基于8031单片机的语音报站系统设计
基于8031单片机的语音报站系统设计[20200131184319]
摘要
公交车已经成为一般工薪族和学生族出门必须的交通工具，目前公交车上采用的公交报站系统具有语音和显示报站的基本功能，但由于报站时采用司机手动切换，一方面增加了司机的劳动强度，另一方面由于司机的误报或漏报，造成乘客误下或漏下，对于公交运营产生了很大负面影响，更会对乘客造成很多不必要的影响。为此，研究公交车自动报站系统是非常必要的。
本课题使用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。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:单片机,语音提示,文字显示
一、引言 1
二、方案设计 1
（一）原理 1
三、硬件设计 2
（一）8031单片机简介 2
（二）存储器 4
（三）语音提示 5
（四）文字显示 8
（五）键盘接口 9
（五）电源 10
四、软件设计 11
（一）语音提示实现 11
1.放音程序 11
2.录音程序 12
（二）文字显示实现 14
（三）键盘接口实现 15
总结 16
致谢 17
参考文献 18
附1 19
附2 20
附3 25
附4 29
一、引言
随着我国经济的飞速发展和城市化进程的加深，城市人口日益膨胀，机动车辆急剧增加，城市交通压力越来越大。发展公共交通事业是为居民提供安全有序的出行方式的不可替代的途径，公共交通管理的高质量和公共服务水平的人性化是吸引居民采用公交出行的有效途径，是解决交通问题的重要措施。公交车报站系统是公共交通系统的一个重要的组成部分，设计先进的报站系统能为广大居民乘车提供优质的服务，提高公交系统的服务水平。
本设计采用人工按键的操作方式，实现公交车对站名的语音提示和文字显示功能。当公交车到达某一站时，司机或乘务人员只需按动按键，就可以使单片机控制语音模块对站名进行语音提示，并控制显示模组在液晶屏上显示站数和站名。系统由一片八位单片机，一个语音模块，一个液晶模组，一块稳压芯片，若干电阻电容和与非门等组成。
二、方案设计
（一）原理
本系统使用单片机作为控制器件。当系统进行语音再生时，单片机控制语音合成电路中的语音芯片来读取其外接的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。同时，单片机通过程序读取文字信息，送入液晶显示模组来进行站数和站名的显示。当汽车到达某站时，司机或乘务人员通过键盘来控制系统进行工作。而且，系统具有根据公交车的行驶方向确定报站顺序的功能（司机或乘务人员可以通过按键来控制）。当系统进行语音录制时，语音信号通过语音录入电路送给语音合成电路中的语音芯片，由语音芯片进行数据处理，并将生成的数字语音信息存储到语音存储芯片中，从而建立语音库。
图1 系统结构图
（二）简介
本系统采用了Intel生产的8031单片机作为主控芯片。8031内部没有程序存储器，需要外部扩展存储器，选用一片8KB UVEPROM存储器芯片2764就可以满足应用要求。同时，8031还需要外接晶振和复位电路。
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。
图2 语音提示模块结构
文字显示模组采用12864液晶屏作为显示单元，其驱动芯片为带有中文字库的ST7920控制器系列。模组使用ST7920作为控制器和行驱动器，同时使用ST7921作为列驱动器。与单片机的连接，我们采用并行间接访问方式。
键盘接口电路采用独立按键设计，通过触发器来消除按键抖动。
电源采用LM2576作为稳压器件，将公交车上的+24V直流电压转变为+5V直流电压。LM2576是NS生产的3A电流输出降压开关型稳压集成芯片，能够较好地解决LM7805因输入电压过高而发热量较大的问题。
三、硬件设计
（一）8031单片机简介
单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。单片机也被称为微控制器（Micro-controller）,尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。
8031为字长8位的单片微型计算机，由中央处理器、内部RAM、内部ROM、两个16位的定时计数器、四个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3）、一个全双工的串行口、五个中断源以及时钟等组成。它具有速度、功能强、功耗低、抗干扰性好、价等特点，它是标准的40引脚双列直插封装（DIP）形式。
图3 8031单片机
引脚介绍
（1）主电源引脚Vss和Vcc
Vss接地
Vcc正常操作时为+5伏电源
（2）外接晶振引脚XTAL1和XTAL2
XTAL1内部振荡电路反相放大器的输入端，是外接晶体的一个引脚。当采用外部振荡器时，此引脚接地。
XTAL2内部振荡电路反相放大器的输出端。是外接晶体的另一端。当采用外部振荡器时，此引脚接外部振荡源。
