCMISOVSSA2825VCCD157 232410224 RAC26NCNCAMCAP 138/SSMOSIVSSAINT27VSSANCAUDOUT9 NC11NCANA IN-ISD4004 引脚图电源 (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

38、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。地线(VSSA,VSSD)：芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线。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 32mV,耦合电容和本端的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。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 16mV音频输出(A

39、UD OUT) ：提供音频输出 ,可驱动 5K 的负载。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。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。串行输出(MISO)：ISD 的串行输出端。ISD 未选中时 ,本端呈高阻态。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 ISD。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

40、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。OVF 标志-指示 ISD 的录、放操作已到达存储器的未尾。 EOM 标志-只在放音中检测到内部的 EOM 标志时,此状态位才置 1。行地址时钟(RAC)：漏极开路输出。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 175ms 保持高电平，低电平为 25ms。快进模式下，RAC 的 218.75s 是高电平，31.25s 为低电平。该端可用于存储管理技术。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

41、 +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,可公交车站自动报站器的设计第 16 页 共 31 页 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。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 1mF 的电容,构成内部信号电平峰值检测电路

42、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 6dB。1mF 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. 极限参数（1）支流电源电压范围（VccVss ）：-0.3+0.7V（2）输入电压范围（所有引脚）：（Vss-0.3V）（Vcc+0.3V ）（3）输入电压范围（所有引脚，输入电流不超过20mA）：（Vss-1.0V）（Vcc+1.0V）（4）输入电压范围（MOSI、SCLK、INT、RAC、SS 引脚，输入电流不超过20mA）：（Vss-1.0V）5.5V（5）结温：+150（

43、6）存储温度范围（Tstg）：-65+150（7）引脚焊接温度（10s）：+3003.3.2 录音、放音电路的设计ISD4004 声音录放器件的采样频率为 6.4kHz，它单片录放时间有8min、10min、12min 和 16min 几种，其采用内置非易失性 FLASH 存储器，这种快擦写存储器断电不会丢失数据，所以保存数据不需要耗电。典型的被存储信息可以保存时间高达 100 年，同一个存储单元可以反复被录音 10 万次。3.3.2.1 功放电路的设计ISD4004 芯片的音频输出引脚 AUD OUT 可以驱动一个 5k 的负载，当器件上电后，该引脚输出的电源为 1.2V。本设计中选用的放大

44、器是 LM386，LM386 是为低电压应用设计的音频功率放大器，其工作电压为 6V，最大失真度为 0.2，功率频响为 20100kHz。公交车站自动报站器的设计第 17 页 共 31 页 功放电路连线图如图 3.8 所示。220uF0.047uF220uFAUDOUT10K312 +-U5LM386325614 8710+ +6V+图 3.8 功放电路3.3.2.2 录音电路的设计连线图如图 3.9 所示，MIC 是麦克风，即语音信号的输入端，输出的模拟语音信号经过三极管组成的放大器放大后加到 ISD4004 语音芯片的 ANA IN-反向模拟输入端。2.2k47uF0.1F10k0.1FM

45、IC10kQ11kANAIN-300k图 3.9 录音电路3.4 LED 显示电路的设计3.4.1 LED 显示器件简介3.4.1.1 发光二极管特性Vcc公交车站自动报站器的设计第 18 页 共 31 页 发光二极管与普通二极管一样具有单向导电性，但是因其使用的半导体材料不同,其导通电压较高，一般锗二极管在 0.2V 左右，硅二极管在 0.7V 左右，而砷化镓或磷化镓发光二极管一般在 1.1-2.4V，但其反向击穿电压不高，一般在 5V 或稍许高一点（不能用500 型万用表的 R10k 档测量，在反压较高的电路中需要加钳位二极管保护） 。对小功率LED，支流工作电流以 1-15mA 为宜（不

46、同材料的 LED 要求会相差较大） ，最大电流不得超过 50mA，最大平均电流不超过 30mA，所以使用中必须要加限流电阻。中功率 LED 的电流工作电流可达 200mA 左右。LED 可看承具有恒压特性，其正向压降变化不大，有一定的稳定作用，其发光强度随工作电流增大而增大。对红色 LED 而言，工作电流一般为5-7mA 较合适，当工作电流大于 15mA 后，其发光强度就趋于饱和。另外 LED 的发光强度还一环境温度有关，温度越低发光强度越高，随温度升高，发光强度呈准线性下降，在 75时发光强度仅为 25时的一半，在 80时，LED 几乎就不能工作，LED 的最大工作电流也随温度升高而线性下降

47、。3.4.1.2 LED 显示器1. LED 显示器类型LED 显示器是用发光二极管构成的显示器。构成方式有两大类：一是笔段字符式，一般又有三种：7 段（/8 段）数码管、15 段（/17 段）数码管和 6 段符号显示器；二是点阵字符式，一般有 57、58、88 和 1616 等若干种点阵结构。为了适应不同电路的需要，根据构成 LED 显示器的发光二极管公共极的极性，有共阴极和共阳极两种形式。对共阴极数码管，公共阴极接地，当各段阳极上的电平为高电平时，该段接通亮，电平为 0 时，该段关断不亮。对共阳极数码管则刚好相反，高电平时不亮，低电平时亮。这种器件根据显示数位分类，可以分为一位、双位和多位

48、 LED 显示器，一位 LED 显示器就称作 LED 数码管，两位以上的一般就称作 LED 显示器。2. LED 显示译码方式要驱动 LED 显示器显示相应字符，必须通过接口向其提供字符的笔段字形码和数位代码。如何得到字符的笔段字形码，可以通过硬件译码方式，也可以通过软件译码方式。（1）硬件译码常用的硬件译码器有 BCD7 段译码器 MC14558，把译码器与驱动电路集成在一起的 BCD7 段译码驱动器 MC14547，进一步把锁存器、译码器和驱动器集成在一起的BCD7 段锁存译码驱动器 MC14513 和十六进制输出的锁存译码驱动器 MC14495 等。（2）软件译码当 LED 显示器用于微处理器或微控制器应用系统时，利用微处理器的强大功能，通过软件查表方式对所需要显示的字符到笔段字形码的变换实现译码不是一件困难的事，所以目前大多数嵌入式系统应用都是采用这种软件译码方式。3. LED 显示器驱动方式LED 显示器驱动方式