电子信息工程毕业设计-公交车报站器-毕业设计.pdf
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1、目录1系统总体方案.31.1 公交车报站器可选方案.31.2 设计方案的可行性分析和选择.51.3 公交车报站器的硬件框图.52系统硬件设计.62.1 SPCE0 61A 简介.62.2 系统电源设计.102.3 语音存储电路设计.102.4 音频输出电路设计.122.5 显示电路设计.132.6 键盘电路设计.143系统软件设计.153.1 语音处理.153.2 主函数流程图.173.3 初始化函数.243.4 语音播放的实现.293.5 更新时间.323.6 设置时间.33参考文献.46谢辞.47附录一公交车报站器电路图.49附录二公交车报站器程序.50在当今社会,即使在私家车越来越多的今
2、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。目前我国公交车辆己从原有的人工语音报站发展到现在的自动语音报站。就 报站语音而论,绝大多数报站装置都采用IsD系列的语音芯片,部分报站产品也 有采用最新的数字语音处理合成技术,两者各有优缺点。前者成本低,但音质较 差,且更改报站信息不灵活,当公交车辆临时改道时必须重新对语音芯片编程;后者受信息容量、语音音质的限制,且更换信息仍需专业设备。因此设计一款能 够方便地更换
3、报站信息、播放高音质语音信息的公交车报站器愈显重要。本方案利用单片机的语音处理功能,以及其强大的处理能力,完成语音的合 成技术,再配合存储器,扩大存储容量,很容就可以实现公交车报站器,从而为 市民提供了更加人性化的服务。这些优点使得本方案成为制作公交报站器一种最 经济实用的选择。1系统总体方案公交报站系统的设计要求报站系统可以完整地播放一条公交线路的站名。可 以在显示屏上显示当前的时间,具有时间日期的设置功能,还可以播放音乐或广 告。经过杳阅资料,可选方案有基于MP3/U盘的公交车报站设计,基于GPS的公 交车报站器系统设计和基于SPCE0 61A的公交车报站系统设计等.1.1 公交车报站器可
4、选方案1.1.1 基于MP3/U盘的公交车报站设计方案采用AT89C51SND1C单片机(内部集成MP3解码器)作为主控CPU及解码MP3 数据,实现对报站信息播放、点阵字符显示、文件存储以及用作优盘功能时USB 与PC机联机的控制。利用FAT 16在K9F12 0 8上实现文件系统,形成一个Windows 可识别访问的64MB寻址区域。结合USB控制器,系统可作为优盘在Windows下使 用,从而实现在Windows下对文件的管理以及数据存储功能。这样通过程序的设 定,公交车可通过键盘实现MP3格式声音信号的报站以及各种信息的广播。列表 文件在系统对闪存初始化时生成,系统在对闪存进行格式化的
5、同时生成该名为 SCHED-ULE.LST的列表文件。该列表文件可在Windows下利用记事本打开,编辑 所需播放的MP3名称。播放报站信息的同时通过16个16X 16的LED点阵显示相 应的播放内容。系统框图如图1.1所示。USB接口电 闪存电路-LED语音输 MP3解码-点性入电路及DAC山 MCl 显/5 i 电路功放电路 键盘 指示电 口图L1方案一系统框图1.1.2 基于GPS的公交车自动报站系统设计方案GPS的公交车自动报站系统利用GPS,通过GPS接收单元接收卫星发送的信号确 认车辆的动态位置(经度、纬度)、时间、状态等信息,与公交线路信息库中存储 的车站的位置进行比较,根据预先
6、设定的距离和规则向乘客通报车站和线路的语 音信息;并且能把车辆运行的详细情况记录下来,对公共汽车的运营状况进行全 程监控并记录。系统的组成见图1.2。GPS uVTCCT二 y 5 f 一 K彳 Z-S1415VDDX1CE NCX1CECLK NCX1CESDA NCVSS NCPV1N NCDAC1 PVPPDAC2 IOB11VREF2 1OB12VSS 1OB13AGC 1OB14OPI 1OB15MICOUT XSLEEPMICN VSSPFUSE XROMTNC 1OA15NC 1OA14NC 1OA13U IOA12c f I)HH 1OA11工声口入51,ANNnmnnnnnn