（3）控制或与其它电源复用引脚RST/VPD，ALE/，和 /Vpp
RST/VPD 当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期的高电平（由低到高跳变），将使单片机复位。在Vcc掉电期间，此引脚可接上备用电源，由VPD向内部提供备用电源，以保持内部RAM中的数据。
ALE/正常操作时为ALE功能（允许地址锁存）提供把地址的低字节锁存到外部锁存器，ALE 引脚以不变的频率（振荡器频率的 ）周期性地发出正脉冲信号。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。但要注意，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲，ALE 端可以驱动（吸收或输出电流）八个LSTTL电路。对于EPROM型单片机，在EPROM编程期间，此引脚接收编程脉冲（ 功能）
外部程序存储器读选通信号输出端，在从外部程序存储取指令（或数据）期间， 在每个机器周期内两次有效。 同样可以驱动八LSTTL输入。
/Vpp为内部程序存储器和外部程序存储器选择端。当 /Vpp为高电平时，访问内部程序存储器，当 /Vpp 为低电平时，则访问外部程序存储器。
（二）存储器
8031片内无程序存储器，需要外接片外存储器。Intel 2764是一种+5V的8KB紫外线可擦除只读存储器，采用HMOS工艺制成，标准存取时间为250ns。现分四个方面介绍如下：
（1）内部结构 ：2764采用双译码编程方式，A12～A0上的地址信号经X和Y译码后，在X选择线和Y选择线上产生选择信号，选中存储阵列中相应地址的存储单元工作，并在控制电路的控制下对所选中的存储单元进行读操作（或编程写操作），从存储单元读出的八位二进制信息经输出缓冲器输出到数据线O7～O0上。在编程方式下，O7～O0上的编程信息在控制电路的控制下写入存储阵列的相应存储单元。
（2）引脚功能 ：2764是28引脚的UVEPROM，其引脚功能分述如下：
地址输入线A12～A0，2764的存储容量为8KB，故按照地址线条数和存储容量的关系，共13条地址线，编号为A12～A0。2764的地址线应和8031的P2和P0口相接，用于传送单片机送来的地址编码信号，其中A12为最高位。
数据线O7～O0 ，双向数据总线，O7为最高位。在正常工作时，O7～O0用于传送从2764中读出的数据或程序代码；在编程方式时用于传送需要写入的编程代码（即程序的机器码）。
摘要
公交车已经成为一般工薪族和学生族出门必须的交通工具，目前公交车上采用的公交报站系统具有语音和显示报站的基本功能，但由于报站时采用司机手动切换，一方面增加了司机的劳动强度，另一方面由于司机的误报或漏报，造成乘客误下或漏下，对于公交运营产生了很大负面影响，更会对乘客造成很多不必要的影响。为此，研究公交车自动报站系统是非常必要的。
本课题使用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。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:单片机,语音提示,文字显示
一、引言 1
二、方案设计 1
（一）原理 1
三、硬件设计 2
（一）8031单片机简介 2
（二）存储器 4
（三）语音提示 5
（四）文字显示 8
（五）键盘接口 9
（五）电源 10
四、软件设计 11
（一）语音提示实现 11
1.放音程序 11
2.录音程序 12
（二）文字显示实现 14
（三）键盘接口实现 15
总结 16
致谢 17
参考文献 18
附1 19
附2 20
附3 25
附4 29
一、引言
随着我国经济的飞速发展和城市化进程的加深，城市人口日益膨胀，机动车辆急剧增加，城市交通压力越来越大。发展公共交通事业是为居民提供安全有序的出行方式的不可替代的途径，公共交通管理的高质量和公共服务水平的人性化是吸引居民采用公交出行的有效途径，是解决交通问题的重要措施。公交车报站系统是公共交通系统的一个重要的组成部分，设计先进的报站系统能为广大居民乘车提供优质的服务，提高公交系统的服务水平。
本设计采用人工按键的操作方式，实现公交车对站名的语音提示和文字显示功能。当公交车到达某一站时，司机或乘务人员只需按动按键，就可以使单片机控制语音模块对站名进行语音提示，并控制显示模组在液晶屏上显示站数和站名。系统由一片八位单片机，一个语音模块，一个液晶模组，一块稳压芯片，若干电阻电容和与非门等组成。
二、方案设计
（一）原理
本系统使用单片机作为控制器件。当系统进行语音再生时，单片机控制语音合成电路中的语音芯片来读取其外接的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。同时，单片机通过程序读取文字信息，送入液晶显示模组来进行站数和站名的显示。当汽车到达某站时，司机或乘务人员通过键盘来控制系统进行工作。而且，系统具有根据公交车的行驶方向确定报站顺序的功能（司机或乘务人员可以通过按键来控制）。当系统进行语音录制时，语音信号通过语音录入电路送给语音合成电路中的语音芯片，由语音芯片进行数据处理，并将生成的数字语音信息存储到语音存储芯片中，从而建立语音库。
