公交车语音报站器的设计

摘要

由于现在的公交车上大部分都采用投币的购票方式，不再设乘务员。如何方便、准确地指示乘客到站的以成为当务之急。虽然随着单片机的出现，早有设计出的语音自动报站器投入使用，但实践证明，只有语音的报站器并不能满足所有乘客的需要，比如在噪音比较大的场合或者聋哑人乘车时，就有可能因听不见语音报站而导致坐过站，为乘客带来不便。因此，我们研制这个具有汉字显示功能和语音输出功能的报站器单片机系统，以满足这个需要。

本设计主要解决如何方便、准确地指示乘客到站的问题，具有模拟人声进行报站和预报站，对所报站数和站名进行文字显示和站名语音信息录放及站名选择控制等功能。系统包括微控制器模块，语音录放电路，站数、站名显示模组，键盘接口电路，复位电路及电源等。系统使用51单片机来控制语音合成芯片和液晶显示模组。语音合成芯片ISD4004,采用模拟数据半导体存储器直接存储的专利技术，即将模拟语音数据直接写入单个存储单元，不需经过A/D、D/A转换，因此能够较好地真实再现语音的自然效果，避免了一般固体语音电路因为量化和压缩造成的量化噪声和失真现象。配合液晶屏显示，就使得该报站系统更加实用。

关键字：单片机，语音提示，文字显示，公交报站

目录

摘要....................................................................... II 第1章设计方案论证 (1)

1.1设计的应用意义 (1)

1.2设计方案的选择 (2)

1.3总体设计方案框图分析 (2)

第2章硬件电路设计 (3)

2.1单元电路设计与原理分析 (3)

第3章 (4)

第4章程序设计 (7)

3.1程序流程图 (7)

3.2源程序清单 (8)

第5章设计总结 (16)

第6章参考文献 (17)

附录1： (18)

附录2： (19)

第1章设计方案论证

1.1设计的应用意义

由于现在的公交车上大部分都采用投币的购票方式，不再设乘务员。如何方便、准确地指示乘客到站的以成为当务之急。虽然随着单片机的出现，早有设计出的语音自动报站器投入使用，但实践证明，只有语音的报站器并不能满足所有乘客的需要，比如在噪音比较大的场合或者聋哑人乘车时，就有可能因听不见语音报站而导致坐过站，为乘客带来不便。因此，我们研制这个具有站点显示功能和语音输出功能的报站器单片机系统，以满足这个需要。

本系统使用AT89C51单片机作为CPU，由CPU来控制语音合成芯片ISD4004，使其工作在CPU控制模式下。当系统进行语音再生时，由CPU控制语音合成电路中的语音芯片来读取存储器内部的语音信息，并合成语音信号，再通过语音输出电路，进行语音报站和提示。语音是众多信息载体中具有最大信息容量的信号，具有很高的智能水平，人们在提高计算机系统智能化水平时，在人机对话方面就是寻求最好的语音信息交换手段。人们对语音发声的物理机能有了深刻的理解，便希望使机器能够用语音报告有关信息，这种人机界面上的渴求，促进了语音合成技术的商品化的通用化。

语音合成芯片的问世，是数字技术发展的结晶。人们只要利用大规模集成电路再配置少部分外围电路，如分力元件，就可以构成语音系统。LR3683语音合成芯片，是Sharp公司推出的比新的语音合成集成电路，它包括波形编码系统，可定时抽取语音数据样本，以供系统作量化和编码之用。LR3683语音合成芯片只是代表了一种语音合成芯片发展的形式。由于语音合成按其使用目的和约束条件等可分为多种合成方式，语音合成的数字方法也因编码方法的多样性而且类型结构不一致。因此，语音芯片的种类很多，规格很丰富。世界有许多厂商研制开发语音芯片，我们就有了较多的选择余地。如美国ISD（Information Storage Devices）公司的ISD系列芯片采用直接模拟存储专利技术，把语音信号以原始的模拟形式直接存储在片内EEPROM存储器中，无需进行A/D转换和压缩处理等，从而减少了失真、大大提高了录放音质量，并具有抗断电、音质好、使用方便、可反复录放、无需专用的语音开发工具、能随意更改内容和耗电省等优点，很适合于现场录放音系统。本系统就是采用ISD4004语音合成芯片。

1.2 设计方案的选择

本设计有很多方案可供选择，在本设计中选择了两种方案。

方案一：采用七段数码管做为显示部分，依次显示站的编号，本设计需要三个按键作为控制，第一个按键用来控制站数点加一同时播放录音提示，第二个按键控制站点数复位，第三个按键控制单片机复位。语音提示模块选用ISD4004系列语音芯片，外接话筒和音箱组成语音录制和播放电路。其中，音箱由音频功率放大器LM386驱动。

方案二：采用LCD1602液晶显示器显示站点信息。采用矩阵键盘控制站点信息显示和语音播放。语音部分采用ISD4004系列语音芯片，外接话筒和音箱组成语音录制和播放电路。其中，音箱由音频功率放大器LM386驱动。

综合比较，由于方案一显示部分不能有效显示站点信息只能显示出站数，不便于乘客掌握到站信息，因次，本实验采用方案二来设计。因为方案二可以显示出站名，方便乘客出行。

1.3 总体设计方案框图分析

总体方案框图如图1.1所示：

图1.1 总体方案框图

如图1.1所示，核心部件是单片机，晶振用来提供机器周期，复位电路时用来复位单片机，使其回到初始状态，语音其实模块采用ISD4004，文字显示模块采用LCD1602来显示，键盘采用矩阵键盘。

第2章硬件电路设计

2.1单元电路设计与原理分析

第一部分为时钟部分，片内晶振电路输入线（XTAL1和XTAL2）用来外接石英晶振和微调电容，即用来连接8031片内OSC的定时反馈回路。石英晶振起振后，能在XYAL2线上输入一个3V左右的正弦波，使得8031片内的OSC电路按与石英晶振相同的频率自激振荡。为了使8031和外部存储器同步从而可靠工作，8031的访存时间必须大于所用外部存储器的最大存取时间。Intel 2764的读出时间为200～450ns，然而，从8031向外部存储器发出地址码和读写信号到从P0口选通读出数据或保存写入数据所需要的时间，至少需要两个时钟周期以上。所以，我们选取振荡器频率为12MHz。其电路如图2.1所示。

图2.1时钟电路

如图2.1所示，晶振与电容C1和C2构成时钟电路，给单片机的XTAL1与XTAL2提供时钟周期。

第二部分为复位电路，复位操作可以是单片机摆脱“锁死”和“飞跑”状态。单片机复位口（RST）高电平时可以使8031处于复位（即初始化）工作状态。通常，8031的复位有自动上电复位和人工按钮复位两种。在单片机应用系统中，除单片机本身需要复位以外，外部扩展I/O接口电路等也需要复位。因此，我们需要一个包括上电和按钮复位在内的系统同步复位电路。按键与电容C和电阻R构成复位电路，在本设计中采用上电复位方式，当复位键按下达到2个机器周期以上，单片机复位，四个I/O口均为高电平。在复位状态时单片机内部RAM的状态不受复位的影响。复位电路电路图如图2.1所示。