7、:n 1OA916177318721971207021692268236r24662565266427632862296130603159325857565554E EK.r-X.*X1 丁f 寸二y.F-o一X三C 1B.图2.2 SPCEO61A引脚图表2.1 SPCE0 61A引脚功能表引脚名称类型引脚功能I0 A15:8输入输出0 A15:8:双向 10 端口I0 A7:0 输入输出I0 A7:0:通过编程,可设置成唤醒管脚I0 A6:0:与 ADC Line_In 输入共用I0 B15:ll输入输出I0 B15:ll:双向10端口。I0 B10-0除用作普通的10端口,还可作为如下功
8、能:I0 B10输入输出I0 B10:通用异步串行数据发送管脚TxI0 B9输入输出I0 B9:TimerB脉宽调制输出管脚BPWM0I0 B8输入输出I0 B8:TimerA脉宽调制输出管脚APWM0I0 B7输入输出I0 B7:通用异步串行数据接收管脚RxI0 B6输入输出I0 B6:双向10端口I0 B5输入输出I0 B5:外部中断源EXT2的反馈管脚I0 B4输入输出I0 B4:外部中断源EXT1的反馈管脚I0 B3输入输出I0 B3:外部中断源EXT2I0 B2输入输出I0 B2:外部中断源EXT1I0 B1输入输出I0 B1:串行接口的数据传送管脚IOBO输出I0 B0:串行接口的
9、时钟信号DAC1输出DAC1数据输出管脚DAC2输出DAC2数据输出管脚OSC1输入32 768Hz晶振输入管脚OSCO输出32 768Hz晶振输出管脚VCP输入PLL的RC滤波器连接管脚AGC输入AGC的控制管脚MICN输入麦克风负向输入管脚MICP输入麦克风正向输入管脚VREF2输出电压源2.0 V产生5mA的驱动电流,可用作外部ADC Line_In通道的最高参考输入电压,不可作为电压源使用MICOUT输出麦克风1阶放大器输出管脚,管脚外接电阻决定AGC增益倍数OPI输入麦克风2阶放大器输入管脚VRTPAD输入ADC Line_In通道的最高参考输入电压管脚VMIC输出麦克风电源VCM输
10、出AD参考电压(由内部ADC产生)VDD输入逻辑电源的正向电压VSS输入逻辑电源和10 口的参考地VDDIO输入10端口的正向电压管脚VSSIO输入10端口的参考地AVDD输入模拟电路(A/D、D/A和2 V稳压源)正向电压AVSS输入模拟电路(A/D、D/A和2 V稳压源)参考地RSETB输入低电平有效的复位管脚SLEEP输出睡眠模式(高电平激活)ICE输入激活ICE(高电平激活ICECLK输入ICE串行接口时钟管脚ICESDA输入输出ICE串行接口数据管脚TEST输入测试模式时接高电平,正常模式时接地GND或悬浮ROMT输入测试闪烁存储器,正常模式时悬浮NC输入正常使用时接地2.2系统电源
11、设计图2.3是电源部分的电路,61单片机的内核工作电压是3.3V,而10 口电压 可以是3.3V也可以是5V。公交蓄电池12 V直流电压经过7805产生5V电压,再 经过SPY0 0 2 9后产生3.3V电压分别给系统供电。LM780 5是常用的三端正电源稳压电路,使用的是TO-220封装,能提供直流 电源5V的输出电压,内含短路和热过载保护电路,应用范围非常广泛。带散热 片时能持续提供1A的电流,如果使用外围器件,它还能提供不同的电压和电流。它有三个引脚,弓I脚1为输入电压,弓I脚2为+5V输出电压,弓|脚3接地。SPY0 0 2 9是凌阳公司设计的电压调整IC,采用CMOS工艺,具有静态电
12、流低,驱动能力强,线性调整出色等特点。它有三个引脚,弓I脚1接地,弓I脚2为输入2.3语音存储电路设计因为SPCE0 61A的FLASH只有32 K字,要存放大量的语音资源,就要外扩存 储器。本次设计选用SPR40 96芯片。2.3.1 SPR4096芯片简介SPR40 96 是一个高性能的 4M-bit(512 KX8-bit)FLASH,分为 256 个扇区(Sector),每个扇区为 2 KBo SPR40 96 还内置了一个 4KX8bit 的 SRAM。SPR40 96内置了一个总线存储器接口和一个串行接口,它允许单片机通过 8bit并行模式或者Ibit串行模式访问FLASH/SRA
13、M存储区。本设计使用品行模 式,串行接口的工作频率可达5MHz.有两个电源输入端VDDI和VDDQ.VDDI是给 内部FLASH和控制逻辑供电的;VDDQ是专门为I/O供电的。最大读电流为2 mA。SPR40 96按串行接口模式工作,要把CF2CF0均接高电平。CF7为低电平时 选中FLASH,高电平时选中SRAM.3.3.2语音存储电路图2.4是SPR40 96与单片机的硬件连接图。SPR40 96的SCK接SPCE0 61A的I0 B0,SDA接SPCE0 61A的lOBhCFOCF2接高电平,CF7接低电平,选中FLASH。图2.4 SPR40 96电路图2.4 音频输出电路设计SPCE