图1 系统结构图
（二）简介
本系统采用了Intel生产的8031单片机作为主控芯片。8031内部没有程序存储器，需要外部扩展存储器，选用一片8KB UVEPROM存储器芯片2764就可以满足应用要求。同时，8031还需要外接晶振和复位电路。
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。
图2 语音提示模块结构
文字显示模组采用12864液晶屏作为显示单元，其驱动芯片为带有中文字库的ST7920控制器系列。模组使用ST7920作为控制器和行驱动器，同时使用ST7921作为列驱动器。与单片机的连接，我们采用并行间接访问方式。
键盘接口电路采用独立按键设计，通过触发器来消除按键抖动。
电源采用LM2576作为稳压器件，将公交车上的+24V直流电压转变为+5V直流电压。LM2576是NS生产的3A电流输出降压开关型稳压集成芯片，能够较好地解决LM7805因输入电压过高而发热量较大的问题。
三、硬件设计
（一）8031单片机简介
单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。单片机也被称为微控制器（Micro-controller）,尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。
8031为字长8位的单片微型计算机，由中央处理器、内部RAM、内部ROM、两个16位的定时计数器、四个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3）、一个全双工的串行口、五个中断源以及时钟等组成。它具有速度、功能强、功耗低、抗干扰性好、价等特点，它是标准的40引脚双列直插封装（DIP）形式。
图3 8031单片机
引脚介绍
（1）主电源引脚Vss和Vcc
Vss接地
Vcc正常操作时为+5伏电源
（2）外接晶振引脚XTAL1和XTAL2
XTAL1内部振荡电路反相放大器的输入端，是外接晶体的一个引脚。当采用外部振荡器时，此引脚接地。
XTAL2内部振荡电路反相放大器的输出端。是外接晶体的另一端。当采用外部振荡器时，此引脚接外部振荡源。
（3）控制或与其它电源复用引脚RST/VPD，ALE/，和 /Vpp
RST/VPD 当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期的高电平（由低到高跳变），将使单片机复位。在Vcc掉电期间，此引脚可接上备用电源，由VPD向内部提供备用电源，以保持内部RAM中的数据。
ALE/正常操作时为ALE功能（允许地址锁存）提供把地址的低字节锁存到外部锁存器，ALE 引脚以不变的频率（振荡器频率的 ）周期性地发出正脉冲信号。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。但要注意，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲，ALE 端可以驱动（吸收或输出电流）八个LSTTL电路。对于EPROM型单片机，在EPROM编程期间，此引脚接收编程脉冲（ 功能）
外部程序存储器读选通信号输出端，在从外部程序存储取指令（或数据）期间， 在每个机器周期内两次有效。 同样可以驱动八LSTTL输入。
/Vpp为内部程序存储器和外部程序存储器选择端。当 /Vpp为高电平时，访问内部程序存储器，当 /Vpp 为低电平时，则访问外部程序存储器。
（二）存储器
8031片内无程序存储器，需要外接片外存储器。Intel 2764是一种+5V的8KB紫外线可擦除只读存储器，采用HMOS工艺制成，标准存取时间为250ns。现分四个方面介绍如下：
（1）内部结构 ：2764采用双译码编程方式，A12～A0上的地址信号经X和Y译码后，在X选择线和Y选择线上产生选择信号，选中存储阵列中相应地址的存储单元工作，并在控制电路的控制下对所选中的存储单元进行读操作（或编程写操作），从存储单元读出的八位二进制信息经输出缓冲器输出到数据线O7～O0上。在编程方式下，O7～O0上的编程信息在控制电路的控制下写入存储阵列的相应存储单元。
（2）引脚功能 ：2764是28引脚的UVEPROM，其引脚功能分述如下：
地址输入线A12～A0，2764的存储容量为8KB，故按照地址线条数和存储容量的关系，共13条地址线，编号为A12～A0。2764的地址线应和8031的P2和P0口相接，用于传送单片机送来的地址编码信号，其中A12为最高位。
数据线O7～O0 ，双向数据总线，O7为最高位。在正常工作时，O7～O0用于传送从2764中读出的数据或程序代码；在编程方式时用于传送需要写入的编程代码（即程序的机器码）。
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