14、0 61A内置2路10位精度的DAC,芯片输出的音频信号功率较小,在报 站时要求比较大的声音,就要对芯片输出的声音信号进行功率放大,因此电路选 用了 SPY0 0 30音频功率放大电路。图2.5为音频输出电路。SPCE0 61A的音频输出采用双通道数/模转换DACSPY0 0 30芯片是一个音频驱动,其增益可以通过外部电阻(最长增益调整为 2 0)o它的输出功率约70 0 mW,电压可调范围很广(2.4V-6.8V),具有双端输出 模式,低失真,低待机电流等特点。简单易用,仅需2.4V(两颗电池)即可工作。图2.6为SPY0 0 30芯片的引脚图。表2.2为引脚功能表。图2.6 SPY0 0
15、30芯片引脚图表2.2 SPY0 0 30芯片引脚功能表引脚名称引脚号类型引脚功能VDD8输入电源的正向电压VSS3输入电源地SPP2输出音频输出正极SPN1输出音频输出负极ACIN5输入信号输入正极INN4输入信号输入负极CE7输入芯片使能VREF6输出参考电压2.5 显示电路设计图2.7为显示电路图。整个显示过程中采用动态显示,即六位显示器逐一轮 流显示,每位持续1ms,10 ms或2 0 1ns之内循环一遍,刷新速度不要小于每秒三 十桢。由于视觉暂留,我们看到的便是6只显示器同时在显示。DGNDS480 S2 40压缩算法中SACM_A2 0 0 0、SACM_S480、SACM_S2
16、40主要是用来放音,可用 于语音提示,而DVR则用来录放音。3.1.2 语音识别语音的识别可分为下列几个部分:预处理,语音信号数字化;特征提取,抽 取反应语音本质的特征参数,形成特征矢量序列;语音模型库,从一个或多个讲 话者多次重复讲话中提取的语音参数模板;模式匹配,把输入语音的特征参数与 语音模型库进行比较分析,得到识别结果。识别的过程可用图3.1表示。输入语音,预处理特征提取识别模式匹配初识结后处理别果 识结(语音模型库_别果训练图3.1语音的识别3.1.3 语音合成语音合成是将以其他方式表示或存储的信息转换成语音。最常见的语音合成技术是将文本转换为语音(TTS)o文本转换成语音如图3.2
17、所示。_文本处理文本输入 A韵律处理语音合成-语音输出词典及语言规范语音数据库图3.2文本转换成语音图3.2主函数流程图在主函数中完成SPR40 96的初始化、键盘、显示的初始化,并且进行显示 时间与播报公交车报站的站点,然后进入循环根据键盘的值执行相关的操作。主函数流程图如图3.3所示。开始初始化局部变量初始化SPR40 96,键盘,时间播报所有站点,行车路线主函数程序:int main(void)unsigned int uiKey;unsigned int uiOn_Off;unsigned int uiKeyl_Count;unsigned int uiKey2 _Count;unsi
18、gned int uiflag;unsigned int uiTemp;uiOn_Off-0;uiKeyl_Count=0;/uiKey2 _Count=16;/键盘值数码管显示或不显示标志/keyl按下次数/key2按下次数/按键keyl、key2的奇偶标志临时变量局部变量初始化uiflag=0;SP_SIOInitial();初始化 SPR 模组,SPR40 96DIGnit();初始化数码管Keynit();初始化键盘Time_Init();初始化显示时间DIG_Set(l,0);DIG_Set(2,0);DIG_Set(3,DatauiHour_H);DIG_Set(4,DatauiH
19、our_L);DIG_Set(5,DatauiMinite_H);DIG_Set(6,DatauiMinite_L);Broadcast(52);播放站点while(l)(if(uiDisp=0)显示时间(DIG_Set(l,0);DIG_Set(2,0);DIG_Set(3,DatauiHour_H);DIG_Set(4,DatauiHour_L);DIG_Set(5,DatauiMinite_H);DIG_Set(6,DatauiMinite_L);if(uiDisp 二二 1)显示月日 DIG_Set(l,DatauiMonth_H);DIG_Set(2,DatauiMonth_L);D
20、IG_Set(3,0 x0 0 77);DIG_Set(4,DatauiDay_H);DIG_Set(5,DatauiDay_L);DIG_Set(6,0 x0 0 7f);if(uiDisp=2)显示年 DIG_Set(1,0 x0 0 40);DIG_Set(2,DatauiYear_H);DIG_Set(3,DatauiYear_MH);DIG_Set(4,DatauiYear_ML);DIG_Set(5,DatauiYear_L);DIG_Set(6,0 x0 0 40);uiKey=Key_Get();得到键值,扫建程序在12 8Hz中断中调用switch(uiKey)case KE
21、Y 1:uiA2 0 0 0 _S480=0;/选择 S480 放音,在中断 FIQuiKey=0;if(uiflag 1)uiKey l_Count+;NextStation(uiKey 1 _Count);/播放提示下一站*uiflag=1;else(uiflag=0;ComingStation(uiKey l_Count);*站到 了*)if(uiKeyl_Count=16)(uiKeyl_Count=0;/如果是终点站,重新初始化)break;case KEY2:uiA2 0 0 0 _S480=0;if(uiflag-=0)(uiKey2 _Count;NextStation(uiK
22、ey2 _Count);uiflag=1;)else(uiflag=0;ComingStation(uiKey2 _Count);if(uiKey2 _Count-0)uiKey2 _Count=16;break;case KEY3:uiA2 0 0 0 _S480=0;PlaySnd_S480(65,3);break;播放提示语,车在运行中,请做好扶稳case KEY4:uiA2 0 0 0 _S480=0;PlaySnd_S480(67,3);break;请让座case KEY5:广告或娱乐 uiA2 0 0 0 _S480=1;PlaySnd_A2 0 0 0(70,3);break;c
23、ase KEY6:g_4Hz_On=1;uiSetflag+;/进入4Hz中断代码,实现闪烁效果Set_Time();break;设置时间case KEY7:uiKey=0;uiDisp+;if(uiDisp=3)切换显示时间/月日/年uiDisp=0;if(uiDisp=0)(uiTemp=*PNT_Ctrl_New;打开2 Hz中断,显示秒针 uiTemp|=C_IRQ5_2 Hz;*P_INT_Ctrl_New=uiTemp;elseuiTemp=*P_INT_Ctrl_New;关闭 2 Hz 中断,不显示秒针 uiTemp&=Oxfffb;*P_INT_Ctrl_N e w=uiTem
24、p;uiTemp=*P_IOB_Buffer;uiTemp&=Oxfffb;*P_IOB_Data=uiTemp;)break;case KEY8:if(uiOn_Off=0)DIG_Off();关闭数码管uiOn_Off=1;)else(DIG_On();打开数码管uiOn_Off=0;break;default:break;)*P_ Watchd og_C 1 ear=0 x0 0 0 1;清看门狗3.3初始化函数系统要对SPR40 96,键盘、显示、时间初始化SPR40 96初始化流程图如图3.4所示。开始设置系统时钟为49M设置IOBO,I0 B1为输出结束图3.4 spr40 96初
25、始化SPR40 96初始化程序如下:PUBLIC _SPSIOInitialSPSIOInitial:.PROC系统时钟设定rl=0 x0 0 98;/Fosc=49mHzP_SystemClock=rl;rl=P_IOB_Dir;rl|=1;/set bitO output for sckP_I0 B_Dir=rl;rl=P_IOB_Attrib;rl|=1;/buffer outputPIOBAttrib=rl;rl=PIOBBuffer;rl|=1;/output highPIOBData=rl;retf,ENDP键盘初始化流程图如图3.5所示,初始化1OB8-1OB15为下拉电 阻输入
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